CN108076621A - 给基板装配零件的方法、控制设备、计算机程序产品和自动装配机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在电子制造业中给基板（100）装配零件（200）的方法，其具有以下步骤：获得至少一个用于经装配的基板 （100）的高度曲线；借助装配头 （310）拾取至少一个零件（200）；以及根据获得的高度曲线给基板（100）装配至少一个零件。本发明还涉及一种用于自动装配机（300）的控制设备（330）、一种用来执行按本发明的方法（300）的计算机程序产品（332）以及一种具有控制设备（330）的自动装配机（300）。

Description

给基板装配零件的方法、控制设备、计算机程序产品和自动装 配机

技术领域

本发明涉及一种在电子制造业中在自动装配机中给基板装配零件的方法。本发明还涉及一种用于自动装配机的控制设备以及一种计算机程序产品，它们配置和构造得用来执行用来给基板装配零件的方法。此外，本发明还涉及一种自动装配机，通过它能够给基板装配零件。

背景技术

现今，给基板装配零件时的前提条件是，所有已装配的零件相对于机器零点不应超出恒定的高度，其中带有新零件的装配头随时都能够在无碰撞的情况下高于超出提取和装配区域中的零件。

在此假设的基础上，通过优化为一条线上的所有装配头计算出所谓的自由高度曲线。在用于该基板的零件的最大允许的零件高度的基础上，进行所述计算。这生成了从第一装配头至最后一个装配头的单调上升的阶梯状曲线。在准备数据的过程中，只有为至少一个吸管或装配头的夹具维持装配头特有的自由高度，才能在装配头上实现优化。如果不能为该零件找到具有足够自由高度的装配头，则所述优化就会失败。

最大零件高度例如是所谓的CPP-装配头（收集/拾取&放置方式，其形式是转台式装配头）最大能够装配的高度，并且现在通过以下恒定的、装配头特有的因素限定：

-装配头的安装高度；

-装配头的外回转圆半径，即零件高度和吸管长度的总和（从吸管接口处算起）不应超过回转圆半径的数值；

-在传输零件时的传输上方边缘；以及

-约2mm的安全间距。

在EP 1 731 008 B1中描述了不同运行方式的CPP-装配头。所示的CPP-装配头的单个吸管具有相对较小的约12mm的行程高度。在此尤其重要的是用于特别大零件的简单拾取&放置-模块，它们不能穿过该CPP-装配头。这种零件容纳在转台的固定的旋转位置中，通过静止的照相机测量，并且安放在形式为电路板的基板上。目前在CPP-装配头中得到了相对较小的最大可靠安装高度，并且与CPP-装配头设置在装配线的哪个装配区域无关。该最大允许的零件高度限定了装配工艺。

由WO 2014 006 809 A1已知一种避位方案，其中除了吸管的提升运动以外还能提升整个装配头。便这种机制成本过高，相应昂贵。此外这种系统很重，因此不适合大功率装配头。

发明内容

本发明的目的是，至少部分地消除在给基板装配零件时的上述缺点。本发明的目的尤其是，提供一种用来在电子制造业给基板装配零件的方法、一种控制设备和一种用来执行所述方法的计算机程序产品以及一种具有控制设备的自动装配机，通过它们能够以简单、快速且成本低廉的方式也给基板装配超高的零件。

上述目的通过专利权利要求得以实现。上述目的通过按权利要求所述的方法、所述的控制设备、所述的计算机程序产品以及所述的自动装配机得以实现。本发明的其它优点和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此适用于结合所述方法进行描述的特征和细节当然也适用于结合按本发明的控制设备、按本发明的计算机程序产品、按本发明的自动装配机，或者反过来，因此就公开内容而言总是能够相互地参照单个的发明视角。

按本发明的另一角度，提供了一种在电子制造业中在自动装配机中给基板装配零件的方法。所述方法具有以下步骤：

-获得至少一个用于经过装配的基板的高度曲线；

-借助装配头拾取至少一个零件；以及

-根据获得的高度曲线给基板装配至少一个零件。

在本发明的范畴内借助如今常见的途径实现了，借助这个装配头或这些装配头的开始确定的自由高度曲线确定最大允许的零件高度。此外，无需再对用来装配基板的零件这样进行选择，即基板上的所有零件在提取和装配区域中随时都必须能够在无碰撞的情况下被其它所有零件超出。

借助按本发明获得的高度曲线（其是在给基板装配零件之前获得的），能够探测到具有不同高度的所有零件的精确位置。尤其能够借助获得的高度曲线来探测这些零件在各自位置上的各自高度。在这些信息的基础上，能够可靠地避免与基板上的超高零件的碰撞。此外还可能的是，通过足够矮的零件或具有较小高度或更小高度的零件，借助获得的零件高度曲线确定零件在装配头上的方位。该较大高度在此大于该较小高度。因此能够在进一步提高装配质量时避免装配过程中的弯路，并实现了相应高的装配线效率。

用于经过装配的基板或至少局部装配的基板的高度曲线能够从存储器中读出或者以这种方式获得。该存储器优选是非易失性存储器或自动装配机的组成部分或者能够与用于相应数据交换的自动装配机相连。

用于经过装配的基板的高度曲线是指至少局部装配的基板的高度曲线。高度曲线是指期望形成的高度曲线或当前的高度曲线，至少局部装配的基板在装配过程之后或在装配过程之时具有、估计具有或当前具有该高度曲线。也就是说，实际的高度曲线在装配基板之前还不存在或还不完全存在。获得的高度曲线优选是模拟的或虚拟的高度曲线，即经过装配的基板具有模拟或虚拟的形状。

该高度曲线优选指详细的高度曲线，在此高度曲线中考虑了安放在装配好的基板上的或已放好的所有零件。基板尤其指电路板。该方法尤其在电子制造业中在表面贴装或SMT-工艺中实施。

根据获得的高度曲线给该基板装配至少一个零件，这是指，根据获得的高度曲线执行基板的装配工艺。装配工艺是指给基板装配零件的方式和方法，也就是说，以何种装配速度、装配样式和/或装配顺序进行装配。

按本发明的改进方案，在此方法中，在给基板装配零件之前，就能获得用于已装配好的基板的高度曲线。其优点是，在装配工艺开始时就已经能够限定装配顺序，借助该装配顺序能够对基板进行尤其有效地装配。

此外还可能的是，在按本发明的方法中能够在基板的装配期间动态地探测高度曲线。也就是说，在基板的装配期间探测基板或基板上的零件的现有高度曲线。即生成了基板的动态高度曲线，其精确地包括已安放在基板上的零件的位置和高度。在从托盘上提取零时能够在获得的高度曲线的基础上选择移动曲线或装配顺序，在此能够可靠地避免与托盘上的其它零件的碰撞。该动态的高度曲线还能够与起初获得的高度曲线进行比较，并且能够在出现偏差时进行调节。因此能够尤其准确地探测高度曲线。在装配基板时在避免碰撞方面，通过一点实现了尤其高的可靠性。该动态的高度曲线能够从外观上或借助算法进行探测或生成。在考虑基板上已安放的零件的基础上，能够借助算法来生成动态高度曲线。除了高度曲线的上述获得方式以外，备选或附加的是，还能够动态地探测该高度曲线。

此外在按本发明的方法中还可行的是，在获得该至少一个高度曲线时，考虑基板的弯曲。也就是说，在获得高度曲线或在探测高度曲线时能够考虑相当于制造公差的弯曲。由此能够可靠地避免基板装配工艺时的零件碰撞。该弯曲优选约为2mm。

此外还可行的是，在按本发明的方法中根据获得的高度曲线能够调节装配基板时的装配顺序，或者能够在获得的高度曲线的基础上探测并相应地调节该装配顺序。借助限定的装配顺序能够避免偏转移动，并因此使装配工艺加速。

尤其有利的是，在按本发明的方法中，根据获得的高度曲线对装配基板时的装配顺序进行调节，其中从离自动装配机中或自动装配机上的静止照相机最远的基板装配位置朝静止照相机的方向给基板装配零件。通过按“从外向内”（相对于静止照相机）的原则对装配顺序进行优化，能够可靠地避免或至少明显地减少装配头的偏转运动（其目的是避免可能的零件碰撞）。此外由此能够使整个装配线具有良好的模拟精度。在没有进行上述优化的情况下，则必须执行偏转运动，它们会对优化措施的模拟质量和整个装配线效率产生不利影响。通过上述优化措施，能够以尤其有利的方式打破如今存在的软件特有的局限性，其使具有技术上最大零件高度的零件在实践中不能借助例如装配线终端工位的拾取&放置-装配头进行装配。

在本发明的框架中还可行的是，在此方法中获得该至少一个零件的零件高度，并且根据获得的零件高度给基板装配至少一个零件。根据获得的零件高度来装配零件，这是指，根据获得的零件高度对基板进行装配。也就是说，根据获得的零件高度，例如能够决定，该零件应该以直接的路径上（在此路径上该零件在其它零件上移动）还是以间接的路径（在此路径上该零件围绕着现有的零件的周围移动）安放到基板上。因此能够在装配时节省时间并因此节省相应的成本。

在此有利的是，在按本发明的方法中根据获得的零件高度借助收集&放置方式（Pick&Place）或借助拾取&放置（Pick&Place）方式给基板装配至少一个零件。借助收集&放置（Pick&Place）方式进行的装配速度更快，但装配精度较低。借助拾取&放置（Pick&Place）方式进行的装配更准确，但装配速度较慢。根据获得的零件高度能够选择，应该借助收集&放置方式还是借助拾取&放置方式来装配该基板。优选通过读取存储器，来获得该零件高度，在此存储器中为每个选出的零件存储了零件高度。一旦该零件已例如通过静止照相机识别到，则也能够读取或相应地识别出所属的零件高度。

在按本发明的方法中还可行的是，如果获得的零件高度高于限定的阈值、尤其高于11.5mm，则借助拾取&放置方式给基板装配至少一个零件。具有这种高度的零件能够称为超高零件或具有较高高度的零件。超高零件必须尤其精确地移动，以可靠地避免与其它零件的碰撞。通过有针对性地应用拾取&放置-装配，能够可靠地避免或至少减少碰撞。如果获得的零件高度高于11.5mm，尤其在约11.5mm和约15mm之间，则优选借助拾取&放置方式给基板装配至少一个零件。

按本发明的另一实施方案，可能的是，如果获得的零件高度低于限定的阈值，尤其如果获得的零件高度小于或等于11.5mm，则借助收集&放置方式给基板装配至少一个零件。具有这种高度的零件能够称为普通零件或矮零件或具有普通或低高度的零件。矮零件能够比高零件更简单地移动。矮零件尤其能够轻微地在另一已位于基板上的零件上移动。通过有针对性地应用拾取&放置-装配，能够实现较高的装配速度并因此实现相应高的装配线效率。

此外按本发明的改进方案，可能的是，基板借助CPP-装配头进行装配。通过获得用于经装配的基板的至少一个高度曲线，尤其在给合经调节的装配顺序的情况下，即使给基板装配超高的零件，也能够广泛地应用CPP-装配头。该CPP-装配头在此根据获得的零件高度在拾取&放置-模式或在收集&放置-模式中应用。确切地说，对于较高零件来说CPP-装配头在拾取&放置-模式中运行，对于较矮零件来说CPP-装配头在收集&放置-模式中运行。

按本发明的另一角度，提供了一种用于自动装配机的控制设备，其配置和构造得用来在电子制造业中按前面详细描述的方法给基板装配零件。因此该按本发明的控制设备也具有参照按本发明的方法详细描述的优点。

此外还提供了一种计算机程序产品，其在上面提到的控制设备中执行或存储在它里面。该计算机程序产品配置和构造得用来在电子制造业中按前面详细描述的方法给基板装配零件。因此该按本发明的计算机程序产品也具有参照按本发明的方法详细描述的优点。该计算机程序产品能够作为计算机可读的指令代码在各种合适的程序语言如 JAVA、 C++等中实施。计算机程序产品能够存储在计算机可读的存储介质（数据光盘、可移动驱动器、易失性存储器或非易失性存储器、加装的存储器/处理器等）。该指令代码能够像用于自动装配机的控制设备一样对计算机或其它可编程的设备进行编程，从而执行期望的功能。此外还能够在网络例如因特网中提供计算机程序，用户在需要时能够从中下载。既能借助计算机程序（即软件），也能借助一个或多个特制的电子线路（即硬件）或其它混合形式（例如硬件组件或软件组件），来实现该计算机程序产品。按本发明的计算机程序产品能够在现有的系统或现有技术的系统中简单地执行。因此一旦CPP-装配头在期望的装配区域中按本发明配置，则顾客能够在计算机程序产品安装之后借助现有的装配线装配更高的零件。此外通过按本发明的计算机程序产品，如果不必在基板上安放过高的零件（即大于15mm的零件），则能够在没有所谓的双头（Twin-Head）的情况下并且在没有相应改善价格-效率比的情况下，给顾客提供装配线配置。尽管如此，本计算机程序产品以及按本发明的方法也能够扩展到具有双头的应用情况中。因此能够以成本低廉的方式无碰撞危险地且在生产线效率较高的情况下将零件高度达约44mm的零件安放在基板上。

按本发明的另一角度，提供了一种用来在电子制造业中给基板装配零件的自动装配机，其中自动装配机具有前面详细描述的控制设备。因此，按本发明的自动装配机也具有上述优点。自动装配机优选具有获得单元，用来获得至少一个用于经装配的基板的高度曲线。该获得单元能够设计成计算单元或计算单元的一部分。此外该自动装配机还具有拾取单元，用来借助装配头拾取至少一个零件。该拾取单元优选以吸管的形式设置在装配头上。此外该自动装配机还优选具有装置单元，其根据获得的高度曲线给基板装配至少一个零件。此外，自动装配机还具有调节单元，其根据获得的高度曲线对装配基板时的装配顺序进行调节，尤其用来调节这样的装配顺序，即在此装配顺序中从离自动装配机中或自动装配机上的静止照相机最远的基板装配位置朝静止照相机的方向给基板装配零件。该调节单元能够设计成计算单元或计算单元的一部分。此外，该自动装配机具有至少一个用来装配基板的CPP-装配头。

附图说明

改善本发明的其它措施从本发明的不同实施例以下描述中得出，在附图中示意性地示出了这些实施例。所有从权利要求、说明书或附图中得出的特征和/或优点（包括结构性细节和空间布局）自身以及在不同的组合中都对本发明很重要。

其中分别示意性地示出了如下附图。

图1在透视图中示出了按本发明的自动装配机，其具有按本发明的控制设备和按本发明的计算机程序产品。

图2在俯视图中示出了按本发明的自动装配机。

图3在流程中阐述了按本发明的方法。

具有相同功能和效果的部件在图1至3中分别设置相同的参考标记。

附图标记

100基板

200零件

300自动装配机

310装配头

320静止的照相机

330控制设备

331存储器

332计算机程序产品。

具体实施方式

图1示出了自动装配机300或者具有控制设备330的自动装配机300的一部分。在自动装配机300中还设置有装配头310和静止的照相机320。

该控制设备330具有存储器331，计算机程序产品332存储在此存储器中。装配头310以CPP-装配头的形式配备有用来容纳零件200的多个吸管311。该静止的照相机320用来探测零件200，并且在此用来识别探测到的零件200的零件高度。图1还示出了形式为电路板的基板100，该基板装配有零件200。

图1所示的控制设备330以及集成在里面的计算机程序产品332构造得用来按本发明地给基板100装配零件200。

图2示出了自动装配机300和装配线的俯视图。借助图2的视图应该阐明，如何根据获得的基板100的高度曲线对装配基板100时的装配顺序进行调节，其中从离自动装配机100的静止照相机320最远 的基板100上的装配位置朝静止照相机320的方向给基板100装配零件200。

如图2所示，从外部的起点S沿装配方向R朝内部的终点E对基板100进行装配，其中零件200在该终点离静止照相机320最近，零件200在起点S离静止照相机320最远。

随后参照图3描述了一种按本发明的方法，用来在电子制造业中给基板100装配零件200。

在第一步骤S1中，从存储器读取并因此获得用于经装配的基板100的高度曲线。在此，在给基板100装配零件200之前，就获得用于已装配好的基板100的高度曲线。在获得该高度曲线时，考虑基板100的约2mm的弯曲。

在随后的第二步骤S2中，根据获得的高度曲线对装配基板100时的装配顺序进行调节，其中从离自动装配机300的静止照相机320最远的基板100上的装配位置朝静止照相机320的方向给基板100装配零件200。

在第三步骤S3中，该零件200被装配头310上的吸管311拾取并且沿静止照相机320的方向移动，该装配头310构成为CPP-装配头。在该处探测零件200、尤其是零件高度。根据获得的高度曲线以及确定的装配顺序，该零件200由CPP-装配头拾取。

于是根据获得的高度曲线和确定的装配顺序，给基板100装配零件200。根据获得的零件高度，给基板100装配零件200。如果确定获得的零件高度高于11.5mm，则借助拾取&放置方式给基板100装配零件200。如果确定获得的零件高度低于或等于11.5mm，则在收集&放置方法的范畴内给基板100装配零件200。

Claims (14)

1.一种在电子制造业中在自动装配机（300）中给基板（100）装配零件（200）的方法，其特征在于，具有以下步骤：

-获得至少一个用于经过装配的基板 （100）的高度曲线；

-借助装配头 （310）拾取至少一个零件（200）；以及

-根据获得的高度曲线给基板（100）装配至少一个零件（200）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在给基板（100）装配零件200之前，就获得用于已经装配好的基板（100）的高度曲线。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

在基板（100）的装配期间动态地探测高度曲线。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

在获得该至少一个高度曲线时，考虑基板（100）的弯曲。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

根据获得的高度曲线来调节装配基板（100）时的装配顺序。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

根据获得的高度曲线对装配基板（100）时的装配顺序进行调节，其中从离自动装配机（300）中或自动装配机上的静止照相机（320）最远的基板（100）装配位置朝静止照相机（320）的方向给基板 （100）装配零件（200）。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

获得该至少一个零件的零件高度，并且根据获得的零件高度给基板（100）装配至少一个零件（200）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

根据获得的零件高度借助收集&放置方式或拾取&放置方式给基板（100）装配至少一个零件（200）。

9.根据上述权利要求7至8中任一项所述的方法，其特征在于，

如果获得的零件高度高于限定的阈值、尤其高于11.5mm，则借助拾取&放置方式给基板（100）装配至少一个零件（200）。

10.根据上述权利要求7至9中任一项所述的方法（1），其特征在于，

如果获得的零件高度低于限定的阈值，尤其如果获得的零件高度小于或等于11.5mm，则借助收集&放置方式给基板（100）装配至少一个零件（200）。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其特征在于，

基板（100）借助CPP-装配头（310）进行装配。

12.一种用于自动装配机 （300）的控制设备，其配置和构造得用来在电子制造业中按上述权利要求中任一项所述的方法给基板（100）装配零件（200）。

13.一种用来在按权利要求12所述的控制设备（330）中执行的计算机程序产品，其配置和构造得用来在电子制造业中按上述权利要求1至10中任一项所述的方法给基板（100）装配零件（200）。

14.一种用来在电子制造业中给基板（100）装配零件（200）的自动装配机（300），其具有按权利要求12所述的控制设备（330）。