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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren
von Unterstützungsstiften
sowie einen Bestückautomaten.
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In
der Bestücktechnik
werden mit Hilfe von Bestückautomaten
Substrate, zumeist Leiterplatten, mit Bauelementen bestückt. Ein
durch ein Positioniersystem verfahrbarer Bestückkopf des Bestückautomaten
holt hierzu Bauelemente von sogenannten Zuführeinrichtungen ab, transferiert
diese zu einem Bestückbereich
des Bestückautomaten,
in dem das zu bestückende
Substrat bereitgestellt ist, und setzt die Bauelemente an vordefinierten
Bestückpositionen
auf dem Substrat ab. Während
des Bestückvorganges
wird das Substrat an seinen Randbereichen seitlich fixiert.
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Da
die Bauelemente mit einer gewissen Aufsetzkraft auf das Substrat
gedrückt
werden, beispielsweise um dort auf einem klebrigen Medium (z. B.
Lotpaste, Kleber oder Flussmittel) haften zu bleiben, drückt der
Bestückkopf über das
gehaltene Bauelement das Substrat nach unten. Insbesondere großflächige Substrate
neigen dabei zur Durchbiegung, was die Positioniergenauigkeit der
Bauelemente auf dem Substrat negativ beeinflusst und daher zu vermeiden
ist. Aus diesem Grund werden gerade bei größeren Substraten sogenannte
Substratunterstützungen
eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen oder mehrere senkrecht
zu einer Substratebene orientierte Unterstützungsstifte, welche unterhalb
des zu bestückenden
Substrats angeordnet werden, um eine Durchbiegung des Substrats
während
des Bestückvorganges
weitestgehend zu vermeiden.
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Bei
gut zugänglichen
Maschinen ist es gängige
Praxis, die Unterstützungsstifte
durch einen Maschinenbediener von Hand zu positionieren. Bei sehr kleinen
oder dicht bestückten
Leiterplatten besteht jedoch der Nachteil, dass die hierbei erforderliche Genauigkeit
durch eine manuelle Positionierung nur schwer erreichbar ist. Die
Positionierung muss daher überprüft und ggf.
korrigiert werden, was entsprechend zeitaufwändig ist und sich negativ auf
die Bestückleistung
auswirkt.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, die Unterstützungsstifte
außerhalb
des Bestückautomaten
vorzupositionieren, um sie dann mittels einer geeigneten Vorrichtung
im Bestückbereich
des Bestückautomaten
zu platzieren. Jedoch erfordert auch diese Vorgehensweise eine gute
Zugänglichkeit
des Bestückbereichs.
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Weiterhin
ist aus der Druckschrift
WO 2005/081611 A1 ein Bestückkopf bekannt,
welcher einen integrierten Hubgreifer zum Positionieren der Unterstützungsstifte
aufweist. Mit Hilfe des Hubgreifers kann ein Unterstützungsstift
angehoben, an eine vorgegebene Position transportiert und dort wieder abgesetzt
werden, wobei der Unterstützungsstift formschlüssig gehalten
wird. Die Positionierung in einer Ebene parallel zur Ebene der zu
bestückenden Substratoberfläche erfolgt
dabei mit Hilfe eines x/y-Positioniersystems, an dem der Bestückkopf angeordnet
ist.
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Ferner
ist aus der Patentschrift
EP
0404577 B1 eine weitere Vorrichtung zum Positionieren von Unterstützungsstiften
auf einem Hubtisch bekannt, welche ebenfalls direkt am Bestückkopf angeordnet ist.
Die Unterstützungsstifte
werden dabei aus einem Lagervorrat entnommen und in lochartige Aufnahmen
auf der Hubtischoberseite gesetzt. Aufgrund der Aufnahmen können die
Unterstützungsstifte
jedoch nur an bestimmten Positionen auf dem Hubtisch angeordnet
werden. Die Anordnung der Vorrichtung am Bestückkopf hat jedoch den Nachteil,
dass dadurch die zu bewegende Masse beim Bestückvorgang erhöht wird,
was die Schwingungsanfälligkeit
erhöht und
sich negativ auf die Positioniergenauigkeit bzw. die Bestückleistung
auswirkt.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum automatischen Positionieren von Unterstützungsstiften
sowie einen entsprechenden Bestückautomaten bereitzustellen,
welche eine einfache Positionierung der Unterstützungsstifte ermöglichen
und zusätzlich Bestückleistung
zumindest beibehalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Verfahren zum Positionieren
von Unterstützungsstiften
sowie den Bestückautomaten
gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Positionieren von Unterstützungsstiften
bei einem Bestückautomaten
weist einen Hubtisch, welcher sich in einer x/y-Ebene erstreckt
und in einer z-Richtung senkrecht zur x/y-Ebene vierfahrbar ist,
sowie eine Transportwange zum Transport von Substraten in einer
x-Richtung auf,
welche sich in x-Richtung erstreckt, den Hubtisch überspannt,
und in einer y-Richtung senkrecht zur x-Richtung vierfahrbar ist. Ferner weist
die Vorrichtung ein Koppelelement auf, dass zum Halten eines Unterstützungsstifts
durch Kopplung ausgestaltet ist, wobei das Koppelelement an der
Transportwange in x-Richtung vierfahrbar angeordnet ist, um den
Unterstützungsstift
zu einer vordefinierten Position auf dem Hubtisch zu transportieren.
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Aus
der Anordnung des Koppelelements an der Transportwange ergibt sich
gegenüber
dem Stand der Technik der Vorteil, dass die zum Positionieren eines
Unterstützungsstiftes
bislang benötigte zusätzliche
Masse am Bestückkopf
des Bestückautomaten
entfällt.
Dadurch kann beim Positionieren von Bauelementen auf dem Substrat
die beschleunigte Masse gering gehalten werden, was die Schwingungsanfälligkeit
des Positioniersystems deutlich reduziert und sich somit positiv
auf die Bestückgenauigkeit
bzw. die Bestückleistung
des Bestückautomaten
auswirkt.
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Darüber hinaus
ist zur Realisierung der Positionierbewegungen des Koppelelements
in der x/y-Ebene kein eigenständiges
Positioniersystem erforderlich. Da die Transportwange, an der das
Koppelelement angeordnet ist, bereits in y-Richtung verfahrbar ist,
um auf Substrate unterschiedlicher Breite eingestellt werden zu
können,
ist lediglich eine lineare Verfahrmöglichkeit des Koppelelements
in x-Richtung an der Transportwange vorzusehen. Durch Verwendung
der bereits vorhandenen Breitenverstellung des Leiterplattentransports
als y-Achse für das Koppelelement
können
die Herstellkosten für
die Positioniervorrichtung gering gehalten werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung verfügt die Vorrichtung über ein
Magazin, welches in x-Richtung seitlich neben dem Hubtisch angeordnet
ist und parallel zur x/y-Ebene eine Ablagefläche zum Aufnehmen zumindest
eines Unterstützungsstifts
aufweist.
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Durch
die Anordnung des Magazins in unmittelbarer Nähe des Hubtisches lassen sich
vergleichsweise kurze Verfahrwege realisieren, was sich reduzierend
auf den Zeitbedarf für
das Positionieren der Unterstützungsstifte
auswirkt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist der
Unterstützungsstift
durch eine Veränderung
der relativen Lage in z-Richtung zwischen Koppelelement und Hubtisch
bzw. Magazin übergebbar.
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Durch
eine Veränderung
der relativen Lage in z-Richtung zwischen dem Koppelelement einerseits
und dem Hubtisch bzw. dem Magazin andererseits kann entweder ein
sich auf dem Hubtisch bzw. dem Magazin befindlicher Unterstützungsstift
vom Koppelelement aufgenommen werden oder ein vom Koppelelement
gehal tener Unterstützungsstift
auf dem Hubtisch bzw. dem Magazin abgesetzt werden. Für die Realisierung
der Bewegung in z-Richtung existieren
dabei prinzipiell zwei Möglichkeiten:
Entweder wird das Koppelelement zusätzlich in z-Richtung verfahrbar
an der Transportwange angeordnet, oder es wird die Verstellmöglichkeit
des Hubtisches in z-Richtung für
die Bewegung in z-Richtung genutzt. Durch die Verwendung dieser
bereits vorhandenen Verfahrachse können die Herstellkosten für die Positioniervorrichtung
weiter gesenkt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Magazin in z-Richtung
verfahrbar ausgebildet.
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Wird
für die
Veränderung
der relativen Lage in z-Richtung nicht das Koppelelement verfahrbar ausgebildet,
sondern die Verfahrachse des Hubtisches verwendet, so bietet es
sich an, auch das Magazin in z-Richtung verfahrbar auszubilden.
Dadurch kann der Unterstützungsstift
auch zwischen dem Magazin und dem Koppelelement in die eine oder
andere Richtung übergeben
werden. Dabei ist es möglich, entweder
das Magazin mit der Verfahrachse des Hubtisches in z-Richtung zu
koppeln oder aber völlig eigenständig in
z-Richtung verfahrbar auszugestalten. Da die Bewegung des Magazins
in z-Richtung keine hohe Genauigkeit erfordert, kann der dafür notwendige
Antrieb vergleichsweise einfach, robust und kostengünstig ausgestaltet
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Magazin an der
Transportwange befestigt.
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Die
Anordnung des Magazins an der Transportwange hat zur Folge, dass
dieses gemeinsam mit der Transportwange in y-Richtung verfahren werden kann. Hieraus
ergibt sich der Vorteil, dass zum Aufnehmen eines Unterstützungsstiftes
aus dem Magazin bzw. zum Absetzen eines Unterstützungsstiftes auf der Ablagefläche des
Magazins lediglich eine Verfahrbewegung des Koppelelements entlang
der Transportwange in x-Richtung er forderlich ist. Hierdurch lassen
sich die Verfahrwege und damit der Zeitbedarf zum Verfahren des
Koppelelements weiter reduzieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Unterstützungsstift
eine seitliche Aussparung auf, in die das Koppelelement zum Aufnehmen des
Unterstützungsstifts
zumindest teilweise eingreift.
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Durch
eine derartige Ausgestaltung des Unterstützungsstiftes ist es möglich, den
Unterstützungsstift
allein durch eine Bewegung des Hubtisches bzw. des Magazins oder
des Koppelelements formschlüssig
zu halten. Für
das Anheben des Unterstützungsstiftes
ist durch das Eingreifen des Koppelelements in die seitliche Aussparung
nur eine vergleichsweise kleine Hubbewegung in z-Richtung erforderlich.
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Der
erfindungsgemäße Bestückautomat
ist zum Bestücken
von Substraten mit Bauelementen ausgestaltet und weist die eben
beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Positionieren von Unterstützungsstiften
auf.
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Hinsichtlich
der sich daraus ergebenden Vorteile wird damit auf die Ausführungen
zu den obigen Ansprüchen
verwiesen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Bestückautomat eine Steuereinrichtung
auf, welche anhand von CAD-Daten des zu bestückenden Substrats die Positionen
der Unterstützungsstifte
auf dem Hubtisch bestimmt.
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Anhand
des Layouts des zu bestückenden Substrats
werden Positionen oder Bereiche definiert, an denen eine Unterstützung des
Substrats durch einen der Unterstützungsstifte vorteilhaft oder
gewünscht
ist. Anhand dieser Auswahl werden die Positionen der Unterstützungsstifte
bzw. die Koordinaten dieser Positionen auf dem Hubtisch automatisch bestimmt.
Hieraus re sultiert eine deutliche Zeitersparnis für das Bedienpersonal
am Bestückautoamten
bzw. an der Bestückungslinie.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zum Positionieren von Unterstützungsstiften bei einem Bestückautomaten
vorgesehen, welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Hierzu
wird ein Unterstützungsstift
mit einem Koppelelement gekoppelt und durch Verfahren des Koppelelements
entlang einer Transportwange in einer x-Richtung oder durch Verfahren
der Transportwange in einer y-Richtung bewegt, um den Unterstützungsstift
an einer vordefinierten Position in einer x/y-Ebene zu positionieren.
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Hinsichtlich
der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird auf die Ausführungen
zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
unter Bezug auf die beigefügten
Figuren näher
erläutert.
In den Figuren zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Bestückautomaten in einer Draufsicht,
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2a bis 2e schematische
Darstellungen der Positioniervorrichtung in einer Draufsicht,
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3a und 3b schematische
Darstellungen der Positioniervorrichtung in einer Seitenansicht
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1 zeigt
schematisch einen Bestückautomaten 1 zum
Bestücken
von Substraten 2 mit Bauelementen 3. Der Bestückautomat 1 weist
einen Querträger 7A,
welcher sich in einer y-Richtung erstreckt und fest mit einem Maschinengestell
(nicht dargestellt) verbunden ist, auf. Am Querträger 7A ist
ein Portalarm 7B angebracht, welcher sich in x-Richtung erstreckt
und in y-Richtung verschiebbar am Querträger 7A befestigt ist.
Querträger 7A und
Portalarm 7B bilden zusammen das Positioniersystem 7,
wobei durch die x-Achse und die y-Achse ein orthogonales Bezugssystem
gebildet wird. Am Portalarm 7B ist ein Bestückkopf 6 in
x-Richtung verschiebbar angebracht. Weiterhin ist ein Transportsystem 4 vorgesehen,
welche zum Transport der Substrate 2 in einen Bestückbereich 8 des
Bestückautomaten 1 ausgebildet
ist. Hierzu weist das Transportsystem 4 zwei Transportwangen 14 auf,
auf denen die Substrate 2 mit ihren seitlichen Randbereichen
aufliegen. Zumindest eine der Transportwangen 14, die sich
in x-Richtung erstrecken, ist dabei in y-Richtung verstellbar, um
auf die Breite des zu transportierenden Substrats 2 angepasst
zu werden. Seitlich der Transportstrecke 4 sind in der
Nähe des
Bestückbereichs 8 Zuführeinrichtungen 5 angeordnet,
welche die Bauelemente 3 an definierten Abholpositionen 19 bereitstellen.
Ferner weist der Bestückautomat 1 eine
Steuereinrichtung 13 auf, welche zur Steuerung zumindest
einer lokalen Funktion des Bestückautomaten 1 ausgebildet
ist.
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Zum
Bestücken
eines Substrats 2 wird dieses über die Transportstrecke 4 in
dem Bestückbereich 8 transportiert.
In diesem Bereich sind unterhalb des Substrats 2 Unterstützungsstifte 10 (wie
nachstehend beschrieben, siehe 2a bis 2e sowie 3a und 3b)
zur Unterstützung
des zu bestückenden
Substrats 2 angeordnet. Mit Hilfe des Bestückkopfes 6 werden
die Bauelemente 3 von den Zuführeinrichtungen 5 abgeholt
und auf die ihnen jeweils zugeordneten Bestückpositionen auf dem Substrat 2 positioniert.
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Die 2a bis 2e zeigen
schematisch eine Draufsicht auf die Positioniervorrichtung. Das Transportsystem 4 weist
zwei Transportwangen 14-1 und 14-2 auf, welche
sich in x-Richtung erstrecken und dabei einen Hubtisch 9 überspannen.
Die Trans portwange 14-1 kann mittels einer Wangenverstellung 20 in
y-Richtung verfahren
werden. Dadurch ist es möglich,
das Transportsystem 4 auf die Breite des zu transportierenden
Substrats 2 einzustellen. Jede der Transportwangen 14-1 und 14-2 weist
hierzu einen umlaufenden Transportriemen 15 auf, auf dem das
Substrat 2 mit seinen seitlichen Randbereichen aufliegt.
Die Transportriemen 15 erstrecken sich ebenfalls in x-Richtung und werden über Umlenkrollen
geführt
und angetrieben. Mit Hilfe von Hubblechen 16, welche jeweils
an einer der Transportwangen 14 in z-Richtung verfahrbar
angeordnet sind, kann das Substrat 2 zum Bestücken von
den Transportriemen 15 abgehoben und fixiert werden. Der Hubtisch 9 dient
der Aufnahme von Unterstützungsstiften 10 und
ist in einer z-Richtung
höhenverstellbar ausgebildet.
Damit kann ein zu bestückendes
Substrat 2 (gestrichelt dargestellt) an beliebig definierbaren Sollpositionen
S unterstützt
werden, um ein Durchbiegen des Substrats 2 während des
Bestückvorgangs
zu vermeiden und somit eine hohe Bestückgenauigkeit zu gewährleisten.
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An
der in y-Richtung beweglichen Transportwange 14-1 ist ein
Koppelelement 11 zum Koppeln mit einem Unterstützungsstift 10 angeordnet,
welches an einer Linearführung 12 mit
Hilfe eines Antriebs 18, der in den 2a bis 2e als
Riemenantrieb ausgebildet ist, in x-Richtung verfahrbar ist. Weiterhin
ist an der beweglichen Transportwange 14-1 ein Magazin 21 angeordnet,
welches eine Ablagefläche
zur Aufnahme mehrerer Unterstützungsstifte 10 aufweist.
Mit Hilfe des Koppelelements 11 können die Unterstützungsstifte 10 aus
dem Magazin 21 entnommen und an den jeweiligen Sollpositionen
S auf dem Hubtisch 9 positioniert werden.
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Die
Positioniervorrichtung ist ferner in den 3a und 3b jeweils
in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Auf dem Hubtisch 9 sind zwei
Unterstützungsstifte 10 angeordnet,
welche jeweils einen Fuß 23 sowie
einem länglichen
Grundkörper 24 aufweisen,
dessen oberes Ende zur Unterstüt zung
eines Substrats 2 ausgebildet ist. Die Unterstützungsstifte 10 sind
dabei gekröpft,
so dass zwischen dem Fuß 23 und
dem länglichen
Grundkörper 24 eine
Aussparung 22 ausgebildet wird, in die das Koppelelement 11 mittels
einer Bewegung in der x/y-Ebene in Eingriff gebracht werden kann. 3a zeigt
die Positioniervorrichtung zu einem Zeitpunkt, zu dem der Hubtisch 9 mit
den darauf befindlichen Unterstützungsstiften 10 etwas
nach oben verfahren ist. Durch ein Absenken des Hubtisches 9 in
z-Richtung kann der Unterstützungsstift 10 vom
Hubtisch 9 an das Koppelelement 11 übergeben
und mit diesem verfahren werden (siehe 3b). Um
den Unterstützungsstift 10 in
einer genau bestimmbaren Lage aufzunehmen, kann das Koppelelement 11 eine
kegelstumpfförmige
Bohrung aufweisen, in die das untere Ende des länglichen Grundkörpers 24 beim
Koppeln mit dem Koppelelement 11 eintauchen kann, so dass der
Unterstützungsstift 10 dabei
relativ zum Koppelelement 11 zentriert wird.
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Ferner
werden durch eine Bewegung des Hubtisches 9 in eine obere
Endposition auch die an den Transportwangen 14-1 und 14-2 angeordneten Hubbleche 16 in
z-Richtung nach oben bewegt, so dass ein sich auf den Transportriemen 15 befindliches
Substrat 2 von diesen abgehoben und zwischen den Hubblechen 16 und
oberen Anschlägen 17 der Transportwangen 14 an
den seitlichen Randbereichen geklemmt wird. Dadurch kann das Substrat 2 während des
Bestückvorgangs
sicher fixiert werden. Ein Verrutschen ist nicht mehr möglich.
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Anhand
der 2a bis 2e wird
im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren
zum Positionieren von Unterstützungsstiften 10 näher erläutert:
Durch
Verfahren der Transportwange 14-1 in y-Richtung sowie des
Koppelelements 11 entlang der an der Transportwange 14-1 angeordneten
Längsführung 12 in
x-Richtung kann das Koppelelement 11 mit der Aussparung 22 eines
im Magazin 21 befindlichen Unterstützungsstifts 10 in
Eingriff gebracht werden.
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Anschließend wird
der Unterstützungsstift 10 durch
eine Relativbewegung zwischen Unterstützungsstift 10 und
Koppelelement 11 in z-Richtung vom Magazin 21 an
das Koppelelement 11 übergeben
(siehe 2b). Diese Relativbewegung kann dabei
entweder durch Verfahren des Koppelelements 11 an der Transportwange 14-1 in
z-Richtung oder durch Verfahren des Magazins in z-Richtung realisiert
werden.
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Ist
der Unterstützungsstift 10 mit
dem Koppelelement 11 gekoppelt, so kann er durch Verfahren des
Koppelelements 11 entlang der an der Transportwange 14-1 angeordneten
Längsführung 12 in x-Richtung
sowie durch Verfahren der Transportwange 14-1 in y-Richtung
in einer x/y-Ebene oberhalb einer vordefinierten Sollposition S
auf dem Hubtisch 9 positioniert werden (siehe 2c und 2d).
Dabei wird zunächst
diejenige Sollposition S angefahren, die in der y-Richtung am nächsten an
der zweiten Transportwange 14-2 angeordnet ist, um später Kollisionen
bereits auf dem Hubtisch 9 positionierter Unterstützungsstifte 10 mit
der in y-Richtung verfahrbaren Transportwange 14-1 zu vermeiden.
Durch Anheben des Hubtisches 9 kann der gehaltene Unterstützungsstift 10 vom
Koppelelement 11 entkoppelt und auf dem Hubtisch 9 abgesetzt
werden.
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Anschließend kann
durch Verfahren des Koppelelements 11 in x-Richtung und/oder
Verfahren der Transportwange 14-1 in y-Richtung ein weiterer Unterstützungsstift 10 aus
dem Magazin 21 angefahren werden. Ist der Hubtisch 9 wieder
in eine untere Position verfahren, so kann gemäß dem oben erläuterten
Vorgehen der nächste
Unterstützungsstift 10 an
seiner Sollposition S auf dem Hubtisch 9 positioniert werden.
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In
den Darstellungen der 2a bis 2e ist
das Magazin 21 in x-Richtung einzeilig ausgeführt, wobei
auch mehr als die drei dargestellten Unterstützungsstifte 10 in
einer Zeile angeordnet werden können.
Um die Kapazität
des Magazins 21 zu erhöhen ist
es jedoch ebenso möglich,
das Magazin 21 mehrzei lig auszuführen. Hierzu ist es dann jedoch
erforderlich, das Magazin 21 in y-Richtung verfahrbar an der
Transportwange 14-1 anzuordnen, um die einzelnen Zeilen
des Magazins 21 mit dem Koppelelement 11 anfahren
zu können.
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- 1
- Bestückautomat
- 2
- Substrat
- 3
- Bauelement
- 4
- Transportsystem
- 5
- Zuführeinrichtungen
- 6
- Bestückkopf
- 7
- Positioniersystem
- 7A
- Querträger
- 7B
- Portalarm
- 8
- Bestückbereich
- 9
- Hubtisch
- 10
- Unterstützungsstift
- 11
- Koppelelement
- 12
- Führung
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- Transportwange
- 15
- Transportriemen
- 16
- Hubblech
- 17
- Anschlag
- 18
- Antrieb
- 19
- Abholpositionen
- 20
- Wangenverstellung
- 21
- Magazin
- 22
- Aussparung
- 23
- Fuß
- S
- Sollposition