Brevet FR2034408A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne des perfectionnements aux machines pour câblage point à point, utilisées avantageusement pour effectuer du câblage d'interconnexions de forte densité. le cas se présente notamment pour des panneaux ou chassis recevant des circuits imprimés sous forme de cartes. les éléments à câbler comportent un bâti dont généralement une face dite, "plan de travail", supporte des connecteurs munis de broches ou contacts. les connecteurs sont le plus souvent disposés parallèlement les uns aux autres sur une ou plusieurs rangées et comportent chacun, un ou plusieurs rang de contacts. Il en résulte une disposition bidimensionnelle en XI des différents points à cibler aux interseetions de lignes et de colonnes.Compte-tenu de cette répartition orthogonale et par ailleurs, du nombre généralement élevé de contacts séparés les uns des autres par de faibles espacements, il est désirable de procéder à une mécanisation des opérations d'interconnexions à l'aide d'une machine à cibler qui permet l'élimination des sources d'erreur introduites par un cablage manuel et l'exécution du câblage-dans des délais suffisamment courts. Les machines à cibler comportent en général une commande numérique programmée sur bande perforée permettant la détermination automatique du point à cibler par mesure précise de ses coordonnées. Cette précision, utile pour la commande de machinesoutils est superfétatoire pour le problème de câblage considéré. Le prix élevé de revient de l'équipement est fortement conditionné par le coût du dispositif de commande numérique. L'ensemble est généralement complexe, lourd et volumineux. Les contacts successifs d'un connecteur sont en génsral espacés régulièrement et le plus souvent d'un pas égal ou multiple d'un dizième de pouce en correspondance avec les normes usuelles. Les espacements entre connecteurs étant connus au préalable, les différentes lignes et colonnes de contacts,ou points à câbler,sont répartis sur une grille qui peut etre déterminée aisément. En particulier, lorsque les espacements entre contacts et entre connecteurs sont prévus en fonction d'un pas unique, la grille se trouve déterminée à partir d'une seule unité de mesure constituée par ce pas.La répartition prédéterminée des contacts en XI est utilisés dans la présente invention qui a pour objet la réalisation d'une machine à câbler point à point, semiautomatique, d'encombrement et de prix de revient réduits. Suivant une caractéristique de la présente invention, on fait correspondre à cette répartition prédéterminée des repères optiques ponctuels répartis selon au moins, une ligne en x et une ligne en-Y, et qui sont dépacés respectivement en Y et en X en regard de deux éléments photo sensibles définissant une référence de pointage, les moyens utilisés comportant notamment un dispositif de commande assurant la sélection des deux repères correspondant aux coordonnées du point à câbler, un dispositif mécanique de positionnement en XI et un dispositif de pointage. D'autres caractéristiques-de la présente invention apparat- tront au cours de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide -des figures annexées qui repré sentent - la figure 1, un exemple de représentation en lignes et colonnes descontacts d'un plan de travail - la figure 2, un dispositif de positionnement en XY-conforme à l'invention - la figure 3, un schéma de détail montrant un dispositif de verrouillage - la figure 4, un schéma diagramme d'un dispositif de commande de la machine à câbler - les figures 5 et 6, des schémas relatifs aux deux modes principaux de réalisation d'une machine à cibler conforme à l'invention. Ainsi qu'il a été signalé dans le préambule, une machine à câbler conforme à la présente invention est prévue pour réaliser les interconnexions entre contacts répartis bidimensionnellement sur un plan de-travFil en lignes et colonnes selon des directions orthogonales Xet Y, les espacements entre lignes et colonnes étant connus à l'avance et généralement égaux ou multiples d'un pas déterminé. Le procédé selon l'invention utilise la grille de répartition prédéterminée des différents contacts pour localiser successivement les contacts à câbler. il en résulte un nombre total très réduit d'informations nécessaires pour assurer les localisations. il se compose du nombre-n d'abseisses de colonnes et du nombre m d'ordonnées de lignes permettant une capacité maximale de cabrage de n . m contacts répartis sur le plan de travail aux points d'intersection xiyj correspondants. la figure 1 représente à titre d'exemple une répartition de contacts en I et Y sur un plan de travail. les moyens utilisés permettant de repérer avec précision le contact à cibler à un instant considéré et également de communiquer à l'opérateur les informations de câblage, séquence par séquence, une séquence correspondant au câblage d'un point. Ces informations comprennent l'identification de"départ"d'un premier contact ou d"'arrivée"du contact suivant, ainsi que la spécifi cation due la connexion (coloris, longueur, diamètre, etc...) à réaliser entre ces deux contacts. Ces moyens comportent un dispositif mécanique de positionnement bidimensionnel en XI, un dispositif de pointage et un dispositif électrique ou électromécanique de commande. Une machine à câblerselon l'invention peut être réalisée selon deux formes principales. Suivant une première forme, -le plan de travail est solidaire du dispositif de positionnement et le dispositif de pointage du type mécanique ou optique est fixe ; dans la version mécanique,ce dernier peut éventuellement être constitué par l'extrémité dtun outil tel, un pistolet de câblage, en particulier, lorsque les contacts à connecter sont tous orientés perpendiculairement par rapport au plan de travail. Suivant une seconde forme de réalisation, le dispositif de pointage est solidaire du dispositif de positionnement en I et Y et est choisi de préférence du type optique ; le plan de travail est alors fixe et isolé mécaniquement du dispositif de positionnement. Le dispositif mécanique de positionnement peut être réalisé selon des techniques connues et, comporter un bâti fixe et deux chariots mobiles respectivement en X et en Y, l'un de ces chariots supportant le dispositif à positionner. Une réalisation simple préférée, consiste à utiliser, comme représenté sur le schéma-de la figure 2, un cadre fixe 1 et deux cadres moblies 2 et 3. Le cadre 2 peut être déplacé en Y relativement au cadre fixe 1 qui le supporte ; le cadre 3 peut être déplacé en X relativement au cadre fixe 1 et est supporté par le cadre 2. les moyens de déplacement relatifs sont symbolisés par des roulements tels que 4 et 5. Les longueurs de coursé des cadres 2 et 3 sont supérieures ou au moins égales aux longueurs maximales utiles de câblage selon les directions respectives correspondantes. les longueurs utiles sont indiquées sur l'exemple de la figure 1, elles correspondent aux espacements entre les contacts extrtmes en x et en Y, lx = xn - x1 et ly = Ym - y1. Conforme'ment à l'invention, les éléments mobiles 2 et 3 comportent des moyens de r-epérage optiques corresponda-nt~aux différentes coordonnées de la grille de répartition envisagée. Ces moyens consistent en au moins une rangée de sources lumineuses disposée suivant la direction de déplacement correspondante du cadre associé soit, une rangée en 4 pour le cadre 2 et une rangée en x pour le cadre 3 Plusieurs rangées peuvent être disposées Gur chacun des cades en cas de nécessité lorsque notamment un espacement faible entre sources successives rend difficile la réalisation mécanique en-une seule rangée. Le nombre de sources en X est au moins égal au nombre n de colonnes de contacts à câbler. De même, le nombre de sources en Y- est au moins égal au nombre m de lignes de contacts. le repérage d'un contact nécessite un comptage de pas élémentaire effectué par rapport à une référence 0 ou origine de coordonnée xO, yO, définie au moyen de repères mécaniques et pho toélectriques-disposés sur les cadres 1 et 2 en regard, respectivement des rangées de sources lumineuses. la position 0 de référence peut être choisie par exemple et de manière non limitative, correspondant au centre de figure du cadre fixe i. les repères photoélectriques disposés selon les axes médians comportent une cellule Dy solidaire du cadre fixe i et une cellule Dx solidaire du cadre mobile 2. Le principe de fonctionnement de l'ensemble est le suivant. Un réglage préalable est effectué pour réaliser notamment la coiacidenee des directions I et Y du dispositif de positionnement et du plan de travail ainsi que le calage mécanique et électrique de référence. la sélection point à point des contacts est élaborée à partir du dispositif de commande qui assure à chaque séquence l'alimentation des deux sources SiSj de coordonnées correspondant au contact Ci à câbler. r le positionnement des cadres 2 et 3- s'effectue ensuite par procédé manuel ou automatique .Aux instants où les sources Si et S. se trouve positonnées respectivement en regard des cellules D et Dy, un dispositif de verrouillage électromécanique bloque immé- diatement, en position, le cadre mobile 2 par rapport au cadre fixe 1 et le cadre mobile 3 par rapport au cadre mobile 2. En pratique un dispositif de verrouillage est associé à chaque cellule La figure 3 représente en coupe un exemple de réalisation d'un dispositif de verrouillage. il comporte un électro-aimant 10 à double effet, ou à simple effet avec dispositif de rappel à ressort, solidaire du cadre 1.Les sources lumineuses sont logées dans un support 11 solidaire du cadre 2. la source Si sélectionnée illumine, de manière ponctuelle au moyen dtun trou de faible diamètre prévu dans le cadre 2, la cellule Dy lorsque, par translation dudit cadre perpendiculairement au plan de figure, les éléments S. et Dy se trouvent positionnés en regard. Des moyens d'amplification 13, alimentent à cet instant l'électroaimant 10 dont l'axe de verrouillage 14 pénètre dans un logement du cadre 2 prévu à cet effet. L'axe 14 est conçu de préférence légèrement conique et dimensionné de manière à assurer un positionnement sans jeu. Des moyens de repérage usuels pour l'opéra- teur consistent en un trou 16 à la verticale de chacune des sources et une plaque ou réglette supérieure 17 en matériau translucide. la cellule Dy est positionnée dans un support 18 y solidaire du cadre 1. Les mouvements des éléments mobiles 2 et 3 peuvent être exécutés automatiquement, à l'aide d'un dispositif d'asservissement annexe. Ce dispositif réalisé selon des techniques connues n'est pas décrit dans la présente invention. Le dispositif de commande dispose dans ce cas de moyens déclenchant pour chaque opération la mise en marche de circuits d'asservissement. Un freinage préalable des organes mécaniques à l'approche des positions de verrouillage-peut notamment être réalisé en disposant, de manière connue, de part et d'autre des cellules détectrices Dx et Dy d'autres cellules reliées à des circuits commandant une variation de vitesse des organes d'entraSnement e-n X et -en Y des éléments 3 et 2.La réalisation automatisée des déplacements en x et Y est particulièrement envisagée lorsque le dispositif de positionnement entratne le dispositif de pointage. le dispositif de positionnement peut également comporter des dispositifs mécaniques amortisseurs ou butées de fin de course des éléments mobiles 2 et 3, symbolisés en 6 et 7 sur la figure 2. Le dispositif de commande est conçu de manière à produire successivement la sélection des sources Si, S. correspondant au contact à câbler et permettant sa localisation. L'automatisation du déroulement des séquences successives des opérations dtinter- connexions est obtenu au moyen d'une programmation sur bande magnétique ou sur bande perforée. Le nombre réduit d'informations de localisation, n en x et m en y, permet une programmation aisée suivant un code simple qui peut, notamment, être effectué en basse fréquence sur un enregistreur magnétique d'un type colercial courant. Un dispositif de commande conforme à l'~invention est repré senté sur le diagramme de la figure 4. Suivant cet- exemple de réalisation, la programmation est obtenue par des impulsions basse fréquence groupant au total quatre fréquences distinctes F1, F2,- F3 et F4. Le début et la fin dtune séquence sont définis respectivement par une impulsion F1 et F4. Les coordonnées du point à cibler sont définies par des impulsions F2 et F3, chaque impulsion F2 indique un rang considéré, pour x et ensuite pour Y, dans l'ordre d'écriture et est suivie d'impulsions F3 en correspondance avec le nombre à compter dans ce rang. Chaque début de séquence est commandé manuellement par l'opérateur à l'instant voulu au moyen d'une commande 21. Cette action produit : la mise sous tension d'un lecteur de bande magné tique 20 par l'intermédiaire dtun circuit 22 ; la remise à zéro du circuit d'affichage 23 qui coupe l'alimentation du voyant de signalisation départ 24 ou arrivée 25 de la séquence précé dent e ; la remise à zéro des circuits de sélection et de comptage qui apparattront dans ce qui suit. Le lecteur 20 est choisi de préférence du type stéréo. Une première voie fournit en phonie les données de câblage au moyen d'un amplificateur 27 et d'un haut parleur 28. La seconde voie comporte les informations programmées. Les impulsions basse fréquence sont reçues après amplification dans un circuit 29 aux entrées, connectées en parallèle, des filtres sélectifs 30 à 33 correspondant aux fréquences F1 à F4. Le filtre Fi est connecté au circuit d'affichage 23 précité. le filtre F2 alimente un circuit sélecteur de rang 35 et le filtre F3 des circuits de comptage tels des décades de comptage électroniques ou des dispositif positionneurs pas à pas d'un type utilisé en téléphonie. Selon l'exemple figure4 deux décades 36 et 37- sont prévues en X et trois décades 38 à 40 en Yî Le filtre F4 alimente un circuit de fin de séquence 34 qui provoque l'arrêt du lecteur 20, l'alimentation du voyant de signalisation 24 (ou 25) de la séquence en cours par l'intermédiaire du circuit d'affichage 23, la commande d'alimentation des deux voyants Si Så par l'intermédiaire de circuits décodeurs 41 et 42. Une signalisation de verrouillage 44 et la commande d'alimentation du dispositif de pointage 45 sont obtenues par un circuit "porte "sot" alimenté par les amplificateurs de verrouillage 13x et 13y. Le dispositif de commande peut être réalise sous d'autres formes. En particulier, les informations d'entrée peuvent Xetre prévues sur bande perforée ou introduites manuellement au moyen d'un dispositif du type cadran d'appel téléphonique ou d'une batterie de commutateurs. L'un ou l'autre de ces dispositifs manuels peut en particulier être utilisé pour effectuer la programmation préalable sur bande magnétique. Suivant une autre particularité de l'invention, des moyens de repérage visuels automatiques peuvent etre prévus pour signaler à l'opérateur un casier correspondant à l'interconnexion à réaliser, les fils de câblage préparés à l'avance étant disposés dans des casiers distincts selon notamment leur longueur, coloris, etc... Ces moyens comportent des décades complémentaires 48 en nombre désiré, des circuits de décodage correspondant 46 et une batterie de voyants lumineux tel que 47, associé chacun à un casier. La figure 5 représente la partie mécanique d'une machine à cibler réalisée conformément à l'invention ; le plan de travail 50 est solidaire du dispositif de positionnement dont le cadre fixe 1 est orientable autour d'un bati support 51. Le dispositif de pointage du type otpique 52 comportant une source lumineuse et un objectif produit un faisceau lumineux ponctuel perpendiculaire au plan de travail. Un contrepoids 53 est prévu pour compenser le poids global du chassis 50 et des cadres mobiles. la figure 6 représente un schéma d'une seconde version où le dispositif de pointage est solidaire du dispositif de positionnement. Un miroir de renvoi 54 convenablement orienté assure la retombée du pinceau lumineux perpendiculairement au plan de travail 50 au cours des divers déplacements de positionnement. Dans cette version, il y a lieu de tenir compte du rapport d'echelle existant entre les déplacements du dispositif de pointage, parallèlement au plan de figure, et ceux correspondants du pinceau lumineux sur le plan de travail selon cette direction. Aumoyen d'un dispositif optique 52-54 plus complexe, il est possible de réaliser un dispositif de positionnement de faibles dimenXions, les déplacements en x et en Y étant reportés avec deux rapports d'échelle en vraie grandeur sur le plan de travail. La description faites'est pas limitative ; il peut par exemple être prévu en complément des dispositifs de sécurité assurant un centrale de stabilité mécanique de dispositif de pointage. On a ainsi décrit une machine semi-automatique pour câblage point à point de réalisation simplifiée et de volume, poids et prix de revient réduits vis à vis des dispositifs classiques à commande mécanique. EVED i CAT IONS 1. Machine semi-automatique pour câblage point à point de contacts répartis en XI sur un "plan de travail" en lignes et colonnes espacées entre elles d'une (ou plusieurs) valeur déterminée ou "pas" ; ladite machine comportant un dispositif mécanique de positionnement en I et en Y procédant de façon connue par des déplacements orthogonaux d'organes mobiles positionnant relativement entre eux le plan de travail et un dispositif de pointage, et étant caractérisée en ce que, deux rangées au moins de sources lumineuses ponctuelles, distribuées l'une en I, l'autre en Y, en nombre au moins égal à celui nécessaire pour reproduire la distribution des coordonnées des contacts, sont déplacées solidairement avec l'élément à positionner, relativement et en regard d'éléments photosensibles définissant une position fixe de référence (XoYo) ; un dispositif de commande alimente automatiquement, séquence par séquence, d'une part, les deux sources lumineuses (S. S.) correspondant au contact à câbler, d'autre part, un dispositif de verrouillage électromécanique des organes mobiles dès positionnement ; la sélection des sources lumineuses procédant par comptage de "pas" permettant l'identification de la ligne et de la colonne définissant ledit contact, à partir d'informations codées ou programmées. 2. Machine à câbler selon 1 comportant des dispositifs de signalisation de l'information "départ" ou "arrivée" de contact à câbler et d'identification de la connexion à réaliser 3. Machine à cibler selon 1 où l'élément à positionner comporte la table de travail, le dispositif de pointage étant fixe et visant la position origine (Io, Yo). 4. Machine à câbler selon 3 où le dispositif de pointage est mécanique, éventuellement constitué par l'extrémité d'un outil de câblage à déplacement vertical. 5. Machine à câbler selon 1 où l'élément à positionner est constitué par le dispositif de pointage, le plan de travail étant fixe. 6. Machine à cibler selon 3 ou 5 où le dispositif de pointage est optique groupant des moyens de production d'un faisceau lumineux ponctuel. 7. Machine à câbler selon 5 et 6 comportant un dispositif optique annexe, fixe, réfléchissant le faisceau optique sur le plan de travail. 8. Machine à câbler selon un ou plusieurs des points 1 à 7 où le dispositif de positionnement comporte un cadre fixe, un premier cadre mobile en Y supporté par le cadre fixe, supportant au moins une rangée de sources lumineuses en Y se déplaçant en regard d'une cellule photoélectrique solidaire du cadre fixe, un second cadre mobile en x supporté par le premier cadre mobile, supportant l'élément à positionner ainsi qu'au moins une rangée de sources lumineuses disposées en x et se déplaçant en regard d'une cellule photoélectrique solidaire du premier cadre mobile. 9. Machine à cibler selon 1 et 8 où le dispositif de verrouillage comporte deux électro-aimants, alimenté respectivement à partir du courant détecté par deux éléments photosensibles, l'un, solidaire du cadre fixe, l'autre, du premier cadre mobile et, des logements mécaniques usinés sur les cadres mobiles en correspondance avec les positions des sources lumineuses. 10. Machine à câbler selon un ou plusieurs des points précédents où le dispositif de commande comporte un dispositif d'introduc- tion des informations de numéro d'ordre de ligne et de colonne, des circuits de sélection, de comptage et de décodage. 11. Machine à cibler selon 10 où le dispositif d'introduction comporte un lecteur de bande magnétique programmée. 12. Machine à câbler selon 10 où le dispositif d'introduction comporte un lecteur de bande perforée. 13. Machine à câbler selon 10 où les circuits de comptage comportent des décades électroniques. 14. Machine à câbler selon 10 où les circuits de comptage comportent des positionneurs pas à pas téléphonique. 15. Machine à cibler selon 2 et un ou plusieurs des points 9 à 14 où le dispositif de commande comporte des circuits de signalisation visuelle de l'information "départ" ou "arrivée" du point à câbler, des amplificateurs d'alimentation des dispositifs de verrouillage, des circuits de commande d'alimentation du dispositif de pointage asservis en verrouillage et éventuellement des circuits d'asservissement automatique des déplacements de position en XI. 16. Machine à câbler selon 10 ou 15 où le dispositif de commande comporte des circuits de sélection de comptage et de décodage complémentaires destinés à localiser par signalisation lumineuse à distance le conducteur de câblage à utiliser, les conducteurs étant répartis dans des casiers distincts associés chacun à un voyant de signalisation.