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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen von Bauelementen in einem
Bestückautomaten
sowie einen Bestückautomaten.
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Bei
der automatischen Bestückung
von Substraten mit oberflächenmontierbaren
Bauelementen, den so genannten SMD-Bauelementen, erfolgt die Bereitstellung
der Bauelemente über
verschiedene Arten von Zuführeinrichtungen,
wobei hier jedoch der Bereitstellung von begurteten Bauelementen
eine besondere Bedeutung zukommt. Die Anlieferform im Gurt ist besonders
automatisierungsfreundlich, da die Bauelemente bereits vereinzelt
sind und die Verpackung im Gurt weitgehende Sicherheit gegen Vertauschung
gewährleistet.
In den einzelnen Zuführeinrichtungen
für gegurtete
Bauelemente werden die Gurte mit den Bauelementen von einer Gurtspule
abgespult und dann einer Abholposition für die Bauelemente zugeführt. In
dieser Abholposition werden die Bauelemente dann mit der Saugpipette
eines Bestückkopfes
aufgenommen und sodann in einer vorgegebenen Bestückposition
auf einem Substrat, beispielsweise einer Leiterplatte, positioniert.
Die Abdeckfolien der Gurte, die ein Herausfallen der Bauelemente
aus den Bauelementetaschen verhindern, werden noch vor Erreichen
der Abholposition an einer Folienabzugskante abgezogen.
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Damit
die Bauelemente nach dem Abziehen der Abdeckfolie nicht aus den
Bauelementetaschen herausfallen, ist beispielsweise aus
EP 0 589 276 eine bewegliche
Abdeckung bekannt, die die bereits freigelegten Bauelementetaschen
abdeckt und nur das Bauelement in der Abholposition kurz vor dem Abholen
durch den Bestückkopf
freigibt. Da in den Gurten verschieden große Bauelemente in verschiedenen
Transportrastern verpackt sind, ist es nicht möglich, alle Bauteilgrößen in derselben
Abholposition abzuholen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass immer nur ein
Bauteil ohne Abdeckfolie transportiert wird. Aus diesem Grund gibt
es mehrere Abholpositionen, die manuell vom Bediener eingestellt
werden müssen.
Dadurch ist sichergestellt, dass ein Bauelement während des
Transportierens nicht aus der Tasche geschleudert wird oder kippen
kann, wenn es nicht mehr von der Abdeckfolie des Gurtes abgedeckt
wird.
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Die
Zuführeinheiten
weisen in der Regel ein Stiftrad auf, welches in Perforationen des
Gurtes eingreift, um den Gurt zu transportieren. Aus
DE 102 24 998 ist bekannt, die Position
des Stiftrades mit Hilfe eines Enkoderrads und eines Positionssensors
genau zu bestimmten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zuführen von
Bauelementen in einem Bestückautomaten
sowie einen Bestückautomaten
anzugeben, welches sicherstellt, dass jeweils nur das Bauelement
freiliegt, welches als nächstes
abgeholt wird und dabei ohne manuellen Eingriff eines Bedieners
auskommt .
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem
Bestückautomaten
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Dabei werden vorab in Transportrichtung
der Zuführeinheit
unterschiedlich breite Bauelemente jeweilige Abholpositionen festgelegt,
die Breite der jeweils als nächstes zu
bestückenden
Bauelemente ermittelt und die Zuführeinheit transportiert die
Bauelemente anschließend
automatisch zu der für
diese Breite festgelegten Abholposition. Dadurch können unterschiedlich
breite Bauelemente in unterschiedlich breiten Bauelementetaschen
jeweils so in die Abholposition transportiert werden, dass nur ein
Bauelement, nämlich das
als nächstes
abzuholende, im Gurt freiliegt. Die separat bewegbare Bauelementeabdeckung
wird dadurch eingespart. Ebenfalls wird das Abholen durch den Bestückautomaten
beschleunigt, da die Verfahrzeit der beweglichen Abdeckung nicht
mehr abgewartet werden muss. Durch das automatische Transportieren
der Bauelemente in die für
die Breite festgelegte Abholposition ist eine optische Überprüfung durch
den Bediener des Bestückautomaten
nicht mehr erforderlich. Dadurch sind auch geringe Abstände zwischen
den Abholpositionen möglich,
die vom Bediener optisch nur schwer zu unterscheiden wären. Das
mit einem hohen Zeitaufwand verbundene manuelle Einstellen der Abholposition
durch den Bediener, welches zudem eine nicht zu unterschätzende Fehlerquelle
darstellt, kann entfallen.
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In
vorteilhafter Weise werden gemäß Patentanspruch
2 die Breiten in Breitenbereiche eingeteilt, denen jeweils eine
Abholposition zugeordnet wird. Dadurch sinkt der Rechenaufwand in
dem Bestückautomaten,
der weniger Abholpositionen dynamisch verwalten muss.
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In
der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 3 wird bei
einem Auswechseln der Gurte in der Zuführeinheit die jeweils neue
Abholposition aufgrund der in der Steuereinrichtung vorhandenen
Informationen über
das als nächstes
zu bestückende
Bauelement automatisch ermittelt, die Abholposition bestimmt und
das Bauelement automatisch durch die Zuführeinheit in die neu ermittelte
Abholposition transportiert. Dadurch lässt sich die Zeit beim Wechsel
von Bauelementegurten entscheidend verringern. In einfacher Weise
lässt sich
die Abholposition gemäß Patentanspruch
4 und Patentanspruch 8 dadurch festlegen, dass die Zuführeinheit
ein Stachelrad zum Transport des Gurtes aufweist und dieses Stachelrad
mit einem Enkoderrad zur Positionsbestimmung des Stachelrades versehen
ist.
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Gemäß Patentanspruch
5 und Patentanspruch 9 ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die
Abholpositionen in Abhängigkeit
von der Position der Folienabzugskante der Zuführeinheit bestimmt werden.
Dadurch lässt
sich sicherstellen, dass auch ohne Verwendung einer Bauelementeabdeckung
jeweils nur ein Bauelement ohne Abdeckfolie freigelegt ist. Gemäß Patentanspruch
6 und Patentanspruch 10 ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung
die ermittelte Abholposition auch an den Bestückkopf überträgt, damit dieser die Bauelemente
in der Abholposition abholt. Anhand der Figuren der Zeichnung wird die
Erfindung nun mittels eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Dabei
zeigen
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1 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bestückautomaten,
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2a eine
schematische Draufsicht auf einen Gurt mit Bauteiltaschen in einem
ersten Raster,
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2b eine
Draufsicht auf einen Gurt mit Bauteiltaschen in einem zweiten Raster,
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3a eine
schematische Darstellung des Stiftrades mit einem Gurt mit erstem
Raster,
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3b eine
schematische Darstellung des Stiftrades mit einem Gurt mit zweitem
Raster und
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4 eine
schematische Darstellung des Stiftrades zusammen mit dem Enkoderrad
für die
Positionsbestimmung.
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Nach
den 1 und 2 ist ein bandartiger Gurt 1, 20, 21 mit
seitlichen Transportlöchern 2 und Bauteiltaschen 3 für darin
eingelegte Bauelemente 4 versehen und in eine scheibenartig
flache Zuführeinheit 5 eingesetzt,
die in einer definierten Lage im Verfahrbereich eines Bestückkopfes 6 eines
Bestückautomaten
fixiert ist. Die Zuführeinheit 5 weist
ein schrittweise antreibbares Stiftrad 7 mit peripher abstehenden
Transportstiften 8 auf, die in die Transportlöcher 2 des
Gurtes 1 spielfrei eingreifen. Die Lagebeziehung zwischen
den Bauteiltaschen 3 und den Transportlöchern 2 ist durch
einschlägige
Normen festgelegt.
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Der
Bestückkopf 6 weist
auf seiner dem Gurt 1 zugewandten Unterseite einen Sauggreifer 9 und eine
Abtastoptik 10 in Form einer CCD-Kamera auf, deren Objektiv
von einer Beleuchtung 11 umgeben ist, die das Sichtfeld
der Abtastoptik 10 ausleuch tet. Gesteuert wird der Bestückkopf über eine
Bestückautomaten-Steuereinrichtung 17,
die den gesamten Bestückautomaten 19 steuert,
der weitere, nicht dargestellte bekannte Elemente wie Positionssysteme für den Bestückkopf 6 oder
ein Substrattranssportsystem aufweist.
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Das
Stiftrad 7 ist auf seiner flachen Seite mit einer umlaufenden
Winkelskala 13 auf magnetischer Basis sowie einem Referenzpunkt 23 versehen.
Darauf ist ein stationär
angeordneter Lesekopf 14 mit zwei Sensoren gerichtet. Bei
der Fertigung des Antriebs werden ein Referenzpunkt 23 (siehe 4) und
die Positionsinformationen der Winkelskala 13 vermessen.
Anschließend
werden die Stifte 8 des Stiftrades 7, bezogen
auf die Positionen der Winkelskala 13, vermessen und diese
Beziehung in der Steuereinrichtung 15 abgespeichert. So
kann jeweils ermittelt werden, an welcher Position sich die Transportstifte 8 des
Stiftrades 7 befinden. Aus dem Encodersignal wird dann
die Information für
Drehrichtung, Weglänge
und Geschwindigkeit erzeugt und an die Steuereinrichtung 15 übermittelt.
Die Steuereinrichtung steuert während
der Antriebsschritte einen Antriebsmotor 16 derart, dass
die Bauelemente in einer Abholposition 12 vom Sauggreifer 9 des
Bestückkopfes 6 abgeholt
werden.
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In 2a und 2b sind
Gurte 1 mit Bauteiltaschen 3 in unterschiedlichem
Raster dargestellt. In 2a ist beispielsweise ein sog.
8 mm(8 mm Gurtbreite)-Gurt mit einem 4 mm-Verpackungsraster vergrößert dargestellt,
bei dem die Bauteiltaschen 3 sich immer in der Mitte zwischen
zwei Transportlöchern 2 befinden,
wie es die Gurtnorm für
8 mm breite Gurte festlegt. Bei Gurten mit 2 mm Verpackungsraster
legt die Norm fest, dass die Bauteiltaschen ebenfalls in der Mitte
der Transportlöcher 2 und
auch neben den Transportlöchern 2 vorgesehen
sind, da die Transportlöcher
mit einem Abstand von 4 mm genormt sind. Zukünftig sind auch Gurte mit einem
Verpackungsraster von 1 mm mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung verarbeitbar.
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In
den 3a und 3b ist
schematisch ein Stiftrad 7 zur besseren Darstellung gestreckt
gezeichnet. Die einzelnen Transportstifte 8 weisen dabei
einen Mittelpunktabstand a von 4 mm auf. Ebenfalls dargestellt sind
zwei Gurte 20 und 21, die mit unterschiedlichen
Bauteilrastern ausgestattet sind. Die Gurte 20, 21 sind
dabei zum Schutz der Bauelemente 4 gegen Herausfallen durch
eine Deckfolie 22 geschützt,
die erst kurz vor Erreichen der Abholposition 17 mit Hilfe
der Folienabzugskante 18 und einem nicht dargestellten
Abziehmechanismus vom Bauteilgurt gelöst wird. Der besseren Übersichtlichkeit
wegen ist die Deckfolie 22 nur bis zur Folienabzugskante 18 gezeichnet,
anschließend
wird diese beispielsweise auf Trommeln aufgewickelt oder in Behälter gestopft.
Erfindungsgemäß wird die
Abholposition 17 nun so gewählt, dass jeweils nur eine
einzige Bauteiltasche 3 freiliegt. Die optimalen Abholpositionen 17 für die beiden
Gurte 20 und 21 befinden sich somit an unterschiedlichen
Positionen. Bisher musste ein Bediener beim Gurteinlegen manuell
jeweils die Abholposition 17 bestimmen und eine entsprechende
Information in die Steuereinrichtung 15 der Zuführeinheit 5 eingeben.
Die Steuereinrichtung 15 versorgt auch, beispielsweise über die
in 1 schematisch angedeutete Bestückautomat-Steuereinrichtung 17,
den Bestückkopf 6 mit
den nötigen
Informationen, damit der Sauggreifer 9 die Abholposition 17 richtig
anfahren kann.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass in der Bestückautomat-Steuereinrichtung 17 anhand der
zu bestückenden
Bauelemente 4 die dazugehörige Breite b der Bauelemente 4 vor
dem Bestücken bestimmt
wird. In der Steuereinrichtung 17 sind dafür notwendige
Informationen, wie der zu bestückende Bauteiltyp
und damit auch die Breite b der Bauteile 4 in Transportrichtung
x, die den Gurttyp bestimmt, bekannt. Mit diesen Informationen berechnet
die Steuereinrichtung 17 die optimale Abholposition 12 je nach
zu bestückendem
Bauelement. Dafür
sind vorab in der Steuereinrichtung 17 je unterschiedlichem Bauelement 4 mit
dazugehörigen
Breiten b die entsprechenden Abholpositionen 12 abgespeichert
worden. Die Taschenbreite und das Taschenraster sind vom Hersteller
auf die unterschiedlichen Breiten b der Bauelemente 4 abgestimmt,
damit sich die Bauelemente 4 innerhalb der Bauteiltasche 3 nicht
zu weit bewegen können.
Dadurch lässt
sich aus der bekannten Breite b der Bauelemente 4 auf die
Mitte der Bauteiltasche 3 zurückschließen. Hier macht die Gurtnorm
entsprechende Vorgaben.
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In 4 ist
ebenfalls ein zur besseren Darstellung gestreckt gezeichnetes Stiftrad 7 mit
Transportstiften 8 dargestellt sowie die dazu ortsfest
angeordnete Winkelskala 13 (bspw. als Enkoderrad) und der
Nullimpulsmagnet 23. In bekannter Weise kann der Lesekopf 14 die
Winkelskala 13 zusammen mit dem Nullimpulsmagnet 23 auslesen
und daraus die Position der einzelnen Transportstifte 8 bestimmen. Durch
diese Bestimmung der Position der einzelnen Transportstifte 8 am
Stiftrad 7 lassen sich die unterschiedlichen Abholpositionen
genau anfahren.
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Durch
die Möglichkeit,
eine Abholposition 12 vorab zu bestimmen, die die Zuführeinheit 5 selbständig anfahren
kann, ist eine optische Überprüfung der
Abholposition 12 durch den Bediener nicht mehr erforderlich.
Dadurch sind auch geringe Abstände zwischen
unterschiedlichen Abholpositionen 12 möglich, die vom Bediener optisch
nur schwer zu unterscheiden wären.
Auf diese Weise kann die Anzahl der Abholpositionen erweitert werden,
was eine bessere Anpassung an die Bauteilabmessungen ermöglicht.
Die Bauelemente 4 liegen somit näher an der Folienabzugskante 18,
was das Risiko des „Bauteilspringens" minimiert. Da die
Daten der Bauelemente in der Steuereinrichtung 17 des Bestückautomaten vorhanden
sind, kann der Bestückautomat
vollautomatisch die unterschiedlichen Abholpositionen 12 einstellen.
Dadurch werden Fehler durch ein manuelles Einstellen durch den Bediener
vermieden und der Zeitaufwand für
einen Gurtwechsel wird minimiert.
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- 1
- Gurt
- 2
- Transportloch
- 3
- Bauteiltaschen
- 4
- Bauelemente
- 5
- Zuführeinheit
- 6
- Bestückkopf
- 7
- Stiftrad
- 8
- Transportstift
- 9
- Sauggreifer
- 10
- Abtastoptik
- 12
- Abholposition
- 11
- Beleuchtung
- 13
- Winkelskala
- 14
- Lesekopf
- 15
- Steuereinrichtung
- 16
- Antriebsmotor
- 17
- Bestückautomat-Steuereinrichtung
- 18
- Folienabzugskante
- 19
- Bestückautomat
- 20
- Gurt
mit erstem Raster
- 21
- Gurt
mit zweitem Raster
- 22
- Deckfolie
- 23
- Nullimpulsmagnet
- a
- Mittelpunktabstand
- b
- Breite
der Bauelemente in Transportrichtung
- x
- Transportrichtung