Brevet FR2496986A1 — publié le 19820625

L'invention concerne généralement un procédé et un dispositif de positionnement automatique d'une pièce tel qu'un support de composants électroniques sur une table de travail o ce support doit occuper avec précision une position déterminée par rapport à un système de référence porté par la table, et elle s'applique notamment dans une machine de sérigraphie pour le positionnement automatique d'un substrat sur la table de travail de cette machine pour la fabrication de circuits de connexions à couches épaisses multiples déposés sur le substrat avant de monter les composants électroniques reliés électriquement entre eux par ces circuits de connexions. De façon générale, les produits industriels dans de nombreuses applications, nécessitent des outils très précis et des procédés d'assemblage ou de montage tolérant un minimum de jeu entre les pièces constituant ces produits. Dans tout les cas, la précision de l'usinage ou du montage est également conditionnée par la précision du positionnement de ces pièces les unes par rapport aux autres, et plus généralement de la position de ces pièces vis-à-vis d'un support ou table de travail utilisé au cours de l'usinage ou au cours du montage. Dans l'industrie électronique notamment et dans le but de réaliser des circuits encore plus performants et de les rassembler dans un volume toujours plus réduit, les constructeurs ont été conduits à utiliser des micro- plaquettes de circuits intégrés, désignées communément sous le nom de "puces' ("chips" en anglais) et à les monter sur des substrats dont les conducteurs sont répartis en plusieurs plans séparés les uns des autres par des couches isolantes, sauf en certains points déterminés o des colonnes conductrices assurent des liaisons électriques entre des conducteurs situés dans des plans différents. La fabrication de ces substrats est généralement réalisée à l'aide d'une machine de sérigraphie qui permet de -2- déposer sur un support électriquement isolant, par exemple en alumine, une série de couches alternativement conductrices et isolantes, chaque couche étant obtenue par application, au travers d'un écran dont le motif transparent correspond à celui de la couche à réaliser, d'une matière pâteuse qui est soit conductrice, soit isolante. Afin de pouvoir réaliser des connexions électriques entre des conducteurs situés dans des plans différents, il est indispensable que, non seulement les écrans qui sont montés successivement dans la machine de sérigraphie pour déposer ces couches soient positionnés avec une très grande précision les uns par rapport aux autres, mais également que le support qui est mis à chaque fois en place dans la machine de sérigraphie pour recevoir une couche soit également parfaitement positionné par rapport à l'écran. Dans le brevet français n0 2 379 909 de la demanderesse, il est notamment décrit des moyens pour positionner un substrat sur une table de travail mobile comportant un plateau horizontal de support d'un substrat. Ces moyens incluent un système de référence trois points constitués par trois galets fixes montés rotatifs autour d'axes verticaux. Ce système de référence cartésien a un premier axe défini par deux galets alors que le second axe perpendiculaire au premier axe passe par le troisième galet, ce second axe coupant le premier axe en dehors de la portion d'axe comprise entre les deux galets définissant le premier axe. Pour positionner le substrat par rapport à ce système de référence, c'està-dire appliquer deux côtés latéraux adjacents du substrat contre ces trois galets (deux galets pour un côté et le troisième galet pour l'autre côté -3- latéral),, il est prévu trois galets supplémentaires ou galets presseurs pouvant pivoter chacun librement autour d'un axe vertical susceptible de se déplacer dans une lu- mière d'un plateau de support pour maintenir le substrat contre les trois galets du système de référence précité. Autrement dit, le substrat est positionné sur le plateau de support contre les trois galets du système de référence, puis par l'intermédiaire d'un système manuel de commande, les trois galets presseurs se déplacent pour maintenir le substrat en contact avec les trois galets du système de référence. Dans le but d'automatiser la mise en place d'un tel substrat et plus généralement d'une pièce tel qu'un support de composants électroniques sur une table de travail, l'invention prévoit un procédé et un dispositif de positionnement automatique susceptibles de contribuer à l'automatisation de la fabrication et/ou du montage des pièces constitutives d'un produit industriel. A cet effet, l'invention propose un procédé de positionnement automatique d'une pièce tel qu'un support de composants électroniques sur une table de travail par rapport à un système de référence défini sur cette table par trois butées fixes, un premier axe (X'X) du système de référence passant par deux des trois butées, alors que le second axe (Y'Y) du système de référence, perpendiculaire au premier axe, passe par la troisième butée et coupe le premier axe en un point 0 en dehors de la partie du premier axe située entre les deux premières butées; le support ayant la forme générale d'un parallélépipède rectangle présentant quatre côtés latéraux, caractérisé en ce qu'il consiste à positionner le support sur la table de travail dans le quadrant (X O Y) du système de référence, le demi-axe (0 X) passant par les deux premières butées précitées et le demi-axe (0 Y) passant par la troisième -4- butée; à commander le déplacement d'un premier bras pivo- tant qui vient en contact avec le support pour le déplacer et amener un côté latéral de ce support en appui contre les deux premières butées du système de référence, ce premier bras venant en contact avec le côté latéral du support opposé à celui en contact avec les deux premières butées; à commander ensuite le déplacement d'un second bras pivotant qui vient en contact avec le support pour le déplacer suivant un mouvement de translation parallèle à l'axe (X' 0 X) et amener le côté latéral du support adjacent à la troisième butée du système de référence en appui contre cette troisième butée, ce second bras venant en contact avec le côté latéral du support opposé à celui venant en contact avec la troisième butée du système de référence; et à maintenir le support contre les butées du système de référence pendant une opération de montage de composants électroniques sur ce support par exemple. Selon un avantage important du procédé conforme à l'invention, le support est positionné automatiquement par rapport aux trois butées du système de référence, ce positionnement s'effectuant en deux temps: dans un premier temps par rapport aux deux butées définissant un premier axe du système de référence, et dans un deuxième temps par rapport à la troisième butée définissant le second axe de ce système de référence. Dans le brevet français précité, on se contente uniquement de dire que le positionnement effectué manuellement est maintenu par l'intermédiaire de trois galets presseurs. L'invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention. Ce dispositif est caractérisé en ce que les deux bras de positionnement précités s'étendent dans des plans horizontaux et sont respectivement solidaires, vers une extrémité, de deux axes co-axiaux verticaux supportés en - 5- rotation par la table de travail précitée et commandés en rotation, en sens inverse l'un de l'autre, par un organe moteur unique comprenant par exemple deux pièces mobiles dans deux directions opposées ou inverses et respectivement aux deux axes d'entraTnement des deux bras de positionnement. Selon une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, cet organe moteur unique est constitué par un vérin dont le corps et la tige de piston sont montés flottants, avec le corps de vérin solidaire d'une première crémaillère mobile qui engrène un premier pignon fixe solidaire en rotation de l'axe d'entraînement de l'un des bras de positionnement, et avec la tige de piston so- lidaire d'une seconde crémaillère mobile, parallèle à la première crémaillère, et qui engrène un deuxième pignon fixe solidaire en rotation de l'axe d'entraSnement de l'autre bras de positionnement. Avec un tel organe moteur, lorsque le vérin est sous pression, le corps du vérin et la tige du vérin se déplacent dans deux directions opposées, les deux cré- maillères entraînant dans deux sens de rotation différents les deux pignons solidaires des deux bras de positionnement, entraînant ainsi le pivotement de ces deux bras dans deux directions opposées les amenant respectivement en contact avec les deux côtés latéraux adjacents du support qui ne sont pas destinés à venir en contact avec les butées du système de référence. Pour pouvoir respecter le positionnement en deux temps du support par rapport au système de référence, il faut que le bras affecté au positionnement du support contre les deux premières butées du système de référence agissent avant le bras affecté au positionnement du support contre la troisième butée du système de référence. -6- Aussi, selon une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, le déplacement de la crémaillère qui entraîne le pivotement du bras de positionnement associé à la troisième butée du système de référence est freiné, par une lame frein par exemple, pour favoriser le déplacement de l'autre crémaillère, cette lame frein entraînant donc un retard du pivotement du bras assurant le positionnement du support contre la troisième butée du système de référence. L'avantage important d'un tel dispositif de commande est qu'il est unique, ce qui simplifie d'autant la structure du dispositif de positionnement conforme à l'invention, tout en assurant un positionnement précis du support. D'autres avantages, caractéristiques et détails ressortiront de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure i est une vue de dessus du dispositif de positionnement conforme à l'invention monté sur une table de travail comprenant une platine sur laquelle est montée une plaque portant le système de référence, - la figure 2 est une vue suivant la flèche II de la figure l et limitée uniquement à la platine de la table de travail, - la figure 3 est une suivant la flèche III de la figure 1 et limitée à la platine de la table de travail, - la figure 4 est une vue en perspective schématique pour illustrer le principe de fonctionnement du dispositif de positionnement conforme à l'invention, la figure 5 est une vue en coupe agrandie suivant la ligne V-V de la figure 1 et - 7 - - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 1, limitée à la plaque de la table de travail comprenant le système de référence. En se référant aux figures 1 à 3 le dispositif de positionnement (1) conforme à l'invention représenté à titre d'exemple sert à positionner une pièce (2) tel qu'un support de composants électroniques, dénommé ci- après substrat, par rapport à un système de référence (3) d'une table de travail (4). La table de travail 4 se compose de deux parties à savoir une platine (5) qui supporte le dispositif de positionnement 1, et une plaque (6) qui supporte le système de référence 3, plaque rapportée sur la platine 5. En se reportant aux figures 1 et 6, le système de référence 3 est formé par trois butées fixes avantageusement constituées, à titre d'exemple, par trois galets (Gl, G2, G3) montés chacun rotatif autour d'un axe vertical fixe (7) supporté par la plaque 6 de la table de travail 4. Ces trois galets Gl, G2, G3 définissent deux axes, un premier axe (X'X) passant par les deux galets Gl et G2, et un second axe (Y'Y) perpendiculaire à l'axe XIX et passant par le trosième galet G3. Il est à noter que le second axe Y'Y coupe le premier axe X'X en un point origine 0 situé en dehors de la partie de l'axe X'X située entre les deux galets Gl et G2. La plaque 6 possède sur sa surface inférieure ou surface opposée à celle recevant les galets Gl, G2 et G3, un bossage central cylindrique (9) et un pion de positionnement (10). Cette plaque 6 est rapportée sur la surface supérieure horizontale de la platine 5 (figure 1), -8- en positionnant le bossage cylindrique 9 de la plaque 6 dans une ouverture centrale de la platine 5, ouverture qui se prolonge par un bossage annulaire (11) à l'intérieur duquel pénètre le bossage 9 de la plaque 6. Pour asurer un positionnement correct de cette plaque 6 par rapport à la platine 5, le pion de référence 10 coopère avec un dispositif de positionnement (12) possédant une ouverture dans laquelle pénètre le pion de référence 10. En se reportant toujours à la figure 1, il est à noter que la plaque 6 possède une échancrure (15) de façon à laisser libre une zone (16) de la surface supérieure de la platine non recouverte par cette plaque 6. Le dispositif de positionnement 1 conforme à l'invention est essentiellement constitué par deux bras ou leviers de positionnement (20, 21) situés dans des plans horizontaux parallèles et susceptibles de pivoter dans deux directions opposées sous la commande d'un organe moteur unique constitué par exemple par un vérin (22) dont le corps (23) et la tige de piston (24) sont montés flottants. La nature des liaisons entre les deux bras de positionnement 20, 21 et le vérin 22 est illustrée schématiquement sur les figures 4 et 5. Les deux bras 20, 21 sont solidaires respectivement, vers une extrémité, des deux extrémités des deux axes co-axiaux verticaux (25, 26) supportés en rotation par la platine 5 de la table de travail 4. Ces deux axes sont montés à l'intérieur d'un même palier (27) lui-même monté dans un orifice (28) prévu dans la platine 5 de la table de travail 4, l'axe 25 étant un axe annulaire dans lequel est monté rotatif l'axe 26 ou axe central. Les deux autres extrémités libres de ces deux axes 25, 26, qui font saillie au-delà de la surface inférieure de la platine 5, - 9 - sont respectivement solidaires en rotation de deux pignons fixes co-axiaux (29, 30) montés l'un au-dessus de l'autre, le pignon 29 associé à l'axe 25 étant situé à un niveau plus haut que le pignon 30 associé à l'axe 26. Ces deux pignons 29, 30 engrènent respectivement deux crémaillères (31, 32), à axe horizontal, chacune d'elle étant mobile en translation suivant son axe. Le vérin 22 est monté parallèlement aux crémaillères 31, 32, avec son corps 23 solidaire de la crémaillère 32 et sa tige de piston 24 solidaire de la crémaillère 31, ces liaisons étant indiquées en 33 et 34. Dans ces conditions, lorsque le vérin 22 est sous- pression, sa tige 24 et son corps 23 se déplacent respectivement dans deux directions opposées (Dl, D2) et entraînent respectivement le déplacement des crémaillères 31, 32 suivant ces deux mêmes directions opposées Dl et D2. Les deux crémaillères 31, 32 entraînent par conséquent en rotation les pignons fixes 29, 30, dans deux sens de rotation inverses l'un de l'autre, ce qui a pour conséquence d'assurer le pivotement des bras 20, 21 dans deux directions inverses l'une de l'autre (Pi, P2) respectivement. Le principe du dispositif de positionnement conforme à l'invention illustré sur les figures 4 et 5 est repris dans un mode de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 1 à 3. Les deux bras de positionnement 20, 21 sont disposés horizontalement au niveau de la surface supérieure de la platine 5 de la table de travail 4 et dans la partie 16 de cette platine qui n'est pas recouverte par la plaque 6 supportant le système de référence Gl, G2, G3. Le mécanisme d'entraînement de ces deux bras 20, 21 est - 10 - rapporté au niveau de la surface inférieure de la platine de la table de travail 4. Plus précisément, le vérin 22 est monté parallèlement à l'axe Y' 0 Y du système de référence 3, ainsi que les deux crémaillère 31, 32. Il est à noter que les deux crémaillères 31, 32 sont constituées par deux plaques longitudinales montées coulissantes l'une sur l'autre et supportées par deux chapes (40, 41) solidaires de la platine 5. Deux côtés longitudinaux de ces deux plaques possèdent chacun un secteur denté sur lequel engrène le pignon associé. En effet, étant donné les déplacements de ces deux crémaillères, il n'est pas nécessaire que les secteurs dentés soient étendus sur toute la longueur des plaques. Les deux crémaillères 31, 32 sont respectivement associées à deux butées fixes (42, 43) contre lesquelles elles viennent respectivement en butée dans la position initiale des bras 20, 21 telle que réprésentée sur la figure 1, c'est-à-dire avant le positionnement du substrat 2. Il est possible maintenant de décrire le procédé de positionnement automatique dusubstrat 2 sur la table de travail 4 par rapport au système de référence 3 constitué par les trois galets Gl, G2 et G3 portés par la plaque 6 rapportée sur la platine 5 de la table de travail. Dans une première étape, le substrat 2 est disposé manuellement ou automatiquement sur la plaque 6 dans le quadrant X 0 Y du système de référence 3. Le substrat 2 est positionné approximativement par rapport à ce système de référence 3, avec le côté latéral Cl du substrat 2 au voisinage des galets Gl et G2 et un côté latéral adjacent C2 au voisinage du galet G3 (substrat 2 représenté en traits mixtes sur la figure 1). Dans une seconde étape, les bras de positionnement 20, 21 vont plaquer en deux temps le substrat 2 contre les galets - - il - Gi, G2 et G3 et assurer ainsi un positionnement précis du substrat 2 par rapport au système de référence 3. Comme cela a été explicité dans la description des figures 4 et , la mise sous pression du vérin 22 entraîne le pivotement des deux bras 20, 21 dans les directions Pi et P2, respectivement. Dans un premier temps,le bras 20, par son extrémité libre qui supporte avantageusement un galet (44) monté en rotation dans un plan horizontal, vient en contact avec le côté latéral C3 du substrat 2, afin d'entraîner en déplacement le substrat 2 et venir plaquer son côté latéral Cl, opposé au côté latéral C3, contre les deux galets Gl et G2 situés sur l'axe X' 0 X du système de référence 3. Dans un second temps, l'extrémité libre du bras 21 qui supporte également un galet (45) monté libre en rotation dans un plan horizontal, vient en contact avec le côté latéral C4 du substrat 2. Le bras 21 va entraîner le substrat 2 suivant une direction de déplacement parallèle à l'axe X' 0 X du système de référence 3 afin d'amener son côté latéral C2, opposé au côté latéral C4, en appui contre le galet G3 situé sur l'axe Y' 0 Y du système de référence 3. Pendant ce déplacement, le côté latéral Cl du substrat 2 reste en contact avec les galets Gl, G2 entraînés en rotation par le déplacement du substrat 2. Selon l'invention, il faut donc que le bras de positionnement 21 agisse avec un léger retard par rapport au bras de positionnement 20. Etant donné que ces deux bras sont entraSnés en pivotement par l'intermédiaire d'un organe de commande unique, il faut créer ce retard au niveau de- la transmission de mouvement entre le vérin 22 et les bras 20, 21. Selon l'invention, on favorise le déplacement de la crémaillère 31 par rapport à la -2496986 - 12 - crémaillère 32, grâce à une lame frein (50) qui vient en appui contre la crémaillère 32 associée au bras 21, en un endroit situé en dehors du secteur denté porté par cette crémaillère. Dans ces conditions, lorsque le vérin 22 est mis sous pression, la lame frein 50 oppose une résistance au déplacement de la crémaillère 32, favorisant de ce fait le déplacement de la crémaillère 31. Ainsi, le bras 20 sera entraîné en pivotement en avance par rapport au bras 21. Le vérin 22 est avantageusement un vérin à double effet afin d'assurer le retour en position initiale des deux bras de positionnement 20, 21 en ramenant les deux crémaillères 31, 32 respectivement en contact avec les butées 42, 43. Dans l'exemple illustré, l'organe de commande 22 des deux bras 20, 21 est constitué par un vérin, mais tout autre organe de commande pourrait être utilisé à condition qu'il possède ou qu'il entraîne directement ou indirectement deux éléments mobiles dans deux directions opposées, ces éléments étant respectivement associés aux deux bras de positionnement. En variante, il est possible que les deux axes d'entraînement 25, 26 des deux bras 20, 21 ne soient pas co-axiaux, mais simplement parallèles entre eux. Un tel dispositif de positionnement peut être inclus dans un cycle de travail automatique, notamment pour la fabrication de supports de circuits de connexions à couches épaisses à l'aide d'une machine de sérigraphie O le dispositif conforme à l'invention sert à positionner avec précision les supports sur la table de travail de la machine de sérigraphie. - 13 - REVENDICATIONS 1. Procédé de positionnement automatique d'une pièce tel qu'un support (2) de composants électroniques sur une table de travail (4) par rapport à un système de référence (3) défini sur cette table par trois butées fixes (Gl, G2, G3), un premier axe (X'X) du système de référence passant par deux des trois butées, alors que le second axe (Y'Y) du système de référence, perpendiculaire au premier axe, passe par la troisième butée (G3) et coupe le premier axe en un point 0 en dehors de la partie du premier axe située entre les deux premières butées; le support (2) ayant la forme générale d'un parallélépipède rectangle présentant quatre côtés latéraux (Cl, C2, C3, C4), caractérisé en ce qu'il consiste: - à positionner le support (2) sur la table de travail (4) dans le quadrant (X 0 Y) du système de référence (3), le demi-axe (O X) passant par les deux premières butées (Gl, G2) et le demi-axe (O Y) passant par la troisième butée (G3), - à commander le déplacement d'un premier bras pivotant (20) qui vient en contact avec le support (2) pour le déplacer et amener un côté latéral (1) de ce support (2) en appui contre les deux premières butées (Gl, G2) du système de référence (3), ce premier bras (21) venant en contact avec le côté latéral (C3) du support opposé à celui en contact avec les deux premières butées (Gl, G2), - à commander ensuite le déplacement d'un second bras pivotant (21) qui vient en contact avec le support (2) pour le déplacer suivant un mouvement de translation parallèle à l'axe (X' O X) et amener le côté latéral (C2) du support (2) adjacent à la troisième butée (G3) du système de référence (3) en appui contre cette troisième butée, ce second bras (20) venant en contact avec le côté latéral (C4) du support opposé à celui venant en contact - 14 - avec la troisième butée (G3) du système de référence (3), et - à maintenir le support (2) contre les butées (Gl, G2, G3) du système de référence (3) pendant une opération de montage de composants électroniques sur ce support (2) par exemple. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux bras de positionnement (20, 21) s'étendant dans des plans horizontaux et respectivement solidaires, vers une extrémité, de deux axes (25, 26) verticaux entraînés en rotation, en sens inverse l'un de l'autre, par un organe moteur unique (22). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe moteur unique (22) comprend au moins deux éléments mobiles dans deux directions inverses ou opposées et respectivement associés aux deux axes précités (25, 26). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe moteur unique est constitué par un vérin (22) dont le corps (23) et la tige de piston (24) sont montés flottants avec la tige de vérin (24) solidaire d'une première crémaillère (31) mobile qui engrène un premier pignon fixe (29) solidaire en rotation de l'axe d'entraînement (25) de l'un des bras de positionnement (20) et avec le corps de piston (23) solidaire d'une seconde crémaillère (32) mobile, parallèle à la première crémaillère (31), et qui engrène un deuxième pignon fixe (30) solidaire en rotation de l'axe d'entraînement de l'autre bras de positionnement (21), les deux axes d'entraînement (25, 26) étant coaxiaux. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déplacement de la seconde crémaillère (32) associée - 15 - au déplacement du bras de positionnement (21) contre la troisième butée (G3) du système de référence (3) est freiné, par une lame frein (50) par exemple, pour favoriser le déplacement de la première crémaillère (31), cette lame frein (50) entraînant un retard du pivotement du bras (21) assurant le positionnement du support (2) contre la troisième butée (G3) du système de référence (3). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le vérin (22) précité est un vérin à double effet pour pouvoir ramener en position initiale les deux bras de positionnement, le déplacement des deux crémaillères (31, 32) étant limité par deux butées (42, 43) respectivement.