DE3687260T2

DE3687260T2 - Roboterwerkzeug fuer randverbindermontage von gedruckten leiterplatten.

Info

Publication number: DE3687260T2
Application number: DE8686307723T
Authority: DE
Inventors: Daniel James Anderson
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 1985-11-20
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2006-10-08
Also published as: EP0223386B1; JPH0471653B2; EP0223386A3; EP0223386A2; BR8605639A; JPS62124837A; US4610082A; DE3687260D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Roboterwerkzeug zur Montage einer Steckleiste an einer vorbestimmten Stelle auf einer Mutterplatte des gedruckten Leitertyps und zur Montage einer Tochterplatte des gedruckten Leitertyps an der Steckleiste. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Roboterwerkzeug zur Montage einer Kombination von Steckleiste und Tochterplatte, wobei die Tochterplatte in eine Steckstelle der Steckleiste in einem ersten Winkel eingesetzt und in einen zweiten Winkel gedreht wird, um die Tochterplatte mit der Steckleiste zu verriegeln. Die Erfindung umfaßt auch das Montageverfahren unter Benutzung des Werkzeugs.

Kurze Beschreibung des Standes der Technik

Die Hersteller elektronischer Geräte sehen beträchtliche Kostenvorteile in der Verwendung automatischer Montagetechniken, wo immer dies möglich ist. Elektronische Geräte umfassen häufig eine oder mehrere gedruckte Leiterplatten, die mit verschiedenen elektronischen Bauteilen besetzt werden müssen. Programmierbare Manipulatoren oder Roboterarme werden verwendet, um die Bauteile aus einem Vorrat zu nehmen und diese Bauteile genau auf der gedruckten Leiterplatte zu plazieren. Ein Beispiel ist in der GB-Patentanmeldung Nr. 2 131 331, eingereicht am 24. Mai 1983, gegeben. In dieser Anmeldung werden mit Anschlüssen versehene Bauteile auf einer gedruckten Leiterplatte für einen anschließenden Lötvorgang plaziert.
Weitere Kosteneinsparungen können erreicht werden, wenn zusätzliche Schritte mit dem gleichen Roboterarm durchgeführt werden können. Zum Beispiel muß die in der EP-A-158 413 beschriebene Steckleiste eine Tochterplatte von der Art einer gedruckten Leiterplatte aufnehmen, um ihre Montage zu vervollständigen. Diese besondere Art von Steckleiste ist ein Verbinder von der "Kraft Null", der es erfordert, daß die Tochterplatte in diesen mit einem ersten Winkel eingesetzt und in eine zweite Winkelstellung gedreht wird, um die Tochterplatte mit dem Verbinder elektrisch zu verbinden.
Roboterarme sind als solche verhältnismäßig teuer und verlangen häufig eine Grundausrüstung teurer Hilfssysteme, die ihren Arbeitsplatz umgeben, um einen kosteneffizienten automatisierten Betrieb zu schaffen. Eine Duplizierung von Roboterarbeitsstationen wird daher, wenn immer möglich, vermieden. Allgemein gilt für Mehrzweck-Roboterarme, daß sie Schnellwechselkupplungen an ihrem freien Arbeitsende besitzen. Dieses gewährt dem Roboterarm einen programmierbaren Zugang zu einer Vielfalt von Arbeitswerkzeugen. Jedoch sind selbst die Schnellwechselkupplungen ausgesprochen teuer und demgemäß bieten jedwede Mehrzweck-Arbeitswerkzeuge, die einem Roboterarm zur Verfügung gestellt werden können, bedeutende Kostenvorteile. Ferner ist die Umgebung des Roboterarms (sein Arbeitsbereich) recht wertvoll und multifunktionelle Werkzeuge sparen Raum für andere Robotertätigkeiten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Roboterwerkzeug zu schaffen für einen selektiv bewegbaren, programmierbaren Roboterarm zur Verwendung bei der Montage einer Steckleiste an einer vorbestimmten Stelle auf einer Mutterleiterplatte und zur Montage einer Tochterleiterplatte an der Steckleiste, wobei die Steckleiste eine Mehrzahl von Anschlüssen aufweist, die jeweils einen Platteneingriffsbereich in einer Steckstelle besitzen, die einen Kontaktkamm der Tochterplatte aufnimmt, welche in einem ersten Winkel einzusetzen und in einen zweiten Winkel zu drehen ist, um die Tochterplatte mit der Steckleiste zu verriegeln, so daß der Platteneingriffsbereich der Anschlüsse elektrisch mit der Tochterplatte verbunden ist, und wobei der Roboterarm ein freies Ende mit einem Paar von Endbereichen aufweist, die selektiv zueinander und auseinander bewegbar sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Werkzeug ein Paar von aufeinander zu und auseinander bewegbaren Backen, eine Einrichtung zum Anbringen der Backen an den Roboterendbereichen für eine Bewegung mit diesen, wobei die Backen sich nach außen erstreckende Steckleisteneingriffsbereiche für einen selektiven Eingriff mit der Steckleiste aufweisen, während der Arm in eine vorbestimmte Position angrenzend an die Mutterplatte bewegt und zu dieser vorbewegt wird, wodurch die Steckleiste an der Mutterplatte angebracht wird, und die Backen ferner einander gegenüberliegende, nach innen öffnende, taschenartige Ausnehmungen zur Aufnahme, zum Erfassen und zum Abstützen der Tochterplatte aufweisen, während der Arm zu in etwa der gleichen vorbestimmten Position angrenzend an die Mutterplatte bewegt, zu der Steckleistensteckstelle in dem ersten Winkel vorbewegt und in den zweiten Winkel gedreht wird, wodurch die Tochterplatte in die Steckleistensteckstelle eingesetzt und in den zweiten Winkel gedreht wird, um zwischen der Tochterplatte und der Steckleiste elektrischen Kontakt herzustellen.
Eine Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung sowohl hinsichtlich der Vorrichtungs- als auch der Verfahrensaspekte wird nun im einzelnen als Beispiel, und nicht als Beschränkung, unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben, die eine spezielle Ausführungsform eines Roboterwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen, in denen gleiche Elemente gleich bezeichnet sind, zeigt
Fig. 1 eine Ansicht des Roboterwerkzeugs der vorliegenden Erfindung, gezeigt im installierten Zustand am Arbeitsende eines Roboterarms; das Werkzeug wird gezeigt, wie es eine Tochterplatte zur Installation in einer Steckleiste erfaßt,
Fig. 2 das Mehrzweck-Roboterwerkzeug nach Fig. 1, wie es eine mit der in Fig. 1 gezeigten Tochterplatte zu verbindende Steckleiste erfaßt,
Fig. 3 eine Ansicht der Kombination von Steckleiste und Tochterplatte,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Steckleiste der Fig. 2,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4,
Fig. 6 eine Ansicht, die zeigt, wie die Tochterplatte in die Steckleiste unter Verwendung des Roboterwerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird,
Fig. 7 eine Unteransicht eines Teils des Roboterwerkzeugs nach den Fig. 1 und 2,
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Eckbereichs der Tochterplatte nach den Fig. 1, 3 und 6 und
Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen

Es sei nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wonach ein Roboterwerkzeug 10 einen herkömmlichen programmierbaren Manipulator oder Roboterarm 12 umfaßt. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, muß der Roboterarm 12 von einem Typ sein, der zumindest 5 Freiheitsachsen bzw. -grade besitzt. Ein Beispiel eines Roboterarms dieses Typs ist das INTELLEDEX-Robotermodell Nr. 605T, hergestellt von INTELLEDEX Inc., Corvallis, Oregon, U.S.A. Das Roboterwerkzeug 10 umfaßt ferner einen herkömmlichen Endeffektor 18, der am freien Ende des Roboterarms angebracht ist und zumindest zwei Kraftsensorensysteme und einen Antriebsmechanismus zum Bewegen der blockartigen Endbereiche 20 besitzt. Bei der vorliegenden Anordnung ist der Endeffektor 18 ein kleiner Servoendeffektor, Teil Nr. 80024, ebenfalls hergestellt von INTELLEDEX Inc., Corvallis, Oregon, U.S.A.
Die spezielle Endeffektoreinheit besitzt einen von dem Servomotor angetriebenen Zahnstangenantriebsmechanismus 22 zum Bewegen der blockartigen Endbereiche 20 aufeinander zu und voneinander fort.
Typischerweise ist der Endeffektor, wie andere im Handel erhältliche Einheiten, mit einer einfachen L-förmigen Backe versehen, die mit den Endbereichen 20 verschraubt ist. Diese einfachen Backen sind durch ein Roboterwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung ersetzt, das ein einzigartig gestaltetes Paar von Backen umfaßt, die allgemein mit 28 bezeichnet sind. Die Backen 28 sind an den Endbereichen 20 durch Schrauben 30 durch eine Adaptorplatte 32 hindurch angebracht.
Wie in den Fig. 1 und 2 angegeben, dienen die Backen 28 einem doppelten Zweck, indem sie erste Teile 72 zum Erfassen einer Tochterplatte 34 vom gedruckten Leitertyp (vgl. Fig. 1) und ferner zweite Teile 70 zum Ergreifen einer Steckleiste 36 (vgl. Fig. 2) besitzen. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden dieselben Backen 28 bei beiden Funktionen verwendet, ohne daß eine Änderung am Roboterarm erforderlich ist. Demgemäß wird, wie der Fachmann erkennt, durch die einzigartige Konstruktion der Backen 28 und deren Montage am Endeffektor 18 jedweder Unterschied in der Programmierung, die erforderlich ist, um den Roboterarm durch die Montage der Steckleiste 36 an einer Mutterplatte zu führen, und die Installierung der Tochterplatte 34 in der Steckleiste auf ein Minimum reduziert. Die Fig. 3 zeigt eine fertige Montage von Tochterplatte 34 und Steckleiste 36 auf einer Mutterplatte 38 des herkömmlichen gedruckten Leiterplattentyps.
Es sei nun zusätzlich auf die Fig. 4 bis 6 Bezug genommen, wonach die Steckleiste 36 ein dielektrisches Gehäuse 40 umfaßt, das aus einem Basisteil 42 besteht, welcher Anschlußaufnahmeschlitze 44 begrenzt, die einem Plattenaufnahmeschlitz 46 zugeordnet sind. Die Fig. 5 zeigt elektrische Anschlüsse 48 in den Schlitzen 44 mit einem Verbindungsbereich von C-förmiger Grundgestalt mit zwei einander gegenüberliegenden Platteneingriffskontakten 50, 52, die übereinander mit unterschiedlicher vertikaler Orientierung angeordnet sind. Der Schlitz 46 und die Anschlüsse 48 bilden zusammen eine elektrische Steckstelle zur Verbindung mit dem unteren Rand der Tochterplatte 34. Der Schlitz 46 besitzt eine erste Winkelfläche 52, an der die Verbindungstochterplatte 34 anfänglich mit Einsteckkraft Null positioniert wird. Danach wird die Tochterplatte im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um mit der zweiten Anschlagfläche 54 in Berührung zu kommen, wobei die oberen Ecken der Tochterplatte durch federnde Verriegelungsfinger 56 an ihrem Platz verriegelt werden. Wenn die Tochterplatte an ihrem Platz verriegelt ist, nehmen an jeder oberen Ecke angeordnete Zentrieröffnungen 58 einen Zentriervorsprung 59 auf. Die Steckleiste 36 ist in der EP-A-158413 weiter beschrieben.
Es sei nun auf die Fig. 1, 3, 6 und 8 Bezug genommen, wonach die Tochterplatte 34 erste und zweite einander gegenüberliegende Hauptflächen 60 aufweist, von denen eine elektrische Bauteile für entweder eine Oberflächenmontage oder eine Durchanschlußmontage aufnimmt, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Zwei einander gegenüberliegende Stirnwände 62 erstrecken sich zwischen den Oberflächen 60. Eine Oberwand 64 erstreckt sich ferner zwischen den Oberflächen 60 und trifft die Stirnwand 62 an jeder oberen Ecke 66 der Platte 34. Bei dem vorliegenden Beispiel hat die Tochterplatte 34 die Form einer Leiste bzw. eines Parallelepipeds, und das Roboterwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung umfaßt eine taschenartige Ausnehmung 72 von der gleichen Form zur Aufnahme einer oberen Ecke 66 der Tochterplatte. Jedoch versteht sich für den Fachmann ohne weiteres, daß die oberen Ecken der Tochterplatte 34 jede andere geeignete Form aufweisen können, solange die Backen des Roboterwerkzeugs in gleicher Weise in Übereinstimmung mit den Grundsätzen geformt sind, die nun beschrieben werden.
Es sei nun auf die Fig. 1, 2 und 6 bis 9 Bezug genommen, wonach die Doppelfunktionsbacken 28 einen ersten sich nach außen erstreckenden fingerartigen Steckleisteneingriffsbereich 70 und eine nach innen öffnende Plattenaufnahmeausnehmung 72 aufweisen. Die Ausnehmung 72 hat eine Form, die eine angemessene Abstützung der Tochterplatte 34 während der Translationseinführung in den Schlitz 46 und der elektrischen Rotationsverbindung und Verriegelung in bezug auf die Anschlüsse 48 und die Zungen 56 der Steckleiste 36 gewährleistet. Demgemäß weist die Ausnehmung 72 eine obere Oberfläche 74 für einen Eingriff mit der Oberwand 64 und eine äußere Stirnfläche 76 für einen Eingriff mit der Stirnwand 62 auf. Der Endeffektor 18 und der Roboterarm 12 sind derart programmiert, daß die Oberfläche 74 der Backe 28 zuerst mit der Oberwand 64 der Tochterplatte 34 (mit selbsttätiger Regelung der angewandten Kraft) in Eingriff kommt und danach der Servomotor im Endeffektor 18 betätigt wird, um die beiden einander gegenüberliegenden Backen 28 (ebenfalls mit selbsttätiger Regelung der aufgebrachten Kraft) zusammenzuziehen, wodurch deren Stirnflächen 76 mit den Stirnwänden 62 der Tochterplatte in Berührung gebracht werden. Die selbsttätige Regelung dieser beiden Kräfte steht in handelsüblichen Endeffektoren zur Verfügung. Die taschenartigen Ausnehmungen 72 weisen ferner Seitenwände 78 für einen Eingriff mit den Tochterplattenflächen 60 auf, um die Tochterplatte während der Rotationsverbindung abzustützen und den entgegengesetzten Kräften der Anschlüsse 48 und der nockenartigen federnden Verriegelungsfinger 56 standzuhalten. Die taschenartigen Ausnehmungen 72 bieten dadurch ersichtlich vier fortgesetzte Flächen für die Abstützung der entsprechenden vier fortgesetzten Flächen an der Ecke 66 der Tochterplatte 34 dar, wie in den Fig. 3 und 8 strichpunktiert angegeben. Wie an der Oberseite der Fig. 3 angegeben, kann sich die Ausnehmungsoberfläche 74 über den Eckbereich der Platte 34 ggf. hinauserstrecken.
Es sei nun auf die Fig. 2 und 4 Bezug genommen, wonach die Basis 42 des Steckleistengehäuses 40 einen mittleren Längsschlitz 80 mit Endbereichen 82 aufweist. Der Endeffektor 18 und der Roboterarm 12 sind so programmiert, daß die Steckleisten-Eingriffsvorsprünge 70 in den Schlitz 80 eingesetzt werden. Danach wird der Servomotor im Endeffektor 18 eingeschaltet, um die beiden einander gegenüberliegenden Backen 28 auseinanderzuspreizen, was die Vorsprünge 70 mit den Endbereichen 82 des Schlitzes 80 in Eingriff bringt. Wie in den Fig. 7 und 9 gezeigt, ist der Vorsprung 70 auf drei Seiten von Schultern 86 umgeben, die mit Bereichen der Steckleistenbasis 42 unmittelbar angrenzend an den Schlitz 80 in Eingriff kommen, um den Abwärtsdruck herbeizuführen, der notwendig ist, um die mit Anschlüssen versehene Steckleiste 36 in die Mutterplatte 38 einzusetzen. Abwärtsgerichtete Rastangeln oder Vorsprünge 87 sind vorgesehen, um mit der unterseitigen Oberfläche der Mutterplatte 38 in Eingriff zu kommen, wodurch eine Verrastung gebildet wird, wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Rastvorsprünge 87 sind genau dimensioniert für ein Zusammenwirken mit Öffnungen 88 der Mutterplatte (vgl. Fig. 2), um eine genaue Ausrichtung der Lötanschlußfahnen 90 in den Durchgangslöchern 92 der Mutterplatte herzustellen.
Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, erfassen die Backen 28 die Platte 34 und die Steckleiste 36 mit minimalen Kontaktflächen in jeder ihrer beiden Funktionen und haben dadurch minimale Größe und Gewicht, so daß die Hebekapazität des Arms 12 oder des Endeffektors 18 nicht überlastet wird. Die Steckleisten-Eingriffsvorsprünge 70 erfassen die Steckleiste 36 nur an unmittelbar an den Rastangeln 87 angrenzenden Punkten. Die taschenartige Ausnehmung 72 erfaßt die Tochterplatte 34 nur an den oberen Außenecken an Stellen unmittelbar angrenzend an die federnden Verriegelungsfinger 56. Beim Verbinden der Tochterplatte 34 mit der Steckleiste 36 bewirken die Backen 28 die notwendige Deckungsgenauigkeit zwischen Tochterplatte und Steckleiste, die Abwärtskraft, die nötig ist, um die Tochterplatte 34 in die Steckleiste einzusetzen und die Torsionsverbindungs- und Verriegelungskraft den oberen Bereichen der Tochterplatte 34 zu vermitteln, um die Platte an oder nahe ihrem unteren Rand zu verschwenken.
Bei der vorliegenden Erfindung erfüllen die gleichen Backen 28 beide Funktionen, wodurch die Kosten, der Lagerraum und die Schnellwechselkupplung, die für ein zweites Roboterwerkzeug erforderlich sind, vermieden sind. Ferner ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß das beschriebene Doppelfunktionswerkzeug die zum Einrichten des Arms 12 und des Effektors 18 bei jeder Funktion erforderliche Programmierung erheblich reduziert. Dies bedeutet, daß die vorbestimmte programmierte Position der Backen 28 über der Mutterplatte 38 (vgl. Fig. 2) für beide Funktionen der Anbringung der Steckleiste und des Einsetzens der Tochterplatte die gleiche ist. Die Neuausrichtung und -einmessung, die notwendig sind, wenn eine Steckleisten-Eingriffsbacke entfernt und eine Platten-Eingriffsbacke aufgenommen wird, entfallen bei Verwendung eines Werkzeugs nach der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. Roboterwerkzeug (10) für einen selektiv bewegbaren, programmierbaren Roboterarm (12) zur Verwendung bei der Montage einer Steckleiste (36) an einer vorbestimmten Stelle auf einer Mutterleiterplatte (38) und zur Montage einer Tochterleiterplatte (34) an der Steckleiste, wobei die Steckleiste eine Mehrzahl von Anschlüssen (43) aufweist, die jeweils einen Platteneingriffsbereich (50,52) in einer Steckstelle besitzt, die einen Kontaktkamm der Tochterplatte (34) aufnehmen soll, welche in einem ersten Winkel einzusetzen und dann in einen zweiten Winkel zu drehen ist, um die Tochterplatte (34) mit der Steckleiste zu verriegeln, so daß der platteneingriffsbereich der Anschlüsse (48) elektrisch mit der Tochterplatte verbunden ist, der Roboterarm (12) ein freies Ende mit einem Paar von Endbereichen (20) aufweist, die selektiv zueinander und auseinander bewegbar sind, und wobei das Werkzeug versehen ist mit

einem Paar von aufeinanderzu und auseinander bewegbaren Backen (28),

einer Einrichtung (30,32) zum Anbringen der Backen (28) an den Roboterendbereichen (20) für eine Bewegung mit diesen,

wobei die Backen sich nach außen erstreckende Steckleisteneingriffsbereiche (70) für eine selektiven Eingriff mit der Steckleiste (36) aufweisen, während der Arm in eine vorbestimmte Position angrenzend an die Mutterplatte bewegt und zu dieser vorbewegt wird, wodurch die Steckleiste an der Mutterplatte angebracht wird, und

die Backen ferner einander gegenüberliegende, nach innen öffnende, taschenartige Ausnehmungen (72) zur Aufnahme, zum Erfassen und zum Abstützen der Tochterplatte aufweisen, während der Arm zu in etwa der gleichen vorbestimmten Position angrenzend an die Mutterplatte bewegt, zu der Steckleistensteckstelle in dem ersten Winkel vorbewegt und in den zweiten Winkel gedreht wird, wodurch die Tochterplatte in die Steckleistensteckstelle eingesetzt und in den zweiten Winkel gedreht wird, um zwischen der Tochterplatte und der Steckleiste elektrischen Kontakt herzustellen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Platteneingriffsausnehmungen (72) der Backen über den Steckleisteneingriffsbereichen (70) angeordnet sind, um deren Einsetzen in einen Werkzeugaufnahmeschlitz (80) in der Steckleiste zu ermöglichen.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in Verbindung mit einen selektiv bewegbaren, programmierbaren Roboterarm (12) mit einem freien Ende mit einem Paar selektiv zueinander und auseinander bewegbarer Endbereiche (20), wobei die Backen (28) des Roboterwerkzeugs an den Roboterendbereichen (20) für eine Bewegung mit diesen angebracht sind.

4. Verfahren zur Montage einer Tochterleiterplatte (34) an einer Mutterleiterplatte (38) an einer vorbestimmten Stelle mittels einer Steckleiste (36) mit einer Mehrzahl von Anschlüssen (48), die jeweils einen Platteneingriffsbereich besitzen, der in einer Steckstelle angebracht ist, die einen Kontaktkamm der Tochterplatte aufnehmen soll, welche in einem ersten Winkel einzusetzen und dann in einen zweiten Winkel zu drehen ist, um die Tochterplatte mit der Steckleiste zu verriegeln, so daß der Platteneingriffsbereich der Anschlüsse elektrisch mit der Tochterplatte verbunden ist, wobei das Verfahren einen programmierbaren selektiv bewegbaren Roboterarm (12), wie in Anspruch 3 beschrieben, verwendet und durch die Schritte gekennzeichnet ist, daß der Arm bewegt wird, um die Steckleiste mit den steckleisteneingriffsbereichen (70) in Eingriff zu bringen, der Arm in eine vorbestimmte Position angrenzend an die Mutterplatte bewegt und der Arm zur Mutterplatte vorbewegt wird, wodurch die Steckleiste an der Mutterplatte montiert wird, der Arm bewegt wird, um die Tochterplatte in den taschenartigen Ausnehmungen (22) aufzunehmen, zu erfassen und abzustützen, der Arm zu in etwa der vorbestimmten Position angrenzend an die Mutterplatte zurückgeführt und der Arm zu der Steckstelle der Steckleiste in dem ersten Winkel vorbewegt und der Arm in den zweiten Winkel gedreht wird, wodurch die Tochterplatte in die Steckleiste eingesetzt und in den zweiten Winkel gedreht wird, um zwischen der Tochterplatte und der Steckleiste elektrischen Kontakt herzustellen.