CN116193720A - 具有分段编码器条的制造装置 - Google Patents

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CN116193720A CN202211470405.2A CN202211470405A CN116193720A CN 116193720 A CN116193720 A CN 116193720A CN 202211470405 A CN202211470405 A CN 202211470405A CN 116193720 A CN116193720 A CN 116193720A
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Abstract

本发明涉及一种用于生产电子元件的制造装置，其具有用于在制造装置的工作区域中加工印刷电路板的加工装置、用于将印刷电路板输送到工作区域中和从工作区域中输送出来的输送装置以及用于确定加工装置在制造装置内的位置的位置测量系统，其中位置测量系统包括带有编码器图案的第一编码器条以及用于检测第一编码器条的编码器图案以用于确定加工装置相对于工作区域的位置的第一传感器。第一编码器条被划分成多个线性地在第一排中相继地、彼此分开地布置的编码器条分段，其中编码器条分段分别具有带编码器图案的编码器图案分段的条基体分段，其中第一传感器被构造用于检测第一编码器条的编码器图案。

Description

具有分段编码器条的制造装置
技术领域
本发明涉及一种用于生产电子元件的制造装置。该制造装置具有用于在制造装置的工作区域中加工印刷电路板的加工装置、用于将印刷电路板输送到工作区域中和从工作区域输送出来的输送装置以及用于确定加工装置在制造装置内的位置的位置测量系统。位置测量系统具有带有编码器图案的第一编码器条以及用于检测编码器图案以确定加工装置相对于工作区域的位置的第一传感器。
背景技术
已知一些制造装置，像比如用于制造具有印制导线的电路板的电路板制造装置或者用于给电路板装配电子元件的装配装置，其中，可以通过位置测量系统来测定制造装置的加工装置相对于制造装置的机器壁部的位置。
已知的位置测量装置具有带有编码器图案的编码器条，所述编码器图案能够借助传感器来探测。编码器条位置固定地布置在制造装置的机器壁部上，而传感器保持在制造装置的加工装置上并且可与该加工装置一起运动。为了在确定加工装置在制造装置之内的位置时的特别高的精度，需要传感器的高分辨率以及编码器条的高精度。这种编码器条的制造在编码器条的长度增大以及精度增大的情况下是更复杂的并且成本更高。
发明内容
因此，本发明的任务在于，消除或者至少部分地消除在用于生产电子元件的制造装置中的前述缺点。本发明的任务尤其在于提供一种用于生产电子元件的制造装置，该制造装置能够以简单且成本适宜的方式和方法制造并且确保在确定加工装置的位置时的高精度。
上述任务通过权利要求来解决。因此，该任务通过具有独立权利要求1的特征的用于制造电子元件的制造装置来解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。
根据本发明，该任务通过一种用于制造电子元件的制造装置来解决。该制造装置具有用于在制造装置的工作区域中加工印刷电路板的加工装置、用于将印刷电路板输送到工作区域中和从工作区域输送出来的输送装置以及用于确定加工装置在制造装置内的位置的位置测量系统。位置测量系统具有带有编码器图案的第一编码器条以及用于检测第一编码器条的编码器图案以确定加工装置相对于工作区域的位置的第一传感器。根据本发明，第一编码器条被划分成多个线性地在第一排中相继地、彼此分开地布置的编码器条分段，其中编码器条分段分别具有带编码器图案的编码器图案分段的条基体分段。第一传感器被构造用于检测第一编码器条的编码器图案。
制造装置被构造用于制造电子元件。在本发明的范围内，电子元件的制造例如理解为将印制导线布置在印刷电路板上或者给电路板装配电子元件、像比如半导体元件、电阻或类似物。制造装置优选构造为自动生产机。
加工装置被构造用于在制造装置的工作区域中加工印刷电路板。为此，加工装置构造为可相对于工作区域线性运动。通过加工装置相对于工作区域的线性运动，加工装置可相对于布置在工作区域中的印刷电路板(PCB)运动，从而PCB可借助加工装置来加工。替代地或附加地，工作区域可以被构造为相对于加工装置可移动。优选地，加工装置能够沿第一方向线性运动并且工作区域能够沿横向于、优选地垂直于第一方向构成的第二方向移动。
输送装置构造用于将印刷电路板输送到工作区域中。此外，输送装置被构造用于将印刷电路板从工作区域中输送出来。优选地，输送装置具有带传送装置、尤其双带传送装置。进一步优选地，输送装置具有用于将电路板位置固定地保持在工作区域中的保持装置。
位置测量系统被构造用于确定加工装置在制造装置内部的位置。替代地或附加地，位置测量系统可以被构造用于确定电路板在制造装置内部的位置。因此，位置测量系统优选地被构造用于确定加工装置相对于印刷电路板的相对位置。为了确定加工装置相对于工作区域的位置，位置测量系统具有带有编码器图案的第一编码器条以及用于检测第一编码器条的编码器图案的第一传感器。第一传感器优选保持在加工装置上。下面尤其描述加工装置相对于制造装置的运动，其中，对此也可以替代地或附加地理解为或者可以理解为电路板相对于加工装置的运动。
编码器条由多个编码器条分段组成。编码器条分段分别具有带编码器图案的编码器图案分段的条基体分段。优选地，编码器条分段板状地构造为具有矩形的基面，并且分别具有第一横向棱边以及与第一横向棱边相对的第二横向棱边。编码器条分段的纵向延伸范围优选为10mm至30mm，特别优选为大约15mm。编码器条分段的横向延伸范围优选为5mm和20mm之间，特别优选为大约10mm。编码器图案分段的纵向延伸范围优选分别由第一横向棱边和第二横向棱边限界。编码器条分段在第一排中线性相继地布置。优选地，编码器条分段如此布置，使得相邻的编码器条分段尤其面状地以其端侧相接触或者线状地以其横向棱边相接触。编码器条分段优选地布置在制造装置的机器壁部上。编码器图案例如能够构造为递增编码器图案。
根据本发明的制造装置相对于常规的制造装置具有的优点是，编码器条以简单的手段以及以成本适宜的方式和方法来提供。编码器条分段能够比整体构成的编码器条明显更少耗费地制造。以这种方式可以降低制造装置的制造耗费以及制造成本。此外，编码器条分段具有的优点是，单个受损或磨损的编码器条分段能够容易地更换并且不必更换整个编码器条。因此，可降低维护成本。最后，分开的编码器条分段具有的优点是，热膨胀仅分别涉及单个的编码器条分段并且不在编码器条的延伸长度上积累。因此，可以改善位置测量系统的精度。
根据本发明的一种优选的改进方案，在制造装置中可以规定，位置测量系统具有带有编码器图案的第二编码器条，其中第二编码器条被划分成多个线性地在平行于第一排延伸的第二排中相继地、彼此分开地布置的编码器条分段。此外，位置测量系统具有第二传感器，该第二传感器构造用于检测第二编码器条的编码器图案。第一传感器和第二传感器如此布置，使得在加工装置在制造装置内部的每个在工作区域内允许的单轴相对位置中，编码器图案可借助第一传感器和/或第二传感器检测。单轴相对位置被理解为可借助单轴运动、即沿着直线的运动到达的相对位置。在本发明的范围内，允许的相对位置理解为在制造装置的常规运行中可达到的相对位置。根据本发明的该优选的实施方式，位置测量系统具有两个编码器条，其优选地彼此平行地布置。优选地，第一排的编码器条分段接触第二排的编码器条分段，使得在这些编码器条分段之间仅构造窄的纵向接缝。第一传感器和第二传感器布置在加工装置上并且因此可与其一起运动。此外，第一传感器和第二传感器如此布置，使得在加工装置沿着编码器条的每个位置中，编码器图案始终能够借助传感器中的至少一个来探测。因此防止了两个传感器同时朝向两个编码器条分段之间的横向接缝。此外，存在如下相对位置，在所述相对位置中能够借助多个传感器来探测编码器图案。借助该多余量可测定传感器故障、热膨胀、编码器条的损坏或类似情况。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法确保了改善的以及可靠的位置确定。此外，通过布置编码器条分段以及传感器，能够探测编码器条分段的热膨胀并且在准确的位置确定中能够考虑所述热膨胀。
根据本发明，能够设置有另外的编码器条，所述编码器条优选以另外的排平行于第一排布置。以这种方式，在加工装置的横向于编码器条的纵向延伸范围的较大的移动路径的情况下改善位置确定。
根据本发明优选的是，编码器条分段如此布置在制造装置的机器壁部上，使得第一排的两个编码器条分段之间的分界接缝相对于第二排的两个编码器条分段之间的分界接缝彼此错开地布置。在这种情况下优选的是，第一传感器和第二传感器在编码器条的纵向方向上在相同的高度上或者以编码器条分段的分段长度彼此错开地布置。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法确保了改善的以及可靠的位置确定。
进一步优选地，位置测量系统具有第三传感器，其中，第三传感器在横向于第一排延伸的方向上布置在第一传感器和第二传感器之间。第一传感器、第二传感器和第三传感器如此布置，使得在加工装置在制造装置之内的每个在工作区域之内允许的双轴相对位置中，编码器图案能够借助第一传感器和/或第二传感器和/或第三传感器来检测。所谓双轴相对位置可以理解为借助一个双轴的运动，即在一个面上，比如在一个垂直构成的X-Y面上的运动可达到的相对位置。X方向在此对应于编码器条的纵向延伸范围，Y方向对应于编码器条的高度延伸范围。第一传感器、第二传感器和第三传感器布置在加工装置上并且因此可与其一起移动。此外，第一传感器、第二传感器和第三传感器被如此布置，使得在加工装置沿着编码器条以及横向于编码器条的每个位置中，编码器图案始终能够借助传感器中的至少一个来探测。因此防止，全部三个传感器同时面向两个编码器条分段之间的接缝，比如横向接缝或纵向接缝。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法确保了改善的以及可靠的位置确定。
在本发明的一种特别优选的设计方案中，位置测量系统具有在第一排的延伸方向上与第一传感器间隔开地布置的用于检测第一排的编码器图案的第四传感器，其中，第一传感器和第四传感器如此布置，使得在加工装置在制造装置内部的每个在工作区域内允许的单轴相对位置中，编码器图案能借助第一传感器和/或第四传感器检测。在这种情况下，布置在第二排中的第二编码器条是可有可无的。通过布置传感器确保了在每个相对位置中都能借助传感器中的至少一个来探测编码器图案。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法确保了改善的以及可靠的位置确定。
优选地，编码器图案被构造为绝对的编码器图案。绝对的编码器图案在每个部位上具有唯一的构造，使得通过编码器图案精确地限定沿着编码器路线的每个位置。因此，通过在一个部位处单次检测编码器图案，可以容易地确定该部位的位置。根据本发明，第一编码器图案能够与第二编码器图案相同地构成。替代地，第一编码器图案和第二编码器图案也能够不同地构成。在递增编码器图案中，直接的位置确定是不可行的，因为位置确定在加工装置的整个过程期间仅能够通过驶向参考点和扫描编码器图案来实现。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法确保了改善的以及可靠的位置确定。
根据本发明的一种优选的实施方式，编码器条分段的条基体分段具有热膨胀系数低于5x10-6 K-1的材料或者由这样的材料构成。优选的材料是玻璃，特别是具有降低的热膨胀的玻璃。优选的材料例如是耶拿牌玻璃、石英玻璃、微晶玻璃等。这具有的优点是，以简单的手段以及以成本适宜的方式和方法提供具有特别高的热稳定性以及小的热膨胀的编码器条分段，使得确保改进的以及可靠的位置确定。
特别优选地，编码器条分段的条基体分段的编码器图案分段具有不同的分辨率。在此优选的是，编码器图案分段在工作区域的、在其中能够在PCB上执行加工措施的区段中具有相对高的分辨率，并且编码器图案分段在工作区域的、在其中仅能够利用PCB执行输送措施的区段中具有相对低的分辨率。通过高的分辨率可以实现高的定位精度，而在较小的分辨率的情况下降低定位精度。这具有的优点是，利用简单的手段以及以成本适宜的方式和方法降低了位置测量系统的以及进而制造装置的制造成本，其中，在工作区域的相关的区段中还确保了特别高的定位精度。
根据本发明优选的是，编码器条分段仅经由一个连接区域固定在制造装置的机器壁部上，其中连接区域的纵向延伸范围小于编码器条分段的纵向延伸范围的一半。特别优选地，连接区域的纵向延伸范围小于编码器条分段的纵向延伸范围的四分之一。因此，在编码器条分段中，分别仅编码器条分段的第一部分区域保持在机器壁部上，并且第二部分区域松动地布置在机器壁部上。由于编码器条分段的刚性的构造，这种固定是没有问题的。这是考虑了机器壁部的和编码器条分段的不同的热膨胀系数，以便避免由于机器壁部的热膨胀而在编码器条分段中产生应力。连接区域优选点状地、线状地或类似地构成。这具有的优点是，以简单的手段以及以成本适宜的方式和方法改善了制造装置的热负荷能力。
根据本发明优选的是，制造装置构造为用于制造具有印制导线的印刷电路板的电路板制造装置。在此，加工装置被构造为用于在印刷电路板上产生印制导线的印制导线产生装置。替代地，根据本发明可以规定，制造装置被构造为用于给印刷电路板装配电子元件的装配装置、尤其是自动装配机。在这种情况下，加工装置被构造为用于给印刷电路板装配电子元件的装配头。这种生产装置要求特别高的、可以达到纳米范围的定位精度。由于高精度，根据本发明的制造装置特别适用于这种应用领域。
附图说明
下面借助附图详细说明根据本发明的制造装置。分别示意性地示出：
图1以侧视图示出了根据本发明的一种优选实施方式的制造装置，
图2以侧视图示出了根据本发明的优选的第一实施方式的位置测量系统，
图3以侧视图示出了根据本发明的优选的第二实施方式的位置测量系统，
图4以侧视图示出了根据本发明的优选的第三实施方式的位置测量系统，并且
图5以侧视图示出了根据本发明的编码器条分段。
附图标记说明：
1制造装置
2加工装置
3工作区域
4输送装置
5位置测量系统
6第一编码器条
7第一传感器
8第一排
9编码器条分段
10第二编码器条
11第二排
12第二传感器
13机器壁部
14分界接缝
15第三传感器
16第四传感器
17连接区域
18装配装置
19装配头
20电子元件
21第三编码器条
22第三排
L印刷电路板(PCB)。
具有相同功能和作用方式的元件在图1至图5中分别设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示意性地以侧视图示出了根据本发明的一种优选的实施方式的制造装置1。制造装置1被构造为用于为电路板L装配电子元件20的装配装置18。电子元件20在缠绕在轮上的衬底上提供，其中为每个不同的电子元件20分别提供一个轮。
制造装置1具有在该制造装置的工作区域3中可运动地布置的加工装置2，该加工装置构造为装配头19。借助装配头19可以拾取电子元件20，并且可以将其布置在电路板L上，例如通过插接，并固定，例如通过钎焊。为了在工作区域3中提供电路板L以及为了将电路板L从工作区域3中进一步输送，制造装置1具有输送装置4。
为了确定加工装置2在工作区域3中的位置，制造装置1包括如下位置测量系统5，所述位置测量系统具有布置在第一排8中的第一编码器条6以及平行于第一排8布置在第二排11中的第二编码器条10。第一编码器条6和第二编码器条10分别由多个编码器条分段9组成，所述编码器条分段固定在制造装置1的机器壁部13上。在编码器条分段9上分别构造有编码器图案的在该视图中不可识别的编码器图案分段。在加工装置2上布置有用于扫描第一编码器条6的第一传感器7以及用于扫描第二编码器条10的第二传感器12。因此，加工装置2在工作区域3中的位置能够可靠地得到测定。
图2以侧视图示意性示出了根据本发明的优选的第一实施方式的位置测量系统5。位置测量系统5例如相应于在图1中示出的位置测量系统5。编码器条分段9分别通过一个连接区域17固定在机器壁部13上。在第一排8的编码器条分段9之间构造有分界接缝14。在第二排11的编码器条分段9之间同样构造有分界接缝14，所述分界接缝与第一排8的分界接缝14错开地布置。第一传感器7和第二传感器12布置在相同的垂直线上以及如此布置，使得在加工装置2在工作区域3中的每个位置中都能借助第一传感器7和/或第二传感器12来探测编码器图案。这意味着，在每个位置中，第一传感器7和/或第二传感器12都不对准分界接缝14之一。
在图3中示意性地以侧视图示出了根据本发明的优选的第二实施方式的位置测量系统5。位置测量系统5对应于根据本发明的第一实施方式的位置测量系统5并且附加地具有第三编码器条21，所述第三编码器条布置在第二排11下方的第三排22中。第三编码器条21由多个编码器条分段9组成。此外，位置测量系统5具有第三传感器15，该第三传感器在垂直方向上布置在第一传感器7和第二传感器12之间。第一传感器7和第二传感器12布置在相同的垂直线上，第三传感器15在第一编码器条6的纵向方向上与第一传感器7错开地布置。第一传感器7、第二传感器12和第三传感器15如此布置，使得在加工装置2在工作区域3中的任何位置中在二维的移动面上能够借助第一传感器7和/或第二传感器12和/或第三传感器15来探测编码器图案。这意味着，在每个位置中，第一传感器7和/或第二传感器12和/或第三传感器15都不对准分界接缝14之一。
图4以侧视图示意性示出了根据本发明的优选的第三实施方式的位置测量系统5。位置测量系统5仅具有第一编码器条6、第一传感器7和第四传感器16。第一传感器7和第四传感器16在相同的垂直高度上在不同的纵向位置上如此布置，使得在加工装置2在工作区域3中的每个位置中都能够借助第一传感器7和/或第四传感器16来探测编码器图案。这意味着，在每个位置中，第一传感器7和/或第四传感器16不对准分界接缝14之一。
在图5中示意性地以侧视图示出了根据本发明的一个编码器条分段9。在该编码器条分段9上构造有如下编码器图案分段，所述编码器图案分段能够借助传感器来探测。编码器图案分段被构造为绝对的编码器图案分段并且因此优选在位置测量系统5的范围内是唯一的。通过将多个编码器条分段9彼此连成排，能够由编码器图案分段形成一个编码器条以及一个编码器图案。

Claims (10)

1.一种用于生产电子元件的制造装置(1)，具有用于在制造装置(1)的工作区域(3)中加工印刷电路板(L)的加工装置(2)、用于将印刷电路板(L)输送到工作区域(3)中和从工作区域(3)中输送出来的输送装置(4)以及用于确定加工装置(2)在制造装置(1)内的位置的位置测量系统(5)，其中位置测量系统(5)包括带有编码器图案的第一编码器条(6)以及用于检测第一编码器条(6)的编码器图案以确定加工装置(2)相对于工作区域(3)的位置的第一传感器(7)，
其特征在于，
将所述第一编码器条(6)划分成多个线性地在第一排(8)中相继地、彼此分开地布置的编码器条分段(9)，其中每个所述编码器条分段(9)分别具有带编码器图案的编码器图案分段的条基体分段，其中所述第一传感器(7)被构造用于检测所述第一编码器条(6)的编码器图案。
2.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述位置测量系统(5)具有带编码器图案的第二编码器条(10)，其中所述第二编码器条(10)被划分为多个线性地在平行于所述第一排(8)延伸的第二排(11)中相继地、彼此分开地布置的编码器条分段(9)，其中所述位置测量系统(5)具有第二传感器(12)，其中所述第二传感器(12)被构造用于检测所述第二编码器条(10)的编码器图案，其中所述第一传感器(7)和所述第二传感器(12)被如此布置，使得在所述加工装置(2)在所述制造装置(1)内的每个在所述工作区域(3)内允许的单轴相对位置中，所述编码器图案能够借助所述第一传感器(7)和/或所述第二传感器(12)来检测。
3.根据权利要求2所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述编码器条分段(9)如此布置在所述制造装置(1)的机器壁部(13)上，使得所述第一排(8)的两个编码器条分段(9)之间的分界接缝(14)相对于所述第二排(11)的两个编码器条分段(9)之间的分界接缝(14)彼此错开地布置。
4.根据权利要求2所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述位置测量系统(5)具有第三传感器(15)，其中，所述第三传感器(15)沿着横向于所述第一排(8)延伸的方向布置在所述第一传感器(7)与所述第二传感器(12)之间，其中，所述第一传感器(7)、所述第二传感器(12)和所述第三传感器(15)如此布置，从而在所述加工装置(2)在所述制造装置(1)内的每个在所述工作区域(3)内允许的双轴相对位置中，所述编码器图案能借助所述第一传感器(7)和/或所述第二传感器(12)和/或所述第三传感器(15)来检测。
5.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述位置测量系统(5)具有沿所述第一排(8)的延伸方向与所述第一传感器(7)间隔开地布置的、用于检测所述第一排(8)的编码器图案的第四传感器(16)，其中，所述第一传感器(7)和所述第四传感器(16)如此布置，使得在所述加工装置(2)在所述制造装置(1)内的每个在所述工作区域(3)内允许的单轴相对位置中，所述编码器图案能够借助所述第一传感器(7)和/或所述第四传感器(16)来检测。
6.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述编码器图案被构造为绝对的编码器图案。
7.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述编码器条分段(9)的条基体分段具有热膨胀系数低于5x10-6 K-1的材料或者由这样的材料构成。
8.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述编码器条分段(9)的条基体分段的编码器图案分段具有不同的分辨率。
9.根据权利要求1所述的制造装置(1)，
其特征在于，
每个所述编码器条分段(9)分别仅仅通过一个连接区域固定在所述制造装置的机器壁部上，其中所述连接区域的纵向延伸范围小于所述编码器条分段(9)的纵向延伸范围的一半。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造装置(1)，
其特征在于，
所述制造装置(1)构造为用于制造具有印制导线的印刷电路板(L)的电路板制造装置，并且所述加工装置构造为用于在所述印刷电路板(L)上产生印制导线的印制导线产生装置，或者所述制造装置(1)构造为装配装置(18)并且所述加工装置构造为用于给所述印刷电路板(L)装配电子元件(20)的装配头(19)。
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