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Die Erfindung bezieht sich auf einen Bestückungsautomaten für
Bauelemente mit einem Rahmen, einem Roboter, einem Transportsystem zum
Transportieren von Trägern, einem Bestückungskopf zum Bestücken eines Trägers mit
Bauelementen, wobei dieser Bestückungskopf an einem Arm eines Roboters befestigt ist,
einer Bildaufnahmeanordnung zum Detektieren von Merkzeichen eines Trägers,
wobei diese Bildaufnahmeanordnung ebenfalls an dem genannten Arm des Roboters
befestigt ist, und einer Bauelementbildaufnahmeanordnung.
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Ein derartiger Bestückungsautomat ist aus US-A-5.084.959 bekannt.
Bein diesem Automaten ist die Bauelementbildaufnahmeanordnung am Rahmen des
Automaten befestigt. Beim Platzieren eines Bauelementes ist es erforderlich, dass der
Träger derart gegenüber der Bauelementbildaufnahmeanordnung liegt, dass wenn die
Bildaufnahmeanordnung für den Träger sich unmittelbar über der gewünschten
Platzierungslage befindet, das Bauelement sich innerhalb des Gesichtfeldes der
Bauelementbildaufnahmeanordnung befindet. Der Nachteil dieses Automaten ist, dass die
relative Platzierung zwischen der Lage der Bauelementbildaufnahmeanordnung und
der Bauelementplatzierungslage genau bekannt sein soll. Die
Bauelementbildaufnahmeanordnung erfordert ein relativ breites Gesichtsfeld. Dies verringert die Genauigkeit
der Lagendefinitionsinformation, die von der Bauelementbildaufnahmeanordnung
erhältlich ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass auf diese Weise nur ein beschränkter Typ
von Bauelementen angebracht werden kann. Nur dann, wenn jedes Bauelement einer
Anzahl Bauelemente angebracht werden soll, beschreibt dieses Dokument, dass eine
X-Y-Tabelle für den träger erforderlich ist.
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Ein anderer Bestückungsautomat, der vor einigen Jahren bei Philips
unter der Beziechnung FCM (Fast Component Mounter) hergestellt und in der
Broschüre " FAST COMPONENT MOUNTER" von "Philips Electronic Manufacturing
Technology" vom Juli 1995 beschrieben worden ist, ist in Fig. 1 schematisch
dargestellt. Das Bezugszeichen 1 bezieht sich auf eine gestrichelte Linie, die den Rahmen
des Automaten angibt. Auf dem Rahmen 1 befindet sich ein Transportsystem, von
dem nur die Schienen 2 abgegeben sind, für den Transport von Printplatten 3. Über
den Transportschienen befindet sich eine Bestückungseinheit 4, gebildet aus einem U-
förmigen Rahmen 5, an dem ein X-Y-Roboter 6 befestigt ist. Die X-Y-Verlagerung
des Roboters 6 ist durch Pfeile angegeben. Ein Bestückungskopf 8, mit dem
Bauelemente auf dem Träger platziert werden können, ist an einem Arm 7 des Roboters
befestigt. An dem Arm 7 ist ebenfalls eine Bauelementbildaufnahmeanordnung 9
befestigt. Die genaue Lage eines von dem Bestückungskopf aufgenommenen
Bauelementes kann dadurch genau bestimmt werden, so dass eine Korrektur für eine genaue
Platzierung des Bauelementes durchgeführt werden kann. In einem Bildprozessor 10 der
Bestückungseinheit findet Datenverarbeitung statt. Der Bestückungsautomat ist
weiterhin mit einem sog. "Board Vision Module", gebildet durch einen zweiten X-Y-
Roboter 11 versehen, an dem eine Bilderzeugungsanordnung 12 für einen Träger
vorgesehen ist. Diese Bilderzeugungsanordnung 12 dient dazu, die genaue Stelle auf dem
Träger, an der das Bauelement platziert werden soll, zu ermitteln. Die Daten werden
einem Bildprozessor 13 zugeführt, in dem Korrekturen durchgeführt werden können.
An die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit des Trägertransportes und an den
Träger selbst werden bei solchen Maschinen sehr hohe Anforderungen gestellt. Ein
zusätzlicher Genauigkeitsverlust für die Bilderzeugungsanordnung 12 des Trägers wird
durch den Roboter 11 verursacht. Ein weiteres Problem ist, dass von abweichenden
Bauelementen kein Bild geformt werden kann, weil die Abmessungen oder die Form
solcher Bauelemente sich nicht dazu eignen, mit einer solchen
Bauelementbildaufnahmeanordnung, wie der Anordnung 9, davon Bilder zu machen.
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Aus dem Obenstehenden lässt sich darlegen, dass die eine
Bilderzugungsanordnung sich auf dem sich verlagernden Roboter befindet und die andere sich
entweder auf einem zweiten, sich unabhängig von dem ersten verlagernden Roboter,
befindet oder, wie die Bauelementbildaufnahmeanordnung, auf dem
Maschinenrahmen befestigt ist. In beiden Fällen ist die relative Lage sehr abhängig von den sich
verlagernden Teilen.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Bestückungsautomaten zu schaffen, der einen hohen Platzierungsgenauigkeitsgrad für eine
große Skala von Bauelementen hat.
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Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass die
Bauelementbildaufnahmeanordnung an dem genannten Arm des Roboters befestigt ist, wobei der
genannte Automat weiterhin mit einem optischen Ablenksystem versehen ist um ein
Bild von einem abweichenden Bauelement zu machen, und zwar mit Hilfe der
Bildaufnahmeanordnung für den Träger.
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Da die beiden Bildaufnahmeanordnungen nun auf demselben Arm des Roboters
befestigt sind, gibt es eine feste Beziehung zwischen dem Messsystem für das Bauelement
und dem für den Träger, weil die Bildaufnahmeanordnungen eine feste Beziehung
zueinander haben und nicht länger von sich verlagernden Teilen abhängig sind. Die
Eichung des Bestückungskopfes gegenüber dem Messsystem ist viel einfacher
geworden, weil keine Schnittstelle mehr erforderlich ist. Abweichungen infolge thermischer
Effekte sind viel kleiner. Obenstehendes führt zu einer größeren Genauigkeit der
Platzierung von Bauelementen. Außerdem kann der Bestückungsautomat gedrängter und
preisgünstiger gebaut werden, weil kein einzelner Roboter für die
Bildaufnaheanordnung für den Träger mehr erforderlich ist. Das optische Ablenksystem ermöglicht es,
auch abweichende Bauelemente anzubringen. Das Bild eines solchen abweichenden
Bauelementes wird dann mit Hilfe der Bildaufnahmeanordnung für den Träger
gemacht. Weiterhin können die Daten der beiden Bildaufnahmeanordnungen über eine
einfache Koaxverbindung dem Bildprozessor zugeführt werden.
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Vorzugsweise ist die Bauelementbildaufnahmeanordnung ein
Laserausrichtsystem. Ein derartiges System eignet sich durchaus zum Platzieren kleiner
Bauelemente (SMDs). Ein Laserausrichtsystem ist von gedrängter Konstruktion. So dass
eine gute Integration mit einer Bildaufnahmeanordnung für den träger möglich ist. Die
Wirkungsweise eines Laserausrichtsystems ist beispielsweise in US-A-5,278,634
beschrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 2 ein Bestückungsautomat nach der Erfindung,
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Fig. 3 eine integrierte Einheit aus Bestückungskopf und den beiden
Bildaufnahmeanordnungen, und
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Fig. 4 ein Bestückungsautomat nach Fig. 2, jedoch weiterhin noch
versehen mit einem Linsensystem zum Detektieren abweichender Bauelemente.
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Auf einem Rahmen 21 des Bestückungsautomaten befindet sich ein
Transportsystem, von dem nur die Transportschienen 22 angegeben sind, zum
Transportieren von Trägern, beispielsweise Printplatten 23. Über den Transportschienen
befindet sich eine Bestückungseinheit 24, die durch einen U-förmigen Rahmen 25
gebildet wird, an dem ein X-Y-Roboter 26 befestigt ist. Die X-Y-Verlagerung des
Roboters 26 ist durch Pfeile angegeben. Auf einem Arm 27 des Roboters ist ein
Bestückungskopf 28 befestigt. Der Bestückungskopf hat eine Saugdüse 29, mit der
Bauelemente aus einem Zubringer aufgegriffen und auf den Träger platziert werden können.
Auf dem Arm 27 ist zugleich eine Bauelementbildaufnahmeanordnung 30 befestigt.
Beim Transport eines Bauelementes zu dessen gewünschtem Platz auf dem Träger
wird das Bauelement in das Bildfeld der Bildaufnahmeanordnung 30 gebracht,
wonach die Lage des Bauelementes in der X-, der Y- und der φ-Richtung (φ =
Winkelverdrehung um die Z-Achse) bestimmt wird. Die Daten werden
einem Bildprozessor 31 zugeführt, wo sie mit den in dem Prozessor
gespeicherten Daten eines modellierten Bildes vergleichen werden. Die
Abweichungen werden berechnet und beim Platzieren des
Bauelementes auf dem Träger werden diese Abweichungen berücksichtigt.
Dies alles geschieht von dem Zeitpunkt, wo ein Bauelement
aufgegriffen wird bis zu dem Zeitpunkt der Platzierung des Bauelementes auf
dem Träger, die sog. "in flight"-Kontrolle der Bauelemente. Als
Bildaufnahmeanordnung wird vorzugsweise eine Laserausrichtanordnung
verwendet. Eine derartige Anordnung kann gedrängt ausgebildet
werden und eignet sich durchaus zum Machen von Bildaufnahmen von
kleinen Bauelementen (SMDs). Der Bestückungsautomat kann mit
einer Anzahl Bestückungseinheiten 24 versehen sein zum Platzieren
unterschiedlicher Bauelemente, wie durch gestrichelte Linien
angegeben ist. Jeder Bestückungseinheit ist dann mit einem X-Y-Roboter,
einem Bestückungskopf, einer Bildaufnahmeanordnung und einem
Bildprozessor versehen. Statt eines X-Y-Roboters kann auch ein r,φ-
Roboter verwendet werden.
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Auf dem Arm 27 des Roboters 26 ist eine
Bildaufnahmeanordnung 32 für den Träger befestigt. Zum genauen Platzieren eines
Bauelementes auf dem Träger ist es auch notwendig, dass die genaue
Position der Stelle, wo das Bauelement platziert werden soll, bekannt
ist. Dies geschieht dadurch, dass eine Bildaufnahme von bestimmten
Merkzeichen 33 gemacht wird, die sich auf dem Träger befinden. Die
relative Lage der Stelle, wo das Bauelement auf dem Träger gelangen
soll, gegenüber den Merkzeichen ist vorher bekannt. Die Daten der
Bildaufnahme über die Position der Merkzeichen werden dem
Bildprozessor 31 zugeführt, wo sie mit den in dem Prozessor gespeicherten
Daten verglichen werden und wobei Abweichungen berechnet werden.
Zusammen mit den Daten über die Lage des Bauelementes ist es nun
möglich, den Bestückungskopf genau in die gewünschte Lage auf dem
Träger zu steuern. Dadurch, dass nun der Bestückungskopf und die
beiden Bildaufnahmeanordnungen auf ein und demselben Arm
angeordnet sind, liegt die Beziehung zwischen diesen Bauelementen
eindeutig fest, wodurch eine sehr hohe Bestückungsgenauigkeit erzielt
wird.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, bilden der Bestückungskopf 8
und die beiden Bildaufnahmeanordnungen 30, 32 eine gedrängte
Einheit. Die Bildaufnahmeanordnungen sind in einem einzigen
Gehäuseteil 34 untergebracht. Die Einheit kann vollkommen separat von den
übrigen Maschinenteilen hergestellt und getestet werden und danach
an einem Arm des Roboters angeordnet werden.
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In Fig. 4 ist in dem Bestückungsautomaten noch ein
optisches Ablenksystem 35 dargestellt. Dieses System kann beispielsweise
aus zwei Spiegeln 36, 37 bestehen, zwischen denen sich eine Linse 38
befindet. In Fig. 4 ist das System mit dem Maschinenrahmen fest
verbunden und dient dazu, mit der Bildaufnahmeanordnung 32 für den
Träger eine Bildaufnahme von einem abweichenden Bauelement zu
machen. Von einem abweichenden Bauelement kann mit einem
Laser
ausrichtsystem meistens keine Bildaufnahme gemacht werden. Der
Roboter 26 mit der Bestückungs- und Detektionseinheit wird derart
über das optische System 35 gebracht, dass mit der
Bildaufnahmeanordnung 32 über das optische System ein Bild von dem von der
Saugdüse 29 festgehaltenen Bauelement gemacht werden kann. Ein
derartiges optisches System kann jedoch auch mit dem Roboter
verbunden werden, wobei das System gegenüber dem Roboter dann
verlagerbar sein soll, damit andere Messungen möglich sind. Die Spiegel
können beispielsweise durch zwei reflektierende Flächen eines Prismas
gebildet werden. Die Linse 38 dient zur Anpassung des Bildfeldes und
zum einwandfreien Einstellen des Fokussierungsabstandes.