-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit
eines Bestückautomaten,
welcher einen Bestückkopf
zum Transportieren eines Bauelements von einer Abholposition einer
Bauelement-Zuführvorrichtung
hin zu einer Aufsetzposition auf einem Bauelementeträger aufweist. Die
Erfindung betrifft ferner ein optisches Messsystem zur Vermessung
der Relativlage zwischen einer auf einem Bauelementeträger angebrachten
Markierung und einem oberhalb der Markierung in einer Messposition
befindlichen Bauelement.
-
Aufgrund
der zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen wird
an die Bestückgenauigkeit
von Bestückautomaten,
mittels welchen elektronische Bauelemente auf einen elektronischen Bauelementeträger, beispielsweise
eine Leiterplatte oder sonstige Schaltungsträger aufgebracht werden, hohe
Anforderungen gestellt. Da die Bestückgenauigkeit im Verlauf des
Betriebes eines Bestückautomaten
insbesondere durch thermische Verzüge stets Schwankungen unterworfen
ist, ist es erforderlich, die Bestückgenauigkeit von Zeit zu Zeit
zu überprüfen und
den Bestückautomaten
gegebenenfalls neu zu kalibrieren.
-
Aus
der
EP 968 637 B1 ist
ein Verfahren zum Vermessen einer Bestückvorrichtung zur Herstellung von
elektronischen Baugruppen bekannt, bei dem eine Test-Leiterplatte
mittels sogenannten Kalibrierungsbauelementen bestückt wird.
Die Kalibrierungsbauelemente sind bevorzugt aus Keramikmaterial hergestellte
scheibenartige Nachbildungen von Bauelementen. Die genaue Lage der
bestückten
Kalibrierungsbauelemente relativ zu Referenzmarken auf der Testplatte
wird von einem optischen Sensor erfasst und daraus die Abweichungen
der realen Bestückpositionen
von ihrer jeweiligen Soll-Position bestimmt.
-
Auf
diese Weise kann die Bestückgenauigkeit
und der Positionsversatz eines Bestückautomaten für jede Position
auf der Test-Leiterplatte ermittelt werden. Das Verfahren hat jedoch
den Nachteil, dass zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit der Betrieb des
Bestückautomaten
unterbrochen werden muss, so dass die effektiv zu erzielende Bestückleistung, d.h.
die Anzahl an Bauelementen, die pro Zeiteinheit bestückt werden
können,
entsprechend reduziert ist.
-
Aus
der
US 5,003,692 ist
ein Bestückverfahren
bekannt, bei dem die zu bestückenden
Bauelemente von einer optisch transparenten Saugpipette gehalten
werden und die Position des Bauelements relativ zu einer vorgegebenen
Bestückposition
von einer Kamera erfasst wird, welche durch die optisch transparente
Pipette hindurch das Bauelement und entsprechende Markierungen auf
der Leiterplatte erfasst. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil,
dass die optische Abbildung infolge der durch das Pipettenmaterial
und die Form der Pipette verursachten Lichtbrechung schlecht ist
und zudem für
unterschiedliche Saugpipetten stark unterschiedlich ist. Unterschiedliche
Saugpipetten sind aber zur zuverlässigen Aufnahme von Bauelementen
mit unterschiedlichen Bauformen erforderlich. Zur Durchführung des
Bestückverfahrens
ist deshalb eine aufwendige Bildverarbeitung erforderlich. Ein weiterer
Nachteil des genannten Bestückverfahrens
besteht darin, dass eine zur Bildaufnahme des Bauelements erforderliche
Beleuchtung durch die transparente Saugpipette hindurch schwer zu
realisieren ist und deshalb unterschiedliche Beleuchtungen, welche
zur zuverlässigen
Erkennung von unterschiedlichen Bauelementen erforderlich sind,
in der Praxis nicht realisiert werden können.
-
Aus
der
US 5,249,349 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem ein bestücktes Bauelement unmittelbar
nach dem Aufsetzen auf einen Bauelementeträger von zwei seitlich angeordneten
Kameras erfasst wird, welche die Bestückposition unter einem schrägen Winkel
erfassen. Somit kann unmittelbar nach dem Aufsetzen des Bauelements
die effektive Bestückposition
vermessen werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass
die Bestückgenauigkeit
erst nach dem eigentlichen Bestückvorgang
erfasst wird, so dass bei einer geringen Bestückgenauigkeit die Bauelemente
gegebenenfalls wieder entfernt und neu aufgesetzt werden müssen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen
der Bestückgenauigkeit
des Bestückautomaten
zu schaffen, welches ohne eine längere
Unterbrechung des Bestückbetriebes
durchgeführt
werden kann und welches eine zuverlässige Bestimmung der Bestückgenauigkeit
ermöglicht.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein optisches Messsystem
zu schaffen, welches auf einfache und effektive Weise eine Vermessung
der Bestückgenauigkeit
eines Bestückautomaten
ermöglicht.
-
Die
verfahrensbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach wird
zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit
eines Bestückautomaten,
welcher einen Bestückkopf
zum Transportieren eines Bauelements von einer Abholposition einer
Bauelement-Zuführvorrichtung
hin zu einer Aufsetzposition auf einem Bauelementeträger aufweist,
zunächst
ein Bauelement von einer Haltevorrichtung des Bestückkopfes
aufgenommen und das aufgenommene Bauelement in eine Messposition
gebracht, welche sich in einem vorbestimmten Abstand relativ zu
einer Markierung auf dem Bauelementeträger befindet. Nachfolgend wird
ein Strahlumlenkelement, welches einen mit einer Kamera optisch
gekoppelten optischen Eingang und zwei optische Ausgänge aufweist,
zwischen das Bauelement und die Markierung derart eingebracht, dass
sich einerseits das Bauelement über
einen ersten optischen Ausgang und andererseits die Markierung über den zweiten
optischen Ausgang über
dem Gesichtsfeld der Kamera befinden. Das Bauelement und die Markierung
werden dann gleichzeitig von der Kamera erfasst und die Abweichung
der Messposition von einer der Messposition zugeordneten Soll- Position mittels einer
der Kamera nachgeschalteten Bildauswerteeinheit ermittelt.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, die Bestückgenauigkeit
unmittelbar vor dem Aufsetzen des Bauelements auf dem Bauelementeträger zu vermessen.
Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung der Bestückgenauigkeit
unter realen Bedingungen erfolgt, so dass die ermittelten Ergebnisse den
realen Bestückbetrieb
sehr genau widerspiegeln. Insbesondere kann bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ein herkömmlicher
Bauelementeträger
bzw. eine herkömmliche
Leiterplatte verwendet werden, welche üblicherweise entsprechende
Markierungen für
eine genaue Positionierung des Bauelementeträgers relativ zu einem Bestückfeld aufweisen.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Positionsvermessung
des Bauelements nach dem Prinzip der Relativmessung zu einer Markierung
durchgeführt
werden kann, welche sich bevorzugt in räumlicher Nähe zu der Messposition befindet.
Das Prinzip der Relativmessung zu einer in räumlicher Nähe angebrachten Markierung
ermöglicht
die Realisierung einer hohen Messgenauigkeit.
-
Gemäß Anspruch
2 wird die genaue räumliche
Lage des aufgenommenen Bauelements in einer Messposition bestimmt,
welche sich oberhalb der Markierung befindet. Dies bedeutet, dass
eine virtuelle Verbindungslinie zwischen der Messposition und der
Markierung senkrecht zu der Oberfläche des Bauelementeträgers verläuft. Dies
hat den Vorteil, dass nach der Positionsvermessung das zu bestückende Bauelement
nur noch durch eine entsprechende Bewegung der Haltevorrichtung
entlang einer zu der Oberfläche
des Bauelementeträgers
senkrecht verlaufenden z-Richtung bewegt werden muss und zur Bestückung eine
Bewegung des Bestückkopfes
und/oder der Haltevorrichtung in eine zu der z-Richtung senkrechten
x- bzw. y-Richtung nicht mehr erforderlich ist. Auf diese Weise
wird eine besonders hohe Genauigkeit für die Bestimmung des effektiven
Positionsversatzes erreicht.
-
Gemäß Anspruch
3 wird zumindest eine Anschlussfläche des Bauelementeträgers, welche
zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem Bauelementeträger und
einem bestückten
Bauelement dient, als Markierung verwendet. Dies hat den Vorteil, dass
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewöhnliche
Leiterplatten verwendet werden können,
auf welchen üblicherweise
eine Vielzahl von Anschlussflächen
ausgebildet sind.
-
Die
in Anspruch 4 vorgeschlagene Verwendung von für ein zweipoliges passives
Bauelement vorgesehenen Anschlussflächen als Markierung hat den
Vorteil, dass die entsprechenden Anschlussflächen eine einfach zu erkennende
Markierung darstellen, welche eine besonders genaue Positionsvermessung
ermöglichen
und zudem in großer
Anzahl auf den meisten Schaltungsträgern vorhanden sind.
-
Gemäß Anspruch
5 werden als Bauelemente spezielle Kalibrierungsbauelemente verwendet,
welche bevorzugt mit einer hohen mechanischen Präzision gefertigt sind und eine
gute optische Erkennbarkeit aufweisen. Dies wird beispielsweise
dadurch realisiert, dass die Kalibrierungsbauelemente eine Farbe
aufweisen, welche vor den durch den Bauelementeträger dargestellten
Hintergrund gut erkannt werden kann. Als Kalibrierungsbauelemente
eignen sich insbesondere Keramikbausteine, welche zur besseren Erkennbarkeit
entsprechend eingefärbt sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass an Stelle von Kalibrierungsbauelementen
auch reale Bauelemente verwendet werden können, welche beispielsweise aufgrund
ihrer kontrastreichen Oberfläche
eine gute optische Erkennbarkeit gewährleisten.
-
Gemäß Anspruch
6 befindet sich bei der Vermessung des Positionsversatzes des von
der Haltevorrichtung gehaltenen Bauelements der Bauelementeträger unterhalb
der eigentlichen Bestückebene
des Bestückautomaten
und die Messposition befindet sich in der Bestückebene des Bestückautomaten.
Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass der Bauelementeträger, welcher
zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit
verwendet wird, in einer speziell ausgebildeten Halterung unterhalb
der Bestückebene
fixiert ist. Dies hat den Vorteil, dass der Positionsversatz des
Bauelements genau in der Ebene gemessen wird, welche für die Qualität des Bestückprozesses
relevant ist. Auf diese Weise führt
die Bestimmung der Bestückgenauigkeit
zu einer zuverlässigen Aussage
hinsichtlich der Qualität
der mit dem Bestückautomaten
durchgeführten
Bestückvorgänge.
-
Gemäß Anspruch
7 wird das Strahlumlenkelement auch zur Übertragung von Beleuchtungslicht verwendet,
so dass eine gute Erkennbarkeit des Bauelements und der Markierung
und damit eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet sind. Das Beleuchtungslicht
kann, sofern die verwendete Kamera auch eine Beleuchtungseinheit
aufweist, über
den optischen Eingang des Strahlumlenkelements eingekoppelt werden.
Ebenso kann jedoch auch ein Strahlumlenkelement verwendet werden,
welches nicht nur zwei optische Ausgänge, sondern auch zwei optische
Eingänge
aufweist, wobei ein Eingang der Kamera und der andere Eingang einer
entsprechenden Beleuchtungsvorrichtung zugeordnet ist.
-
Gemäß Anspruch
8 wird die ermittelte Abweichung der Messposition von einer entsprechenden
Soll-Position bei einem Verfahren zum Bestücken eines Bauelementeträgers mit
Bauelementen dazu verwendet, dass durch eine entsprechende Ansteuerung
der Verfahrbewegung des Bestückkopfes die
ermittelten Abweichungen bei nachfolgenden Bestückvorgängen kompensiert werden. Eine
derartige Kompensation führt
zu einer besonders hohen Bestückgenauigkeit,
wobei die Bestückgenauigkeit über das
gesamte Bestückfeld
hinweg dadurch gewährleistet
werden kann, dass im Vorfeld der Bestückung an einer Vielzahl von
verschiedenen Messpositionen der Positionsversatz vermessen und
bei der nachfolgenden Bestückung
entsprechend kompensiert wird.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende vorrichtungsbezogene Aufgabe wird
gelöst
durch ein optisches Messsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
9. Das erfindungsgemäße optische Messsystem,
welches insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geeignet ist, umfasst
eine Kamera und ein Strahlumlenkelement. Das Strahlumlenkelement
weist einen mit der Kamera optisch gekoppelten optischen Eingang
und zwei in unterschiedliche Richtung weisende optische Ausgänge auf,
so dass bei einer entsprechenden Positionierung der Strahlumlenkoptik das
Bauelement von der Kamera über
einen ersten optischen Ausgang und die Markierung von der Kamera über den
zweiten optischen Ausgang erfasst werden kann.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine besonders präzise und
gleichzeitig effektive Bestimmung der Bestückgenauigkeit eines Bestückautomaten
dadurch realisiert werden kann, dass der Bestückvorgang zu einem Zeitpunkt
vorübergehend
unterbrochen wird, in dem sich das zu bestückende Bauelement in einer
bestimmten Messposition befindet, welche nur wenig von der Aufsetzposition
des Bauelements beabstandet ist. Die Aufsetzposition ist dabei durch
zumindest eine Markierung genau lokalisierbar. Während der Unterbrechung des Bestückvorganges
wird das Strahlumlenkelement in den Raum zwischen der Markierung
und der Messposition eingebracht, so dass mit einer mit dem Strahlumlenkelement
gekoppelten Kamera mittels einer einzigen Aufnahme sowohl das Bauelement
als auch die Markierung erfasst werden können. Auf diese Weise kann
die Bestückgenauigkeit
ohne eine längere
Unterbrechung des Bestückbetriebes
auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
-
Gemäß Anspruch
10 ist die Kamera an dem Bestückkopf
des Bestückautomaten
angebracht. Dies hat den Vorteil, dass für das optische Messsystem eine
Kamera verwendet werden kann, welche bei herkömmlichen Bestückautomaten
bereits vorhanden ist und welche üblicherweise zur Bestimmung
der Positionierung eines Bauelementeträgers verwendet wird.
-
Die
Ausführungsform
nach Anspruch 11, bei der zwischen der Kamera und dem optischen
Eingang eine Vergrößerungsoptik
angeordnet ist, erlaubt eine besonders genaue Vermessung des Positionsversatzes
eines in der Messposition gehaltenen Bauelements.
-
Gemäß Anspruch
12 ist jedem optischen Ausgang ein Reflektor zugeordnet, wobei die
beiden Reflektoren nebeneinander und winklig zueinander angeordnet
sind. Gegenüber
einer exakt parallelen Anordnung zweier benachbarter Reflektore
sind die beiden Reflektoren dabei um eine Achse gegeneinander verdreht,
welche Achse sowohl in der Ebene des einen Reflektors als auch in
der Ebene des anderen Reflektors liegt. Bevorzugt beträgt der Kippwinkel zwischen
beiden Reflektoren 90° und
die beiden Reflektoren berühren
sich in einem Punkt. Bei einer derartigen Anordnung wird das Gesichtsfeld
der Kamera durch das Strahlumlenkelement in zwei Gesichtsfelder
aufgeteilt, wobei ein Gesichtsfeld auf das Bauelement und das andere
Gesichtsfeld auf die Markierung gerichtet ist. Die Kamera erfasst
somit zwei nebeneinander angeordnete Teilbilder, wobei ein Teilbild
zumindest einen Teilbereich des Bauelements und das andere Teilbild
zumindest einen Teilbereich der Markierung zeigt.
-
Gemäß Anspruch
13 sind die beiden optischen Ausgänge über einen gemeinsamen Strahlteiler
mit dem optischen Eingang gekoppelt. Die Kamera erfasst somit eine Überlagerung
von zwei Teilbildern, wobei ein Teilbild das Bauelement und das
andere Teilbild die Markierung zeigt. Die Bestimmung des Positionsversatzes
erfolgt dann durch eine der Kamera nachgeschalteten Bildauswerteeinheit,
welche derart eingerichtet ist, dass die beiden Bilder zunächst voneinander
getrennt werden und erst danach der Positionsversatz mit hoher Genauigkeit
bestimmt wird.
-
Das
optische Messsystem nach Anspruch 14 weist zusätzlich zwei, bevorzugt drei
Umlenkreflektoren auf. Dies ermöglicht
auf vorteilhafte Weise eine Strahlumlenkung nahe des Bestückkopfes,
so dass das Strahlumlenkelement an die Kontur des Bestückkopfes
einschließlich
der zugehörigen
Haltevorrichtung angepasst werden kann. Dies bewirkt, dass der Positionierbereich
der Haltevorrichtung nur sehr wenig eingeschränkt wird und somit eine zuverlässige und
schnelle Vermessung der Bestückgenauigkeit
an einer Vielzahl von über
das gesamte Bestückfeld
hinweg verteilten Messpositionen möglich ist.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform.
-
In
der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen:
-
1 die
Durchführung
der Bestimmung des Positionsversatzes eines Bauelements,
-
2 in
der linken Abbildung ein Bauelement in einer ersten Relativlage
bezüglich
entsprechender Markierungen und in der rechten Abbildung das entsprechende
von der Kamera aufgenommene Bild, und
-
3 in
der linken Abbildung ein Bauelement in einer zweiten Relativlage
bezüglich
entsprechender Markierungen und in der rechten Abbildung das entsprechende
von der Kamera aufgenommene Bild.
-
An
dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in 2 und
in 3 die Bezugszeichen einander entsprechenden Komponenten
lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
-
Im
Folgenden wird eine bevorzugte Möglichkeit
zur Durchführung
des Verfahrens zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit des Bestückautomaten
anhand von 1 erläutert. Zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit
wird dabei ein Bauelement 120 zunächst von einer Haltevorrichtung
aufgenommen, welche gemäß dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
eine sogenannte Saugpipette 112 ist. Die Saugpipette 112 ist über einen
hohlen Schaft 111 an einem Bestückkopf 110 angebracht,
welcher mittels einer nicht dargestellten xy-Positioniereinrichtung
frei positioniert werden kann und welcher derart eingerichtet ist,
dass die Saugpipette 112 mittels eines ebenfalls nicht
dargestellten Antriebs entlang einer z-Richtung entweder gemeinsam
mit dem Bestückkopf 110 oder
relativ zu dem Bestückkopf 110 bewegt werden
kann. Das Bauelement 120 wird in eine Messposition gebracht,
welche sich in einem bestimmten Abstand oberhalb von zwei Anschlussflächen 131 befindet,
die auf einem Bauelementeträger 130 ausgebildet
sind. Die Anschlussflächen 131 dienen
zur Kontaktierung eines Bauelements 120 mit auf dem Bauelementeträger 130 ausgebildeten
Leiterbahnen. Alternativ kann das Bauelement 120 auch relativ
zu speziell auf dem Bauelementeträger 130 angebrachten
Markierungen positioniert werden. Der Bauelementeträger 130 weist
neben den Anschlussflächen 130 noch
weitere Anschlussflächen 132, 133 und 134 auf,
welche bei Bedarf für
weitere Messungen der Bestückgenauigkeit
an anderen Stellen verwendet werden können.
-
Im
unteren Teil von 1 ist die in der xy-Ebene liegende
Oberfläche
des Bauelementeträgers 130 als
Draufsicht dargestellt.
-
Die
Vermessung der Bestückgenauigkeit
beruht auf der Bestimmung des Positionsversatzes des Bauelements 120 bei
einer "Quasi-Bestückung", bei welcher der
Bestückvorgang
nicht vollendet wird, sondern in einem bestimmten Abstand oberhalb
der Markierung 131 angehalten wird. In den Zwischenraum
zwischen der Markierung 131 und dem Bauelement 120 wird
ein Strahlumlenkelement 150 eingefahren, welches mit einer
Kamera 140 gekoppelt ist. Zwischen dem Strahlumlenkelement 150 und
der Kamera 140 ist eine Vergrößerungsoptik 141 angeordnet,
welche eine besonders genaue Bestimmung des Positionsversatzes des
Bauelements 120 relativ zu den Anschlussflächen 131 ermöglicht.
Bevorzugt ist die Vergrößerungsoptik 141 als
so genanntes Zoom-Objektiv ausgebildet, so dass die Vergrößerung auf
die jeweilige Messsituation individuell einstellbar ist.
-
Das
Strahlumlenkelement weist neben dem optischen Eingang ferner zwei
optische Ausgänge auf,
welchen jeweils ein Reflektor, ein erster Reflektor 151 und
ein zweiter Reflektor 152 zugeordnet ist. Die beiden Reflektoren 151 und 152 sind
gegeneinander um einen Winkel von 90° gekippt und berühren sich in
einem Punkt.
-
Das
Strahlumlenkelement 150 weist ferner drei Umlenkreflektoren 155, 156 und 157 auf,
welche das Gesichtsfeld der Kamera 140 auf die beiden Reflektoren 150 und 152 lenken.
Auf diese Weise wird das Gesichtsfeld der Kamera 140 in
zwei Teil-Gesichtsfelder
aufgespalten, von denen eines nach unten auf die Markierung 131 und
das andere nach oben auf das Bauelement 120 gerichtet ist.
Die beiden Umlenkreflektoren 155 und 156 dienen
dazu, dass der Strahlengang zwischen Kamera 140 auf der einen
Seite und den beiden Reflektoren 151, 152 auf der
anderen Seite nur innerhalb eines kleinen Bereiches parallel zum
Bauelementeträger
verläuft.
Auf diese Weise befindet sich das Strahlumlenkelement 150 nur
in einem vergleichsweise kleinen Bereich um die Anschlussflächen 130 herum
nahe des Bauelementeträgers 130,
so dass ggf. bereits auf dem Bauelementeträger 130 an anderen
Stellen bestückte Bauelemente
das Einfahren des Strahlumlenkelements 150 nicht behindern.
Somit kann der Positionsversatz des Bauelements 120 an
einer Vielzahl von Messpositionen oberhalb des Bauelementeträgers 130 vermessen
werden.
-
2 zeigt
in der linken Abbildung einen Bauelementeträger 200, welcher zwei
Bauelement-Anschlussflächen 240, 241 aufweist.
Oberhalb der beiden Anschlussflächen 241, 241 wird
ein Bauelement 230 in eine Messposition gebracht, welche gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl
in x- als auch in y-Richtung symmetrisch zu den beiden Anschlussflächen 240, 241 liegt.
-
Das
in 1 dargestellte Strahlumlenkelement wird nun derart
in den Bereich zwischen dem Bauelement 230 und den beiden
Anschlussflächen 240, 241 eingefahren,
dass eine senkrechte Projektion der beiden sich in einem Punkt berührenden
Reflektorkanten auf den Bauelementeträger 200 einen leichten
Versatz in y-Richtung zu den beiden Anschlussflächen 240, 241 aufweist.
Damit ergibt sich für
das Gesichtsfeld der Kamera 140, welches zwei Teil-Gesichtsfelder 210 und 220 aufweist,
das auf der rechten Seite von 2 dargestellte
Bild. Im Gesichtsfeld 210, welches in Folge der Reflexion
an dem ersten Reflektor 151 nach oben gerichtet ist, ist ein
Teil des Bauelements 230 in dem Bild 230a des Bauelements
zu erkennen. In dem durch eine Reflexion an dem zweiten Reflektor 251 nach
unten gerichteten Teil-Gesichtsfeld 220 ist in dem Bild 240a ein
Teil der Anschlussfläche 240 und
in dem Bild 241 ein Teil der Anschlussfläche 241 zu
erkennen. Da sowohl die Größe der beiden
Anschlussflächen 240, 241 als
auch die Größe des Bauelements 230 genau bekannt
ist, lässt
sich aus dem Bild, welches die Kamera 140 erfasst und welches
sich aus zwei Teilbildern 210a und 220a zusammensetzt,
die Position des Bauelements 230 relativ zu den beiden
Anschlussflächen 240, 241 genau
bestimmen.
-
3 zeigt
eine "Quasi-Bestückung", bei der das Bauelement 330 in
eine Messposition gebracht wird, welche sowohl in x- als auch in y-Richtung asymmetrisch
zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 liegt.
Wie aus der linken Abbildung von 3 ersichtlich,
befinden sich die beiden Anschlussflächen 340, 341 vollständig in
dem Gesichtsfeld 320 der Kamera, welches aufgrund der Reflexion
an dem Reflektor 152 nach unten in Richtung des Bauelementeträgers 300 gerichtet
ist. Das Strahlumlenkelement 150 ist derart justiert, dass
sich ein großer
Teil des Bauelements 330 in dem Gesichtsfeld 310 der
Kamera 140 befindet. Das Gesichtsfeld 310 ist,
wie bereits zuvor beschrieben, aufgrund der Reflexion eines entsprechenden
Strahlengangs an dem ersten Reflektor 151 auf das Bauele ment 330 gerichtet.
Der Versatz des Bauelements 330 in y-Richtung relativ zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 ist
in der linken Abbildung von 3 durch
die beiden strichpunktierten Linien angedeutet und mit Δy bezeichnet.
-
Die
rechte Abbildung von 3 zeigt das entsprechende von
der Kamera 140 aufgenommene Bild, welches sich aus den
beiden Teilbildern 310a und 320a zusammensetzt.
In dem Teilbild 320a ist ein vollständiges Bild 340a der
Anschlussfläche 340 und ein
vollständiges
Bild 341a der Anschlussfläche 341 zu erkennen.
In dem Teilbild 310a ist ein Bild 330a desjenigen
Teilbereichs des Bauelements 330 zu erkennen, welcher in
dem Gesichtsfeld 310 der Kamera 140 liegt. Wie
aus 3 ersichtlich, ist das Bild 330a relativ
zu den beiden Bildern 340a, 341a nach rechts verschoben,
wohingegen die wahre Position des Bauelements 330 relativ
zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 nach
links verschoben ist. Diese Spiegelung ergibt sich unmittelbar aus
dem in 1 dargestellten geometrischen Strahlengang innerhalb
des Strahlumlenkelements 150.
-
Das
Bild 330a ist gegenüber
der Mittelachse zwischen den beiden Bildern 340a bzw. 341a der
beiden Anschlussflächen 340 bzw. 341 um Δx nach rechts
verschoben. Dies entspricht einer Verschiebung des Bauelements 330 relativ
zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 um Δx nach links.
Somit kann durch eine entsprechende Bildauswertung der genaue Positionsversatz
des Bauelements 330 relativ zu seiner zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 symmetrischen
Soll-Lage bestimmt und bei dem nachfolgenden Bestückvorgang
kompensiert werden.
-
An
dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit
der Positionsversatz Δy
in y-Richtung in der linken Abbildung von 3 eingezeichnet
ist. Es ist jedoch selbstverständlich,
dass bei einer Kenntnis der Größe des Bauelements 330 dieser
Positionsversatz Δy
auch, wie in der Praxis üblich,
aus dem Kamerabild ermittelt werden kann, welches sich aus den beiden
Teilbildern 310a und 320a zusammensetzt.
-
Bei
einem nachfolgendem Bestückvorgang kann
der von einer der Kamera 140 nachgeschalteten Bildauswerteeinheit
ermittelte Positionsversatz des Bauelements 330 durch eine
entsprechende Ansteuerung einer den Bestückkopf 110 bewegenden xy-Positioniervorrichtung
dahingehend kompensiert werden, dass das Bauelement 330 bei
einem nachfolgenden Bestückvorgang
relativ zu den beiden Anschlussflächen 340, 341 sowohl
in x- als auch in y-Richtung
zumindest annähernd
mittig aufgesetzt werden kann.
-
Zusammenfassend
bleibt festzustellen:
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur
Bestimmung der Bestückgenauigkeit
eines Bestückautomaten,
bei dem ein Bauelement 120 von einer Haltevorrichtung 112 eines
Bestückkopfes 110 aufgenommen
und in eine Messposition gebracht wird, welche sich in einem vorbestimmten
Abstand relativ zu einer Markierung 131 auf dem Bauelementeträger 130 befindet. Zur
Bestimmung der relativen Lage zwischen dem Bauelement 120 und
der Markierung 131 wird ein Strahlumlenkelement 150,
welches einen mit einer Kamera 140 optisch gekoppelten
optischen Eingang und zwei optische Ausgänge aufweist, zwischen das Bauelement 120 und
die Markierung 131 derart eingebracht, dass sich das Bauelement 120 über einen ersten
optischen Ausgang und die Markierung 131 über den
zweiten optischen Ausgang in dem Gesichtsfeld der Kamera 140 befinden.
Nachfolgend werden sowohl das Bauelement 120 als auch die Markierung 131 gleichzeitig
von der Kamera 140 erfasst und der Positionsversatz des
Bauelements 120 von einer Bildauswerteeinheit ermittelt.
Zur Durchführung
des Verfahrens können
gewöhnliche
Leiterplatten verwendet werden, welche eine Vielzahl von Anschlussflächen 131 aufweisen,
die als Markierungen herangezogen werden können. Durch eine Vermessung
des Positionsversatzes an einer Vielzahl von Messpositionen kann
somit ein Bestückautomat auf
einfache Weise kalibriert werden. Zur Durchführung des Kalibrierungsvorganges
ist jeweils nur eine kurze Unterbrechung des Bestückvorganges
erforderlich. Bevorzugt wird der Bauelementeträger 130 unterhalb
der Bestückebene
des Bestückautomaten angeordnet,
so dass die Lage des Bauelements 120 in einer Position
erfasst werden kann, welche sich in der Bestückebene des Bestückautomaten
befindet. Dies ermöglicht
auf schnelle und kostengünstige Weise
eine Kalibrierung des Bestückautomaten
unter realen Bestückbedingungen.