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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuerungen für Systeme
von Oberflächenmontagemaschinen
und deren Hilfsausrüstung
und, mehr insbesondere, auf ein System und ein Verfahren für eine Steuerungssystemschnittstelle
zwischen Zubringeraustauschsystemen oder Zubringern und Oberflächenmontagemaschinen.
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Die
Oberflächenbautechnik
(Surface Mount Technology oder SMT) wird benutzt, um Leiterplatten (printed
circuit boards oder PCBs) zu bestücken durch Montieren von Bauelementen
auf einer Oberfläche
der Leiterplatte. Kommerzielle Bestückungsmaschinen werden üblicherweise
benutzt, um SMT-Prozesse zu automatisieren, häufig unter Computersteuerung,
und um sicherzustellen, dass die Bauelemente in ihren richtigen
Positionen auf den Leiterplatten platziert werden.
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Ein
Zubringer wird benutzt, um ein oberflächenmontierbares Bauelement
einem Bestückungskopf
einer Bestückungsmaschine
zuzuführen,
der dann das Bauelement auf einer Leiterplatte platziert. Die Zubringervorrichtungen
können
mikroprozessorgesteuert sein und können mit mechanischen oder pneumatischen
Förderern,
Pneumatikzylindern, Pneumatikventilen oder Elektromotoren neben
anderen Vorrichtungen arbeiten, um Bauelemente aus der Zubringervorrichtung
zu dem Bestückungskopf
zu bewegen.
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Viele
Typen von Zubringern sind verfügbar und
können
benutzt werden, abhängig
von, neben anderen Dingen, den Spezifikationen der Bestückungsmaschine
und der Bauelemente, die gehandhabt werden. Band-, Stab-, Massen-
und Tro gzubringer sind gängige
Typen. In Bandzubringern, zum Beispiel, sind die Bauelemente auf
einem Band verpackt und werden an den Zubringerkopf abgegeben, wenn das
Band durch den Zubringer hindurchgeht. Stabzubringer geben die Bauelemente
von Stäben
oder Rohren ab, häufig
durch Rütteln
des Stabes oder Rohres oder durch Beaufschlagung mit Druckluft,
um ein Bauelement von dem Stab oder Rohr herunter zu schieben und
es in eine gewünschte
Richtung zu senden.
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Zubringerhilfseinrichtungen
und auf Leiterplatten zu montierende Bauelemente können auf Karren
oder Wagen platziert werden. Ein Zubringeraustauschsystem (feeder
exchange system oder FES), zum Beispiel, hat häufig einen Zubringeraustauschkarren,
einen Wagen oder andere Vorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, für eine nahtlose
Integration von Zubringern und Oberflächenmontagemaschinen zu sorgen,
durch, neben anderen Funktionen, automatisches Wiederauffüllen des
Vorrats an Bauelementen für
den Zubringer. Wenn die Bauelemente für den nächsten Produktionslauf bereitgehalten
und einer Bestückungsmaschine
an dem Ende eines Produktionslaufes schnell zugeführt werden, kann
die Zeit zwischen Produktionsläufen
auf eine Größenordnung
von Minuten reduziert werden.
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Viele
im Handel erhältliche
Zubringer, Zubringeraustauschsysteme und andere Hilfseinrichtungen
sind an viele unterschiedliche Modelle von Bestückungsmaschinen anpassbar,
die zum Beispiel in der Lage sind, in Bezug auf Zubringer Unterschiede
in Abständen,
im Aufnahmepunkt und im Montagedesign auszugleichen, insbesondere
Unterschiede zwischen den gängigeren
Modellen von Bestückungsausrüstung von
Herstellern wie Fuji, Panasonic, Sanyo, Siemens, Universal, Zevatech,
TDK, Philips, Quad, Intelliplace, Samsung, Mamiya und Tenryu.
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Gegenwärtig jedoch
werden Steuerungs- und Betriebsdaten zwischen Oberflächenmontagemaschinen
und deren Hilfsausrüstung über feste elektrische
Kontakte oder durch eine andere körperliche Verbindung übertragen.
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In
der WO 0103489 A1 dienen ein optischer Wellenleiter und ein optischer
Sender und Empfänger
als ein Übertragungsabschnitt
zwischen einer Steuer einheit einer Bestückungsmaschine und einer Steuereinheit
einer Zubringereinheit, um eine Kabelverbindung zu vermeiden, die
Informationen in einem festen Gittermuster oder Raster übertragen
muss. Der Zubringer kann mit irgendeiner Position an dem optischen
Wellenleiter gekoppelt werden, der als ein bidirektionaler Bus dient.
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Berührungslose
optische Datenübertragungssysteme
sind in der Nachrichten- und
Datenverarbeitung bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent
Nr. 3,705,986 von Sanders et al. ein digitales Punkt-zu-Punkt-Datenübertragungssystem,
bei dem impulsmodulierte Infrarot- oder Lichtbündel benutzt werden, in welchen
ein Paar optische Sender-Empfänger-Einheiten
eine Computeranlage mit einer anderen über Sichtlinienkommunikationen
verbinden.
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Das
US-Patent Nr. 6,353,693 von Kano et al. offenbart eine berührungslose
optische Verbindung, die in einer Bestückungsmaschine benutzt wird.
Ein Paar optische Koppler ist zwischen einem Stator und einem Rotor
in einer Schleifringeinheit einer Vorrichtung zum Montieren von
elektronischen Bauelementen angeordnet, um eine bidirektionale Kommunikation
zwischen einer statorseitigen Schaltung und einer rotorseitigen
Schaltung zu gestatten.
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Eine
berührungslose
Schnittstelle kann auch hergestellt werden, indem RF-Signale verwendet werden.
Radiofrequenzidentifikationsetiketten sind in Gebrauch, zum Beispiel
bei Yamaha IM Company, um die Seriennummer einer Zubringerhilfseinrichtung
zu einem Steuerungssystem einer Bestückungsmaschine durch eine für enge Nähe bestimmte
RF-Übertragung
zu senden.
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Die
nicht vorveröffentlichte
Anmeldung Nr. 60/545,440 der Anmelderin, die am 18. Februar 2004 eingereicht
worden ist und die durch Bezugnahme hier einbezogen wird, offenbart
einen Zubringerkarren, der eine drahtlose Übertragungseinheit aufweist. Die
Bestückungsmaschine
kann Befehle über
ein drahtloses Netzwerk zum Steuern des Getriebes des Zubringers übertragen.
Der Karren kann zubringerbezogene Daten zu der Bestückungsmaschine
mit Hilfe der drahtlosen Kommunikationseinheiten und des drahtlosen
Netzwerkes übertragen.
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Sende-/Empfangsmodule,
die die berührungslose
Kopplung benutzen, wie zum Beispiel RF- oder optische Kopplung,
wie zum Beispiel der Infrarot-Sender-Empfänger-Modul
HSDL-3200 von Agilent Technologies, der eine geringe Größe und eine Verbindungsdistanz
von 20–30
cm hat, sind im Handel erhältlich
und lassen sich ohne weiteres an die Verwendung in der Oberflächenbautechnik
(SMT) anpassen.
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Ein
prinzipieller Nachteil, der mit herkömmlichen Zubringern und anderen
Bestückungsmaschinenhilfsvorrichtungen
verbunden ist, besteht darin, dass die Steuereinrichtungen für diese
Zubringermechanismen für
einen akzeptablen Grad an Funktionalität jeweils durch einen Wellenleiter
oder durch ein Instrumentenkabel mechanisch angeschlossen werden
müssen.
Ein Kabel kann bis zu sechzig Signalleitungen umfassen, die an eine
Oberflächenmontagemaschine
oder einen Zubringer angeschlossen sind. Ein Kabel insbesondere
muss die besondere Zubringervorrichtung an die besondere Bestückungsmaschine
anpassen. Die körperliche
Auslegung von festen elektrischen Kontakten ist zwischen beispielsweise
unterschiedlichen Typen von Zubringern/Zubringerkarren und Bestückungsmaschinen
eindeutig festgelegt.
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Es
ist deshalb äußerst erwünscht, eine
effiziente und effektive Einrichtung zum automatischen Verbinden
von Zubringermechanismen mit verschiedenen Bestückungsmaschinen zur Verfügung zu
haben, um dadurch die Notwendigkeit zu eliminieren, Instrumentenkabel
während
des Betriebes von Oberflächenmontagemaschinen
und deren Hilfsausrüstung
anzuschließen,
abzutrennen und wieder anzuschließen.
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Es
ist demgemäß erwünscht, ein
Verfahren zum Verwenden von berührungslosen
Kommunikationen zur Datenübertragung
zu und von einer Elektronikbestückungsmaschine
und einem Zubringer, einem Zubringerkarren oder einer anderen Hilfseinrichtung,
die in Verbindung mit der Bestückungsmaschine
verwendet wird, bereitzustellen.
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Es
ist auch erwünscht,
eine Vorrichtung zur Datenübertragung
zwischen einem Zubringer und/oder einem Zubringerkarren oder anderer
Hilfseinrichtung und einer Bestückungsmaschine
ohne die Notwendigkeit eines Instrumentenkabels, das die Bestückungsmaschine
und den Zubringer und/oder den Zubringerkarren oder andere Hilfsausrüstung verbindet,
bereitzustellen.
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Es
ist weiter erwünscht,
einen Aufbau und ein Verfahren zum Realisieren einer gemeinsamen, universellen
Schnittstelle zwischen verschiedenen Arten von Zubringern, Zubringerkarren
und Bestückungsmaschinen
bereitzustellen.
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Diese
und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch
ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen ein berührungsloser Übertragungsabschnitt
benutzt wird, um Daten zu und von einer Bestückungsmaschine, einem Zubringer,
einem Zubringerkarren, einem Zubringeraustauschsystem (FES) oder
anderer Hilfsausrüstung
zu übertragen,
die bei einer Elektronikbestückungsmaschine verwendet
wird, wie es hier beschrieben ist. Dieses Verfahren benutzt eine
Verbindung wie zum Beispiel RF- oder optische Sender und Empfänger, welche keinen
körperlichen
Kontakt benötigen,
um Daten zu übertragen,
zum Beispiel zwischen einem Zubringer, einem Zubringerkarren und/oder
einem Zubringeraustauschsystem und der Bestückungsmaschine über eine
berührungslose
Schnittstelle, das heißt
ein Bündel
von Strahlungsenergie, vorzugsweise RF-Strahlung, sichtbares Licht
oder Infrarotlicht. Diese Daten können Zubringertriggersignale,
Zubringerbereitschaftssignale und Bauelement-Identifikations- und
-gebrauchsinformation beinhalten. Die Erfindung erlaubt ein berührungsloses,
verallgemeinertes Verfahren zum Übertragen
von Signalen von zum Beispiel einem Zubringer zu einem Zubringerkarren
und von dem Zubringerkarren zu der Hauptmaschine.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die
im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen
deutlich werden und beleuchtet.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
ein Schema, das einen typischen Satz von Kabelverbindungen zwischen
Zubringern und einer Oberflächenbestückungsmaschine
zeigt.
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2 ist
ein Blockschaltbild einer berührungslosen
optischen Schnittstelle für
eine Bestückungsmaschine
nach der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
ein Schema, das eine typische Kabelverbindung zwischen einer Bestückungsmaschine und
einem Zubringeraustauschsystem (FES) veranschaulicht. Ein E/A-Wandler 110 eines
Bestückungsmaschinensteuerungssystems 102 ist
durch eine Anzahl von Instrumentenleitungen 111 mit Magnetventilen 112 von
ersten Stabzubringersteuereinrichtungen 113 körperlich
verbunden. Andere Leitungen sind auf dieselbe Weise mit zweiten,
dritten und vierten Stabzubringersteuereinrichtungen 114, 115 und 116 verbunden.
Das Zubringeraustauschsteuersystem hat ein FES-Steuerungssystem 107,
das eine FES-Zubringerstabsteuerung-ASIC
(application-specific integrated circuit oder applikationsspezifische
integrierte Schaltung) 117 hat. Das Zubringeraustauschsystem
ist für
jeden Typ von Zubringer spezifisch. Das FES-Steuerungssystem 107 steuert
den Betrieb des Zubringers der Bestückungsmaschine und zieht Daten
aus dem Zubringer.
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Die
Menge an Daten, die zwischen den Einheiten, welche in 1 gezeigt
sind, ausgetauscht werden, ist relativ klein. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht so beschränkt
und kann den zunehmenden Bedarf an Datenaustausch zwischen und unter Teilen
von SMT-Systemen berücksichtigen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist der Datenfluss wie folgt: von einer
Montageeinrichtung der Bestückungsmaschine
wird das Signal zum Betreiben einer Hilfseinrichtung, zum Beispiel
eines Zubringerkarrens, gesendet. Ein Multiplexer auf der Montageeinrichtungsseite
einer berührungslosen
Schnittstelle codiert das Signal und sendet es zu einem Sender unter
Verwendung einer berührungslosen
Einrichtung zur Übertragung
wie zum Beispiel RF- oder Infrarot- oder sichtbares Licht. Das Signal wird
zu dem Karren über
die berührungslose
Einrichtung gesendet. Der Empfänger
auf dem Karren sendet das Signal zu einem Demultiplexer. Der Demultiplexer
decodiert das Signal und betätigt
auf der Basis des Typs von Zubringer die erforderlichen Ventile
oder Elektromagnete auf dem Zubringer, um das Teil vorwärts zu bewegen.
Der einzige Teil des Systems, der sich mit einer Änderung
des Zubringertyps ändert,
ist der Abschnitt hinter dem Demultiplexer auf dem Zubringerkarren.
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Eine
exemplarische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der eine optische berührungslose
Schnittstelle verwendet wird, ist in 2 dargestellt.
Eine Bestückungsmaschine 201 hat
ein Bestückungsmaschinensteuerungssystem 202,
das mit einem Zubringeraustauschsystem (FES) 208, welches
ein FES-Steuerungssystem 207 hat, optisch gekoppelt ist.
Die Kommunikation erfolgt zwischen einem optischen Sendeempfangsmodul 204 der
Bestückungsmaschine
und einem optischen FES-Sendeempfangsmodul 205 über eine
optische berührungslose
Schnittstelle 209 ohne ein Instrumentenkabel, einen Wellenleiter
oder eine andere körperliche Verbindung
zwischen dem Zubringeraustauschsystem 208 und der Bestückungsmaschine 201.
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Das
Bestückungsmaschinensteuerungssystem 202 ist
typisch ein komplexes System, in welchem Pneumatiken, Hydrauliken,
Druckluft- oder Elektromotoren, Elektromagnete und andere Vorrichtungen
unter der Steuerung von einem oder mehreren Mirkoprozessoren verwendet
werden.
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Jeder
optische Sendeempfangsmodul 204, 205 hat eine
oder mehrere optische Quellen, die als optische Sender fungieren,
und einen oder mehrere optische Detektoren, die als optische Empfänger fungieren,
um einen optischen berührungslosen
Koppler mit einem entsprechenden optischen Detektor oder einer entsprechenden
optischen Quelle des anderen optischen Sendeempfangsmoduls 205, 204 zu
bilden. Eine optische Quelle kann eine Leuchtdiode (LED) oder ein
Laser sein. Die optische Quelle wird durch einen Strom von digitalen
Daten moduliert, um Impulse von Strahlungsenergie, üblicherweise
Infrarot- oder sichtbares
Licht, zu senden. Die Detektoren können irgendeine Art von Fotodetektor
sein, der in der Lage ist, die Strahlungsenergieimpulse zu empfangen
und in einen Strom von digitalen Daten umzuwandeln.
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Das
Bestückungsmaschinensteuerungssystem 202 und
das FES-Steuerungssystem 207 sind mit
einer Bestückungsmaschinenschnittstelleneinheit 203 bzw.
mit einer FES-Schnittstelleneinheit 206 verbunden.
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Ein
Multiplexer in der Bestückungsmaschinenschnittstelleneinheit 203 verknüpft verschiedene Signale
aus dem Bestückungsmaschinensteuerungssystem 202 zur Übertragung über ein
einzelnes Medium zu dem optischen Sendeempfangsmodul 204.
Ein Demultiplexer in der Bestückungsmaschinenschnittstelleneinheit 203 separiert
die multiplexierten Signale, die er aus dem optischen Bestückungsmaschinensendeempfangsmodul 204 empfängt, in
einen Satz von diskreten Datenpunkten, die zu dem Bestückungsmaschinensteuerungssystem 202 gesendet
werden.
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Die
FES-Schnittstelleneinheit 206 hat einen Multiplexer/Demultiplexer,
der verschiedene Signale aus dem FES-Steuerungssystem 207 zur Übertragung über ein
einzelnes Medium zu dem optischen Sendeempfangsmodul 205 verknüpft. Ein
Demultiplexer in der FES-Schnittstelleneinheit 206 separiert die
aus dem optischen FES-Sendeempfangsmodul 205 empfangenen
multiplexierten Signale in einen Satz von diskreten Datenpunkten,
die zu einem Prozessor oder direkt zu Relais, Magnetventilen oder
anderen Bauelementen des FES-Steuerungssystems 207 gesendet
werden.
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Alternativ
kann ein Multiplexer/Demultiplexer ein Teil des optischen Sendeempfangsmoduls 204 oder
des Sendeempfangsmoduls 205 sein.
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Das
FES-Steuerungssystem 207 kann eine programmierbare Logiksteuereinheit
(programmable logic controller oder PLC), Sensoren und Systeme zum
Abgeben von Komponenten an die Bestückungsmaschine haben. Das FES-Steuerungssystem 207 kann
jedoch viel einfacher sein und zum Beispiel nur elektrische und
elektromechanische Sensoren und Verriegelungen ohne eine PLC oder
eine andere mikroprozessorbasierte Steuereinheit aufweisen.
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Das
Zubringersteuerungssystem 207 kann zum Beispiel eine Steuereinheit
haben, um Magnetventile zu steuern, damit impulsweise Luftstöße durch
einen Luftauslaß gestattet
werden, um die Bauteile in einem Behälter in Bewegung zu versetzen,
was erlaubt, dass ein oder mehrere Bauelemente in eine Position
zum Montieren auf einer Leiterplatte fallen.
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In
einer zweiten Ausführungsform
ist die Bestückungsmaschine 201 direkt
an einen Zuführer
angeschlossen. Ein Zuführer
ist typisch eine in sich geschlossene, elektropneumatische mechanische
Vorrichtung. Der Zubringerbetätigungs zyklus
kann durch eine programmierbare Logiksteuereinheit eingestellt werden,
damit er mit den Bestückungsmaschinen kompatibel
ist, die von verschiedenen Herstellern geliefert werden. Die Zeitsteuerung
der Folge von Schritten, die durch die Zubringervorrichtung ausgeführt werden,
sowie das Positionieren des Zubringers, um den Aufnahmepunkt mit
dem Aufnahmearm der Bestückungsmaschine
auszurichten, wird durch die programmierbare Logiksteuereinheit
von Sensoren des Zubringersteuerungssystems aus, wie zum Beispiel
Daten aus optischen Sensoren, die die Ankunft des Aufnahmearms erfassen,
bestimmt.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt der Montagemaschinenseite einer Schnittstelle,
einen Standardsatz von Signalen zu Senden und zu Empfangen. Wenn
zum Beispiel ein Zubringer an einem bestimmten Ort weiter bewegt
werden muss, würde
die Montageeinrichtung einfach das Bit für diesen Zubringer einschalten.
Wenn der Zubringer von einer elektropneumatischen Bauart ist, wie
diejenigen, die von Assembléon
und Yamaha IM Company hergestellt werden, würde das Signal durch den Karren empfangen
und es würde
ein Signal von 12 V Gleichspannung zu dem Zubringer gesendet werden,
um das Luftventil einzuschalten. Wenn der Zubringer ein UIC-Zubringer
wäre, dann
würde der
Karren dasselbe Signal aus der Montageeinrichtung empfangen und
dann ein Signal von 24 V Gleichspannung dem Zubringer zuführen.
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Schließlich, mit
der obigen Beschreibung wird beabsichtigt, die vorliegende Erfindung
lediglich zu veranschaulichen, und sie sollte nicht so aufgefasst
werden, als beschränke
sie die beigefügten
Ansprüche
auf irgendeine besondere Ausführungsform oder
Gruppe von Ausführungsformen.
Jedes der Systeme, das verwendet wird, kann auch in Verbindung mit
weiteren Systemen verwendet werden. Somit ist die vorliegende Erfindung
zwar ins Einzelne gehend mit Bezug auf besondere exemplarische Ausführungsformen
derselben beschrieben worden, es dürfte jedoch klar sein, dass
zahlreiche Modifikationen und Änderungen
daran vorgenommen werden können,
ohne den breiteren und beabsichtigten Schutzbereich der Erfindung,
wie er in den folgenden Ansprüchen
festgelegt ist, zu verlassen. Zum Beispiel kann die Erfindung zusätzlich zu
den Zubringern mit vielen anderen Hilfseinrichtungen für Bestückungsmaschinen
wie Vorrichtungen zur Barcodeüberprüfung von
Teilenummern, Überwachungsausrüstung und
automatischen Düsenänderungsvorrichtungen
ausgeführt
werden.
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Die
Beschreibung und die Zeichnungen sind demgemäß als illustrativ zu betrachten
und sollen nicht den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche einschränken.
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Bei
dem Interpretieren der beigefügten
Ansprüche
sollte klar sein, dass:
- a) das Wort „mit" oder „beinhaltend" nicht das Vorhandensein
von anderen Elementen oder Maßnahmen
als denjenigen, die in einem bestimmten Anspruch aufgelistet sind,
ausschließt;
- b) das Wort „ein" oder „eine", das vor einem Element
steht, nicht das Vorhandensein von mehrere derartigen Elementen
ausschließt;
- c) jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht den Schutzbereich
einschränken;
- d) mehrere „Einrichtungen" durch denselben
Gegenstand oder dieselbe Hardware oder softwareimplementierte Struktur
oder Funktion dargestellt werden können;
- e) jedes der offenbarten Elemente aus Hardwareteilen (z.B. einschließlich diskreter
und integrierter elektronischer Schaltung), Softwareteilen (z.B. Computerprogrammierung)
und jedweden Kombinationen derselben bestehen können;
- f) Hardwareteile aus analogen und/oder digitalen Teilen bestehen
können;
- g) jede der offenbarten Vorrichtungen oder Teile derselben miteinander
verknüpft
oder separat in weitere Teile unterteilt werden können, sofern nicht
speziell etwas anderes angegeben ist; und
- h) keine spezifische Reihenfolge von Maßnahmen als erforderlich beabsichtigt
ist, sofern es nicht speziell angegeben ist.