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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet des Bestückens von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen mittels Bestückvorrichtungen, die auch als Bestückautomaten bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere in Hinblick auf verschiedenen Bestückanforderungen flexibles Bestücksystem sowie dessen Komponenten Bestückautomat und Handhabungssystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Bestückautomaten. In einem Bestückautomaten, welcher nach dem sog. „Pick & Place Prinzip“ arbeitet, werden die elektronischen Bauelemente mittels Bauelement-Zuführeinrichtungen einem Bestückprozess zugeführt. Die zugeführten Bauelemente werden von einem Bestückkopf aufgenommen, von diesem in einen Bestückbereich transportiert und dort an vorgesehenen Stellen auf einem zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt, welcher rechtzeitig mittels eines Transportsystems in den Bestückbereich transferiert wurde und nach seiner Bestückung wieder aus dem Bestückbereich heraus gebracht wird.
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Die Anforderungen an einen Bestückautomaten hängen im starken Maße davon ab, welche Art von elektronischen Baugruppen hergestellt werden sollen. Bei einer reinen Massenfertigung von elektronischen Baugruppen, insbesondere für elektronische Geräte der Unterhaltungselektronik und/oder Kommunikationstechnik, beispielsweise Computer, Mobiltelefone oder andere Kommunikationsendgeräte, kommt es fast ausschließlich darauf an, eine hohe Bestückleistung zu erzielen. Dies bedeutet, dass innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne die Anzahl an Bauelementen, welche in einer Fertigungslinie mit zumindest einem Bestückautomaten auf typischerweise eine Vielzahl von Bauelementeträgern aufgesetzt werden, möglichst hoch ist.
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Bei der Fertigung von elektronischen Baugruppen für andere Arten von elektronischen Geräten, welche typischerweise in einer kleineren Stückzahl hergestellt werden, steht in der Regel der Aspekt der Flexibilität eines Bestückautomaten im Vordergrund, verschiedene Arten von elektronischen Baugruppen mit jeweils unterschiedlichen Bestückinhalten herstellen zu können.
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Bei vielen Anwendungen kommt es jedoch sowohl auf eine hohe Bestückleistung als auch auf eine hohe Flexibilität von Bestückautomaten an. Dies ergibt sich aus der Beobachtung, dass auf Bauelementeträgern aufgebaute elektronische Baugruppen in der Praxis typischerweise ein Bauelementspektrum aufweisen, bei dem mehr als 80% der verbauten Bauelemente kleine passive elektronische Bauelemente sind, wobei die Anzahl an unterschiedlichen Bauelementtypen relativ klein ist. Abhängig von den jeweils zu fertigenden unterschiedlichen elektronischen Baugruppen kann die Varianz der restlichen (weniger als 20%) Bauelemente häufig sehr groß sein. So können für eine Elektronikfertigung in einer Fertigungslinie mit zumindest einem Bestückautomaten neben einem sog. Hochleistungsbestückkopf (typischerweise ein Bestückkopf mit einer Mehrzahl von Bauelement-Haltevorrichtungen zum temporären Aufnehmen von jeweils einem elektronischen Bauelement) auch noch andere Arbeitsvorrichtungen erforderlich sein, die mittels eines geeigneten Portalsystems innerhalb eines Bestückautomaten bewegt werden müssen. Eine solche Arbeitsvorrichtung kann beispielsweise ein Einfach-Greifer für große Bausteine (z.B. Abdeckungen, Buchsen, Kühlkörper, etc.), ein Zweifach-Greifer (ein sog. TWIN Segment), ein Dispenser-Modul zum Auftragen einer viskosen Paste (z.B. sog. Underfill-Material) oder ein optischer Sensor (z.B. zum optischen Überprüfen von einzelnen Bestückungen) sein.
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Anschaulich ausgedrückt sollte ein moderner Bestückautomat in der Lage sein, (a) die (typischerweise mehr als 80%) kleinen und einfachen Bauelemente möglichst zügig zu verarbeiten und (b) die verbleibenden (typischerweise weniger als 20%) anderen Bauelemente oder Bausteine prozesssicher handzuhaben sowie ggf. weitere gewünschte Funktionen (z.B. Dispensieren, optisches Vermessen) bereit zu stellen. Eine optimale Konfiguration eines Bestückautomaten bzw. einer ganzen Bestücklinie in Hinblick auf diese Anforderungen ist somit von großer Bedeutung, um in der Elektronikfertigung eine Vielzahl von verschiedenen Baugruppen auf effiziente Weise herstellen zu können.
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Derzeit wird die Flexibilität einer Bestücklinie dadurch erreicht, dass diese aus kleineren Bestückautomaten bzw. Bestückmodulen aufgebaut wird, welche bis zu zwei Portalsysteme aufweisen, an denen typischerweise jeweils ein Bestückkopf angebracht ist. Es solches Portalsystem sorgt dafür, dass der jeweilige Bestückkopf innerhalb eines zweidimensionalen Bereiches zwischen (a) einer Bauelement-Aufnahmeposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung und (b) der jeweiligen Bauelement-Aufsetzposition auf dem zu bestückenden Bauelementeträger verfahren bzw. positioniert werden kann. Ferner ist bekannt, dass optional an einem Portalsystem auch ein zweiter Bestückkopf angebracht werden kann, wobei aus Kostengründen dieser zusammen mit dem ersten Bestückkopf an ein und demselben Schlitten befestigt wird, welcher entlang eines länglichen Trägers des Portalsystems mittels eines geeigneten Antriebs verfahren werden kann. Dadurch ergeben sich jedoch für eine Bedienperson unerwünschte Zugriffsrestriktionen, welche u.a. eine Wartung des jeweiligen Bestückkopfes erschweren. Ferner ist bekannt, dass auch an zwei unterschiedlichen Seiten eines solchen länglichen Trägers jeweils ein Bestückkopf angebracht werden kann, wobei jedem der beiden Bestückköpfe ein Antrieb zugeordnet ist, so dass beide Bestückköpfe unabhängig voneinander entlang des länglichen Trägers verfahren werden können. Eine solche Lösung weist jedoch hinsichtlich der Dynamik des betreffenden Bestückautomaten deutliche Nachteile auf. Wenn nämlich nur ein Bestückkopf benötigt wird, dann muss dieser bzw. seine Masse trotzdem von dem betreffenden Portalsystem mitgeführt werden. Außerdem ist eine solche Lösung unflexibel und aus wirtschaftlicher Sicht nachteilig. Auch wenn nur ein Bestückkopf benötigt wird, dann muss dieser trotzdem angeschafft werden und die Investitionskosten für den betreffenden Bestückautomaten sind entsprechend hoch.
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EP 2 009 979 A2 offenbart einen Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen und zum optischen Inspizieren der bestückten Substrate. Der Bestückautomat einen stationären Y-Träger auf, an welchem ein quer stehender X-Träger entlang einer y-Richtung verschiebbar angeordnet ist. An dem X-Träger sind an einander gegenüberliegenden Seiten zwei X-Schlitten angebracht, die entlang einer x-Richtung an dem X-Träger verfahren werden können. An dem X-Schlitten ist über eine mechanische Schnittstelle ein Bestückkopf lösbar angebracht. An dem gegenüber liegenden X-Schlitten ist über eine weitere mechanische Schnittstelle eine Kamera angebracht, welche zusätzlich mittels einer Bewegungsvorrichtung entlang der y-Richtung bewegt werden kann.
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DE 10 2007 020 779 B3 offenbart einen Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit Bauteilen. Der Bestückautomat weist eine Basiseinheit auf, welche zwei Trägerarme umfasst. Zwischen den beiden Trägerarmen befindet sich ein Bestückbereich, in welchem die zu bestückenden Substrate eingebracht werden. Der Bestückautomat weist ferner zwei Portaleinheiten auf. Eine erste Portaleinheit weist einen beidseitig von den beiden Trägerarmen geführten Portalarm und einen beweglich daran befestigten Bestückkopf auf. Die zweite Portaleinheit umfasst einen einseitig geführten Portalarm und einen beweglich daran befestigten Bestückkopf. Die erste Portaleinheit sowie die zweite Portaleinheit sind gegeneinander austauschbar.
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US 2008/0 163 480 A1 offenbart einen Bestückautomaten, welcher einen Bestückkopf sowie eine den Bestückkopf bewegende Kopf-Bewegeeinheit aufweist. Die Kopf-Bewegeeinheit umfasst ein Montageteil, an welchem der Bestückkopf lösbar angebracht werden kann.
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DE 10 2008 049 540 B3 offenbart eine Anordnung zum Wechseln eines Bestückkopfes. Die Anordnung umfasst (a) eine Adapterplatte, an der der Bestückkopf befestigt ist, sowie (b) eine Trägerplatte, die an einem Positioniersystem des Bestückautomaten befestigt ist und die zur Aufnahme des Bestückkopfes mit Hilfe der Adapterplatte ausgestaltet ist. Die Anordnung umfasst ferner mehrere Schnittstellen, die beispielsweise der Energie- und Datenversorgung, sowie der Versorgung mit Druckluft und Vakuum dienen.
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DE 199 19 924 A1 offenbart einen Bestückautomaten mit einem auswechselbaren Bestückkopf, dem ein Datenspeicher zugeordnet ist, in welchem geometrische Daten des Bestückkopfes hinterlegt sind. Bei einem Einbau des Bestückkopfes in den Bestückautomaten stehen diese Daten zur Verfügung stehen und erlauben eine zügige Kalibrierung eines neu konfigurierten Bestückautomaten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen auf einfache und effiziente Weise dahingehend zu verbessern, dass trotz einer hohen Bestückleistung eine Flexibilität in Hinblick auf verschiedenen Bestückinhalte und/oder gewünschte Zusatzfunktionen realisiert werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bestückautomat zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen beschrieben. Der beschriebene Bestückautomat weist auf (a) ein Chassis und (b) ein erstes Portalsystem mit (b1) einem ersten Führungselement, welches stationär an dem Chassis angebracht ist und welches sich entlang einer ersten Richtung erstreckt; (b2) einem ersten Schlitten, welcher entlang des ersten Führungselementes verschiebbar gelagert ist; (b3) einem zweiten Führungselement, welches an dem ersten Schlitten angebracht ist und welches sich entlang einer zweiten Richtung erstreckt; und (b4) einem zweiten Schlitten, welcher entlang des zweiten Führungselementes verschiebbar gelagert ist. Der beschriebene Bestückautomat weist ferner auf (c) einen Bestückkopf, welcher an dem zweiten Schlitten angebracht ist; und (d) eine mechanische Schnittstelle, welche an dem ersten Schlitten und/oder an dem zweiten Führungselement angebracht ist und welche derart ausgebildet ist, dass ein sich entlang der zweiten Richtung erstreckender länglicher Träger eines zweiten Portalsystems lösbar an dem ersten Schlitten und/oder an dem zweiten Führungselement anbringbar ist, welches zweite Portalsystem ein entlang des länglichen Trägers verschiebbares Montageelement aufweist, an welchem eine Arbeitsvorrichtung angebracht ist.
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Dem beschriebenen Bestückautomaten liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dessen Konfiguration auf einfache und effiziente Weise an die jeweiligen Bestückanforderungen bzw. Handhabungsanforderungen angepasst werden kann, indem das zweite Portalsystem derart an das erste Portalsystem mechanisch angekoppelt wird, dass der längliche Träger und das zweite Führungselement lösbar aber fest miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, dass sich im Betrieb des Bestückautomaten das (längliche) zweite Führungselement immer gemeinsam mit dem länglichen Träger des zweiten Portalsystems entlang der ersten Richtung bewegt. Anschaulich ausgedrückt nimmt das zweite Führungselement den länglichen Träger „Huckepack“.
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Das zweite Portalsystem kann im Vergleich zu dem ersten Portalsystem eine deutlich einfachere Struktur und eine reduzierte Anzahl an Komponenten aufweisen. Insbesondere kann das zweite Portalsystem keine in Bezug zu dem Chassis stationäre Komponente aufweisen.
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Das im Vergleich zu dem zweiten Portalsystem typischerweise komplexere erste Portalsystem kann demzufolge auch als Basis-Portalsystem bezeichnet werden, wohingegen das zweite Portalsystem als Zusatz-Portalsystem bezeichnet werden kann. Das Zusatz-Portalsystem stellt ein optionales System für den beschriebenen Bestückautomaten dar und kann abhängig von der aktuellen Anforderung, welche typischerweise von der Art bzw. dem Bestückinhalt der herzustellenden elektronischen Baugruppe abhängt, an das Basis-Portalsystem angekoppelt werden. Für eine besonders flexible Bestückung von Bauelementeträgern mit unterschiedlichen Bestückinhalten können für den beschriebenen Bestückautomaten auch mehrere unterschiedliche Zusatz-Portalsysteme bereitgehalten werden, wobei abhängig von der jeweils herzustellenden elektronischen Baugruppe ein geeignetes Zusatz-Portalsystem verwendet wird. Ferner ist es möglich, ein Zusatz-Portalsystem je nach aktueller Anforderung in verschiedene Bestückautomaten von einer Bestückungslinie oder von mehreren Bestückungslinien zum Einsatz zu bringen. Dies erhöht auf besonders kostengünstige Art und Weise die Flexibilität der Fertigung von unterschiedlichen elektronischen Baugruppen.
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Die an dem Zusatz-Portalsystem angebrachte Arbeitsvorrichtung kann jede beliebige Vorrichtung sein, welche für eine effiziente Fertigung von elektronischen Baugruppen hilfreich sein kann. Die Arbeitsvorrichtung kann beispielsweise ein weiterer Bestückkopf oder ein Einfach- oder Mehrfach-Greifer für größere Bausteine wie beispielsweise besonders große elektronische Bauelemente, Abdeckungen, Buchsen, Stecker, Kühlkörper, Lüfter, etc. sein. Die Arbeitsvorrichtung kann ferner ein Dispenser-Modul zum Auftragen einer viskosen Paste (z.B. sog. Underfill-Material) oder ein optischer Sensor sein oder aufweisen, welcher beispielsweise zum optischen Überprüfen von einzelnen Bestückungen verwendet werden kann.
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Die erste Richtung und zweite Richtung schließen einen Winkel ein. Dies bedeutet, dass die beiden Richtungen nicht parallel zueinander verlaufen. Bevorzugt definieren die erste Richtung und die zweite Richtung ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem, welches horizontal, d.h. senkrecht zu der Richtung der Schwerkraft, orientiert ist. In diesem Dokument wird die erste Richtung auch als y-Richtung und die zweite Richtung als x-Richtung bezeichnet.
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Der Bestückkopf, welcher dem ersten Portalsystem zugeordnet ist, ist in bekannter Weise eingerichtet zum Aufnehmen von Bauelementen von einer Bauelement-Zuführeinrichtung, zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente in einen Bestückbereich und zum Aufsetzen der transportierten Bauelemente an vorgegebenen Bestückpositionen eines Bauelementeträgers, welche in dem Bestückbereich eingebracht worden ist.
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Der Bestückkopf und/oder die Arbeitsvorrichtung kann bzw. können auch noch relativ zu dem Chassis entlang einer dritten Richtung verschiebbar gelagerte Elemente aufweisen, welche mittels eines geeigneten Antriebs bewegt werden können. Ein solches Element kann beispielsweise eine Bauelement-Haltevorrichtung sein, welche insbesondere als ein so genannter Sauggreifer ausgebildet ist und welche sowohl zum Aufnehmen als auch zum Aufsetzen eines Bauelements relativ zu einem Gehäuse des Bestückkopfes abgesenkt werden kann. Die dritte Richtung, welche insbesondere vertikal bzw. parallel zur Richtung der Schwerkraft verläuft, wird in diesem Dokument auch als z-Richtung bezeichnet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der längliche Träger des zweiten Portalsystems direkt oder indirekt an dem zweiten Führungselement (lösbar) angebracht werden kann. Ein solches lösbares Anbringen kann mit jedem beliebigen reversibel einsetzbaren Befestigungselement erfolgen. Befestigungselemente können beispielsweise Schrauben, Bolzen (ggf. mit Rastelementen) oder andere geeignete Befestigungs- oder Sicherungselemente sein.
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Bevorzugt weist das erste Portalsystem noch zwei Antriebe auf. Dabei ist ein erster Antrieb dem ersten Schlitten zugeordnet und kann diesen entlang des ersten Führungselements entlang der ersten Richtung verfahren. In entsprechender Weise ist der zweite Antrieb dem zweiten Schlitten zugeordnet ist, so dass dieser entlang des zweiten Führungselements in der zweiten Richtung verfahren werden kann. Die beiden Antriebe können jede Art von Motor sein, welcher gegebenenfalls in Zusammenwirkung mit einem entsprechenden mechanischen Koppelmechanismus, beispielsweise ein Riemen oder eine Spindel, dafür sorgen kann, dass sich der betreffende Schlitten translatorisch in die gewünschte Richtung bewegt. Bevorzugt ist zumindest einer der beiden Antriebe ein Linearmotor, mit welchem eine besonders hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückautomat ferner eine elektrische Schnittstelle auf, welche an dem ersten Schlitten und/oder an dem zweiten Führungselement ausgebildet ist und welche eingerichtet ist, das zweite Portalsystem und/oder die Arbeitsvorrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Die elektrische Schnittstelle kann mittels einer geeigneten elektrischen Steckverbindung realisiert sein. Eine Weiterleitung bzw. Übertragung der elektrischen Energie hin zu elektrischen Komponenten des zweiten Portalsystems und/oder der Arbeitsvorrichtung kann mittels zumindest zweier elektrischer Schienen und jeweils zugeordneten Schleifkontakten realisiert werden. Bevorzugt erfolgt die Übertragung der elektrischen Energie hin zu den elektrischen Komponenten jedoch über einen sog. Kabelschlepp, welcher sich, im angedockten Zustand (des länglichen Trägers) des zweiten Portalsystems an das zweite Führungselement des ersten Portalsystems, von der elektrischen Schnittstelle bis hin zu der betreffenden elektrischen Komponente erstreckt. Die elektrische Komponente kann beispielsweise ein elektrischer Antrieb für das Montageelement und/oder ein elektrischer Antrieb oder ein elektrisches Stellglied bzw. Aktuator der Arbeitsvorrichtung sein.
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Die beschriebene elektrische Schnittstelle hat den Vorteil, dass das zweite Portalsystem und/oder die daran angebrachte Arbeitsvorrichtung auf einfache Weise über das erste Portalsystem mit elektrischer Energie versorgt werden, so dass die Gesamtheit bestehend aus zweitem Portalsystem und an dem länglichen Träger angebrachter Arbeitsvorrichtung, welche nachfolgend auch als Handhabungssystem oder Robotersystem bezeichnet wird, als kompakte Einheit an das zweite Führungselement angekoppelt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der . Bestückautomat ferner eine Daten-Schnittstelle auf, welche konfiguriert ist, Daten zwischen einer Datenverarbeitungseinheit und einer Steuereinheit für das zweite Portalsystem und/oder der Arbeitsvorrichtung zu übertragen.
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Die genannte Datenverarbeitungseinheit kann insbesondere dem Bestückautomaten zugeordnet sein und dafür zuständig sein, den Betrieb des Bestückautomaten in geeigneter Weise zu steuern. Die Datenverarbeitungseinheit kann zusätzlich jedoch auch noch für andere Maschinen einer Bestücklinie und insbesondere für andere Bestückautomaten zuständig sein. In diesem Fall ist die Datenverarbeitungseinheit in Bezug zu dem beschriebenen Bestückautomaten keine lokale sondern eine übergeordnete Steuereinrichtung. Die Steuereinheit ist dem vorstehend beschriebenen Handhabungssystem zugeordnet und kann insbesondere an dem länglichen Träger angebracht sein.
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Die Daten-Schnittstelle kann eine drahtlose oder eine kabelgebundene Schnittstelle sein. Im Falle einer kabelgebundenen Schnittstelle, welche ein Datenkabel zwischen der Daten-Schnittstelle und der Steuereinheit erfordert, kann dieses Datenkabel bevorzugt über den vorstehend genannten Kabelschlepp erfolgen.
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Die Daten-Schnittstelle kann zusammen mit der vorstehend beschriebenen elektrischen Schnittstelle mittels einer geeigneten Steckverbindung realisiert sein. Damit kann mit einem einzigen Handgriff einer Bedienperson bei dem Andocken des Handhabungssystems automatisch sowohl eine Datenverbindung als auch eine elektrische Verbindung zum Übertragung von Energie hergestellt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass ein elektrisches und/oder für eine Datenübertragung geeignetes Ankoppeln im Vergleich zu einem bekannten Bestückautomaten eine gewisse (geringfügige) strukturelle Anpassung des Bestückautomaten erfordert. Es müssen nämlich die Leitungen hin zu dem ersten Portalsystem dahingehend ausgelegt sein, dass auch für das Handhabungssystem ausreichende elektrische Energie und/oder Datenleitungskapazität zur Verfügung steht. Dies kann durch eine entsprechende Dimensionierung der elektrischen Leitungen und/oder der Datenleitungen sowie durch das Vorsehen bzw. Bereitstellen von entsprechenden zusätzlichen (parallelen) Leitungen erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückautomat ferner eine pneumatische Schnittstelle auf, welche an dem ersten Schlitten und/oder an dem zweiten Führungselement ausgebildet ist und welche eingerichtet ist, der Arbeitsvorrichtung einen von einem Umgebungsdruck abweichenden Arbeitsdruck bereitzustellen.
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Der Arbeitsdruck kann in Bezug zu dem Umgebungsdruck ein Unterdruck sein, welcher einer als Sauggreifer ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Der Unterdruck kann in bekannter Weise synchronisiert zu einem Aufnehmen bzw. Abgeben eines Bauelements mittels eines Ventils zu- bzw. abgeschaltet werden. Der Arbeitsdruck kann im Vergleich zu dem Umgebungsdruck auch ein Überdruck sein und dafür verwendet werden, mittels einer strömungsmechanischen Einrichtung in ebenfalls bekannter Weise einen Unterdruck zu erzeugen, welcher einem Sauggreifer der Arbeitsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Eine solche strömungsmechanische Einrichtung kann beispielsweise eine Venturi Düse sein.
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Die pneumatische Schnittstelle kann zusammen mit der vorstehend genannten elektrischen Schnittstelle und/oder Daten-Schnittstelle in einer gemeinsamen pneumatisch-elektrischen Steckverbindung realisiert sein. Dies ermöglicht auf vorteilhafte und einfache Weise einen umfassenden Zugang des Handhabungssystems zu allen notwendigen Arbeitsmitteln (elektrische Energie, Steuerdaten und/oder Druckluft bzw. Vakuum), welche über die entsprechenden Schnittstellen, die an dem ersten Schlitten und/oder an dem zweiten Führungselement des ersten Portalsystems ausgebildet sind, zur Verfügung gestellt werden.
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Das Handhabungssystem kann bereits vor dem Ankoppeln an den ersten Schlitten und/oder an das zweite Führungselement kalibriert und damit für einen Einsatz in dem Bestückautomaten vorbereitet werden. Insbesondere bei einer Realisierung von mehreren Schnittstellen mittels einer gemeinsamen Steckverbindung kann das Handhabungssystem auf einfache und zuverlässige Weise entsprechend dem Prinzip „Plug & Play“ an das erste Portalsystem angekoppelt werden. Dadurch werden unerwünschte Nebenzeiten, in welchen keine Bestückung durch den beschriebenen Bestückautomaten erfolgen kann, reduziert und damit die Bestückleistung erhöht.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückautomat ferner auf (a) ein weiteres erstes Führungselement, welches stationär an dem Chassis angebracht ist und welches sich parallel zu dem ersten Führungselement entlang der ersten Richtung erstreckt; und (b) einen weiteren ersten Schlitten, welcher entlang des weiteren ersten Führungselementes verschiebbar gelagert ist. Der erste Schlitten ist an einem ersten Endbereich des zweiten Führungselements an dem zweiten Führungselement angebracht. Der weitere erste Schlitten ist an einem zweiten Endbereich des zweiten Führungselements an dem zweiten Führungselement angebracht. Ferner sind der erste Endbereich und der zweite Endbereich einander gegenüberliegenden Seiten des zweiten Führungselements zugeordnet sind.
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Anschaulich ausgedrückt wird das zweite Führungselement, welches bevorzugt senkrecht zu der ersten Richtung ausgedehnt ist und entlang der ersten Richtung verfahrbar ist, an zwei einander gegenüberliegenden Seiten an dem ersten Führungselement bzw. an dem weiteren ersten Führungselement verschiebbar gelagert. Dies trägt zu einer besonders stabilen Lagerung und präzisen Verfahrbarkeit des zweiten Führungselements bei.
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Auch wenn das zweite Portalsystem zumindest einen eigenen Schlitten aufweisen kann, welcher entlang des ersten Führungselements und/oder entlang des zweiten Führungselements verfahren werden kann, stellt nach derzeitiger Erkenntnis ein zweites Portalsystem ohne derartige eigene Schlitten die bevorzugte Konfiguration dar. In dieser bevorzugten Konfiguration ist nämlich ein aufwändiges Einfädeln dieser Schlitten in bzw. an das erste Führungselement und/oder das weitere erste Führungselement nicht erforderlich. Ferner kann der längliche Träger des zweiten Portalsystems ohne ein solches „Aufspuren“ einfach an das zweite Führungselement angekoppelt und/oder zwischen den ersten Schlitten und den weiteren ersten Schlitten eingespannt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Handhabungssystem beschrieben, welches aufweist (a) ein zweites Portalsystem (a1) mit einem länglichen Träger, welcher sich entlang einer zweiten Richtung erstreckt, und (a2) mit einem Montageelement, welches entlang des länglichen Trägers verschiebbar gelagert ist; (b) eine Arbeitsvorrichtung, welche an dem Montageelement angebracht ist; und (c) eine mechanische Koppeleinrichtung, welche (direkt oder indirekt) an dem länglichen Träger angebracht ist. Die mechanische Koppeleinrichtung ist derart ausgebildet, dass der längliche Träger lösbar an ein bewegliches zweites Führungselement eines als Flächenpositioniersystem ausgebildeten ersten Portalsystems eines Bestückautomaten anbringbar ist. Die zweite Richtung ist durch eine Längserstreckung eines zweiten Führungselements des ersten Portalsystems bestimmt.
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Dem beschriebenen Handhabungssystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch ein einfaches Andocken des länglichen Trägers an eine bewegliche Komponente eines (ersten) Portalsystems eines Bestückautomaten die Konfiguration des Bestückautomaten in Hinblick auf die Verarbeitung von besonderen Bauelementen oder in Hinblick auf eine gewünschte zusätzliche Funktionalität des Bestückautomaten auf einfache Weise verändert bzw. erweitert werden kann. Die Konfiguration des Bestückautomaten kann damit schnell und effektiv an die jeweiligen Bestückanforderungen bzw. Handhabungsanforderungen angepasst werden.
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Im angedockten Zustand sind der längliche Träger und das zweite Führungselement lösbar aber fest miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass sich im Betrieb des Bestückautomaten das (längliche) zweite Führungselement immer gemeinsam mit dem länglichen Träger des zweiten Portalsystems entlang der ersten Richtung bewegt. Anschaulich ausgedrückt nimmt das zweite Führungselement den länglichen Träger in „Huckepack“.
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Das erste Portalsystem, welches fest dem betreffenden Bestückautomaten zugeordnet ist, ist bevorzugt ein sogenanntes Flächenpositioniersystem, welches folgende Komponenten aufweist: (a) Ein erstes Führungselement, welches stationär an einem Chassis des Bestückautomaten angebracht ist und welches sich entlang der ersten Richtung erstreckt; (b) zumindest einen ersten Schlitten, welcher entlang des ersten Führungselementes verschiebbar gelagert ist; (c) ein zweites Führungselement, welches an dem ersten Schlitten angebracht ist und welches sich entlang der zweiten Richtung erstreckt; und (d) einen zweiten Schlitten, welcher entlang des zweiten Führungselementes verschiebbar gelagert ist. An dem zweiten Schlitten ist ein Bestückkopf angebracht, welcher typischerweise ein sog. Mehrfach-Bestückkopf ist, mit dem (i) eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen unter Verwendung von jeweils einer Bauelement-Haltevorrichtung aufgenommen werden können, (ii) die Mehrzahl von aufgenommenen elektronischen Bauelementen gemeinsam in einen Bestückbereich des Bestückautomaten transferiert werden können und (iii) die in den Bestückbereich transferierten Bauelemente nacheinander an jeweils vorbestimmten Einbaupositionen auf einem Bauelementeträger aufgesetzt werden können. Ein solcher Mehrfach-Bestückkopf trägt in bekannter Weise zu einer hohen Bestückleistung bei.
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Die beschriebene mechanische Koppeleinrichtung des zweiten Portalsystems dient einer lösbaren aber mechanisch festen Anbringung des länglichen Trägers an dem zweiten Führungselement. Die Anbringung kann dabei durch ein direktes oder indirektes, d.h. mittelbar über zumindest ein weiteres Bauteil, Anbringen des länglichen Trägers an dem zweiten Führungselement erfolgen. Ein mittelbares Anbringen kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass der längliche Träger direkt an dem vorstehend genannten ersten Schlitten angebracht wird.
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Wie bereits vorstehend beschrieben, kann das im Vergleich zu dem zweiten Portalsystem typischerweise komplexere erste Portalsystem anschaulich als Basis-Portalsystem bezeichnet werden, wohingegen das zweite Portalsystem als Zusatz-Portalsystem bezeichnet werden kann. Das Zusatz-Portalsystem des beschriebenen Handhabungssystems stellt ein optionales System für den Bestückautomaten dar und kann je nach aktueller Anforderung an dem Basis-Portalsystem angekoppelt werden. Für einen oder für mehrere Bestückautomaten können auch mehrere unterschiedliche Handhabungssysteme bereitgehalten werden, wobei abhängig von der jeweils herzustellenden elektronischen Baugruppe ein geeignetes Handhabungssystem verwendet werden kann.
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Ferner ist es möglich, ein Handhabungssystem je nach aktueller Anforderung in verschiedenen Bestückautomaten zum Einsatz zu bringen. Dies erhöht auf besonders kostengünstige Art und Weise die Flexibilität der Fertigung von unterschiedlichen elektronischen Baugruppen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Arbeitsvorrichtung zumindest eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Einem weiteren Bestückkopf, einem Einfach-Greifer, einem Mehrfach-Greifer, insbesondere ein Zweifach-Greifer, einem Dispenser-Modul und einem optischer Sensor, insbesondere eine Kamera.
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Das beschriebene Handhabungssystem kann somit für eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsfällen konfiguriert werden. Damit kann die Flexibilität eines Bestückautomaten durch ein vorstehend beschriebenes Andocken eines geeignet konfigurierten Handhabungssystems in Hinblick auf eine effiziente Durchführung von verschiedenste Aufgaben, die im Zusammenhang mit einer Bestückung von Bauelementeträgern stehen, signifikant erhöht werden.
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Der weitere Bestückkopf kann ein Bestückkopf des gleichen Typs sein wie der Bestückkopf, welcher dem ersten Portalsystem zugeordnet ist. Typischerweise wird der weitere Bestückkopf jedoch ein anderer Typ von Bestückkopf sein. Wie bereits vorstehend erläutert, kann ein Einfach- oder Mehrfach-Greifer eingesetzt werden, um größere Bausteine auf dem jeweiligen Bauelementeträger zu bestücken. Mit einem Dispenser-Modul kann beispielsweise eine viskose Paste wie beispielsweise ein sog. Underfill-Material an geeigneten Stellen auf dem Bauelementeträger und/oder auf bereits bestückte elektronische Bauelemente aufgetragen werden. Mit einem optischen Sensor kann beispielsweise eine sog. Automatische Optisehe Inspektion (Automated Optical Inspection, AOI) durchgeführt werden. Dabei können Bestückungen von einzelnen oder mehreren Bauelementen bzw. Bauteilen bereits in dem Bestückautomaten überprüft werden.
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Das beschriebene Handhabungssystem kann bereits vor seinem Einbau in einen Bestückautomaten durch ein direktes oder indirektes Andocken an das zweite Führungselement, d.h. außerhalb des Bestückautomaten, in welchem das Handhabungssystem eingesetzt werden soll, für seinen Einsatz vorbereitet werden. Dies ermöglicht nach einer mechanischen Anbringung des Handhabungssystems an dem zweiten Führungselement eine schnelle Inbetriebnahme des nun modifizierten Bestückautomaten, so dass auf vorteilhafte Weise unproduktive Nebenzeiten, in welchen eine Bestückung unterbrochen ist, minimiert werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner eine elektrische Koppeleinrichtung auf, welche an dem länglichen Träger angebracht ist und mit einer elektrischen Schnittstelle des ersten Portalsystems des Bestückautomaten koppelbar ist, so dass das zweite Portalsystem und/oder die Arbeitsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden können.
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Die elektrische Koppeleinrichtung kann in Bezug zu der elektrischen Schnittstelle derart ausgebildet und angeordnet sein, dass bei einem Anbringen des Handhabungssystems an das zweite Führungselement des ersten Portalsystems automatisch eine Verbindung zwischen der elektrischen Koppeleinrichtung und der elektrischen Schnittstelle hergestellt wird. Dadurch kann das Handhabungssystem auf besonders effiziente Weise funktionsfähig in den Bestückautomaten eingebaut werden.
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Eine Energieübertragung zwischen der elektrischen Koppeleinrichtung und der betreffenden Komponente des Handhabungssystems, beispielsweise einem Antrieb zum gezielten Positionieren des Montageelement entlang des länglichen Trägers oder der Arbeitsvorrichtung, kann mittels eines Kabelschlepps realisiert werden. Selbstverständlich kann die elektrische Energie auch auf andere Weise, beispielsweise über geeignete Schleifschienen in Verbindung mit Schleifkontakten übertragen werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner eine Daten-Koppeleinrichtung auf, welche mit einer Daten-Schnittstelle des ersten Portalsystems des Bestückautomaten koppelbar ist, so dass basierend auf Daten, welche über die Daten-Schnittstelle und die Daten-Koppeleinrichtung übertragen werden, ein Betrieb des zweiten Portalsystems und/oder der Arbeitsvorrichtung steuerbar ist.
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Die Daten-Koppeleinrichtung kann Teil einer drahtlosen oder einer kabelgebundene Datenverbindung sein. Eine drahtlose Verbindung kann eine Infrarot-Datenverbindung, eine WLAN Datenverbindung, eine Bluetooth Datenverbindung, eine NFC Datenverbindung oder jede andere bevorzugt standardisierte Datenverbindung sein.
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Im Falle einer drahtlosen Daten-Verbindung kann die Daten-Kopplungseinrichtung ein Endpunkt dieser drahtlosen Daten-Verbindung sein. In diesem Fall befindet sich die Daten-Koppeleinrichtung bevorzugt in unmittelbarer Nähe einer Steuereinheit bzw. eines Controllers für das beschriebene Handhabungssystem.
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Im Falle einer kabelgebundenen Datenverbindung können die Daten zu der Steuereinheit bzw. zu dem Controller mittels einer Datenleitung übertragen werden, welche über einen Kabelschlepp und insbesondere über den vorstehend beschriebenen Kabelschlepp für die Übertragung von elektrischer Energie geführt sein kann. Bevorzugt ist im Falle einer kabelgebundenen Datenverbindung die Daten-Koppeleinrichtung an dem länglichen Träger angebracht und kann optional zusammen mit der elektrischen Koppeleinrichtung in einer gemeinsamen Steckverbindung realisiert werden. Diese Steckverbindung kann automatisch realisiert bzw. die entsprechenden elektrischen Kontakte hergestellt werden, wenn das Handhabungssystem an das zweite Führungselement des ersten Portalsystems angedockt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner eine Steuereinheit auf zum Steuern des Betriebs der Arbeitsvorrichtung.
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Die Steuereinheit, häufig auch als Controller bezeichnet, kann eine beliebige Datenverarbeitungseinheit sein, welche in der Lage ist, insbesondere elektrische Komponenten des Handhabungssystems zu steuern. Beispiele für solche elektrischen Komponenten wurden vorstehend schon erläutert und werden deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben. Die Steuereinheit kann somit nicht nur den Betrieb der Arbeitsvorrichtung sondern auch zumindest einen elektrischen Antrieb für das Montageelement in geeigneter Weise steuern.
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Bevorzugt sorgt die beschriebene Steuereinheit für eine umfassende Steuerung des Betriebs des Handhabungssystems. Dies bedeutet, dass über die beschriebene Daten-Koppeleinrichtung nur wenige Steuerdaten für einen korrekten und zuverlässigen Betrieb des Handhabungssystems und insbesondere der Arbeitsvorrichtung übertragen werden müssen. Diese Steuerdaten können dann von der Daten-Schnittstelle in Verbindung mit der Daten-Koppeleinrichtung lediglich (in unveränderlicher Form bzw. unbearbeitet) weitergeleitet werden. Steuerdaten können beispielsweise die Position eines zu bestückende elektronischen Bauelements sein, welches mittels einer als weiteren Bestückkopf ausgebildeten Arbeitsvorrichtung auf dem betreffenden Bauelementeträger platziert wird. Ferner kann ein Befehl zum Durchführen einer optischen Inspektion von zumindest einem Teil eines zumindest teilweise bestückten Bauelementeträgers in Form von solchen Steuerdaten an einen optischen Sensor aufweisenden Arbeitsvorrichtung übertragen werden.
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Die beschriebene Steuereinheit hat den Vorteil, dass das Handhabungssystem als völlig autarkes System realisiert sein kann, welches nur einige wenige Ansteuerdaten für einen korrekten und zuverlässigen Betrieb benötigt.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das Handhabungssystem alternativ auch ohne eine solche Steuereinheit oder lediglich mit einer Steuereinheit realisiert werden kann, welche nur eine sehr eingeschränkte Funktionalität bietet. Letzteres bedeutet, dass der Betrieb des Handhabungssystems weitgehend oder vollständig von einer Steuereinheit des Basis-Portalsystems oder von einer externen Steuereinheit gesteuert werden muss. Gleiches kann auch für elektrische Signale bzw. Leistungssignale für elektrische Antriebe gelten, welche beispielsweise von extern dem Handhabungssystem zugeführt werden. Eine solche Lösung kann anschaulich als Master-Slave Lösung bezeichnet werden, wobei das Basis-Portalsystem das Master-Portalsystem und das Zusatz-Portalsystem das Slave-Portalsystem ist. Der Vorteil dieser Lösung kann darin bestehen, dass das Handhabungssystem aus technischer Sicht ein sehr einfaches bzw. schlankes System darstellt. Dies macht ein Bestückkonzept wirtschaftlich, bei dem für eine Fertigung von unterschiedlichen elektronischen Baugruppen mehrere verschiedene Slave-Portalsysteme mit jeweils einer geeigneten Arbeitsvorrichtung vorgehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner einen Datenspeicher auf, welcher mit der Steuereinheit gekoppelt ist.
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In dem genannten Datenspeicher können beispielsweise spezifische geometrische Daten des Handhabungssystems abgelegt werden. Auch eine Identifikationsnummer, welche indikativ ist für die betreffende Arbeitsvorrichtung oder das gesamte Handhabungssystem, kann in dem Datenspeicher abgelegt und bei Bedarf von einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung des betreffenden Bestückautomaten ausgelesen werden.
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In einer derzeit als besonders vorteilhaft anzusehenden Ausführungsform werden in dem Datenspeicher Kalibrierungsdaten abgelegt, welche vor einem Einbau des Handhabungssystems in den betreffenden Bestückautomaten bzw. vor einem Andocken des Handhabungssystems an das zweite Führungselement des ersten Portalsystems mittels einer geeigneten Kalibrierprozedur bestimmt worden sind. Der beschriebene Datenspeicher kann somit dazu beitragen, dass Handhabungssystem als das vorstehend beschriebene autarke System zu realisieren, wobei insbesondere die Arbeitsvorrichtung in der Lage ist, die ihr zugewiesenen Aufgaben mit einer hohen Genauigkeit und einer hohen Zuverlässigkeit zu erfüllen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner eine pneumatische Koppeleinrichtung auf, welche (direkt oder indirekt) an dem länglichen Träger angebracht ist und mit einer pneumatischen Schnittstelle des ersten Portalsystems des Bestückautomaten koppelbar ist, so dass ein von einem Umgebungsdruck abweichender Arbeitsdruck der Arbeitsvorrichtung bereitstellbar ist.
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Eine mittels der pneumatischen Koppeleinrichtung realisierte pneumatische Verbindung zwischen dem ersten Portalsystem und der Arbeitsvorrichtung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es sich bei der Arbeitsvorrichtung um einen weiteren Bestückkopf handelt, welcher in bekannter Weise elektronische Bauelemente mittels eines Unterdruck an zumindest einer als Saugpipette ausgebildeten Bauelements-Haltevorrichtung temporär aufnehmen kann.
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Wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit den verschiedenen an dem ersten Portalsystem ausgebildeten Schnittstellen beschrieben, kann auch die pneumatische Koppeleinrichtung zusammen mit der vorstehend genannten elektrischen Koppeleinrichtung und/oder der Daten-Kopplungseinrichtung mittels einer gemeinsamen pneumatisch-elektrischen Steckverbindung realisiert sein. Dadurch kann das beschriebene Handhabungssystem nach dem Prinzip „Plug & Play“ auf besonders effektive und zügige Weise an das zweite Führungselement des ersten Portalsystems angekoppelt und damit zumindest funktional in den betreffenden Bestückautomaten integriert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Handhabungssystem ferner ein Wagenelement auf, welches fest an dem länglichen Träger angebracht ist und welches ausgebildet ist, um verschiebbar an ein erstes Führungselement des ersten Portalsystems angebracht zu werden.
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Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass der längliche Träger nicht nur (direkt oder indirekt) an dem zweiten Führungselement des ersten Portalsystems lösbar befestigt ist, sondern dass der längliche Träger (mittelbar über das beschriebene Wagenelement) auch an dem ersten Führungselement anbringbar ist. Die mechanische Verbindung zwischen dem Wagenelement und dem ersten Führungselement ist dabei derart ausgestaltet, dass das Wagenelement entlang der Längsrichtung des ersten Führungselements verschoben bzw. verfahren werden kann. Ferner ist das Wagenelement reversibel, d.h. lösbar, an dem ersten Führungselement anbringbar, so dass, in Übereinstimmung mit dem Grundgedanken der in diesem Dokument beschriebenen Erfindung, das Handhabungssystem lediglich bei Bedarf an das erste Portalsystem und insbesondere an das zweite Führungselement mechanisch angekoppelt werden kann.
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Auch wenn durch das beschriebene Wagenelement ein Ankoppeln des Handhabungssystems an dem ersten Portalsystem etwas aufwändiger ist, weil das Wagenelement erst an dem ersten Führungselement eingefädelt bzw. aufgespurt werden muss, bietet die hier beschriebene Ausführungsform zumindest folgenden Vorteil: Kräfte, welche von der schweren und insbesondere von der trägen Masse des angedockten Handhabungssystems stammen, müssen nicht bzw. müssen zumindest nicht ausschließlich von dem ersten Schlitten und gegebenenfalls dem weiteren ersten Schlitten des ersten Portalsystems aufgenommen werden müssen. Dadurch reduzieren sich die auf den ersten Schlitten und gegebenenfalls auf den weiteren ersten Schlitten wirkende Lagerkräfte, so dass der erste Schlitten und/oder der weitere erste Schlitten aus mechanischer Sicht weniger aufwändig bzw. weniger stabil ausgebildet sein kann. Dies bedeutet, dass das beschriebene Handhabungssystem an ein einfaches und in herkömmlicher Weise dimensioniertes erstes Portalsystem angedockt werden kann. Zum Andocken des Handhabungssystems ist es lediglich erforderlich, dass das erste Portalsystem und insbesondere das zweite Führungselement und/oder der zweite Schlitten des ersten Portalsystems mit den erforderlichen Schnittstellen (die mechanische Schnittstelle und optional die elektrische Schnittstelle, die Daten-Schnittstelle und/oder die pneumatische Schnittstelle) versehen wird bzw. werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Bestücksystem zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen beschrieben. Das beschriebene Bestückungssystem weist auf (a) einen Bestückautomaten des vorstehend beschriebenen Typs und (b) ein Handhabungssystem des vorstehend beschriebenen Typs. Der längliche Träger des Handhabungssystems ist direkt oder indirekt lösbar an dem zweiten Führungselement des ersten Portalsystems des Bestückautomaten befestigt.
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Dem beschriebenen Bestückungssystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Flexibilität eines Bestückautomaten hinsichtlich der Herstellung von unterschiedlichen elektronischen Baugruppen mit unterschiedlichen Bestückinhalt auf einfache und effiziente Weise dadurch erhöht werden kann, dass das vorstehend beschriebene Handhabungssystem optional an dem ersten Portalsystem des Bestückautomaten angedockt werden kann. Optional kann insbesondere bedeuten, dass dieses Andocken nur dann stattfindet, wenn eine elektronische Baugruppe zu fertigen ist, dessen Fertigung zusätzlich zu dem mittels des ersten Portalsystems verfahrbaren Bestückkopf noch weitere Prozessschritte erfordert, welche durch die Arbeitsvorrichtung des Handhabungssystems erledigt werden können.
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Die mechanische Kopplung zwischen dem Handhabungssystem und dem ersten Portalsystem des Bestückautomaten erfolgt dadurch, dass der längliche Träger des zweiten Portalsystems des Handhabungssystems direkt oder indirekt in lösbarer Weise an dem zweiten Führungselement des ersten Portalsystems des Bestückautomaten angebracht bzw. befestigt wird. Anschaulich ausgedrückt wird der längliche Träger von dem zweiten Führungselement in „Huckepack“ genommen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Figurenliste
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- Die 1a, 1b und 1c illustrieren ein Zusammensetzen von einem Bestückautomaten mit einem Handhabungssystem zu einem Bestücksystem mit einer gegenüber dem Bestückautomaten zusätzlichen Funktionalität, welche durch eine Arbeitsvorrichtung des Handhabungssystems zur Verfügung gestellt wird.
- Die 2 zeigt ein aus einem Bestückautomaten und einem Handhabungssystem zusammengesetztes Bestücksystem, wobei das Handhabungssystem zwei eigene Wagen aufweist, die verschiebbar an jeweils einem Führungselement eines Basis-Portalsystems des Bestückautomaten geführt sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich von dem Bezugszeichen der gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmale bzw. Komponenten lediglich in der ersten Ziffer unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise „vorne“ und „hinten“, „oben“ und „unten“, „links“ und „rechts“, etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.
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Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, werden im Weiteren einige Überlegungen im Zusammenhang mit exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.
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1a zeigt einen Bestückautomaten 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher in wesentlichen insbesondere konstruktiven Merkmalen einem herkömmlichen Bestückautomaten entspricht. Die grundlegende Funktion des Bestückautomaten 100 und verschiedene nicht dargestellte Komponenten werden deshalb nachfolgend nicht im Detail erläutert.
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Der Bestückautomat 100 weist ein Chassis 102 auf, welches in 1a schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Dieses Chassis 102 stellt eine Rahmenstruktur bereit, an welcher die einzelnen Komponenten des Bestückautomaten 100 direkt oder indirekt angebracht sind.
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An dem Chassis 102 ist ein erstes Portalsystem 110 angebracht, welches nachfolgend auch als primäres Portalsystem oder als Basis-Portalsystem bezeichnet wird. Das Basis Portalsystem 110 umfasst in bekannter Weise zwei Führungselemente, die eine Portalwurzel darstellen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Portalwurzel von einem ersten Führungselement 112a sowie von einem weiteren ersten Führungselement 112b gebildet. Beide erste Führungselemente 112a und 112b weisen jeweils eine längliche Trägerschiene auf, welche sich entlang einer ersten Richtung erstrecken. In 1a ist diese erste Richtung als eine y-Richtung bezeichnet.
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Das Portalsystem 110 weist ferner zwei Schlitten auf, einen ersten Schlitten 114a und einen weiteren ersten Schlitten 114b. Der Schlitten 114a ist an dem Führungselement 112a verschiebbar angebracht, so dass er mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der y-Richtung verfahren bzw. positioniert werden kann. In entsprechender Weise ist der Schlitten 114b an dem Führungselement 112b verschiebbar angebracht. Ein ebenfalls nicht dargestellter Antrieb sorgt dafür, dass beide Schlitten 114a und 114b in gleicher Weise bzw. synchron entlang der y-Richtung verfahren werden. Lagerelemente 115 sorgen dafür, dass die beiden Schlitten 114a und 114b zuverlässig entlang einer genau definierten Spur entlang der y-Richtung verfahren werden.
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Zwischen den beiden Schlitten 114a und 114b erstreckt sich ein als ein verfahrbarer Querträger ausgebildetes zweites Führungselement 122, welches eine Längserstreckung entlang einer zweiten Richtung aufweist. Diese zweite Richtung ist in 1a und auch nachfolgend als x-Richtung bezeichnet. An dem Querträger 122 ist ein zweiter Schlitten 124 angebracht bzw. geführt, welcher mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs entlang der x-Richtung verfahren bzw. positioniert werden kann. Dieser zweite Schlitten 124 stellt eine mechanische Plattform dar, an welcher ein Bestückkopf 126 befestigt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bestückkopf 126 ein so genannter Mehrfach-Bestückkopf, welcher mehrere als Sauggreifer ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtungen 128 aufweist, die in bekannter Weise jeweils zum temporären Aufnehmen eines elektronischen Bauelements verwendet werden.
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Zum Bestücken eines Bauelementeträgers 190 wird der Bestückkopf 126 in bekannter Weise durch eine geeignete Ansteuerung des ersten Portalsystems 110 zunächst in einen nicht dargestellten Bauelement-Abholbereich verfahren, in welchem elektronische Bauelemente von geeigneten und nicht dargestellten Bauelement-Zuführeinrichtungen bereitgestellt werden. Dort werden die Bauelemente von dem Bestückkopf 126 abgeholt und erneut durch eine geeignete Ansteuerung des ersten Portalsystems 110 in einem Bestückbereich transferiert, in welchem die elektronischen Bauelemente 192 auf den Bauelementeträger 190 aufgesetzt werden. Eine Datenverarbeitungseinheit 104 sorgt für eine koordinierte Ansteuerung der Antriebe für die beiden ersten Schlitten 114a, 114b, für den zweiten Schlitten 124 sowie für den Bestückkopf 126.
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Im Folgenden werden nun Merkmale des Bestückautomaten 100 beschrieben, welche für Ausführungsbeispiele der Erfindung charakteristisch sind:
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An den beiden ersten Schlitten 114a, 114b ist jeweils eine mechanische Schnittstelle 130 angebracht bzw. ausgebildet, an welcher ein in 1b dargestelltes Handhabungssystem 150 lösbar angebracht bzw. angedockt werden kann. Ferner weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Bestückautomat 100 noch eine elektrische Schnittstelle 132, eine Daten-Schnittstelle 134 sowie eine pneumatische Schnittstelle 136 auf. Diese Schnittstellen sind, wie aus 1a ersichtlich, allesamt an dem verfahrbaren Querträger 122 ausgebildet. Alternativ können diese Schnittstellen auch zumindest teilweise an dem Schlitten 114a und/oder 114b ausgebildet werden.
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1b zeigt das Handhabungssystem 150, welches derart konfiguriert ist, dass es an dem entlang der y-Richtung verfahrbaren Teil des ersten Portalsystems 110 lösbar angebracht werden kann. Das Handhabungssystem 150 weist ein zweites Portalsystem 160 und eine Arbeitsvorrichtung 166 auf. Da das zweite Portalsystem 160 optional an das erste Portalsystem 110 angekoppelt werden kann, wird das zweite Portalsystem nachfolgend auch als Zusatz-Portalsystem 160 bezeichnet.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Zusatz-Portalsystem 160 einen länglichen Träger 162, welcher an seinen beiden Endbereichen jeweils eine mechanische Koppeleinrichtung 170 aufweist. Die mechanischen Koppeleinrichtungen 170 sind strukturell jeweils an eine der beiden mechanischen Schnittstellen 130 angepasst, so dass der Träger 162 zwischen den beiden Schlitten 114a, 114b eingespannt werden kann. Alternativ oder in Kombination könnte auch die jeweilige Längsseite des verfahrbaren Querträgers 122 bzw. des länglichen Trägers 162 mit einer geeigneten mechanischen Koppelstruktur versehen sein.
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An dem länglichen Träger 162 befindet sich, entlang der x-Richtung verschiebbar gelagert, ein als verfahrbare Montageplatte ausgebildetes Montageelement 164. An diesem Montageelement 164 ist die Arbeitsvorrichtung 166 angebracht. Mittels eines nicht dargestellten Antriebs kann das Montageelement 164 und damit auch die Arbeitsvorrichtung 166 gezielt entlang der x-Richtung verfahren bzw. positioniert werden. Die Arbeitsvorrichtung 166 kann, wie bereits vorstehend beschrieben, abhängig von der gewünschten Zusatzfunktionalität einen weiteren Bestückkopf, einen Einfach-Greifer, einen Mehrfach-Greifer, insbesondere einen Zweifach-Greifer, ein Dispenser-Modul und/oder einen optischer Sensor aufweisen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Arbeitsvorrichtung 166 ein so genanntes TWIN-Segment, welches zwei Greifer 168 aufweist, mit denen jeweils ein Bauteil wie beispielsweise eine größeres elektronisches Bauelement oder ein mechanisches Bauteil, beispielsweise eine Abdeckung oder ein Kühlkörper, aufgenommen und verarbeitet bzw. bestückt werden können.
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Um die Arbeitsvorrichtung 166 und einen nicht dargestellten Antrieb für das verfahrbare Montageelement 164 mit der notwendigen elektrischen Energie zu versorgen, weist das Handhabungssystem 150 eine elektrische Koppeleinrichtung 172 auf, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie im angedockten Zustand des Handhabungssystems 150 mit der elektrischen Schnittstelle 132 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann elektrische Energie von dem ersten Portalsystem 110 auf das zweite Portalsystem 160 und auf die daran angebrachte Arbeitsvorrichtung 166 übertragen werden.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Handhabungssystem 150 ferner eine Daten-Koppeleinrichtung 174 sowie eine pneumatisehe Koppeleinrichtung 176 auf. Ähnlich wie die elektrische Koppeleinrichtung 172 sind auch die Koppeleinrichtungen 174 und 176 in einem angedockten Zustand des Handhabungssystems 150 mit der entsprechenden Schnittstelle des ersten Portalsystems 110, d.h. mit der Daten-Schnittstelle 134 bzw. mit der pneumatischen Schnittstelle 136, gekoppelt.
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Über die Kombination aus Daten-Schnittstelle 134 und Daten-Koppeleinrichtung 174 können Steuerdaten von der Datenverarbeitungseinheit 104 des Bestückautomaten 100 an eine Steuereinheit 154 des Handhabungssystems 150 übertragen werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 154 für einen korrekten Betrieb des Handhabungssystems 150 weitgehend selbstständig verantwortlich. Damit müssen über die Daten-Schnittstelle 134 bzw. die Daten-Koppeleinrichtung 174 nur wenige Steuerdaten übertragen werden.
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Über die Kombination aus pneumatischer Schnittstelle 136 und pneumatischer Koppeleinrichtung 176 kann Druckluft oder Vakuum übertragen werden, welche an die Arbeitsvorrichtung 166 weitergegeben wird. Dieses Weiterleiten erfolgt gemäß dem hier präsentierten Ausführungsbeispiel in bekannter Weise mittels eines Kabelschlepps (nicht dargestellt), wobei dieser Kabelschlepp zusätzlich eine elektrische Leitung und ggf. auch eine Datenleitung führen kann, welche der elektrischen Koppeleinrichtung 172 bzw. der Daten-Koppeleinrichtung 174 zugeordnet sind.
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Das Handhabungssystem 150 kann bereits vor seiner Inbetriebnahme, d.h. vor seinem Andocken an das erste Portalsystem 110, außerhalb des Bestückautomaten 100 kalibriert werden. Somit kann unmittelbar nach einem Andocken des Handhabungssystems 150 der nun um das Handhabungssystem 150 erweiterte Bestückautomat 100 seinen Betrieb fortsetzen. Entsprechende Kalibrierungsdaten können in einem Datenspeicher 156 hinterlegt werden, welcher mit der Steuereinheit 154 gekoppelt ist. Zum Steuern des Betriebs des Handhabungssystems 150 kann die Steuereinheit 154 damit auf einfache und effektive Weise auf Kalibrierungsdaten zugreifen.
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1c zeigt das aus Bestückautomat 100 und Handhabungssystem 150 zusammengesetzte Bestücksystem 180. Die räumliche Anordnung von elektrischer Schnittstelle 132 und elektrischer Koppeleinrichtung 172, von Daten-Schnittstelle 134 und Daten-Koppeleinrichtung 174 sowie von pneumatischer Schnittstelle 136 und pneumatischer Koppeleinrichtung 176 ist derart gewählt, dass bei einem lösbaren Andocken des länglichen Trägers 162 an dem zweiten Führungselement 122 automatisch das entsprechende Paar von Schnittstelle 132, 134, 136 und Koppeleinrichtung 177, 174, 176 zusammengeführt ist.
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2 zeigt ein aus einem Bestückautomaten 200 und einem Handhabungssystem 250 zusammengesetztes Bestücksystem 280. Das hier dargestellte Bestücksystem 280 unterscheidet sich von dem Bestücksystem 180 darin, dass gemäß diesem ersten Unterschied die mechanische Kopplung zwischen Handhabung System 250 und dem Bestücksystem 100 unmittelbar zwischen den beiden Komponenten (a) zweites Führungselement bzw. verfahrbar Querträger 122 und (b) längliche Träger 162 erfolgt. Zu diesem Zweck sind die mechanische Schnittstelle 130 und die mechanische Koppeleinrichtung 170 einander gegenüberliegend und zugewandt an der länglichen Seitenfläche der betreffenden Komponenten Führungselement 122 bzw. Träger 162 ausgebildet. Die elektrische Schnittstelle 132, die Daten-Schnittstelle 134 sowie die pneumatische Schnittstelle 136 auf der einen Seite und die elektrische Koppeleinrichtung 172, die Daten-Koppeleinrichtung 174 sowie die pneumatische Koppeleinrichtung 176 auf der anderen Seite sind derart ausgebildet, dass sie sich durch die mechanische Schnittstelle 130 bzw. durch die mechanische Koppeleinrichtung 170 hindurch erstrecken, so dass sie eine zuverlässige Kopplung mit ihrer jeweiligen komplementären Komponente” gewährleisten können.
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Ein zweiter Unterschied zwischen dem Bestücksystem 280 und dem Bestücksystem 180 besteht darin, dass ein Zusatz-Portalsystem 260 des Handhabungssystems 250 zwei eigene Wagen, einen ersten Wagen 261a sowie einen weiteren ersten Wagen 261b, aufweist, die verschiebbar an jeweils einem Führungselement 112a bzw. 112b eines Basis-Portalsystems 210 des Bestückautomaten 200 geführt sind. Diese Wagen 261a, 261b sorgen dafür, dass der längliche Träger 162 (und eine daran angebrachte Arbeitsvorrichtung 266) zumindest nicht ausschließlich von den beiden Wagen 114a und 114b des Basis-Portalsystems 210 getragen werden muss (müssen), so dass die Lagerkräfte, die auf die beiden Wagen 114a und 114b wirken, entsprechend reduziert sind. Wie aus 2 ersichtlich, sorgen Lagerelemente 265, dass die beiden Schlitten 261a und 261b zuverlässig entlang einer genau definierten Spur entlang der y-Richtung verfahren werden.
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Ein dritter Unterschied zwischen dem Bestücksystem 280 und dem Bestücksystem 180 besteht darin, dass die Arbeitsvorrichtung 266 eine Kamera 268 aufweist, mittels welcher beispielsweise eine Automatische Optische Inspektion (AOI) insbesondere von einzelnen ausgewählten Bestückungen überprüft werden kann. Damit kann eine Qualitätskontrolle einer gefertigten elektronischen Baugruppe bereits in den beschriebenen Bestücksystem 280 durchgeführt werden. Eine separate Maschine für eine AOI ist damit auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die drei vorstehend beschriebenen Unterschiede aus technischer Sicht völlig unabhängig voneinander sind. Damit kann auch ein Bestücksystem aufgebaut werden, welches im Vergleich zu dem Bestücksystem 180 lediglich einen oder zwei dieser Unterschiede aufweist.
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Anschaulich ausgedrückt können Ausführungsformen der in diesem Dokument beschriebenen Erfindung wie folgt zusammengefasst werden:
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Das erste Portalsystem bzw. Basis-Portalsystem ist so ausgeführt, dass es in der Standardausführung aus (zumindest) einer y-Portalwurzel, einem zur y-Richtung querstehenden und entlang der y-Richtung verfahrbaren Träger (erstes Führungselement) und einem x-Schlitten (erster Schlitten) besteht. Optional kann ein zweites Portalsystem bzw. Zusatz-Portalsystem mit einem zweiten Träger (zweites Führungselement), mit einem eigenen x-Schlitten (Montageelement), mit einem Kabelschlepp und mit der notwendigen Elektronik („rückseitig“) in das Basis-Portalsystem integriert werden. Bevorzugt wird dabei der zweite Träger (zweites Führungselement) mechanisch direkt oder indirekt an den ersten Träger (erstes Führungselement) lösbar angebracht.
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Die Energie- und Datenversorgung für das Zusatz-Portalsystem und einer daran angebrachten Arbeitsvorrichtung erfolgt über das Basis-Portalsystem. Zu diesem Zweck besitz das Basis-Portalsystem eine mechanische Schnittstelle, eine elektrische Schnittstelle eine Daten-Schnittstelle und optional eine pneumatische Schnittstelle. Die Montage des Zusatz-Portalsystems und der daran angebrachten Arbeitsvorrichtung kann unter Nutzung einer Portalsystem-Modularität außerhalb des Bestückautomaten erfolgen. In dem Bestückautomaten kann eine Kalibrierung des Zusatz-Portalsystems und der Arbeitsvorrichtung (beide bilden das Handhabungssystem) in Bezug auf die Basiskonfiguration (Basis-Portalsystem, Bestückkopf, Leiterplattenkamera) mit einem Kalibrierteil durchgeführt werden.
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Das Basis-Portalsystem ist antriebsseitig in Bezug auf die y-Richtung so ausgelegt, dass die Masse des Zusatz-Portalsystems mit berücksichtigt ist. Das Basis-Portalsystem ist alleine und, je nach aktueller Anforderung, mit dem Zusatz-Portalsystem betreibbar. Die Konfiguration „mit oder ohne Zusatz-Portalsystem“ kann automatisch von dem Bestückautomaten ausgelesen bzw. erkannt werden. Dabei können dem Bestückautomaten Antriebsdatensätze, Maschinendaten sowie mögliche Zugriffsrestriktionen und Bauraumdaten des Zusatz-Portalsystems auf einfache und effiziente Weise bereitgestellt werden.
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Die Arbeitsvorrichtung kann anstelle eines (weiteren) Bestückkopfes auch Greifer, Dispenser, optische Sensoren oder Bestückköpfe mit einer zusätzlichen z-Achse zum Bewegen des gesamten Bestückkopfes aufweisen. Die elektrische Schnittstelle des Basis-Portalsystems ist so ausgeführt, dass eine definierte Anzahl von Sensoren und Aktoren für das Zusatz-Portalsystem vorgehalten ist.
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Aus den vorstehend präsentierten Überlegungen ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
- • Aufgrund der Modularität von Basis- und Zusatz-Portalsystem können Sonderlösungen für kundenspezifische Anwendungen außerhalb einer Produktentwicklung als Sonderkonstruktion schneller bereitgestellt werden.
- • Eine Flexibilität einer Bestücklinie in Hinblick auf verschiedene zu fertigende elektronische Baugruppen kann mit einer reduzierten Anzahl an Bestückautomaten erreicht werden. Ein Kunde (Betreiber einer Bestücklinie) schafft sich einen hier beschriebenen Bestückautomat an und kann ein Zusatz-Portalsystem zusammen mit einer geeigneten Arbeitsvorrichtung selbst nachkonfigurieren. Ggf. kann er dabei aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Handhabungssystemen auswählen.
- • Sonderkonstruktionen für einzelne Anwendungen können lediglich in Bezug auf das Zusatz-Portalsystem realisiert werden und erhöhen nicht die Herstellkosten und Komplexität des Bestückautomaten mit seinem Basis-Portalsystem.
- • Durch eine „generische Schnittstelle“ zwischen Basis-Portalsystem und dem Zusatz-Portalsystem ergibt sich die Möglichkeit verschiedenste technische Lösungen (Aktoren, Sensoren) zu implementieren.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bestückautomat
- 102
- Chassis
- 104
- Datenverarbeitungseinheit
- 110
- erstes Portalsystem / Basis-Portalsystem
- 112a
- erstes Führungselement / Portalwurzel
- 112b
- weiteres erstes Führungselement / Portalwurzel
- 114a
- erster Schlitten
- 114b
- weiterer erster Schlitten
- 115
- Lagerelemente
- 122
- zweites Führungselement / verfahrbarer Querträger
- 124
- zweiter Schlitten
- 126
- Bestückkopf
- 128
- Bauelement-Haltevorrichtungen
- 130
- mechanische Schnittstelle
- 132
- elektrische Schnittstelle
- 134
- Daten-Schnittstelle
- 136
- pneumatische Schnittstelle
- 150
- Handhabungssystem
- 154
- Steuereinheit
- 156
- Datenspeicher
- 160
- zweites Portalsystem / Zusatz-Portalsystem
- 162
- länglicher Träger
- 164
- Montageelement / verfahrbare Montageplatte
- 166
- Arbeitsvorrichtung / Zweifach-Greifer
- 168
- Greifer
- 170
- mechanische Koppeleinrichtung
- 172
- elektrische Koppeleinrichtung
- 174
- Daten-Koppeleinrichtung
- 176
- pneumatische Koppeleinrichtung
- 180
- Bestücksystem
- 190
- Bauelementeträger / Leiterplatte
- 192
- elektronische Bauelemente
- y
- erste Richtung
- x
- zweite Richtung
- 200
- Bestückautomat
- 210
- erstes Portalsystem ( Basis-Portalsystem
- 230
- mechanische Schnittstelle
- 250
- Handhabungssystem
- 260
- zweites Portalsystem / Zusatz-Portalsystem
- 261a
- erster Wagen
- 261b
- weiterer erster Wagen
- 265
- Lagerelemente
- 266
- Arbeitsvorrichtung
- 268
- Kamera
- 270
- mechanische Koppeleinrichtung
- 280
- Bestücksystem
