DE3704414A1 - Anordnung und verfahren zur vollautomatischen materialversorgung von bestueckungsautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Materialversorgung von Bestückungsautomaten für Leiterplatten gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.

Zur Bestückung von Leiterplatten ist es in der elektrotechni­ schen Industrie allgemein üblich, Bestückungsautomaten und Be­ stückungsroboter zu verwenden. Die Versorgung der Bestückungs­ automaten mit Bauelementen erfolgt üblicherweise über Bau­ elementerollen. Dabei sind die einzelnen Bauelemente, z. B. Wi­ derstände oder Kondensatoren, in bandförmige Trägern aus Papier eingeheftet. Bei einfachen Bestückungsautomaten werden Bau­ elementerollen verwendet, bei denen die darin angeordneten Bauelemente der Bestückungssequenz entsprechen. Komfortablere Bestückungsautomaten weisen einen sogenannten Sequenzer auf, der aus mehreren eingelegten Bauelementerollen in der er­ forderlichen Bestückungssequenz die Bauelemente entnimmt.

Allen bekannten Bestückungsautomaten und Bestückungsrobotern ist aber gemeinsam bekannt, daß die Materialversorgung mit Bauelementerollen und auch das Einfädeln der Bauelementerollen in die Bestückungsautomaten manuell erfolgt.

In den bekannten Bestückungsautomaten und Bestückungsrobotern werden die Bauelemente durch Abschneiden des Drahtes am Bau­ elementegurt entnommen. Dabei verbleiben zwei Gurtbänder aus Papier mit eingeklebten Drahtstücken, die aufgefangen werden und manuell entsorgt werden müssen.

Da außerdem der Gurt nicht biegesteif in Längsrichtung ist, kommt es durch Abstandsfehler zu einem häufigen Klemmen und da­ mit zu einer Unterbrechung der Sequenzfolge, so daß der Wieder­ anlauf der Fertigung u. a. ein Leerfahren des Sequenzerinhalts erfordert.

Ein weiteres Problem bei derartigen Bestückungsautomaten und Bestückungsrobotern besteht in einem erforderlichenfalls schnellen Umrüsten. Gerade bei der Herstellung von Flachbau­ gruppen unterschiedlicher Spezifikation und geringer Stückzahl ist eine erforderliche geringe Umrüstzeit der Bestückungsma­ schine ein wesentlicher Kostenfaktor.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art vollautomatisch auszugestalten, so daß eine manuelle Handhabung der Bauelemente bzw. Bauelemente­ träger weder im Herstellerwerk noch beim Verbraucher erforder­ lich ist. Dabei soll insbesondere das manuelle Einfädeln in den Bestückungsautomaten entfallen und die Bauelemente sollen mit hoher Genauigkeit den Entnahmemechanismen der Bestückungsauto­ maten präsentiert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung und einem Verfahren der eingangs genannten Art aus dem kennzeichnenden Teil der Patent­ ansprüche 1 und 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung befinden sich die Bauelemente auf einem bandförmigen Trägergurt in Form einer Kette, der zwischen zwei Rollen in einer Kassetten eingewickelt ist. Die Kassette hat definierte Stellen, an denen der Trägergurt abgegriffen und transportiert werden kann. Der Trägergurt weist im konstanten Abstand Bohrungen bzw. Ausnehmungen auf, um einen intermittie­ renden Betrieb zu ermöglichen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Kassette als Vor­ ratsbehälter für die Bauelemente kann die Versorgung der Be­ stückungsautomaten vollständig automatisch erfolgen. Ein Ein­ fädeln dieses bandförmigen Bauelementeträgers ist nicht not­ wendig.

Dadurch, daß die Bauelemente auf dem Träger verrastbar angeord­ net sind, können die Kassetten mehrfach genutzt werden. Ein den Betriebsablauf störender Abfall entsteht nicht.

Die Verwendung eines biegesteifen Trägergurtes zur Aufnahme der Bauelemente verhindert wegen seiner hohen Lagegenauigkeit ein Klemmen der Bauelemente.

Um ein leichtes Entnehmen der Bauelemente aus den Rastöff­ nungen des Trägergurtes bewerkstelligen zu können, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Trägergurt im Bereich der Entnahmeöffnung derart geführt, daß die Anschlußdrähte des eingerasteten Bauelementes infolge Auseinanderspreizen der Rastöffnungen ohne Krafteinwirkung auf die Anschlußdrähte und ohne Reibung im Rastpunkt freigegeben werden. Zu diesem Zwecke kann auch noch zusätzlich eine ge­ eignete Vorrichtung vorgesehen sein, die den Trägergurt von der der Rastöffnung gegenüberliegenden Seite aus mit vertikalen Bewegungen bogenförmig durchbiegt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kassettenbehälter in den Kassettenaufnahmebereichen der Bestüc­ kungsautomaten in eine Arbeitsposition oder in eine Bereitstel­ lungsposition verbringbar, wobei in der Arbeitsposition die Ent­ nahme der Bauelemente zur Bestückung möglich ist, in der Bereit­ stellungsposition ein Austausch des Kassettenbehälters.

Damit ist es möglich, die Kassettenbehälter ohne Funktionsunter­ brechung auszutauschen. Da ein manuelles Einfädeln entfällt, ist ein Wechsel zwischen Arbeitsposition und Bereitstellungs­ position automatisch möglich.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen darge­ stellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrie­ ben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der vollautomatischen Ma­ terialversorgung von entlang einer Fertigungsstraße angeord­ neten Bestückungsautomaten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines die Bauelemente auf­ nehmenden Kassettenbehälters,

Fig. 3 eine schematische Darstellung in Draufsicht des zum Bei­ spiel aus Kunststoff bestehenden Bauelementeträgergurtes,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bauelementeträ­ gergurtes der Fig. 3 und

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung der Entnahmestation für die Bauelemente in einem Bestückungsautomaten bei eingeleg­ tem Kassettenbehälter.

In einer hier nur schematisch dargestellten Einrichtung zur Be­ stückung von Leiterplatten mit Bauelementen, beispielsweise Widerständen oder Kondensatoren, sind - wie in der Fig. 1 darge­ stellt - entlang einer Fertigungsstraße FS mehrere Bestückungs­ automaten bzw. Bestückungsroboter BA 1 bis BA 5 in bekannter Weise nebeneinander angeordnet. Jedem dieser Bestückungsauto­ maten BA 1 bis BA 5 ist ein sogenannter Sequenzer S 1 bis S 5 zuge­ ordnet, der in üblicherweise aufgebaut ist und der die Aufgabe hat, das entsprechend in die Leiterplatten einzufügende Bau­ element auszuwählen. Die Versorgung der Bestückungsautomaten BA 1 bis BA 5 selbst erfolgt dabei über kassettenförmige Behälter K (Fig. 2), in denen die Bauelemente auf Trägergurten aufgespult sind. Zu diesem Zwecke enthalten die aus z. B. thermoplastischem Kunststoff ausgebildeten Kassetten K eine Aufwickelspule AS und eine Vorratsspule VS zur Aufnahme von entsprechend den Fig. 3 und 4 ausgeformten Trägergurten T. Die Trägergurte T bestehen dabei z. B. aus verschleißfestem, elastischem Kunststoff wie Sili­ kongummi und weisen an den Rändern Transportlöcher TO auf. Ein die Bauelemente B (dargestellt ist ein Widerstand) aufnehmender Bereich der Trägergurte T ist durch schienenförmige Halterungen H begrenzt. In den Halterungen H sind einseitig offene Rastöff­ nungen R, wie z. B. einem Öffnungswinkel von 60° angeordnet, in denen die Bauelemente B über ihre Anschlußleitungen AL verrastet werden. Verbunden sind die beiden Halterungen H über Stege ST, die für die notwendige Stabilität der Trägergurte (bandförmige Träger) sorgen und die entsprechend der Breite der aufnehmenden Bauelemente B (Teilungsabstand) nebeneinander angeordnet sind. Um das breite Spektrum der Bauelemente abzudecken, werden ge­ normte Teilungsabstände vorgesehen.

In der Kassette K werden die auf der Vorratsspule VS aufgewic­ kelten Trägergurte T zur Aufwickelspule AS geführt und zwar über einen von außen zugänglichen Entnahmebereich EB der Kassetten K (Fig. 2). Die Kassette K weist weiterhin eine Aufnahmeöffnung A für ein Entnahmewerkzeug EW für die Bauelemente auf. Um eine störungsfreie Durchführung des Trägergurtes T durch den Ent­ nahmebereich zu gewährleisten, sind in der Kassette K selbst - hier nur schematisch dargestellt - Führungsbleche FB angeordnet.

Zur Erzeugung eines notwendigen Haltemomentes und zum Aufspulen des Trägergurtes T auf der Aufwickelspule AS sind die Aufwickel­ spule AS und die Vorratsspule VS über Kupplungsstücke KS von außen zugänglich. Weiterhin weist das Gehäuse der Kassette K Bohrungen BO auf, die dazu dienen, die Kassette mit entsprechen­ den Handhabungsautomaten greifen und transportieren zu können sowie in der Bauelementeentnahmestation zu fixieren. Weiterhin ist die Kassette K mit einem Datenfeld DF, das sich an der Außenseite der Kassette K befindet, versehen, auf dem die Art bzw. der Bauelementeinhalt der Kassette K codiert ist. Dieses Datenfeld - das z . B. aus einem Strichcode bestehen kann oder aus einem Magnetstreifen - wird durch entsprechende Datenlese­ geräte in den Sequenzern S 1 bis S 5 bzw. der Bestückungsautoma­ ten BA 1 bis BA 5 erfaßt und ausgelesen.

Um die Bauelemente B mit ihren Zuleitungen AL aus dem Träger­ gurt T entnehmen zu können, sind jedem Bestückungsautomaten BA 1 bis BA 5 Bauelementeentnahmestationen entsprechend der An­ zahl der Bauelemente (Fig. 5) zugeordnet.

Die Kassetten K werden dabei zunächst in einer hier nicht dar­ gestellten Kassettenwechseleinrichtung eingeschoben, die eine Arbeitsstellung und eine Versorgungsstellung aufweisen. In der in der Fig. 5 dargestellten Arbeitsstellung der Kassette, in der sie in einer Kassettenaufnahme in der Bauelemententnahmestation verrastet ist, entnimmt der Bestückungsautomat BA über ent­ sprechende Entnahmewerkzeuge die Bauelemente B nach Bedarf.

Zu diesem Zweck wird in die von außen zugängliche Ausnehmung A ein Unterwerkzeug U, das zur Entnahme des Bauelementes B in der entsprechend dargestellten Pfeilrichtung motorisch bewegt wird, eingeführt (Fig. 5). Das Unterwerkzeug U weist zwei Greifer G auf, die bei einer Bewegung des Unterwerkzeuges U zur Entnahme eines Bauelementes B geöffnet unter die Anschlußleitungen AL des im Trägergurt T gehaltenen Bauelementes B fahren. Gleichzeitig wird im Entnahmebereich EB der Trägergurt T von oben durch einen Niederhalter leicht in Richtung Greiferbacken G gedrückt bzw. durchgebogen. - Die Gurtführung F ist hierzu im Entnahmebereich EB freigearbeitet.

Infolge einer damit entstehenden Verformung des Trägergurtes T öffnet sich die Rastung R und gibt das eingerastete Bauelement B frei. Dieses wird so vom Niederhalter ohne Belastung der An­ schlußleitungen AL des Bauelementes B und ohne Verschleiß der Rastöffnung R des Trägergurtes T in die Greiferbacken G überge­ ben und gefaßt. Der Niederhalter fährt zurück, gleichzeitig wird ein Oberwerkzeug O mit zwei Greifstücken G von oben her gegen die Anschlußleitungen AL geführt. Das Oberwerkzeug O kann wahlweise für drei Funktionen ausgebildet werden:

• o Entnahmevorgang einleiten
• o Formbiegen der Bauelementeanschlußdrähte
• o Verifizierung der Bauelementeeigenschaften.

Der Kassettenantrieb erfolgt ähnlich wie bei einer Tonband­ kassette, wobei jedoch keine kontinuierliche, sondern eine intermittierende Bewegung erforderlich ist. Ein hier nicht dargestellter Antrieb, der über entsprechende Stiftenräder SA in die Transportöffnungen des Trägergurtes T eingreift, sorgt für den intermittierenden Transport. Führungen F, die im Be­ reich der Stiftenräder SA angeordnet sind, bewerkstelligen eine exakte Führung des Transportbereiches des Trägergurtes T. Die Aktivierung des Antriebes wird durch eine entsprechende hier nicht dargestellte Abtasteinrichtung in der Bauelementeent­ nahmestation ausgelöst. Zur Kennzeichnung des Bandanfanges und des Bandendes können auf dem Trägergurt T an beiden Enden Markierungen, z. B. Magnet- oder Lichtstreifen, angeordnet sein. Es ist auch möglich, noch bei einer z. B. 80% des Volumens ent­ sprechenden Bandlänge zusätzlich Markierungen vorzusehen, um ein Alarmsignal zur Initiierung der Nachschubversorgung ein­ zuleiten.

Mit Hilfe der Kassetten läßt sich nun entsprechend der Fig. 1 eine vollautomatische Materialversorgung der Bestückungsauto­ maten organisieren:

Eine zentrale rechnergesteuerte Fertigungssteuerung ZFS für die Bestückungsautomaten erfaßt die in einem Lager L angeordne­ ten Bauelementekassetten und steuert deren Transport vom Waren­ eingang WE bis zu den Bestückungsautomaten BA vollautomatisch. Die wiederverwendbaren Kassetten werden dabei extern z. B. bei einem Zulieferer bestückt und zum Wareneingang WE geliefert. Nach Eingangsprüfung bei der Wareneingangsstelle - die eben­ falls vollautomatisch über eine entsprechende Abtasteinrichtung erfolgen kann - werden die Kassetten im Lager L abgelegt. Das Erfassen der eingegangenen Kassetten in der Wareneingangs­ stelle und das Ablegen im Lager L das über entsprechende auto­ matisierte Handhabungsgeräte erfolgt, wird ebenfalls von der zentralen Fertigungssteuerung ZS überwacht.

Stellt nun die zentrale Fertigungssteuerung ZFS an der Ferti­ gungsstraße FS einen Kassettenbedarf an den entsprechenden Be­ stückungsautomaten fest, so aktiviert sie eine entsprechend ausgebildete automatische Handhabungseinrichtung AH in Form eines Transportroboters, der aus dem Lager L die entsprechenden Kassetten über ihre Bohrungen BAO erfaßt und den Bestückungs­ automaten zuführt. Die Bestückungsautomaten und damit die Sequenzer S 1 bis S 5 enthalten eine Kassettenwechseleinrichtung, die eine Arbeitsstellung und eine Versorgungsstellung hat. Von der Kassette in der Arbeitsstellung entnimmt der Bestückungs­ automat BA 1 bis BA 5 die Bauelemente nach Bedarf. Die Versor­ gungsstellung dient zur Be- und Entladung der vollen bzw. leeren Kassetten, wobei der Be- und Entladevorgang automatisch über die Handhabungseinrichtung AH erfolgt. Leere Kassetten werden den Kassettenwechslereinrichtungen von der automatischen Handhabungseinrichtung entnommen und z. B. auch im Lager in einem Warenausgangsbereich abgelegt. Von dort aus werden sie zur erneuten Bestückung den Zulieferern zugeführt.

Claims (9)

1. Anordnung zur Materialversorgung von Bestückungsautomaten (BA 1 bis BA 5) für Leiterplatten mit auf bandförmigen Trägern (T) angeordneten Bauelementen (B), dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein in der Art von Tonband­ kassetten ausgestalteter Kassettenbehälter (K) für die Bauele­ mente (B) vorgesehen ist, der eine Entnahmeöffnung (EB) für die Bauelemente aufweist, wobei durch motorischen Transport des bandförmigen Trägers aus einem Vorratsbereich (VS) in einen Aufnahmebereich (AS) des Kassettenbehälters die Bauelemente in eine der Entnahmeöffnung zugeordnete Entnahmeposition bringbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bauelemente (B) auf dem Träger (T) verrastbar angeordnet sind.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bandförmige Träger (T) einen mit Transportöffnungen (TO) versehenen Trägergurt auf­ weist, dessen die Bauelemente (B) aufnehmende Bereich beid­ seitig von einseitig offenen Rastöffnungen (R) für die Bau­ elemente (B) aufnehmenden, schienenförmigen Halterungen (H) begrenzt ist, wobei die Halterungen über im Bauelementeabstand versetzt angeordnete Verbindungsstege (ST) miteinander in Ver­ bindung stehen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bandförmige Trägergurt (T) im Bereich der Entnahmeöffnung (EB) derart in Führungen (F) der Kassette geführt wird, und/oder, daß eine Vorrichtung den Trägergurt (T) von der der Rastöffnung (R) gegenüberliegenden Seite mit vertikaler Bewegung bogenförmig derart durchbiegt, daß die Anschlußdrähte des eingerasteten Bauelements infolge Auseinanderspreizen der Rastöffnungen (R) freigegeben werden.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kassettenbehälter eine Aufnahmeöffnung (A) für ein Entnahmewerkzeug (EW) für die Bau­ elemente aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entnahmewerkzeug (EW) mit einem dem Bestückungsautomaten (BA) zugeordneten Oberwerkzeug (O) derart zusammenwirkt, daß bei einer Entnahme des Bauelementes gleich­ zeitig ein Formbiegen der Anschlußstifte (AL) des Bauelementes (B) sowie eine Verifizierung der Bauelementeeigenschaften er­ folgen kann.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kassettenbehälter eine maschinenlesbare Codierung (DF) aufweist.

8. Verfahren zur Versorgung von Bestückungsautomaten (BA) für Leiterplatten mit auf bandförmigen Trägern (T) angeordneten Bauelementen gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens­ schritte:

• - in einem Lager (L) werden maschinenlesbar codierte Kasset­ tenbehälter (K) gelagert, die motorisch antreibbar ausgebil­ dete bandförmige Träger (T) mit darauf angeordneten Bauele­ menten (B) aufweist,
• - abhängig vom Bedarf der Bestückungsautomaten (BA) entnimmt eine automatische Handhabungseinrichtung (AH) dem Lager (L) entsprechende Kassettenbehälter (K) und führt sie den Be­ stückungsautomaten (BA) zu.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein die Kassetten (K) aufnehmender Kas­ settenaufnahmebereich der Bestückungsautomaten (BA) als Kas­ settenwechseleinrichtung ausgebildet ist, der eine Arbeitsposi­ tion und eine Bereitstellungsposition aufweist, wobei die Ar­ beitsposition eine Entnahme der Bauelemente zur Bestückung er­ möglicht, die Bereitstellungsposition einen Austausch der Kassettenbehälter.