DE10037704A1

DE10037704A1 - Bauelement-Montagemaschine und Montageverfahren

Info

Publication number: DE10037704A1
Application number: DE10037704A
Authority: DE
Inventors: Hideki Sumi; Takahiro Noda; Kazuhiko Nakahara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-04-12
Also published as: KR100651361B1; KR20010049963A; CN1283080A; CN1192702C; US6356352B1; JP2001044696A

Abstract

Bauelement-Montagemaschine mit einem Bauelement-Zuführwagen, einem Montagekopf mit zwei oder mehr Saugdüsen zum Aufnehmen eines Bauelements aus dem Zuführwagen, einer Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Bildes von jedem durch die Saugdüsen gehaltenen Bauelement und einer Erkennungseinrichtung zum Erkennen jedes Bauelements auf der Basis von durch die Bilderfassungseinrichtung erhaltenen Bilddaten in Übereinstimmung mit einer Montagesequenz für jedes Bauelement. Jedes Bauelement wird unmittelbar und einzeln nach der Erkennung auf einem Montageziel montiert. Dieser Aufbau ermöglicht es, unnötige Wartezeit zu beseitigen, wodurch eine effiziente Bauelement-Montage ermöglicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bauelement- Montagemaschinen und Montageverfahren zum Aufnehmen von elektronischen Bauelementen aus einem Bauelement-Zuführwagen und zum Montieren derselben auf einem Substrat.

Eine typische Bauelement-Montagemaschine zum Montieren von elektronischen. Bauelementen auf einem Substrat nimmt in einem Zuführwagen vorgesehene Bauelemente mit ihrem Montagekopf und der daran angebrachten Saugdüse auf, überträgt sie auf das Substrat und montiert sie an vorbestimmen Montagepunkten. Bevor die Bauelemente auf dem Substrat montiert werden, werden die Bauelemente erkannt, um ihren Typ und ihre Positionsabweichung zu prüfen. Diese Erkennung wird implementiert, indem das Bild eines durch den Montagekopf gehaltenen Bauelements vor der Montageoperation durch eine unterhalb angebrachte Kamera erfasst wird.

Einige Montagemaschinen weisen einen Montagekopf mit zwei oder mehr Saugdüsen auf, um die Montageeffizienz zu erhöhen. Dieser Typ von Montagekopf mit mehreren Saugdüsen ermöglicht das Aufnehmen von zwei oder mehr Bauelemente pro Bewegung zu dem Zuführwagen, um die Effizienz des Aufnahmeprozesses zu erhöhen. Nach dem Aufnehmen der Bauelemente bewegt sich der Montagekopf über die Kamera, um eine Bauelementerkennung zu ermöglichen, wobei ein Bild von jedem Bauelement erfasst und erkannt wird. Dann werden die Bauelemente aufeinander folgend an vorbestimmten Befestigungspunkten auf dem Substrat montiert, wobei festgestellte Positionsabweichungen korrigiert werden.

Herkömmlicherweise wird die Erkennung jedoch für alle durch den Montagekopf gehaltenen Bauelemente durchgeführt, bevor mit der Montage derselben auf dem Substrat begonnen wird, wenn ein Montagekopf mit mehreren Saugdüsen zum Montieren von mehreren Bauelementen verwendet wird. Dabei ist eine beträchtliche Zeitdauer zum Erkennen aller Bauelemente erforderlich, insbesondere wenn die Anzahl der durch den Kopf gehaltenen Bauelemente höher ist. Weil keine Montage während der Erkennung stattfindet, wird dadurch die Gesamtzeit für die Montage erhöht. Um dementsprechend die Montageeffizienz zu erhöhen, ist es erforderlich, unnötige Wartezeiten während der Erkennung zu beseitigen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Bauelement- Montagemaschine und ein Montageverfahren zum effizienten Montieren von Bauelementen unter Verwendung eines Montagekopfs mit mehreren Saugdüsen anzugeben.

Die Bauelement-Montagemaschine der vorliegenden Erfindung umfasst:

a) einen Bauelemente-Zuführwagen
b) einen Montagekopf mit zwei oder mehreren Saugdüsen zum Aufnehmen von Bauelementen aus dem Zuführwagen,
c) eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Bildes von jedem durch die Saugdüsen gehaltenen Bauelement, und
d) eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen jedes Bauelements unter Verwendung der durch die Bilderfassungseinrichtung erhaltenen Bilddaten in Übereinstimmung mit einer Montagesequenz für jedes Bauelement.

Die Bauelemente werden aufeinander folgend jeweils nach der Erkennung auf einem Montageziel (wie etwa einem Substrat) montiert.

Diese Konfiguration ermöglicht es, eine unnötige Wartezeit zu beseitigen, um die Effizienz bei der Montage der Bauelemente zu erhöhen.

Das Bauelement-Montageverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte:

a) Aufnehmen von Bauelementen von dem Zuführwagen unter Verwendung eines Befestigungskopfs mit zwei oder mehr Saugdüsen,
b) Erfassen eines Bildes von jedem durch den Montagekopf mit zwei oder mehr Saugdüsen gehaltenen Bauelement,
c) Erkennen der Bauelemente in Übereinstimmung mit der Montagesequenz unter Verwendung des erfassten Bildes in Übereinstimmung mit einer Montagesequenz durch eine Erkennungseinrichtung, und
d) Montieren der jeweils erkannten Bauelemente auf dem Montageziel (wie etwa einem Substrat).

Mit diesem Verfahren wird jedes Bauelement in Übereinstimmung mit der Montagesequenz erkannt, nachdem Bilder von mehreren Bauelementen erfasst wurden, wobei jedes erkannte Bauelement jeweils unmittelbar auf dem Substrat montiert wird. Dies ermöglicht das Starten der Montageoperation ohne auf die Erkennung aller aufgenommenen Bauelemente zu warten. Folglich wird die Effizienz des Bauelement-Montageprozesses erhöht, indem unnötige Wartezeit beseitigt wird.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bauelement- Montagemaschine in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht der Bauelement- Montagemaschine in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm der Montageoperation der Bauelement-Montagemaschine in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 stellt dar, wie ein Bild in der Bauelement- Montagemaschine in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht und Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht einer Bauelement-Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems einer Bauelement-Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm der Montageoperation der Bauelement-Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 5 stellt dar, wie ein Bild in der Bauelement- Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfasst wird.

Im folgenden wird der Aufbau der Bauelement- Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Substrat 12 auf einer Transportschiene 11 platziert. Der Zuführwagen 16, der die elektronischen Bauelemente zuführt, ist seitlich zu der Transportschiene 11 vorgesehen. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind zwei oder mehr Bandwalzen 18 an der Zuführbasis 17 des Zuführwagens 16 angeordnet. Die Bandwalzen 18 bewegen das die Bauelemente tragende Band mit vorbestimmten Raten, um Bauelemente zu der Aufnahmeposition des Montagekopfes 13 zu befördern.

Der Kopf 13 wird horizontal durch eine Steuerung (nicht dargestellt) bewegt, wobei zwei oder mehr Saugdüsen 14 am unteren Ende des Kopfs 13 Bauelemente von den Bandwalzen 18 aufnehmen und auf dem Substrat 12 befestigen, das als Montageziel vorgesehen ist. Eine Linienkamera 15 ist als Bilderfassungseinrichtung zwischen dem Zuführwagen 16 und der Transportschiene 11 angeordnet. Die Kamera 15 erfasst ein Bild von jedem durch eine Saugdüse 14 gehaltenen Bauelement, wenn der Kopf 13 mit der das Bauelement haltenden Saugdüse 14 über die Kamera 15 bewegt wird.

Im folgenden wird der Aufbau des Steuersystems der Bauelement-Montagemaschine in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 ist die Steuereinrichtung 20 eine CPU, die den gesamten Betrieb der Bauelement-Montagemaschine steuert. Der Programmspeicher 21 speichert Programme, die für verschiedene Operationen einschließlich einer Montageoperation erforderlich sind. Montagedaten einschließlich von Information zu den Typen, der Montagesequenz und den Montagekoordinaten für jedes auf dem Substrat 12 zu montierende Bauelement sind in einem Montagedatenspeicher 22 gespeichert. Die mechanische Steuereinrichtung 23 steuert Motoren zum Antreiben des XY- Tischmechanismus, um den Montagekopf 13 und den Beförderungsmechanismus der Transportschiene 11 zu bewegen.

Die Erkennungseinrichtung 24 erkennt die Position des durch den Montagekopf 13 gehaltenen Bauelements unter Verwendung der durch die Linienkamera 15 erhaltenen Bilddaten. Die Bedienungs- und Eingabeeinheit 25 umfasst üblicherweise eine Tastatur oder ein Berührungsfeld und wird zum Eingeben von Steuerbefehlen und Daten verwendet. Die Anzeige 26 ist ein Monitor zum Anzeigen der durch die Kamera 15 erfassten Bilder sowie des Bedienungsmenüs.

Im folgenden wird die Montageoperation der Bauelement- Montagemaschine der bevorzugten Ausführungsform mit dem oben beschriebenen Aufbau mit Bezug auf das Diagramm von Fig. 4 beschrieben. Das Diagramm zeigt die Abfolge und den zeitlichen Verlauf der Schritte während der Kopf 13 eine einzige Rundbewegung (einen Montagedurchlauf) zwischen dem Zuführwagen 16 und dem Substrat 12 macht.

Zuerst bewegt sich der Kopf 13 zu dem Zuführwagen 16 und nimmt jeweils ein Bauelement mit jeder der mehreren Saugdüsen 14 auf (in der bevorzugten Ausführungsform sind 6 Saugdüsen vorgesehen). Auf der Basis der zuvor im Montagedatenspeicher 22 gespeicherten Montagedaten werden die Typen der sechs aufzunehmenden Bauelemente bestimmt und wird außerdem bestimmt, welches Bauelement durch welche Saugdüse 14 aufgenommen wird. Mit anderen Worten nimmt jede Saugdüse 14 ein vorbestimmtes Bauelement in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Montagesequenz auf.

Der Montagekopf 13, der mit seinen Saugdüsen 14 sechs Bauelemente hält, bewegt sich wie in Fig. 5 gezeigt über die Kamera. Während sich der Kopf 13 bewegt, erfasst die Kamera 15 ein Bild von jedem durch die Saugdüsen 14 gehaltenen Bauelement P. Die erfassten Bilddaten werden für die Erkennung zu der Erkennungseinrichtung 24 gesendet.

In dem Erkennungsprozess wird zuerst festgestellt, ob ein Saugfehler aufgetreten ist. Dabei wird geprüft, ob ein Bild des Bauelements P für jede Saugdüse 14 vorhanden ist, d. h. ob in dem erfassten Bild an jeder Saugdüse ein Bauelement vorhanden ist. Wenn an einer der Saugdüsen 14 kein Bauelement P vorhanden ist, bestimmt die Erkennungseinrichtung 24, dass ein Saugfehler an der festgestellten Saugdüse 14 aufgetreten ist. In diesem Fall werden keine Operationen für die Positionserkennung und die Bauelement-Montage für diese Saugdüse 14 implementiert, die normalerweise die folgenden Schritte sind.

Nach der Prüfung auf Saugfehler wird die Position des ersten Bauelements, d. h. des in der Sequenz der Montagedaten zuerst zu montierenden Bauelements für die sechs während einer Aufnahmeoperation aufgenommenen Bauelemente erkannt. Nach dem Erkennen der Position des ersten Bauelements werden auch die anderen Bauelemente in gleicher Weise in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Montagesequenz erkannt.

Nachdem die Position für das erste Bauelement erkannt wurde, beginnt der Kopf 13, das erste erkannte Bauelement auf der Basis der Montagedaten zu montieren. Die erforderliche Kompensation zum Korrigieren der Positionsabweichung wird auf der Basis des bereits erhaltenen Ergebnisses der Positionserkennung berechnet, und das erste Bauelement wird auf dem Substrat 12 montiert, nachdem eine Positionsabweichung während der Bewegung des Kopfes über das Substrat 12 korrigiert wurde. Während dieser Bauelement-Montageoperation fährt die Erkennungseinrichtung 24 fort, die Positionen von anderen Bauelementen zu erkennen. Dann werden die Bauelemente, deren Position bereits erkannt wurde, nacheinander montiert. Die Montage von allen Bauelementen in dem einen Montagedurchlauf wird abgeschlossen, nachdem die Position des sechsten Bauelements erkannt wurde und dasselbe auf dem Substrat montiert wurde.

Im Vergleich dazu zeigt Fig. 4 ein Zeitdiagramms für den entsprechenden Teil der Bauelement-Montageoperation unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens. Auf Fig. 4 wird deutlich, dass die bevorzugte Ausführungsform eine Reduktion der durch die Zeit T angegebenen Taktzeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren ermöglicht, weil das herkömmliche Verfahren die gesamte Montageoperation erst dann beginnt, wenn in einem Montagedurchlauf die Positionen für alle Bauelemente erkannt wurden.

Wie oben beschrieben ermöglicht die vorliegende Erfindung das Erfassen von Bildern von mehreren Bauelementen, wobei ein Bild von jedem Bauelement unter Verwendung der erfassten Bilddaten in Übereinstimmung mit der Montagesequenz erkannt wird und wobei jedes einzelne erkannte Bauelement unmittelbar auf dem Substrat befestigt wird, ohne dass darauf gewartet wird, dass die Erkennung aller aufgenommenen Bauelemente vor dem Beginn der Montageoperation abgeschlossen wird. Folglich beseitigt die vorliegende Erfindung unnötige Wartezeit und erhöht die Effizienz des Montageprozesses für die elektronischen Komponenten.

Claims

1. Bauelement-Montagemaschine mit

a) einem Bauelement-Zuführwagen (16),
b) einem Montagekopf (13) mit einer Vielzahl von Saugdüsen (14) zum Aufnehmen eines Bauelements aus dem Zuführwagen (13),
c) einer Bilderfassungseinrichtung (15) zum Erfassen eines Bildes von jedem durch die Saugdüsen (14) gehaltenen Bauelement, und
d) einer Erkennungseinrichtung (24) zum Erkennen jedes Bauelements unter Verwendung der durch die Bilderfassungseinrichtung (15) erhaltenen Bilddaten in Übereinstimmung mit einer Montagesequenz für jedes Bauelement,

wobei jedes erkanntes Bauelement einzeln jeweils aufeinander folgend auf einem Montageziel (12) montiert wird.

2. Bauelement-Montagemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung (15) eine Linienkamera ist, wobei sich der Montagekopf (13) zu der Linienkamera (15) bewegt, um die Bilddaten zu erhalten.

3. Bauelement-Montagemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsabweichung des erkannten Bauelements korrigiert wird, wobei das Bauelement dann einzeln auf einem Montageziel (12) montiert wird.

4. Bauelement-Montagemaschine nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position eines nächsten Bauelements erkannt wird, während das erkannte Bauelement montiert wird.

5. Bauelement-Montagemaschine nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugfehler-Überprüfung implementiert wird, um das Vorhandensein eines Bauelements an jeder der Saugdüsen (14) festzustellen, bevor die Bauelemente erkannt werden.

6. Bauelement-Montagemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugfehler-Überprüfung unter Verwendung eines durch die Bilderfassungseinrichtung (15) erfassten Bildes implementiert wird.

7. Bauelement-Montagemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der Position und die Montage für eine bestimmte Saugdüse (14) ausgelassen werden, wenn ein Saugfehler in der Saugfehler-Überprüfung festgestellt wurde.

8. Bauelement-Montageverfahren mit folgenden Schritten:

a) Aufnehmen eines Bauelements von einem Bauelement- Zuführwagen durch einen Montagekopf mit einer Vielzahl von Saugdüsen,
b) Erfassen eines Bildes von jedem durch die Saugdüsen gehaltenen Bauelement durch eine Bilderfassungseinrichtung,
c) Erkennen jedes Bauelements durch eine Erkennungseinrichtung unter Verwendung des erfassten Bildes in Übereinstimmung mit einer Montagesequenz für die Bauelemente, und
d) Montieren des erkannten Bauelements jeweils einzeln auf einem Montageziel.

9. Bauelement-Montageverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linienkamera als Bilderfassungseinrichtung in dem Schritt zum Erfassen eines Bildes von jedem Bauelement verwendet wird, wobei Bilddaten durch das Bewegen des Montagekopfs zu der Linienkamera erhalten werden.

10. Bauelement-Montageverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach dem Schritt zum Erkennen jedes Bauelements die folgenden weiteren Schritte umfasst:
Berechnen einer Kompensation zum Korrigieren einer Positionsabweichung von jedem Bauelement, und
Korrigieren einer Positionsabweichung in Übereinstimmung mit der Kompensation, wobei die Positionsabweichung während der Bewegung des Montagekopfs korrigiert wird.

11. Bauelement-Montageverfahren nach wenigstens einem vorstehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position eines nächsten Bauelements erkannt wird, während das erkannte Bauelement montiert wird.

12. Bauelement-Montageverfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Schritt zum Erkennen jedes Bauelements den folgenden Schritt umfasst:
Prüfen auf einen Saugfehler, um das Vorhandensein eines Bauelements an jeder der Saugdüsen festzustellen.

13. Bauelement-Montageverfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zur Prüfung auf einen Saugfehler unter Verwendung des durch die Bilderfassungseinrichtung erfassten Bildes implementiert wird.

14. Bauelement-Montageverfahren nach Anspruch 12, wobei das Erkennen der Position und die Montage für eine bestimmte Saugdüse ausgelassen werden, wenn ein Saugfehler in dem Schritt zur Prüfung auf einen Saugfehler festgestellt wird.