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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Herstellung von elektronischen Baugruppen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Bestücksystem zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen, eine Fertigungslinie und eine Fertigungsanlage zum Fertigen von elektronischen Baugruppen. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Bestücken von einem Bauelementträger mit Bauelementen und ein Verfahren zum Betreiben der Fertigungsanlage.
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Technischer Hintergrund
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Elektronische Baugruppen und Schaltkreise, welche elektronische Bauelemente aufweisen, sind typischerweise auf einem oder auf mehreren Bauelementträgern (wie zum Beispiel gedruckte Leiterplatten (PCB)) aufgebaut. Ein Herstellungsprozess von einer elektronischen Baugruppe beinhaltet typischerweise ein Bestücken des Bauelementträgers mit Bauelementen. Wenn Bauelemente auf die Oberfläche eines Bauelementträgers angebracht werden, so spricht man von „surface mounting technology“ (SMT). Ein SMT Prozess wird ausgeführt von einem Bestückkopf, welcher ein wesentlicher Bestandteil eines Bestückautomaten ist. Ein Bestückkopf holt die Bauelemente von einer Bauelement-Zuführeinrichtung ab, transportiert sie in einen Bestückbereich des Bestückautomaten und setzt sie dort auf dem Bauelementträger auf. Hierfür ist zumindest eine Bauelement-Haltevorrichtung an dem Bestückkopf angebracht, mittels welcher das Bauelement gehalten werden kann.
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Die Bauelemente sind im Normalfall in Bauelement-Gurten aus Kunststoff oder Pappe bzw. Papier verpackt. In den Gurten befinden sich Taschen, in welchen die Bauelemente liegen. Die Oberseiten der Taschen sind durch eine Folie verschlossen, welche abgezogen wird, um das Bauelement zu entnehmen. Die Gurte selbst sind auf einer Bauelement-Rolle aufgewickelt. Auf zumindest einer Seite des Gurtes befinden sich Transport-Löcher, in welche ein Stiftrad einer Bauelement-Zuführeinrichtung eingreift, so dass der betreffende Gurt bei einer Drehung des Stiftrades bewegt wird. Die Bauelemente werden so mit Hilfe der Bauelement-Zuführeinrichtung, auch als Feeder bezeichnet, dem Bestückprozess zugeführt. Die Bauelement-Rollen werden typischerweise manuell von einem Operator in die Bauelement-Zuführeinrichtung eines Bestückautomaten eingebracht. Vor ihrer Verwendung können die Bauelement-Rollen in einem Materialschrank gelagert werden, welcher für viele Bestückautomaten Bauelement-Rollen bereithält. In einem solchen Materialschrank können neben Rollen auch Tubes, Trays oder Verbrauchsmaterialien gelagert werden wie beispielsweise Pipetten, Lotpaste oder Reinigungstücher.
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Der logistische Aufwand bei der Material- bzw. Bauelementversorgung stellt derzeit einen dominanten Anteil bei der Bedienung einer Fertigungsanlage dar. Hierzu ist in 5 ein Beispiel aus dem Stand der Technik gezeigt. Insbesondere sind in 5 drei Fertigungslinien gezeigt, welche parallel zueinander angeordnet sind, und zusammen eine Fertigungsanlage 500 bilden. Eine einzelne Fertigungslinie weist eine Mehrzahl von Bestückautomaten 510 auf, welche immer wieder mit Bauelement-Rollen versorgt werden müssen. Weiterhin weist die Fertigungslinie einen Lotpasten-Drucker 572 und einen Ofen 580 auf. Die Fertigungslinie kann beispielsweise zusätzlich die folgenden Stationen aufweisen: Magazinentlader 570, Markierer 571, Lotpasten-Inspektionsvorrichtung 573, Puffer 574, Komponenten-Präsenz-Inspektionsvorrichtung (CPI) 575, automatische optische Inspektionsvorrichtung (AOI) 581, und Magazinlader 582. Gemäß dem Stand der Technik wird nahe der Fertigungsanlage ein Materialschrank angeordnet, in welchem die Bauelement-Rollen oder die oben genannten anderen Materialien eingelagert sind. Sobald neues Material an einer Fertigungslinie benötigt wird, so wird dieses aus dem Materialschrank ausgelagert. Der Materialschrank selbst wird nach einem regelmäßigen Intervall (oder auch Ereignis-gesteuert in Abhängigkeit von dem Füllstand), beispielsweise 2 Stunden, wieder aus einem Zentrallager nachgeladen. Ein Operator muss also nicht jedes Mal ein Zentrallager aufsuchen, wenn eine weitere Bauelement-Rolle benötigt wird, sondern nutzt den Materialschrank.
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DE 102 01 879 A1 beschreibt eine Bestückeinrichtung, ein Bestücksystem und ein Verfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen, bei welchen Zuführeinrichtungen mit einer Mehrzahl von Zuführmodulen und einer entsprechenden Mehrzahl von Abholstellen an gegenüberliegenden Seiten der Zuführeinrichtungen jeweils mindestens ein Bestückfeld aufweisen. Hierbei sind den Bestückfeldern Bestückköpfe zugeordnet, mittels welchen von den Abholstellen der Zuführeinrichtungen alternierend und/oder gleichzeitig Bauelemente zum Positionieren auf Substraten entnommen werden können, welche in den Bestückfeldern angeordnet sind.
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WO 01/67835 A1 beschreibt eine integrale Einheit, welche aufweist: einen Bilderkennungsabschnitt zum Prüfen des Druckzustands einer Lotpaste, die zuerst auf eine gedruckte Leiterplatte (PCB) durch einen Siebdrucker gedruckt wird, einen zusätzlichen Lotpastenspender zum ergänzenden Abgeben der Lotpaste an einer Stelle der PCB, und einen Klebstoffspender zum Ausgeben eines Klebstoffs zum Härten von montierten Komponenten auf der PCB. Die jeweiligen Operationen des Bilderkennungsabschnitts, des ergänzenden Lotpastenspenders und des Klebstoffspenders werden sequentiell in Bezug auf die PCB gesteuert.
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Hierbei stellt sich jedoch das Problem, dass eine Bedienperson bzw. ein Operator sehr lange Wege zu gehen hat, beträgt doch der Abstand zwischen Materialschrank und einem Bestückautomaten beispielsweise 20 m. Dieser Sachverhalt wird am folgenden Beispiel noch einmal verdeutlicht. Die Wege des Operators an einer solchen Fertigungslinie betragen pro Schicht bei einer Linienleistung von 300k (300.000) BE/h (Bauelemente pro Stunde) und einer mittleren Rollengröße von 10k Bauelementen (30 Rollenwechsel pro Stunde) dann in Summe 12 km (40 m Weg mal 30 Rollenwechsel pro Stunde in 10 Stunden) bzw., bei einer mittleren Geschwindigkeit von 3 km/h, knapp 4 Stunden. Dies bedeutet, dass knapp die Hälfte der Zeit eines Operators lediglich mit Gehen zum Materialschrank verbracht wird. Meist bedeutet dies, dass letztlich mehr als ein Operator eingesetzt werden muss.
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Es könnte daher ein Bedürfnis bestehen, das Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen, insbesondere in einer Fertigungsanlage, in Bezug auf zeitliche und kräftemäßige Aufwendungen von Operatoren zu verbessern und damit ein effizientes und flexibles Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen zu ermöglichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dieses Bedürfnis könnte gedeckt werden mittels eines Bestücksystems und einem Verfahren zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen, einer Fertigungslinie und einer Fertigungsanlage zum Fertigen von elektronischen Baugruppen sowie einem Verfahren zum Betreiben der Fertigungsanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bestücksystem zum Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen beschrieben. Das Bestücksystem weist zumindest drei Bearbeitungsstationen auf, welche in einer Transportrichtung des Bauelementträgers hintereinander angeordnet sind, wobei zumindest eine Bearbeitungsstation ein erster Bestückautomat ist, welcher konfiguriert ist zum Bestücken von den Bauelementträgern mit Bauelementen aus einem ersten Bauelement-Aufbewahrelement, und wobei zumindest eine Bearbeitungsstation ein zweiter Bestückautomat ist, welcher konfiguriert ist zum Bestücken von den Bauelementträgern mit Bauelementen aus einem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement. Der erste Bestückautomat weist auf: einen ersten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement, und eine erste Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des ersten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement von dem ersten Bestückkopf abholbar sind. Der zweite Bestückautomat weist auf: einen zweiten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement, und eine zweite Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des zweiten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement von dem zweiten Bestückkopf abholbar sind. Weiterhin weist das Bestücksystem eine Transportvorrichtung auf, welche konfiguriert ist zum Transportieren der Bauelementträger von der in Bezug auf die Transportrichtung ersten Bearbeitungsstation zu der in Bezug auf die Transportrichtung letzten Bearbeitungsstation. Ferner weist das Bestücksystem einen Bauelement-Speicher auf, welcher zwischen der in Bezug auf die Transportrichtung ersten Bearbeitungsstation und der in Bezug auf die Transportrichtung letzten Bearbeitungsstation an der Transportvorrichtung angeordnet ist, und welcher einen Speicherraum aufweist, welcher konfiguriert ist zum Speichern von dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement und dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement. Hierbei ist der Bauelement-Speicher an die Transportvorrichtung gekoppelt.
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Das beschriebene Bestücksystem basiert auf der Idee, dass ein Bauelement-Speicher nicht mehr außerhalb einer Mehrzahl von Fertigungslinien, beispielsweise am Anfang einer Anlage, angeordnet ist, sondern, dass der Bauelement-Speicher direkt innerhalb der Fertigungslinie angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Bauelementträger, welcher mit Bauelementen bestückt werden soll, von einem ersten Bestückautomaten zu einem zweiten Bestückautomaten über eine Transportvorrichtung transportiert werden, wobei der Bauelement-Speicher zwischen dem ersten Bestückautomaten und dem zweiten Bestückautomaten an der Transportvorrichtung angeordnet ist.
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Der Bauelement-Speicher verfügt über einen Speicherraum, in welchem Bauelement-Aufbewahrelemente, welche die Bauelemente enthalten, gespeichert werden können. Weiterhin kann der Bauelement-Speicher die Bauelement-Aufbewahrelemente ausgegeben, sobald sie von einem Bestückautomaten benötigt werden. Das einfachste Ausführungsbeispiel eines solchen Bauelement-Speichers kann ein einfaches Regal mit Lagerfächern sein, in welche die Verbrauchsmaterialien (z.B. Bauelemente) eingelagert sind. Die Bauelemente aus diesen Lagerfächern können dann händisch entnommen werden. Hierbei kann eine LED pro Lagerfach anzeigen welche Rolle zu einem bestimmten Zeitpunkt entnommen werden soll. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Bauelement-Speicher eine vollautomatische Ausgabe aufweisen.
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Bauelement-Aufbewahrelemente können insbesondere die oben genannten Bauelement-Rollen sein. Damit ist der Bauelement-Speicher in der Fertigungslinie integriert, wobei hierbei der Transport eines Bauelementträgers von dem ersten Bestückautomaten zu dem zweiten Bestückautomaten weder räumlich noch zeitlich gehemmt wird. In anderen Worten wird der Prozessweg auf die beschriebene Weise nicht gestört oder zeitlich verzögert. Somit werden die Wege, welche der Operator zurückzulegen hat, deutlich reduziert.
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Beispielsweise kann der Weg zum Erreichen des Bauelement-Speichers nun bei 2 m bis 4 m liegen im Vergleich zu beispielsweise 40 m, wie aus dem oben beschriebenen Stand der Technik bekannt. In gleichem Verhältnis wird selbstverständlich der Operator dann auch Zeit einsparen. Weiterhin ist das gespeicherte Bauelement-Aufbewahrelement einer bestimmten Fertigungslinie zugeordnet und es existiert nicht mehr ein Materialschrank für mehrere Fertigungslinien bzw. für eine ganze Fertigungsanlage. Eine Aufteilung nach Produkt, Los oder Abteilung ist damit deutlich vereinfacht. Zusammengefasst hat das beschriebene Bestücksystem den Vorteil, dass die Produktivität einer Fertigungsanlage durch eine Reduktion der von einem Operator zurückzulegenden Wege deutlich gesteigert wird.
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Es müssen weiterhin keine aufwendigen Änderungen einer vorhandenen Fertigungslinie durchgeführt werden, um das beschriebene Bestücksystem zu realisieren. Die Bestückautomaten und die Transportvorrichtung sind typischerweise bereits in einer bekannten Fertigungslinie vorhanden und nur der Bauelement-Speicher muss entsprechend eingefügt werden und an die Transportvorrichtung gekoppelt werden. Beispielsweise kann der Bauelement-Speicher an die Transportvorrichtung angeschraubt werden. Weiterhin kann der Bauelement-Speicher auch an der Transportvorrichtung kontaktlos abgestellt sein. Hierbei kann beispielsweise die Transportvorrichtung als Förderband ausgestaltet sein, welches sich durch eine Öffnung des Bauelement-Speichers erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Bestücksystem kostengünstig in etablierte und erprobte Fertigungslinien implementiert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fertigungslinie bereitgestellt zum Fertigen von elektronischen Baugruppen, welche Fertigungslinie ein vorstehend beschriebenes Bestücksystem aufweist. Die beschriebene Fertigungslinie weist ferner einen weiteren Bestückautomaten auf, welcher an der Transportvorrichtung angeordnet ist, und welcher konfiguriert ist zum Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen aus einem weiteren Bauelement-Aufbewahrelement. Die Fertigungslinie basiert auf derselben Idee wie das Bestücksystem und kann dieselben Vorteile wie das Bestücksystem haben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fertigungsanlage bereitgestellt zum Fertigen von elektronischen Baugruppen, welche zumindest zwei vorstehend beschriebene Fertigungslinien aufweist, wobei diese im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Fertigungsanlage basiert auf derselben Idee wie das Bestücksystem und kann dieselben Vorteile wie das Bestücksystem haben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementträgern mit einem Bauelementen bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: i) Entnehmen von einem ersten Bauelement-Aufbewahrelement aus einem Speicherraum eines Bauelement-Speichers, ii) Entnehmen von einem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement aus dem Speicherraum des Bauelement-Speichers. Der erste Bestückautomat weist auf: einen ersten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement, und eine erste Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des ersten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement von dem ersten Bestückkopf abholbar sind. Der zweite Bestückautomat weist auf: einen zweiten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement, und eine zweite Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des zweiten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement von dem zweiten Bestückkopf abholbar sind. Das Verfahren weist weiterhin auf: iii) Bearbeiten des Bauelementträgers mittels zumindest drei Bearbeitungsstationen, welche in einer Transportrichtung des Bauelementträgers hintereinander angeordnet sind, wobei zumindest eine der Bearbeitungsstationen ein erster Bestückautomat ist, und wobei zumindest eine der Bearbeitungsstationen ein zweiter Bestückautomat ist, iv) Bestücken von dem Bauelementträger mit Bauelementen aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement mittels des ersten Bestückautomaten, v) Bestücken von dem Bauelementträger mit Bauelementen aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement mittels des zweiten Bestückautomaten, und vi) Transportieren von dem Bauelementträger von der in Bezug auf die Transportrichtung ersten Bearbeitungsstation zu der in Bezug auf die Transportrichtung letzten Bearbeitungsstation mittels einer Transportvorrichtung. Hierbei ist der Bauelement-Speicher an der Transportvorrichtung zwischen der in Bezug auf die Transportrichtung ersten Bearbeitungsstation und der in Bezug auf die Transportrichtung letzten Bearbeitungsstation angeordnet. Hierbei ist der Bauelement-Speicher an die Transportvorrichtung gekoppelt.
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Das beschriebene Verfahren kann von dem oben beschriebenen Bestücksystem, von der oben beschriebenen Fertigungslinie sowie von der oben beschriebenen Fertigungsanlage ausgeführt werden. Das Verfahren basiert auf derselben Idee wie das Bestücksystem und kann dieselben Vorteile wie das Bestücksystem haben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Fertigungsanlage bereitgestellt, wobei das Betriebsverfahren aufweist: i) Transferieren eines benötigten Bauelement-Aufbewahrelements von dem ersten Bauelement-Speicher über die Transfervorrichtung an den zweiten Bauelement-Speicher, wenn der zweite Bauelement-Speicher das benötigte Bauelement-Aufbewahrelement nicht enthält, und/oder ii) Transferieren des benötigten Bauelement-Aufbewahrelements von dem zweiten Bauelement-Speicher über die Transfervorrichtung an den ersten Bauelement-Speicher, wenn der erste Bauelement-Speicher das benötigte Bauelement-Aufbewahrelement nicht enthält.
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Mit dem beschriebenen Betriebsverfahren kann die oben beschriebene Fertigungsanlage betrieben werden. Das Betriebsverfahren basiert auf derselben Idee wie das Bestücksystem und die Fertigungsanlage und kann dieselben Vorteile haben.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelement“ einen Träger einer physikalischen oder elektronisch realisierbaren Eigenschaft bezeichnen. Das Bauelement kann zumindest einen Anschluss aufweisen, mittels welchem das Bauelement an einen Bauelementträger fixiert werden kann. Das Bauelement kann aus verschiedenen Bauteilen zusammengesetzt sein. Ein Bauelement kann zum Beispiel ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, eine Diode, ein Transistor, eine integrierte Schaltung oder ein Mikroprozessor sein, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Im Prinzip kann in diesem Dokument jedes bestückfähige Objekt als Bauelement verstanden werden, welches an einen Bauelementträger montiert und insbesondere elektrisch kontaktiert werden kann.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelementträger“ insbesondere jegliche Unterstützungsstruktur bezeichnen, welche fähig ist ein oder mehr Bauelemente darauf aufzunehmen. Dabei wird sowohl eine mechanische Unterstützung als auch eine elektrische Verbindung bereitgestellt. Ein Bauelementträger kann eine elektrisch leitfähige Schicht und eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise Kupfer sein und die elektrisch isolierende Schicht kann z.B. ein Harz sein, insbesondere ein Epoxid-Harz, und/oder das Material FR4 aufweisen. Hierbei kann der Bauelementträger als ein Laminat der genannten Schichten ausgebildet sein. Der Bauelementträger kann eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board, PCB) sein.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelement-Speicher“ insbesondere jede Vorrichtung bezeichnen, welche einen Speicherraum aufweist, welcher geeignet ist ein Bauelement-Aufbewahrelement zu speichern. Der Speicherraum kann hierbei ein beliebiges Volumen sein, solange es groß genug ist, um darin Bauelement-Aufbewahrelemente aufzubewahren. Beispielsweise kann der Bauelement-Speicher als Materialspeicher ausgebildet sein, welcher über eine Mehrzahl von Regalen und Fächern verfügt, in welche die Bauelement-Aufbewahrelemente eingelagert werden können, wobei die Bauelement-Aufbewahrelemente insbesondere bezüglich ihrer Beschaffenheit bzw. der Art der Bauelemente geordnet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Bauelement-Speicher ein automatisiertes System zum Ausgeben der Bauelement-Aufbewahrelemente auf. Dies kann z.B. mittels beweglicher Aufbewahr-Fächer oder mittels eines beweglichen Greifarms realisiert werden. Beispielsweise kann der Bauelement-Speicher über eine Steuerung und eine Anzeige verfügen, so dass ein Operator direkt das gewünschte Bauelement-Aufbewahrelement anfordern kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die automatische Ausgabe über ein Computerprogramm gesteuert sein. Hierbei kann das Computerprogramm mit dem Computerprogramm gekoppelt sein, welches eine Fertigungslinie oder eine Fertigungsanlage steuert. Auf diese Weise kann der Bauelement-Speicher automatisch das Bauelement-Aufbewahrelement, welches als nächstes benötigt wird, an einen Operator ausgeben. Weiterhin kann der Bauelement-Speicher eine Mehrzahl von Speicherräumen aufweisen, wobei diese räumlich voneinander abgetrennt sind. Hierbei kann z.B. jeder Speicherraum mit einer eigenen automatischen Ausgabevorrichtung verbunden sein. Ferner kann hierbei jeder Speicherraum konfiguriert sein, um nur eine bestimmte Gruppe und/oder eine bestimmte Größe von Bauelement-Aufbewahrelementen zu speichern.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bauelement-Aufbewahrelement“ insbesondere jegliche Vorrichtung bezeichnen, welche geeignet ist, um eine Mehrzahl von Bauelementen darin aufzubewahren. Wie oben bereits beschrieben, können Bauelemente beispielsweise in Bauelement-Gurten verpackt sein, welche auf einer Bauelement-Rolle aufgewickelt sein können. Diese Bauelement-Rollen werden typischerweise manuell von einem Operator in die Bauelement-Zuführeinheit eines Bestückautomaten eingebracht. Bauelemente können jedoch auch in sogenannten Stacks gestapelt sein. Hierbei kann ein Magazin, insbesondere aus Kunststoff, verwendet werden, welches Einlagefächer für die Bauelemente aufweist. Dies kann z.B. besonders bei größeren Bauelementen von Vorteil sein.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Bestückautomat“ insbesondere eine Vorrichtung bezeichnen, welche dazu geeignet ist, einen Bauelementträger mit Bauelementen zu bestücken. Wie oben bereits beschrieben kann ein Bestückautomat einen Bestückkopf aufweisen, welcher die Bauelemente von einer Bauelement-Zuführeinrichtung abholt, sie in einen Bestückbereich des Bestückautomaten transportiert und sie dort auf dem Bauelementträger aufsetzt. Hierbei kann der Bestückautomat ein Chassis aufweisen, welcher einen Trägerarm aufweist, an welchem der Bestückkopf verschiebbar angeordnet werden kann.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Transportvorrichtung“ insbesondere jegliche Vorrichtung bezeichnen, welche geeignet ist, um einen Bauelementträger innerhalb einer Fertigungslinie zu transportieren. Ferner ist die Transportvorrichtung geeignet, einen Bauelementträger innerhalb eines Bestückautomaten zu transportieren und von einem Bestückautomaten zu einem anderen Bestückautomaten zu transportieren. Weiterhin kann die Transportvorrichtung ausgestaltet sein, so dass sie sich durch einen Bauelement-Speicher hindurch erstreckt und auf diese Weise einen Bauelementträger von einem Bestückautomaten ohne Zeitverlust durch den Bauelement-Speicher hindurch zu einem zweiten Bestückautomaten transportieren kann. Die Transportvorrichtung kann beispielsweise als ein Förderband realisiert werden, welches insbesondere mittels zwei seitlichen Transportriemen realisiert ist.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Fertigungslinie“ insbesondere ein Produktionssystem bezeichnen, in dem mehrere Stationen, insbesondere Bearbeitungsstationen, innerhalb einer Prozesslinie verbunden sind. Die Prozesslinie weist hierbei eine Transportrichtung auf. Die Bearbeitungsstationen, welche beispielsweise Bestückautomaten aufweisen können, können hintereinander und entlang der Prozesslinie in Transportrichtung angeordnet sein, wobei sie mittels einer Transportvorrichtung, insbesondere einem Förderband, verbunden sein können. Die Transportrichtung entspricht hierbei der Haupterstreckungsrichtung der Fertigungslinie. In anderen Worten bezeichnet die Transportrichtung diejenige Richtung, in welcher ein herzustellendes Produkt die Fertigungslinie durchläuft.
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Neben Bestückautomaten kann eine Fertigungslinie beispielsweise die folgenden „Bearbeitungsstationen“ aufweisen: einen Lotpasten-Drucker, einen Ofen, einen Magazinentlader, einen Markierer, eine Lotpasten-Inspektionsvorrichtung, einen Puffer, eine CPI-Vorrichtung, eine Vorrichtung für eine automatische optische Inspektion (AOI), und einen Magazinlader. Beispielsweise kann ein Bauelementträger, insbesondere eine Leiterplatte, von einem Magazinentlader in eine Fertigungslinie aufgenommen werden und dann entlang einer Transportvorrichtung, beispielsweise einem Förderband, entlang der Haupterstreckungsrichtung transportiert werden und hierbei von Bestückautomaten mit Bauelementen bestückt werden. Am Ende der Fertigungslinie kann dann eine elektronische Baugruppe, insbesondere eine bestückte Leiterplatte, von einem Magazinlader aus der Fertigungslinie entfernt werden.
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In diesem Dokument kann der Begriff „Fertigungsanlage“ insbesondere eine Mehrzahl von Fertigungslinien, wie oben beschrieben, bezeichnen. Hierbei können beispielsweise drei Fertigungslinien im Wesentlichen parallel zueinander positioniert werden. Ebenso können auch mehr, beispielweise zehn, Fertigungslinien im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sein. Außerdem kann die Fertigungsanlage weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise ein Materiallager aus welchem Bauelement-Aufbewahrelemente an die Fertigungslinien befördert werden kann. Weiterhin kann die Fertigungsanlage auch Steuereinheiten aufweisen, welche benötigt werden, um die Prozessschritte der Fertigungslinien zu koordinieren.
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In diesem Dokument kann der Begriff „parallel“, entsprechend der geometrischen Definition, bezeichnen, dass zwei Geraden parallel sind, wenn sie in einer Ebene liegen und einander nicht schneiden, wobei jede Gerade zu sich selbst parallel ist. Hierbei kann eine Gerade entlang einer Haupterstreckungsrichtung verlaufen. Beispielsweise kann eine Gerade entlang einer Haupterstreckungsrichtung einer Fertigungslinie verlaufen. Werden zwei Fertigungslinien nebeneinander angeordnet, so weist die erste Fertigungslinie eine erste Haupterstreckungsrichtung auf, entlang welcher eine erste Gerade verläuft, und die zweite Fertigungslinie weist eine zweite Haupterstreckungsrichtung auf, entlang welcher eine zweite Gerade verläuft. Hierbei können die erste Gerade und die zweite Gerade parallel zueinander orientiert sein. Insbesondere können die erste Gerade und die zweite Gerade im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sein. Wenn die beiden Geraden exakt parallel zueinander orientiert sind, dann ist ein Winkel zwischen den Geraden 0°. Der Begriff „im Wesentlichen“ kann sich auf einen Winkel zwischen den Geraden von 0° bis 20°, insbesondere von 0° bis 5°, beziehen.
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Im Folgenden werden nun Ausführungsbeispiele des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung erläutert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine Bearbeitungsstation eine aus der Gruppe, welche enthält: einen Lotpasten-Drucker, einen Ofen, einen Magazinentlader, einen Markierer, eine Vorrichtung zur Lotpasten-Inspektion, einen Puffer, eine Vorrichtung für eine Komponenten-Präsenz-Inspektion (CPI), eine Vorrichtung für eine automatische optische Inspektion (AOI) und einen Magazinlader. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Bestücksystem in etablierte und erprobte Systeme direkt integriert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Bauelement-Speicher zwischen dem ersten Bestückautomaten und dem zweiten Bestückautomaten an der Transportvorrichtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass Wege besonders effizient eingespart werden können, da Bauelement-Aufbewahrelemente möglichst nahe an dem Ort ihrer vorgesehenen Verwendung, nämlich den Bestückautomaten, gelagert werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der erste Bestückautomat auf: i) einen ersten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen, und ii) eine erste Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des ersten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement von dem ersten Bestückkopf abholbar sind. Weiterhin weist der zweite Bestückautomat auf: iii) einen zweiten Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen, und iv) eine zweite Bauelement-Zuführeinheit, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des zweiten Bauelement-Aufbewahrelements, so dass Bauelemente aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement von dem zweiten Bestückkopf abholbar sind. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Bestücksystem in etablierte und erprobte Systeme integriert werden kann.
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Der Bestückkopf kann beispielsweise an einem Trägerarm des Bestückautomaten angeordnet sein, an welchem der Bestückkopf innerhalb einer Raumrichtung verschiebbar ist. An dem Bestückkopf kann eine Bauelement-Haltevorrichtung anbringbar sein, welche konfiguriert ist zum Abholen von Bauelementen aus einem bereitgestellten Bauelement-Aufbewahrelement in der Bauelement-Zuführeinheit, und zum Bestücken von den Bauelementen an einen Bauelementträger.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erste Bauelement-Aufbewahrelement, insbesondere ein erster Bauelement-Gurt, konfiguriert, um in die erste Bauelement-Zuführeinheit des ersten Bestückautomaten eingebracht zu werden, insbesondere, um manuell mittels eines Operators in die erste Bauelement-Zuführeinheit des ersten Bestückautomaten eingebracht zu werden. Weiterhin ist das zweite Bauelement-Aufbewahrelement, insbesondere ein zweiter Bauelement-Gurt, konfiguriert, um in die zweite Bauelement-Zuführeinheit des zweiten Bestückautomaten eingebracht zu werden, insbesondere, um manuell mittels eines Operators in die zweite Bauelement-Zuführeinheit des zweiten Bestückautomaten eingebracht zu werden. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass das beschriebene Bestücksystem in bewährte und etablierte Systeme integriert werden kann.
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Ein Bauelement-Aufbewahrelement kann beispielsweise als Bauelement-Gurt konfiguriert sein, welcher auf eine Bauelement-Rolle aufgerollt ist. Eine solche Bauelement-Rolle kann in eine Bauelement-Zuführeinheit eines Bestückautomaten eingebracht bzw. an eine Bauelement-Zuführeinheit angekoppelt werden, indem ein vorderes Ende des betreffenden Bauelement-Gurtes in die Bauelement-Zuführeinheit eingeführt wird. Hierfür kann beispielsweise die Bauelement-Zuführeinheit eine Bauelement-Rolle-Haltevorrichtung aufweisen, in welche die Bauelement-Rolle drehbar eingebracht werden kann. Nun kann der Bauelement-Gurt derart eingespannt werden, dass der Bestückkopf Bauelemente aus dem Bauelement-Gurt abholen kann. Sobald ein Bauelement abgeholt worden ist, kann die Bauelement-Rolle weiter gedreht werden, so dass das nächste Bauelement, welches sich in dem Bauelement-Gurt befindet, von dem Bestückkopf abgeholt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Bauelement-Speicher ferner eine automatische Ausgabevorrichtung zum automatischen Ausgeben von den Bauelement-Aufbewahrelementen an den Operator auf. Dies hat den Vorteil, dass ein Bestückprozess schnell und effizient ausgeführt werden kann.
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Der Bauelement-Speicher kann eine Mehrzahl von Regalen und/oder Fächern aufweisen, in welche die Bauelement-Aufbewahrelemente eingelagert werden können. Die Bauelement-Aufbewahrelemente können z.B. mittels beweglicher Aufbewahr-Fächer oder mittels eines beweglichen Greifarms ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Bauelement-Speicher über eine Steuerung und eine Anzeige verfügen, so dass ein Operator direkt das gewünschte Bauelement-Aufbewahrelement anfordern kann. Ebenso kann die automatische Ausgabe von einem Computerprogramm gesteuert werden. Der Bauelement-Speicher kann eine Ausgabe-Vorrichtung aufweisen, mittels welcher Bauelement-Aufbewahrelemente aus dem Bauelement-Speicher ausgegeben werden können. Die Ausgabe-Vorrichtung kann in der einfachsten Ausführungsform eine Öffnung des Bauelement-Speichers sein. Weiterhin kann die Ausgabe-Vorrichtung als Schublade ausgebildet ist. Ferner kann die Ausgabe-Vorrichtung Bauelement-Aufbewahrelemente mittels eines Förderbandes oder mittels eines Roboterarms ausgeben. Im Falle, dass ein Bauelement-Speicher mehrere Speicherräume aufweist, so kann auch eine Mehrzahl von Ausgabe-Vorrichtungen angebracht werden, wobei jeweils eine Ausgabe-Vorrichtung mit einem der Speicherräume verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Bauelement-Speicher einen Bauelementträger-Speicher zum Speichern von den Bauelementträgern auf. Dies hat den Vorteil, dass das Bestücksystem flexibel verwendet werden kann und kein zusätzlicher Platz benötigt wird.
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Ebenso wie die Bauelement-Aufbewahrelemente kann der Bauelement-Speicher auch Bauelementträger oder andere Verbrauchsmaterialien speichern. Hierfür können diese beispielsweise in Fächer übereinander gestapelt werden und z.B. mittels eines Roboterarms abgeholt werden. Das Speichern kann wie in einem sogenannten PCB-Stacker durchgeführt werden. Auf diese Weise kann auf einen zusätzlichen Bauelementträger-Speicher verzichtet werden, wodurch wiederum Platz gespart werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Bauelement-Speicher eine Wendestruktur zum Wenden von den Bauelementträgern auf. Auch dies hat den Vorteil, dass das Bestücksystem flexibel verwendet werden kann und kein zusätzlicher Platz benötigt wird.
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Hierbei kann die Wendestruktur jegliche Mechanik aufweisen, welche geeignet ist einen Bauelementträger zu wenden. Beispielsweise kann dies geschehen mittels zweier Bestückköpfe, wobei ein Bestückkopf das Bauelement abholt, sich um 180° dreht und das gewendete Bauelement an den anderen Bestückkopf übergibt. Weiterhin kann bzw. auch ein Greifarm das Wenden übernehmen. Auf diese Weise kann auf eine zusätzliche Wendestation verzichtet werden, wodurch wiederum Platz gespart werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Bauelement-Speicher eine Strahlungsquelle auf, insbesondere eine UV Strahlungsquelle, zum Aushärten von Aushärte-Elementen, welche an den Bauelementträgern angebracht sind. Auch dies hat den Vorteil, dass das Bestücksystem flexibel verwendet werden kann und kein zusätzlicher Platz benötigt wird.
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Aushärten mittels Strahlen, insbesondere UV-Strahlen, bezeichnet einen Prozess, bei dem mit Hilfe von energiereicher Strahlung reaktive Materialien von einem niedermolekularen in einen hochmolekularen Zustand überführt werden können. Entsprechende Materialien sind z.B. flüssige Beschichtungsmaterialien wie Kleber oder Lacke, welche über eine, von der Strahlung ausgelösten, chemischen Reaktion in einen festen Zustand übergehen können. Als Strahlungsquelle kann z.B. eine UV-Lampe verwendet werden, insbesondere eine dotierte UV-Lampe (z.B. Blei, Eisen, Gallium oder Thallium), eine undotierte UV-Lampe (z.B. Quecksilberdampflampe) oder eine UV-LED Lampe. Auf diese Weise kann auf eine zusätzliche Aushärte-Station verzichtet werden, wodurch wiederum Platz gespart werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Transportvorrichtung zumindest abschnittsweise durch den Bauelement-Speicher hindurch. Dies hat den Vorteil, dass ein Bauelementträger schnellstmöglich innerhalb des Bestücksystems transportiert werden kann.
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Die Transportvorrichtung kann sich derart durch den Bauelement-Speicher hindurch erstrecken, dass die Bauelementträger von dem ersten Bestückautomaten durch den Bauelement-Speicher hindurch zu dem zweiten Bestückautomaten transportierbar sind. Dies stellt den kürzesten Weg zwischen den Bestückautomaten dar, so dass die Prozessgeschwindigkeit durch den zwischengeschalteten Bauelement-Speicher nicht verlangsamt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Transportvorrichtung auf: i) einen Bauelement-Speicher-Transportabschnitt, welcher in dem Bauelement-Speicher angeordnet ist, ii) einen ersten Bestückautomat-Transportabschnitt, welcher in dem ersten Bestückautomaten angeordnet ist, und iii) einen zweiten Bestückautomat-Transportabschnitt, welcher in dem zweiten Bestückautomaten angeordnet ist. Hierbei kann sich der Bauelement-Speicher-Transportabschnitt auf derselben räumlichen Höhe wie der erste Bestückautomat-Transportabschnitt und der zweite Bestückautomat-Transportabschnitt befinden. Dies hat den Vorteil, dass ein Bauelementträger schnellstmöglich innerhalb des Bestücksystems transportiert werden kann, da keine weiteren Höhenunterschiede überwunden werden müssen.
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Weiterhin kann sich der Bauelement-Speicher-Transportabschnitt auch auf einer anderen räumlichen Höhe wie der erste Bestückautomat-Transportabschnitt und der zweite Bestückautomat-Transportabschnitt befinden. Dies hat den Vorteil, dass das Bestücksystem sehr flexibel ausgestaltet werden kann.
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Der Bauelement-Speicher-Transportabschnitt kann als sogenannter Bypass ausgebildet sein, welcher einen Bauelementträger kurzzeitig aus der Prozesslinie bzw. der Transportrichtung entnimmt bzw. daran vorbeiführt. Dies kann beispielweise sinnvoll sein, wenn an einem bestimmten Bauelementträger von einem bestimmten Bestückautomaten keine Bestückungen vorgenommen werden müssen. Weiterhin kann auch nur eine Gruppe aus einer Mehrzahl von Bauelementträgern über den Bypass geleitet und separat behandelt werden, während die anderen Bauelementträger von der Mehrzahl von Bauelementträgern entlang der Prozesslinie weitergeführt und bearbeitet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bestücksystem eines der folgenden Merkmale auf: i) der Bauelement-Speicher ist oberhalb der Transportvorrichtung angeordnet, ii) der Bauelement-Speicher ist unterhalb der Transportvorrichtung angeordnet, oder iii) der Bauelement-Speicher ist neben der Transportvorrichtung angeordnet. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass das Bestücksystem sehr flexibel ausgestaltet werden kann.
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Die Transportvorrichtung kann sich von den ersten Bestückautomaten direkt zu dem zweiten Bestückautomaten erstrecken. Der Bauelement-Speicher kann hierbei oberhalb, unterhalb oder neben der Transportvorrichtung angeordnet sein, wobei der Bauelement-Speicher immer noch zwischen dem ersten Bestückautomaten und dem zweiten Bestückautomaten angeordnet ist. Dadurch ist die räumliche Positionierung des Bauelement-Speichers sehr flexibel und kann in eine Mehrzahl von Fertigungslinien integriert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Transportvorrichtung eine Haupterstreckungsrichtung auf, welche parallel zu einer Transportrichtung von den Bauelementträgern und senkrecht zur Richtung der Schwerkraft orientiert ist. Dies hat den Vorteil, dass das Bestücksystem in bewährte und etablierte Systeme integriert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in der Fertigungslinie der weitere Bestückautomat räumlich näher an dem ersten Bestückautomaten als an dem Bauelement-Speicher angeordnet, wenn der weitere Bestückautomat räumlich näher an dem ersten Bestückautomat als an dem zweiten Bestückautomaten angeordnet ist. Alternativ ist der weitere Bestückautomat räumlich näher an dem zweiten Bestückautomat als an dem Bauelement-Speicher angeordnet, wenn der weitere Bestückautomat räumlich näher an dem zweiten Bestückautomat als an dem ersten Bestückautomaten angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Fertigungslinie besonders effizient betrieben werden kann.
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Die Positionierung des Bauelement-Speichers innerhalb einer Fertigungslinie findet nicht zwingend in der Mitte der Fertigungslinie statt, sondern wird nach analytischen Maßstäben platziert, wobei die effizienteste Position für den Bauelement-Speicher gefunden wurde.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der erste Bestückautomat eine erste Bestückleistung auf, der zweite Bestückautomat weist eine zweite Bestückleistung auf, und der weitere Bestückautomat weist eine weitere Bestückleistung auf. Hierbei sind die erste Bestückleistung und die zweite Bestückleistung jeweils größer als die weitere Bestückleistung. Dies hat den Vorteil, dass die Fertigungslinie noch effizienter betrieben werden kann.
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Der Bauelement-Speicher sollte also räumlich möglichst nahe an den Bestückautomaten platziert werden, welche eine besonders hohe Bestückleistung aufweisen. Zudem sollte der Bauelement-Speicher räumlich näher an denjenigen Bestückautomaten platziert werden, welche eine besonders hohe Bestückleistung aufweisen als an jenen, welchen eine geringere Bestückleistung aufweisen. Bauelement Speicher, welche eine hohe Bestückleistung aufweisen, können auch einen höheren Verbrauch an Bauelementen aus Bauelement-Aufbewahrelementen haben als Bestückautomaten mit geringerer Bestückleistung. Es müssen also häufiger Bauelement-Aufbewahrelemente aus dem Bauelement-Speicher für Bestückautomaten mit hoher Bestückleistung bereitgestellt werden als für Bestückautomaten mit geringer Bestückleistung. Wenn der Bauelement-Speicher nun räumlich näher an den schnellen Bestückautomaten platziert wird, so werden damit auch die Wege, welche ein Operator zurücklegen muss, am effizientesten reduziert.
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Bei der Bestückleistung steht hierbei die Anzahl der bestückten Bauelemente pro Zeiteinheit im Vordergrund und nicht die Schnelligkeit, beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit des Bestückkopfes. Die Bestückleistung kann also z.B. in der Einheit „bestückte Bauelemente pro Stunde“ angegeben werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der erste Bauelement-Speicher der ersten Fertigungslinie und der zweite Bauelement-Speicher der zweiten Fertigungslinie derart angeordnet, dass beide von einer Geraden geschnitten werden, welche senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der ersten Fertigungslinie und/oder senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der zweiten Fertigungslinie orientiert ist. Dies hat den Vorteil, dass Wege effizient reduziert werden können.
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Die Bauelement-Speicher von zwei parallelen Fertigungslinien können räumlich nebeneinander angeordnet sein. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Operator ein Bauelement-Aufbewahrelement aus dem ersten Bauelement-Speicher der ersten Fertigungslinie entnehmen und in die zweite Fertigungslinie einbringen, wenn dieses Bauelement-Aufbewahrelement gerade in dem zweiten Bauelement-Speicher der zweiten Fertigungslinie ausgegangen ist. Mit der beschriebenen Anordnung muss der Operator keine zusätzlichen Wege zurücklegen, wenn er merkt, dass in einem Bauelement-Speicher das benötigte Bauelement-Aufbewahrelement gerade nicht mehr vorhanden ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Fertigungsanlage ferner eine Transfervorrichtung auf, welche an den ersten Bauelement-Speicher der ersten Fertigungslinie und an den zweiten Bauelement-Speicher der zweiten Fertigungslinie gekoppelt ist, so dass Bauelement-Aufbewahrelemente zwischen dem ersten Bauelement-Speicher und dem zweiten Bauelement-Speicher transferierbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Versorgung mit Materialien an der Fertigungsanlage immer gesichert ist.
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Die Transfervorrichtung kann ähnlich der Transportvorrichtung ausgebildet sein. So kann die Transfervorrichtung beispielsweise als Förderband ausgebildet sein, welches den ersten Bauelement-Speicher mit dem zweiten Bauelement-Speicher verbindet. Die Transfervorrichtung kann jedoch auch anders konfiguriert sein, beispielsweise als Roboter, insbesondere als fahrbarer Roboter, welcher ein Bauelement-Aufbewahrelement von dem ersten Bauelement-Speicher zu dem zweiten Bauelement-Speicher transferiert. Weiterhin kann die Transfervorrichtung auch als ein Greifarm ausgebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste Bauelement-Speicher konfiguriert, um mittels der Transfervorrichtung Bauelement-Aufbewahrelemente an den zweiten Bauelement-Speicher zu transferieren, und/oder der zweite Bauelement-Speicher ist konfiguriert, um mittels der Transfervorrichtung Bauelement-Aufbewahrelemente an den ersten Bauelement-Speicher zu transferieren. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass die Fertigungsanlage besonders effizient betrieben werden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind ein Operator bzw. ein Roboter nicht zwingend erforderlich, um ein Transferieren von Bauelement-Aufbewahrelemente zwischen Bauelement-Speichern auszulösen. Stattdessen können die Bauelement-Speicher konfiguriert sein, automatisch die Bauelement-Aufbewahrelemente auszugeben, sobald diese an einer anderen Fertigungslinie benötigt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Fertigungsanlage ferner ein Materiallager auf, welches konfiguriert ist zum Lagern von Bauelement-Aufbewahrelementen, und welches mit der Transfervorrichtung gekoppelt ist, so dass Bauelement-Aufbewahrelemente von dem Materiallager direkt zu der Transfervorrichtung befördert werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Fertigungsanlage ständig mit ausreichenden Materialmengen versorgt wird.
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Das Materiallager kann hierbei als räumliches Lager ausgestaltet sein, welches beispielsweise Fächer und Regale zum Aufbewahren von Materialien aufweist. Das Materiallager kann ebenfalls als Materialspeicher bzw. Materialturm ausgestaltet sein. Das Materiallager stellt hierbei einen zentralen Punkt dar, welcher die Versorgung mit Materialien an eine Mehrzahl von Fertigungslinien ermöglicht. Solche Materialien können beispielsweise Bauelement-Aufbewahrelemente aufweisen. Die Materialien können über mobile Einheiten, insbesondere Roboter, zu der Transfervorrichtung befördert werden, von welcher aus sie zu den jeweiligen Bauelement-Speichern der Fertigungslinien transferiert werden können. Weiterhin kann auch der Bauelement-Speicher selbst direkt von Robotern beladen werden. Beispielsweise kann ein Roboter Materialien in Lagerfächer des Bauelement-Speichers legen. Weiterhin es ist auch möglich, eine Beförderer-Vorrichtung zwischen dem Materiallager und der Transfervorrichtung anzuordnen. Diese Beförderer-Vorrichtung kann beispielsweise als Förderband ausgebildet sein, so dass Materialien direkt von dem Materiallager zu der Transfervorrichtung befördert werden können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieses Dokuments sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
- 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Systems zum Bestücken eines Bauelementträgers mit Bauelementen.
- 2 zeigt eine Draufsicht einer Fertigungslinie.
- 3 zeigt eine Draufsicht einer Fertigungsanlage.
- 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauelement-Speichers.
- 5 zeigt eine Fertigungsanlage und einen Materialspeicher gemäß dem Stand der Technik.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt der logistische Aufwand bei der Materialversorgung derzeit einen dominanten Anteil bei der Bedienung einer Fertigungslinie bzw. einer Fertigungsanlage dar. Die Materialversorgung ist oft heterogen gelöst, weil es wenige passende Lösungen gibt. Dieser logistische Aufwand wird auf Basis des vorliegenden Dokuments deutlich reduziert werden durch signifikante Reduktion der Wege an der Fertigungslinie bzw. der Fertigungsanlage.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Grundidee darin, mehrere Funktionen zu verknüpfen und dadurch einen Bauelement-Speicher direkt in eine Fertigungslinie zu integrieren. Im vorliegenden Beispiel wird eine Transportvorrichtung, insbesondere ein Förderband, mit einem Bauelement-Speicher verknüpft. Es entsteht ein Modul mit der Fähigkeit Material ein- und auszulagern und dennoch einen Fluss eines zu bestückenden Bauelementträgers zu ermöglichen. Dieses Modul lässt sich direkt in eine Fertigungslinie integrieren und die Wege werden bereits deutlich reduziert. Der Weg zum Erreichen des Bauelement-Speichers liegt nun beispielsweise bei 2 m bzw. 4 m und damit im Schnitt bei 6 m (Hin- und Rückweg) im Vergleich zu 40 m wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die Zeitersparnis liegt im selben Verhältnis. Zudem ist das Material nun einer Fertigungslinie zugeordnet und nicht mehr mehreren Fertigungslinien. Damit sind Aufteilungen pro Produkt, Los oder Abteilung einfach.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Bauelement-Speicher im Idealfall nach analytischen Maßstäben platziert und nicht die Mitte der Fertigungslinie gewählt, sondern der im Mittel schnellste Pfad. Dies bedeutet, dass die Wege zu den Bestückautomaten mit hoher Bestückleistung, sogenannten High-Speed-Maschinen, am Anfang der Fertigungslinie stärker reduziert werden wie die Wege zu den Bestückautomaten mit geringerer Bestückleistung, weil diese im Schnitt weniger Bauelement-Aufbewahrelemente pro Zeiteinheit benötigen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind verschiedene Bauelement-Speicher Einheiten durch eine Transfervorrichtung verbunden. Dies bedeutet, dass ein zentraler Punkt, insbesondere ein Materiallager, existiert, der die Speisung mit Material der mehrfachen Bauelement-Speicher Einheiten ermöglicht. Über diesen Punkt erfolgt die Versorgung der Bauelement-Speicher Einheiten mit Nachschub z.B. über mobile Einheiten, insbesondere Roboter.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Redundanzprinzip auf die Bauelement-Speicher angewendet. Wenn keine strenge Aufteilung des Materials pro Fertigungslinie notwendig ist, werden die Bauelement-Speicher ähnlich einem sogenannten Raid-System bei Computer-Festplatten parallel betrieben. Dies bedeutet, dass im Idealfall jedes Bauelement-Aufbewahrelement einmal in mindestens zwei Bauelement-Speichern (d.h. in Summe mindestens zweimal) gehalten wird, um beim Ausfall eines ersten Bauelement-Speichers aus dem redundanten System die Versorgung der ersten Fertigungslinie über einen zweiten Bauelement-Speicher der zweiten Fertigungslinie zu ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die funktionale Anreicherung der Bauelement-Speicher mit weiteren Funktionen vorgesehen, z.B. i) eine Speicherfunktionen für Leiterplatten ähnlich einem Stacker, ii) einer Wendestation, oder iii) einem UV-Härter für Klebepunkte oder Ähnliches. Damit lasst sich faktisch, ohne zusätzlichen Platzbedarf, die heutige Länge der Fertigungslinie erzielen, weil diese Funktion ohnehin an dieser Stelle platziert war. Genutzt wird die Höhe des Fertigungslinienverbundes und die Breite des Fertigungslinienverbundes, weshalb die sogenannte „Floor-Space-Performance“ der Fertigungslinie aufgrund des Entfalls des ehemaligen Bauelement-Speicher-Bereiches vor der Fertigungslinie zusätzlich steigt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen das Bestücksystem, die Fertigungslinie und die Fertigungsanlage die folgenden Vorteile auf: i) eine Steigerung der Produktivität durch Reduktion der Wege, ii) ein Ermöglichen von einem Algorithmus zur Minimierung der mittleren Wege aufgrund der Leistung pro Einheit und Rollengröße, iii) ein Ermöglichen einer zentralen Einspeisung mit Material, iv) ein Ermöglichen des Redundanzprinzips, und v) eine Verbesserung der Floor-Space-Performance.
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Es werden somit mehrere existierende Funktionen an bislang ungenutzter Position integriert. Ein Algorithmus der Wegeplanung mittels Rollengröße und Leistung wird ermöglicht und das Redundanzprinzip von Raid-Systemen kann auf den Bereich der Bauelement-Speicher von Fertigungslinien übertragen werden.
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1 zeigt ein Bestücksystem 100 zum Bestücken von Bauelementträgern 130 mit Bauelementen 135. Das System 100 weist einen ersten Bestückautomaten 110 auf, welcher konfiguriert ist zum Bestücken von den Bauelementträgern 130 mit Bauelementen 135a aus einem ersten Bauelement-Aufbewahrelement 136a. Der erste Bestückautomat 110 weist einen ersten Bestückkopf 112 zum Bestücken von Bauelementen 135a auf, welcher an einem Trägerarm 111 des ersten Bestückautomaten beweglich und verschiebbar angebracht ist. Weiterhin weist der erste Bestückautomat 110 eine erste Bauelement-Zuführeinheit (nicht gezeigt) auf, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des ersten Bauelement-Aufbewahrelements 136a, so dass Bauelemente 135a aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement 136a von dem ersten Bestückkopf 112 abholbar sind.
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Weiterhin weist das System einen zweiten Bestückautomaten 120 auf, welcher konfiguriert ist zum Bestücken von den Bauelementträgern 130 mit Bauelementen 135b aus einem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement 136b. Der zweite Bestückautomat 120 weist einen zweiten Bestückkopf 122 zum Bestücken von Bauelementen 135b auf, welcher an einem Trägerarm 121 des zweiten Bestückautomaten beweglich und verschiebbar angebracht ist. Weiterhin weist der zweite Bestückautomat 120 eine zweite Bauelement-Zuführeinheit (nicht gezeigt) auf, welche konfiguriert ist zum Aufnehmen des zweiten Bauelement-Aufbewahrelements 136b, so dass Bauelemente 135b aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement 136b von dem zweiten Bestückkopf 122 abholbar sind. Beide Bestückautomaten sind auf Rollen 113, 123 gelagert, um, wenn nötig, diese im Raum verschiebbar zu sein.
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Hierbei sind die Bauelement-Aufbewahrelemente 136a, 136b, welche jeweils einen auf einer Rolle aufgerollten Bauelement-Gurt aufweisen, konfiguriert, um in die erste Bauelement-Zuführeinheit des ersten Bestückautomaten 110 bzw. in die zweite Bauelement-Zuführeinheit des zweiten Bestückautomaten 120 manuell mittels eines Operators eingebracht zu werden.
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Ferner weist das Bestücksystem eine Transportvorrichtung 160 auf, welche konfiguriert ist zum Transportieren der Bauelementträger 130 von dem ersten Bestückautomaten 110 zu dem zweiten Bestückautomaten 120. Die Transportvorrichtung 160 weist eine Haupterstreckungsrichtung H auf, welche parallel zu einer Prozess- bzw. Transportrichtung P von den Bauelementträgern 130 und senkrecht zur Richtung der Schwerkraft G orientiert ist. Die Prozessrichtung beginnt hierbei an einem Anfangsabschnitt 101, bevor ein Bauelementträger 130 mit Bauelementen 135a aus dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement 136a bestückt wird, und verläuft in Richtung eines Endabschnitts 102, nachdem der Bauelementträger 130 mit Bauelementen 135b aus dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement 136b bestückt worden ist. Die Transportvorrichtung 160 weist einen ersten Bestückautomat-Transportabschnitt 160a auf, welcher in dem ersten Bestückautomaten 110 angeordnet ist, und einen zweiten Bestückautomat-Transportabschnitt 160b, welcher in dem ersten Bestückautomaten 110 angeordnet ist.
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Ebenfalls weist das Bestücksystem 100 einen Bauelement-Speicher 150 auf, welcher zwischen dem ersten Bestückautomaten 110 und dem zweiten Bestückautomaten 120 an der Transportvorrichtung 160 angeordnet ist, und welcher einen Speicherraum 151 aufweist, welcher konfiguriert ist zum Speichern von dem ersten Bauelement-Aufbewahrelement 136a und dem zweiten Bauelement-Aufbewahrelement 136b. Hierbei weist der Bauelement-Speicher 150 eine automatische Ausgabevorrichtung zum automatischen Ausgeben von den Bauelement-Aufbewahrelementen 136a, 136b an den Operator auf.
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Die Transportvorrichtung 160 weist weiterhin einen Bauelement-Speicher-Transportabschnitt 160c auf, welcher durch den Bauelement-Speicher 150 hindurch angeordnet ist, wobei sich der Bauelement-Speicher-Transportabschnitt 160c auf derselben räumlichen Höhe befindet wie der erste Bestückautomat-Transportabschnitt 160a und der zweite Bestückautomat-Transportabschnitt 160b.
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2 zeigt eine Fertigungslinie 200 zum Fertigen von elektronischen Baugruppen. Die Fertigungslinie 200 weist hierbei ein Bestücksystem 100 wie für 1 beschrieben, auf. Weiterhin weist die Fertigungslinie 200 einen weiteren Bestückautomaten 240 auf, welcher an der Transportvorrichtung 160 angeordnet ist, und welcher konfiguriert ist zum Bestücken von Bauelementträgern 130 mit Bauelementen 135 aus einem weiteren Bauelement-Aufbewahrelement. Weiterhin weist die Fertigungslinie 200 einen Lotpasten-Drucker 272 und einen Ofen 280 auf. Die Fertigungslinie 200 kann auch zusätzlich die folgenden Komponenten aufweisen: Magazinentlader 270, Markierer 271, Lotpasten-Inspektionsvorrichtung 273, Puffer 274, CPI-Vorrichtung 275, automatische optische Inspektionsvorrichtung (AOI) 281, und Magazinlader 282.
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Der weitere Bestückautomat 240 ist räumlich näher an dem ersten Bestückautomaten 110 als an dem Bauelement-Speicher 150 angeordnet, wobei der weitere Bestückautomat 240 räumlich näher an dem ersten Bestückautomaten 110 als an dem zweiten Bestückautomaten 120 angeordnet ist. Auch ist ein weiterer Bestückautomat 240 räumlich näher an dem zweiten Bestückautomaten 120 als an dem Bauelement-Speicher 150 angeordnet, wobei der weitere Bestückautomat 240 räumlich näher an dem zweiten Bestückautomaten 120 angeordnet ist als an dem ersten Bestückautomaten 110. Hierbei ist eine erste Bestückleistung des ersten Bestückautomaten 110 und eine zweite Bestückleistung des zweiten Bestückautomaten 120 jeweils größer als die Bestückleistungen der weiteren Bestückautomaten 240.
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3 zeigt eine Fertigungsanlage 300 zum Fertigen von elektronischen Baugruppen. Die Fertigungsanlage 300 weist drei Fertigungslinie 200a, 200b und 200c auf, welche jeweils der Fertigungslinie entsprechen, welche für 2 beschrieben wurde. Die Haupterstreckungsrichtung H der ersten Fertigungslinie 200a, die Haupterstreckungsrichtung H der zweiten Fertigungslinie 200b und die Haupterstreckungsrichtung H der dritten Fertigungslinie 200c sind parallel zueinander angeordnet. Außerdem sind der erste Bauelement-Speicher 350a der ersten Fertigungslinie 200a, der zweite Bauelement-Speicher 350b der zweiten Fertigungslinie 200b und der dritte Bauelement-Speicher 350c der dritten Fertigungslinie 200c derart angeordnet, dass alle drei von einer Bauelement-Speicher-Geraden geschnitten werden, welche senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung H der Fertigungslinien 200a, 200b, 200c orientiert ist.
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Die Fertigungsanlage 300 weist ferner eine Transfervorrichtung 390 auf, welche an den ersten Bauelement-Speicher 350a der ersten Fertigungslinie 200a, an den zweiten Bauelement-Speicher 350b der zweiten Fertigungslinie 200b und den dritten Bauelement-Speicher 350c der dritten Fertigungslinie 200c gekoppelt ist. Hierbei sind die zweite Fertigungslinie 200b und die dritte Fertigungslinie 200c über einen ersten Abschnitt der Transfervorrichtung 390a gekoppelt und die erste Fertigungslinie 200a und die zweite Fertigungslinie 200b sind über einen zweiten Abschnitt der Transfervorrichtung 390b gekoppelt. Auf diese Weise sind Bauelement-Aufbewahrelemente 136 zwischen dem ersten Bauelement-Speicher 350a, dem zweiten Bauelement-Speicher 350b und dem dritten Bauelement-Speicher 350c transferierbar. Somit ist beispielsweise der erste Bauelement-Speicher 350a konfiguriert, um mittels der Transfervorrichtung 390, 390a, 390b ein benötigtes Bauelement-Aufbewahrelement 136 an den zweiten Bauelement-Speicher 350b oder den dritten Bauelement-Speicher 350c zu transferieren, wenn der zweite Bauelement-Speicher 350b oder der dritte Bauelement-Speicher 350c das benötigte Bauelement-Aufbewahrelement 136 nicht enthalten.
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Die Fertigungsanlage 300 weist ferner ein Materiallager 391 auf, welches konfiguriert ist zum Lagern von Bauelement-Aufbewahrelementen 136, und welches mit der Transfervorrichtung 390 gekoppelt ist, so dass Bauelement-Aufbewahrelemente 136 von dem Materiallager 391 direkt zu der Transfervorrichtung 390 befördert werden können.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bauelement-Speichers 450, welcher in Draufsicht und Frontalansicht dargestellt ist. In der Draufsicht ist dargestellt, dass sich die Transportvorrichtung 460 durch den Bauelement-Speicher 450 hindurch erstreckt. Gemäß der Frontalansicht weist der Bauelement-Speicher 450 eine Anzeige 452 auf, mittels welcher der Bauelement-Speicher 450 von einem Operator manuell gesteuert werden kann. Weiterhin weist der Bauelement-Speicher 450 zwei automatische Ausgabevorrichtungen 453 zum automatischen Ausgeben von Bauelement-Aufbewahrelementen 136 an den Operator auf. Hierbei kann eine Ausgabevorrichtung 453 als Eingabe und die andere Ausgabevorrichtung 453 als Ausgabe ausgestaltet sein. Ebenfalls kann die obere Ausgabevorrichtung 453 für einen menschlichen Operator geeignet sein und die untere für einen Roboter. Jede der Ausgabevorrichtungen 453 ist an einen Speicherraum 151 innerhalb des Bauelement-Speichers verbunden, wobei die Speicherräume 151 räumlich voneinander getrennt sind.
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Es sollte bemerkt werden, dass der Begriff „aufweisend“ nicht andere Elemente oder Schritte ausschließt und, dass das Verwenden von Artikeln wie „ein“ keine Mehrzahl ausschließt. Ebenfalls können Elemente, welche im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte weiterhin bemerkt werden, dass Bezugszeichnen in den Ansprüchen nicht ausgelegt werden sollen, um den Umfang dieser Ansprüche zu begrenzen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bestücksystem
- 101
- Anfangsabschnitt
- 102
- Endabschnitt
- 110
- Erster Bestückautomat
- 111, 121
- Trägerarm
- 112, 122
- Bestückkopf/Haltevorrichtung
- 120
- Zweiter Bestückautomat
- 113, 123
- Stützen/Rollen
- 130
- Bauelementträger
- 135a,b
- Bauelement
- 136a,b
- Bauelement-Aufbewahrelement
- 150, 350, 450
- Bauelement-Speicher
- 350a,b,c
- Erster, zweiter, dritter Bauelement-Speicher
- 151
- Speicherraum
- 160, 460
- Transportvorrichtung
- 160a
- Erster Bestückautomat-Transportabschnitt
- 160b
- Zweiter Bestückautomat-Transportabschnitt
- 160c
- Bauelement-Speicher-Transportabschnitt
- 200
- Fertigungslinie
- 200a,b,c
- Erste, zweite, dritte Fertigungslinie
- 240
- Weiterer Bestückautomat
- 270, 570
- Magazinentlader
- 271, 571
- Markierer
- 272, 572
- Lotpasten-Drucker
- 273, 573
- Lotpasten-Inspektionsvorrichtung
- 274, 574
- Puffer
- 275, 575
- CPI-Vorrichtung
- 280, 580
- Ofen
- 281, 581
- Automatische optische Inspektionsvorrichtung
- 282, 582
- Magazinlader
- 300
- Fertigungsanlage
- 390
- Transfervorrichtung
- 390a,b
- Abschnitte der Transfervorrichtung
- 391
- Materiallager
- 452, 552
- Anzeige
- 453, 553
- Ausgabevorrichtung
- 500
- System aus dem Stand der Technik
- 510
- Bestückautomat
- 550
- Materialschrank
- G
- Richtung der Schwerkraft
- H
- Haupterstreckungsrichtung
- P
- Prozessrichtung, Transportrichtung
