WO1999044407A1 - Positioniereinrichtung für einen positionierkopf - Google Patents

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Mohammad Mehdianpour
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0406—Drive mechanisms for pick-and-place heads, e.g. details relating to power transmission, motors or vibration damping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.

Definitions

  • the invention relates to a positioning device for a positioning head that can be moved in a guide plane, in particular for equipping electrical printed circuit boards with components, wherein a chassis of the positioning device has a linear guide that defines the X direction, in which, by means of a drive, a guide that is transverse to it extending elongated carrier is movable, on which the positioning head can be moved in the Y direction.
  • Such a device is e.g. made known by US 4,836,111. Then the carrier is guided on a guide rail of the chassis in a double bearing that defines both the direction of travel and the angular position of the carriage.
  • a simple wheel-like support bearing on the opposite side merely serves to support the carrier on a support rail.
  • a drive unit is assigned to the double bearing, which drives the carriage in the direction of the linear guide.
  • the cross member is provided with a cross guide on which a mounting head can be moved. This can be moved between a component feed and a processing station for the assembly in order to transport components picked up by the component feeders to their placement on the printed circuit board.
  • a component can 2 can only be placed exactly when the corresponding vibrations in the carrier have sufficiently subsided.
  • the invention is based on the object of designing the positioning device in such a way that the vibration behavior improves. This object is achieved by the invention according to claim 1.
  • the carrier By arranging the drive on the side opposite the guide, the carrier can be held on this side after braking.
  • the opposite end of the carrier is supported over a greater length in accordance with its wider base and is therefore fixed in its angular position in such a way that it can be deflected only slightly. This reduces the period of oscillation and the waiting time until the component is put on.
  • the air gap extending in the X and Y directions enables the magnetic forces to act mainly perpendicular to the guide plane, so that the linear guide is hardly loaded in the Y direction.
  • a carrier according to the preceding claims is claimed more uniformly over its entire length and can therefore be formed in a cost-saving manner according to claim 7 with a constant cross section.
  • the smaller deflection makes it possible to shorten the positioning time and / or to lengthen the carrier in order to be able to pick up components from an enlarged peripheral feed area.
  • the driven end of the carrier is guided precisely in the Z direction, whereby the resulting magnetic forces acting in the Z direction can be compensated for without causing tension in the Y direction.
  • FIG. 1 shows a side view of a carrier with a placement head, a linear guide and a linear motor
  • FIG. 2 shows a plan view of the parts according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a section through the linear motor according to FIG. 1.
  • an elongated carrier 1 with a widened base 2 is guided in a linear guide 3 so as to be displaceable in an X direction.
  • the carrier 1 extending transversely to the X direction in the Y direction carries a positioning head 4 designed as a placement head with star-shaped suction pipettes 5, on which electrical components 6 are held.
  • Below the positioning head 4 there is an electrical circuit board 15 on which the components 6 can be placed in the Z direction perpendicular to the X and Y directions.
  • the positioning head is displaceably guided on the carrier 1 in the Y direction and can thus be moved within a surface area delimited by the travel paths of the carrier 1 and the positioning head 4.
  • the Z movement of the components 6 is e.g. by telescopically pushing the suction pipette 5 out of the positioning head 4.
  • a linear motor 7 is arranged, which is formed from a stationary primary part 8 and a secondary part 9 connected to the carrier 1 and displaceable in the X direction, the primary part 8 extending over the entire travel path of the carrier 1 extends in the X direction.
  • the shorter secondary part 9 is attached to a widened end of the carrier 1.
  • the primary part 8 is U-shaped and has legs 10, one above the other, on both sides of the secondary part in the Z direction, which at least partially encompass the secondary part 9. Two air gaps are formed between the two parts, which are formed in the X and Y directions. 5 stretch so that only slight forces acting in the Y direction can be exerted on the carrier 1.
  • the linear guide 3 and the primary part 8 are fastened to a chassis 11 of the positioning device.
  • a guide rail 12 extending in the X direction is also attached to the chassis 11 in the vicinity of the primary part 8 and has a guide web angled in the Y direction.
  • guide rollers 16 projecting towards the guide rail 12 are attached, which guide the guide web to both
  • magnetic rails 13 are attached to the inner part of the legs facing the secondary part 9.
  • the secondary part 9 is designed as a winding part and has iron parts 14 lined up in the X direction, which coincide with the magnetic rails 13.
  • the magnetic forces acting between the parts counteract an angular deviation between the primary part 8 and the secondary part 9.
  • a counter moment is exerted on the carrier 1, that the bending moment built up therein and thus the deflection of the carrier is reduced.

Abstract

Eine Linearführung (3) ist auf einem Chassis (11) der Positioniereinrichtung befestigt. Ein länglicher Träger (1) für einen Positionierkopf (4) ist an einem Ende in der Linearführung (3) geführt und erstreckt sich quer zu dieser. Insbesondere beim Abbremsen des Trägers (1) entstehen Massenkräfte, die diesen elastisch auslenken und in Schwingung versetzen. Ein Antrieb (z.B. 8) für den Träger (1) ist dem der Linearführung (3) gegenüberliegenden Ende zugeordnet. Der Antrieb ist als eisenbehafteter Linearmotor (7) ausgebildet, der bei einer Winkelabweichung eines am Träger (7) angebrachten Sekundärteils (9) ein Rückstellmoment erzeugt. Dadurch wird die Auslenkung des Trägers (1) und das Nachschwingen verringert und somit die angesteuerte Bearbeitungsposition schneller erreicht.

Description

1 Beschreibung
Positioniereinrichtung für einen Positionierkopf
Die Erfindung bezieht sich auf eine Positioniereinrichtung für einen in einer Führungsebene verfahrbaren Positionierkopf, insbesondere zum Bestücken von elektrischen Leiterplatten mit Bauelementen, wobei ein Chassis der Positioniereinrichtung eine die X-Richtung definierende Linearführung auf- weist, in der mittels eines Antriebs ein sich quer zu dieser erstreckender länglicher Träger verfahrbar ist, an dem der Positionierkopf in der Y-Richtung verfahrbar ist.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. durch die US 4,836,111 bekannt geworden. Danach ist der Träger an einer Führungsschiene des Chassis in einem Doppellager geführt, daß sowohl die Verfahrrichtung als auch die Winkellage des Wagens definiert. Ein einfaches radartiges Stützlager auf der gegenüberliegenden Seite dient der bloßen Abstützung des Trägers auf einer Stützschiene.
Dem Doppellager ist eine Antriebseinheit zugeordnet, die den Wagen in der Richtung der Linearführung antreibt. Der Querträger ist mit einer Querführung versehen, auf der ein Be- stückkopf verschiebbar ist. Dieser ist zwischen einer Bauteilezuführung und einem Bearbeitungsplatz für die Baugruppe verfahrbar, um von den Bauteilezuführungen abgeholte Bauelemente bis zu deren Bestückplatz auf der Leiterplatte zu transportieren.
Beim schnellen Abbremsen des Trägers ergeben sich durch dessen Eigengewicht sowie durch die Masse des Bestückkopfes Querkräfte, die zu einer elastischen Auslenkung des Trägers in der X—Richtung führen. Diese Auslenkungen entsprechen den Auslenkungen bei einem einseitig eingespannten Balken und sind an dem ungeführten Ende besonders groß. Ein Bauteil kann 2 erst dann genau aufgesetzt werden, wenn die entsprechenden Schwingungen im Träger hinreichend abgeklungen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positionierein- richtung so auszubilden, daß sich das Schwingungsverhalten verbessert. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Durch die Anordnung des Antriebes auf der der Führung gegen- überliegenden Seite kann der Träger auf dieser Seite nach dem Abbremsen festgehalten. Das gegenüberliegende Ende des Trägers ist entsprechend seiner breiteren Basis über eine größere Länge abgestützt und ist daher in seiner Winkellage derart fixiert, daß er nur gering ausgelenkt werden kann. Damit verringert sich die Schwingungsdauer und die Wartezeit bis zum Aufsetzen des Bauelementes.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.
Durch die Verwendung eines Linearmotors werden Schwingungen im Antriebssystem weitgehend vermieden. Der sich in der X- und Y-Richtung erstreckende Luftspalt ermöglicht, daß die Magnetkräfte hauptsächlich senkrecht zur Führungsebene wirken, so daß die Linearführung in der Y-Richtung kaum belastet wird.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 ergeben sich hinsichtlich der Z-Richtung entgegengesetzt wirkende Magnet- kräfte, die sich gegenseitig aufheben.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 ergeben sich bei einer Schrägstellung des Sekundärteils infolge einer Auslenkung des Trägexs in der X-Richtung erhebliche Richtkräfte, durch die auf den Träger ein Rückstellmoment ausgeübt wird. Dieser kann somit statisch als beidseitig eingespannter Balken mit 3 einer S-förmigen Biegelinie und mit entsprechend geringer Auslenkung betrachtet werden.
Bisher war es üblich, den einseitig eingespannten Träger ent- sprechend seiner Biegebeanspruchung mit einem sich zu seinem freien Ende hin verringernden Querschnitt auszustatten. Ein Träger nach den vorhergehenden Ansprüchen wird über seine gesamte Länge gleichmäßiger beansprucht und kann daher in kostensparender Weise nach Anspruch 7 mit einem gleichbleiben- den Querschnitt ausgebildet werden. Die geringere Auslenkung macht es möglich, die Positionierdauer zu verkürzen und/oder den Träger zu verlängern, um Bauelemente aus einem vergrößerten peripheren Zuführbereich abholen zu können.
Durch die Weiterbildung und Erfindung nach Anspruch 6 wird das angetriebene Ende des Trägers in der Z-Richtung genau geführt, wodurch in der Z-Richtung wirkende resultierende Magnetkräfte ausgeglichen werden können, ohne daß es zu einer Verspannung in der Y-Richtung kommt.
Die bisher üblichen freiragenden Träger wurden durch die exzentrisch ansetzenden Massenkräfte, insbesondere des Positionierkopfes in sich tordiert, vorallem wenn sich der Positionierkopf am äußersten freien Ende befand. Durch die längere Führung des Trägers gegen Auslenkung in der Z-Richtung wird ein solches Tordieren weitgehend verhindert und die damit verbundenen Torsionsschwingungen vermieden.
Durch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 7 bis 9 wird eine reibungsarme und spielarme Führung ermöglicht, die dem erforderlichen Längenausgleich im Träger gerecht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. 4 Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Trägers mit einem Bestückkopf, einer Linearführung und einem Linearmotor, Figur 2 eine Draufsicht auf die Teile nach Figur 1, Figur 3 einen Schnitt durch den Linearmotor nach Figur 1.
Nach den Figuren 1 und 2 ist ein länglicher Träger 1 mit einer verbreiterten Basis 2 in einer Linearführung 3 in einer X-Richtung verschiebbar geführt. Der sich in der Y-Richtung quer zur X-Richtung erstreckende Träger 1 trägt einen als Bestückkopf ausgebildeten Positionierkopf 4 mit sternförmig angeordneten Saugpipetten 5, an denen elektrische Bauelemente 6 gehalten sind. Unterhalb des Positionierkopfes 4 befindet sich eine elektrische Leiterplatte 15, auf die die Bauele- mente 6 in der zur X- und Y-Richtung senkrechten Z-Richtung aufgesetzt werden können.
Der Positionierkopf ist in der Y-Richtung am Träger 1 verschiebbar geführt und kann somit innerhalb eines durch die Verfahrwege des Trägers 1 und des Positionierkopfes 4 begrenzten Flächenbereich verfahren werden. Die Z-Bewegung der Bauelemente 6 wird z.B. durch ein teleskopartiges Herausschieben der Saugpipette 5 aus dem Postionierkopf 4 ermöglicht .
An dem der Linearführung 3 gegenüberliegenden Ende des Trägers 1 ist ein Linearmotor 7 angeordnet, der aus einem stationären Primärteil 8 und einem mit dem Träger 1 verbundenen und in der X-Richtung verschiebbaren Sekundärteil 9 gebildet ist, wobei sich das Primärteil 8 über den gesamten Verfahrweg des Trägers 1 in der X-Richtung erstreckt. Das kürzere Sekundärteil 9 ist an einem verbreiterten Ende des Trägers 1 angebracht. Das Primärteil 8 ist U-förmig ausgebildet und weist zu beiden- Seiten des Sekundärteils in der Z-Richtung überein- anderliegende Schenkel 10 auf, die das Sekundärteil 9 zumindest teilweise umgreifen. Zwischen den beiden Teilen bilden sich zwei Luftspalte, die sich in der X- und Y-Richtung er- 5 strecken, so daß auf den Träger 1 nur geringe in Y-Richtung wirkende Kräfte ausgeübt werden können.
Die Linearführung 3, und das Primärteil 8 sind an einem Chas- sis 11 der Positioniereinrichtung befestigt. Eine sich in der X-Richtung erstreckende Führungsschiene 12 ist in der Nähe des Primärteils 8 ebenfalls am Chassis 11 angebracht und weist einen in der Y-Richtung abgewinkelten Führungssteg auf. Am Linearmotor 7 sind zur Führungsschiene 12 hin ragende Füh- rungsrollen 16 angebracht, die den Führungssteg zu beiden
Seiten umgreifen und somit den Träger 1 gegen Abweichungen in der Z-Richtung führen, ohne daß es zu einer Verspannung in der Y-Richtung kommen kann. Am verbreiterten Ende des Trägers 1 sind zwei Rollenpaare mit Abstand zueinander angebracht. Diese verhindern ein Tordieren des Trägers 1, um seine Y- Achse und erhöhen die Stabilität des Führungssystems.
Nach Figur 3 sind auf den dem Sekundärteil 9 zugewandten Innenseiten der Schenkel 10 Magnetschienen 13 angebracht. Das Sekundärteil 9 ist als Wicklungsteil ausgebildet und weist in der X-Richtung aneinandergereihte Eisenteile 14 auf, die sich mit den Magnetschienen 13 decken. Die zwischen den Teilen wirkenden Magnetkräfte wirken einer Winkelabweichung zwischen dem Primärteil 8 und dem Sekundärteil 9 entgegen. Dadurch wird auf den Träger 1 ein Gegenmoment ausgeübt, daß das darin aufgebaute Biegemoment und somit die Auslenkung des Trägers verringert.

Claims

Patentansprüche
1. Positioniereinrichtung für einen in einer Führungsebene verfahrbaren Positionierkopf (4), insbesondere zum Bestücken von elektrischen Leiterplatten (15) mit Bauelementen (6), wobei ein Chassis (11) der Positioniereinrichtung eine die x- Richtung definierende Linearführung (3) aufweist, in der mittels eines Antriebs (z.B. 7) ein sich quer zu dieser erstreckender länglicher Träger (1) verfahrbar ist, an dem der Positionierkopf (4) in der y-Richtung verfahrbar ist, wobei die x-Richtung und die y-Richtung die Führungsebene definieren, wobei der Antrieb einem der Enden des Trägers (1) zugeordnet ist, wobei die Linearführung (3) im Bereich eines Endes des Trägers (1) angeordnet ist, wobei mit der Linearführung (3) des Chassis (11) zusammenwirkende Führungsmittel (z.B. 2) des Trägers (1) über einen längeren Abschnitt der x-Richtung verteilt sind und/oder sich erstrecken d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Linearführung (3) und der Antrieb jeweils im Bereich der einander gegenüberliegenden Enden des Trägers (1) angeordnet sind.
2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Antrieb als Linearmotor (7) ausgebildet ist, bei dem ein stationäres Primärteil (8) des Chassis (11) mit einem mit dem Träger (1) verbundenen längsverschieblichen Sekundärteil (9) zusammenwirkt und daß zwischen dem Primärteil (8) und dem Sekundärteil (9) zumindest ein sich in der x- und y-Richtung erstreckender Luftspalt- angeordnet ist.
3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 7 daß zwischen dem Primärteil (8) und dem Sekundärteil (9) in der zur Führungsebene senkrechten z-Richtung zwei übereinan- derliegende Luftspalte mit einander in der Z-Richtung entgegengesetzt wirkenden Magnetkräften angeordnet sind.
4. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (8) oder das Sekundärteil aus zumindest einer Magnetschiene (13) besteht, daß das jeweils andere Teil als eisenbehaftetes Wicklungsteil ausgebildet ist und daß Eisenteile (14) des Wicklungsteils in zur Magnetschiene (13) paralleler Reihung angeordnet sind.
5. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (1) zwischen den beiden Enden einen annähernd gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
6. Positioniereinrichtung für einen in einer Führungsebene verfahrbaren Positionierkopf (4) insbesondere zum Bestücken von elektrischen Leiterplatten (15) mit Bauelementen (6), wobei ein Chassis (11) der Positioniereinrichtung eine die x- Richtung definierende Linearführung (3) aufweist, in der mittels eines Antriebs (z.B. 7) ein sich quer zu dieser erstreckender länglicher Träger (1) verfahrbar ist, an dem der Positionierkopf (4) in der y-Richtung verfahrbar ist, wobei die x-Richtung und die y-Richtung die Führungsebene definieren, wobei die Linearführung (3) im Bereich eines Endes des Trägers (1) angeordnet ist, wobei mit der Linearführung (3) des Chassis (11) zusammenwirkende Führungsmittel (z.B. 2) des Trägers (1) über einen längeren Abschnitt der x-Richtung verteilt sind und/oder sich erstrecken, wobei das Chassis (11) auf der der Linearführung (3) gegenüberliegenden Seite des Trägers (1) eine sich in der x-Richtung erstreckende Führungsbahn (z.B. 12) für Führungsteile (16) das anderen Trägerendes aufweist, die dieses gegen Ab- weichungen in der zur Führungsebene senkrechten z-Richtung führen und wobei die Führungsteile (16) gegenüber der Führungsbahn (z.B. 12) in der x-Richtung ungeführt sind, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsteile (16) über einen längeren Abschnitt der x-Richtung verteilt sind und/oder sich erstrecken.
7. Positioniereinrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsteile (16) entlang der Führungsbahn (z.B. 12) in wechselseitiger Umklammerung gegen Abweichungen in der z- Richtung spielfrei zwangsgeführt sind.
8. Positioniereinrichtung nach Anspruch 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsbahn als Führungsschiene (12) ausgebildet ist, daß die Führungsteile als Führungsrollen (16) ausgebildet sind und daß die Führungsrollen (16) zu beiden Seiten eines Steges der Führungsschiene (12) in der z-Richtung betrachtet übereinan- derliegend angeordnet sind.
9. Positioniereinrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (1) zwei in der x-Richtung mit Abstand hinter- einanderliegende Rollenpaare aufweist, die jeweils aus zwei in z-Rich"tung übereinanderliegenden Führungsrollen (12) gebildet sind.
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