DE10100618C1 - Bauelementeaufnahmeeinrichtung mit einem optischen Sensor - Google Patents

Abstract

Bauelementeaufnahmeeinrichtung (1) eines Bestückautomaten für Leiterplatten (2), mit mindestens einer zur Aufnahme eines Bauelements (8) dienenden Saugpipette (5), die mit einem optischen Sensormittel zusammenwirkt, wobei das optische Sensormittel derart seitlich neben der Saugpipette (5) angeordnet ist, daß die Ist-Lage der Saugpipette (5) über deren Längsprofilparameter erfaßbar ist, wobei nachgeschaltete Auswertungsmittel Informationen über Abweichungen zu einer definierten Soll-Lage der Saugpipette (5) sowie Beschaffenheitsinformationen bereitstellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauelementeaufnahme­ einrichtung eines Bestückautomaten für Leiterplatten, mit mindestens einer zur Aufnahme eines Bauelements dienenden Saugpipette, die mit einem optischen Sensor zusammen­ wirkt.

In allgemein bekannter Weise erfolgt bei einem Bestück­ automaten der hier interessierenden Art der Transport eines elektronischen Bauelements mittels einer Bauelementeaufnahme­ einrichtung, die ein Bauelement von einer Bauelemente­ speichereinheit zu einer zu bestückenden Leiterplatte mittels mindestens einer über eine Pinole bewegbaren Saugpipette durchführt. Die Bauelementeaufnahmeeinrichtung umfaßt bei­ spielsweise einen 6- oder 12-Segment-Revolverkopf mit hori­ zontaler Drehachse, der an einem Portalachsensystem mit Line­ armotoren angebracht ist, um die Leiterplattenbestückung nach dem Collect vorzunehmen. Daneben sind auch Bau­ elementeaufnahmeeinrichtungen bekannt, die sequentiell nach dem Pick arbeiten und meist zur Bestückung grö­ ßerer Bauelemente zum Einsatz kommen.

Im Zuge der zunehmenden Miniaturisierung der Bauelemente tre­ ten zur Sicherstellung einer korrekten Bestückung der Leiter­ platte Maßtoleranzen an Elementen der Bauelemente­ aufnahmeeinrichtung stärker in den Vordergrund. Insbesondere beim Abholen eines kleinen Bauelements (z. B. GF 0201) aus der Bauelementespeichereinheit ist die Saugpipette genau gegen­ über dem kleinen Bauelement zu positionieren.

Wie die Praxis zeigte, führen Lage- und Maßhaltigkeitsabwei­ chungen im Bereich der Saugpipette bei zunehmender Miniatu­ risierung der Bauelemente zu einer steigenden Fehlerquote beim Abholen. So treten konkret Abweichungen in der Achssym­ metrie zwischen der Saugpipette und der Pinole auf, bei­ spielsweise durch eine Pinolenverbiegung, eine nicht festsit­ zende Saugpipette oder aufgrund von Fertigungstoleranzen der Saugpipette oder dergleichen. In Folge all dieser Gründe kön­ nen die Achse der Saugpipette und die optische Drehachse der­ art auseinanderliegen, daß bei der Positionierung der Saugpi­ pette keine zuverlässige Aufnahme eines kleinen Bauelements mehr möglich ist.

Aus der JP 11-154797 ist eine optische Sensorvorrichtung be­ kannt, mittels welcher eine Saugpipette und ein von der Saug­ pipette gehaltenes Bauelement erfassbar sind. Dabei werden die Saugpipette und das Bauelement von einem seitlich ange­ ordneten lichtemittierenden Element beleuchtet und der resul­ tierende Schattenwurf wird von einem auf der gegenüberliegen­ den Seite angeordneten lichtempfangenem Element erfasst.

Die US 5,570,993 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung der Orientierung von Bauelementen, welche mittels einer Saug­ pipette gehalten werden. Die Vorrichtung eignet sich ferner zur Erkennung von Pipetten, welche aufgrund ihres Durchmes­ sers identifizierbar sind. Die Vorrichtung verwendet eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor, welche auf einander ge­ genüberliegenden Seiten neben der zu erfassenden Pipette bzw. neben des zu erfassenden Bauelements angeordnet sind. Mittels des Lichtdetektors wird die Form des durch die Lichtquelle erzeugten Schattenwurfs erfaßt und daraus die räumliche Lage des Bauelements bzw. der Pipette bestimmt.

Aus der JP 8-204390 ist eine eine Beleuchtungseinrichtung und eine Bildererfassungseinrichtung aufweisende Vorrichtung be­ kannt, mittels welcher ein von einer Saugpipette gehaltenes Bauelement erkannt werden kann. Die Beleuchtungseinrichtung ist seitlich der Saugpipette derart angeordnet, dass eine senkrecht zur Pipettenachse angeordnete reflektierende Schicht beleuchtet wird. Die Bildererfassungseinrichtung weist eine unterhalb der Pipettenspitze angeordnete Kamera auf, mittels welcher ein von der Pipette gehaltenes Bauele­ ment vor einem hellen Hintergrund erfaßbar ist, welcher durch die Beleuchtung der reflektierenden Schicht erzeugt wird.

Die US 5,012,115 offenbart eine optische Erfassungsvorrich­ tung zur Positionserfassung von einem von einer Saugpipette gehaltenen Bauelement. Die optische Erfassungsvorrichtung weist eine an der Stirnseite der Saugpipette angeordnete An­ regungslichtquelle auf, mittels welcher das Bauelement und insbesondere eine fluoreszierende Schicht beleuchtet wird, welche sich von der Anregungslichtquelle aus betrachtet hin­ ter dem Bauelement befindet und welche senkrecht zu der Achse der Saugpipette angeordnet ist. Die optische Erfassungsvor­ richtung weist ferner eine Kamera auf, welche ebenfalls an der Stirnseite der Saugpipette angeordnet ist und mittels welcher die Position eines Bauelements erfaßbar ist, welches von hinten durch die fluoreszierende Schicht beleuchtet wird.

Aus der WO 99/49713 ist eine gattungsgemäße Bauelemente­ aufnahmeeinrichtung bekannt. Bei dieser Bauelementeaufnahme­ einrichtung ist mit Hilfe seitlich angeordneter optischer Sensormittel im Zusammenwirken mit einer Lichtquelle jedoch lediglich nach dem Abholen des Bauelements, dessen Vorhan­ densein an der Saugpipette über Längenunterschiede ermittel­ bar, um eine fehlerhaft erfolgte Aufnahme des Bauelements er­ kennen zu können. Daher besitzt das optische Sensormittel hier zweckentsprechend eine linienartige Sensorfläche.

Die WO 00/52987 offenbart eine Bauelementeaufnahmeeinrichtung mit einem optischen Sensormittel, das als Kamera ausgebildet ein Querschnittsbild der Pipettenspitze aufnimmt. Zu diesem Zweck ist die Kamera stirnflächenseitig bezüglich der Saugpi­ pette angeordnet. Anhand eines nachfolgenden SOLL-IST- Vergleichs der Querschnittsparameter der Pipettenspitze ist die Saugpipette lediglich hinsichtlich Identität, Verschmut­ zung und Beschädigung beurteilbar.

Aus der US 5,615,012 ist ein Verfahren bekannt, mittels dem überprüft werden kann, ob eine Öffnung einer Saugpipette bei­ spielweise durch Lot verstopft ist. Dabei wird die Saugpipet­ te von innen über eine Lichtleitfaser beleuchtet und das aus der Pipettenöffnung austretende Licht von einem Detektor er­ fasst. Der Detektor ist unterhalb der Pipettenspitze angeord­ net.

Es ist dagegen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Bestückkopf zu schaffen, der über optische Sensormittel nicht allein Beschaffenheitsinformationen der Saugpipette berück­ sichtigt, sondern daneben auch eine zuverlässige Positionie­ rung der Saugpipette bei der Aufnahme von Bauelementen ermög­ licht.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kenn­ zeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß ein op­ tischer Sensor derart seitlich neben der Saugpipette angeordnet ist, daß die Ist-Lage der Saugpipette über deren Längsprofilparameter erfaßbar ist, wobei nachgeschaltete Aus­ wertungsmittel Informationen über Abweichungen zu einer defi­ nierten Soll-Lage der Saugpipette sowie Beschaffenheits­ informationen bereitstellen.

Vorzugsweise ist der optische Sensor dabei nach Art ei­ ner Kamera ausgebildet. Es kann hierfür auch bei entsprechen­ der Modifikation der Sensorfläche eine bereits vorhandene Ka­ mera verwendet werden, welche im Stand der Technik bereits zur Vermessung der Bauelemente eingesetzt wird.

Bisher bekannte Saugpipetten sind meist matt-schwarz aufge­ führt, da diese bei einer Bildaufnahme keine bildverarbei­ tingstechnisch auswertbaren Strukturen ergeben sollten. Diese Art von Saugpipetten sind daher für eine optische Vermessung wenig geeignet. Um die Ist-Lage sowie die Beschaffenheit der Saugpipette zu erfassen, kann die Saugpipette von innen be­ leuchtet werden. Durch diese Maßnahme ist die Position der Saugpipette durch die Kamera genau erfaßbar, da ein kon­ trastreiches und wenig Grauabstufungen aufweisendes Bild ent­ steht, das von der nachgeschalteten Bildverarbeitung optimal auswertbar ist. Es ist auch möglich, die Pipettenmitte und die exakte Position der Pipettenspitze zu vermessen und davon abhängig eine genaue Positionierung vorzunehmen. Zusätzlich kann anhand der Größe der Austrittsöffnung des Luftkanals auf Verschmutzungen durch Lotpaste oder dergleichen geschlossen werden. Des weiteren können auch der Pipettenverschleißgrad und Verformungen der Pipettenspitze und andere Beschaffenheitsinformationen der Saugpipette ermittelt und ausgewertet werden.

Vorzugsweise kann die Innenbeleuchtung der Saugpipette durch stirnseitige Lichteinstreuung erfolgen, wobei sich der längs­ verlaufende Luftkanal als optische Erfassungslinie hell ge­ genüber der Umgebung abzeichnet. Die Lichtquelle kann dabei vorteilhafter Weise in der Saugpipette selbst oder in der Pi­ nole angeordnet sein.

Es ist auch denkbar, die Lichtquelle zur Innenbeleuchtung au­ ßerhalb von Saugpipette oder Pinole anzuordnen, und Mittel zum Weiterleiten des Lichts von der Lichtquelle zur Saugpi­ pette oder Pinole vorzusehen. Hierfür können vorteilhafter Weise Lichtleitfasern verwendet werden. So kann zum Anschluß der Lichtleitfasern die Pinole in ihrem der Saugpipette abge­ wandten hinteren Bereich mit einer koaxial zum längsverlau­ fenden Luftkanal verlaufenden Bohrung ausgestattet werden, in welche die Lichtleitfasern abgedichtet eingeführt sind.

Die Lichtquelle kann sowohl auf der bewegbaren als auch auf der stationären Seite der Bauelementeaufnahmeeinrichtung in­ stalliert werden. Letzterenfalls kann an der Grenzstelle zur beweglichen Seite hin eine optische Kopplung zur Lichtquelle hergestellt werden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachfol­ gend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ beispiele der Erfindung anhand der Figuren näher darge­ stellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bauelementeaufnahme­ einrichtung eines Bestückautomaten,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer an einer einzelnen Pinole angeordneten Saugpipette mit einem erfindungs­ gemäßen optischen Sensormittel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Saugpipette mit Innenbeleuchtung, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Pinole mit In­ nenbeleuchtung und angekoppelter Lichtquelle.

Gemäß des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 ist eine Bauele­ menteaufnahmeeinrichtung 1 eines Bestückautomaten für Leiter­ platten 2 nach Art eines 12-Segment-Revolverkopfes mit hori­ zontaler Drehachse ausgebildet, der an einem (nicht weiter gezeigtem) Portalachsensystem in X- und Y-Richtung bewegbar ist. Die Bauelementeaufnahmeeinrichtung 1 besteht aus einem mit dem Portalachsensystem in Verbindung stehenden Stator 3 und einem an diesem drehbar gelagerten Rotor 4. Der Rotor 4 weist sternförmig abstehende Saugpipetten 5 auf, die von drehsymmetrisch angeordneten Pinolen 6 austauschbar gehalten sind. Durch die Saugpipette 5 wird mittels eines innenliegend längsverlaufenden Luftkanals 7 ein Bauelement 8 durch Ansau­ gen gehalten, um dieses zu transportieren. Die mit den Saug­ pipetten 5 des Rotors 4 gesammelten Bauelemente 8 können durch indiziertes Drehen des Rotors 4 sukzessive in ihre je­ weilige Aufsetzposition über der Leiterplatte 2 verdreht wer­ den. Zur individuellen Drehpositionierung jeder Saugpipette 5 um ihre eigene Achse ist eine Inkrementalgeberanordnung vor­ gesehen.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Inkrementalgeberanordnung eine drehbare Segmentscheibe 9, die koaxial an der Pinole 6 ange­ bracht ist. Die Segmentscheibe 9 arbeitet mit einem (hier nicht weiter dargestellten) Lesekopf zusammen, um die Posi­ tionierung der Saugpipette 5 vorzunehmen. Die Pinole 6 ist Bestandteil des Rotors 4 und dient der Befestigung und Längs- sowie Drehbewegung der Saugpipette 5. Seitlich neben der Saugpipette 5 ist ein nach Art einer Kamera 10 ausgebildetes optisches Sensormittel angeordnet, mit dem die IST-Lage der Saugpipette 5 über deren Längsprofilparameter detektierbar ist. Der Kamera 10 nachgeschaltete (nicht weiter dargestell­ te) Auswertungsmittel liefern Informationen über Abweichungen zu einer definierten Soll-Lage der Saugpipette 5 sowie Be­ schaffenheitsinformationen, um insbesondere eine exakte Posi­ tionierung der Saugpipette 5 bei der Aufnahme von Bauelemen­ ten 8 zu ermöglichen.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Saugpipette 5 mit einer Lichtquelle 11 versehen, so daß sich das austretende Licht längs des innerhalb der Saugpipette 5 verlaufenden Luftka­ nals 7 optisch abzeichnet. Durch diese Maßnahme ist die Po­ sition und Beschaffenheit der Saugpipette 5 über die hier nicht dargestellten) Kamera sehr genau bestimmbar.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist die Lichtquelle 11 zur In­ nenbeleuchtung außerhalb von Saugpipette 5 oder Pinole 6 am Stator 3 als stationäre Seite der Bauelementeaufnahme­ einrichtung plaziert. An der Grenzstelle 12 zum Rotor 4 als bewegliche Seite besteht eine optische Kopplung zur Licht­ quelle 11 hin. Zur Lichtleitung dienen Lichtleitfasern 13a und 13b. Zum Anschluß der Pinole 6 an die Lichtleitung weist diese in ihrem der Saugpipette 5 abgewandten hinteren Bereich eine koaxial zum längsverlaufenden Luftkanal 7 verlaufende Bohrung auf, in welche die Lichtleitfasern 13b abgedichtet eingelassen sind. Die Lichtleitfasern 13a am Stator 3 sind in Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten gebogen ausgeführt.

Die vorliegende Erfindung ist in ihrer Ausführung nicht be­ schränkt auf die vorstehend nur vorzugsweise angegebenen Aus­ führungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die trotz anderer Ausgestaltung in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingreifen. Die Erfindung ist ins­ besondere nicht beschränkt auf die sich durch Innenbeleuch­ tung der Saugpipette abzeichnenden Längsprofilparameter.

Claims (8)

1. Bestückkopf (1) eines Bestückautomaten für Leiterplatten (2), mit mindestens einer zur Aufnahme eines Bauelements (8) dienenden Saugpipette (5), die mit einem optischen Sensor zu­ sammenwirkt, welcher derart seitlich neben der Saugpipette (5) angeordnet ist, daß die Ist-Lage der Saugpipette (5) über deren Längsprofilparameter erfaßbar ist, wobei nachgeschalte­ te Auswertungsmittel Informationen über Abweichungen zu einer definierten Soll-Lage der Saugpipette (5) sowie Beschaffen­ heitsinformationen bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugpipette (5) und/oder eine an die Saugpipette (5) angrenzende Pinole (6) innenbeleuchtet ist, um mittels des seitlich neben der Saugpipette angeordneten Sensors die Ist- Lage sowie die Beschaffenheit der Saugpipette (5) optisch zu erfassen.

2. Bestückkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor eine Kamera (10) ist.

3. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbeleuchtung durch stirnseitige Lichteinstreuung in die Saugpipette (5) oder Pinole (6) erfolgt, wobei sich der längsverlaufende Luftkanal (7) hell gegenüber der Umge­ bung abzeichnet.

4. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (11) zur Innenbeleuchtung in der Saug­ pipette (5) oder in der Pinole (6) angeordnet ist.

5. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) zur Innenbeleuchtung außerhalb von Saugpipette (5) oder Pinole (6) angeordnet ist und Mittel zum Weiterleiten des Lichts von der Lichtquelle (11) zur Saugpi­ pette (5) oder Pinole (6) vorgesehen sind.

6. Bestückkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Weiterleiten des Lichts als Lichtleit­ fasern (13) ausgebildet sind.

7. Bestückkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß der Lichtleitfasern (13) die Pinole (6) in ihrem der Saugpipette (5) abgewandten hinteren Bereich eine koaxial zum längsverlaufenden Luftkanal (7) verlaufende Boh­ rung aufweist, in welche die Lichtleitfasern abgedichtet ein­ gelassen sind.

6. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) auf der stationären Seite des Be­ stückkopfs (1) installierbar ist, wobei an der Grenzstelle (12) zur beweglichen Seite hin eine optische Kopplung zur Lichtquelle (11) vorhanden ist.