DE3790460C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um fotografisch das Muster einer Reinzeichnungsmaske auf einer Platine für gedruckte Schaltungen herzustellen und im besonderen eine verbesserte Vor­ richtung zur Erfassung einer Schaltungsplatine, so daß sie ohne Eingriff einer Bedienungsperson automatisch geladen, belichtet und ausgegeben werden kann, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wie Fachleuten bekannt ist, werden eine Platine für gedruckte Schaltungen und eine Maske in einer geschlossenen Belichtungsein­ heit in dem Verfahren zum Erzeugen eines Abbildes der Maske auf der Platine genau ausgerichtet. Typischerweise passen Stifte in einem Rahmen im Gehäuse in Öffnungen auf der Platine, um die Platine auszurichten. Wie Fachleuten ebenfalls bekannt ist, ist es schwierig, eine Platine ohne Eingriff einer Bedienungsperson automatisch zu befördern und im Belich­ tungsbereich auszurichten.

Aus der DE-OS 34 47 849 ist bereits eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe eines optischen Aus­ richtsystems Steuerimpulse für einen Greifer einer Trans­ portplattenwechseleinrichtung gewonnen werden, welche für das Einbringen bzw. die Aufnahme der Leiterplatten aus einem Vorratsstapel benutzt wird. Hierdurch soll eine Aus­ richtung der Platinen erreicht werden, auch wenn die Lage der von den Greifern erfaßten Randkanten relativ zu dem Lochmuster von Leiterplatte zu Leiterplatte veränderlich ist. Diese Vorrichtung ist konstruktiv sehr aufwendig, weil die Greifer im Sinne eines Robotergreifarmes steuer­ bar ausgebildet sein müssen, d. h. einer großen Zahl von Freiheitsgraden bedürfen. Außerdem ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar, wie das optisch wirksame Ausrichtsystem verwirklicht werden soll.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen und ins­ besondere konstruktiv zu vereinfachen. Überdies soll die Vorrichtung schnell und einfach verändert werden können, um Platinen wechselnder Größe zu handhaben.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Ausgestaltung einer automatischen Abbildungsvorrichtung für gedruckte Schaltungsplatinen, welches in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung hergestellt wurde.

Fig. 2 ist eine Draufsicht der automatischen Abbildungs­ vorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung einer typischen "leeren" Platine für gedruckte Schaltungen.

Fig. 4 ist eine Teilansicht eines Ausschnitts der rechten Seite entlang der Linie 4-4 in Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Teilansicht eines Ausschnitts der rechten Seite entlang der Linie 5-5 in Fig. 2.

Fig. 6 ist eine Teilansicht entlang der Linie 6-6 in Fig. 2.

Fig. 7 ist eine Teilaufsicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 1.

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung mit entfernten Teile, welche Einzelheiten eines Ausrichtungswagens zeigt.

Fig. 9 ist ein detaillierter Teilschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8.

Fig. 10 ist eine detaillierte Draufsicht vom Punkt A in Fig. 8 und

Fig. 11 ist eine vergrößerte detaillierte bildliche Darstellung einer Saugnapfanordnung.

Mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen enthalten größere funktionale Bestandteile einer automatischen Abbildungs­ vorrichtung, welche in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung ausgeführt wurde, eine zentral angeordnete fotografische Belichtungs- und Abbildungseinheit 12, eine Transport- und Ausrichtungseinheit für gedruckte Schaltungs­ platinen 14 und eine Abtransport- und Beförderungseinheit für Platinen 16. Platinen für gedruckte Schaltungen, so wie in Fig. 3 gezeigt, werden eingangs auf die Ausrichtungs­ einheit 14 gelegt. Hier werden die Erfassungslöcher oder Öffnungen 18 in der Platine genau vorausgerichtet mit Bezug auf die Bezugspunkte, welche eine bekannte Abhängigkeit in Ausrichtung und Entfernung von den Bezugs- und Ausrichtungs­ stiften in der Belichtungseinheit 12 haben. Nach der Vorausrichtung erfaßt ein L-förmiger Platingreifer 22 die Platine, hebt sie und bewegt sie in die zentrale Abbildungseinheit 12 und legt sie auf den Ausrichtungsstiften ab.

Die zentrale Abbildungseinheit 12 kann einen geeigneten kommerziell erhältlichen Abbilder enthalten. Typischerweise enthält die Abbildungseinheit einen Vakuumrahmen mit einem Paar von federbelasteten einziehbaren Stiften 20, die in die Platinenöffnungen 18 passen.

Der Vakuumrahmen befindet sich in einem Gehäuse 26. Das Ober- und Unterteil des Gehäuses trennen sich, damit eine Platine geladen und von dem Rahmen entfernt werden kann. Das Ober- und Unterteil sind während des Abbildungs­ verfahrens zusammen. Das Gehäuse nimmt ein Paar von fotografischen Leuchten 28 und 30 auf, welche erlauben, Abbildungen auf beiden Seiten der Platine herzustellen.

Nach der Belichtung bewegt sich ein zweiter L-förmiger Platingreifer 36 in die Belichtungseinheit, nachdem sie sich geöffnet hat, hebt die Platine von den Stiften ab und bewegt sie hinaus zu der Transporteinheit 16.

Mit Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 und auch auf die Fig. 1 und 2 weist die Platinenausrichtungseinheit 14 eine Anzahl von parallelen Riemen 38 auf, auf denen eine Platine ruhen kann, und die Bewegung der Riemen befördert die Platine zu oder weg von der zentralen Belichtungseinheit 12 in einer sog. X-Achsenrichtung. Die Riemen 38 umfassen mit Reibung eine Trommel 42, die durch einen Motor 44 angetrieben ist.

Parallel Reihen von Rollen 46 sind zwischen den Riemen angeord­ net. Jede Reihe von Rollen ist an einer Welle 48 bzw. einer An­ triebskette 52 befestigt, welche durch Reibung die Wellen 48 und die Antriebswelle eines Motors 50 erfaßt.

Die Wellen 48 sind auf einem Wagen 58 angeordnet, und Gelenkver­ bindungen 54 und 56 befestigen den Wagen bewegbar an einem Rahmen 60. Ein pneumatisch betriebener Arm 64 hebt und senkt den Wagen 58, um entsprechend die Rollen über oder unter die Riemen zu heben und zu senken. Ein Spannrad 66 hält die Spannung in dem Antriebs­ riemen 52 während des Bewegungsvorganges aufrecht. In der gehobe­ nen Stellung der Rollen ruht die Platine für gedruckte Schaltungen auf dem Teil des Umfangs der Rollen, die oberhalb der Riemen hin­ ausragen und kann durch die Rollen in der sog. y-Achsenrichtung, d. h. parallel zu der zentralen Belichtungseinheit, befördert wer­ den. Wenn die Rollen in ihrer unteren Stellung sind, ruht eine Platine für gedruckte Schaltungen auf den Riemen und wird durch sie in der sog. x-Achsenrichtung befördert, d. h. zu oder weg von der zentralen Belichtungseinheit.

Mit Bezugnahme auf Fig. 7 befördern anfangs die Riemen 38 eine Platine für gedruckte Schaltungen (strichpunktiert gezeigt) gegen einen x-Achsenanschlag 68 und x-Achsennocken 72. Ein fotoelektri­ scher Fühler 75 fühlt das Zusammentreffen der Platine mit dem Anschlag und dem Nocken. Ein geeignetes programmierbares Steuerungsgerät (nicht gezeigt) reagiert auf das Fühlersignal und schaltet den pneumatischen Arm 64 an. Die Rollen 46 erheben sich über die Riemen, heben die Platine von den Riemen ab und befördern die Platine gegen ein Paar von y-Achsennocken 74 und 76. Ein fotoelektrischer Fühler stellt das Zusammentreffen der Platine mit den y-Achsennocken fest, wobei eine Seite auf die y-Achsennocken 74 und 76 trifft und die andere Seite auf den x-Achsennocken 72 und den Anschlag 68.

Wie Fachleuten bekannt ist, ist die Größe der Erfassungs­ löcher in der Platine und die räumliche Toleranz zwischen den Erfassungslöchern sehr eng gehalten. Jedoch ist die Toleranz zwischen dem Erfassungsloch zur Platinenseite nicht so eng, und die Rechtwinkligkeit der Platine kann mit keinem Grad von Genauigkeit angenommen werden. Damit ist es notwendig, die Stellung der Platine zu manipulieren oder auszurichten, um die Erfassungslöcher mit den Bezugsstellen auf der Ausrichtungseinheit 14 in Übereinstimmung zu bringen.

Mit Bezugnahme auf Fig. 8 sind zwei Fühlertürme 82 und 84 auf dem Wagen 86 bewegbar bezüglich eines Rahmens 70 befestigt. Der Wagen 86 kann mit Bezug auf den x-Achsennocken 72 und den Anschlag 68 bewegt werden, um Platinen ver­ schiedener Größen aufzunehmen. Ein federbelasteter Stift 88, welcher in Einzelheiten in Fig. 9 gezeigt wird, wirkt mit einer aus einer Anzahl Bohrungen 92 in einem Schlitten 91 zusammen, um den Wagen an seinem Platz zu arretieren.

Jeder der Türme trägt einen faseroptischen Breitlichtstrahler 94, ein Paar von 45°-Spiegeln 96 und 98 und einen faser­ optischen Breitstrahlempfänger 102. Die Breitlichtstrahler dienen als Referenzen, um die Ausrichtungslöcher auf der Platine für gedruckte Schaltungen bezüglich der y-Achse zu positionieren. Die y-Achsennocken 74 und 76 arbeiten unabhängig, jeder wird durch seinen eigenen Nockenantriebs­ motor angetrieben, von denen nur ein Nockenantriebsmotor 104 gezeigt ist. Wenn die Rollen die Platine gegen den y-Achsennocken drängen, bewegt oder justiert die Drehung eines y-Achsennockens die Platine entlang der y-Achse, bis Licht von dem Breitbandstrahler durch die Öffnung zum Breitbandempfänger gelangt. Wenn Licht von dem Strahler durch die Öffnung zu einem der Empfänger gelangt, schaltet ein Signal von dem Empfänger an das programmierbare Steuerungsgerät den entsprechenden Nockenmotor ab und hält die Drehung des entsprechenden Nockens an.

Nachdem beide Öffnungen entlang der y-Achse ausgerichtet sind, werden sie mit Bezug auf die x-Achse ausgerichtet.

Zu diesem Zweck schaltet das programmierbare Steuerungsgerät den x-Achsennockenmotor an, und der x-Achsennocken 72 bewegt die Platine entlang der x-Richtung, bis die Platinen­ öffnung nahe dem Turm 104 zwischen einem faseroptischen Punktlichtstrahler 114 und einem faseroptischen Punktlicht­ empfänger 116 ausgerichtet ist. Wenn Licht von dem Punktstrahler durch die Öffnung zum Empfänger gelangt, ist die Ausrichtung abgeschlossen, und das programmierbare Steuerungsgerät hält den x-Achsennocken 72 an.

Es ist einsichtig, daß die Referenz, die durch die Breitlicht­ strahler und -empfänger und den Punktlichtstrahler und -empfänger geschaffen wird, eine bekannte genaue Abhängigkeit in Ausrichtung und Entfernung zu den Ausrichtungsstiften in der Belichtungs- und Abbildungseinheit 12 hat. Vorzugsweise werden die Bezugspunkte und die Stifte entlang der x-Achse ausgerichtet, so daß nach der Vorausrichtung die Platine angehoben, entlang der x-Achse in die Belichtungs­ einheit bewegt und auf den Vakuumrahmenstiften abgelegt werden kann.

Ein L-förmiger Platinengreifer 22 hat Arme 120, die sich über den Ausrichtungsbereich erstrecken und ein Paar von pneumatisch bewegbaren Saugnapfeinheiten 122 tragen. Wie am besten in der Fig. 5 zu sehen ist, ist der Arm 22 auf einer Stützplatte 121 befestigt. Eine U-förmige Führung 124 auf dem Boden der Platte wirkt zusammen mit und sitzt auf Rippe 126, die an dem Rahmen befestigt ist. Ein Paar Räder 123 an der Spitze der Stützplatte 121 wirkt mit einer Führungs­ schiene 130 zusammen. Dieses obere und untere Führungs- und Stütztsystem läßt eine x-Achsenbewegung nur für den Platinen­ greifer zu. Eine ortsfeste Kette 132, am besten in Fig. 6 gezeigt, wirkt mit einem Kettenrad 134 zusammen, welches durch einen Motor 135 angetrieben wird, der auf der Stütz­ platte befestigt ist. Wenn der Motor angeschaltet ist, bewegt das Kettenrad den L-förmigen Arm entlang der x-Achse.

Mit Bezugnahme auf Fig. 11 enthält jeder der Saugnapfeinheiten 122 eine zentral angeordnete Kolbenstange 140 und eine obere und untere Kammer 142 bzw. 144 Pneumatischer Druck, der auf die obere Kammer durch ein geeignetes Schlauch- und Verbindungsstück aufgebracht wird, bewegt ein Paar von Saugnäpfen 146 abwärts, und ähnlich bewegt pneumatischer Druck, der auf die untere Kammer aufgebracht wird, sie hinauf. Unterdruck kann auf die Saugnäpfe 146 durch ein Schlauch- oder Verbindungsstück 148 aufgebracht werden.

Im Betrieb positioniert eine Ladeeinheit (nicht gezeigt) eine Platine auf die Ausrichtungseinheit, nachdem ein Steuerungsbefehl von dem programmierbaren Steuerungsgerät empfangen wurde. Das programmierbare Steuerungsgerät veranlaßt die Rollen, die Platine anzuheben und zu bewegen, bis ein Fühler (nicht gezeigt) anzeigt, daß die Platine angekommen ist. Die Rollen werden dann gesenkt, und die Riemen bewegen die Platine gegen den x-Achsenanschlag und den x-Achsenerfassungs­ nocken. Der Fühler zeigt an, daß die Platine vorliegt. Die Rollen werden wieder angehoben und bewegen die Platine zu den y-Achsenerfassungsnocken. Diese y-Achsenerfassungs­ nocken drehen sich unabhängig und richten die Platine entlang der y-Achse aus. Als nächstes dreht sich der x-Achsenachsennocken, bis eine Öffnung in der Platine mit dem faseroptischen Punktstrahler und -empfänger ausgerichtet ist. Die Platine ist nun vorausgerichtet. Es sei angemerkt, daß ein Vorausrichtungsfehler angezeigt sein kann, wenn Ausrichtung nach zwei Versuchen nicht erreicht werden kann. Wie am klarsten in der 10 gezeigt wird, kann die Anzahl der Versuche leicht mit Hilfe eines Endschalters 154 und eines flachen Bereiches auf der Nockenantriebswelle überwacht werden, welche den Endschalter während jeder Umdrehung antreibt.

Nachdem die Platine vorausgerichtet ist, wird ein Vakuum auf die Saugnäpfe gebracht, und sie werden auf die Platine abgesenkt. Die Saugnäpfe heben dann die Platine, und der Motor 135 bewegt den L-förmigen Arm in die Belichtungseinheit. Das Steuergerät schaltet die Vakuumkissen an, um die Platine auf die Erfassungsstifte im Vakuumrahmen abzusenken und dort festzuhalten. Nach Empfang eines Signals von einem geeigneten Fühler, daß eine Platine vorliegt, wird das Vakuum von den Saugnäpfen abgeschaltet, die Saugnapfeinheiten 122 erheben sich, und der Motor 135 bewegt den L-förmigen Arm von der Belichtungseinheit fort. Der Belichtungrahmen senkt sich, Vakuum wird an den Vakuumrahmen gelegt, und die Platine wird belichtet. Nach Beendigung der Belichtung wird das Vakuum vom Rahmen abgeschaltet, und nach einer vorgegebenen Verzögerung erhebt sich der obere Rahmen, um den Entladeplatinengreifer 36 aufzunehmen.

Wenn die Platine nicht glatt auf die Erfassungsstifte paßt, ziehen sich die Stifte, die federbelastet sind, zurück und schließen einen elektrischen Kontakt, der einen Alarm auslöst. Ein Versagen, glatt auf die Erfassungsstifte zu zu passen, kann vorliegen, wenn die Löcher unterdimensioniert sind oder eine Änderung in der Ausrichtung während des Transports von der Erfassung zum Vakuumrahmen vorliegt.

Es ist ersichtlich, daß der Aufbau und der Betrieb des Entlademechanismus im wesentlichen der gleiche ist wie der, der für den Lademechanismus beschrieben wurde, so daß deswegen eine weitere Beschreibung nicht benötigt wird, die über die Zeichnungen hinausgeht.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die bevorzugte Ausgestaltung beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, daß Änderungen in der Form und in Einzelheiten gemacht werden können, ohne daß man vom Geist und Umfang der Erfindung abweicht.

Claims (7)

1. Gerät zum automatischen Beladen einer Platine für gedruckte Schaltungen auf den Aufspanntisch einer Belichtungseinheit, worin die Platinen mit optischen Mitteln ausgerichtet und re­ gistergerecht der Belichtungseinheit übergeben werden, geken­ zeichnet durch eine Kombination von Bezugsöffnungen (18) auf der Platine, die mit Bezugsstiften (20) auf dem Aufspanntisch ausgerichtet werden, mehrere Lichtstrahlen (82, 84), um ein Paar von Bezugspunkten außerhalb der Belichtungseinheit (12) an einer vorbestimmten Stelle relativ zu den Stiften zu bilden; einen ersten Nocken (72), der mit einer Seite einer Platine für gedruckte Schaltungen, die sich im Strahlengang der Lichtstrah­ len befindet, so zusammenwirkt, daß eine Drehung des Nockens die Platine so bewegt, daß eine Öffnung der Platine mit mindestens einem der mehreren Lichtstrahlen ausgerichtet wird; einen zweiten Nocken (74, 76), der mit einer anderen Seite der Platine für gedruckte Schal­ tungen, die sich im Strahlengang der Lichtstrahlen be­ findet, so zusammenwirkt, daß eine Drehung des zweiten Nockens die Platine so bewegt, daß eine Öffnung der Platine mit mindestens einem der mehreren Lichtstrahlen ausgerichtet wird; Einrichtungen (96, 98, 102, 116), um die Ausrichtung der Öffnungen mit den Lichtstrahlen festzustellen; und Einrichtungen (22), um eine mit den Lichtstrahlen ausgerichtete Platine anzuheben, die Pla­ tine zu dem Aufspanntisch zu bewegen und die Platine auf dem Aufspanntisch abzulegen, wobei die Öffnungen (18) auf der Platine mit den Stiften (20) ausgerichtet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, außerdem gekennzeichnet dadurch, daß es Einrichtungen enthält (38, 46), um automatisch eine Platine für gedruckte Schaltungen gegen die ersten (72) und die zweiten Nocken (74, 76) zu bewegen.

3. Gerät nach Anspruch 1, außerdem gekennzeichnet dadurch, daß es mehrere Riemen (38) enthält, um eine darauf lie­ gende Platine für gedruckte Schaltungen gegen den ersten Nocken (72) zu bewegen und mehrere Rollen (46), die zwischen einer ersten Stellung unter den Riemen und einer zweiten Stellung oberhalb der Riemen bewegbar sind, um eine auf den Rollen liegende Platine für ge­ druckte Schaltungen gegen den zweiten Nocken (74, 76) zu bewegen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl von Lichtstrahlen ein Paar von faseroptischen Strahlern (94) enthält, die einen breiten Lichtstrahl aussenden, um die Öffnungen (18) in der Platine mit Bezug auf eine Achse auszurichten, und einen faseroptischen Punktlichstrahler (114), umd die Öffnun­ gen (18) mit Bezug auf eine andere Achse auszurichten.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl von Lichtstrahlen und die Ein­ richtungen (96, 98, 102, 116), um die Ausrichtung fest­ zustellen, auf einem Wagen (86) angeordnet sind, der in bezug auf den ersten Nocken (72) bewegbar ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen (22) zum Anheben, Bewe­ gen und Ablegen ein Paar von bewegbaren Saugnäpfen (146) enthalten, die auf einem L-förmigen Arm (120) angeordnet sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß es auch einen zweiten L-förmigen Arm enthält, der ein Paar von bewegbaren Saugnäpfen enthält, um die Platine von dem Aufspanntisch zu entfernen.