DE20116591U1

DE20116591U1 - Device for detecting the position of a circuit board

Info

Publication number: DE20116591U1
Application number: DE20116591U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2011-10-11

Description

200118184 J ; *j : I t .200118184 J ; *j : I t .

BeschreibungDescription

Einrichtung zur Erfassung der Position einer LeiterplatteDevice for detecting the position of a printed circuit board

Die Neuerung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Position einer Leiterplatte mit einem Sensor.The innovation relates to a device for detecting the position of a circuit board with a sensor.

Einrichtungen der oben genannten Art zur Erfassung der Position einer Leiterplatte arbeiten bisher überwiegend mit optisehen Sensoren. Durch den Bedarf an kompakten Geräten werden die Konturen der Leiterplatten immer mehr den Geometrien der Geräte angepasst. Weiter werden kleine Einzelleiterplatten zu großen Mehrfachnutzen zusammengefasst. Aufgrund dieser Entwicklungen, weisen die Leiterplatten Aussparungen und zurückgesetzte Fräskanten auf. Die optischen Sensoren mit Hintergrundausblendung, die auf. die Bauteil- bzw. Lotseite der Leiterplatten ausgerichtet sind, erfassen solche Leiterplatten unstabil, d.h. durch ihre punktuelle Erfassung schauen sie durch die Aussparungen bzw. erkennen die vorstehenden Leiterplattenkanten nicht. Ein rückfallverzögertes Schaltsignal ist hier gegen keine generelle Abhilfe, da die Leiterplatte auch im Stillstand des Leiterplattentransportes an verschiedenen Positionen sicher erkannt werden muss. Die Leiterplattenerkennung mit Hilfe von Ultraschallsensoren wird durch dessen flächige Abtastung zwar verbessert, in manchen Fällen jedoch unzureichend.Devices of the type mentioned above for detecting the position of a circuit board have so far mainly worked with optical sensors. Due to the need for compact devices, the contours of the circuit boards are increasingly adapted to the geometries of the devices. Furthermore, small individual circuit boards are combined to form large multiple panels. Due to these developments, the circuit boards have recesses and recessed milling edges. The optical sensors with background suppression, which are aligned to the component or solder side of the circuit boards, detect such circuit boards unstable, i.e. due to their point detection they look through the recesses or do not detect the protruding circuit board edges. A switching signal with a release delay is not a general remedy here, since the circuit board must be reliably detected in different positions even when the circuit board transport is at a standstill. Circuit board detection using ultrasonic sensors is improved by its surface scanning, but in some cases this is inadequate.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auch Leiterplatten mit Aussparungen und mit zurückgesetzten Fräskanten sicher erkannt werden.The innovation is based on the task of improving a device of the type mentioned above so that circuit boards with recesses and recessed milling edges can also be reliably detected.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Sensor als Ultraschallsensor mit einem Ultraschallwandler ausgebildet ist und dass im Ultraschallfeld des Ultraschallwandlers ein Reflektor angeordnet ist, der das Ultraschallfeld aufweitet.The problem is solved in that the sensor is designed as an ultrasonic sensor with an ultrasonic transducer and that a reflector is arranged in the ultrasonic field of the ultrasonic transducer, which expands the ultrasonic field.

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Das Schallbündel wird gezielt auf eine Umlenkfläche gelenkt, so dass der Schall auf eine größere Leiterplattenfläche auftrifft und so auch wieder zurückreflektiert wird, d.h. eine größere Leiterplattenfläche wird gleichzeitig abgetastet. Die Auffächerung des Schallstrahls ist nur in einer Richtung ausgeprägt, vorzugsweise in Transportrichtung der Leiterplatte, dadurch kann der Sensor bei beengten Einbauverhältnissen zwischen den Führungsschienen der Leiterplatten montiert werden, ohne dass es zu Fehlreflexionen an den seitlichen Kanten kommt.The sound beam is directed specifically to a deflection surface so that the sound hits a larger surface of the circuit board and is reflected back again, i.e. a larger surface of the circuit board is scanned at the same time. The sound beam is only fanned out in one direction, preferably in the direction of transport of the circuit board, so that the sensor can be mounted between the guide rails of the circuit boards in cramped installation conditions without causing false reflections on the side edges.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn die Reflektorfläche des Reflektors Anteile unterschiedlicher Ausrichtung oder Entfernung zum Ultraschallsensor aufweist.An advantageous development of the invention exists if the reflector surface of the reflector has parts of different orientation or distance to the ultrasonic sensor.

Vorteilhafterweise dient die Einrichtung, gemäß. Anspruch. 3 zur Verwendung in einem Leiterplattentransportsystem.Advantageously, the device according to claim 3 is used in a printed circuit board transport system.

Eine Ausführung der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing. Shown are:

FIG 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erfassung der Position einer Leiterplatte mit einem Sensor, FIG 1 shows a device according to the invention for detecting the position of a circuit board with a sensor,

FIG 2, 3, 4 verschiedene Ausführungsformen des ReflektorsFIG 2, 3, 4 different embodiments of the reflector

gemäß FIG 1according to FIG 1

In FIG 1 ist eine Einrichtung zur Erfassung der Position einer Leiterplatte 1 mit einem Ultraschallsensor 2 dargestellt.FIG 1 shows a device for detecting the position of a circuit board 1 with an ultrasonic sensor 2.

Im Ultraschallfeld des Ultraschallwandlers 8 des Ultraschallsensors 2 ist ein Reflektor 3 angeordnet, der das Ultraschallfeld aufweitet. Durch das vergrößerte Ultraschallfeld ist es möglich, auch die Position von Leiterplatten zu erkennen, die Aussparungen und zurückgesetzte Fräskanten aufweisen. Die Vergrößerung des Ultraschallfeldes wird mit dem Reflektor dadurch erreicht, dass der Ultraschall auf eine optimal reflektierenden Fläche mit Flächenanteilen unter-A reflector 3 is arranged in the ultrasonic field of the ultrasonic transducer 8 of the ultrasonic sensor 2, which expands the ultrasonic field. The enlarged ultrasonic field makes it possible to detect the position of circuit boards that have recesses and recessed milling edges. The enlargement of the ultrasonic field is achieved with the reflector by directing the ultrasound onto an optimally reflective surface with surface proportions below

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schiedlicher Ausrichtung oder Entfernung zum Ultraschallsensor 2 umgelenkt wird. Hierbei sind verschiedene Ausprägungen gemäß den FIG 2, 3 und 4 möglich, bei denen die Reflexionsfläche derart ausgestaltet ist, dass der radiale Ansprechbereich des Ultraschallsensors 2 unsymmetrisch in einer Achse definiert vergrößert wird.different orientation or distance from the ultrasonic sensor 2. Various embodiments are possible according to FIGS. 2, 3 and 4, in which the reflection surface is designed in such a way that the radial response range of the ultrasonic sensor 2 is enlarged asymmetrically in a defined manner in one axis.

Gemäß FIG 2 weist der Reflektor zwei Umlenkflächen 4, 5 auf, die in einem Winkel cc zueinander stehen.According to FIG 2, the reflector has two deflection surfaces 4, 5 which are at an angle cc to each other.

Bei der beispielhaften Darstellung von FIG 2 befindet sich der Knick der Reflexionsfläche auf Höhe der Mittelachse der Schallkeule des Ultraschallwandlers 8 des Ultraschallsensors 2. Die untere Schallkeulenhälfte wird an der Umlenkfläche 4 reflektiert und aufgrund des steileren Neigungswinkels der Umlenkfläche 4 mehr nach links abgelenkt als im Falle eines geraden 45°-Umlenkreflektors. Die obere Schallkeulenhälfte wird an der um den Winkel &agr; weniger geneigten Umlenkfläche 5 reflektiert und wird daher um den Winkel &agr; mehr nach rechts abgelenkt als die untere Schallkeulenhälfte. Die Schallkeule des Ultraschallsensors 2 wird in diesem Fall um den Winkel a. aufgeweitet. In der industriellen Ultraschallsensorik werden in der Regel richtscharfe Ultraschallwandler 8 eingesetzt mit radialsymmetrischen Schallkeulen und mit Öffnungswinkeln der Hauptschallkeule von ca. 5° bis ca. 20°. Sie bestehen aus einer piezokeramischen Scheibe mit metallisierten Grundflächen, die die Elektroden zum Anschluss der Sensorelektronik bilden. Des weiteren besteht der Ultraschallwandler 8 aus einer Scheibe aus Leichtkunststoff, die mit der Piezokeramikscheibe verbunden ist und die zur Verbesserung der Anpassung des Wellenwiderstands der Piezokeramikscheibe an den Wellenwiderstand des umgebenden Mediums Luft dient. Die Anpassschichtscheibe bildet die Schallabstrahloberfläche des Ultraschallwandlers, ihre Geometrie bestimmt im wesentlichen - zusammen mit der Geometrie der Piezokeramikscheibe - die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallwandlers. Beispielsweise kann im Fall eines richtscharfen Ultraschallwandlers 8 mit einemIn the exemplary representation of FIG 2, the bend in the reflection surface is at the level of the central axis of the sound cone of the ultrasonic transducer 8 of the ultrasonic sensor 2. The lower half of the sound cone is reflected on the deflection surface 4 and, due to the steeper angle of inclination of the deflection surface 4, is deflected more to the left than in the case of a straight 45° deflection reflector. The upper half of the sound cone is reflected on the deflection surface 5, which is less inclined by the angle α, and is therefore deflected more to the right by the angle α than the lower half of the sound cone. The sound cone of the ultrasonic sensor 2 is widened in this case by the angle a. In industrial ultrasonic sensor technology, highly directional ultrasonic transducers 8 are generally used with radially symmetrical sound cones and with opening angles of the main sound cone of approx. 5° to approx. 20°. They consist of a piezoceramic disk with metallized base surfaces that form the electrodes for connecting the sensor electronics. Furthermore, the ultrasonic transducer 8 consists of a disk made of lightweight plastic that is connected to the piezoceramic disk and that serves to improve the adaptation of the wave impedance of the piezoceramic disk to the wave impedance of the surrounding medium, air. The adaptation layer disk forms the sound radiation surface of the ultrasonic transducer, its geometry essentially determines - together with the geometry of the piezoceramic disk - the radiation characteristics of the ultrasonic transducer. For example, in the case of a highly directional ultrasonic transducer 8 with a

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Schallkeulenöffnungswinkel von 5° durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Umlenkreflektors nach FIG 2 mit einem Knickwinkel von 5° zwischen den Umlenkflächen 4, 5 der wirksame Gesamtöffnungswinkel auf 10° verdoppelt werden. Dadurch vergrößert sich der Ansprechbereich des Ultraschallsensors 2 in Richtung der erfolgten Schallkeulenaufweitung. Durch die Schallumlenkung wird die bei Ultraschallsensoren 2 der beschriebenen Art unvermeidliche Blindzone reduziert. Dies ist vorteilhaft bei beengten Einbaubedingungen, wenn der mögliche Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und der zu detektierenden Leiterplatte klein ist. Der Reflektor 3 kann beispielsweise in kostengünstiger Herstellung aus gebogenem Edelstahlblech bestehen oder in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff geformt sein.For example, with a sound beam opening angle of 5°, the effective total opening angle can be doubled to 10° by using a deflection reflector according to the invention as shown in FIG. 2 with a bend angle of 5° between the deflection surfaces 4, 5. This increases the response range of the ultrasonic sensor 2 in the direction of the sound beam expansion. The sound deflection reduces the blind zone that is unavoidable with ultrasonic sensors 2 of the type described. This is advantageous in cramped installation conditions when the possible distance between the ultrasonic sensor and the circuit board to be detected is small. The reflector 3 can, for example, be made inexpensively from bent stainless steel sheet or be molded from plastic using an injection molding process.

In FIG 3 ist ein Ultraschallsensor 2 mit einem Reflektor 3 dargestellt, der eine zylindrisch gekrümmte Reflexionsfläche mit einem Radius R aufweist. An den bezüglich des einfallenden Ultraschallfeldes unterschiedlich geneigten Flächenelementen dieses Reflektors 3 wird das austretende Ultraschallfeld in der Zeichenblattebene von FIG 3 aufgeweitet und zwar um so stärker, je kleiner der Radius R der Reflexionsfläche ist. Die Aufweitung des Ultraschallfeldes bei dem Reflektor nach FIG 3 ist homogener als bei dem Reflektor 3 nach FIG 2, bei dem es bei großen Winkeln &agr; zu einer Schallfeldlücke mit verringerter Empfindlichkeit zwischen den umgelenkten Schallkeulenhälften kommen kann. Die gekrümmte Reflexionsfläche kann zur Erzielung gewünschter, an die spezielle Anwendung angepasster Ultraschallfeldformen auch aus Flächenanteilen mit mehreren unterschiedlichen Krümmungsradien zusammengesetzt sein. Die Aufweitung des Ultraschallfeldes bedingt eine Reduzierung der Ultraschallamplitude in dem umgelenkten Ultraschallfeld. Diese Amplitudenreduzierung kann durch Ausbildung der reflektierenden Oberfläche als Sattelfläche mit konkaver Krümmung in der Richtung senkrecht zur konvexen zylindrischen Krümmung kompensiert werden. Durch diese konkave Krümmung kommt es zur Fokussierung des Ultraschallfeldes inFIG 3 shows an ultrasonic sensor 2 with a reflector 3 which has a cylindrically curved reflection surface with a radius R. The emerging ultrasonic field is expanded in the plane of the drawing of FIG 3 at the surface elements of this reflector 3 which are inclined at different angles with respect to the incident ultrasonic field, and the smaller the radius R of the reflection surface, the greater the expansion. The expansion of the ultrasonic field in the reflector according to FIG 3 is more homogeneous than in the reflector 3 according to FIG 2, where at large angles α a sound field gap with reduced sensitivity can occur between the deflected sound beam halves. The curved reflection surface can also be composed of surface portions with several different radii of curvature in order to achieve the desired ultrasonic field shapes adapted to the specific application. The expansion of the ultrasonic field causes a reduction in the ultrasonic amplitude in the deflected ultrasonic field. This amplitude reduction can be compensated by designing the reflecting surface as a saddle surface with a concave curvature in the direction perpendicular to the convex cylindrical curvature. This concave curvature focuses the ultrasound field in

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der Richtung senkrecht zur Zeichenblattebene von FIG 3 und damit zu einer Amplitudenvergrößerung des Ultraschallfeldes, die die Amplitudenreduzierung infolge der Aufweitung kompensieren kann.the direction perpendicular to the drawing plane of FIG 3 and thus to an amplitude increase of the ultrasonic field, which can compensate for the amplitude reduction due to the widening.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reflektors 3 zur Aufweitung des Ultraschallfeldes ist in FIG 4 gezeigt. Es weist zwei Reflexionsflächen 6, 7 auf, die um die Strecke &khgr; voneinander in Richtung der Sensormittelachse entfernt liegen. Die obere Schallkeulenhälfte des einfallenden Ultraschallfeldes wird an der bezüglich der Reflexionsflache 6 um die Strecke &khgr; beabstandeten Reflexionsfläche 7 reflektiert, wodurch es zu einer Streckung des Ultraschallfeldes in Richtung von &khgr; kommt.A further embodiment of a reflector 3 for expanding the ultrasonic field is shown in FIG 4. It has two reflection surfaces 6, 7 which are spaced apart from one another by the distance &khgr; in the direction of the sensor center axis. The upper half of the sound beam of the incident ultrasonic field is reflected on the reflection surface 7 which is spaced apart by the distance &khgr; from the reflection surface 6, which causes the ultrasonic field to be expanded in the direction of &khgr;.

Claims

1. Device for detecting the position of a circuit board ( 1 ) with a sensor ( 2 ), characterized in that the sensor is designed as an ultrasonic sensor ( 2 ) with an ultrasonic transducer ( 8 ) and that a reflector ( 3 ) is arranged in the ultrasonic field of the ultrasonic transducer ( 8 ), which expands the ultrasonic field.

2. Device according to claim 1, characterized in that the reflector surface of the reflector ( 3 ) has portions of different orientation or distance to the ultrasonic sensor ( 2 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device is for use in a printed circuit board transport system.