Brevet FR2765192A1 — publié le 19981231

l 2765192 MACHINE DE POSE PAR SUCCION DE COMPOSANTS SUR CARTES ELECTRONIQUES ET CHARGEUR D'ETIQUETTES POUR LA MACHINE Dans de nombreux secteurs d'activités - la construction automobile, les communications, l'informatique, pour ne prendre que les plus évidents - on utilise des cartes électroniques de circuits imprimés. Il s'agit de substrats sur les faces desquels sont imprimées des pistes conductrices et sont montés et rapportés des composants, essentiellement des composants électriques et électroniques reliés électriquement, par soudure et brasure, aux pistes imprimées. Si certains composants ne peuvent pas être placés sur leur carte, avant soudure, autrement qu'à la main, beaucoup peuvent l'être de façon mécanisée et automatique. Il s'agit de composants dits CMS (composants montés en surface) se présentant généralement sous forme de boîtiers dans lesquels sont intégrés une pluralité d'éléments électroniques et qu'on qualifie pour cette raison de circuits intégrés quand il ne s'agit pas de processeurs. Du fait de cette forme de boîtier, ces composants CMS présentent une surface supérieure plane qu'on utilise pour les poser par succion sur les cartes. Il existe depuis plusieurs dizaines d'années des machines de pose par succion de composants sur cartes électroniques. A titre d'exemple, il en est qui reçoivent, sur un transporteur, des cartes imprimées et, sur une table porte-chargeurs, une batterie de chargeurs de composants et qui comportent une tourelle de pose portant une pluralité de buses d'aspiration et essentiellement quatre postes de travail, le tout étant piloté par ordinateur. 2 2765192 Le premier poste est un poste de saisie, o les buses d'aspiration aspirent les boîtiers de composant par leur face supérieure. Le deuxième poste est un poste de positionnement, aujourd'hui par caméras de télévision qui positionne les composants, en fait les buses d'aspiration, dans l'espace des cartes avant de les poser dessus. Le troisième poste est le poste de pose o les buses larguent les composants qui viennent se poser dans la position correcte sur les cartes préalablement encollées et s'y fixer, prêts pour connexion électrique ultérieure par soudure. Le quatrième poste est un poste de remise à zéro o les buses d'aspiration sont remises dans leur position neutre de saisie. La tourelle de pose avance (tourne) pas à pas et au poste de saisie, quand une buse d'aspiration y arrive, par une commande appropriée et une cinématique adaptée, après éventuellement présentation d'un nouveau chargeur par déplacement de la table porte-chargeurs, il y a avance et mise en place sous la buse d'un nouveau composant, descente de la buse et saisie du composant par la buse, le tout quasiment instantanément. Les machines de pose par succion atteignent aujourd'hui des cadences très élevées de plusieurs dizaines de milliers de composants posés à l'heure. Pour finir la présentation des machines de pose par succion de composants, on présentera ici un chargeur de composants qui comporte une bobine émettrice et une bobine réceptrice d'une bande à alvéoles de réception des composants et à piste latérale à perforations d'entraînement par une roue à rochet, elle-même entraînée par la cinématique évoquée ci-dessus, la bande 3 2765192 se déroulant, composant par composant, d'une bobine à l'autre sous l'action de la tourelle de pose. Les constructeurs d'équipements à cartes électroniques sont souvent conduits à coller sur ces cartes des étiquettes de papier encollé, qu'il s'agisse d'étiquettes d'identification, de suivi ou d'étiquettes de contrôle qualité. Ces étiquettes présentent quelques caractéristiques notables: - leur longueur n'est pas parfaitement prédéterminée, et peut varier d'une étiquette à l'autre, à cause de l'imprécision de coupe, voire même des variations de conditions climatiques; - elles sont stockées collées sur une bande support; - tout comme les boîtiers de composant, elles présentent une surface supérieure d'aspiration. Jusqu'à maintenant, ces étiquettes étaient collées à la main ou par des machines déportées, chères et peu souples. On connaît des robots de pose d'étiquettes, comme ceux de la société américaine Computype Inc., St Paul, Minnesota, mais qu'il est impossible d'associer, dans une chaîne de production de masse de cartes électroniques, à une machine de pose par succion de composants CMS. La demanderesse a donc cherché à résoudre le problème de l'automatisation de la pose d'étiquettes sur les cartes électroniques et c'est ainsi qu'elle propose son invention qui est une machine de pose par succion de composants sur cartes imprimées, comprenant: - un transporteur de réception de cartes imprimées; - une table porte- chargeurs, de réception d'une batterie de chargeurs de composants; - une tourelle porte-buses, avec des moyens de présentation, d'avance, de saisie, de positionnement et de pose des composants sur les cartes, et - des moyens de pilotage, 4 2765192 caractérisée par le fait que la tourelle et ses moyens de présentation, d'avance, de saisie, de positionnement et de pose de composants et les moyens de pilotage sont agencés pour la pose d'étiquettes en tant que composants. Finalement, l'invention propose d'intégrer à la batterie de chargeurs de composants au moins un chargeur d'étiquettes. Le mérite de la demanderesse n'est pas mince. Elle a d'abord osé bousculer de vieilles habitudes d'apposer à la main des étiquettes sur des cartes sorties de machines automatiques de pose de composants. Elle ne s'est pas non plus laissée intimider par l'absence d'intérêt des constructeurs de robots de pose d'étiquettes pour l'étiquetage des cartes électroniques produites en masse et a osé réfléchir à l'intégration de l'invention. Elle a surtout eu l'audace de combattre les préjugés et les a priori de tous ceux qui considéraient impossible l'entreprise et illusoire l'assimilation des étiquettes aux composants à poser sur des cartes électroniques, pour des raisons finalement non fondées. Certes, les étiquettes et les composants CMS ont une caractéristique commune, la surface supérieure d'aspiration pour leur saisie. Mais tout le reste les sépare. Les composants CMS sont posés libres dans les alvéoles de leur bande de stockage et de transport et il est donc facile de les en dégager. Aspirer des étiquettes collées sur une bande support, au contraire, ne pouvait qu'être dissuasif. Les composants CMS ont des dimensions bien déterminées et constantes, alors que les étiquettes, qui, de surcroît, peuvent être de surface beaucoup plus grande que les composants CMS, ont des dimensions imprécises qui ne pouvaient, selon les détracteurs de s l'invention, que soulever des difficultés difficiles à surmonter. Les difficultés liées à l'aspiration des étiquettes collées et à l'imprécision de leurs dimensions paraissaient alors et, a priori, difficilement compatibles avec les cadences des machines de pose de composants CMS. Bref, tout cela illustre l'activité inventive dont a fait preuve la demanderesse pour proposer son invention. De préférence, il est prévu des moyens de détection du bord antérieur des étiquettes, afin de permettre leur saisie précise par les buses, pour tenir compte de l'imprécision de leur longueur. Dans ce cas, il est avantageusement prévu des moyens pour arrêter les étiquettes avant leur saisie par les buses, de préférence commandés par les moyens de détection, et de préférence après un prédécollement des étiquettes, pour faciliter le décollement final par succion des étiquettes de leur bande transporteuse. Dans la forme de réalisation préférée de la machine de l'invention, les moyens pour arrêter les étiquettes comprennent un moteur électrique d'avance d'étiquettes, les moyens d'avance des autres composants étant des moyens mécaniques. Le caractère électrique de l'avance des étiquettes, proposé à cause du problème de leur longueur, procure paradoxalement un résultat avantageux: les chargeurs d'étiquettes, à bande transporteuse entraînée par moteur électrique, s'insèrent sans la moindre difficulté dans les machines de pose par succion de composants CMS, à avance mécanique des bandes transporteuses. 6 2765192 Avantageusement, des composants pouvant être posés simultanément sur plusieurs cartes imprimées, les moyens de pilotage sont agencés pour poser des mêmes étiquettes successives, respectivement sur les cartes, avant et après la pose sur les cartes d'une pluralité d'autres composants. Grâce à cela, en posant, sur chaque carte, une étiquette tous les n composants classiques CMS, n pouvant être assez grand, on ne ralentit pratiquement pas l'ensemble du processus de pose. L'invention concerne également un chargeur d'étiquettes pour la machine de pose de l'invention, comprenant une bobine émettrice et une bobine réceptrice d'une bande transporteuse d'étiquettes collées sur la bande, un moteur d'entraînement de la À5 bande et d'avance des étiquettes, et des moyens de prédécollement des étiquettes. Avantageusement, les moyens de pré-décollement des étiquettes comprennent un bec de détour ou de rebroussement de la bande transporteuse, de préférence prolongé, au-delà d'un canal de rebroussement de la bande, par un berceau de sustentation d'étiquette. Dans la forme de réalisation préférée du chargeur de l'invention, il est prévu, adjacents aux moyens de pré-décollement des étiquettes, des moyens de détection de leur bord antérieur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation de la machine de pose et d'une forme de réalisation du chargeur d'étiquettes de l'invention, en référence au dessin en annexe, sur lequel: - la figure 1 est une vue du chargeur d'étiquettes; - la figure 2 est une vue de dessus de la zone de prédécollement d'étiquettes du chargeur de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus de la zone de prédécollement d'étiquettes, sans bande transporteuse ni étiquettes; 7 2765192 - la figure 4 est une vue de la machine de l'invention; - la figure 5 est une vue de la tourelle de pose et du chemin de travail de la machine de la figure 4 et -la figure 6 est une vue d'une buse d'aspiration d'étiquette. En référence à la figure 4, la machine de pose de l'invention comporte un transporteur amont 1 de cartes imprimées 60, un transporteur aval 2 de cartes imprimées, entre les deux, une table mobile 3 de pose de composants, une tourelle de pose 4, sous lo laquelle la table de pose 3 peut déplacer les cartes imprimées, et, ici, une table mobile 5 porte-chargeurs. La table porte-chargeurs 5 est destinée à recevoir une batterie de chargeurs de composants 6 qui, par coulissement de la table 5 sur le châssis 7 de la machine, peuvent être présentés à la tourelle de pose 4. La tourelle de pose 4 porte une pluralité de buses d'aspiration (succion) 8. La tourelle 4 est montée rotative pour présenter les buses 8 devant une série de postes de travail. La descente et la remontée des buses 8, par bielettes et supports 10, s'effectuent par des jeux de cames 9. La tourelle 4 évolue donc le long d'un chemin de travail comprenant: - un poste 11 de présentation de chargeur 6, d'avance de bande transporteuse de chargeur 6, de descente de buse 8, d'aspiration et de saisie de composant; - un poste 12 de positionnement, par caméra de télévision 13, des buses 8 dans l'espace de cartes de la table 3, suivi d'un poste 14 de positionnement fin; - un poste 15 de descente de buse 8 et de pose de composant sur une carte, suivi d'un poste de remontée de buse et de divers postes de contrôle qualité et de sélection de buse; 8 2765192 - un poste 16 de remise à zéro, de retour des buses 8 en position neutre de saisie. L'ensemble de la machine est piloté par un ordinateur 17. Les composants CMS classiques des chargeurs 6 sont disposés sur des bandes transporteuses à piste latérale perforée, dont l'avance est assurée par une cinématique se terminant par une griffe d'avance s'introduisant dans une perforation de la piste perforée des bandes. Les étiquettes 20, que la machine de pose peut également poser par succion sur les cartes, sont stockées collées sur des bandes transporteuses 21 de chargeurs 6 ci-après décrits. Dans chacun de ces chargeurs, la bande transporteuse 21 est déroulée d'une bobine émettrice 22 à une bobine réceptrice 23, sous l'action d'un moteur ici électrique 24 d'entraînement en rotation de la bobine réceptrice 23. La bande transporteuse 21, entre les deux bobines, s'enroule autour d'une tête de détour 25, avec un bec 26 de rebroussement de bande et un bord de rebroussement 27 incliné d'au moins 90 sur le bord aller 28 du bec, pour décoller les étiquettes sur une majeure partie de leur longueur, c'est-à-dire les pré-décoller pour que la force d'aspiration des buses 8 n'ait pas à être trop importante. La tête de détour 25 se prolonge, au-delà d'un canal 29 de passage de la bande 21, par un berceau 30 de sustentation d'étiquette comportant une rainure 33 entre deux bords 31, 32, sur lesquels repose l'étiquette prédécollée de la bande transporteuse 21. Une cellule 34 de détection du bord antérieur 35 des étiquettes 20 est disposée sur un socle 36 du chargeur pour offrir un champ de vision rasant le bord antérieur 37, tourné vers la tourelle de pose 4, du berceau de sustentation 30. 9 2765192 Lorsque la cellule 34 détecte un bord d'étiquette 35, elle arrête le moteur 24 pour immobiliser la bobine réceptrice 23, la bande 21 et l'étiquette 20 détectée. Alors, une buse 8 peut être descendue pour aspirer avec précision et facilement l'étiquette seulement collée sur une faible surface de la bande 21 et sur les bords 31, 32 du berceau 30. En référence à la figure 6, les buses 8 d'aspiration d'étiquette sont adaptées à ces étiquettes et en épousent sensiblement la forme, avec une pipette d'aspiration 81 et un plateau de succion 82 pourvu de plusieurs orifices d'aspiration 83. En référence à la figure 4, la machine de pose comporte en fait deux tables de pose 3, 3' pour pouvoir poser des composants s15 simultanément sur plusieurs (en l'espèce deux) cartes électroniques ici identiques 60. Dans ces conditions, on ne pose deux étiquettes successives respectivement sur les deux cartes qu'après avoir posé une pluralité de composants CMS classiques sur la première des deux cartes, la pose d'étiquettes ne ralentissant donc pas le processus de pose considéré globalement. A titre indicatif, la demanderesse propose d'utiliser, pour les étiquettes à poser par succion, du papier couché mat, de 89 lm d'épaisseur et d'un poids de 80 g/m2, stocké, à l'aide d'une émulsion synthétique adhésive de 25 pm d'épaisseur, sur une bande de papier kraft traité de 71 gim d'épaisseur. 2765192 REVENDICATIONS 1 - Machine de pose par succion de composants (20) sur cartes imprimées (60), comprenant: - un transporteur (1, 2) de réception de cartes imprimées; - une table (5) porte-chargeurs, de réception d'une batterie de chargeurs (6) de composants; - une tourelle (4) porte-buses (8), avec des moyens de présentation, d'avance (11), de saisie (8), de positionnement (12, 13) et de pose des composants (15) sur les cartes (60), et - des moyens de pilotage (17), caractérisée par le fait que la tourelle (4) et ses moyens (11- 16) de présentation, d'avance, de saisie, de positionnement et de pose de composants et les moyens de pilotage (17) sont agencés pour la pose d'étiquettes (20) en tant que composants. 2 - Machine de pose selon la revendication 1, dans laquelle il est prévu des moyens (34) de détection du bord antérieur (35) des étiquettes (20), afin de permettre leur saisie précise par les buses (8), pour tenir compte de l'imprécision de leur longueur. 3 - Machine de pose selon la revendication 2, dans laquelle il est prévu des moyens (24) pour arrêter les étiquettes (20) avant leur saisie par les buses (8). 4 - Machine de pose selon la revendication 3, dans laquelle les moyens d'arrêt (24) sont commandés par les moyens de détection (34). 5 - Machine de pose selon la revendication 4, dans laquelle les moyens de détection (34) commandent les moyens d'arrêt (24) après pré- décollement des étiquettes (20), pour faciliter leur décollement final, par succion, d'une bande transporteuse (21). 6 - Machine de pose selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle les moyens pour arrêter les étiquettes (20) Il 2765192 comprennent un moteur électrique (24) d'avance d'étiquettes, les moyens (11) d'avance des autres composants étant des moyens mécaniques. s 7 - Machine de pose selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle, des composants pouvant être posés simultanément sur plusieurs cartes imprimées (60), les moyens de pilotage (17) sont agencés pour poser plusieurs mêmes étiquettes successives (20), respectivement sur les cartes (60), avant et après la pose sur les cartes (60) d'une pluralité d'autres composants. 8 - Chargeur d'étiquettes pour la machine de pose de l'une des revendications 1 à 7, comprenant une bobine émettrice (22) et une bobine réceptrice (23) d'une bande transporteuse (21) d'étiquettes (20) collées sur la bande, un moteur (24) d'entraînement de la bande (21) et d'avance des étiquettes (20), et des moyens (26, 29, 30) de pré-décollement des étiquettes (20). 9 - Chargeur selon la revendication 8, dans lequel les moyens de prédécollement des étiquettes (20) comprennent un bec (26) de détour. - Chargeur selon la revendication 9, dans lequel le bec de détour (26) est prolongé, au-delà d'un canal (29) de rebroussement de la bande (21), par un berceau (30) de sustentation d'étiquette (20). 11 - Chargeur selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel il est prévu, adjacents aux moyens (30) de pré-décollement des étiquettes (20), des moyens (34) de détection de leur bord antérieur (35).