DE10037917A1

DE10037917A1 - Bauteilmontagevorrichtung und Montageverfahren

Info

Publication number: DE10037917A1
Application number: DE10037917A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kashiwagi; Kazuhide Nagao
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2001-11-29
Also published as: US6446333B1; JP2001053496A; CN1192701C; CN1283956A

Abstract

Es werden eine Bauteilmontagevorrichtung und ein Montageverfahren für das Aufnehmen von Bauteilen mit einem Montagekopf, der mehrere Saugdüsen aufweist, und das Montieren dieser Bauteile auf einem Montageziel nach deren Erkennung beschrieben. Aufgenommene Bauteile bewegen sich vollständig gegenüber einer Bauteilerkennungsvorrichtung, die auf einem Bewegungsweg des Kopfes angeordnet ist, um jedes Bauteil abzutasten und zu erkennen. Während der Abtastung wird die niedrigste Abtastgeschwindigkeit der Abtastgeschwindigkeiten, die für das Erkennen jedes Bauteils notwendig sind, verwendet. Dies eliminiert eine Annäherungszeit, die für ein Umschalten der Geschwindigkeit während der Abtastung jedes Bauteils benötigt wird, um somit die gesamte Erkennungszeit zu vermindern und die Montageleistung zu erhöhen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bauteilmontagevor richtungen und auf Montageverfahren, wie sie beispielsweise für das Montieren von elektronischen Bauteilen auf Substraten verwendet werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bauteilmontagevorrichtungen, die typischerweise für das Mon tieren elektronischer Bauteile ausgebildet sind, nehmen Bau teile, die in einem Zuführwagen (feeder carriage) gelagert sind, unter Verwendung eines Montagekopfes mit einer Saugdüse auf, und befördern sie zu einem Zielsubstrat, um sie an vor bestimmten Montagepunkten zu montieren. Vor dem Montieren der Bauteile auf dem Substrat wird jedes Bauteil visuell erkannt, um seinen Typ zu identifizieren und um eine Positionsabwei chung zu erkennen.

Diese Erkennungsoperation findet vor dem Montieren üblicher weise auf die folgende Art statt. Eine Kamera nimmt ein Bild eines Bauteils, das vom Montagekopf gehalten wird, von unten auf. Oft wird eine Zeilenkamera (line camera) für das Aufneh men der Bilder der Bauteile verwendet. Die Zeilenkamera ist mit einem Zeilensensor, der viele CCD-Elemente, die in einer Dimension ausgerichtet sind, umfaßt, ausgerüstet. Das Zielob jekt, dessen Bild aufgenommen werden soll, wird über den Zei lensensor geführt und abgetastet, wobei zweidimensionale Bilddaten erzeugt werden.

Dieser Typ einer konventionellen Bauteilmontagevorrichtung und eines Montageverfahrens verwendet häufig zwei oder mehr Saugdüsen auf dem Montagekopf, um die Montageleistung zu verbessern. Diese mehreren Düsen auf dem Kopf nehmen die er forderlichen Bauteile von jeder Teilezuführvorrichtung im Zu führwagen gemäß der Montagesequenz auf und führen das Bauteil für das Aufnehmen eines Bildes und die Erkennung jedes Bau teils über die Kamera.

Die obige Zeilenkamera weist bei der Erkennung von mehreren Bauteilen, die durch mehrere Saugdüsen gehalten werden, den folgenden Nachteil auf.

Die Zeilenkamera erkennt Bauteile durch das Abtasten eines Zielbauteils, um ein zweidimensionales Bild aus einem Satz von eindimensionalen Bildern zu erhalten. Es existiert eine passende Abtastgeschwindigkeit für jedes Zielbauteil, um ein Bild mit einer zufriedenstellenden Auflösung aufzunehmen. So mit muß, wenn die Kamera kontinuierlich mehrere Bauteile, die von mehreren Saugdüsen gehalten werden, abtastet, die Abtast geschwindigkeit für jedes Bauteil geändert werden.

Die Abtastgeschwindigkeit der Zeilenkamera für jedes Bauteil in einem konventionellen Montageverfahren für elektronische Bauteile wird als nächstes unter Bezug auf Fig. 4 beschrie ben.

Fig. 4 ist eine Darstellung, die Änderungen in der Abtastge schwindigkeit, wenn ein Bild aufgenommen wird, das heißt, Än derungen der horizontalen Bewegungsgeschwindigkeit des Monta gekopfes während dem Aufnehmen des Bildes im konventionellen Montageverfahren für elektronische Bauteile darstellt. In Fig. 4 sind V1, V2 und V3 passende Abtastgeschwindigkeiten für die jeweiligen elektronischen Bauteile (110, 120 und 130 in Fig. 3). Hier ist V3 < V1 < V2.

Man sieht aus der Darstellung, daß die horizontale Bewegungs geschwindigkeit des Montagekopfes umgeschaltet wird, um die Abtastgeschwindigkeiten V1, V2 und V3, die für jedes Bauteil geeignet sind, zu erreichen, wenn Bilder von den Bauteilen 110, 120 und 130 aufgenommen werden. Zusätzlich ist eine vor bestimmte Annäherungszeit erforderlich, wenn die Geschwindig keit umgeschaltet wird, um eine stabile Abtastgeschwindigkeit zu erzielen. Um Bilder mit einer stabilen Abtastgeschwindig keit von allen drei Bauteilen aufzunehmen, müssen die Annähe rungszeiten T1, T2 und T3 eingestellt werden.

Somit wird die gesamte Abtastgeschwindigkeit T stark verlän gert, da die Annäherungszeiten zu den Bildaufnahmezeiten hin zugefügt werden, was zu einer stark verminderten Leistung bei der Erkennung führt. Das konventionelle Bauteilmontageverfah ren erfordert es, daß eine unterschiedliche Abtastgeschwin digkeit für jedes elektronische Bauteil eingestellt wird, um jedes Bauteil zu erkennen, während kontinuierlich mehrere Bauteile bewegt werden. Somit wird die gesamte Abtastzeit T länger, was die Erkennungsleistung vermindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Bauteilmonta gevorrichtung und ein Montageverfahren für das Erkennen von Bildern jedes Bauteils, während mehrere Bauteile kontinuier lich bewegt werden, bereit zu stellen, wobei diese die Erken nungszeit vermindern und die Montageleistung verbessern sol len.

Die Bauteilmontagevorrichtung der vorliegenden Erfindung um faßt folgendes:

a) ein Bauteilzuführwagen;
b) ein Montagekopf mit mehreren Saugdüsen für das Auf nehmen von Bauteilen vom Zuführwagen; und
c) eine Erkennungsvorrichtung, die auf einem Bewegungs weg des Montagekopfes angeordnet ist, für die Erkennung von Bauteilen.

Bauteile, die aufgenommen wurden, werden mit der niedrigsten Geschwindigkeit, die für das Erkennen jedes Bauteils notwen dig ist, abgetastet, während diese Bauteile relativ und voll ständig gegenüber der Erkennungsvorrichtung bewegt werden. Nach dem Erkennen dieser Bauteile werden diese auf einem Mon tageziel (wie einem Substrat) montiert.

Die obige Konfiguration eliminiert die Notwendigkeit einer Annäherungszeit nach dem Umschalten der Geschwindigkeit für das Abtasten jedes Bauteils, um somit die gesamte Erkennungs zeit zu vermindern, um eine sehr leistungsfähige Bauteilmon tagevorrichtung zu verwirklichen.

Das Bauteilmontageverfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Schritte:

a) Aufnehmen von Bauteilen vom Bauteilzuführwagen durch mehrere Saugdüsen, die auf einem Montagekopf vorgesehen sind;
b) Erkennen jedes Bauteils mit der Erkennungsvorrich tung durch das Bewegen jedes aufgenommenen Bauteils mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit relativ und vollständig gegen über der Erkennungsvorrichtung, die auf dem Bewegungsweg des Montagekopfes angeordnet ist; und
c) Montieren jedes Bauteils auf einem Montageziel.

Die obige vorbestimmte Geschwindigkeit ist die niedrigste Ge schwindigkeit der Abtastgeschwindigkeiten, die für das Erken nen jedes aufgenommenen Bauteils notwendig sind.

Ein anderes Montageverfahren der vorliegenden Erfindung um faßt die folgenden Schritte:

a) Aufnehmen von Bauteilen vom Zuführwagen durch mehre re Saugdüsen, die auf dem Montagekopf vorgesehen sind;
b) Berechnen der Abtastgeschwindigkeit für das Erkennen jedes aufgenommenen Bauteils;
c) Identifizieren der niedrigsten Geschwindigkeit unter diesen berechneten Abtastgeschwindigkeiten;
d) Abtasten dieser Bauteile, die vollständig gegenüber der Erkennungsvorrichtung, die auf dem Bewegungsweg des Mon tagekopfs angeordnet ist, mit der obigen niedrigsten Ge schwindigkeit durch das Bewegen des Montagekopfes bewegt wer den;
e) Erkennen jedes Bauteils während der Abtastung; und
f) Montieren jedes Bauteils auf einem Montageziel.

Dieses Verfahren bewegt mehrere Bauteile vollständig relativ zur Erkennungsvorrichtung, um sie mit der niedrigsten Abtast geschwindigkeit der Abtastgeschwindigkeiten, die für jedes Bauteil festgesetzt wurden, abzutasten, indem diese Bauteile relativ gegenüber der Erkennungsvorrichtung bewegt werden. Dies eliminiert die Annäherungszeit, die für das Umschalten der Abtastgeschwindigkeit jedes Bauteils notwendig ist, um somit die gesamte Erkennungszeit zu vermindern und eine leis tungsfähige Bauteilmontage zu erzielen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bauteilmonta gevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Bauteilmontagevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht der Bauteilmon tagevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Abtastgeschwindigkeit bei der Aufnahme von Bildern in einem konventionellen Bauteilmon tageverfahren zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, Fig. 2 ist eine Aufsicht und Fig. 3 eine Explosionsansicht einer Bauteilmon tagevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Zuerst wird die Konfiguration der Bauteilmontagevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Transportschiene 2 in X-Richtung im Zent rum der Basis 1 angeordnet. Die Transportschiene 2 ist eine Positioniereinheit für den Transport und die Positionierung des Substrats 3, auf dem die Bauteile montiert werden sollen. Ein Zuführwagen 4 für die Bauteile, wie elektronische Bautei le, ist auf beiden Seiten der Transportschiene 2 angeordnet. Der Zuführwagen 4 weist eine Bandzuführvorrichtung 5 für das Zuführen von auf einem Band angeordneten Bauteilen und eine Schalenzuführvorrichtung (tray feeder) 6 für das Liefern von Bauteilen 100, die in einer Schale 7 gelagert sind, auf.

Der Bauteilmontagekopf 9 ist an einem X-Achsentisch 8 befes tigt. Der Montagekopf 9 ist ein Typ mit mehreren Düsen und er ist mit zwei oder mehr Saugdüsen 11 versehen. Der X- Achsentisch 8 ist auf einem Paar paralleler Y-Achsentische 10 angeordnet. Der Montagekopf 9 bewegt sich horizontal durch das Ansteuern des X-Achsentisches 8 und der Y-Achsentische 10. Saugdüsen 11, die unter dem Kopf 9 befestigt sind, nehmen jedes Bauteil an der Aufnahmeposition der Bandzuführvorrich tung 5 und Bauteile 100 von der vorbestimmten Schale 7 auf der Schalenzuführvorrichtung 6 auf und montieren sie auf dem Substrat 3 auf der Transportschiene 2. Mit anderen Worten, der Kopf 9 nimmt verschiedene Arten von Bauteilen mit mehre ren Düsen 11 für die Montage auf. Der X-Achsentisch 8 und die Y-Achsentische 10 sind somit die Transportvorrichtungen des Kopfes 9.

Der Montagekopf 9 wird als nächstes unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Der Kopf 9 ist ein Dreiserien-Kopf, der einzelne Montageköpfe 91, 92 und 93 umfaßt. Jeder der einzelnen Köpfe 91, 92 und 93 hat eine Saugdüse 11 für das Halten eines Bauteils durch Sau gen. Jede Düse 11 hat einen runden Reflektor 21 für das Be leuchten des Bauteils, das von der Düse 11 aufgenommen wird, wobei das Licht von der unteren Lichtquelle reflektiert wird. Die Düse 11 dreht sich durch einen Achsenmotor 22 und wird durch das Antreiben der Vorschubspindel 23, die an einer Mut ter 24 befestigt ist, mittels des Z-Achsenmotors 25 angehoben und abgesenkt.

Die Zeilenkamera 15 ist entlang des Bewegungsweges des Kopfes zwischen der Transportschiene 2 und dem Zuführwagen 4 ange ordnet. Das Licht, das in das optische System der Kamera 15 eintritt, wird durch den eindimensionalen Zeilensensor 18 empfangen, während der Kopf 9, der das Bauteil hält, sich ho rizontal über die Kamera 15 bewegt, um das Bauteil zu erken nen. Fig. 3 zeigt ein Beispiel von drei unterschiedlichen Typen von elektronischen Bauteilen 110, 120 und 130, die durch die drei Köpfe 91, 92 und 93 gehalten werden. Der Mon tagekopf 9 wird in diesem Zustand vollständig bewegt, so daß die Köpfe 91, 92 und 93 alle über die Kamera 15 hinweg lau fen, um eine kontinuierliche Aufnahme und Erkennung der Bil der der Bauteile 110, 120 und 130 zu erzielen.

Als nächstes wird ein Montageverfahren der Bauteilmontagevor richtung der vorliegenden Erfindung, wie sie oben konfigu riert ist, beschrieben.

a) Der Montagekopf 9 nimmt ein Bauteil vom Zuführwagen 4 auf. Hier nehmen einzelne Montageköpfe 91, 92 und 93 je weils unterschiedliche Typen von Bauteilen 110, 120 und 130 auf.
b) Der Kopf 9 bewegt sich über die Zeilenkamera 15, und die Bauteile 110, 120 und 130, die mit den Köpfen 91, 92 und 93 gehalten werden, bewegen sich für ein Erkennen jedes Bau teils horizontal vollständig über die Kamera 15.
c) Jedes Bauteil wird auf dem Substrat 3 montiert.

Im obigen Schritt (b) ist die Aufnahme des Bildes, um die drei Typen der Bauteile 110, 120 und 130 zu erkennen, in ei ner Weise implementiert, die nachfolgend beschrieben wird.

Zuerst werden die einzelnen Abtastgeschwindigkeiten für das Aufnehmen von Bildern von jedem der drei Bauteile 110, 120 und 130 identifiziert. Während der Erkennung unter Verwendung der Zeilenkamera werden eindimensionale Bilder, die bei jeder Bildaufzeichnung während des Abtastens gewonnen werden, pa rallel ausgerichtet, um zweidimensionale Bilder zu erhalten.

Somit ist es wichtig, die Abtastgeschwindigkeit passend ein zustellen. Mit anderen Worten, die Abtastgeschwindigkeit muß auf einen Wert unterhalb einer vorbestimmten Grenzgeschwin digkeit eingestellt werden, um die vorbestimmte Auflösung zu erhalten. Die obere Grenzgeschwindigkeit für das Erzielen der geforderten Auflösung wird bei den passenden Abtastgeschwin digkeiten V1, V2 und V3 in Fig. 4 festgesetzt. Diese passen den Abtastgeschwindigkeiten hängen von der Größe und der Kom plexität der Form jedes Bauteils ab. Die passende Abtastge schwindigkeit ist somit für jedes Bauteil verschieden, wenn verschiedene Typen von Bauteilen mit den drei Köpfen gehalten werden, wobei sich diese für eine Erkennung vollständig bewe gen.

In dieser bevorzugten Ausführungsform erhält man die nied rigste Abtastgeschwindigkeit Vm der oben angegebenen Abtast geschwindigkeiten V2, V2 und V3 für das vollständige Bewegen der drei Bauteile. Der gesamte Kopf 9 bewegt sich vollständig relativ zur Kamera 15 mit dieser Abtastgeschwindigkeit Vm, um kontinuierlich Bilder von jedem der Bauteile 110, 120 und 130 aufzunehmen.

Bei diesem Verfahren werden Bilder aller Bauteile 110, 120 und 130 mit einer Abtastgeschwindigkeit aufgenommen, die un ter der oberen Grenzgeschwindigkeit, die durch die geforderte Auflösung bestimmt wird, liegt. Somit erfüllen die aufgenom menen Bilder immer das Niveau der geforderten Auflösung. Zu sätzlich wird dieselbe Abtastgeschwindigkeit für die Bauteile verwendet, wobei die relative Geschwindigkeit zwischen jedem abgetasteten Bauteil und der Kamera 15 konstant bleibt, was die Notwendigkeit für ein Umschalten der Geschwindigkeit ver meidet. Mit anderen Worten, dieses System eliminiert die An näherungszeiten T1, T2 und T3, die im konventionellen Verfah ren, das in Fig. 4 gezeigt ist, notwendig waren. Das Monta geverfahren der vorliegenden Erfindung vermindert somit die Gesamtzeit, die für das Aufnehmen der Bilder aller Typen von Bauteilen notwendig ist, und es vermindert auch die Taktzeit für die Bauteilmontage, was zu einer verbesserten Montage leistung führt.

Es ist offensichtlich, daß dieselbe Wirkung erzielbar ist, wenn vier oder mehr Saugdüsen auf dem Montagekopf installiert sind.

Wie oben beschrieben wurde, verwendet die vorliegende Erfin dung die niedrigste Abtastgeschwindigkeit als Abtastgeschwin digkeit für jedes Bauteil während des Verfahrens der Aufnahme eines Bildes jedes Bauteils durch das vollständige Bewegen mehrerer Bauteile relativ zur Erkennungsvorrichtung, um eine Abtastung vorzunehmen. Dies eliminiert die Annäherungszeit, die für das Umschalten der Geschwindigkeit beim Abtasten je des Bauteils beim Stand der Technik notwendig war, was zu ei ner verbesserten Montageleistung führt.

Claims

1. Bauteilmontagevorrichtung, umfassend:

a) ein Bauteilzuführwagen (feeder carriage);
b) einen Montagekopf, der eine Vielzahl von Saugdüsen aufweist, um ein Bauteil vom Zuführwagen aufzunehmen;
c) eine Erkennungsvorrichtung für das Erkennen des Bau teils, wobei die Erkennungsvorrichtung auf einem Bewegungsweg des Montagekopfs angeordnet ist;

wobei eine niedrigste Geschwindigkeit der Abtastge schwindigkeiten, die für das Erkennen jedes aufgenommenen Bauteils notwendig sind, für das Erkennen jedes Bauteils ver wendet wird, indem jedes Bauteil relativ zur Erkennungsvor richtung vollständig bewegt wird und dann jedes Bauteil auf einem Montageziel montiert wird.

2. Bauteilmontagevorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindes tens zwei der Saugdüsen Bauteile unterschiedlichen Typs auf nehmen.

3. Bauteilmontagevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mon tagekopf mindestens drei der Saugdüsen aufweist, und die Saugdüsen mindestens drei Typen von Komponenten aufnehmen.

4. Bauteilmontagevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Er kennungsvorrichtung fest ist, und der Montagekopf sich gegen die Erkennungsvorrichtung bewegt, während die Erkennungsvor richtung ein Bild jedes Bauteils für das Erkennen jedes Bau teils aufnimmt.

5. Bauteilmontagevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Er kennungsvorrichtung eine Zeilenkamera ist.

6. Bauteilmontageverfahren, das folgende Schritte umfaßt:

a) Aufnehmen eines Bauteils von einem Bauteilzuführwa gen durch eine Vielzahl von Saugdüsen auf einem Montagekopf;
b) Erkennen jedes Bauteils durch eine Erkennungsvor richtung durch eine vollständige Bewegung jedes aufgenommenen Bauteils relativ zur Erkennungsvorrichtung, die auf einem Be wegungsweg des Montagekopfes angeordnet ist, mit einer vorbe stimmten Geschwindigkeit; und
c) Montieren jedes Bauteils auf einem Montageziel;

wobei die vorbestimmte Geschwindigkeit eine niedrigste Geschwindigkeit der Abtastgeschwindigkeiten, die für das Er kennen jedes aufgenommenen Bauteils notwendig sind, ist.

7. Bauteilmontageverfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens zwei der Saugdüsen verschiedene Typen von Bauteilen aufneh men.

8. Bauteilmontageverfahren nach Anspruch 6, wobei der Monta gekopf mindestens drei der Saugdüsen aufweist, und die Saug düsen mindestens drei Typen von Bauteilen aufnehmen.

9. Bauteilmontageverfahren nach Anspruch 6, wobei die Erken nungsvorrichtung fest ist, und der Montagekopf sich gegen die Erkennungsvorrichtung bewegt, während die Erkennungsvorrich tung ein Bild jedes Bauteils für das Erkennen jedes Bauteils aufnimmt.

10. Bauteilmontageverfahren nach Anspruch 9, wobei die Erken nungsvorrichtung eine Zeilenkamera ist.

11. Bauteilmontageverfahren, das die folgenden Schritte um faßt:

a) Aufnehmen eines Bauteils von einem Bauteilzuführwa gen durch eine Vielzahl von Saugdüsen auf einem Montagekopf;
b) Identifizieren einer Abtastgeschwindigkeit, die für das Erkennen jedes aufgenommenen Bauteils notwendig ist;
c) Identifizieren einer niedrigsten Geschwindigkeit dieser Abtastgeschwindigkeiten;
d) vollständiges Abtasten jedes Bauteils durch eine Er kennungsvorrichtung auf einem Bewegungsweg des Montagekopfes mit der niedrigsten Geschwindigkeit durch das Bewegen des Montagekopfs;
e) Erkennen jedes Bauteils während des Abtastens; und
f) Montieren jedes Bauteils auf einem Montageziel.