<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het plaatsen van een object op een gewenste plaats op een drager alsmede inrichting geschikt voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze en object geschikt voor toepassing van een dergelijke werkwijze
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het plaatsen van een object op een gewenste positie op een drager met behulp van een het object dragende manipulator, waarbij met behulp van een beeldopname-inrichting een beeld wordt gemaakt van een referentie-element en het object, waaruit vervolgens de positie van het object ten opzichte van het referentie-element wordt bepaald.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. De uitvinding heeft verder betrekking op een object geschikt voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. e Een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort en een inrichting voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze zijn bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP-A1 0514975. Bij deze bekende werkwijze wordt uit een beeld van een referentieorgaan en een component, de positie van de component ten opzichte van het referentieorgaan bepaald. Vervolgens wordt de manipulator tot boven de gewenste positie op de printplaat verplaatst en wordt gecorrigeerd voor afwijkingen tussen de uit het beeld bepaalde positie en een berekende nominale positie van de component ten opzichte van het referentie-orgaan.
Daarna wordt de component op de printplaat geplaatst.
Een bezwaar van deze werkwijze is dat na de verplaatsing van de manipulator de relatieve positie van de manipulator ten opzichte van de plaats op de printplaat waar de component moet worden geplaatst afhankelijk is van de nauwkeurigheid waarmee de manipulator is verplaatst.
De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen waarmee een hoge positioneringsnauwkeurigheid van het object ten opzichte van de drager wordt verkregen die onafhankelijk is van de nauwkeurigheid waarmee het object in de nabijheid van de gewenste positie op de drager wordt gebracht.
De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat het object en het referentie-element met behulp van de manipulator in de nabijheid van de gewenste positie op de drager met behulp van een beeldopname-inrichting een beeld wordt gemaakt van het referentie-element en
<Desc/Clms Page number 2>
tenminste een deel van de drager waarop het object moet worden geplaatst, waaruit vervolgens de positie van de drager ten opzichte van het referentie-element wordt bepaald, waarna de manipulator zodanig wordt verplaatst dat het object op de gewenste positie op de drager wordt geplaatst. Afwijkingen tijdens het verplaatsen van de manipulator worden ter plaatse van de gewenste positie gemeten en gecorrigeerd. De manipulator dient slechts over een kleine afstand zeer nauwkeurig te worden verplaatst.
De verplaatsing van de manipulator vanaf de beeldopname-inrichting tot de positie boven de drager kan met een betrekkelijk lage nauwkeurigheid worden uitgevoerd.
Een verdere verhoging van de nauwkeurigheid wordt verkregen doordat nadat de positie van de drager ten opzichte van het referentie-element is bepaald, het object en het referentie-element met behulp van de manipulator dichter in de nabijheid van de gewenste positie op de drager worden gebracht, waarna met behulp van de beeldopname-inrichting nogmaals een beeld wordt gemaakt van het referentie-element en tenminste een deel van de drager waarop het object moet worden geplaatst, waaruit vervolgens de positie van de drager ten opzichte van het referentie-element wordt bepaald, waarna de manipulator zodanig wordt verplaatst dat het object op de gewenste positie op de drager wordt geplaatst.
Op deze wijze wordt nogmaals gecontroleerd of het object op de juiste positie geplaatst gaat worden. Dit proces kan zo vaak als gewenst worden herhaald. De eventuele verplaatsing van de manipulator is gering en kan eenvoudig met een hoge relatieve nauwkeurigheid worden uitgevoerd. Bij elke verplaatsing van de manipulator wordt het object dichter in de nabijheid van de gewenste positie op de drager gebracht.
Door de geringe verplaatsing blijven de drager en het referentie-element in nagenoeg hetzelfde deel van het beeld van de beeldopname-inrichüng, waardoor afwijkingen in de beeldopname-inrichting bij elk beeld op dezelfde wijze merkbaar worden en kunnen
EMI2.1
worden gecorrigeerd.
Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat bij het verplaatsen van de manipulator rekening wordt gehouden met afwijkingen tussen de uit het beeld bepaalde positie van het object ten opzichte van het referentie-element en een berekende nominale positie van het object ten opzichte van het referentie-element.
Hierdoor zal de afwijking tussen het object en de drager relatief klein zijn.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Een nog andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de beelden met behulp van één beeldopname-inrichting worden gemaakt.
Op deze wijze worden afwijkingen in de beeldopname-inrichting bij alle beelden op dezelfde wijze merkbaar en hebben minder invloed op de positioneringsnauwkeurigheid dan bij het gebruik van verschillende beeldopnameinrichtingen voor de verschillende beelden.
De uitvinding beoogt tevens een inrichting die geschikt is voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding te verschaffen waarmee het bezwaar van de bekende inrichting wordt vermeden. De inrichting, die is voorzien van tenminste één beeldopname-inrichting, tenminste een manipulator en een referentie-orgaan, dat is gekoppeld met de manipulator, heeft daartoe het kenmerk dat het referentie-orgaan vanuit twee verschillende richtingen waarneembaar is, waarbij in bedrijf vanuit een eerste richting het referentie-orgaan en een door de manipulator opgenomen object en vanuit een tweede richting het referentie-orgaan en tenminste een deel van een drager waarop het object moet worden geplaatst, waarneembaar is..
In bedrijf wordt met behulp van de beeldopname-inrichting een beeld gemaakt van het object en het referentie-element en wordt met behulp van dezelfde of een andere beeldopname-inrichting een beeld gemaakt van de drager en het referentieelement. Doordat het referentie-element is gekoppeld met de manipulator en een vaste positie heeft ten opzichte van de manipulator zijn uit de beelden de posities van het object en de drager ten opzichte van het referentie-element en derhalve ook ten opzichte van de manipulator te bepalen.
Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het referentie-orgaan is voorzien van een plaat die tenminste een dwars op de plaat gericht gat omvat.
Een dergelijk referentie-orgaan is eenvoudig en goedkoop te fabriceren.
Een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het referentie-orgaan kantelbaar is om een kantelas, dat de inrichting verder is voorzien van een om een evenwijdig aan de kantelas gerichte as kantelbare kantelspiegel, waarbij in een eerste positie van de kantelspiegel en het referentieorgaan een eerste zijde van het referentie-orgaan met behulp van de beeldopnameinrichting waarneembaar is en in een tweede positie van de kantelspiegel en het
<Desc/Clms Page number 4>
referentie-orgaan een tegenover de eerste zijde gelegen tweede zijde van het referentieorgaan met behulp van de beeldopname-inrichting waarneembaar is.
De inrichting is voorzien van slechts één beeldopname-inrichting waardoor afwijkingen in de beeldopname-inrichting bij alle beelden op dezelfde wijze merkbaar zijn en minder invloed op de positioneringsnauwkeurigheid hebben dan bij het gebruik van twee beeldopname-inrichtingen.
De uitvinding beoogt tevens een object die geschikt is voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding te verschaffen. Het object heeft daartoe het kenmerk dat het object is voorzien van het referentie-element.
Hierdoor behoeft de inrichting niet te worden voorzien van een referentieorgaan.
Een uitvoeringsvorm van het object volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het referentie-element tenminste één in het object aangebracht gat omvat. Op deze wijze kan een object eenvoudig van een referentie-element worden voorzien.
De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin figuur 1 geschematiseerd een zijaanzicht van een inrichting volgens de uitvinding toont, de figuur 2 een bovenaanzicht van de in figuur 1 getoonde inrichting toont, de figuren 3 en 4 geschematiseerd delen van de inrichting volgens de uitvinding tijdens bedrijf tonen, de figuren 5a en 5b het referentie-element en een component tonen, waarbij figuur 5a een onderaanzicht en figuur Sb een zijaanzicht van het referentieelement toont, figuur 6 een bovenaanzicht van het referentie-element en een printplaat toont, figuur 7 geschematiseerd een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding toont, de figuren 8a en 8b een boven-en zijaanzicht van een component volgens de uitvinding tonen.
In de verschillende figuren is voor de overeenkomende onderdelen van dezelfde verwijzingscijfers gebruik gemaakt.
<Desc/Clms Page number 5>
In de figuren 1 en 2 wordt respectievelijk in zij-en bovenaanzicht schematisch een inrichting 1 voor het plaatsen van componenten op een printplaat 3 getoond. De printplaat 3 is aan de onderzijde reeds voorzien van onderdelen 5 die met aansluitdraden in gaten in de printplaat 3 zijn geplaatst. De printplaat 3 wordt ondersteund door een drager 7. Aan de bovenzijde moeten op de printplaat 3 nog componenten worden geplaatst. Dit kunnen componenten zijn voor oppervlaktemontage of componenten met aansluitdraden die in gaten in de printplaat 3 worden gestoken. De componenten moeten nauwkeurig op de printplaat worden geplaatst. De componenten zijn op bekende wijze in op haspels 9 gerolde verpakkingsbanden 11 verpakt. De verpakkingsband 11 omvat een dragerband 13 met compartimenten en een afdekband 15.
De afdekband 15 wordt van de dragerband 13 verwijderd en de in compartimenten gelegen componenten kunnen op een aanbiedpositie 17 uit de dragerband 13 worden genomen. Met behulp van een overzetmechanisme 19 worden de componenten vanaf de aanbiedposities 17 opgepakt en op de printplaat 3 gezet. Het overzetmechanisme 19 omvat een slede 21 die in een Y-richting verplaatsbaar is en een met de slede 21 verbonden slede 23 die in X-richting verplaatsbaar is. De slede 23 is voorzien van een manipulator 25 waarmee met behulp van onderdruk een component kan worden opgepakt en die roteerbaar is om een dwars op de X- en Y-richting gerichte z-as. Aan de slede 23 is tevens een beeldopname-inrichting 27 bevestigd. De inrichting 1 omvat verder een beeldopname-inrichting 29, die gelegen is tussen de aanbiedposities 17 en de printplaat 3.
De beeldopname-inrichtingen 27,29 omvatten een video-camera en een optisch systeem (niet weergegeven). Met de beeldopname-inrichting 29 kunnen beelden worden gemaakt van voorwerpen die zich bevinden in het beeldveld 31.
Figuur 3 toont een component 33 die door de manipulator 25 vanaf een aanbiedpositie 17 met behulp van onderdruk is opgenomen en boven de beeldopnameinrichting 29 is gebracht. De manipulator 25 is voorzien van een referentie-element 35 waarin een aantal gaten 37 zijn aangebracht. De gaten 37 dienen als referentiekenmerken.
Figuur 4 toont een situatie waarbij de component 33 en het referentieelement 35 met behulp van de manipulator 25 in de nabijheid van de gewenste positie op de printplaat 3 is gebracht. De printplaat 3 is voorzien van aansluitvlakken 39, waarvan er een is weergegeven.
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
De werking van de inrichting 1 is als volgt. Door een (niet weergegeven) besturingssysteem wordt de manipulator 25 tot boven de aanbiedposities 17 gebracht en wordt door de manipulator 25 met behulp van onderdruk een component 33 opgepakt.
Daarna wordt de manipulator door het beeldveld 31 van de beeldopname-inrichting 29 verplaatst. Op het moment dat de manipulator 25 zich in het beeldveld 31 bevindt wordt er een beeld van de door de manipulator 25 vastgehouden component 33 en het referentie-element 35 genomen. Door het besturingssysteem worden de bewegingen van de sledes 23, 21 en de manipulator 25 en de beeldopname-inrichting aangestuurd. Het beeld van de component 33 en het referentie-element 35 wordt genomen terwijl de manipulator 25 door het beeldveld 31 van de beeldopname-inrichting 29 wordt verplaatst. De manipulator wordt niet tot stilstand gebracht waardoor vertraging-en versnellingskrachten op de component 33 worden vermeden zodat verplaatsingen van de component 33 ten opzichte van de manipulator 25 als gevolg van deze krachten worden voorkomen.
Figuur 5a toont een geschematiseerd beeld 41 van de component 33 en het referentie-element 35. In het besturingssysteem is opgeslagen waar het referentieelement 35 zich ten opzichte van de manipulator 25 bevindt en hoe de verschillende, te plaatsen componenten eruit zien. Uit het beeld 41 is de positie van de component 33 ten opzichte van het referentie-element 35 te bepalen.
Figuur 5b toont een zijaanzicht van het referentie-element 35, waarin referentie-gaten 37 zijn aangebracht.
Nadat het beeld van de component 33 en het referentie-element 35 is gemaakt, wordt de manipulator 25 met de component en het referentie-element met behulp van de sledes 21, 23 in de nabijheid van de gewenste positie op de printplaat gebracht. Vervolgens wordt met behulp van de beeldopname-inrichting 27 een beeld gemaakt van het referentie-element 35 en tenminste een deel van de printplaat 3 waarop de component 33 moet worden geplaatst.
Figuur 6 toont een geschematiseerd beeld 43 van de printplaat 3 en het referentie-element 35. In het besturingssysteem zijn de posities van de aanslui 39 van de verschillende, te plaatsen componenten opgeslagen. Uit het beeld 43 is de positie van de printplaat 3 ten opzichte van het referentie-element 35 te bepalen.
Vervolgens is uit de beelden 41, 43 de relatieve positie van de component 33 ten opzichte van de printplaat 3 te bepalen.
<Desc/Clms Page number 7>
Dit kan als volgt worden gedaan. Uit het in figuur 5 getoonde beeld 41 wordt een x, y-assenstelsel ten opzichte van de gaten 37a en 37b gekozen, waarbij de oorsprong 0 van het x, y-assenstelsel tussen de twee gaten 37a, 37b is gelegen. Uit het beeld 41 wordt het centrum Cc van de component 33 bepaald, waarna een vector Vc tussen de oorsprong 0 en het centrum Cc wordt berekend. De vector Vc is een maat voor de afwijking in x-en y-richting van de component 33. Tevens wordt een richtingvector Ec van de component 33 bepaald, die evenwijdig is gelegen met aansluitpoten 45 en dwars staat op aansluitpoten 47 van de component 33. Een hoekverschil tussen de richtingsvector Ec en een met de positieve y-richting samenvallende richtingsvector Er van het referentie-element 35 is een maat voor de afwijking van de component 33 in ca- richting.
Tevens wordt de afwijking tussen het centrum Cc en de hartlijn Cm van de manipulator 25 bepaald.
Uit het in figuur 6 getoonde beeld 43 wordt het centrum Cb van de aansluitvlakken 39 voor de component 33 bepaald, waarna een vector Vb tussen de oorsprong 0 en het centrum Cb wordt berekend. De vector Vb is een maat voor de afwijking in x-en y-richting van de aansluitvlakken 39. Tevens wordt een richtingsvector Eb van de aansluitvlakken 39 bepaald, die evenwijdig is gelegen aan de aansluitvlakken 39 waarop de aansluitpoten 45 van de component 33 moeten worden geplaatst. Een hoekverschil tussen de richtingsvector Eb en een met de negatieve yrichting samenvallende richtingsvector Em van het referentie-element 35 is een maat voor de afwijking van de aansluitvlakken 39 in +-richting.
Met behulp van de vectoren Vc, Vb, Ec, Er, Eb, Em en de ligging van de punten Cc, Cm en Cb wordt de gewenste verplaatsing en rotatie van de manipulator 25 bepaald zodat de component 33 op de juiste plaats op de printplaat 3 wordt geplaatst.
Indien slechts een beperkt aantal aansluitvlakken 39 in het beeld 43 zijn gelegen dan kunnen de vectoren Vb, Eb en het centrum Cb niet direct worden bepaald.
Uit het beperkt aantal aansluitvlakken 39 in het beeld 43 wordt dan eerst een referentiepunt Ca bepaald en een vector Va vanaf dit punt Ca naar de oorsprong O. Vervolgens wordt de ligging van het centrum Cb en de vector Eb berekend, waarna een vector Vp wordt bepaald. Uit de vectoren Va en Vp wordt vervolgens de vector Vb berekend, waarbij geldt dat Vb = Vp-Va.
Figuur 7 toont geschematiseerd een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting 49 volgens de uitvinding. De inrichting 49 is voorzien van een beeldopname-
<Desc/Clms Page number 8>
inrichting 51 waarmee zowel een beeld van de component 33 en het referentie-element 35 als een beeld van de printplaat 3 en het referentie-element 35 kan worden gemaakt.
De inrichting 49 is voorzien van houder 53 die via een scharnier 55 is bevestigd aan de slede 23 (figuur 1). De houder 53 is voorzien van de manipulator 25 en het daaraan bevestigde referentie-element 35. De manipulator 25 is ten opzichte van de houder 53 verplaatsbaar in z-richting en roteerbaar in-y-richting. De houder 53 is ten opzichte van de slede 23 kantelbaar om een as 57 van het scharnier 55 in de richting van de pijl ss.
De inrichting 49 is verder voorzien van een kantelspiegel 59 die kantelbaar is in de richting van de pijl a om een as 61 van een met de slede 23 verbonden scharnier 63.
De werking van de inrichting 49 is als volgt. In de in figuur 7 weergegeven stand van de kantelspiegel 59 en de houder 53 kan een beeld worden gemaakt van de component 33 en het referentie-element 35. Voor het maken van een beeld van de printplaat 3 en het referentie-element 35 wordt de kantelspiegel 59 in de door de pijl a aangegeven richting geroteerd met behulp van een (niet weergegeven) motor zodanig dat de kantelspiegel 59 buiten het beeld van de printplaat 3 met en het referentie-element 35 valt. Tevens wordt de houder 53 in de door de pijl ss aangegeven richting geroteerd met behulp van een andere (niet weergegeven) motor.
De manipulator 33', het referentie-element 35'en de component 33'bevinden zich dan in de met stippellijnen weergeven posities, waarbij de component 33'zieh net boven de printplaat 3 bevindt. Ook voor het oppakken van een component 33 vanaf een aanbiedpositie 17 dienen de houder 53 en de manipulator 33 zieh in de met stippellijnen aangegeven stand te bevinden.
Het beeld van de printplaat 3 en het referentie-element 35 kan ook worden gevormd uit twee beelden, waarbij met behulp van de beeldopname-inrichting 51 eerst een beeld wordt gemaakt van de printplaat 3 en vervolgens een beeld wordt gemaakt van het referentie-element 35 en de printplaat 3. De beeldopname-inrichting 51 behoudt gedurende het nemen van de twee beelden eenzelfde positie ten opzichte van de printplaat 3. Uit de twee beelden wordt vervolgens een beeld geconstrueerd waarin ook een door het referentie-element 35 bedekt deel van de printplaat waarneembaar is, zodat de positie van de printplaat nauwkeuriger is te bepalen. Ook eventueel tussen de aansluitvlakken aangebrachte merktekens worden op deze wijze zichtbaar.
De figuren 8a en 8b tonen een boven-en zijaanzicht van een component 65 volgens de uitvinding. De component 65 is voorzien van vier gaten 67. Bij een
<Desc/Clms Page number 9>
dergelijke component 65 behoeft de inrichting 1 (figuur 1) niet te worden voorzien van een apart referentie-element. De gaten 67 in de component 65 dienen als referentie. Met behulp van een beeldopname-inrichting 29 wordt een beeld van de component 65 gemaakt waaruit de posities van de aansluitpoten 47 worden bepaald. Vervolgens wordt een beeld gemaakt van tenminste twee referentie-gaten 67 en de printplaat 3 waaruit de positie van de printplaat 3 ten opzichte van de component 65 wordt bepaald.
Het gebruik van een dergelijke component 65 is slechts zinvol als de component 65 met een relatief hoge nauwkeurigheid door de manipulator 25 kan worden opgepakt aangezien afwijkingen van het centrum Cc van de component 65 ten opzichte van de hartlijn Cm van de manipulator 25 niet worden gemeten en dientengevolge niet kunnen worden gecorrigeerd.
In plaats van een video-camera kan ook gebruik worden gemaakt van andere bekende beeldopname-inrichtingen zoals bijvoorbeeld lineaire CCD-camera's, foto-camera's of laserscanners.
In de figuren 3 tot en met 7 is het referentie-element uitgevoerd als een plaat waarin gaten zijn aangebracht en wordt het referentie-element vanuit twee tegengestelde richtingen waargenomen die dwars zijn gericht op de plaat. Het is ook mogelijk om een voorwerp dat is voorzien van een aantal uitstekende pennen als referentie-element te gebruiken. De richtingen van waaruit de beelden worden gemaakt kunnen willekeurig worden gekozen. De enige randvoorwaarde is dat de pennen waarneembaar dienen te zijn bij het maken van een beeld van het referentie-element en de component alsmede bij het maken van een beeld van het referentie-element en de printplaat, zodat de positie van de component ten opzichte van de printplaat kan worden bepaald.
In plaats van een plaat die is voorzien van gaten is het ook mogelijk om een relatief dunne, doorzichtige glazen plaat te voorzien van ondoorzichtige gedeeltes bijvoorbeeld door middel van stickers. Ook is het mogelijk om in de plaat slechts een gat aan te brengen, waarbij het gat een zodanige vorm heeft dat afwijkingen in x-, y-, en +-richtingen van de printplaat en de component ten opzichte van het referentieelement waarneembaar zijn. Het referentie-element kan ook een reeds aan de manipulator aanwezige markering of uitsteeksel zijn.
In plaats van de in figuur 8 getoonde component is het ook mogelijk om een referentie-element aan de component te bevestigen. Het referentie-element kan bijvoorbeeld een deel zijn van een metalen drager (leadframe) die de aansluitpoten
<Desc/Clms Page number 10>
omvat en waarop een IC is bevestigd. Het deel dat het referentie-element vormt, dient evenals de aansluitpoten buiten een omhulling van het IC te steken. Ook kan een hulpring waaraan de van de omhulling afgekeerde uiteinden van de aansluitpoten zijn bevestigd, als referentie-element worden gebruikt. De hulpring dient na het plaatsen van de component op de printplaat te worden verwijderd.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for placing an object at a desired location on a support, as well as a device suitable for carrying out such a method and an object suitable for applying such a method
EMI1.1
The invention relates to a method for placing an object at a desired position on a carrier with the aid of an manipulator carrying the object, wherein an image of a reference element and the object is made using an image recording device, from which the position of the object relative to the reference element is then determined.
The invention also relates to a device suitable for carrying out the method according to the invention. The invention further relates to an object suitable for applying the method according to the invention. A method of the type mentioned in the preamble and an apparatus for carrying out such a method are known from European patent application EP-A1 0514975. In this known method, from an image of a reference member and a component, the position of the component relative to the reference member. Then, the manipulator is moved above the desired position on the printed circuit board and corrects for deviations between the position determined from the image and a calculated nominal position of the component relative to the reference member.
The component is then placed on the printed circuit board.
A drawback of this method is that after the manipulator has been moved, the relative position of the manipulator relative to the location on the printed circuit board where the component is to be placed depends on the accuracy with which the manipulator has been moved.
The object of the invention is to provide a method with which a high positioning accuracy of the object relative to the carrier is obtained, which is independent of the accuracy with which the object is brought onto the carrier in the vicinity of the desired position.
To that end, the method according to the invention is characterized in that the object and the reference element are imaged of the reference element by means of the manipulator in the vicinity of the desired position on the carrier by means of an image recording device and
<Desc / Clms Page number 2>
at least a part of the support on which the object is to be placed, from which the position of the support relative to the reference element is subsequently determined, after which the manipulator is moved such that the object is placed on the support in the desired position. Deviations during the movement of the manipulator are measured and corrected at the desired position. The manipulator should only be moved very accurately over a short distance.
The movement of the manipulator from the image recording device to the position above the carrier can be performed with a relatively low accuracy.
A further increase in the accuracy is obtained in that after the position of the carrier relative to the reference element has been determined, the object and the reference element are brought closer to the desired position on the carrier by means of the manipulator. , after which, with the aid of the image recording device, an image is again made of the reference element and at least a part of the carrier on which the object is to be placed, from which the position of the carrier relative to the reference element is then determined, after which the manipulator is moved such that the object is placed on the carrier in the desired position.
In this way it is checked again whether the object is to be placed in the correct position. This process can be repeated as many times as desired. The possible displacement of the manipulator is small and can easily be carried out with a high relative accuracy. With each movement of the manipulator, the object is brought closer to the desired position on the carrier.
Due to the slight displacement, the carrier and the reference element remain in substantially the same part of the image of the image recording device, as a result of which deviations in the image recording device become noticeable in each image in the same manner and can
EMI2.1
be corrected.
Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that when moving the manipulator, account is taken of deviations between the position of the object determined from the image relative to the reference element and a calculated nominal position of the object relative to the object. of the reference element.
The deviation between the object and the carrier will hereby be relatively small.
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
Yet another embodiment of the method according to the invention is characterized in that the images are made with the aid of one image recording device.
In this way, anomalies in the image recording device become noticeable in all images in the same manner and have less influence on the positioning accuracy than when using different image recording devices for the different images.
Another object of the invention is to provide a device suitable for carrying out the method according to the invention with which the drawback of the known device is avoided. The device, which is provided with at least one image recording device, at least one manipulator and a reference member, which is coupled to the manipulator, is therefore characterized in that the reference member is observable from two different directions, in operation from a first direction the reference member and an object received by the manipulator and from a second direction the reference member and at least a part of a carrier on which the object is to be placed is detectable.
In operation, an image of the object and the reference element is made with the aid of the image recording device and an image of the carrier and the reference element is made with the same or another image recording device. Because the reference element is coupled to the manipulator and has a fixed position with respect to the manipulator, the positions of the object and the carrier with respect to the reference element and therefore also with respect to the manipulator can be determined from the images.
An embodiment of the device according to the invention is characterized in that the reference member is provided with a plate which comprises at least one hole directed transversely to the plate.
Such a reference member is simple and inexpensive to manufacture.
Another embodiment of the device according to the invention is characterized in that the reference member is tiltable about a tilting axis, the device further comprising a tilting mirror tiltable about an axis oriented parallel to the tilting axis, wherein in a first position of the tilting mirror and the reference member detects a first side of the reference member with the aid of the image recording device and in a second position of the tilt mirror and the
<Desc / Clms Page number 4>
reference member a second side of the reference member opposite the first side is detectable by means of the image recording device.
The device is provided with only one image recording device, so that deviations in the image recording device are noticeable in all images in the same way and have less influence on the positioning accuracy than when using two image recording devices.
Another object of the invention is to provide an object suitable for applying the method according to the invention. To that end, the object has the feature that the object is provided with the reference element.
As a result, the device need not be provided with a reference member.
An embodiment of the object according to the invention is characterized in that the reference element comprises at least one hole arranged in the object. In this way, an object can easily be provided with a reference element.
The invention is further elucidated with reference to the drawing, in which figure 1 shows a schematic side view of a device according to the invention, figure 2 shows a top view of the device shown in figure 1, figures 3 and 4 schematic parts of the device according to the invention during operation, figures 5a and 5b show the reference element and a component, figure 5a shows a bottom view and figure Sb shows a side view of the reference element, figure 6 shows a top view of the reference element and a printed circuit board, figure 7 schematically shows a second embodiment of a device according to the invention, figures 8a and 8b show a top and side view of a component according to the invention.
The same reference numbers have been used in the various figures for the corresponding parts.
<Desc / Clms Page number 5>
In Figures 1 and 2, a side view and a top view, respectively, schematically show a device 1 for placing components on a printed circuit board 3. The printed circuit board 3 is already provided at the bottom with parts 5 which are placed in holes in the printed circuit board 3 with connecting wires. The printed circuit board 3 is supported by a carrier 7. At the top, components must still be placed on the printed circuit board 3. These can be components for surface mounting or components with connecting wires that are inserted into holes in the printed circuit board 3. The components must be accurately placed on the circuit board. The components are packaged in known manner in packaging belts 11 rolled on reels 9. The packaging tape 11 comprises a carrier tape 13 with compartments and a cover tape 15.
The cover tape 15 is removed from the carrier tape 13 and the compartmentalized components can be taken out of the carrier tape 13 at a presentation position 17. With the aid of a transfer mechanism 19, the components are picked up from the presentation positions 17 and placed on the printed circuit board 3. The transfer mechanism 19 comprises a slide 21 movable in a Y direction and a slide 23 connected to the slide 21 which is movable in the X direction. The carriage 23 is provided with a manipulator 25 with which a component can be picked up with the aid of underpressure and which is rotatable about a z axis oriented transversely of the X and Y directions. An image recording device 27 is also attached to the carriage 23. The device 1 further comprises an image recording device 29, which is located between the presentation positions 17 and the printed circuit board 3.
The image recording devices 27, 29 include a video camera and an optical system (not shown). With the image recording device 29, images can be made of objects located in the image field 31.
Figure 3 shows a component 33 which has been taken up by the manipulator 25 from an offering position 17 with the aid of underpressure and has been placed above the image recording device 29. The manipulator 25 is provided with a reference element 35 in which a number of holes 37 are arranged. The holes 37 serve as reference features.
Figure 4 shows a situation in which the component 33 and the reference element 35 are brought onto the printed circuit board 3 in the vicinity of the desired position by means of the manipulator 25. The printed circuit board 3 is provided with connecting surfaces 39, one of which is shown.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
The operation of the device 1 is as follows. By a control system (not shown), the manipulator 25 is brought above the offering positions 17 and the manipulator 25 picks up a component 33 by means of underpressure.
The manipulator is then moved through the image field 31 of the image recording device 29. Once the manipulator 25 is in the image field 31, an image of the component 33 held by the manipulator 25 and the reference element 35 is taken. The movements of the slides 23, 21 and the manipulator 25 and the image recording device are controlled by the control system. The image of the component 33 and the reference element 35 is taken as the manipulator 25 is moved through the image field 31 of the image recording device 29. The manipulator is not stopped so that deceleration and acceleration forces on the component 33 are avoided so that displacements of the component 33 relative to the manipulator 25 due to these forces are prevented.
Figure 5a shows a schematic view 41 of the component 33 and the reference element 35. The control system stores where the reference element 35 is relative to the manipulator 25 and what the different components to be placed look like. From the image 41 the position of the component 33 relative to the reference element 35 can be determined.
Figure 5b shows a side view of the reference element 35, in which reference holes 37 are arranged.
After the image of the component 33 and the reference element 35 has been taken, the manipulator 25 with the component and the reference element is brought into the vicinity of the desired position on the printed circuit board by means of the slides 21, 23. Then, with the aid of the image recording device 27, an image is made of the reference element 35 and at least a part of the printed circuit board 3 on which the component 33 is to be placed.
Figure 6 shows a schematic view 43 of the printed circuit board 3 and the reference element 35. In the control system, the positions of the connection 39 of the various components to be placed are stored. The position of the printed circuit board 3 relative to the reference element 35 can be determined from the image 43.
The relative position of the component 33 with respect to the printed circuit board 3 can then be determined from the images 41, 43.
<Desc / Clms Page number 7>
This can be done as follows. From the image 41 shown in Figure 5, an x, y coordinate system is selected relative to holes 37a and 37b, the origin 0 of the x, y coordinate system being located between the two holes 37a, 37b. From the image 41, the center Cc of the component 33 is determined, after which a vector Vc between the origin 0 and the center Cc is calculated. The vector Vc is a measure of the deviation in the x and y directions of the component 33. A direction vector Ec of the component 33 is also determined, which is parallel to connecting legs 45 and transverse to connecting legs 47 of the component 33. An angular difference between the direction vector Ec and a direction vector Er coinciding with the positive y direction of the reference element 35 is a measure of the deviation of the component 33 in the ca direction.
The deviation between the center Cc and the center line Cm of the manipulator 25 is also determined.
From the image 43 shown in Figure 6, the center Cb of the terminals 39 for the component 33 is determined, after which a vector Vb between the origin 0 and the center Cb is calculated. The vector Vb is a measure of the deviation in the x and y directions of the connection surfaces 39. A direction vector Eb of the connection surfaces 39 is also determined, which is parallel to the connection surfaces 39 on which the connection legs 45 of the component 33 are to be connected. placed. An angle difference between the direction vector Eb and a direction vector Em of the reference element 35 coinciding with the negative y direction is a measure of the deviation of the contact surfaces 39 in the + direction.
Using the vectors Vc, Vb, Ec, Er, Eb, Em and the location of the points Cc, Cm and Cb, the desired displacement and rotation of the manipulator 25 is determined so that the component 33 is correctly positioned on the printed circuit board 3 will be placed.
If only a limited number of interfaces 39 are located in the image 43, the vectors Vb, Eb and the center Cb cannot be directly determined.
From the limited number of connecting surfaces 39 in the image 43, a reference point Ca is then determined and a vector Va from this point Ca to the origin O. Then the location of the center Cb and the vector Eb is calculated, after which a vector Vp is determined. . The vector Vb is then calculated from the vectors Va and Vp, where Vb = Vp-Va.
Figure 7 schematically shows a second embodiment of a device 49 according to the invention. The device 49 is provided with an image recording
<Desc / Clms Page number 8>
device 51 with which an image of the component 33 and the reference element 35 as well as an image of the printed circuit board 3 and the reference element 35 can be made.
The device 49 is provided with holder 53 which is attached to the slide 23 via a hinge 55 (figure 1). The holder 53 is provided with the manipulator 25 and the reference element 35 attached thereto. The manipulator 25 is movable relative to the holder 53 in z-direction and rotatable in-y-direction. The holder 53 is tiltable relative to the slide 23 about an axis 57 of the hinge 55 in the direction of the arrows.
The device 49 is further provided with a tilting mirror 59 which is tiltable in the direction of the arrow a about an axis 61 of a hinge 63 connected to the slide 23.
The operation of the device 49 is as follows. In the position of the tilting mirror 59 and the holder 53 shown in figure 7, an image can be made of the component 33 and the reference element 35. To make an image of the printed circuit board 3 and the reference element 35, the tilting mirror is 59 rotated in the direction indicated by arrow a using a motor (not shown) such that the tilt mirror 59 falls outside the image of the printed circuit board 3 with and the reference element 35. Also, the holder 53 is rotated in the direction indicated by the arrows ss using another motor (not shown).
The manipulator 33 ', the reference element 35' and the component 33 'are then in the dashed positions, the component 33' being just above the printed circuit board 3. Also for picking up a component 33 from a presentation position 17, the holder 53 and the manipulator 33 must be in the position indicated by dotted lines.
The image of the printed circuit board 3 and the reference element 35 can also be formed from two images, whereby the image recording device 51 first makes an image of the printed circuit board 3 and then makes an image of the reference element 35. and the printed circuit board 3. The image recording device 51 maintains the same position with respect to the printed circuit board 3 during the taking of the two images. An image is subsequently constructed from the two images, in which also a part of the printed circuit board covered by the reference element 35 is constructed. is observable, so that the position of the printed circuit board can be determined more accurately. Markings possibly placed between the connection surfaces are also visible in this way.
Figures 8a and 8b show a top and side view of a component 65 according to the invention. The component 65 is provided with four holes 67. At one
<Desc / Clms Page number 9>
the device 1 (figure 1) need not be provided with such a component 65 with a separate reference element. The holes 67 in the component 65 serve as a reference. An image of the component 65 is made by means of an image recording device 29, from which the positions of the connecting legs 47 are determined. Next, an image is made of at least two reference holes 67 and the printed circuit board 3 from which the position of the printed circuit board 3 relative to the component 65 is determined.
The use of such a component 65 makes sense only if the component 65 can be picked up by the manipulator 25 with relatively high accuracy since deviations of the center Cc of the component 65 from the centerline Cm of the manipulator 25 are not measured and consequently cannot be corrected.
Instead of a video camera, use can also be made of other known image recording devices, such as, for example, linear CCD cameras, photo cameras or laser scanners.
In Figs. 3 to 7, the reference element is constructed as a plate in which holes are provided and the reference element is viewed from two opposite directions directed transversely to the plate. It is also possible to use an object provided with a number of protruding pins as a reference element. The directions from which the images are taken can be chosen at random. The only boundary condition is that the pins must be observable when taking an image of the reference element and the component as well as when making an image of the reference element and the printed circuit board, so that the position of the component relative to the circuit board can be determined.
Instead of a plate with holes, it is also possible to provide a relatively thin, transparent glass plate with opaque parts, for example by means of stickers. It is also possible to make only one hole in the plate, the hole having such a shape that deviations in x, y, and + directions of the printed circuit board and the component with respect to the reference element can be observed. The reference element can also be a mark or protrusion already present on the manipulator.
Instead of the component shown in figure 8, it is also possible to attach a reference element to the component. The reference element may, for example, be part of a metal support (lead frame) holding the connecting legs
<Desc / Clms Page number 10>
and to which an IC is attached. The part that forms the reference element, like the connecting legs, must protrude from an IC enclosure. An auxiliary ring to which the ends of the connecting legs remote from the casing are attached can also be used as a reference element. The auxiliary ring must be removed after placing the component on the printed circuit board.