DE112004002120T5

DE112004002120T5 - Bestückungsmaschine mit verbesserter Bauteilplatzierungsprüfung

Info

Publication number: DE112004002120T5
Application number: DE112004002120T
Authority: DE
Inventors: John D. Victoria Gaida
Original assignee: Cyberoptics Corp
Current assignee: Cyberoptics Corp
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-09-28
Also published as: JP2007511092A; US20080013104A1; WO2005046301A3; US20050117797A1; KR20060116817A; WO2005046301A2; US7559134B2

Abstract

Bestückungsmaschine zum Platzieren eines Bauteils auf einem Werkstück, wobei die Maschine aufweist:
einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Halten des Bauteils;
ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück;
eine Bildaufnahmeeinrichtung, die derart angeordnet ist, dass sie mindestens ein Bild einer Platzierungsstelle des Bauteils auf dem Werkstück aufnimmt; und
eine Positionserfassungseinrichtung, die derart angeordnet ist, um ein die Position des Platzierungskopfes bezüglich des Werkstücks anzeigendes Ausgangssignal bereitzustellen;
wobei das Ausgangssignal der Positionserfassungseinrichtung zum Bestimmen des Zeitpunkts mindestens einer Bildaufnahme verwendet wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bestückungsmaschinen werden allgemein zum Herstellen elektronischer Leiterplatten verwendet. Eine unbestückte Leiterplatte wird normalerweise einer Bestückungsmaschine zugeführt, die dann elektronische Bauteile von Bauteilzufuhreinrichtungen aufnimmt und diese Bauteile auf der Leiterplatte platziert. Die Bauteile werden durch Lötpaste oder einen Klebstoff bis zu einem nachfolgenden Schritt, in dem die Lötpaste geschmolzen oder der Klebstoff vollständig ausgehärtet wird, vorübergehend auf der Leiterplatte gehalten.
Der Betrieb einer Bestückungsmaschine stellt eine Herausforderung dar. Weil die Maschinengeschwindigkeit. dem Durchsatz entspricht, werden die hergestellten Leiterplatten umso kostengünstiger sein, je schneller die Bestückungsmaschine läuft. Außerdem ist die Platzierungs- oder Positionierungsgenauigkeit äußerst wichtig. Viele elektrische Bauteile, z.B. Chipkondensatoren und Chipwiderstände, sind relativ klein und müssen an entsprechend kleinen Platzierungsstellen exakt platziert werden. Andere Bauteile weisen, obwohl sie größer sind, eine große Zahl von Anschlüssen oder Leitern auf, die in einem relativ kleinen Abstand voneinander beabstandet sind. Derartige Bauteile müssen ebenfalls exakt platziert werden, um zu gewährleisten, dass jeder Anschluss an einer geeigneten Anschlussfläche angeordnet ist. Daher muss die Maschine nicht nur sehr schnell betreibbar sein, sondern sie muss darüber hinaus auch Bauteile sehr präzise platzieren können.
Um die Qualität der Leiterplattenherstellung zu verbessern, werden im Allgemeinen vollständig oder teilweise be stückte Leiterplatten nach einem Platzierungsvorgang (Platzierungsvorgängen) sowohl vor als auch nach dem Reflow-Lötvorgang geprüft, um Bauteile, die inkorrekt platziert sind oder fehlen, oder jegliche möglichen Fehler zu identifizieren. Automatische Systeme, die einen derartigen Arbeitsschritt (Arbeitsschritte) ausführen, sind sehr nützlich, weil sie dazu beitragen, Bauteilplatzierungsprobleme vor dem Reflow-Lötvorgang zu identifizieren. Dadurch wird eine wesentlich einfachere Überarbeitung und/oder Identifizierung defekter Leiterplatten nach dem Reflow-Lötvorgang ermöglicht, die Kandidaten für eine Überarbeitung sind. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist unter der Handelsbezeichnung Model KS Flex von CyberOptics Corporation, Golden Valley, Minnesota erhältlich. Dieses System kann zum Identifizieren von Problemen, wie beispielsweise Ausrichtungs- und Rotationsfehler; fehlende und umgedrehte Bauteile; Billboard-Defekte, Tombstone-Defekte, Bauteildefekte, inkorrekte Polarität und falsche Bauteile, verwendet werden.
Die Identifizierung von Fehlern vor dem Reflow-Lötvorgang bietet mehrere Vorteile. Die Weiterverarbeitung wird vereinfacht; es wird eine geschlossene prozessgekoppelte Fertigung ermöglicht; und zwischen dem Auftreten und der Beseitigung eines Fehlers werden weniger unfertige Produkte erhalten. Obwohl durch derartige Systeme eine hochgradig zweckmäßige Prüfung ermöglicht wird, ist dafür Fabrikbodenraum sowie Programmierzeit und Wartungsaufwand erforderlich.
Ein relativ neuer Versuch zum Bereitstellen der Vorteile einer Prüfung nach der Bauteilplatzierung innerhalb einer Bestückungsmaschine selbst ist im US-Patent Nr. 6317972 von Asai et al. beschrieben. In diesem Dokument wird ein Verfahren zum Montieren elektrischer Bauteile beschrieben, wobei vor der Bauteilplatzierung ein Bild einer Montagestelle aufgenommen und mit einem Bild der Montagestelle nach der Bauteilplatzierung verglichen wird, um den Platzierungsvorgang auf der Bauteilebene zu prüfen.
Obwohl im Dokument von Asai et al. ein Versuch zum Verwenden einer Prüfung auf Bauteilebene innerhalb der Maschine dargestellt ist, muss noch viel Entwicklungsarbeit geleistet werden. Beispielsweise ist im Dokument von Asai et al. die Aufnahme zweier Bilder, d.h. eines Bildes vor und eines Bildes nach der Bauteilplatzierung, zum exakt gleichen Zeitpunkt während des Platzierungszyklus beschrieben. Obwohl dieses Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Bauteils nach der Platzierung geeignet ist, treten bei diesem Verfahren in der Praxis mehrere Probleme auf. Erstens ist die Bildaufnahme sehr wichtig und erfordert eine präzise Zeitsteuerung, um die Bilder auf geeignete Zeitschlitze auszurichten. Zweitens ist es, auch wenn durch vorgegebene Triggersignale für die Bildaufnahmen ausgerichtete Bilder erhalten werden, manchmal erforderlich, die Triggersignale einzustellen, um die Bildaufnahmezeit bezüglich eines bestimmten Bauteils oder einer bestimmten Stelle auf der Leiterplatte zu optimieren. Außerdem muss in Abhängigkeit von der gewünschten Messung der relative Zeitpunkt der Bildaufnahme gegebenenfalls während des normalen Maschinenzyklus eingestellt werden.
Um die Zuverlässigkeit einer Platzierungsprüfung auf Bauteilebene in einer Bestückungsmaschine zu erhöhen, wäre es vorteilhaft, die Aspekte der Bilderfassungszeitsteuerung zu verbessern, so dass Bilder zu vorgegebenen Zeitpunkten bezüglich des Platzierungszyklus aufgenommen werden können, und zu ermöglichen, dass die Bildaufnahmezeitsteuerung unter Verwendung von Softwarebefehlen on-the-fly änderbar ist. Dadurch könnte für jeden Platzierungsvorgang eine optimale Zeitsteuerung erzielt werden.
Zusätzlich zu dem Aspekt hinsichtlich der Zeitsteuerung der Bestückungsmaschine kann auch der Platzierungszyklus eines Bauteils selbst fehlerhaft sein. Wenn ein Bauteil durch die Bauteilausrichtungkamera nicht geeignet erkannt wird, oder wenn während des Betriebs einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine kein Bauteil auf der Düse angeordnet ist, wird der Platzierungszyklus übersprungen, und das entsprechende Bauteil wird zu einem späteren Zeitpunkt im Platzierungszyklus erneut aufgenommen. Wenn dies der Fall ist, sollte die Platzierungsprüfungsvorrichtung bestimmen, ob das Fehlen des Bauteils nach der Platzierung aufgrund einer geplanten Nicht-Platzierung oder aufgrund eines tatsächlich fehlerhaft platzierten Bauteils verursacht wird.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Verbesserungen bei der durch Bestückungsmaschinen ausgeführten Prüfung auf Bauteilebene bereitgestellt. Diese Verbesserungen umfassen die Verwendung einer Positionserfassungsvorrichtung zum Messen der Position eines Platzierungskopfes bezüglich des Werkstücks, wenn der Platzierungskopf sich während eines Platzierungszyklus zum Werkstück hin und vom Werkstück weg bewegt. Das Ausgangssignal dieses Sensors wird zum selektiven Triggern der Aufnahme der Bilder verwendet, die zum Messen einer Platzierungscharakteristik oder -kenngröße der Bauteilplatzierungsmaschine verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist eine lineare Positionserfassungseinrichtung an der Düse eines Platzierungskopfes angebracht, um die Vertikalposition des Platzierungskopfes zu bestimmen, und das Ausgangssignal der Positionserfassungseinrichtung wird der Bildaufnahmeeinichtung zugeführt, um die Bildaufnahmen zu triggern.
In einer anderen Ausführungsform wird das Steuersignal des Platzierungskopfes zum Bestimmen der Platzierungsposition des Kopfes verwendet, und das Positionssignal wird zum Triggern des Bildaufnahmesystems verwendet.
In einer noch anderen Ausführungsform ist eine Drehpositionserfassungseinrichtung am Antriebsmechanismus einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine angebracht, und die Drehposition der Antriebswelle wird zum Erfassen der korrekten Zeitsteuerung des Bildaufnahmesystems verwendet.
Unter Verwendung des Ausgangssignals dieses Sensors können die Position und der Zeitpunkt der Bildaufnahme während eines normalen Betriebs der Maschine extern von der Maschine und auf einer regulären Basis eingestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform wird in Verbindung mit dem Positionssensor ein Annäherungssensor (Proximity Sensor) verwendet, um zu bestimmen, ob ein Bauteil platziert werden soll, oder ob der Platzierungszyklus einer geplanten Nicht-Platzierung entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer kartesischen Bestückungsmaschine, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
2a zeigt eine schematische Draufsicht einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
2b zeigt eine schematische Vorderansicht einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
3 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines mit der Platzierungsstelle einer Bauteilplatzierungsmaschine ausgerichteten Bildaufnahmesystems;
4a zeigt eine schematische Ansicht einer Leiterplatte vor einer Bauteilplatzierung;
4b zeigt eine schematische Ansicht einer Leiterplatte nach einer Bauteilplatzierung; und
5 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bestückungsmaschine.
Ausführliche Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen kartesischen Bestückungsmaschine 201, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Die Bestückungsmaschine 201 empfängt ein Werkstück, z.B. eine Leiterplatte 203, über ein Transportsystem oder ein Förderband 202. Ein Platzierungskopf 206 erhält dann ein oder mehrere auf dem Werkstück 203 zu montierende elektrische Bauteile von (nicht dargestellten) Bauteilzufuhreinrichtungen und führt eine Relativbewegung bezüglich des Werkstücks in der x-, y- und z-Richtung aus, um das Bauteil mit der geeigneten Ausrichtung an der geeigneten Stelle auf dem Werkstück 203 zu platzieren. Die Relativbewegung kann durch Bewegen des Platzierungskopfes, Bewegen des Werkstücks oder eine Kombination dieser Bewegungen erzeugt werden. Der Platzierungskopf 206 kann einen Ausrichtungssensor 200 aufweisen, der sich unter durch Düsen 210 gehaltene Bauteile bewegen kann, wenn der Platzierungskopf 206 das Bauteil(e) von Aufnahmepositionen zu Platzierungsstellen bewegt. Der Sensor 200 ermöglicht es einer Platzierungsmaschine 201, die Unteransichten von durch die Düsen 210 gehaltenen Bauteilen zu betrachten, so dass die Bauteilausrichtung und in gewissem Grad auch eine Bauteilprüfung ausgeführt werden können, während das Bauteil von der Bauteilaufnahmeposition zur Platzierungsstelle bewegt wird. Andere Bestückungsmaschinen können einen Platzierungskopf verwenden, der sich über eine stationäre Kamera bewegt, um das Bauteil abzubilden. Der Platzierungskopf 206 kann außerdem eine nach unten blickende Kamera 209 aufweisen, die im Allgemeinen zum Lokalisieren von Vergleichsmarkierungen auf dem Werkstück 203 verwendet wird, so dass die Relativposition des Platzierungskopfes 206 bezüglich des Werkstücks 203 leicht berechnet werden kann.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen Revolverkopf-Bestückungsmaschine 10, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Für die Revolverkopf-Bestückungsmaschine 10 wird das Werkstück 203 über eine Transporteinrichtung auf einen (nicht dargestellten) x-y-Tisch geladen. Platzierungsdüsen 210 sind am Hauptrevolverkopf 20 montiert und in regelmäßigen Winkelabständen um den sich drehenden Revolverkopf angeordnet. Während jedes Bestückungszyklus bewegt sich der Revolverkopf um einen dem Winkelabstand zwischen benachbarten Platzierungsdüsen 210 entsprechenden Winkelabstand schrittweise weiter. Nachdem der Revolverkopf sich in Position gedreht hat und das Werkstück 203 durch den x-y-Tisch positioniert ist, empfängt eine Platzierungsdüse 210 ein Bauteil 104 von einer Bauteilzufuhreinrichtung 14 an einem vordefinierten Aufnah mepunkt 16. Während des gleichen Intervalls platziert eine andere Düse 210 ein anderes Bauteil 104 an einer vorprogrammierten Platzierungsstelle 106 auf dem Werkstück 203. Außerdem erfasst eine nach oben blickende Kamera 30, während der Revolverkopf 20 für den Bestückungsvorgang pausiert, ein Bild eines anderen Bauteils 104, wodurch Ausrichtungsinformation für dieses Bauteil bereitgestellt wird. Diese Ausrichtungsinformation wird durch die Bestückungsmaschine 10 verwendet, um das Werkstück 203 zu positionieren, wenn die entsprechende Platzierungsdüse mehrere Schritte später positioniert wird, um das Bauteil zu platzieren. Nach Abschluss des Bestückungszyklus bewegt sich der Revolverkopf 20 zur nächsten Winkelposition, und das Werkstück 203 wird in der x-y-Richtung umpositioniert, um die Platzierungsstelle zu einer der Platzierungsstelle 106 entsprechenden Position zu bewegen.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Platzierungskopfes gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Bildaufnahmeeinrichtung 100, die dazu geeignet ist, Bilder der Platzierungsstelle 106 des Bauteils 104 aufzunehmen, bevor und nachdem das Bauteil 104 durch die Düse 210 an der Stelle 106 angeordnet wurde. Die Einrichtung 100 nimmt Bilder der Platzierungsstelle 106 auf dem Werkstück 203 vor der Platzierung des Bauteils 104, wie in 4a dargestellt ist, und dann kurz danach auf, wie in 4b dargestellt ist. Ein Vergleich dieser vor und nach der Platzierung aufgenommenen Bilder ermöglicht eine Platzierungsprüfung und -verifizierung auf Bauteilebene. Weil die Aufnahme der Bilder der Platzierungsstelle im Allgemeinen ausgeführt wird, wenn die Düse, z.B. die Düse 210, das Bauteil 104 über der Platzierungsstelle hält, ist es, um die Platzierungsstelle 106 geeignet aufnehmen zu können, wichtig, Störungen vom Bauteil selbst oder von benachbarten Bauteilen, die möglicherweise bereits auf dem Werkstück montiert sind, zu minimieren oder zu reduzieren. Daher ist es bevorzugt, wenn die Einrichtung 100 eine optische Achse verwendet, die Ansichten ermöglicht, die bezüglich der Ebene des Werkstücks 203 unter einem Winkel θ geneigt sind. Außerdem muss das Bildaufnahmeintervall präzise zeitgesteuert werden, so dass das Werkstück 203 und die Platzierungsdüse 210 relativ zueinander ausgerichtet sind und das Bauteil ausreichend hoch über dem Werkstück 203 angeordnet ist, um das Werkstück 203 von den Kamerawinkeln betrachten zu können. Nachdem das Bauteil 104 platziert ist, sollte das zweite Bild geeignet zeitgesteuert werden, um ein Bild aufzunehmen, nachdem die Düse 210 sich ausreichend zurückgezogen hat, um eine Sicht auf das platzierte Bautel 104 zu ermöglichen, und bevor das Werkstück 203 begonnen hat, sich zur nächsten Platzierungsstelle zu bewegen.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Allgemeinen zwei oder mehr aufeinanderfolgende Bilder der vorgesehenen Platzierungsstelle (d.h. vor und nach der Bauteilplatzierung) aufgenommen. Weil die Platzierung relativ schnell erfolgt, und weil eine Verlangsamung des Maschinendurchsatzes äußerst unerwünscht ist, ist es manchmal erforderlich, zwei aufeinanderfolgende Bilder sehr schnell aufzunehmen, weil eine Unterbrechung der Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und der Leiterplatte sehr rasch erfolgt. Beispielsweise kann es notwendig sein, zwei Bilder innerhalb einer Zeitdauer von etwa 10 ms aufzunehmen.
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann eine schnelle Aufnahme mehrerer aufeinanderfolgender Bilder auf verschiedene Weisen erfolgen. Eine Weise besteht in der Verwendung herkömmlich erhältlicher CCD-Vorrichtungen und deren Betrieb auf eine nicht standardmäßige Weise zum Aufnehmen von Bildern mit einer Geschwindigkeit, die höher ist als die Geschwindigkeit zum Auslesen der Bilddaten von der Vorrichtung. Weitere Details bezüglich dieser Bildaufnahmetechnik können im US-Patent Nr. 6549647 gefunden werden. Eine noch andere Weise zum schnellen Aufnehmen mehrerer aufeinanderfolgender Bilder besteht in der Verwendung mehrerer CCD-Arrays, die derart angeordnet sind, dass die vorgesehene Platzierungsstelle durch eine gemeinsame Optik betrachtet wird.
Damit ein Vision System Bilder der Platzierung elektronischer Bausteine auf dem Werkstück 203 aufnehmen kann, sollte das Vision System das Werkstück 203 vor und nach dem Platzierungsereignis abbilden. Die Signale zum Triggern der Bildaufnahme vor und nach dem Platzierungsereignis können durch die die Bauteile platzierende Maschine bereitgestellt werden. Diese Signale sind für jede Platzierung bezüglich des Platzierungszeitpunkts stabil und reproduzierbar.
5 zeigt eine schematische Ansicht einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für die Revolverkopf-Bestückungsmaschine 10 können diese Triggersignale durch Anbringen eines Drehcodierers 230 auf einer in der Maschine vorhandenen Welle 220 bereitgestellt werden, die sich pro Platzierungsvorgang über 360° dreht. Daher besteht der Codierer 230 in dieser Ausführungsform aus einer an der Drehwelle 220 angebrachten mechanischen Scheibe 231 mit Schlitzen 236 an ihrem Außenumfang. Zwei optische Sensoren 234, 235 sind an einem stationären Abschnitt der Maschine 10 angebracht, um Schlitze 236 in der Scheibe 231 zu erfassen. Gemäß der Größe und der Anzahl der Schlitze 236 in der Scheibe 231 sowie der Position der optischen Sensoren 234, 235 werden vorzugsweise zwei Rechtecksignale erzeugt, deren Phasen um 90° voneinander verschoben sind. Dadurch kann das Vision System 240 die Position und die Richtung der Drehbewegung der Welle 220 durch eine Quadratur-Decodierung 245 der Ausgangssignale der optischen Sensoren 234, 235 bestimmen. Ein Zähler 241 wird verwendet, um die Position der Welle 220 im Vision System 240 zu verfolgen. Weil die beiden Trigger typischerweise wenige zehn Grad voneinander beabstandet sind, muss die Scheibe 231 sich nicht über volle 360° erstrecken, sondern könnte kreissegmentförmig ausgebildet sein, wobei der Winkel, über den das Kreissegement sich erstreckt, Zustände vor und nach der Bauteilplatzierung abdeckt. Ein dritter Sensor 233, der optisch derart ausgerichtet ist, dass er die vordere oder hintere Kante des Kreissegments und keine Schlitze 236 erfasst, kann als Index-Signal verwendet werden, durch das der Positionszähler 241 einmal pro Umdrehung zurückgesetzt wird. Ein Vorteil der kreissegmentförmigen Codiererscheibe besteht darin, dass sie im Vergleich zu einer sich über volle 360° erstreckenden Scheibe, die in zwei Teilen hergestellt werden muss, damit sie auf der vorhandenen Welle 220 montiert werden kann, leichter herstellbar und installierbar ist.
Wenn die Welle 220 sich während des Betriebs dreht, blockiert der massive Abschnitt des kreissegmentförmigen Codierers 231 den optischen Indexsensor 233, und die Kantenerfassungslogik 246 veranlasst, dass der Positionszähler 241 zurückgesetzt wird. Wenn die Welle 220 sich weiter dreht, inkrementieren die optischen Quadratur-Sensoren 234, 235 den Positionszähler 241. Die Auflösung der Codiererposition beträgt vier Zählwerte je Schlitz 236 in der Scheibe 231.
Das Vision-System 240 wird mit den Wellen-Sollpositionen 242, 243 programmiert, die die Position des Platzierungszyklus darstellen, in denen die Bilder vor und nach der Bauteilplatzierung getriggert werden sollen. Wenn der Zählwert des Positionszählers 241 den programmierten Positionen 242, 243 des vor oder nach der Bauteilplatzierung aufzunehmenden Bildes entspricht, erkennt das Vision System 240 dieses Ereignis unter Verwendung einer Vergleicherschaltung 244 und nimmt das Bild auf. Die Triggerpositionen können unter Verwendung einer Softwareschnittstelle eingestellt werden, wodurch das Erfordernis für eine mechanische Einstellung der Codiererscheibe 231, nachdem sie auf der Welle 220 montiert ist, eliminiert wird. Wenn ein gewisses Positionsspiel oder eine Positionstoleranz zwischen der Welle 220 und dem Platzierungsrevolverkopf 20 vorhanden ist, kann der Winkel des Kreissegments um diese Toleranz größer gemacht werden, um zu gewährleisten, dass die Position von Interesse innerhalb des Kreissegmentwinkels enthalten ist, ohne dass mechanische Einstellungen erforderlich sind. Außerdem können für verschiedene Bauteilgrößen innerhalb eines Platzierungszyklus verschiedene optimale Triggerpunkte zum Aufnehmen der Bilder vorhanden sein. Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können die Trig gerpunkte zwischen Platzierungszyklen geändert werden, um die Triggerpunkte für jedes Bauteil zu optimieren.
Für kartesische Bestückungsmaschinen 201 weist jede Düse 210 typischerweise einen integrierten Codierer 213 auf, der dazu geeignet ist, die z-Position der Platzierungsdüse zu bestimmen. In diesen Fällen wird das Ausgangssignal des Codierers 213 als Eingangssignal des Vision-Systems 240 verwendet. Zum Steuern der z-Bewegung der Platzierungsdüse 210 sind die Codierer 213 entweder Drehcodierer, die dazu geeignet sind, die Position der Antriebswelle zu messen, oder lineare Codierer, die dazu geeignet sind, die Vertikalposition der Platzierungsdüse 210 zu messen. Weil die Platzierungsdüse in einer kartesischen Maschine sich während eines Platzierungszyklus in beide Richtungen bewegt, muss der Vergleicher außerdem bestimmen, in welche Richtung sich die Düse 210 bewegt, um zwischen dem Bildaufnahmezeitpunkt vor der Bauteilplatzierung, der während der Anfangs-Abwärtshubbewegung der Düse auftritt, und dem Bildaufnahmezeitpunkt nach der Bauteilplatzierung zu unterscheiden, der während der Aufwärtshubbewegung der Düse auftritt. Mit Ausnahme des zusätzlichen Richtungssignals ist die Zeitsteuerung des Vision-Systems 240 mit derjenigen der vorstehend beschriebenen Revolverkopfmaschine identisch.
Um die Leistungsfähigkeit des Vision-Systems 240 weiter zu verbessern, ist es wünschenswert, die Bilder vor und nach der Bauteilplatzierung zu identifizieren, bei denen die Bestückungsmaschine 10 nicht aktiv eine Bauteilplatzierung versucht. Diese Situation tritt typischerweise auf, wenn eine Bauteilausrichtungskamera 30 erkennt, dass auf der Platzierungsdüse 210 kein Bauteil vorhanden oder ein falsches Bauteil angeordnet ist. In diesem Fall drehen sich der Revolverkopf 20 und die Welle 220 weiter, es befindet sich jedoch kein zu platzierendes Bauteil auf der Düse 210, oder das Bauteil ist von einem falschen Typ. Wenn die Düse 210 die Platzierungsposition 106 erreicht, bewegt die Maschine 10 die Düse 210 nicht nach unten zum Werkstück 203 hin, um eine Bauteilplatzierung zu versuchen. Wenn diese Nicht- Platzierung durch das Vision System 240 nicht erkannt würde, würde das Vision-System 240 eine Platzierungsfehlermeldung ausgeben, wenn die Nicht-Platzierung kein tatsächlicher Fehler war. Dieser Zustand ist als "false-negative-Fehler" bekannt. Durch Montieren eines retroreflektiven optischen Sensors 300 an einem feststehenden Abschnitt der Bestückungsmaschine, wobei der Sensor derart angeordnet ist, dass er auf ein mechanisches Merkmal der Platzierungsdüse 210 fokussiert ist, kann das Vision System 240 erkennen, ob die Düse 210 sich nicht nach unten bewegt hat, um ein Bauteil zu platzieren. Wenn die Düse 210 sich nach unten bewegt, um ein Bauteil zu platzieren, erfasst der retroreflektive Sensor 300 diese Endbewegung und überträgt ein Bauteilgültigkeitssignal an das Vision System 240. Ein negatives Bauteilgültigkeitssignal vom Sensor 300 zeigt dem Vision System 240 an, dass der nächste Platzierungszyklus ignoriert werden kann.
Es stehen mehrere Verfahren zur Verfügung, die entwickelt werden können, um ein Platzierungsgültigkeitssignal zu erhalten. Diese Verfahren umfassen z.B. das Anbringen eines Flügels an der Düse und das Erfassen der Position des Flügels unter Verwendung eines optischen Unterbrechungssensors; das elektrische Erfassen des Bauteilgültigkeitssignals, das zum Steuern der Operation der Kopfbewegung verwendet wird; das Erfassen der Betätigung des Mechanismus, der zum Antreiben der Düse in der Vertikalbewegung zum Werkstück hin verwendet wird; und das Überwachen des durch das Bauteilausrichtungs-Vision-System erzeugten Bauteilgültigkeitssignals.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute ersichtlich, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen in den Ausführungsformen und im Detail vorgenommen werden können.
Zusammenfassung
Bestückungsmaschine mit verbesserter Bauteilplatzierungsprüfung
Durch die vorliegende Erfindung werden Verbesserungen einer durch Bestückungsmaschinen (10, 201) ausgeführten Prüfung auf Komponentenebene bereitgestellt. Derartige Verbesserungen beinhalten die Verwendung einer Positionserfassungseinrichtung (230) zum Messen der Position eines Platzierungskopfes (206) bezüglich eines Werkstücks (203), wenn der Platzierungskopf (206) sich während eines Platzierungszyklus zum Werkstück (203) hin oder vom Werkstück weg bewegt. Das Ausgangssignal des Sensors (230) wird zum selektiven Triggern der Aufnahme von Bildern verwendet, die zum Messen einer Platzierungscharakteristik der Bestückungsmaschine (10, 201) verwendet werden. (5)

Claims

Bestückungsmaschine zum Platzieren eines Bauteils auf einem Werkstück, wobei die Maschine aufweist: einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Halten des Bauteils; ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück; eine Bildaufnahmeeinrichtung, die derart angeordnet ist, dass sie mindestens ein Bild einer Platzierungsstelle des Bauteils auf dem Werkstück aufnimmt; und eine Positionserfassungseinrichtung, die derart angeordnet ist, um ein die Position des Platzierungskopfes bezüglich des Werkstücks anzeigendes Ausgangssignal bereitzustellen; wobei das Ausgangssignal der Positionserfassungseinrichtung zum Bestimmen des Zeitpunkts mindestens einer Bildaufnahme verwendet wird.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bestückungsmaschine eine Revolverkopf-Bestückungsmaschine ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Bestückungsmaschine eine kartesische Bestückungsmaschine ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Positionserfassungseinrichtung ein linearer Codierer ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Positionserfassungseinrichtung ein Drehcodierer ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 5, wobei der Drehcodierer halbkreisförmig ausgebildet ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 5, wobei der Drehcodierer einen Indexsensor aufweist.
Bildaufnahmesystem zur Verwendung in einer Bestückungsmaschine, wobei das System aufweist: eine Abbildungseinrichtung zum Aufnehmen eines Bildes einer vorgesehenen Bauteilplatzierungsstelle auf einem Werkstück; und eine Positionserfassungseinrichtung, die derart angeordnet ist, um ein Ausgangssignal bereitzustellen, das eine Position eines Platzierungskopfes in der Bestückungsmaschine anzeigt; wobei der Bildaufnahmezeitpunkt der Abbildungseinrichtung durch das Ausgangssignal der Positionserfassungseinrichtung bestimmt ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Bestückungsmaschine eine Revolverkopf-Bestückungsmaschine ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Bestückungsmaschine eine kartesische Bestückungsmaschine ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Positionserfassungseinrichtung ein linearer Codierer ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Positionserfassungseinrichtung ein Drehcodierer ist.
System nach Anspruch 8, wobei der Drehcodierer halbkreisförmig ausgebildet ist.
Bestückungsmaschine zum Platzieren eines Bauteils auf einem Werkstück, wobei die Maschine aufweist: einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Halten des Bauteils; ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück; eine Bildaufnahmeeinrichtung, die derart angeordnet ist, um ein Bild einer Platzierungsstelle des Bauteils aufzunehmen; und einen Sensor, der derart angeordnet ist, um durch Bestimmen der Position des Platzierungskopfes einen gültigen Platzierungszyklus zu erfassen; wobei das Sensorausgangssignal durch die Bildaufnahmeeinrichtung dazu verwendet wird, ein Bild der Platzierungsstelle nur während eines gültigen Platzierungszyklus aufzunehmen.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 14, wobei der Sensor ein Annäherungssensor ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 15, wobei der Annäherungssensor ein optischer Sensor ist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 14, wobei der Annäherungssensor ein Hall-Effekt-Sensor ist.
Verfahren zum Erfassen einer geeigneten Platzierung eines Bauteils in einer Bestückungsmaschine, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassen einer Position eines Bestückungskopfes der Bestückungsmaschine; Triggern mindestens einer Bildaufnahme basierend auf der Position des Platzierungskopfes; und Verarbeiten des mindestens einen Bildes zum Bestimmen mindestens eines Zustands der Bauteilplatzierung.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit den Schritten: Erfassen eines Platzierungsgültigkeitssignals; und Verarbeiten des Zustands der Bauteilplatzierung nur dann, wenn das Bauteilgültigkeitssignal positiv ist.