УСТАНОВКА И СПОСОБ МОНТАЖА КОНТАКТНЫХ ШТЫРЕЙ НА ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ Российский патент 2012 года по МПК H05K13/08 

Настоящее изобретение относится к установке и способу монтажа контактных штырей на печатные платы.

При монтаже контактных штырей и других контактных элементов на печатные платы основным элементом качества, как известно, является окружность вобуляции (колебания). Окружностью вобуляции может быть положение контакт-детали внутри круга, который окружает среднюю точку отверстия, в которое вводят контакт. Вследствие многочисленных параметров производство с постоянной окружностью вобуляции не является возможным. В соответствии с состоянием техники, как только печатные платы были проверены на соответствие, матрицы произвольно опускают поверх вставленных контактных штырей для проверки положения кончиков штырей. Однако это может только определить, находится ли окружность вобуляции вставленных (смонтированных) контактных штырей ниже пределов допуска, определяемых тестовыми матрицами. Если эти пределы превышены, то печатная плата отбраковывается и не может использоваться в дальнейшем.

В работе DE 3929478 A1 описаны способ и устройство для измерения соединительных монтажных проводов электронных компонентов, причем компоненты направляются с известной скоростью за световой барьер. Однако описанные способ и устройство не способны устанавливать некачественно соединенные провода или предотвращать получение компонентов с некачественно соединенными проводами.

Объектом настоящего изобретения является предотвращение создания дефектов при вставлении (монтаже) контактных штырей в печатные платы.

Задача решается при использовании установки для монтажа контактных штырей на печатные платы в соответствии с независимым пунктом 1 формулы изобретения и способа монтажа контактных штырей на печатные платы в соответствии с независимым пунктом 9 формулы изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением установка для монтажа контактных штырей на печатные платы содержит, по меньшей мере, одно монтажное устройство для вставления (монтажа), по меньшей мере, одного контактного штыря в печатную плату. Кроме того, установка содержит, по меньшей мере, одно измерительное устройство для измерения угла вставления, по меньшей мере, между одним вставленным (смонтированным) контактным штырем и печатной платой. Измерительное устройство имеет сенсорный узел, по меньшей мере, с двумя датчиками, размещенными на разных высотах над печатной платой так, чтобы контактный штырь мог детектироваться датчиками. Сенсорный узел и/или печатная плата поддаются/поддается перемещению в плоскости, параллельной печатной плате. Это выполняется так, чтобы сенсорный узел и печатная плата были подвижными относительно друг друга. Угол вставления, образованный между контактным штырем и печатной платой, может быть определен из относительной скорости между печатной платой и сенсорным узлом, а также из разности времен для датчиков, детектирующих контактные штыри. Измерительное устройство соединено с монтажным устройством так, чтобы результирующее измерение, осуществленное посредством измерительного устройства, могло быть передано к монтажному устройству. Монтажное устройство может быть перерегулировано в ответ на переданное результирующее измерение.

В соответствии с настоящим измерением предложены способ монтажа контактных штырей на печатные платы, использующий монтажное устройство, и измерение угла вставления вставленных (смонтированных) контактных штырей, использующее измерительное устройство. Измерительное устройство содержит сенсорный узел, имеющий, по меньшей мере, два датчика, размещенных на разных высотах над печатной платой так, чтобы они детектировали контактные штыри. Сенсорный узел и/или печатную плату смещают в плоскости, параллельной печатной плате, так, чтобы сенсорный узел и печатная плата двигались относительно друг друга. Угол вставления, образованный между контактным штырем и печатной платой, определяют из относительной скорости движения между контактным штырем и печатной платой, а также из разности времен для детектирования контактного штыря посредством датчиков, размещенных на разных высотах. Результирующее измерение, осуществленное посредством измерительного устройства, передают к монтажному устройству, и монтажное устройство перерегулируется в ответ на переданное (результирующее) измерение.

В соответствии с настоящим изобретением установка и способ монтажа контактных штырей на печатные платы обеспечивают возможность определения угла, образуемого между каждым вставленным контактным штырем и печатной платой. Отклонение угла, образованного между контактным штырем и печатной платой, от заданного значения может, таким образом, рано детектироваться, и в ответ на него монтажное устройство может быть перерегулировано достаточно рано, чтобы не производить дефектных изделий.

В одном варианте осуществления два датчика размещены в общей плоскости, которая размещена под прямым углом к печатной плате. Следовательно, угол контактного штыря может быть определен особенно простым способом, поскольку шаг датчиков в плоскости, параллельной печатной плате, не нужно принимать во внимание.

В одном варианте осуществления сенсорный узел является неподвижным, а печатная плата поддается перемещению. Узел этого типа обеспечивает возможность измерения, производимого во время транспортирования печатной платы к установке для дальнейшей технологической обработки. Нет необходимости в дополнительном времени для измерения. Кроме того, неподвижный измерительный узел может быть особенно просто соединен с помощью проволочных соединений и точно отрегулирован.

В альтернативном варианте осуществления печатная плата является неподвижной, а сенсорный узел поддается перемещению. Этот вариант осуществления особенно пригоден для больших печатных плат, которые могут быть подвижными только в очень сложном технологическом процессе и с постоянной скоростью.

В дополнительном варианте осуществления поддаются перемещению как сенсорный узел, так и печатная плата. Следовательно, измерение может быть выполнено особенно быстро, поскольку складываются вместе скорости движения печатной платы и сенсорного узла.

В дополнительном варианте осуществления измерительное устройство содержит, по меньшей мере, два сенсорных узла. Как результат, множество контактных штырей может быть измерено в одно время (одновременно).

В дополнительном варианте осуществления измерительное устройство содержит двумерную матрицу сенсорных узлов, которая размещена в плоскости, параллельной печатной плате. Следовательно, множество контактных штырей может быть измерено в одно время (одновременно).

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один сенсорный узел поддается вращению вокруг оси, которая перпендикулярна печатной плате. По меньшей мере, сенсорные узлы или печатная плата поддаются перемещению, по меньшей мере, в двух разных направлениях, которые не являются параллельными друг другу. Следовательно, наклон контактного штыря может быть определен относительно печатной платы, по меньшей мере, в двух разных плоскостях, и, таким образом, может быть определено угловое положение контактного штыря относительно печатной платы.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один из датчиков конфигурирован как световой барьер. Световой барьер является датчиком, который может быть получен простым и недорогим способом.

Световой барьер может быть конфигурирован как световой барьер прерывания, в котором контактный штырь прерывает световой барьер, или световой барьер отражения, в котором контактный штырь отражает световой луч. Световой луч может быть лучом видимого света или лучом в волновом диапазоне, близком к видимому свету, в частности лучом инфракрасного света.

В одном варианте осуществления технологический процесс монтажа контактных штырей на печатные платы предусматривает сравнение измеренного угла вставления с заданным углом вставления и перерегулировку монтажного устройства, если разность между измеренным углом вставления и заданным углом вставления превышает заданный предел допуска.

Другими словами, заданный угол ограничивает окружность вобуляции, окружающую заданный угол вставления. Если кончик вставленного контактного штыря лежит вне окружности вобуляции, то монтажное устройство перерегулируется.

В дополнительном варианте осуществления внутренняя окружность вобуляции размещена внутри внешней окружности вобуляции. Внешняя окружность вобуляции соответствует максимально разрешенному отклонению угла вставления от заданного угла вставления. Если кончик контактного штыря лежит вне внешней окружности вобуляции, то печатная плата не может дальше использоваться. Внутренняя окружность вобуляции размещена на достаточном расстоянии внутри внешней окружности вобуляции, и технологический процесс вставления (монтажа) перерегулируется, если измеренное угловое положение контактного штыря находится вне внутренней окружности вобуляции. Таким образом, технологический процесс вставления (монтажа) перерегулируется достаточно рано, чтобы кончик вставленного контактного штыря никогда не лежал вне внешней окружности вобуляции.

В одном варианте осуществления способа, по меньшей мере, сенсорный узел или печатная плата перемещается в первом направлении, параллельном печатной плате на первом этапе. Это осуществляют для определения угла вставления, образованного между контактным штырем и печатной платой в первой плоскости, которая не является параллельной плоскости печатной платы. Затем на втором этапе сенсорный узел поворачивают вокруг оси, которая перпендикулярна печатной плате. На третьем этапе, по меньшей мере, сенсорные узлы или печатную плату перемещают во втором направлении, параллельном печатной плате. Второе направление содержит угол к первому направлению, параллельному печатной плате. И в этом случае это выполняют для определения угла вставления, образованного между контактным штырем и печатной платой на втором этапе, который не является параллельным ни первой плоскости, ни параллельным плоскости печатной платы. Путем определения угла вставления контактного штыря в двух плоскостях, которые не являются параллельными друг другу и которые не являются параллельными плоскости печатной платы, может быть полностью определено угловое положение контактного штыря.

В одном варианте осуществления угол, образованный между первым направлением и вторым направлением, составляет 90 градусов. Следовательно, способ может быть реализован особенно простым и не вызывающим сомнение образом.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на вариант осуществления, иллюстрируемый на сопроводительных чертежах, где:

Фиг.1 - схематический вид сбоку установки для монтажа печатных плат с монтажным устройством, включающим в себя измерительное устройство, соответствующее настоящему изобретению.

Фиг.2 - вид сбоку взаимодействия между сенсорным узлом и контактным штырем, вставленным в печатную плату.

Фиг.3 - иллюстрация взаимодействия сенсорного узла, иллюстрируемого на фиг.2, из боковой проекции, повернутой на угол 90 градусов.

Фиг.4 - схематическое изображение конфигурации внешней окружности вобуляции и внутренней окружности вобуляции, окружающих идеальное положение контактного штыря.

В следующем описании сопроводительных чертежей указания, например, над, под, слева, справа, перпендикулярно и горизонтально относятся только к иллюстрациям варианта осуществления, показанным на соответствующих чертежах.

На фиг.1 приведен схематический вид сбоку установки, соответствующей настоящему изобретению, для монтажа печатных плат.

На левой стороне установка содержит монтажное устройство 1 для вставления контактных штырей 7 в печатные платы 5. Монтажное устройство 1 содержит первое основание 19 и конвейерную ленту 15, проходящую в горизонтальном направлении, на которой горизонтально размещена печатная плата 5. Над конвейерной лентой 15 размещена монтажная машина 13, которая вставляет контактные штыри 7 в печатную плату 5.

Конвейерная лента 15 проходит к правой стороне за монтажное устройство 1 к измерительному устройству 3, давая возможность транспортирования печатной платы 5 от монтажного устройства 1 к измерительному устройству 3. Факультативно печатная плата 5 может транспортироваться к дополнительным установкам технологической обработки (не показанным на фиг.1).

Измерительное устройство состоит из второго основания 21, которое выполнено подобно первому основанию 19 монтажного устройства 1. В частности, конвейерная лента 15 также проходит над верхней областью второго основания 21. Сенсорный узел 9, имеющий два датчика 11, установлен над конвейерной лентой 15. Датчики 11 размещены один над другим в плоскости, которая перпендикулярна плоскости, в которой проходят конвейерная лента 15 и печатная плата 5. Датчики 11 сенсорного узла 9 электрически соединены с оценочным устройством 17 через посредство линии 25 передачи служебных сигналов. Оценочное устройство 17 электрически соединено через посредство линии 27 передачи сигналов управления с приводом 23 конвейерной ленты 15, который размещен в первом основании 19.

Оценочное устройство 17 определяет угол вставления между контактным штырем 7 и печатной платой 5, используя измерение скорости конвейерной ленты 15 и разность времен для детектирования контактного штыря 7 посредством датчиков 11, размещенных на разных высотах.

Оценочное устройство 17 сравнивает угол вставления, который определен данным образом, с заданным углом. Если разность между измеренным углом и заданным углом превышает заданный предел допуска, то оценочное устройство 17 передает сигнал через посредство линии 29 передачи сигнала регулировки к монтажной машине 13 для повторной регулировки (перерегулировки) монтажной машины 13. Например, угол между монтажной машиной 13 и печатной платой 5 и/или положением монтажной машины 13 в плоскости, параллельной печатной плате 5, может быть изменен.

На фиг.2 приведен увеличенный вид сбоку, иллюстрирующий взаимодействие между датчиками 11 сенсорного узла 9 и контактным штырем 7, который вставлен в печатную плату 5. На фиг.2 приведен вид со зрительной линией в направлении транспортирования конвейерной линии 15, показанной на фиг.1. То есть плоскость печатной платы 5 на этом виде проходит перпендикулярно плоскости проекции. Сенсорный узел 9 содержит два датчика 11, в частности, как световые барьеры прерывания, которые размещены один над другим, каждый имеет световой источник 11а и светочувствительный оптический датчик 11b. Световые источники 11а и светочувствительные оптические датчики 11b каждый размещены перпендикулярно друг над другом в плоскости, которая перпендикулярна плоскости печатной платы 5. Печатная плата 5 с контактным штырем 7 размещена в направлении, перпендикулярном плоскости проекции. В этом случае световые барьеры прерываются, когда контактный штырь 7 проходит область между световыми барьерами.

На фиг.3 приведен увеличенный вид сбоку сенсорного узла 9, печатной платы 5 и контактного штыря на виде сбоку, повернутом на 90 градусов, относительно вида сбоку, приведенного на фиг.2, который соответствует виду, приведенному на фиг.1. Печатная плата 5 с контактным штырем 7 движется в горизонтальном направлении параллельно плоскости проекции, например слева направо, относительно сенсорного узла 9. Альтернативно или дополнительно, сенсорный узел 9 может также двигаться относительно неподвижной печатной платы, например справа налево.

Если угол θ вставления, образуемый между контактным штырем 7 и печатной платой 5, составляет точно 90 градусов, то два световых барьера прерываются одновременно (в одно время), когда контактный штырь 7 входит в область сенсорного узла 9. Если угол θ вставления контактного штыря 7 отклоняется от 90 градусов, то каждый из двух световых барьеров 11 прерывается в разное время. Угол θ вставления, образованный между печатной платой 5 и контактным штырем 7, определяется из разности прерывания двух световых барьеров и известной относительной скорости между печатной платой 5 и сенсорным узлом 9.

Если отклонение измеренного значения угла θ вставления превышает заданное значение заданного предела допуска, то монтажное устройство 1 перерегулируется для предотвращения возникновения дефектов.

На фиг.4 приведено схематическое изображение конфигурации внешней окружности вобуляции Т1 и внутренней окружности вобуляции Т2. Две окружности вобуляции Т1 и Т2 расположены коаксиально относительно оси А, которая представляет заданный идеальный угол вставления (монтажа), в этом примере составляющий 90 градусов, контактного штыря 7 в печатную плату 5. Внешняя окружность вобуляции Т1 соответствует максимально разрешенному отклонению углового положения контактного штыря от заданного идеального положения. Если кончик 31 контактного штыря 7 лежит вне внешней окружности вобуляции Т1, то печатная плата 5 не может использоваться далее. Внутренняя окружность вобуляции Т2 расположена на соответствующем расстоянии d внутрь от внешней окружности вобуляции Т1, и технологический процесс вставления (монтажа) перерегулируется, если кончик 31 контактного штыря 7 лежит вне внутренней окружности вобуляции Т2. Следовательно, технологический процесс монтажа перерегулируется достаточно рано для предотвращения вставления (монтажа) контактного штыря 7 так, чтобы его кончик 31 лежал вне внешней окружности вобуляции Т1.

Предложена установка для монтажа контактных штырей (7) на печатные платы (5), содержащая, по меньшей мере, одно монтажное устройство (1), для вставления (монтажа), по меньшей мере, одного контактного штыря (7) в печатную плату (5), по меньшей мере, одно измерительное устройство (3) для измерения угла вставления (θ), по меньшей мере, между одним вставленным контактным штырем (7) и печатной платой (5), причем измерительное устройство (3) содержит сенсорный узел (9), имеющий, по меньшей мере, два датчика (11), размещенных на разных высотах над печатной платой (5) так, чтобы контактный штырь (7) мог детектироваться датчиками (11). По меньшей мере, сенсорные узлы (9) или печатная плата (5) способны к перемещению в плоскости, параллельной печатной плате (5). Угол вставления (9), образованный между контактным штырем (7) и печатной платой (5), поддается определению из относительной скорости между печатной платой (5) и сенсорным узлом (9) и из разности времен для детектирования контактного штыря (7) датчиками (11). Измерительное устройство (3) может соединяться с монтажным устройством (1) так, чтобы результирующее измерение, осуществленное посредством измерительного устройства (3), могло быть передано к монтажному устройству (1), которое способно к перерегулированию в ответ на переданное результирующее измерение. Предотвращение возникновения дефектов при монтаже плат является техническим результатом изобретения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для монтажа контактных штырей (7) на печатные платы (5), содержащая,
по меньшей мере, одно монтажное устройство (1) для вставления, по меньшей мере, одного контактного штыря (7) в печатную плату (5);
по меньшей мере, одно измерительное устройство (3) для измерения угла вставления (θ) между, по меньшей мере, одним вставленным контактным штырем (7) и печатной платой (5), причем измерительное устройство (3) содержит сенсорный узел (9), включающий, по меньшей мере, два датчика (11); размещенных на разных высотах над печатной платой (5) так, чтобы контактный штырь (7) мог детектироваться датчиками (11);
по меньшей мере, один сенсорный узел (9) и печатная плата (5) выполнены с возможностью перемещения в плоскости, параллельной по отношению к печатной плате (5);
угол вставления (θ), образованный между контактным штырем (7) и печатной платой (5), определяющийся из относительной скорости между печатной платой (5) и сенсорным узлом (9) и из разности времени для детектирования контактного штыря (7) датчиками (11);
измерительное устройство (3), соединенное с монтажным устройством (1) так, чтобы результирующее измерение, осуществленное посредством измерительного устройства (3), могло быть передано к монтажному устройству (1), и
монтажное устройство (1), способное к перерегулированию в ответ на переданное результирующее измерение.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что два датчика (11) размещены в общей плоскости, перпендикулярной к печатной плате (5).

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что печатная плата (5) выполнена с возможностью перемещения.

4. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сенсорный узел (9) выполнен с возможностью перемещения.

5. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что измерительное устройство (3) содержит, по меньшей мере, два сенсорных узла (9).

6. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что измерительное устройство (3) содержит двумерную матрицу сенсорных узлов (9), причем матрица размещена в плоскости, параллельной печатной плате (5).

7. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из сенсорных узлов (9) поддается вращению вокруг оси, расположенной перпендикулярно к печатной плате (5).

8. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, сенсорные узлы (9) и печатная плата (5) выполнены с возможностью перемещения в двух разных направлениях, которые не являются параллельными друг другу.

9. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из датчиков (11) выполнен как световой барьер.

10. Способ монтажа контактных штырей (7) на печатные платы (5), предусматривающий
вставление контактных штырей (7) с использованием монтажного устройства (1),
измерение угла вставления (θ) вставленных контактных штырей (7) с использованием измерительного устройства (3), содержащего сенсорный узел (9), имеющий, по меньшей мере, два датчика (11), размещенных на разных высотах над печатной платой (5) для детектирования контактных штырей (7),
в котором, по меньшей мере, сенсорный узел или печатную плату перемещают в плоскости, параллельной печатной плате (5), так, чтобы угол вставления (θ), образованный между контактным штырем (7) и печатной платой (5), определялся из относительной скорости движения между контактным штырем (7) и печатной платой (5) и из разности времен для детектирования контактного штыря (7) посредством датчиков (11),
результирующее измерение, выполняемое посредством измерительного устройства (3), причем монтажное устройство (1) перерегулируется в ответ на переданное результирующее измерение.

11. Способ по п.10, предусматривающий сравнение измеренного угла вставления (θ) с заданным пределом (А) допуска, а монтажное устройство (1) перерегулируется, если разность между измеренным углом вставления (θ) превышает заданный предел (А) допуска.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что
на первом этапе, по меньшей мере, сенсорный узел (9) или печатную плату (5) перемещают в первом направлении, параллельном печатной плате (5), для определения угла вставления (θ), образованного между контактным штырем (7) и печатной платой (5) в первой плоскости, которая не является параллельной плоскости печатной платы (5),
на втором этапе датчик (11) поворачивают вокруг оси на угол (Ф), которая перпендикулярна печатной плате (5), и
на третьем этапе, по меньшей мере, сенсорный узел (9) или печатную плату (5) перемещают во втором направлении, параллельном печатной плате (5), причем второе направление проходит под углом (Ф) к первому направлению, при этом указанный угол больше нуля,
для определения угла вставления (θ), образованного между контактным штырем (7) и печатной платой (5) во второй плоскости, которая не является параллельной плоскости печатной платы (5).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что угол (Ф) составляет 90°.