Brevet FR2555395A1 — publié le 19850524

INSTALLATION FLEXIBLE POUR LA MISE EN PLACE DE COLIPOSANTS SUR UN SUPPORT ET PROCEDE DE MISE EN PLACE AU MOYEN D'UNE TELLE INSTALLATION. La présente invention a pour objet une installation flexible pour la mise en place de composants sur un support Elle concerne plus particulièrement la fabrication des circuits électroniques et s'applique notamment au domaine des circuits hybrides ou du micro-assemblage électronique. Elle est destinée au report auto matique à plat des composants sur circuit imprimé ou sur tout autre type de substrat. La fabrication des circuits électroniques par report à plat des composants sur substrat est une technique connue. Elle s'opère en plusieurs phases Tout d'abord le substrat qui doit assurer les interconnexions entre les composants est préparé t les conducteurs sont obtenus par gravure chimique dans le cas des circuits imprimes ou par serigra- phie de pates conductrices dans le cas de substrats de ceramique. Le métal rapport qui assurera plus tard la brasure des composants étant également déposé par différentes méthodes. La machine de report I plat intervient ensuite pour déposer les composants sur les plages d'accueil prerues à cet effet. Les substrats sont ensuite passés dans des enceintes chauffantes qui assurent la refusion de la brasure; Après refroidissement, les liaisons électriques sont assurées. Entre la phase de report à plat et la phase de brasure les con- posants sont maintenus de différentes manières, par exemple par la viscosité de la brasure (pâte a souder) ou du flux décapant ou par une goutte de colle déposée au préalable sur le substrat ou sous le composant Le rôle des machines de report est d'assurer la mise en place des composants sur le substrat et éventuellement de la colle avec une grande précision, une grande fiabilité, et à des cadences élevées. On connait essentiellement deux types de machines - des petites machines à cadence faible et parfois suffisament flexibles pour assurer le report de composants de types très divers. - des machines de production à cadence élevée mais toujours orientées vers un travail spécifique et pouvant reporter un nombre de compo- sants très limité. La présente invention a pour but de proposer une installation qui permette le report à plat de composants très divers sur des substrats de grandes dimensions, et à des cadences relativement élevées. Dans ce but l'invention propose une installation flexible pour la mise en place de composants sur un support,caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti sur lequel sont montés une table mobile selon deux axes de coordonnées horizontaux sur laquelle repose le support, une tourelle à axe de rotation vertical supportant plusieurs têtes à déplacements verticaux commandés,équipées de moyens de préhension des composants et un dispositif d1alimentation en composants situé en dessous d'une première position angulaire occupée alternativement par les têtes de préhension, la table mobile se déplaçant sous la tourelle de façon à amener une zone déterminée du support en vis-à-vis d'une troisième position angulaire occupée alternativement par les têtes de préhension. L'alimentation en composants peut se faire à partir de réglettes, de bandes alvéolées ou de distributeurs vibrants disposés sur un plateau tournant Selon une autre caractéristique de l'invention, la table mobile peut se déplacer en dessous du dispositif d'alimentation en composants, l'espace situé entre les deux permettant le passage du support et des composants. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention, l'ins- tallation permet également le test électrique des composants avant la pose, le recentrage et l'orientation des composants, ainsi que la vérification automatique des composants posés. L'invention concerne également un procédé de mise en place des composants caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) prendre un conpastnt à un poste d'alimentation au moyen d'une tête de préhension, b) amener le composant en un poste de centrage ou l'on effectue le centrage et l'orientation du composant par rapport à la tête de préhension, c) amener le composant en un poste de pose, d) effectuer le positionnement géométrique souhaité d'une zone déterminée du support en dessous du poste de pose, e) effectuer la mise en place du composant sur le support en libérant celui-ci desdits moyens de préhension, f) séleetionner des moyens de préhension de la tête de préhension adaptés à la préhension du prochain composant dont on désire assurer la mise en place au moyen de cette même tête. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invent ion apparaîtront plus clairement à la suite de la description d'un mode d'exécution donné uniquement à titre d'exemple et repré setlt~} aux dessins annesés dn#,s lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de l'inven- tion, - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif d'alimentation en composants de l'installation flexible représentée à la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues de détail du plateau porte réglettesdu dispositif d'alimentation de la figure 2, - la figure 5 est une vue d'ensemble de la tourelle à têtes mul tiples utilisée dans l'installation flexible représentée à la figure 1, - la figure 6 est une vue de détail du mécanisme d'entraînement vertical d'une des têtes de la tourelle de la figure 5, - les figures 7 et 8 sont des vues de détail du dispositif de centrage et d'orientation disposé au poste de centrage de l'installation, et - la figure 9 est une vue de l'électrode de test utilisée pour le contrôle électrique des composants. L'installation flexible ,représentée à la figure 1,comprend essentiellement un bâti 10 sur lequel sont montés une table il mobile selon deux axes de coordonnées horizontaux, un dispositif d'alimentation en composants 12, une tourelle à quatre têtes de préhension 13 montées sur un châssis 14 qui reçoit également un poste 15 de centrage1 d'orientation et de contrôle électrique des composants L'installation comprend également une caméra de surveillance 16. un distributeur automatique de supports li, un moniteur de commande 21 un micro-ordinateur 19, une armoire électronique 20 et enfin in poste de télévision 18 relié a' la caméra 160 Le support 22 sur lequel Oil désire effectuer la mise en place des composants repose sur la table mobile 11 par rapport à laquelle il est positionné avec précision. Le dispositif d'alimentation en composants,représenté à la figure 2,est ici constitué par un plateau tournant 23 qui est entraîné en rotation par un moteur 24 et un réducteur 25 A titre d'illustration on a représenté deux magasins d'alimentation en composants,montés sur le plateau 23, c'est-à-dire un plateau porteréglettes 26 et un distributeur en bandes alvéolées 27. D'autres magasins tels que par exemple des distributeurs vibrants de composants en vrac pourraient également être montés sur le plateau tournant 23. Le plateau porte-réglettes 26,représenté aux figures 3 et 4, comprend un plateau 28 proprement dit qui reçoit des réglettes 29 disposées selon des rayons du plateau 28 et qui est monté sur le socle 30 au moyen d'un dispositif vibreur 31. Chaque réglette 29 est munie à son extrémité d'une butée de réglette 32 qui assure pour chaque réglette la présentation précise d'un composant à la périphérie du plateau tournant, les divers composants se présentant ainsi sur un cercle concentrique et a des positions angulaires regulières. Pour amener un composant donné en position de prise 9 C pest-i dire au poste de préhension de la tourelle 13, il suffit d'entrai- ner le plateau tournant 12 au moyen du moto-réducteur 249 25 puis de le bloquer en position au moyen d'un mécanisme d'indexage (non représenté). Comme on peut le constater à la figure 2, sur laquelle on a représenté la silhouette de la table mobile 11, cette dernière peut se déplacer en dessous du plateau tournant 23 et dans ltespace délimité par la bâti 10 et la face supérieure du plateau 23, l'espace subsistant entre la face supérieure de la table mobile il et le plateau 23 permettant seulement le passage du support 22 avec les composants qui y sont mis en place. De cette manière, le point de prise et le point de pose se trouvent très rapprochés, malgré les grandes dimensions du support et les distances importantes entre les magasins de composants les plus éloignés. Cette particularité permet à la tourelle à têtes multiples de tourner avec un rayon de giration relativement petit ce qui limite le moment d'inertie des pièces en mouvement et par conséquent, autorise des cadences de mise a1 place élevées avec des accélérations acceptables pour les composants. La tourelle 13 est une tourelle dont l'axe de rotation 33 est vertical. La tourelle 13 comporte un plateau d'indexation en rotation 34 et est entraînée en rotation autour de son axe 33 au moyen dun moto-réducteur 35 dispose sur une platine 62 qui supporte la tourelle 13 et ensemble des servitudes servant à son fonctionnement. La tourelle 13,représentée aux figures est une tourelle munie de quatre têtes de préhension 36 réparties régulièrement à 90 sur la périphérie de la tourelle 13. La tourelle 13 entraînée en rotation autour de son axe 33 par le moto-réducteur 35 fait ainsi occuper alternativement quatre positions angulaires réparties à 90 aux quatre têtes de préhension 36. La première position angulaire correspond au poste de prise des composants et dans cette position, l'axe vertical de déplacement de la tête 36 est situé au-dessus du composant à prendre à la périphérie du plateau tournant 23. La seconde position angulaire correspond au poste de centrage 15 qui sera décrit plus loin. La troisième position angulaire correspond au poste de pose du composant et dans cette position, l'axe vertical de la tête de préhension est en vis-à-vis de la zone déterminée du support 22 sur laquelle on doit mettre en place le composant. Les quatre têtes de préhension 36 sont identiques et comportent chacune un arbre à déplacement vertical 37 guidé par deux douilles à billes 38 montées dans le corps de la tourelle 13. L'arbre 37 est équipé à sa partie inférieure de moyens de préhension 39 constitués par quatre buses d'aspiration 40 montées sur un barillet à axe horizontal 41 dont la rotation peut être commandée pour effectuer la sélection d'une des buses en fonction de la nature du composant à appréhender ; cette sélection s'effectue lorsque la tête occupe la quatrième des quatre positions angulaires mentionnées plus haut. L'alimentation du dispositif de préhension 39 est assurée par un joint tournant 42 monté à la partie inférieure de la tourelle 13. L'entraînement vertical de la tête 36 est assuré au moyen d'un moteur 43 sur le pignon de sortie duquel est montée une courroie crantée 44 qui est maintenue tendue dans une direction verticale par un pignon fou 45 monté sur la platine verticale 46 qui supporte le moteur 43. La courroie 44 est munie d'un doigt d'entraînement 47 qui coopère avec une butée 48 fixée à la partie supérieure de l'arbre 37 pour provoquer la descente de ce dernier lorsque le moteur 43 actionne la courroie dans le sens correspondant. Le rappel en position haute de l'arbre 37 et la coopération de la butée 38 avec le doigt d'entraînement 47 sont assurées au moyen d'un ressort hélicoidal 49. L'arbre 37 est également équipé à sa partie supérieure d'un doigt d'indexage 50 qui coopère avec un contact de détection 51. A la verticale de la seconde position angulaire de la tourelle '3 est situé le poste 15 de centrage. d'orientation et de contrôle des composants. Le poste de centrage et d'orientation des composants 15 permet de déterminer l'axe géométrique de chaque composant, de l'aligner avec l'axe vertical de la tête de préhension qui en assure la manipulation et d'orienter angulairement le composant autour de cet axe en vue de son positionnement correct sur le support 22. Il est constitué par une roue 52 d'orientation du composant dont l'entraînement et l'indexage angulaire sont assurés au moyen d'un moteur 53 et d'une courroie 54 La roue d'orientation 52 reçoit deux paires de mâchoires 55 et 56 se déplaçant consécutivement selon deux diamètres perpendiculaires de la roue 52. Les mâchoires 55 et 56 sont liées mécaniquement deux à deux par des bielles 59 de manière symétrique et sont toutes munies de ressorts de rappel 57. Les deux paires de mâchoires opèrent l'une après l'autre un mouvement de serrage du composant qui provoque un glissement au bout de la buse et le ramène au centre de. celle-ci. Ce système de recentrage en deux temps permet de recentrer des composants de dimensions très diverses, en particulier des composants plus petits que les mâchoires. Au poste de centrage et d'orientation 15, se trouve également le poste de contrôle électrique du composant 60 que l'on désire tester au moyen d'une électrode de test 58 située au centre du poste 15. L'électrode de test 58 est constituée par une plaquette de circuit imprimé sur laquelle sont délimitées 5 zones A, B, C, D, E conductrices isolées entre elles, et reliées chacune à une entrée d'un commutateur non représenté, qui sélectionne,en fonction du composant à tester, la ou les zones à relier à chacune des deux entrées d'un testeur. La forme et la disposition représentées de ces 5 zones conductrices permettent d'assurer la liaison entre le testeur et tous les composants suivants - condensateurs parallèlèpipèdiques, - résistances parallèlèpîpédiques ou cylindriques, - selfs en boîtier surmoulés - composants actifs en boîtier SOT 23, SOT 89, SOT 143. On décrira maintenant le fonctionnement de l'installation flexible. Pour amener un composant en position de prise, le plateau 23 est entraîné en rotation par le moto-réducteur 24, puis bloqué par un mécanisme d'indexage. Tout d'abord, au poste de prise, la tête 36 en vis-a-vis descend a l'altitude de prise, jusqu'au contact avec le composant. La préhension du composant est assurée par une des buses d'aspic ration 40 reliées à un circuit pneumatique Après un temps de stabilisation, la tête remonte avec le composant. A chacune des positions angulaires d'arrêt de la tourelle 13, le moteur associé 43 assure les mouvements de montée et descente de chacune des têtes de manière indépendante La rotation de la tourelle ne peut s'effectuer que lorsque toutes les têtes sont remontées. Après rotation d'un quart de tour de la tourelle 13 jusqu#au poste de centrage, la tête descend à l'altitude de centrage, jus qu'à ce que le composant entre en contact avec le fond du centreur 15 qui est constitué par l'électrode de test 58. Le centrage est assuré par le mécanisme comprenant les deux paires de mâchoires 55 et 56. Pendant que la deuxième paire de mâchoires est serrée , le composant qui est posé sur ltelectrode de test est contrôlé élec triquement et orienté dans sa position de pose. Pour cela, tout le mécanisme de centrage qui est mobile en rotation autour de son axe passant par le cantre du composants est entraîné et positionné avec précision par le moteur 53. Lorsque les trois opérations (centrage, test et orientation) sont terminées, la tête 36 remonte. Au poste de pose se trouve également le mécanisme de pose de la goutte de colle non représenté. Il est constitué par un micro-doseur, dont l'aiguille de distribution est montée sur un petit bras mobile et articulé. Pendant une première phase de descente de la tête, le bras du distributeur de colle effectue son cycle de descente et remontée, en déposant une goutte de colle sur le substrat. La tête termine alors son mouvement de descente jusqu' l'altitude de pose. L'aspiration est supprimée de manière à lâcher le composant. Une légère surpression est envoyée dans le cirruit pneumatique pour éviter toute adhérence du composant sur la buse, et la tête remonte. Le 4ème poste est réservé pour le changement de buse. La sélection de la bonne buse et la commutation du circuit d1aspira- tion s'obtiennent par rotation du barillet 41 dans le plan vertical, la buse sélectionnée étant celle du bas. La sélection par rotation s'effectue donc au poste de changement de buse par un système d'avance pas à pas. Chacune des 4 positions du barillet est codée et ce code est lu,au moment de la rotation du barillet par un ensemble de 2 capteurs de position. Le contrôle de tous les mouvements dans cette installation flexible est assuré par un ensemble électronique à base de microprocesseurs, avec une structure de commande hiérarchisée. Au premier niveau on retrouve, pour chaque axe de déplacement ou de rotation, un module de commande comprenant un micro-processeur et les et les circuits électro-mécaniques associés. La coordination du fonctionnement de ces différents modules est assurée par un micro-processeur maître qui reçoit les ordres et signale les anomalies à un micro-ordinateur. Ce micro-ordinateur contrôle l'exécution du programme de report des composants et assure l'interface entre l'opérateur et la machine. L'exécution et l'enchainement des tâches qui entrent dans le cycle de fonctionnement de la machine sont assurés par le micro-processeur maître à l'aide d'un moniteur multitâches. Ce procédé permet l'enchaîne- ment des tâches de manière asynchrone à l'intérieur d'un cycle, ce qui a pour effet d'optimiser le partage du temps entre les tâches et ce qui conduit à une cadence moyenne de fonctionnement plus élevée. REVENDICATIONS. 1. Installation flexible pour la mise en place de composants sur un support (22), caractérise en ce qu'elle comprend un bâti (10) sur lequel sont montés une table mobile (11) selon deux axes de coordonnées horizontaux sur laquelle repose le support, une tourelle (13) à axe de rotation vertical supportant plusieurs têtes (36) à déplacements verticaux commandés, équipées de moyens de préhension (40) des composants et un dispositif d'alimentation (12) en composants situé en dessous d'une première position angulaire occupée alternativement par les têtes de préhension, la table mobile se déplaçant sous la tourelle de façon à amener une zone déterminée du support en vis-à-vis d'une troisième position angulaire occupée alternativement par les têtes de préhension. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la table mobile (11) peut se déplacer en dessous du dispositif d'alimentation en composants (12), l'espace situé entre les deux permettant le passage du support (22) et des composants. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de centrage (15) des composants permettant de déterminer l'axe géométrique de chaque composant et de l'aligner avec l'axe vertical de la tête de préhension (36) qui en assure la manipulation 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste (15) de contrôle électrique des composants. 5. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste (15) d'orientation des composants autour de leur axe géométrique. 6. Installation selon les revendications 3 et 5 prises en combinaison, caractérisée en ce que les postes de centrage et d'orientation des composants sont regroupés en un poste unique (15) constitué par une roue d'orientation (52)commandée en rotation et sur laquelle sont montées deux paires de mâchoires (55,56) se dépla canut consécutivement selon deux diamètres perpendiculaires de la roue d'orientation. 7. Installation selon la revendication 6 7 caractérisée en ce que l'axe vertical de rotation de ladite roue d'orientation est aligné avec l'axe vertical des têtes de préhension lorsqu'elles occupent une seconde position angulaire. 8. Installation selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que le poste de contrôle électrique des composants est intégré au poste de centrage et est constitué par une électrode de test (58) sur laquelle repose le composant 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'électrode de test est constituée d'une plaquette de circuit imprimé sur laquelle sont délimitées plusieurs zones conductrices isolées entre elles et reliées chacune à une entrée d'un commutas teur qui sélectionne les zones à relier à chacune des deux entrées d'un testeur en fonction du composant à tester. 10. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de préhension des composants équipant chacune des têtes sont constitués par une pluralité de buses d'aspiration (40) montées sur un barillet (41) d'axe horizontal dont la rotation peut être commandée pour effectuer la sélection d'une des buses en fonction de la nature du composant à appréhender et ce lorsque la tête occupe une quatrième position angulaire. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de commande de l'ensemble des opérations de mise en place des composants à structure hiérarchisée comprenant pour chaque axe de déplacement ou de rotation, un module de commallde constitué d'un micro-processeur et de circuits électro-mecaniques associés, un micro-processeur maître qui, à l'aide d'un moniteur nultitaches, coordonne et exécute les opérations qui-entrent dans le cycle de fonctionnement de l'installation. 12. Procédé de mise en place de composants sur un support au moyen d'une installation flexible, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a3 prendre un composant à un poste d'alimentation au moyen d'une tête de préhension, b) amener le composant en un poste de centrage ou l'on effectue le centrage et l'orientation du composant par rapport à la tête de préhension, c) amener le composant en un poste de pose, d) effectuer le positionnement géométrique souhaité d'une zone déterminée du support en dessous du poste de pose, e) effectuer la mise en place du composant sur le support en libérant celui-ci desdits moyens de préhension, f) sélectionner des moyens de préhension de la tête de préhen sion adaptés à la préhension du prochain composant dont on désire assurer la mise en place au moyen de cette même tête.