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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Greifer zur Positionierung
eletronischer Komponenten, eine Positionierungsvorrichtung mit einem
solchen Greifer, sowie ein Verfahren zur Positionierung elektronischer
Komponenten. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen
Greifer, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Positionierung elektronischer Komponenten
mit einer kleinen Grösse
während
ihrer Verarbeitung durch eine automatische Verarbeitungslinie, beispielsweise
auf einer Test- und/oder Verpackungslinie.
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Nach
ihrer Herstellung und vor ihrer Integration in einem Gehäuse oder
auf einem gedruckten Schaltkreis, zum Beispiel, werden elektronische Komponenten
im Allgemeinen elektrischen oder mechanischen Tests und/oder Markierungs-,
Verpackungs- usw. Operationen unterzogen. Durchgeführt werden
diese Operationen meistens durch automatische Verarbeitungslinien
mit mehreren aufeinanderfolgenden Verarbeitungsstationen, die entlang
einem Förderband
angeordnet sind, der die Komponenten von einer Stelle zur anderen
transportiert.
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Das
Förderband
transportiert die elektronischen Komponenten mittels Komponententrägern, beispielsweise
mittels Saugdüsen,
welche erlauben, die Komponenten durch ihre Oberseite zu heben und zu
halten. Die Komponenten werden so auf die Verarbeitungsstation gebracht,
welche auf ihnen die Operationen, für die sie gedacht sind, durchführen. Die
meisten dieser Operationen, insbesondere elektrische Testoperationen,
erfordern im Allgemeinen, dass die Komponente sehr genau in Bezug
auf die Verarbeitungsstation positioniert wird. Dies ist zum Beispiel
insbesondere der Fall während
elektrischen Tests auf kleine Komponenten, beispielsweise auf nichteingekapselte
elektronische Chips oder auf kleine eingekapselte leitungslose Komponenten
(LLP, Leadless Leadframe Package), deren Grösse der Kontaktflächen, welche
durch die Testsonde oder Testsonden kontaktiert werden müssen, allgemein sehr
klein ist.
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Um
diese genaue Positionierung der elektronischen Komponenten zu ermöglichen,
muss ihre Position auf dem Förderband
mit Genauigkeit feststellbar sein. Die Komponenten müssen also
mit Genauigkeit auf ihren Komponententräger positioniert werden.
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Auf
den meisten Verarbeitungslinien aus dem Stand der Technik erfolgt
die Positionierung der Komponenten auf den Komponententrägern während ihrer
Einführung
auf die Linie. Eine Zuführstation bringt
die Komponenten aus einem Behälter
zum Förderband.
Während
dieser Verlagerung werden die Komponenten im Allgemeinen orientiert
und dann eine nach der anderen auf einem Platz angeordnet, von wo
sie durch die Komponententräger
des Förderbands
entnommen werden. Dieser Platz umfasst im Allgemeinen eine Referenzfläche, gegen
welche die Komponenten anschlagen, was somit ihre Position entlang
mindestens einer Achse bestimmt. Die durch solche Vorrichtungen
erreichte Genauigkeit ist jedoch begrenzt und manchmal ungenügend, um
den guten Ablauf einiger Testoperationen zu ermöglichen. Zudem kann die Position
der Komponenten auf den Komponententrägern während ihrer Verarbeitung durch
die automatische Linie variieren, insbesondere wenn sie auf mehreren
Stationen deponiert werden, um danach wieder von dort entnommen
zu werden, möglicherweise
durch einen anderen Komponententräger als derjenige, der sie
deponiert hat.
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Einige
Vorrichtungen aus dem Stand der Technik schlagen vor, diese Genauigkeitsprobleme mittels
Saugdüsen
mit einem Zusatzelement, das die Positionierung der transportierten
elektronischen Komponente ermöglicht,
zu lösen.
Dieses Zusatzelement umfasst beispielsweise Zentrierungsgreifer, welche
direkt an der Saugdüse
befestigt sind, wie diejenigen, die beispielsweise in den Patenten
US5,497,983 und
US5,697,658 beschrieben
sind. Diese Lösungen
weisen jedoch vielfältige
Nachteile auf, unter anderem:
die Schwierigkeit ihrer Herstellung,
insbesondere für sehr
kleine Komponenten;
ihre Kosten, auf Grund der mechanischen
Komplexität
jeder Saugdüse;
den
grösseren
Platzbedarf der Saugdüsen,
was zum Beispiel das Deponieren der Komponenten auf gewisse Verarbeitungsstationen
erschwert oder sogar verunmöglicht.
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Eine
vorteilhaftere Lösung
besteht darin, eine vom Komponententräger unabhängige Positionierungsvorrichtung
zu verwenden, welche beispielsweise eine oder mehrere Paaren von
Backen umfasst, auf welchen die zu zentrierende Komponente deponiert,
gemäss
einer oder mehreren Achsen positioniert und wieder beispielsweise
durch eine Saugdüse
entnommen werden kann. Das Positionieren der elektronischen Komponenten
kann somit zum am besten geeigneten Zeitpunkt ihrer Verarbeitung
erfolgen.
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Das
Patent
US4,821,393 beschreibt
beispielsweise eine Zentrierungsvorrichtung mit zwei Paaren von
Backen, um eine elektronische Komponente entlang zweier Achsen zu
zentrieren. Diese Vorrichtung weist jedoch den Hauptnachteil auf,
dass die beiden Backenpaare wechselweise geschlossen werden. In
einer ersten Zeit wird die Komponente gemäss einer ersten Achse zentriert,
dann, in einer zweiten Zeit, gemäss
einer zweiten Achse. Es besteht ein erhebliches Risiko, dass die
durch das erste Backenpaar durchgeführte Zentrierung während der Zentrierung
durch das zweite Backenpaar verstellt wird. Eine solche Vorrichtung
erlaubt es also nicht, eine genaue Positionierung der Komponenten
gemäss
zwei Achsen zu gewährleisten.
Insbesondere erlaubt sie nicht, eine genügende Genauigkeit für die Positionierung
von kleinen elektronischen Komponenten zu erreichen.
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Ferner
erfordert das Zentrieren von jeder Komponente zwei aufeinander folgende
Betätigungsbewegungen.
Da jedes Backenpaar durch eine Führungsschraube
betätigt
wird, die mehrere vollständige
Drehungen benötigt,
bevor die Backen in Kontakt mit der Komponente treten, sind diese
Betätigungsbewegungen
auch langsam. Die für
die Positionierung einer Komponente durch eine solche Vorrichtung
benötigte
Zeit ist somit hoch, was ihre Integration in einer automatischen
Verarbeitungslinie von elektronischen Komponenten verunmöglicht,
ohne dass der Arbeitstakt stark beeinflusst und daher die Leistungen
erheblich verschlechtert werden.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Positionierung elektronischer
Komponenten ohne die Nachteile der Vorrichtung aus dem Stand der Technik
vorzuschlagen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen,
welche die rasche und genaue Positionierung von elektronischen Komponenten
während
ihrer Verarbeitung durch eine automatische Linie erlaubt.
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Noch
ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur raschen
und genauen Positionierung elektronischer Komponenten während ihrer
Verarbeitung durch eine automatische Linie vorzuschlagen.
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Erreicht
werden diese Ziele durch einen Greifer, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Positionierung elektronischer Komponenten mit den Merkmalen der
entsprechenden unabhängigen
Ansprüche,
wobei bevorzugten Ausführungsformen
in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben werden.
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Erreicht
werden diese Ziele insbesondere durch einen Greifer zur Positionierung
elektronischer Komponenten, mit einem Träger und einem mobilen Element
mit einem Betätigungsteil,
wobei das mobile Element mindestens drei Backen umfasst, welche
erlauben, eine elektronische Komponente an mindestens drei Ruhepunkten
und entlang mindestens zwei zu einander nicht parallelen Richtungen
mechanisch zu kontaktieren, um sie in Bezug auf den Träger in einer
Positionierungsebene zu positionieren, wobei der Greifer durch eine
lineare Bewegung des Betätigungsteil
in Bezug auf den Träger
entlang einer zur Positionierungsebene parallelen Betätigungsachse betätigt wird.
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Erreicht
werden diese Ziele insbesondere durch eine Vorrichtung zur Positionierung
elektronischer Komponenten mit einem solchen Greifer und einem Betätigungsglied
zur automatischen Betätigung
des Greifers.
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Erreicht
werden diese Ziele insbesondere durch ein Verfahren zur Positionierung
elektronischer Komponenten, mit den folgenden Schritten:
- – eine
elektronische Komponente wird auf einen Positionierungsgreifer gestellt,
- – die
elektronische Komponente wird in einer Positionierungsebene durch
den Greifer in mechanischen Kontakt mit der elektronischen Komponente
an mindestens drei Ruhepunkten und entlang mindestens zwei zu einander
nicht parallelen Richtungen positioniert,
- – die
elektronische Komponente wird vom Greifer entnommen, wobei das Entnehmen
der elektronischen Komponente an der gleichen Stelle wie ihr Deponieren
erfolgt.
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Der
Greifer der Erfindung ist somit sehr kompakt, da alle seine beweglichen
Teile sich in einer einzigen Ebene bewegen und sein lineares Betätigen automatisch
durch relativ einfache Betätigungsmechanismen
durchgeführt
werden kann. Ferner, da die Komponenten am gleichen Ort auf dem
Greifer deponiert und entnommen werden, ist Letzterer besonders
für eine
Integration auf einer automatischen Verarbeitungslinie geeignet.
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen,
illustriert durch die 1 bis 5, wo:
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die 1 einen
Positionierungsgreifer gemäss
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in offener Position darstellt;
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die 2 den
Greifer der 1 in geschlossener Position
zeigt;
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die 3 einen
Positionierungsgreifer gemäss
einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung darstellt;
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die 4 einen
Positionierungsgreifer gemäss
einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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die 5 eine
Teilansicht einer Positionierungsvorrichtung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Der
erfinderische Greifer ist vorzugsweise zur Positionierung von kleinen
elektronischen Komponenten geeignet, insbesondere zur Positionierung von
nichteingekapselten elektronischen Chips, d. h. von Komponenten
aus Halbleitermaterial, im Allgemeinen aus Silizium, die nicht durch
ein Gehäuse
geschützt
sind. Diese Komponenten sind zerbrechlich und erfordern daher besondere
Sorgfalt während
ihrer Handhabung. Ferner muss ihre Positionierung auf Grund ihrer
kleinen Grösse
sehr genau sein.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 umfasst der
Greifer der Erfindung ein mobiles Element 1 und einen Träger 2.
Der Träger 2 umfasst
vorzugsweise eine ebene Fläche,
auf welcher das im Wesentlichen flache mobile Element befestigt
wird, vorzugsweise mit einer Dicke mehr oder weniger gleich derjenigen der
zu positionierenden elektronischen Komponenten. Der erfinderische
Greifer bildet somit vorzugsweise ein wesentlich flaches und dünnes Ganzes, das
zur Positionierung von sehr kleinen elektronischen Komponenten geeignet
ist.
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Das
mobile Element 1 umfasst beispielsweise vier Backen 11, 12, 13, 14,
paarweise 11–12 und 13–14 angeordnet,
und ein Teil, das die Betätigung des
Greifers erlaubt. Das Betätigungsteil
besteht beispielsweise aus einem festen kreisförmigen Rahmen 10,
der die vier Backen 11, 12, 13, 14 umrandet.
Es erlaubt, wie weiter unten beschrieben, das Betätigen des
Greifers durch seine lineare Bewegung in Bezug auf den Träger 2 unter
Einwirkung einer äusseren Kraft.
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Das
mobile Element 1 wird an mehreren Orten am Träger 2 mittels
fester Elemente des Letzteren befestigt, beispielsweise mittels
zylindrischer Zapfen 20, 21, 22, 23, 24 und 25,
die auf dem Träger 2 eingeschossen
oder geformt sind, vorzugsweise auf seiner oberen und ebenen Fläche. Wenn
das mobile Element 1 auf den Träger 2 gestellt wird,
werden die Zapfen 20, 21, 22, 23, 24 und 25 in
dazu vorgesehene Öffnungen
in verschiedenen Teilen des mobilen Elements 1 eingeführt. Um
Letzteres gegen den Träger 2 zu
halten werden beispielsweise in den 1 und 2 dargestellte
jedoch auf Grund der Lesbarkeit ohne Bezugsnummer angegebene Clips auf
jedem Zapfen 20, 21, 22, 23, 24 und 25 in
eine dazu vorgesehene Keilrille eingeführt, was somit jede unerwünschte Bewegung
der entsprechenden Teile des mobilen Elements 1 senkrecht
zur oberen Fläche des
Trägers 2 verhindert,
während
ihre Verschiebung und/oder Drehung in einer zu dieser gleichen Fläche parallelen
Ebene erlaubt wird.
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Der
Rahmen 10 des mobilen Elements 1 umfasst vorzugsweise
zwei längliche Öffnungen,
beispielsweise oval, in Bezug auf einander parallel orientiert.
In jeder dieser beiden länglichen Öffnungen wird
ein zylindrischer Zapfen 20 bzw. 21 eingeführt. Wie
oben erklärt
wird der Rahmen 10 gegen die obere Fläche des Trägers 2 beispielsweise
durch auf diesen beiden Zapfen 20, 21 befestigten
Clips gehalten. Die länglichen Öffnungen
und die Zapfen 20, 21 werden so dimensioniert,
um eine Verschiebung des Rahmens 10 auf dem Träger 2 entlang
einer linearen Achse parallel zur longitudinalen Achse der länglichen Öffnungen
zu erlauben, während
jegliche Bewegung in einer anderen Richtung verhindert wird. Die
Amplitude dieser linearen Bewegung in Bezug auf den Träger 2 wird
durch die Länge
der länglichen Öffnungen
des Rahmens 10 bestimmt. Wie weiter erklärt wird,
wenn der Rahmen 10 sich an einem Ende seiner linearen Bewegung
befindet, ist der Greifer geöffnet
(1), während
er geschlossen ist, wenn der Rahmen 10 sich am entgegen
gesetzten Ende dieser gleichen linearen Bewegung befindet (2).
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Ein
oder mehrere elastische Elemente bringen den Rahmen 10 mit
einer gewissen Kraft zu einer bestimmten Ruheposition, die vorzugsweise
einem der Enden seiner linearen Bewegung entspricht. Gemäss einer
Ausführungsform
der Erfindung sind diese beiden elastischen Elemente zwei Federklingen 150,
welche den Rahmen 10 mit einem in Bezug auf den Träger 2 festen
Zapfen 25 verbinden und ihn zu einer Ruheposition, welche
der geschlossenen Position des Greifers entspricht, zurückbringen.
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Die
Backen 11, 12, 13, 14 befinden
sich innerhalb des vom Rahmen 10 begrenzten Umfangs. Eine
erste Backe 11 des mobilen Elements 1 ist vorzugsweise
in Bezug auf den Rahmen 10 fest, so dass seine Bewegungen
identisch mit denjenigen des Letzteren sind. Diese erste Backe 11 bewegt
sich somit entlang einer zur Betätigungsachse
des Greifers parallelen Achse. Die drei anderen Backen 12, 13, 14 werden
in Drehung gehalten, jede um einen Zapfen 22, 23 bzw. 24,
der in Bezug auf den Träger 2 fest
ist. Die Backen 12, 13, 14 und die Zapfen 22, 23, 24 werden
vorzugsweise so angeordnet, dass die Backe 12, die dem
gleichen Paar wie die erste Backe 11 gehört, ebenfalls
mit der zu zentrierenden Komponente 8 entlang einer zur
Betätigungsachse
des Greifers parallelen Richtung in Kontakt kommt, während die
Backen 13, 14 des anderen Paars mit der Komponente 8 entlang
einer Richtung deutlich senkrecht zur Betätigungsachse des Greifers in
Kontakt kommen. Auf den Zapfen 22, 23, 24 befestigte
Clips verhindern beispielsweise jede unerwünschte Bewegung der Backen 12, 13, 14 senkrecht
zur oberen Fläche
des Trägers 2.
Die Backen 12, 13, 14 werden mit dem festen
Rahmen 10 beispielsweise durch elastische Elemente, zum
Beispiel durch Federklingen 120, 130, 140 verbunden.
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Der
Greifer der Erfindung wird vorzugsweise durch den Rahmen 10 betätigt, der
beispielsweise eine dazu vorgesehene Zunge 100 umfasst.
Gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform
ragt die Zunge 100 in Bezug auf dem Träger 2 heraus, wenn
der Greifer in Ruheposition ist, beispielsweise geschlossen (2),
und wird in Richtung Zentrum des Greifers zurückgebracht, wenn Letzterer
offen ist, was somit seine Betätigung
mittels eines in der Nähe
des Greifers gestellten mechanischen Elements erleichtert, beispielsweise
mittels eines Stabs 3, der vorzugsweise auf seinem oberen
Ende eine um sein Zentrum frei drehende Rolle umfasst, dessen Anordnung
und Funktion weiter unten in mehr detail erklärt werden.
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So,
durch Anwendung auf der Zunge 100 einer genügenden Kraft,
welche gegen die durch die Federklingen 150 erzeugten Rückführkraft
wirkt, wird der Rahmen 10 von seiner Ruheposition weggeführt und
in Bezug auf den Träger 2 in
einer linearen, zur Längsachse
seiner länglichen Öffnungen
parallelen Bewegung verschoben. Die Federklingen 150 werden
dann gespannt und die Backen 11, 12, 13 und 14 werden
von einander weggeführt,
was genügend
freien Platz auf dem Träger 2 im
Zentrum des Greifers bietet, um dort beispielsweise eine zu positionierende
elektronische Komponente 8 abzustellen. Die erste Backe 11,
mit dem Rahmen 10 mechanisch zusammenhaltend, wird gemäss einer
linearen Bewegung, die mit derjenigen des Letzteren identisch ist, verschoben.
Die anderen Backen 12, 13, 14 werden in
eine Drehbewegung um ihren Zapfen 22, 23 bzw. 24 unter
Zug der entsprechenden Federklinge 120, 130, 140 angetrieben,
deren ein Ende am Rahmen 10, vorzugsweise auf der Seite
gegenüber
der Zunge 100, befestigt ist.
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Nachdem
eine elektronische Komponente 8 auf dem Träger 2 im
Zentrum des Greifers deponiert wurde, wird die auf dem Rahmen 10 angewandte Kraft,
um sie offen zu halten, reduziert oder eliminiert, und der Greifer
wird unter der Kraft der Federklingen 150 in seine Ruheposition
zurückgebracht.
Die Backen 11, 12, 13, 14 kommen
dann in Richtung des Zentrums des Greifers, in einer linearen Bewegung parallel
zur Verschiebungsachse des Rahmens 10 für die erste Backe 11,
oder in eine durch die Druckkraft der entsprechenden Federklinge 120, 130, 140 induzierte
Drehbewegung um den Zapfen 22, 23, bzw. 24 für die drei
anderen Backen 12, 13, 14. Wie vorher
erklärt
wird die Bewegung der drei anderen Backen 12, 13, 14 vorzugsweise
bestimmt, so dass, zum Zeitpunkt, wo sie mit der zu positionierenden Komponente 8 in
Kontakt treten, die Bewegungsrichtung der Backe 12, welche
dem gleichen Paar wie die erste Backe 11 gehört, mehr
oder weniger parallel zur Betätigungsachse
des Greifers ist, während
die Verschiebungsrichtung der beiden anderen Backen 13, 14 mehr
oder weniger senkrecht zur Betätigungsachse
ist.
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Während der
Greifer schliesst, bestimmt jedes Backenpaar die Position der Komponente 8 auf dem
Träger 2 entlang
einer zur Ebene der oberen Fläche
Letzteres parallelen Achse. Unter Einwirkung eines einzigen linearen
Verschiebung des Rahmens 10 wird die Komponente 8 somit
genau positioniert, gemäss
zwei vorzugsweise zu einander senkrechten Achsen, auf der durch
die obere Fläche
des Trägers 2 definierten
Positionierungsebene. Während
dieser Positionierung wird die elektronische Komponente 8 an
mindestens drei Stützpunkten
durch die Backen 11 und 12, 13 und 14 mechanisch
kontaktiert, vorzugsweise an vier separaten Stützpunkten, die sich auf ihre
lateralen Seiten befinden.
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Vorzugsweise
ist die durch die Federklingen 150, 120, 130, 140 erzeugte
Rückführkraft
nicht für jede
Backe 11, 12, 13, 14 identisch.
Jedes Paar umfasst somit eine Referenzbacke 11 bzw. 14,
welche auf die zu positionierende Komponente 8 während des
Schliessens des Greifers eine grössere
Kraft ausübt
als diejenige, welche durch die andere Backe 12 bzw. 13 des
gleichen Paars ausgeübt
wird. Die Rückfuhrbewegung
jeder Referenzbacke 11 bzw. 14 in Richtung der
geschlossenen Position des Greifers ist vorzugsweise durch einen
oder mehreren Anschlagelemente eingeschränkt, beispielsweise durch die
Zapfen 20 und 21 bzw. 26, welche eine
genaue und reproduzierbare Referenzposition der Backe 11 bzw. 13 definiert,
wenn der Greifer geschlossen ist. In dieser Position wird die Komponente 8 durch
die beiden anderen Backen 12 und 13 an ihren lateralen Seiten
fest gegen die Referenzbacken 1, 14 in ihrer Referenzposition
gehalten, was somit ihre genaue Positionierung garantiert.
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Gemäss einer
Variante der Erfindung werden die Referenzbacken 11, 14 durch
in Bezug auf den Träger 2 feste
Elemente ersetzt, gegen welche die Komponente beispielsweise unter
der elastischen Stützkraft
von zwei mobilen Backen gedrückt
wird.
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Ein
Vorteil der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung besteht
jedoch darin, dass, da die Referenzbacken 11, 14 von
einander weggeführt
werden, wenn der Greifer offen ist, die zu positionierende Komponente 8 im
Zentrum Letzteres deponiert werden kann, unabhängig der Genauigkeit seiner
Ursprungsposition, ohne Risiko, unfreiwillig in Kontakt mit einer
der Referenzbacke 11, 14 in Kontakt zu treten.
Die zu positionierende Komponente 8 kann somit auf dem
Greifer am gleichen Ort deponiert werden, wie derjenige, wovon sie
nach ihrer Positionierung entnommen wird, was somit verhindert, dass
ein Komponententräger
und/oder der Greifer eine zusätzliche
Bewegung zwischen diesen beiden Aktionen durchführt.
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Es
ist ebenfalls vorstellbar im Rahmen der Erfindung, einen Greifer
so zu konfigurieren, dass die vier Backen in Drehung um einen Zapfen
gehalten werden und mit dem Rahmen durch elastische Elemente verbunden
werden. E ist dann möglich,
die elastischen Elemente so zu dimensionieren, dass die beiden Backen
eines gleichen Paars mit ungefähr
der gleichen Kraft auf die zu positionierende Komponente drücken. Im
Idealfall befindet sich dann die Komponente auf dem Greifer perfekt
zentriert. Eine solche Variante der Erfindung ist jedoch heikler
auszuführen,
als die weiter oben beschriebene Variante, da kleine Differenzen
zwischen den durch die Backen eines gleichen Paars ausgeübten Kräften deutliche Ungenauigkeiten
auf das Zentrieren der Komponente erzeugen können. Diese Differenzen können beispielsweise
auf einen Mangel an Genauigkeit während der Herstellung des Greifers
oder auf die Müdigkeit
der elastischen Elemente zurückgeführt werden.
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Die 3 stellt
eine Variante, welche die zu positionierende Komponente 8 gegen
sie drücken, durch
Federklingen 120, 130 mit dem Rahmen verbunden
sind, gemäss
des vorher erwähnten
Prinzips. Gemäss
der dargestellten Ausführungsform
wird die Bewegung der Backen 12, 13 zumindest
teilweise durch Zapfen 26' kontrolliert,
welche beispielsweise die Amplitude ihrer Rückkehrbewegung einschränken, wen
der Greifer geschlossen ist, insbesondere falls sich keine Komponente 8 im
Zentrum des Greifers befindet.
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Ferner,
je nach dargestellter Ausführungsform,
ist das elastische Element, dass mit einer bestimmten Kraft den
Rahmen 10 zu einer vorbestimmten Ruheposition bringt, eine
Feder 5, die komprimiert zwischen dem Rahmen 10 und
einem auf die Fläche
des Trägers 2 geformten
oder eingeführten Zapfen 50 gehalten
wird. Die Feder 5 und der Zapfen 50 werden vorzugsweise
so angeordnet, dass die Feder 5 auf den Rahmen 10 eine
Kraft ausübt,
welche ihn zu einer der geschlossenen Position des Greifers entsprechenden
Ruheposition bringt. Ein Vorteil der Verwendung einer Feder 5 ist,
dass die Rückführkraft des
Rahmens 10 leicht bestimmbar oder gar einstellbar ist,
indem die Feder 5 durch eine Feder mit einem anderen Koeffizient
ersetzt wird.
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Gemäss den in
den 1, 2 und 3 dargestellten
Ausführungsformen
der Erfindung besteht das mobile Element 1 aus einem einzigen Stück, welches
beispielsweise durch Ausschneiden und/oder Formschmieden einer metallischen
Platte, z. B. einer Platte aus Federstahl mit einer Dicke von 0,3
bis 0,6 mm, geformt wird, wobei die Dicke er metallischen Platte
und daher des mobilen Elements 1 vorzugsweise mehr oder
weniger identisch mit der Dicke der zu positionierenden elektronischen
Komponenten 8 ist.
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Das
mobile Element 1 kann ebenfalls aus einem gegossenen Stück bestehen,
beispielsweise aus Metall oder aus Kunststoff, deren Dicke dann ebenfalls
vorzugsweise mehr oder weniger identisch mit der Dicke der zu positionierenden
elektronischen Komponenten 8 ist.
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Es
ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung vorstellbar, ein mobiles Element 1 zu
erdenken, das aus mehreren separaten Teilen besteht, beispielsweise
aus einem Rahmen und aus Backen, die separat hergestellt und miteinander
beispielsweise durch elastische Elemente verbunden sind, welche
damit befestigt, beispielsweise gelötet, sind, oder welche durch
andere mechanische, beispielsweise abnehmbare, Mittel zusammengehalten
werden.
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Die 4 illustriert
so einen Greifer gemäss noch
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, mit zwei Referenzbacken 11, 14,
welche mit dem festen Rahmen 10 zusammenhalten und beispielsweise aus
dem gleichen Stück
wie Letzterer geformt werden, sowie zwei Backen 12, 13,
um die zu positionierende Komponente 8 gegen die Referenzbacken 11, 14 zu
drücken,
wenn der Greifer geschlossen ist. Gemäss dieser Ausführungsform
werden die Backen 12, 13 auf Teile geformt, welche
verschieden vom Rahmen 10 sind und mit Letzterem durch
eines ihrer Enden verbunden sind, um durch seine Bewegungen angetrieben
zu werden, während
der Greifer geschlossen und geöffnet
wird. Jedes der Teile mit den Backen 12 bzw. 13 ist
zum Beispiel mit dem Rahmen 10 durch ein Gelenk verbunden,
das beispielsweise aus einem in einer geeigneten Unterbringung des Rahmens 10 eingeführten herausragenden
Teil 121 bzw. 131 gebildet ist. Die Form der herausragenden Teile 121, 131 und
der entsprechenden Unterbringungen wird so bestimmt, dass wen der
Rahmen 10 sich beweg, beispielsweise unter Einwirkung einer auf
die Zunge 100 ausgeübten
Kraft, die Backen 12, 13 in Drehung um ihren entsprechenden
Zapfen 22, 23 angetrieben werden, was somit den
erfindungsgemässen
Greifer öffnet
und schliesst.
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40
Ein Vorteil der in der 4 dargestellten Erfindung ist,
dass die Rückführkraft
jeder Backe 11, 12, 13 und 14 genau
bekannt und bestimmbar ist. In der Tat erlaubt die Verwendung vorzugsweise
einer Feder 5, um den Rahmen 10 in seine Ruheposition zurückzubringen,
wie weiter oben erwähnt,
die Rückführkraft
der Referenzbacken 11, 14 leicht zu bestimmen
oder gar einzustellen. Zudem, da die Backen 12, 13 mit
dem Rahmen 10 durch ein wesentlich rigides Gelenk verbunden
sind, ist die auf jede dieser Backen 12, 13 ausgeübten Kraft
einen bestimmten Bruchteil der Rückführkraft
des Rahmens 10, die von der Feder 5 ausgeübt wird,
die wesentliche von der Geometrie des mobilen Elements 1 abhängt. Indem die
kraft der Feder 5 kontrolliert und eingestellt wird, kann
die von jeder Backe 11, 12, 13 und 14 auf
der zu positionierenden Komponente 8 ausgeübten Kraft mit
Genauigkeit bestimmt und eingestellt werden. Diese Kraft kann insbesondere
der Solidität,
dem Material, der Grösse
oder anderen mechanischen Eigenschaften der zu positionierenden
Komponente 8 angepasst werden.
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Die
Amplitude der Bewegungen des Rahmens 10 wird durch die
Zapfen 20, 21 eingeschränkt, welche in den entsprechenden
länglichen Öffnungen des
Rahmen 10 eingeführt
sind. Da die Backen 12, 13 mit dem Rahmen 10 durch
ein wesentlich rigides Gelenk verbunden sind, wird ihre Bewegung
ebenfalls auf die gleiche Weise eingeschränkt. Die Schliessbewegung des
Greifers ist somit durch Stützen
der Backen 11, 12, 13, 14 gegen
die Seiten der zu positionierenden Komponente 8 und/oder
durch Stützen
des Rahmens 10 gegen die Zapfen 20, 21' eingeschränkt.
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Gebildet
werden die Teile mit den Backen 12, 13 vorzugsweise
durch ein ähnliches
Verfahren wie dasjenige, das für
die Bildung des Rahmens 10 verwendet wird. Der Rahmen 10 und
die Teile mit den Backen 12, 13 sind beispielsweise
alle durch Formschneiden einer gleichen metallischen Platte oder von
metallischen Platten gleicher Dicke geformt.
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Gemäss der dargestellten
Ausführungsform werden
die Teile mit den Backen 12, 13 auf dem Träger 2 um
die Zapfen 22, 23 positioniert, die ebenfalls als
Drehachse für
ihre Bewegung während
der Öffnung
oder der Schliessung des Greifers dienen. Der Rahmen 10 und
die Teile mit den Backen 12, 13 werden dann beispielsweise
auf dem Träger
durch ein nicht dargestelltes Befestigungsteil gehalten, das auf dem
Träger 2 befestigt
wird und das mobile Element 1 gänzlich bedeckt, mit Ausnahme
des Zentrums des Greifers, wo die zu positionierenden Komponenten 8 deponiert
werden, und der Zunge 100, welche das Betätigen des
Greifers ermöglicht.
Das Befestigungsstück
ist zum Beispiel eine metallische Platte, welche über das
mobile Element 1 befestigt wird, was so verhindert, dass
die Teile, aus denen es besteht, aus den Zapfen 20, 21', 22 und 23 herausfallen.
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Mit
Bezug auf die 5, wird der Greifer 1, 2 der
Erfindung beispielsweise in eine Vorrichtung zur Positionierung
elektronischer Komponenten 8 während ihrer Verarbeitung durch
eine automatische Verarbeitungslinie integriert.
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Die
automatische Verarbeitungslinie umfasst beispielsweise eine Reihe
von Verarbeitungsstationen, wovon nur die Positionierungsvorrichtung
teilweise in der 3 dargestellt ist, die um einen
kreisförmigen
Förderband 9 angeordnet
sind, der mit Komponententrägern
ausgestattet ist, welche das Transportieren der zu verarbeitenden
elektronischen Komponenten 8 von einer Station zur anderen
ermöglicht.
Die Komponententräger
sind beispielsweise Aspirationsdüsen 90,
welche die elektronischen Komponenten 8 durch Luftvakuum
entnehmen und transportieren. Die Aspirationsdüsen werden mit einem nicht
dargestellten pneumatischen System verbunden und vorzugsweise durch
das ebenfalls nicht dargestellte Kontrollsystem des kreisförmigen Förderbands
und/oder der Verarbeitungslinie gesteuert.
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Die
Verarbeitungsstationen sind vorzugsweise auf einer festen Platte 900 befestigt,
die sich unter dem Förderband 9 befindet
und teilweise im Querschnitt in der 3 dargestellt
ist. Die Positionierungsvorrichtung ist somit vorzugsweise auf eine Grundplatte 4 mit
nicht dargestellten Befestigungselementen angeordnet, welche ihre
Fixierung in einer vorbestimmten und genauen Position auf der festen Platte 900 ermöglichen.
Die Position des Greifers 1, 2 in Bezug auf die
Komponententräger 90,
welche die elektronischen Komponenten 8 auf die Positionierungsvorrichtung
deponieren und/oder entnehmen ist somit perfekt bekannt. Diese Position
wird vorzugsweise bestimmt, so dass die nach ihrer Positionierung
entnommenen elektronischen Komponenten 8 sich mehr oder
weniger im Zentrum des entsprechenden Komponententrägers 90 befinden.
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Gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform
der Positionierungsvorrichtung wird der Greifer 1, 2 auf
einem Drehelement befestigt, beispielsweise auf den Rotor eines
Drehschrittmotors 30, dessen Stator fest in Bezug auf die
Grundplatte 4 ist. Ein festes und rigides Element, zum
Beispiel ein metallischer Stift 3, wird mehr oder weniger
senkrecht auf der Grundplatte 4 befestigt, in der Nähe des Greifers 1, 2.
Der Stift 3 wird vorzugsweise gegen den Umfang des Trägers 2 des
Greifers angeordnet, so dass je nach Winkelposition des Letzteren,
er einen Druck auf die Zunge 100 des Rahmens ausübt, was
das Öffnen
des Greifers zur Folge hat (siehe 1). Letzterer
wird somit durch seine Drehung in Bezug auf die Grundplatte 4 betätigt.
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Um
Reibungen zwischen der Zunge 100 und dem Stift 3 während des
Betätigens
des Greifers zu vermeiden, dreht vorzugsweise der obere Teil mindestens
des Stifts 3 frei um seine Längsachse. Der Stift 3 umfasst
somit auf seinem oberen Teil eine Rolle, die um ihr Zentrum gedreht
werden kann, so dass der Druck des Stifts 3 gegen die Zunge 100 durch diesen
Drehteil erfolgt.
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Bevor
eine zu positionierende elektronische Komponente 8 vom
Komponententräger 90 deponiert
wird, ist der Greifer offen. Er wird dann durch den Motor 30 in
die auf der 1 dargestellten Winkelposition
gebracht. In dieser Position drückt
der Stift 3 gegen die Zunge 100, was der Greifer
somit öffnet
und das Deponieren einer Komponente 8 in sein Zentrum zulässt. Wenn
die Komponente 8 auf den Träger 2 deponiert wurde,
wird der Drehmotor 30 betätigt, um den Greifer beispielsweise
um eine Vierteldrehung im Uhrzeigersinn zu drehen, was so Letzteren
in die auf der 2 dargestellte Position bringt. Während dieser
Drehbewegung werden die Backen 11, 12, 13, 14 zum
Zentrum des Greifers gemäss
des weiter oben beschriebenen Prinzips gebracht, was die Komponente 8 in
die gewünschte
Position bringt. Der Greifer wird dann wieder um eine Vierteldrehung, jedoch
in entgegen gesetzter Richtung, gedreht, was die Backen 11, 12, 13, 14 der
positionierten Komponente 8 auseinanderführt, die
dann von einem Komponententräger 90 der
Verarbeitungslinie entnommen werden kann. Der Fachmann wird sicherlich
verstehen, dass der Greifer ebenfalls um unterschiedliche Drehungen
als um Vierteldrehungen gedreht werden kann. Insbesondere, um Hin- und Zurückbewegungen
des Drehmotors 30 und des Greifers zu vermeiden, kann Letzterer
beispielsweise um zwei Halbdrehungen gedreht werden, was das Entnehmen
der in seiner ursprünglichen
Winkelposition positionierten elektronischen Komponente zulässt, ohne
Bewegungen des Motors in zwei unterschiedlichen Richtungen zu brauchen.
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Gemäss einer
anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Positionierungsvorrichtung zwei mechanische Elemente zur Betätigung des
Greifers, beispielsweise zwei Stifte 3, die in gegenüberliegenden
Positionen gegen den Umfang des Sockels 2 des Greifers
plaziert werden. Der Greifer hat demnach zwei Winkelpositionen,
die durch eine Halbumdrehung, bei welcher er offen ist, getrennt
sind. Gemäss
dieser Ausführungsform
kann der Greifer in einer ersten Winkelposition offen sein, bevor
die zu positionierende Komponente deponiert wird, kann durch eine
Vierteldrehung in eine Richtung gedreht werden, um geschlossen zu
werden, und kann somit die Komponente positionieren. Dann kann er
wiederum um eine Vierteldrehung in dieselbe Richtung gedreht werden,
um wieder offen zu sein, und er erlaubt die Entfernung des positionierten
Elements durch die Verarbeitungslinie; die Komponente wird also
durch eine Halbdrehung in Bezug auf ihre Anfangsposition gedreht.
Gemäss
dieser Ausführungsform
erlaubt die erfinderische Vorrichtung dann gleichzeitig die Rotation
und die Positionierung der elektronischen Komponente, wobei eine
solche Rotation beispielsweise nötig
ist, um bestimmten Verarbeitungsstationen Zugang zu spezifischen
Teilen der elektronischen Komponente zu ermöglichen.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass die Anzahl und die Anordnung von mechanischen
Elementen, die das Öffnen
des Greifers ermöglichen,
gegen den Umfang des Greifersockels daher variiert werden kann,
um Drehungen um verschiedene Winkel zu erlauben. Die Positionierungsvorrichtung
kann beispielsweise vier verschiedene mechanische Elemente umfassen,
beispielsweise vier rigide Stifte, was somit erlaubt, die positionierte
Komponente nach einer Viertelrotation des Greifers zu entnehmen.
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Der
Fachmann wird ebenfalls verstehen, dass der Greifer im Rahmen der
Erfindung auch durch die linearen Bewegungen des Greifers hin auf ein
mechanisches Element/auf mechanische Elemente, die seine Betätigung erlaubt/erlauben,
oder durch eine Kombination von linearen und Drehbewegungen, betätigt werden
kann.
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Um
eine ungewollte Verschiebung der Komponente 8 während den
Bewegungen des Greifers zu verhindern, vor allem wenn sie er sich
nach der Positionierung der Komponente 8 wieder öffnet, enthält der Sockel 2 vorzugsweise
eine (nicht dargestellte) Düse,
angebracht unter der Komponente 8, wenn Letztere korrekt
positioniert ist, in welche Luft gesaugt werden kann, um die Komponente 8 gegen
die oberer Fläche
des Sockels 2 zu pressen. Die Luftaspiration durch die
Düse wird
vorzugsweise durch das Kontrollsystem der Positionierungsvorrichtung und/oder
der Verarbeitungslinie kontrolliert, was somit ihre Koordination
mit den Bewegungen des Greifers und/oder den Komponententrägern 90 ermöglicht.
Wenn also eine Komponente auf den offenen Greifer gestellt wird,
wird Luft beispielsweise durch die Düse eingesaugt, so dass die
Komponente 8 sofort gegen den Sockel 2 gedrückt wird.
Wenn die Komponente positioniert wird, d. h. wenn der Greifer geschlossen
wird, wird die Aspiration vorzugsweise verringert, um die Verschiebung
der Komponente auf der oberen Fläche
des Sockels 2 zu erlauben. Die Aspiration wird danach wieder
erhöht,
wenn die Komponente 8 sich in der gewünschten Position befindet, um
jegliche Verschiebung Letzterer relative zum Sockel 2 zu
vermeiden, wenn der Greifer wieder geöffnet wird. Wenn der Greifer
einmal offen ist, wird die Aspiration während des Entfernens durch
die Aspirationsdüse 90 vorzugsweise
gestoppt. Gemäss
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird dann ein kurzer komprimierter Luftstoss durch
die Düse
abgegeben um sicherzustellen, dass sich die Komponente 8 von
der oberen Fläche
des Sockels 2 löst.
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Gemäss den vorher
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung, wird der Greifer durch seine Bewegung betätigt, beispielsweise
durch seine Rotation, in Bezug auf ein oder mehrere feste mechanische
Elemente 3, welche einen Druck auf die Zunge 100 je
nach Position des Greifers ausüben.
Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, den
in Bezug auf die Grundplatte der Vorrichtung fixierten Greifer durch
ein bewegtes mechanisches Element zu betätigen, zum Beispiel entlang
einer Linear- und/oder einer Drehbewegung. Solch eine Ausführungsform,
obwohl sie der Komponente nicht erlaubt, während ihrer Positionierung
zu drehen, hat den Vorteil, dass sie zulässt, auf den Gebrauch von beispielsweise
pneumatischen Mitteln zur Befestigung der Komponente auf den Greifer
zu verzichten, und dass die Bewegung des mechanischen Elements zur
Betätigung
des Greifers oft einfacher realisierbar ist und weniger Genauigkeit
erfordert als die Bewegung des Greifers selbst. Der Greifer kann
daher beispielsweise auf der Grundplatte 4 der Vorrichtung
befestigt werden, wohingegen der Stift 3 oder ein beliebiges,
vorzugsweise rigides mechanisches Element durch eine lineare Bewegung
in die Richtung der Zunge 100 gebracht wird.
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Gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform
werden die Greifer also durch einen um seine Längsachse rotierenden Zylinder
betätigt,
der beispielsweise von einem Rotationsschrittmotor betätig wird.
Auf den oberen Teil des Zylinders wird beispielsweise eine Rolle
angebracht, die um eine parallele Achse dreht und dezentriert in
Bezug auf die Rotationsachse des Zylinders ist. Die Rolle wird dann so
gestellt, dass sie, der Winkelposition des Zylinders folgend, auf
der Zunge 100 ruht und somit den Greifer öffnet.
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Die
vorher beschriebenen Betätigungsmechanismen
des Greifers werden als illustrierendes, jedoch nicht einschränkendes
Beispiel angegeben. Der Fachmann wird verstehen, dass der erfinderische
Greifer durch lineare und/oder drehende Bewegungen von mechanischen
Elementen und/oder des Greifers betätigt werden kann, welche zum
Beispiel durch einen oder mehrere Rotationsschrittmotore, Druckluftdruckzylinder,
elektromagnetische Dreh- und/oder Linearmotoren oder durch eine
Kombination von diesen Mitteln bewegt werden. Aber einige dieser
Ausführungsformen
können
bestimmte Nachteile in Bezug auf die vorher beschriebenen Beispiele aufweisen,
vor Allem was Einfachheit, Stabilität und Arbeitsrate betrifft.
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Wie
oben erklärt,
sind die erfinderischen Greifer vorzugsweise für die Positionierung kleiner elektronischer
Komponenten angepasst, besonders für die Positionierung von nichteingekapselten
elektronischen Chips, die sehr zerbrechliche Komponenten sind. Um
zu verhindern, dass die Komponenten während der Positionierung beschädigt werden,
sind die Backen 11, 12, 13 und 14 vorzugsweise
so geformt, dass sie nur mit dem zentralen Teil der lateralen Seite
der Komponenten in Kontakt kommen, was verhindert, dass sie gegen
die speziell empfindlichen Ecken oder Kanten ruhen.
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Der
erfinderische Greifer enthält
also vier Backen 11, 12, 13 und 14,
in Paare aufgeteilt, wobei jede auf einer der vier lateralen Seiten
der Komponente 8 ruht, um letztere entlang zwei Achsen
in der Positionierungsebene, welche durch den Träger 2 definiert wird,
zu positionieren, wobei die Konfiguration des Greifers zusätzlich erlaubt,
das sie durch eine einzige lineare Bewegung entlang einer einzigen
Betätigungsachse
betätigt
werden.
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Der
Fachmann wird jedoch verstehen, dass es im Rahmen der Erfindung
ebenfalls möglich
wäre, die
Backen so zu konfigurieren, dass sie anders auf der zu positionierenden
Komponente ruhen. Es wäre vor
Allem möglich,
eine oder mehrere Backen so zu konfigurieren, dass sie gleichzeitig
auf zwei Seiten der zu positionierenden Komponente drücken, was eventuell
erlaubt, die Anzahl der zu ihrer Positionierung entlang der zwei
Achsen nötigen
Backen zu vermindern.
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Es
wäre ebenfalls
möglich,
Greifer mit nur einem Paar Backen zur Positionierung von Komponenten
entlang einer einzigen Achse zu bauen.