FR2638669A1

FR2638669A1 - Robot allowing insertion and soldering of electronic components onto a supporting board

Info

Publication number: FR2638669A1
Application number: FR8814710A
Authority: FR
Inventors: Alain Roux
Original assignee: SREE
Current assignee: SREE
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-11

Abstract

a) Robot allowing insertion and soldering of electronic components onto a supporting board. b) It is characterised in that it includes four temperature sensors 151, 152, 153, 154 which are associated with thermostats, each equipping electrodes 14 of the soldering head 12 and interacting with the central computer 2 in order to maintain individually the temperature of each of these electrodes 14 at an adjustable predetermined value t1, t2, t3, t4 depending on the characteristics of each of the electronic components 3 to be mounted. c) The invention relates to a robot allowing insertion and soldering of electronic components onto a supporting board.

Description

"Robot permettant l'insertion et le soudage de composants électroniques sur une plaque support"
La présente invention concerne un robot permettant l'insertion et le soudage de composants électroniques de type CMS (composants montés en surface) sur une plaque support, notamment en résine époxy ou en bakélite, portant un circuit imprimé, afin de permettre la fabrication d'une carte."Robot allowing the insertion and welding of electronic components on a support plate"
The present invention relates to a robot allowing the insertion and soldering of electronic components of the CMS type (surface-mounted components) on a support plate, in particular made of epoxy resin or bakelite, carrying a printed circuit, in order to allow the manufacture of a map.

Ces dernières années, on a mis au point des cartes électroniques du type susmentionné extrêmement sophistiquées, dont la fabrication manuelle est devenue extrêmement longue et couteuse ; pour cette raison, on a mis au point des robots permettant d'effectuer automatiquement les opérations liées à la mise en place et au soudage des différents composants sur une plaque support. In recent years, extremely sophisticated electronic cards of the aforementioned type have been developed, the manual manufacture of which has become extremely long and expensive; for this reason, robots have been developed which make it possible to automatically carry out the operations linked to the positioning and welding of the various components on a support plate.

Ces robots sont constitués par un corps de robot coopérant avec un ordinateur central commandant son déplacement suivant trois axes correspondant aux coordonnées d'espace, avec une tête de prise permettant de saisir par aspiration des éléments rangés dans un magasin pour les déplacer jusqu a un emplacement prédéterminé sur la plaque support, et avec une tête de soudage associée- à chaque type de composants électroniques et munie de deux à quatre électrodes dont la géométrie correspond à celle des composants à monter. These robots are constituted by a robot body cooperating with a central computer controlling its movement along three axes corresponding to the space coordinates, with a gripping head making it possible to grasp by suction elements stored in a store to move them to a location. predetermined on the support plate, and with a welding head associated with each type of electronic component and provided with two to four electrodes whose geometry corresponds to that of the components to be mounted.

Pour la fabrication des cartes, l'opérateur commande, depuis le clavier de l'ordinateur, la saisie dans une boîte d'une première tête de soudage correspondant à une première série de composants électroniques, puis la saisie, la mise en place et le soudage sur la plaque support de tous les composants de cette première série, avant de commander le remplacement de cette première tête par une seconde tête associée à une seconde série de composants électroniques, et ainsi de suite jusqu'à fabrication de l'ensemble de la carte. For the manufacture of the cards, the operator controls, from the computer keyboard, the entry in a box of a first welding head corresponding to a first series of electronic components, then the entry, the installation and the welding on the support plate of all the components of this first series, before ordering the replacement of this first head by a second head associated with a second series of electronic components, and so on until the whole of the menu.

Selon leur géométrie, les composants électroniques doivent être soudés sur deux, trois ou au maximum quatre côtés, et les têtes de soudage peuvent donc être munies de deux, trois ou quatre électrodes. Depending on their geometry, the electronic components must be welded on two, three or at most four sides, and the welding heads can therefore be provided with two, three or four electrodes.

Lors de la mise en oeuvre de robots du type susmentionné, la maîtrise de la température lors de l'opération de soudage est particulièrement importante, étant donné que si celle-ci dépasse une valeur prédéterminée, on risque de détruire le support en résine époxy ou en bakélite qui est relativement fragile, de décoller le cuivre des circuits imprimés portés par cette plaque ou encore d'endommager les composants eux-mêmes. Cependant, pour obtenir un soudage satisfaisant, il est nécessaire que chaque électrode soit portée à une température minimale qui est fonction de chacun des composants, et peut même fréquemment différer pour chacune des faces d'un même composant. When using robots of the aforementioned type, controlling the temperature during the welding operation is particularly important, since if it exceeds a predetermined value, there is a risk of destroying the epoxy resin support or Bakelite which is relatively fragile, to take off the copper from the printed circuits carried by this plate or even to damage the components themselves. However, to obtain satisfactory welding, it is necessary that each electrode is brought to a minimum temperature which is a function of each of the components, and may even frequently differ for each of the faces of the same component.

Aucun des robots qui ont, jusqu a présent, été proposés sur le marché ne permet d'obtenir une maîtrise satisfaisante de la température. None of the robots which have hitherto been offered on the market makes it possible to obtain satisfactory temperature control.

L'invention a pour objet de combler cette lacune en proposant un robot du type ci-dessus carac térisé en ce qu'il comporte quatre capteurs de température associés à des thermostats équipant chacune des électrodes de la tête de soudage et coopérant avec l'ordinateur central pour maintenir individuellement la température de chacune de ces électrodes à une valeur prédéterminée réglable fonction des caractéristiques de chacun des composants électroniques à monter. The object of the invention is to fill this gap by proposing a robot of the above type, characterized in that it comprises four temperature sensors associated with thermostats fitted to each of the electrodes of the welding head and cooperating with the computer. central to individually maintain the temperature of each of these electrodes to a predetermined value adjustable according to the characteristics of each of the electronic components to be mounted.

Bien entendu, en fonction de la géométrie du composant, les quatre capteurs de température peuvent être activés ou seulement deux ou trois lorsque le composant ne doit être soudé que par deux ou trois de ces faces. Of course, depending on the geometry of the component, the four temperature sensors can be activated or only two or three when the component must only be welded by two or three of these faces.

Pour effectuer la mise en place de différents composants, le corps de robot doit, tout d'abord être déplacé horizontalement pour se trouver au droit de l'emplacement de la plaque support où le composant doit être inséré, puis descendu verticalement jusqu'à cet emplacement. To install different components, the robot body must first be moved horizontally to be in line with the location of the support plate where the component must be inserted, then lowered vertically until location.

Pour faciliter ce mouvement, selon une autre caractéristique de l'invention, le corps de robot est susceptible de tourner de 90- dans chaque sens autour d'un axe vertical. To facilitate this movement, according to another characteristic of the invention, the robot body is capable of rotating 90- in each direction around a vertical axis.

Ainsi, le corps de robot possède quatre degrés de liberté de mouvement, à savoir trois de translation et un de rotation. Thus, the robot body has four degrees of freedom of movement, namely three in translation and one in rotation.

Un autre inconvénient des robots classiques du type considéré, est que le mouvement de descente du corps de robot en direction de la plaque support est commandé manuellement, ce qui entraîne également des risques d'endommagement de la plaque support qui ne peut pas supporter des pressions trop importantes. Another disadvantage of conventional robots of the type under consideration is that the downward movement of the robot body towards the support plate is manually controlled, which also entails risks of damage to the support plate which cannot withstand pressures too important.

Pour remédier à cet inconvénient et selon une caractéristique préférentielle de l'invention, il est prévu un capteur de pression sensible à la prise sion avec laquelle le robot s'appuie sur la plaque support et coopérant avec l'ordinateur central pour arrêter le déplacement du corps de robot en direction de la plaque support dès que cette pression atteint une valeur prédéterminée réglable. To overcome this drawback and according to a preferred characteristic of the invention, there is provided a pressure sensor sensitive to the outlet with which the robot is supported on the support plate and cooperating with the central computer to stop the movement of the robot body towards the support plate as soon as this pressure reaches a predetermined adjustable value.

Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un capteur de positionnement permettant de positionner automatiquement le corps de robot selon les deux axes horizontaux. According to another characteristic of the invention, there is provided a positioning sensor for automatically positioning the robot body along the two horizontal axes.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le mouvement de descente du corps de robot est subdivisé en deux parties, à savoir une première partie rapide qui peut être continue ou pas-à-pas, pendant laquelle le capteur de pression est inactif, puis, une seconde partie plus lente et pas-à-pas dans laquelle le capteur de pression est activé et coopère avec l'ordinateur central pour pouvoir arrêter ce mouvement dès que la pression dépasse une valeur prédéterminée. According to another characteristic of the invention, the downward movement of the robot body is subdivided into two parts, namely a first rapid part which can be continuous or step by step, during which the pressure sensor is inactive, then , a second slower and step-by-step part in which the pressure sensor is activated and cooperates with the central computer in order to be able to stop this movement as soon as the pressure exceeds a predetermined value.

Bien que ces caractéristiques ne soient nullement limitatives de l'invention, la première partie rapide du mouvement de descente du corps de robot est généralement poursuivie jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du composant électronique se trouve distante de la surface de la plaque support d'une distance approximativement égale à 0,5 mm tandis que le pas du mouvement pas-à-pas de la seconde partie plus lente est généralement de l'ordre de 0,01 mm. Although these characteristics are in no way limitative of the invention, the first rapid part of the downward movement of the robot body is generally continued until the lower end of the electronic component is distant from the surface of the support plate by a distance approximately equal to 0.5 mm while the step of the step-by-step movement of the second slower part is generally of the order of 0.01 mm.

Bien entendu, par distance existant entre la plaque support et le composant électronique porté par la tête de prise, on doit comprendre la distance existant entre la plaque support et l'élément porté par le corps de robot qui en est le plus proche ; celui-ci peut, dans certains cas, également être constitué par une partie de la tête de soudage. Of course, by distance existing between the support plate and the electronic component carried by the socket head, one must understand the distance existing between the support plate and the element carried by the robot body which is closest thereto; this can, in certain cases, also consist of a part of the welding head.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur de pression coopère avec l'ordinateur central pour commander la mise en oeuvre des électrodes de soudage dès que la pression d'appui sur la plaque support a atteint la valeur prédéterminée. According to another characteristic of the invention, the pressure sensor cooperates with the central computer to control the implementation of the welding electrodes as soon as the contact pressure on the support plate has reached the predetermined value.

L'invention permet donc de maîtriser totalement à la fois la température des électrodes et la pression exercée sur la plaque support lors de l'opération de soudage, ce qui permet de diminuer au maximum les risques d'endommagements. The invention therefore makes it possible to completely control both the temperature of the electrodes and the pressure exerted on the support plate during the welding operation, which makes it possible to minimize the risk of damage.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ordinateur central est muni d'une mémoire permettant, après mise en oeuvre manuelle de l'ensemble des opérations de fabrication d'une carte, la répétition de cet ensemble d'opérations afin dé permettre la fabrication automatique de cartes identiques. According to another characteristic of the invention, the central computer is provided with a memory allowing, after manual implementation of all of the card manufacturing operations, the repetition of this set of operations in order to allow automatic manufacturing of identical cards.

En conséquence, l'opérateur commande manuellement, à partir du clavier de l'ordinateur la fabrication de la première carte d'une série puis, met en mémoire les opérations effectuées afin que les autres cartes de cette même série puissent être fabriquées de manière totalement automatique. Consequently, the operator manually controls, from the computer keyboard, the production of the first card in a series, then stores the operations performed so that the other cards in this same series can be produced completely. automatic.

Les caractéristiques du robot qui fait l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma représentant le robot en
vue de face, - la figure 2 est un schéma représentant le robot en
vue de dessus.The characteristics of the robot which is the subject of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which - FIG. 1 is a diagram representing the robot in
front view, - Figure 2 is a diagram showing the robot in
top view.

Selon la figure 1, le robot 1 comporte un corps de robot 10, une tête de prise 11 et une tête de soudage 12. Il coopère avec un ordinateur central 2 muni d'un clavier 20 qui commande sa translation suivant trois axes correspondant aux axes de coordon nées d'espace x-x', y-y' et z-z', ainsi que sa rotation de 90@ dans un sens ou dans un autre autour de la verticale z-z'. According to FIG. 1, the robot 1 comprises a robot body 10, a socket head 11 and a welding head 12. It cooperates with a central computer 2 provided with a keyboard 20 which controls its translation along three axes corresponding to the axes of space coordinates x-x ', yy' and z-z ', as well as its rotation of 90 @ in one direction or another around the vertical z-z'.

Le robot 1 est destiné à permettre d'insérer et de souder des composants électroniques 3 primitivement rangés dans un magasin 4 (figure 2) sur une plaque support 5 placée sur une table horizontale 6 afin de fabriquer une carte électronique. The robot 1 is intended to allow the insertion and soldering of electronic components 3 originally stored in a magazine 4 (FIG. 2) on a support plate 5 placed on a horizontal table 6 in order to manufacture an electronic card.

La tête de prise li permet de saisir par aspiration, non seulement les composants électroniques 3 rangés dans le magasin 4, mais, également des têtes de soudage 12 primitivement rangées dans une boîte 13. The gripping head li makes it possible to grasp by suction, not only the electronic components 3 stored in the magazine 4, but also the welding heads 12 originally stored in a box 13.

Chacune de ces têtes de soudage 12 est munie de deux à quatre électrodes thermostatées 14 dont la géométrie correspond à celle d'une série de composants électroniques 3 afin de permettre d'effectuer leur soudage sur la plaque support 5.Each of these welding heads 12 is provided with two to four thermostated electrodes 14 whose geometry corresponds to that of a series of electronic components 3 in order to allow their welding to be carried out on the support plate 5.

Il convient de noter que l'installation peut être munie d'un dispositif de contrôle permettant de s'assurer à tout moment du remplissage du magasin 4. It should be noted that the installation can be fitted with a control device making it possible to ensure that the magazine 4 is filled at all times.

Selon les figures 1 et 2, le corps de robot 10 est relié à une source de puissance 7 permettant l'alimentation en électricité des électrodes 14 des têtes de soudage 12. Selon les figures 1 et 2, des capteurs de température 15î, 152, 153, 154 détectent la température des électrodes 14 de la tête de soudage 12 montée sur le corps de robot 1 et transmettent cette information ar, a2, aî, a4 à l'ordinateur central 2 (figure 2) ; celui-ci compare chacune de ces températures à des températures prédéterminées réglables tr, t2, t31 t41 et envoie en réponse des signaux de commande br, b2, b31 b4 des thermostats associés à chacune des électrodes 14 de la tête de soudage 12 afin de maintenir la température de chacune de ces électrodes à la valeur prédéterminée t, t2, t31 t4,. Bien enten du, dans le cas d'une tête 12 ne comportant que deux ou trois électrodes 14, seules deux ou trois des capteurs de température 15r, 152, 153, 154, sont activés. According to FIGS. 1 and 2, the robot body 10 is connected to a power source 7 allowing the supply of electricity to the electrodes 14 of the welding heads 12. According to FIGS. 1 and 2, temperature sensors 15, 152, 153, 154 detect the temperature of the electrodes 14 of the welding head 12 mounted on the robot body 1 and transmit this information ar, a2, senior, a4 to the central computer 2 (FIG. 2); the latter compares each of these temperatures with adjustable predetermined temperatures tr, t2, t31 t41 and sends in response control signals br, b2, b31 b4 thermostats associated with each of the electrodes 14 of the welding head 12 in order to maintain the temperature of each of these electrodes at the predetermined value t, t2, t31 t4 ,. Of course, in the case of a head 12 having only two or three electrodes 14, only two or three of the temperature sensors 15r, 152, 153, 154, are activated.

Selon les figures l et 2, le fonctionnement du robot est le suivant
Après avoir mis en place la plaque support 5 sur la table 6, l'opérateur commande, à partir du clavier 20 de l'ordinateur central 2, le déplacement du robot l dans le plan horizontal x-x', y-y' (figure 1) notamment à l'aide d'un capteur de positionnement 8 jusqu a ce que celui-ci se trouve au droit de la bote 13 dans laquelle sont classées les têtes de soudage 12 ; il commande alors la descente selon l'axe z-z' du corps de robot 10 jusqu a ce que la tête de prise il vienne saisir une première tête de soudage 12 correspondant à une première série de composants électroniques 3.According to Figures 1 and 2, the operation of the robot is as follows
After setting up the support plate 5 on the table 6, the operator controls, from the keyboard 20 of the central computer 2, the movement of the robot l in the horizontal plane x-x ', yy' (Figure 1 ) in particular using a positioning sensor 8 until the latter is located in line with the box 13 in which the welding heads 12 are classified; it then controls the descent along the axis zz 'of the robot body 10 until the gripping head it comes to grip a first welding head 12 corresponding to a first series of electronic components 3.

L'opérateur relève ensuite le corps de robot 10 portant la tête de prise Il et cette première tête de soudage 12 puis le déplace jusqu'au droit du magasin 4 où la tête de prise ll saisit un premier composant 3 de la première série ; le corps de robot 10 est ensuite déplacé jusqu'à se trouver au droit de l'em- placement prévu pour le composant électronique 3 porté par la tête de prise 11 sur la plaque support 5, dans la position représentée sur la figure 1. The operator then raises the robot body 10 carrying the gripping head II and this first welding head 12 and then moves it to the right of the magazine 4 where the gripping head ll grasps a first component 3 of the first series; the robot body 10 is then moved until it is in line with the location provided for the electronic component 3 carried by the socket head 11 on the support plate 5, in the position shown in FIG. 1.

L'opérateur commande alors la descente du robot 1 selon la flèche I en direction de la plaque support 5 ; cette descente relativement rapide, qui peut être continue ou pas-à-pas est poursuivie jusqu'à ce que l'extrémité inférieure du composant électronique 3 se trouve distant de la surface de la plaque support 5 d'une distance approximativement égale à 0,5 mm. The operator then controls the descent of the robot 1 according to arrow I in the direction of the support plate 5; this relatively rapid descent, which can be continuous or step-by-step, is continued until the lower end of the electronic component 3 is distant from the surface of the support plate 5 by a distance approximately equal to 0, 5 mm.

A ce moment, l'ordinateur central 2 trans forme le mouvement de descente rapide en un mouvement de descente lente et pas-à-pas dont le pas réglable est de l'ordre de 1/100 de mm. At this time, the central computer 2 transforms the rapid descent movement into a slow and step-by-step descent movement whose adjustable step is of the order of 1/100 mm.

A chaque pas de ce déplacement, un capteur de pression 9 prévu à cet effet dans la plaque support 6 détecte la pression avec laquelle celui-ci s'appuie contre la surface de la plaque support 5, et, envoie à l'ordinateur central 2 un signal d représentatif de cette pression ; l'ordinateur 2 compare alors le signal d à une pression prédéterminée réglable p, et lorsque cette valeur p est atteinte, l'ordinateur 2 envoie en réponse au robot 1 un signal e arrêtant son mouvement (figure 2).Simultanément, l'ordinateur 2 envoie au robot 1 un signal f commandant l'alimentation des électrodes 14 et l'actionnement des thermostats associés à celles-ci ainsi que des capteurs de température 151, 152, 153, 154, de façon telle que l'opération de soudage puisse être effectuée dans les conditions prescrites, c'est-à-dire en maintenant la température des différentes électrodes 14 à des valeurs prédéterminées réglables tr, t2, t3, t4 fonctions des caractéristiques du composant électronique 3. At each step of this movement, a pressure sensor 9 provided for this purpose in the support plate 6 detects the pressure with which it is pressed against the surface of the support plate 5, and sends to the central computer 2 a signal d representative of this pressure; computer 2 then compares signal d to a predetermined adjustable pressure p, and when this value p is reached, computer 2 sends in response to robot 1 a signal e stopping its movement (figure 2). 2 sends to the robot 1 a signal f controlling the supply of the electrodes 14 and the actuation of the thermostats associated with them as well as of the temperature sensors 151, 152, 153, 154, so that the welding operation can be carried out under the prescribed conditions, that is to say by maintaining the temperature of the various electrodes 14 at adjustable predetermined values tr, t2, t3, t4 functions of the characteristics of the electronic component 3.

Lorsque cette première opération a été effectuée, l'opérateur commande l'insertion et le soudage à l'aide de la première tête de soudage 12 de tous les composants électroniques de la première série 3, puis, le remplacement de la première tête de soudage par une seconde tête de soudage correspondant à une seconde série de composants électroniques et ainsi de suite jusqu'à fabrication complète de la carte. When this first operation has been carried out, the operator controls the insertion and the welding using the first welding head 12 of all the electronic components of the first series 3, then, the replacement of the first welding head by a second welding head corresponding to a second series of electronic components and so on until the card is completely manufactured.

Il convient de noter que, lors de la fabrication d'une première carte, l'opérateur met en mémoire chacune des opérations effectuées, de façon telle que la fabrication de cartes similaires puisse être effectuée de manière complètement automatique, sans intervention de l'opérateur sur le clavier de l'ordinateur. It should be noted that, during the production of a first card, the operator stores each of the operations carried out in such a way that the manufacture of similar cards can be carried out completely automatically, without operator intervention. on the computer keyboard.

Claims

le) Robot allowing the insertion and the welding of electronic components (3) on a support plate (5), in order to manufacture a card, constituted by a robot body (10) cooperating with a central computer (2) controlling its movement along three axes (x-x ', y-y', z-z ') corresponding to the space coordinates, with a gripping head (ll) allowing elements (3, 12) to be grasped stored in a magazine (4, 13) to move them to a predetermined location on the support plate (5), and with a welding head (12) associated with each type of electronic component (3) and provided with two to four electrodes (14) whose geometry corresponds to that of the components (3) to be mounted, robot characterized in that it comprises four temperature sensors (15a, 152, 153, 154) associated with thermostats fitted to each of the electrodes (14) of the head welding (12) and cooperating with the central computer (2) to maintain individually the temperature of each of these electrodes (14) to a predetermined adjustable value (t, t2, t3, t4) depending on the characteristics of each of the electronic components (3) to be mounted.

21) Robot according to claim 1, characterized in that the robot body (10) is capable of rotating 90th in each direction around a vertical axis (z-z ').

3 *) Robot according to any one of claims l and 2, characterized in that there is provided a pressure sensor (9) sensitive to the pressure with which the robot (1) is supported on the support plate (5 ) and cooperating with the central computer (2) to stop the movement of the robot body (10) in the direction of the support plate (5) as soon as this pressure reaches a predetermined adjustable value (p).

4) Robot according to claim 3, characterized in that it comprises a positioning sensor (8) for automatically positioning the robot body (10) along the two horizontal axes (x-x 'and y-y').

5) Robot according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the movement of the robot body is subdivided into two parts, namely, a first rapid continuous or step-by-step part during which the pressure sensor (9) is inactive and a second, slower, step-by-step part in which the pressure sensor (9) is activated and cooperates with the central computer (2) so as to be able to stop this movement as soon as the pressure exceeds a predetermined value.

6w) Robot according to claim 5, characterized in that the step of the stepwise movement of the second slowest part is approximately equal to 0.01 mm.

7) Robot according to any one of claims 5 and 6, characterized in that the first rapid part of the downward movement of the robot body is continued until the lower end of the electronic component (3) is distant from the surface of the support plate (5) from a distance approximately equal to 0.5 mm.

8g) Robot according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the pressure sensor (9) cooperates with the central computer (2) to control the implementation of the welding electrodes (14) as soon as the pressing pressure on the support plate (5) has reached the predetermined value (p).

9-) Robot according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the central computer (2) is provided with a memory allowing, after manual implementation of all the manufacturing operations of a card, the repetition of this set of operations to allow automatic production of identical cards.