CN112512292A

CN112512292A - 补偿喉口游隙来减小贴装力的光学放置检测

Info

Publication number: CN112512292A
Application number: CN202010882286.6A
Authority: CN
Inventors: 阿诺·斯坦恩; 马库斯·休伯
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2040-08-28
Also published as: CN112512292B; DE102019124855B3

Abstract

本发明涉及一种用于将贴装元件贴装到对象上的贴装系统。该贴装系统包括具有连接元件的驱动体、驱动器、第一传感器、至少一个第二传感器以及控制器。连接元件配置成将通过驱动器提供的驱动力传递到吸移器上的对配连接元件。驱动器配置成使驱动体进行运动。第一传感器配置成确定吸移器的可动元件相对于吸移器的基体运动的第一测量值。至少一个第二传感器配置成确定基体相对于驱动体运动的第二测量值，并且控制器配置成：在数学比较过程中，将第一测量值与第二测量值进行比较，以确定吸移器的可动元件运动的校正行程，并基于该校正行程来检测吸移器的可动元件上的待布置贴装元件是否放置在对象上。本发明还涉及一种贴装方法。

Description

补偿喉口游隙来减小贴装力的光学放置检测

技术领域

本发明涉及一种贴装系统以及一种贴装方法。

背景技术

一般而言，采用贴装系统给例如印刷电路板的表面贴装例如发光二极管的贴装元件。这里借助吸移器拾取贴装元件并将其下放到表面上。相应地，吸移器在下放过程中必须进行运动才能使布置于吸移器上的贴装元件与表面相接触。

为使吸移器进行运动，贴装系统配备有驱动器，该驱动器通过连接元件将其驱动力传递到吸移器的对配连接元件。连接元件与对配连接元件之间的连接配有运动公差或“游隙”，因此驱动器促使吸移器进行的运动会经历运动公差引起的方差。这就导致需要大幅度的运动来检测贴装元件在表面上的放置，可以由传感器区分该运动与运动公差，并相应地将其识别为放置运动。这种大幅度的运动只能通过相应大型的弹簧元件来实现，但需要更大的驱动力或贴装力才能进行运动。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是获得一种改进的贴装过程。本发明的目的尤其是提供一种使用最小的贴装力将贴装元件贴装到表面上的可行方案。

本发明用以达成上述目的的解决方案为各独立权利要求所述的主题。

在本发明的上下文中，提出了具有各独立权利要求所述特征的贴装系统和贴装方法。本发明的更多特征和细节参阅各从属权利要求、说明书和附图。在本发明中，结合根据本发明的贴装系统描述的特征和细节当然也适用于结合根据本发明的贴装方法，反之亦然，从而就披露本发明的各个方面而言，始终相互引用或能够相互引用。

在第一方面，本发明涉及一种贴装系统。该贴装系统包括具有连接元件的驱动体、驱动器、第一传感器、至少一个第二传感器以及控制器。连接元件配置成将通过驱动器提供的驱动力传递到吸移器上的对配连接元件。驱动器配置成使驱动体进行运动。第一传感器配置成确定吸移器的可动元件相对于吸移器的基体运动的第一测量值。至少一个第二传感器配置成确定基体相对于驱动体运动的第二测量值。控制器配置成：在数学比较过程中，将第一测量值与第二测量值进行比较，以确定吸移器的可动元件运动的校正行程，并基于该校正行程来检测吸移器的可动元件上的待布置贴装元件是否放置在对象上。

在本发明的上下文中，术语“检测”应理解为测定或识别一种状态的过程，该状态尤其是吸移器的可动元件上的待布置贴装元件是否放置在对象上。

在本发明的上下文中，控制器应理解为计算单元，例如用于调节或控制技术组件（例如所述贴装系统的各个组件）的处理器。

所述贴装系统包括驱动体，该驱动体可以例如是长形的刚体。通过根据本发明提出的驱动器可使驱动体进行运动。

根据本发明提出的驱动器配置成使驱动体特别是向相应吸移器的顶端或可动元件的运动方向进行运动。为此，驱动器可以包括升降元件，例如气动、电动、磁力或液压元件。

驱动体包括连接元件，例如卡钩或容纳部，例如孔眼或凹口，以便将通过根据本发明提出的驱动器提供的驱动力传递到吸移器，随之使布置于吸移器上的贴装元件进行运动，并最终使其布置在表面上。连接元件配置成与吸移器上的对配连接元件相互作用或者以形状配合方式或力配合方式连接到对配连接元件。为此，连接元件可以接合在对配连接元件中，或者对配连接元件可以接合在连接元件中，以便提供连接元件与对配连接元件的形状配合方式或力配合方式的连接。

连接元件与对配连接元件之间的连接在息止状态下始终具有一定运动公差，即连接元件与对配连接元件之间的距离或“游隙”，因此通过驱动器进行运动时，驱动体首先会减小连接元件与对配连接元件之间的距离，直到连接元件与对配连接元件接触，并且由驱动器提供的力从连接元件传递到对配连接元件，再传递到吸移器的基体，最后传递到吸移器的可动元件。

在朝向印刷电路板的方向进行运动期间，连接元件与对配连接元件之间可能发生相对运动。产生这些相对运动的原因是印刷电路板与连接元件上的惯性力和干扰力不同。由此，“游隙”内对配连接元件相对于连接元件的位置可能改变。运动结束时，吸移器的可动元件触及印刷电路板。此时仍存在的连接元件到对配连接元件的相对距离是“游隙”极限内的“余隙”，其中这两个元件之间出现形状配合。

一旦布置于吸移器的可动元件（例如吸移器顶端）上的贴装元件触及位置固定的主体（例如印刷电路板），可动元件便逆向吸移器的基体的运动方向进行运动。由于连接元件与对配连接元件之间的距离可变，所述贴装系统布置于驱动体上的第一传感器首先随着驱动体相对于吸移器的可动元件运动，这归因于相应存在的“余隙”，从而将第一传感器在测量可动元件相对于驱动体的跟随运动期间的这种运动作为方差输入。

相应地，通过仅借助第一传感器确定的测量值无法准确地判定吸移器的可动元件运动的行程。

为了测定通过第一传感器测得的可动元件相对于驱动体的一部分运动，该部分运动是由驱动体的运动而引起，并且相应地校正通过第一传感器测得的可动元件的运动，根据本发明提出第二传感器，其测定驱动体相对于吸移器的基体的运动。相应地，基于第二传感器的测量值，可以推定第一传感器的自身运动，从而不依赖于第一传感器的真身运动就能推定吸移器的可动元件运动的校正行程。为此提出，采用数学运算，将通过第二传感器确定的测量值与通过第一传感器确定的测量值进行比较，以便确定可动元件相对于驱动体运动的校正行程。

通过利用可动元件相对于驱动体运动的校正行程，可以将吸移器的可动元件实际克服的行程选择得极小，特别是等于或小于连接元件与对配连接元件之间的运动公差，从而吸移器的可动元件中的弹簧元件可以相应地选择得很小或很短。这就表明，通过利用可动元相对于驱动体运动的校正行程，甚至能够可靠地识别吸移器的可动元件的最小运动，从而所述贴装系统特别有利于精确或力敏的贴装过程，例如适合于极薄的膜片。特定而言，通过利用校正行程，弹簧元件的弹簧特性可以选择成极具刚性，因为弹簧元件仅需克服最小行程或校正行程就能执行贴装过程。

可以提出，第一传感器和/或至少一个第二传感器布置在驱动体上。各传感器与驱动体之间的物理连接可避免因驱动体与各传感器之间的运动而引起的测量方差。

还可提出，控制器配置成：当检测到吸移器的可动元件上的待布置贴装元件放置在对象上时，启动吸移器的释放机构。

为了完成贴装过程并启动释放机构，可以例如通过评估根据本发明提出的吸移器的可动元件运动的行程来识别贴装元件是否放置在对象上。使用所述贴装系统可以十分准确地或不会因运动公差而引起测量公差地确定可动元件的运动行程，因此可以十分精确地启动释放机构，随之能够将贴装元件准确地定位在对象上。

可以提出，所述贴装系统包括吸移器，该吸移器具有布置于吸移器的基体上的对配连接元件，并且该吸移器的可动元件上布置有第一反射元件，第一传感器与该第一反射元件在测量期间相互作用，其中，吸移器上布置有至少一个第二反射元件，至少一个第二传感器与该至少一个第二反射元件在测量期间相互作用。

借助反射元件并使用光学传感器，可以在待测区域与背景之间获得极高的对比度。相应地，通过使用具有多个可与各传感器相关联的反射元件的吸移器，能够特别准确地测量吸移器的运动。

可以进一步提出，控制器配置成：如果吸移器的可动元件运动的校正行程大于或等于放置阈值，则检测到可动元件放置在对象上，并且控制器进一步配置成基于校正行程来确定放置阈值或基于校正行程来校正预定的放置阈值。

为了尽量减小从根据本发明提出的吸移器的可动元件在贴装过程中传递到待贴装对象的贴装力，可以使用待动态确定的放置阈值，基于所确定或校正的行程来确定或校正该放置阈值。这就表明，放置阈值可以例如用来释放吸移器的释放机构，以便校正在驱动体的相应运动期间要克服的游隙。在此情形下，放置阈值可以是将吸移器的可动元件放置到相应待贴装对象上时要传递的力和/或直到吸移器的可动元件放置之前要克服的行程。放置阈值特别是相对于校正行程成比例地减小或与之相匹配。

可以提出，控制器配置成：在比较过程中，将第一测量值减去第二测量值和/或将第一测量值除以第二测量值。

通过数学运算以减法和/或乘法或任何其他技术上合适的数学过程将第一测量值与第二测量值进行比较，不依赖于连接元件与对配连接元件之间的运动公差，可以确定可动元件的运动。

在第二方面，本发明涉及一种用于借助所述贴装系统的可行实施方式来贴装对象的贴装方法，该方法包括：

a）通过驱动器使驱动体进行运动，以便将通过驱动器提供的驱动力经由连接元件传递到吸移器的对配连接元件；

b）借助第一传感器，确定吸移器的可动元件相对于吸移器的基体运动的第一测量值；

c）借助至少一个第二传感器，确定吸移器的基体相对于驱动体运动的第二测量值；

d）在数学比较过程中，将第一测量值与第二测量值进行比较；

e）基于步骤d）中的比较结果，确定吸移器的可动元件运动的校正行程；以及

f）使用步骤e）中确定的校正行程，检测布置于吸移器的可动元件上的贴装元件是否放置在对象上。

所述贴装方法尤其用于操作所述贴装系统，因此关于贴装方法和贴装系统的优势可互作参照。

可以提出，步骤f）包括：将校正行程与放置阈值进行比较，并检测布置于吸移器的可动元件上的贴装元件在对象上的放置。

特别是如果校正行程大于或等于放置阈值，则可提供校正行程与放置阈值的比较。为此可以提出，基于校正行程来确定所述放置阈值，或者基于所述校正行程来校正预定的放置阈值。

附图说明

本发明的更多优势、特征和细节参阅下文的内容，其中结合附图详细说明本发明的实施例。在本发明中，权利要求书和说明书中提及的特征无论以单独方式还是以任意组合皆旨在提出本发明的主题。

图1示出根据本发明可行技术方案的贴装系统的可行实施方式。

图2示出根据本发明可行技术方案的贴装方法的可行实施方式。

附图标记说明：

100 贴装系统

101 驱动体

103 驱动器

105 箭头

107 连接件

109 吸移器

111 对配连接元件

113 箭头

115 第一传感器

117 第二传感器

119 可动元件

121 基体

123 控制器

125 弹簧元件

200 方法

201 运动步骤

203 第一确定步骤

205 第二确定步骤

207 比较步骤

209 第三确定步骤

211 检测步骤。

具体实施方式

图1示出贴装系统100。该贴装系统100包括可通过驱动器103进行运动（如箭头105所示）的驱动体101。

通过驱动器103提供的驱动力经由布置于驱动体101上的连接元件107传递到布置于吸移器109上的对配连接元件111，以当驱动体101进行运动时，吸移器109同样进行运动。

连接元件107与对配连接元件111之间设有“游隙”或运动公差（如箭头113所示）。通过“游隙”，对配连接元件111可以特别容易地引入到连接元件107中。

由于连接元件107与对配连接元件111之间的“游隙”，通过驱动器103提供的驱动力首先促使驱动体101独立于吸移器109进行运动，直到连接元件107与对配连接元件111相接触。相应地，布置于驱动体101上的第一传感器115连同布置于驱动体101上的第二传感器117相对于吸移器109进行运动。

第一传感器115用于测定可动元件119相对于吸移器109的基体121的运动，随之判定布置于可动元件119上的贴装元件是否放置在对象上。

第二传感器117用于测定吸移器109的基体121相对于驱动体101的运动。

通过第一传感器115测定的运动是由第一传感器115相对于吸移器109的运动与可动元件119相对于基体121的运动组成，因此根据本发明提出，借助控制器123，基于通过第二传感器117确定的驱动体101相对于吸移器109运动的测量值，确定可动元件119相对于基体121的运动在通过该传感器115测定的运动中所占的比例。为此提出，采用数学运算，将由第二传感器117确定的驱动体101相对于吸移器109运动的第二测量值与由第一传感器确定的可动元件119相对于基体121运动的第一测量值进行比较。为此，例如可以将通过第一传感器115确定的第一行程减去通过第二传感器117确定的第二行程，和/或可以将通过第一传感器115确定的第一行程除以通过第二传感器117确定的第二行程。当然，可以借助任何其他技术上合适的数学运算将第二测量值与第一测量值进行比较。

通过采用数学运算将第一测量值与第二测量值进行比较，确定可动元件119运动的校正行程，其表现出的方差远小于仅基于第一测量值所确定的行程。相应地，基于校正行程，可以特别准确地确定可动元件119的位置，尤其是其下放点。

此外，由于校正行程的方差极小，与使用仅基于第一测量值确定的行程（其方差相应较大）相比，使可动元件119进行运动的弹簧元件125的可能运动路径或弹簧路径可以选择成更短的。相应地，可以采用特别紧凑的方式提供弹簧元件，或者其弹簧刚性极高。

此外，由于校正行程的方差极小，与使用仅基于第一测量值确定的行程（其方差相应大）相比，可能以更低的公差和/或更低的基值来确定相对于可动元件的运动确定的值，例如启动吸移器109的释放机构的释放阈值。

图2示出方法200。该方法200包括运动步骤201，其用于通过驱动器使驱动体进行运动，以便将通过驱动器提供的驱动力经由连接元件传递到吸移器的对配连接元件。

在第一确定步骤203中，借助第一传感器，确定吸移器的可动元件相对于吸移器的基体运动的第一测量值。

在第二确定步骤205中，借助至少一个第二传感器，确定吸移器的基体相对于驱动体运动的第二测量值。

在比较步骤207中，在数学比较过程中，将第一测量值与第二测量值进行比较。

在第三确定步骤209中，基于比较步骤207中的比较结果，确定吸移器的可动元件运动的校正行程。

在检测步骤211中，利用第三确定步骤209中确定的校正行程，检测布置于吸移器的可动元件上的贴装元件是否放置在对象上。为此，例如将第三确定步骤209中确定的校正行程与预定的放置阈值进行比较，并且如果校正行程与放置阈值之差小于公差极限，则通知吸移器的可动元件已经抵达，即通过控制器将相应的消息例如保存在存储器中或传输到另一装置。

Claims

1.一种用于将贴装元件贴装到对象上的贴装系统（100），

其中，所述贴装系统（100）包括：

- 具有连接元件（107）的驱动体（101）；

- 驱动器（103）；

- 第一传感器（115）；

- 至少一个第二传感器（117）；

- 控制器（123），

其中，所述连接元件（107）配置成将通过所述驱动器（103）提供的驱动力传递到吸移器（109）上的对配连接元件（111），

其中，所述驱动器（103）配置成使所述驱动体（101）进行运动，

其中，所述第一传感器（115）配置成确定所述吸移器（109）的可动元件（119）相对于所述吸移器（109）的基体（121）运动的第一测量值，

其中，所述至少一个第二传感器（117）配置成确定所述基体（121）相对于所述驱动体（101）运动的第二测量值，以及

其中，所述控制器（123）配置成：

在数学比较过程中，将所述第一测量值与所述第二测量值进行比较，以确定所述吸移器（109）的可动元件（119）运动的校正行程，并基于所述校正行程来检测吸移器（109）的可动元件（119）上的待布置贴装元件是否放置在对象上。

2.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述第一传感器（115）布置在所述驱动体（101）上。

3.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述至少一个第二传感器（117）布置在所述驱动体（101）上。

4.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述控制器（123）配置成：当检测到吸移器（109）的可动元件（119）上的待布置贴装元件放置在所述对象上时，启动所述吸移器（109）的释放机构。

5.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述贴装系统包括吸移器（109），所述吸移器具有布置于所述吸移器（109）的基体（121）上的对配连接元件（111），并且所述吸移器（109）的可动元件（119）上布置有第一反射元件，所述第一传感器（115）与所述第一反射元件在测量期间相互作用，

其中，所述吸移器（109）的基体（121）上布置有至少一个第二反射元件，所述至少一个第二传感器（117）与所述至少一个第二反射元件在测量期间相互作用。

6.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述控制器配置成：如果所述吸移器（109）的可动元件（119）运动的校正行程大于或等于放置阈值，则检测到所述可动元件（119）放置在所述对象上，

其中，所述控制器（123）进一步配置成基于所述校正行程来确定所述放置阈值或基于所述校正行程来校正预定的放置阈值。

7.根据权利要求1所述的贴装系统（100），

其特征在于，

所述控制器（123）配置成：在比较过程中，将所述第一测量值减去所述第二测量值和/或将第一测量值除以所述第二测量值。

8.一种用于借助根据权利要求1至7中任一项所述的贴装系统（100）来贴装对象的贴装方法（200），所述方法包括：

a）通过驱动器（103）使驱动体（101）进行运动（201），以便将通过所述驱动器（103）提供的驱动力经由连接元件（107）传递到吸移器（109）的对配连接元件（111）；

b）借助第一传感器（115）确定（203）所述吸移器（109）的可动元件（119）相对于所述吸移器（109）的基体（121）运动的第一测量值；

c）借助至少一个第二传感器（117）确定（205）所述吸移器（109）的基体（121）相对于所述驱动体（101）运动的第二测量值；

d）在数学比较过程中，将所述第一测量值与所述第二测量值进行比较（207）；

e）基于步骤d）中的比较结果，确定（209）所述吸移器（109）的可动元件（119）运动的校正行程；以及

f）利用步骤e）中确定的校正行程，检测（211）布置于所述吸移器（109）的可动元件（119）上的贴装元件是否放置在对象上。

9.根据权利要求8所述的贴装方法（200），

其特征在于，

所述步骤f）包括：

将所述校正行程与放置阈值进行比较，并检测布置于所述吸移器（109）的可动元件（119）上的贴装元件在所述对象上的放置。

10.根据权利要求9所述的贴装方法（200），

其特征在于，

基于所述校正行程来确定所述放置阈值，或者基于所述校正行程来校正预定的放置阈值。