DE102021117281B3

DE102021117281B3 - Automatisches Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung mittels eines fahrerlosen Transportfahrzeugs in Verbindung mit einer fein positionierbaren Positioniereinreichtung

Info

Publication number: DE102021117281B3
Application number: DE102021117281.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes JUSTINGER; Vincent Pfeifer
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2041-07-06
Also published as: JP2023009011A; JP7378544B2; DE102021117281B9; CN115582680A

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung (100, 200, 300) zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung (190) an einem Bestückautomaten (380). Die beschriebene die Vorrichtung (100, 200, 300) weist auf (a) ein fahrerloses Transportfahrzeug (110, 310) mit einem Fahrwerk (112) und einem Lastaufnahmemittel (114), wobei das Fahrwerk (112) konfiguriert ist, das Lastaufnahmemittel (114) mit einer ersten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten (380) zu positionieren; (b) eine Positioniereinrichtung (130, 330), welche an dem Lastaufnahmemittel (114) angebracht ist; und (c) eine Aufnahmeeinrichtung (140, 340) zum temporären Aufnehmen zumindest einer Bauelement-Zuführeinrichtung (190), wobei die Positioniereinrichtung (130, 330) konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung (140, 340) mit einer zweiten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten (380) zu positionieren, wobei die zweite räumliche Genauigkeit größer ist als die erste räumliche Genauigkeit. Ferner wird beschrieben ein Verfahren zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung (391, 392) an einem Bestückautomaten (380) mittels einer solchen Vorrichtung (100, 200, 300).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Fertigung von elektronischen Baugruppen, wobei Bauelementeträger mit elektronischen Bauelementen bestückt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Bereitstellung von elektronischen Bauelementen für einen Bestückautomaten, welcher in einem kontinuierlichen Betrieb eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen zu verarbeiten hat. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum automatischen Austauschen einer ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung direkt an einem Bestückautomaten.
Hintergrund der Erfindung
Die Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen, insbesondere Surface Mount Device (SMD) Bauelementen, erfolgt üblicherweise mit Bestückautomaten nach dem sogenannten „PICK-AND-PLACE“-Prinzip. Dabei werden mittels einer Bauelement-Zuführeinrichtung bereitgestellte Bauelemente von einem Bestückkopf des Bestückautomaten aufgenommen, hin zu einem Bestückungsbereich transportiert, in welchem sich ein zu bestückender Bauelementeträger, beispielsweise eine Leiterplatte, befindet, und dann an vorbestimmten Bauelements-Einbauplätzen auf dem Bauelementeträger platziert.
Zur Gewährleistung einer hohen Bestückleistung, d.h. einer hohen Anzahl an Bauelementen, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verarbeitet werden, werden die Bauelemente bevorzugt in Gurten, beispielsweise mit sog. Kunststoff-Blistern oder auch in stabilen Pappstreifen mit Ausnehmungen, konfektioniert und mittels einer geeigneten Bauelement-Zuführeinrichtung dem Bestückprozess zugeführt. Mit solchen Gurten kann ein Bestückautomat über einen langen Zeitraum ohne Stillstand betrieben werden.
Um einen möglichst unterbrechungsfreien Betrieb eines Bestückautomaten zu gewährleisten, ist es bekannt, (kurz) vor dem „Aufbrauchen“ eines Bauelement-Gurtes an das Ende dieses Gurtes einen neuen Bauelement-Gurt mittels einer sog. Spleißverbindung anzubringen. Ein solches Anspleißen, welches typischerweise an dem betreffenden Bestückautomaten von einer Bedienperson durchgeführt wird, ist jedoch arbeitsaufwändig und auch fehleranfällig.
Es ist ferner bekannt, anstelle eines Anspleißens eines neuen Bauelement-Gurts an einen (alten) Bauelement-Gurt, eine ganze Bauelement-Zuführeinrichtung ggf. zusammen mit einem Rest eines ersten Bauelement-Gurtes gegen eine vorkonfigurierte zweite Bauelement-Zuführeinrichtung auszutauschen, wobei die Vorkonfiguration darin besteht, dass bereits ein zweiter Bauelement-Gurt in diese zweite Bauelement-Zuführeinrichtung eingelegt ist. Allerdings erfordert auch ein solcher Austausch einer Bauelement-Zuführeinrichtung samt eingelegten Bauelement-Gurt immer noch eine erheblichen Bedienaufwand, der manuell von einer Bedienperson auszuführen ist.
Um diesen Bedienaufwand zu reduzieren, ist es darüber hinaus bekannt, an Bestückautomaten einer Fertigungslinie eine Schiene anzubringen, entlang welcher ein Roboter verfahren werden kann, um eine vorkonfigurierte zweite Bauelement-Zuführeinrichtung von einem Ende der Fertigungslinie zu einem Bestückautomaten zu transportieren, dort automatisch eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung gegen die vorkonfigurierte zweite Bauelement-Zuführeinrichtung auszutauschen und die ausgetauschte erste Bauelement-Zuführeinrichtung zurück zu dem Ende der Fertigungslinie zu transportieren. Ein Nachteil dieses Ansatzes besteht jedoch darin, dass der Roboter an der Seite der Fertigungslinie relativ viel Platz braucht, um im Einsatz ohne die Gefahr von Kollisionen, beispielsweise mit einer Bedienperson, verwendet werden zu können. Dadurch erhöht sich der Platzbedarf für eine Fertigungslinie, so dass innerhalb einer vorgegebenen Fläche einer Fabrik weniger Bestückautomaten bzw. Fertigungslinien aufgestellt werden können. Dies gilt insbesondere (a) für Fertigungslinien mit größeren Bestückautomaten, bei denen von zwei Seiten aus, d.h. links und rechts von der Fertigungslinie, Bauelemente zugeführt werden sowie (b) für Fertigungslinien, welche parallel neben einer anderen Fertigungslinie aufgestellt sind und demzufolge einen erhöhten Zwischenraum zu der jeweils benachbarten Fertigungslinie erfordern. Es ist offensichtlich, dass sich durch einen erhöhten Platz- bzw. Flächenbedarf die Bestückleistung verringert, die innerhalb einer Fabrik bereitgestellt werden kann.
DE 10 2019 130 028 A1 offenbart mit 1 samt zugehöriger Beschreibung ein autonomes intelligentes Fahrzeug (Autonomous Intelligent Vehicle, AIV), welches eingerichtet ist, um einen Förderer-Handwagen in eine Bestückmaschine hinein und aus einer Bestückmaschine heraus zu transportieren. Das AIV umfasst eine Basis, die mit Rädern versehen ist, damit sie über eine Bodenfläche fahren kann. Das AIV ist mit Steuermitteln zum Antreiben der Räder ausgestattet ist. Das AIV umfasst ferner einen Hebeträger für ein Heben eines im Einsatz befindlichen Förderer-Handwagens. Der Hebeträger kann unter Kontrolle der Steuermittel selektiv auf eine erste Kuppelhöhe und eine zweite Kuppelhöhe bewegt werden. Dafür kann ein geeigneter elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktuator verwendet werden. Der Hebeträger ist auf seiner Oberseite mit einer Vielzahl von Komponenten versehen, um mit einen Förderer-Handwagen in Eingriff zu kommen.
US 2021 / 0 168 978 A1 offenbart mit 2 samt zugehöriger Beschreibung eine Fertigungslinie mit mehreren Bestückautomaten, die entlang einer Transportrichtung einer Transportvorrichtung für zu bestückende oder zumindest teilweise bereits bestückte Leiterplatten hinter einem Lotpastendrucker und einer Lotpasten-Inspektionsmaschine angeordnet sind. Zwischen der Lotpasten-Inspektionsmaschine und dem entlang der Transportrichtung ersten Bestückautomaten befindet sich, unterhalb der Transportvorrichtung, ein Speicherraum für Bauelement-Zuführvorrichtungen. Ferner ist ein Roboter vorgesehen, welcher an den verschiedenen Bestückautomaten einen Austausch von Bauelement-Zuführvorrichtungen vornehmen kann. Ein automatisch geführtes Fahrzeug (automatic guided vehicle, AGV) sorgt für einen Transfer von Bauelement-Zuführvorrichtungen zwischen dem Speicherraum und dem Roboter.
EP 2 874 481 A1 offenbart mit 3 samt zugehöriger Beschreibung ein Bestückungsmodul, welches unter anderem Bauelemente aus Bauelementgurten, welche mit Zuführvorrichtungen zugeführt werden, auf Leiterplatten bestückt. Mittels einer Austauschvorrichtung können Zuführvorrichtungen, die im Betrieb an dem Bestückungsmodul angebracht sind, ausgetauscht werden. Die Austauschvorrichtung ist auf einer beweglichen Plattform angebracht, die entlang einer Führungslinie neben mehreren Bestückungsmodulen verfahrbar ist. Dadurch kann ein und dieselbe Austauschvorrichtung Zuführvorrichtungen an verschiedenen Bestückungsmodule austauschen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, innerhalb eines vorgegebenen „Flächenangebots“ eine hohe Bestückleistung zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Vorrichtung zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung an einem Bestückautomaten. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einem Fahrwerk und einem Lastaufnahmemittel, wobei das Fahrwerk konfiguriert ist, das Lastaufnahmemittel innerhalb eines Arbeitsbereiches auf einer Bodenfläche mit einer ersten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten zu positionieren; (b) eine Positioniereinrichtung, welche an dem Lastaufnahmemittel angebracht ist; und (c) eine Aufnahmeeinrichtung zum temporären Aufnehmen zumindest einer Bauelement-Zuführeinrichtung, wobei die Positioniereinrichtung konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung mit einer zweiten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten zu positionieren, wobei die zweite räumliche Genauigkeit größer ist als die erste räumliche Genauigkeit.
Der beschriebenen Vorrichtung zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung, im Folgenden auch kurz Austauschvorrichtung genannt, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Kombination von zwei Positioniersystemen, einem grob positionierbaren fahrerlosen Transportfahrzeug (FTF) und einer fein bzw. genau positionierbaren Positioniereinrichtung, ein automatischer Austausch einer ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung exakt an der Stelle des Bestückautomaten durchgeführt werden kann, an welcher eine Zuführung der entsprechenden Bauelemente zu einen Bestückprozess erforderlich ist, welcher mit dem genannten Bestückautomaten durchgeführt wird.
Bei diesem Austausch kann die erste Bauelement-Zuführeinrichtung aus einem Aufnahmeschacht des Bestückautomaten entnommen und in die Aufnahmeeinrichtung transferiert werden. Ferner kann die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung von der Aufnahmeeinrichtung in den Aufnahmeschacht des Bestückautomaten transferiert werden.
Aufgrund der vergleichsweise hohen Positioniergenauigkeit der beschriebenen Positioniereinrichtung kann ein herkömmliches und kommerziell erhältliches fahrerloses Transportfahrzeug verwendet werden, welches beispielsweise eine Positioniergenauigkeit von lediglich ±10 mm hat. Im Ergebnis wird durch die vergleichsweise hohe Positioniergenauigkeit der Positioniereinrichtung, welche beispielsweise ±0,5 mm, ±0,25 mm, ±0,10 mm oder sogar noch weniger betragen kann, eine für einen Austausch von Bauelement-Zuführeinrichtungen ausreichende räumliche Genauigkeit erreicht.
Auch für die beschriebene Positioniereinrichtung kann ein herkömmliches Positioniersystem verwendet werden. Ein solches kann beliebige geeignete Antriebskomponenten wie beispielsweise Spindelantriebe aufweisen.
Die Aufnahmeeinrichtung kann ein Handhabungssystem umfassen, welches alle erforderlichen Operationen „Vorort“, d.h. am Bestückautomaten durchführt, um den Austausch der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung zu realisieren. Dazu können insbesondere zählen (a) ein Entfernen der bis vor kurzem im Betrieb befindlichen ersten Bauelement-Zuführeinrichtung aus dem betreffenden Aufnahmeschacht am Bestückautomaten, (b) ein temporäres Aufnehmen der erste Bauelement-Zuführeinrichtung (zusätzlich zu der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung, und (c) ein positionsgenaues Einführen der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung, welche in Kürze Ihren Betrieb aufnehmen soll, in den betreffenden Aufnahmeschacht.
Die erste und/oder die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung kann dahingehend vorkonfiguriert sein, dass sie Bauelemente enthält bzw. enthalten, die für den jeweiligen Bestückprozess erforderlich sind. Die Bauelemente können insbesondere in bekannter Weise in sog. Bauelement-Gurten verpackt sein. Das Einführen der Bauelement-Gurte in die betreffende Bauelement-Zuführeinrichtung kann manuell bereits im Vorfeld von dem eigentlichen Austausch der Bauelement-Zuführeinrichtung erfolgen. Dadurch ist ein (mühsames) manuelles Einfädeln eines solchen Bauelement-Gurtes „Vorort“ nicht mehr erforderlich und die für den Austausch erforderliche Zeitspanne kann reduziert werden.
Typischerweise enthält oder enthielt die erste Bauelement-Zuführeinrichtung eine Mehrzahl von ersten Bauelementen und die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung enthält eine Mehrzahl von zweiten Bauelementen. Abhängig von den jeweiligen Bestückungsaufgaben bzw. der Art der herzustellenden elektronischen Baugruppen können die ersten Bauelemente und die zweiten Bauelemente vom gleichen oder von einem unterschiedlichen Typ sein.
Durch die Verwendung des fahrerlosen Transportfahrzeugs kann die beschriebene Austauschvorrichtung vergleichsweise weite Wegstrecken relativ schnell zurücklegen. Eine solche Wegstrecke kann sich beispielsweise von einer Arbeitsstation, an welcher eine Bedienperson Bauelement-Zuführvorrichtungen in der vorstehend beschriebenen Weise vorkonfiguriert, zu der Stelle bzw. dem Aufnahmeschacht einer auszutauschenden Bauelement-Zuführeinrichtung erstrecken. Dabei kann die Stelle eine von einer Vielzahl von Stellen sein, welche sich innerhalb einer Fabrikhalle an den verschiedenen Bestückautomaten von ggf. verschiedenen Fertigungslinien für elektronische Baugruppen befinden. Durch die Verwendung der beschriebenen Positioniereinrichtung kann, nachdem sich das fahrerlose Transportfahrzeug (mit seiner vergleichsweise geringen Positioniergenauigkeit) an die betreffende Stelle des Bestückautomaten hinbewegt hat, schnell eine geeignete Feinpositionierung der Aufnahmeeinrichtung realisiert werden. Dadurch kann ein schneller Austausch bzw. Wechsel einer Bauelement-Zuführeinrichtung realisiert werden, so dass ein solcher Wechsel zu keiner oder nur zu einer geringfügigen negativen Beeinträchtigung der Bestückleistung führt.
Das Lastaufnahmemittel kann jede beliebige mechanische Struktur sein, welche derart konfiguriert ist, dass daran eine erste Komponente der Positioniereinrichtung anbringbar ist. Die mechanische Struktur kann beispielsweise eine Plattform sein, die an der (oberen) Oberfläche (eines Gehäuses) des FTF angebracht oder ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Architektur, welche einen Aufbau der Vorrichtung aus an sich bekannten und kommerziell erhältlichen Komponenten möglich macht. Dadurch kann die beschriebene Vorrichtung auf einfache, effektive und auch vergleichsweise kostengünstige Weise realisiert werden. Ferner kann die beschriebene Vorrichtung zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung aufgrund der hohen Bewegungsfreiheit des FTF auf einem Fabrikboden, auf welchem der betreffenden Bestückautomat typischerweise zusammen mit mehreren anderen Bestückautomaten aufgestellt ist, Bauelement-Zuführvorrichtungen an allen relevanten Seiten des betreffenden Bestückautomaten austauschen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen Positionssensor für eine Erfassung der aktuellen Position der Aufnahmeeinrichtung relativ zu einer Zielposition an dem Bestückautomaten auf. Die Zielposition ist dabei insbesondere diejenige Position an dem Bestückautomaten, an dem sich die erste (auszutauschende) Bauelement-Zuführeinrichtung befindet. Diese Zielposition kann durch eine geeignete (individuelle) Markierung gekennzeichnet bzw. definiert sein und ist natürlich räumlich fest mit dem betreffenden Aufnahmeschacht verknüpft. Für mehrere Aufnahmeschachte kann auch eine gemeinsame Markierung vorgesehen sein.
Der beschriebene Positionssensor kann erst dann verwendet werden, wenn sich das fahrerlose Transportfahrzeug an die betreffende finale Position an dem Bestückautomaten bewegt hat. Dann kann die Positioniereinrichtung unter Berücksichtigung eines Positionssignals des Positionssensors die Positioniereinrichtung geregelt und hochgenau so ansteuern, dass sich die Aufnahmeeinrichtung exakt in einer Position befindet, in der ein fehlerfreier Austausch der Bauelement-Zuführeinrichtung gewährleistet werden kann.
Der Positionssensor kann beispielsweise eine herkömmliche Kamera mit einer nachgeschalteten Bildauswerteeinheit aufweisen, welche mit einer Steuereinheit für die Positioniereinrichtung kommunikativ gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen Identifikationssensor auf, welcher konfiguriert ist, ein Identifikationsmerkmal zu erfassen und auszuwerten, welches einer vorgegebenen Stelle für eine Bauelement-Zuführeinrichtung an dem Bestückautomaten zugeordnet ist. Die vorgegebene Stelle ist dabei typischerweise der Aufnahmeschacht der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung.
Durch die Verwendung des beschriebenen Identifikationssensors kann vor einem Austausch der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung sichergestellt werden, dass die Vorrichtung bzw. genauer die Aufnahmeeinrichtung an die richtige Stelle gefahren worden ist, so dass ein Austausch einer falschen Bauelement-Zuführeinrichtung zuverlässig verhindert werden kann. Auf diese Weise können effektiv unerwünschte Fehlbestückungen vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das fahrerlose Transportfahrzeug in Kombination mit der Positioniereinrichtung konfiguriert, die Aufnahmeeinrichtung entlang von drei Translationsfreiheitsgraden zu positionieren.
Die drei Translationsfreiheitsgrade können grundsätzlich auf die beiden Komponenten „fahrerloses Transportfahrzeug“ und „Positioniereinrichtung“ aufgeteilt werden. Es muss allerdings sichergestellt werden, dass im Ergebnis die Aufnahmeeinrichtung mit der erforderlichen Genauigkeit positioniert werden kann. Insbesondere kann es erforderlich sein, dass die genauere Positioniereinrichtung einen Translationsfreiheitsgrad entlang einer horizontalen x-Richtung hat, welche parallel zu einer Reihe von mehreren Bauelement-Zuführeinrichtungen verläuft, die nebeneinander an dem Bestückautomaten angeordnet sind. Abhängig von der konkreten Architektur des Bestückautomaten kann diese horizontale x-Richtung parallel zu einer Transportrichtung verlaufen, entlang welcher zu bestückende Bauelementeträger in einem Bestückbereich des Bestückautomaten eingefahren und nach einer zumindest teilweisen Bestückung aus diesem Bestückbereich wieder herausgefahren werden.
Bevorzugt ist die Positioniereinrichtung ferner konfiguriert, die Aufnahmeeinrichtung auch entlang einer vertikalen z-Richtung mit einer hohen Genauigkeit zu positionieren. Dadurch können beispielsweise Unebenheiten eines Fußbodens, auf welchem sich das fahrerlose Transportfahrzeug bewegt, mit hoher Genauigkeit ausgeglichen werden.
Weiter bevorzugt ist die Positioniereinrichtung ferner konfiguriert, die Aufnahmeeinrichtung auch entlang einer horizontalen y-Richtung zu positionieren, sodass auch entlang dieser Richtung eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden kann. Dies kann die Fehlerrobustheit des Austauschs der (ersten) Bauelement-Zuführeinrichtung weiter erhöhen.
In Bezug auf die Translationsfreiheitsgrade des fahrerlosen Transportfahrzeugs ist es bei den meisten Ausführungsformen ausreichend, wenn sich dieses lediglich innerhalb einer durch die x-Richtung und die y-Richtung aufgespannten Ebene bewegen kann. Dies ist typischerweise die Ebene eines Fußbodens, auf welchem sich das fahrerlose Transportfahrzeug ohnehin bewegen muss, um für einen Transport der Bauelement-Zufuhrvorrichtungen zwischen (i) einer Arbeitsstation zum Vorkonfigurieren von Bauelement-Zuführeinrichtungen und (ii) der betreffenden Stelle an dem betreffenden Bestückautomaten zu sorgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das fahrerlose Transportfahrzeug in Kombination mit der Positioniereinrichtung konfiguriert, die Aufnahmeeinrichtung entlang von zumindest einem Rotationsfreiheitsgrad zu positionieren.
Dieser Rotationsfreiheitsgrad, sofern er eine Rotationsachse parallel zu der vertikalen z-Richtung betrifft, kann auf einfache Weise durch das fahrerlose Transportfahrzeug bereitgestellt werden. Dieses ist nämlich in der Regel ohnehin konfiguriert, sich innerhalb der horizontalen x/y-Ebene frei zu bewegen.
Bevorzugt weist jedoch die Positioniereinrichtung diesen Rotationsfreiheitsgrade um die z-Achse (parallel zu der vertikalen z-Richtung) auf. Dadurch kann auch die Rotation in Bezug auf die vertikale z-Achse mit einer besonders hohen Genauigkeit realisiert werden.
Weiter bevorzugt weist die Positioniereinrichtung ferner einen Rotationsfreiheitsgrad in Bezug auf eine zu der x-Richtung parallele x-Achse und/oder einen Rotationsfreiheitsgrad in Bezug auf eine zu der y-Richtung parallele y-Achse auf. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise auch bei längeren Einschub- und Herausziehwegen der betreffenden Bauelement-Zufuhrvorrichtung in bzw. aus einem länglichen Aufnahmeschacht des Bestückautomaten ein sanftes und ruckelfreies und damit ein zuverlässiges Austauschen der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung erreicht werden.
Die umfangreichen Rotationsfreiheitsgrade und/oder Translationsfreiheitsgrade der Positioniereinrichtung können insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die (zweite) Bauelement-Zuführeinrichtung entlang bzw. auf einer Profilschiene in ihre finale Position an dem Bestückautomaten eingeschoben werden muss. Eine solche Profilschiene, welche beispielsweis (im Querschnitt senkrecht zu der Einschieberichtung) eine sog. Omega Profil sein kann, gewährleistet in bekannter Weise eine hohe Positionsstabilität der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung. Dies gilt auch während eines länger andauernden Bestückprozesses. Dabei ist es natürlich erforderlich, dass bevorzugt an der Unterseite der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung ein zu dem Profilquerschnitt der Profilschiene komplementäres ausgebildet bzw. vorhanden ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Positioniereinrichtung einen Hexapod auf. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise und mit einem an sich bekannten Positioniermechanismus alle sechs räumlichen Freiheitsgrade (drei translatorische sowie drei rotatorische Freiheitsgrade) durch die Positioniereinrichtung mit hoher Genauigkeit realisiert werden können.
Unter einem „Hexapod“ versteht man in diesem Zusammenhang eine spezielle Form einer sog. Parallel Kinematik Maschine, die über sechs Beine veränderlicher Länge verfügt, welche individuell aber miteinander koordiniert eingestellt werden können. Ein Hexapod basiert auf einer vergleichsweise einfachen Konstruktion und weist eine hohe Dynamik auf, welche auf vorteilhafte Weise eine schnelle Positionierung entlang aller sechs räumlichen Freiheitsgraden ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner auf (i) eine erste Steuereinheit für eine Steuerung das fahrerlosen Transportfahrzeugs und (ii) eine zweite Steuereinheit für eine Steuerung der Positioniereinrichtung.
Die beschriebene Trennung der Steuerung der beiden Komponenten „fahrerloses Transportfahrzeug“ und „Positioniereinrichtung“ hat den Vorteil, dass die in diesem Dokument beschriebene Austauschvorrichtung nicht nur in Bezug auf die erforderliche Hardware sondern auch in Bezug auf die Steuerung ohne größere Umbauten der Hardware und der Steuersoftware mit einem bekannten fahrerlosen Transportfahrzeug realisiert werden kann. Dabei kann dieses bekannte fahrerlose Transportfahrzeug ein Teil eines Transportsystems mit einer ganzen Flotte von fahrerlosen Transportfahrzeugen sein. Es ist also nicht erforderlich, für die erforderliche zweidimensionale Bewegung des fahrerlosen Transportfahrzeugs auf einer Bodenfläche eine eigene Steuerung zu entwerfen. Die beiden Steuereinheiten, welche für einen koordinierten Betrieb der beiden Komponenten mit einer übergeordneten Steuereinheit kommunikativ gekoppelt sein können, können durch in Hardware getrennte Steuereinheiten oder durch eine Virtualisierung in einem gemeinsamen einzigen Prozessor realisiert sein.
Durch die beschriebene durch Hardware und/oder durch Virtualisierung vorgenommene Trennung der Steuerungen von Transportfahrzeug und Positioniereinrichtung kann die in diesem Dokument beschriebene Austauschvorrichtung auf einfache Weise dadurch realisiert werden, dass bei einem bekannten fahrerlosen Transportfahrzeug eine vergleichsweise einfache mechanische und steuerungstechnische Modifikation vorgenommen wird, welche der bekannten Funktionalität der zweidimensionalen Bewegung des fahrerlosen Transportfahrzeuges die Feinpositionierungsfunktionalität durch die Positioniereinrichtung hinzufügt.
Die erste Steuereinheit und/oder die zweite Steuereinheit kann mit zumindest einem von den vorstehend beschriebenen Sensoren „Positionssensor“ und „Identifikationssensor“ gekoppelt sein. Dadurch kann zumindest in einem Bereich nahe des Bestückautomaten eine geregelte und damit hochgenaue Positionierung durch das fahrerlose Transportfahrzeug und/oder durch die Positioniereinrichtung realisiert werden und/oder eine Verifikation eines korrekten Austausches der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung vorgenommen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine Handhabungseinrichtung auf, welche an der Aufnahmeeinrichtung angebracht oder ausgebildet ist. Die Handhabungseinrichtung ist konfiguriert, (i) eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung von einem Aufnahmeschacht des Bestückautomaten zu der Aufnahmeeinrichtung zu transferieren und (ii) eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung von der Aufnahmeeinrichtung in den Aufnahmeschacht des Bestückautomaten zu transferieren.
Die Handhabungseinrichtung kann eine beliebige mechanische Struktur mit einer in Bezug zu der Aufnahmeeinrichtung beweglichen Komponente sein, welche derart bewegt werden kann, dass sie die erforderliche Handhabung für den beschriebenen Transfer der Bauelement-Zuführvorrichtung ausführen kann.
Die Bewegung der Handhabungseinrichtung kann von einer dritten Steuereinheit kontrolliert werden. Dies kann zusammen mit der zweiten Steuereinheit in einer gemeinsamen Hardware beispielsweise mittels einer virtualisierenden Software realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Handhabungseinrichtung eine Greifeinheit auf. Diese kann beispielsweise ein beweglicher Roboterarm sein, welcher alle für den beschriebenen Transfer der Bauelement-Zuführeinrichtung erforderlichen Handhabungsoperationen durchführen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Handhabungseinrichtung eine Schiebe-/Zugeinrichtung und einen Koppelmechanismus auf, welcher konfiguriert ist, die erste Bauelement-Zuführeinrichtung oder die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung lösbar mit der Schiebe-/Zugeinrichtung zu befestigen. Dadurch kann auf besonders einfache Weise der vorstehend beschriebene Transfer der ersten bzw. der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem Aufnahmeschacht des Bestückautomaten realisiert werden. Insbesondere ist lediglich eine eindimensionale Bewegung der Schiebe-/Zugeinrichtung erforderlich, beispielsweise entlang der vorstehend beschriebenen horizontalen y-Richtung. Eine Bewegung entlang anderer Richtungen ist deshalb nicht erforderlich, weil bei einer geeigneten Feinpositionierung der Aufnahmeeinrichtung durch die Positioniereinrichtung in Translation und/oder in Rotation beispielsweise die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung in eine entlang der horizontalen x-Richtung und entlang der vertikalen z-Richtung optimale Lage in Bezug auf den Aufnahmeschacht des Bestückautomaten gebracht werden kann.
Der Koppelmechanismus kann beispielsweise eine mechanische Struktur mit einer ersten Komponente an der Schiebe-/Zugeinrichtung und einer zweiten Komponente an der betreffenden Bauelement-Zuführeinrichtung sein. Ein lösbares Fixieren der Bauelement-Zuführeinrichtung an der Schiebe-/Zugeinrichtung kann dadurch realisiert werden, dass der Koppelmechanismus von einem ersten Betriebszustand, in dem die beiden Komponenten nicht miteinander wechselwirken, in einen zweiten Betriebszustand überführt wird, in dem sich die beiden Komponenten miteinander in einem mechanischen Eingriff befinden. Alternativ oder in Kombination kann der Koppelmechanismus auch magnetische Komponenten aufweisen, wobei bevorzugt eine erste Komponente einen Elektromagneten aufweist, der bei einer geeigneten Bestimmung eine ferromagnetische zweite Komponente magnetisch anzieht.
In einer mechanisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform ist die Schiebe-/Zugeinrichtung als eine bewegliche Wand der Aufnahmeeinrichtung realisiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen (elektrischen) Energiespeicher auf, welcher primär dem fahrerlosen Transportfahrzeug zugeordnet ist, wobei der Energiespeicher sekundär auch für eine Aktuierung der Positioniereinrichtung vorgesehen ist.
In dieser ebenfalls besonders vorteilhaften Ausführungsform wird anschaulich ausgedrückt der Energiespeicher, welcher ohnehin in jedem bekannten fahrerlosen Transportfahrzeug enthalten ist, zusätzlich für die Funktionalität der Feinpositionierung durch die Positioniereinrichtung und/oder für den Betrieb der vorstehend beschriebene Handhabungseinrichtung verwendet. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise auf einen zweiten (elektrischen) Energiespeicher verzichtet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner auf eine Schnittstelle zum lösbaren Anbringen der Positioniereinrichtung (zusammen mit der Aufnahmeeinrichtung) an dem Lastaufnahmemittel.
Durch die beschriebene lösbare Anbringbarkeit kann die in diesem Dokument beschriebene Austauschvorrichtung mittels eines modularen Aufbaus realisiert werden. Diese bedeutet, dass auf bzw. an das fahrerlose Transportfahrzeug verschiedene Arten von Positioniereinrichtungen und/oder Aufnahmeeinrichtungen angebracht werden können. Dadurch können bei einer Verwendung von räumlich unterschiedlich ausgebildeten Bauelement-Zuführeinrichtungen für den Bestückautomaten und/oder für unterschiedliche Bestückautomaten einer Fertigungslinie an ein und demselben Typ von fahrerlosem Transportfahrzeug verschiedene Module angebracht werden, die jeweils zumindest eine Positioniereinrichtung und eine Aufnahmeeinrichtung aufweisen, welche an die jeweils auszutauschende Bauelement-Zuführeinrichtung angepasst ist. Dabei können sich unterschiedliche Bauelement-Zuführeinrichtungen beispielsweise durch ihre Breite unterscheiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung an einem Bestückautomaten mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Das Verfahren weist auf (a) ein Aufgreifen einer zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung an einer Arbeitsstation (zum insbesondere manuellen Vorkonfigurieren der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung); (b) ein Platzieren der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung in der Aufnahmeeinrichtung; (c) ein Bewegen des fahrerlosen Transportfahrzeugs von der Arbeitsstation zu dem Bestückautomaten in einen räumlichen Bereich mit der ersten räumlichen Genauigkeit, in welchem räumlichen Bereich sich eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung befindet; (d) ein Positionieren der Aufnahmeeinrichtung an eine vorbestimmte Stelle innerhalb des räumlichen Bereiches mit der zweiten Genauigkeit; (e) ein Transferieren der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung von einem Aufnahmeschacht des Bestückautomaten in die Aufnahmeeinrichtung; und (f) ein Transferieren der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung von der Aufnahmeeinrichtung in den Aufnahmeschacht des Bestückautomaten.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die erfindungsgemäße Kombination von zwei Positioniersystemen, dem grob positionierbaren fahrerlosen Transportfahrzeug und der fein bzw. genau positionierbaren Positioniereinrichtung, die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung mit einer hohen räumlichen Genauigkeit genau an die Stelle gebracht werden kann, an welcher ein problemloser Austausch der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung erfolgen kann. Dabei kann unter einem „problemlosen Austausch“ insbesondere ein Austausch verstanden werden, bei welchem der Transfer der beiden Bauelement-Zuführeinrichtungen hochgenau und damit mit einem vernachlässigbaren oder zumindest einem sehr geringen mechanischem Widerstand erfolgt. Dies bedeutet in der Regel einen Transfer frei von einem „Verkanten“ und/oder frei von einem „Ruckeln“.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (g) ein Bewegen des fahrerlosen Transportfahrzeugs von dem räumlichen Bereich zu der Arbeitsstation und (h) ein Übergeben der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung von der Aufnahmeeinrichtung an die Arbeitsstation. Dadurch kann die erste Bauelement-Zuführeinrichtung ohne eine Beeinträchtigung des Bestückbetriebs für einen zukünftigen Einsatz in dem Bestückautomaten oder in einem anderen Bestückautomaten vorkonfiguriert werden. Diese Vorkonfiguration kann, wie vorstehend bereits beschrieben, darin bestehen, dass ein neuer Bauelement-Gurt in die erste Bauelement-Zuführeinrichtung eingeführt wird. Dabei kann der neue Bauelement-Gurt in Bezug zu dem alten zumindest teilweise verbrauchten Bauelement-Gurt der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung mit den gleichen elektronischen Bauelementen oder mit anderen elektronischen Bauelemente befüllt sein.
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.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen..
Figurenliste

1 zeigt eine Austauschvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Austauschvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 3a bis 3h zeigen schematisch einen Austausch einer ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung unter Verwendung der in 1 dargestellten Austauschvorrichtung.

Detaillierte Beschreibung
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 Bezugszeichen versehen sind, welche in den letzten beiden Ziffern identisch sind mit den Bezugszeichen von entsprechenden gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmalen bzw. Komponenten. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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.
1 zeigt eine Austauschvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Austauschvorrichtung 100 weist ein kommerziell erhältliches fahrerloses Transportfahrzeug 110 auf, welche ein Fahrwerk 112 sowie ein Lastaufnahmemittel 114 umfasst. In 1 ist das Fahrwerk schematisch mit einem Rad 112 dargestellt, welches auf einer Bodenfläche, auf welcher sich das fahrerlose Transportfahrzeug 110 bewegt, abrollt. Das Lastaufnahmemittel 114 ist bei dem hier verwendeten fahrerlosen Transportfahrzeug 110 einfach die obere Oberfläche eines Gehäuses. Diese hat eine ausreichende mechanische Stabilität, um die nachstehend beschriebenen weiteren Komponenten der Austauschvorrichtung 100 zu tragen.
Die Austauschvorrichtung 100 weist ferner eine erste Steuereinheit 116 auf, welche (drahtlos) mit einer (nicht dargestellten) zentralen Steuereinrichtung verbunden ist und das fahrerlose Transportfahrzeug 110 dahingehend steuert, dass es sich an eine beliebige vorbestimmte Stelle auf der Bodenfläche bewegt. Ferner weist das fahrerlose Transportfahrzeug einen in 1 schematisch dargestellten elektrischen Energiespeicher 118 auf. Der Energiespeicher 118 ist insbesondere ein wiederaufladbarer Akku.
An dem Lastaufnahmemittel 114 ist eine Positioniereinrichtung 130 angebracht, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein sogenannter Hexapod ist. Der Hexapod 130 umfasst zwei Platten, welche mit sechs in der Länge verstellbaren Beine verbunden sind. Die Länge der Beine kann individuell aber koordiniert zueinander so geändert werden können, dass sich die obere Platte relativ zu der unteren Platte bewegt. Diese Bewegung, welche mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt werden kann, kann entlang von allen sechs Freiheitsgraden (drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade) erfolgen.
Die Austauschvorrichtung 100 weist ferner eine in 1 schematisch dargestellte Aufnahmeeinrichtung 140 auf, welche fest an der oberen Platte des Hexapods 130 angebracht ist. An der Aufnahmeeinrichtung 140, welche mittels des Hexapods 130 mit einer hohen Genauigkeit bewegt bzw. positioniert werden kann, ist ein Positionssensor 142 angebracht. Der Positionssensor 142 kann eine Referenzmarkierung (optisch) erfassen, welche (i) an einem Gehäuse eines in 1 nicht dargestellten Bestückautomaten angebracht ist und welche (ii) einem Aufnahmefach für eine an dem Bestückautomaten angebrachte Bauelement-Zuführeinrichtung 190 räumlich fest zugeordnet ist. Durch eine geeignete Bildauswertung mittels einer nicht dargestellten nachgeschalteten Bildauswerteeinheit kann die genaue relative Position der Aufnahmeeinrichtung 140 in Bezug auf die Referenzmarkierung ermittelt werden. Die entsprechende räumliche relative Lage zwischen der Aufnahmeeinrichtung 140 und dieser Referenzmarkierung kann einer zweiten Steuereinheit 146 kommuniziert werden, welche den Hexapod 130 so ansteuert, dass sich die Aufnahmeeinrichtung 140 exakt in eine vorbestimmte räumliche Position und/oder Orientierung bewegt. Diese vorbestimmte räumliche Position/Orientierung zeichnet sich dadurch aus, dass, wie nachstehend anhand der 3a bis 3h beschrieben, ein zuverlässiger und reibungsloser Austausch einer an dem Bestückautomaten lösbar angebrachten Bauelement-Zufuhrvorrichtung durchgeführt werden kann.
Ein solcher Austausch einer ersten Bauelement-Zufuhrvorrichtung gegen eine zweite Bauelement-Zufuhrvorrichtung erfolgt, nach der vorstehend beschriebenen präzisen räumlichen Positionierung der Aufnahmeeinrichtung 140, mittels einer Handhabungseinrichtung 150. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Handhabungseinrichtung 150 eine Schiebe-/Zugeinrichtung 152 sowie einen Koppelmechanismus 154 auf. Die Schiebe-/Zugeinrichtung 152 ist entlang einer Bodenplatte der Aufnahmeeinrichtung 140 verschiebbar. Der Koppelmechanismus 154, der aus zwei Koppelkomponenten besteht, befindet sich zwischen der Schiebe-/Zugeinrichtung 152 und der jeweiligen Bauelement-Zuführeinrichtung 190. Eine der beiden Koppelkomponenten ist der Schiebe-/Zugeinrichtung 152 zugeordnet und die andere der beiden Koppelkomponenten ist der Bauelement-Zuführeinrichtung 190 zugeordnet. In einem ersten Betriebszustand des Koppelmechanismus 154 sind die beiden Koppelelemente miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise mittels einer aktivierten Magnetkraft und/oder mittels eines mechanischen Eingriffs erfolgen. In einem zweiten Betriebszustand sind die beiden Koppelelemente voneinander entkoppelt.
An der Aufnahmeeinrichtung 140 ist ferner ein Identifikationssensor 144 angebracht. Dieser dient dazu, ein in 1 nicht dargestelltes Identifikationsmerkmal zu erfassen, welches in unmittelbarer Nähe eines Aufnahmeschachtes für eine Bauelement-Zuführeinrichtung an dem betreffenden Bestückautomaten angebracht und diesem Aufnahmeschacht logisch zugeordnet ist. Durch eine Erkennung dieses Identifikationsmerkmals kann vor einem Austausch der Bauelement-Zuführeinrichtung verifiziert werden, dass auch tatsächlich die korrekte Bauelement-Zuführeinrichtung ausgetauscht wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellte Bauelement-Zuführeinrichtung 190 derart konfiguriert ist, dass sie in Anlehnung einer Kassette in ihrem Inneren einen Bauelement-Gurt 194 aufnehmen kann. Dies bedeutet, dass bei einem Wechsel bzw. einem Austausch der Bauelement-Zuführeinrichtung 190 automatisch auch die in dem Bauelement-Gurt 194 enthaltenen elektronischen Bauelemente, welche dem Bestückprozess in dem Bestückautomaten zugeführt werden, gewechselt werden. Die anderen in 1 erkennbaren Bauteile der Bauelement-Zuführeinrichtung 190 sind bekannte Standard-Bauteile einer solchen Bauelement-Zuführeinrichtung und werden an dieser Stelle deshalb nicht weiter erläutert.
2 zeigt eine Austauschvorrichtung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Austauschvorrichtung 200 ist das fahrerlose Transportfahrzeug 110 das gleiche wie jenes bei der Austauschvorrichtung 100. Im Unterschied zu der Austauschvorrichtung 100 ist hier die ebenfalls als Hexapod ausgebildete Positioniereinrichtung 130 jedoch nicht direkt an dem Lastaufnahmemittel 110 angebracht. Vielmehr ist an dem Lastaufnahmemittel 110, welches erneut die Oberfläche des Gehäuses des fahrerlosen Transportfahrzeugs 110 ist, eine mechanische Schnittstelle 260 vorgesehen, welche mittels einer einfachen Rahmenstruktur realisiert ist. In 2 ist diese Rahmenstruktur 260 als eine U-förmige Struktur dargestellt, wobei ein unterer Schenkel des „U“ lösbar an dem Lastaufnahmemittel 114 angebracht ist.
An dem in 2 oben dargestellten Schenkel des „U“ ist die stationäre Platte des Hexapods 130 befestigt. Die bewegliche Platte des Hexapods 130 ist mit einer Aufnahmeeinrichtung 240 verbunden, die in der Querschnittsdarstellung von 2 mit einer oberen länglichen Komponente und einer unteren länglichen Komponente dargestellt ist, welche in nicht dargestellte Weise mechanisch starr miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden länglichen Komponenten ist der eigentliche Aufnahmeraum der Aufnahmeeinrichtung 140 ausgebildet.
Auch bei der Austauschvorrichtung 200 ist eine Schiebe-/Zugeinrichtung 252 und ein Koppelmechanismus 254 vorgesehen. Die Schiebe-/Zugeinrichtung 252 befindet sich in 2 in ihrer linken Endposition und kann bei einer entsprechenden Aktivierung durch einen nicht dargestellten Antrieb (zusammen mit der Bauelement-Zuführeinrichtung 190) nach rechts in einen nicht dargestellten Aufnahmeschacht eines Bestückautomaten eingeschoben werden.
Die vorstehend erwähnte Lösbarkeit der Rahmenstruktur 260 von dem Lastaufnahmemittel 114 ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen Austausch (i) der Rahmenstruktur 260 zusammen mit den anderen daran angebrachten Komponenten gegen (ii) eine andere Rahmenstruktur erneut mit entsprechenden daran angebrachten Komponenten. Dies bedeutet, dass ein und dasselbe fahrerlose Transportfahrzeug 110 mit unterschiedlichen Komponenten „Positioniereinrichtung“, „Aufnahmeeinrichtung“ und/oder „Handhabungseinrichtung“ ausgestattet werden kann.
Die 3a bis 3h zeigen schematisch einen Austausch einer ersten Bauelement-Zuführeinrichtung gegen eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung unter Verwendung der in 1 dargestellten Austauschvorrichtung 100.
3a zeigt, wie sich die Austauschvorrichtung, die nun mit dem Bezugszeichen 300 versehen ist, lediglich unter Verwendung des fahrerlosen Transportfahrzeugs 310 an die Stelle neben einem Bestückautomaten angenähert hat, an welcher der Austausch der Bauelement-Zuführeinrichtung stattfinden soll. Der Bestückautomat bzw. genauer eine untere Rahmenstruktur des Bestückautomaten ist mit dem Bezugszeichen 380 versehen.
Oberhalb der unteren Rahmenstruktur 380 ist in den 3a bis 3h ein Transportsystem 382 für Bauelementeträger dargestellt, die in einen Bestückbereich des Bestückautomaten eingebracht und dort mit elektronischen Bauelementen bestückt werden. In 3a ist die Bauelement-Zuführeinrichtung, mit der die nicht dargestellten Bauelemente einem ebenfalls nicht dargestellten Bestückkopf zur Abholung an einer Abholposition präsentiert werden, mit dem Bezugszeichen 391 versehen. Nachfolgend wird die Bauelement-Zuführeinrichtung 391 als die erste Element-Zuführeinrichtung bezeichnet. Der zu bestückende Bauelementeträger ist in den 3a bis 3h nicht dargestellt.
Wie bereits bei der vorstehenden ausführlichen Beschreibung der Austauschvorrichtung 100 erläutert, befindet sich eine weitere Bauelement-Zuführeinrichtung auf bzw. an der Aufnahmeeinrichtung 340, welche an der beweglichen Komponente der einen Hexapod aufweisenden Positioniereinrichtung 330 angebracht ist. Die stationäre Komponente des Hexapods 330 ist an dem nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Lastaufnahmemittel des fahrerlosen Transportfahrzeugs 310 angebracht.
Wie bereits vorstehend beschrieben, wird nach der Grobpositionierung durch das fahrerlose Transportfahrzeug 310 die Positioniereinrichtung 330 so angesteuert, dass die Aufnahmeeinrichtung 340 exakt in eine Position gebracht wird, in der ein reibungsloser Austausch der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung 391 gegen die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung 392 realisiert werden kann. Um dafür die Positioniereinrichtung 330 bzw. deren nicht dargestellte Antriebe auf geeignete Weise ansteuern zu können, ist an der Aufnahmeeinrichtung 340 ein Positionssensor 342 angebracht, welcher eine an dem Bestückautomaten 380 vorgesehene Referenzmarkierung 384 erfasst. Eine dem Positionssensor 342 nachgeschaltete Auswerteeinheit ermittelt die genaue relative Position zwischen der Aufnahmeeinrichtung 43 und der Referenzmarkierung 384. Diese Referenzmarkierung 384 ist räumlich genau dem Ort des Aufnahmeschachts zugeordnet, in dem sich die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 befindet.
Die vorstehend bereits beschriebene Schiebe-/Zugeinrichtung ist in den 3a bis 3h mit dem Bezugszeichen 352 versehen. Der Koppelmechanismus 154, welcher in der 1 dargestellt ist, ist in diesen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Vorderseite der Aufnahmeeinrichtung 340 ein mechanisches Ausrichtungselement 348 vorgesehen. Bei einer korrekten Positionierung der Aufnahmeeinrichtung 340 relativ zu dem Aufnahmeschacht, in dem sich die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 befindet, greift das mechanische Ausrichtungselement 348 in ein in 3a nicht dargestelltes komplementäres Ausrichtungselement ein. Ohne ein solches Eingreifen befindet sich die Aufnahmeeinrichtung 340 nicht in der für einen reibungslosen Austausch der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung 391 gegen die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung 392 erforderlichen korrekten Position.
3b zeigt einen Zustand nach einer Feinpositionierung durch die Positioniereinrichtung 330. Die Aufnahmeeinrichtung 340 befindet sich in der für einen reibungslosen Austausch der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung 391 mit der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung 392 erforderlichen Position. Das hier nicht mit einem Bezugszeichen versehene mechanische Ausrichtungselement 348 der Aufnahmeeinrichtung 340 befindet sich in einem korrekten mechanischen Eingriff mit dem komplementären Ausrichtungselement an dem Bestückautomaten 380.
3c zeigen einen Zustand, in dem die Schiebe-/Zugeinrichtung 352 nach vorne bewegt worden ist, um mittels eines weiteren (nicht dargestellten) Koppelmechanismus die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 zu greifen.
3d zeigt einen Zustand, in dem die Schiebe-/Zugeinrichtung 352 wieder nach hinten verschoben worden ist und dabei die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 aus dem Aufnahmeschacht herausgezogen hat. Nun befindet sich die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 neben der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung 392. Aufgrund der Perspektive von 3d ist lediglich eine der beiden Bauelement-Zuführeinrichtungen 391, 392 zu erkennen.
3d' zeigt eine entsprechende Draufsicht auf den Bestückautomaten 380. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bestückautomat 380 zwei Aufnahmebereiches 386 für jeweils eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Bauelement-Zuführeinrichtungen auf. Zwischen den beiden Aufnahmebereichen 386 befindet sich das bereits vorstehend genannte Transportsystem für Bauelementeträger, welches schematisch mit einem Pfeil dargestellt ist, der mit dem Bezugszeichen T versehen ist, welches die Transportrichtung des Transportsystems 382 verdeutlichen soll. Die gerade aus dem Aufnahmeschacht, der in 3d' mit dem Bezugszeichen 388 versehen ist, entnommene erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 befindet sich entlang der Transportrichtung T unmittelbar neben der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung 392.
3e und 3e' zeigen die Aufnahmeeinrichtung 340 nach einem Repositionieren bzw. Verschieben entlang der Transportrichtung T. Das Repositionieren hat dazu geführt, dass nun die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung 392 mit dem Aufnahmeschacht 388 fluchtet.
3f zeigt einen Zustand, in dem die Schiebe-/Zugeinrichtung 352 wieder nach links bewegt worden ist. Dabei hat sie die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung 392 in den Aufnahmeschacht eingeschoben.
3g zeigt einen Zustand, in dem sich die Schiebe-/Zugeinrichtung 352 wieder nach rechts bewegt hat. Vor dieser Bewegung nach rechts wurde die Kopplung zwischen der Schiebe-/Zugeinrichtung 352 und der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung 392 aufgehoben. Dadurch verbleibt die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung 392 in dem Aufnahmeschacht.
3h zeigt die Bewegung der gesamten Austauschvorrichtung 300 weg von dem Bestückautomaten 380. Dazu wird das fahrerlose Transportfahrzeug 310 verwendet, welches die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 zu einer nicht dargestellten Arbeitsstation bringt. An dieser Arbeitsstation kann von einer Bedienperson ein neuer Bauelement-Gurt in die erste Bauelement-Zuführeinrichtung 391 eingelegt werden, sodass diese für einen späteren Austausch mit einer weiteren in einem weiteren Aufnahmeschacht befindlichen Bauelement-Zuführeinrichtung (oder ggf. auch mit der in dem Aufnahmeschacht 388 befindlichen ersten Bauelement-Zuführeinrichtung 391) direkt an dem Bestückautomaten 380 vorkonfiguriert ist.
Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
Bezugszeichenliste

100: Austauschvorrichtung
110: fahrerloses Transportfahrzeug
112: Fahrwerk
114: Lastaufnahmemittel
116: erste Steuereinheit
118: Energiespeicher
130: Positioniereinrichtung / Hexapod
140: Aufnahmeeinrichtung
142: Positionssensor
144: Identifikationssensor
146: zweite Steuereinheit
150: Handhabungseinrichtung
152: Schiebe-/Zugeinrichtung
154: Koppelmechanismus
190: Bauelement-Zuführeinrichtung
194: Bauelement-Gurt
200: Austauschvorrichtung
240: Aufnahmeeinrichtung
252: Schiebe-/Zugeinrichtung
254: Koppelmechanismus
260: Schnittstelle / Rahmenstruktur
300: Austauschvorrichtung
310: fahrerloses Transportfahrzeug
330: Positioniereinrichtung / Hexapod
340: Aufnahmeeinrichtung
342: Positionssensor
348: mechanisches Ausrichtungselement
352: Schiebe-/Zugeinrichtung
380: Bestückautomat (Chassis)
382: Transportsystem für Bauelementeträger / Leiterplattem
384: Referenzmarkierung
386: Aufnahmebereich für Bauelement-Zuführeinrichtungen
388: Aufnahmeschacht
391: erste Bauelement-Zuführeinrichtung
392: zweite Bauelement-Zuführeinrichtung
T: Transportrichtung von Transportsystem

Claims

Vorrichtung (100, 200, 300) zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung (190) an einem Bestückautomaten (380), die Vorrichtung (100, 200, 300) aufweisend ein fahrerloses Transportfahrzeug (110, 310) mit einem Fahrwerk (112) und einem Lastaufnahmemittel (114), wobei das Fahrwerk (112) konfiguriert ist, das Lastaufnahmemittel (114) mit einer ersten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten (380) zu positionieren; eine Positioniereinrichtung (130, 330), welche an dem Lastaufnahmemittel (114) angebracht ist; und eine Aufnahmeeinrichtung (140, 340) zum temporären Aufnehmen zumindest einer Bauelement-Zuführeinrichtung (190), wobei die Positioniereinrichtung (130, 330) konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung (140, 340) mit einer zweiten räumlichen Genauigkeit relativ zu dem Bestückautomaten (380) zu positionieren, wobei die zweite räumliche Genauigkeit größer ist als die erste räumliche Genauigkeit.
Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend einen Positionssensor (142) für eine Erfassung der aktuellen Position der Aufnahmeeinrichtung (140, 340) relativ zu einer Zielposition an dem Bestückautomaten (380).
Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Identifikationssensor (144), welcher konfiguriert ist, ein Identifikationsmerkmal zu erfassen und auszuwerten, welches einer vorgegebenen Stelle für eine Bauelement-Zuführeinrichtung (190) an dem Bestückautomaten (380) zugeordnet ist.
Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das fahrerlose Transportfahrzeug (110, 310) in Kombination mit der Positioniereinrichtung (130, 330) konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung (140, 340) entlang von drei Translationsfreiheitsgraden zu positionieren.
Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das fahrerlose Transportfahrzeug (110, 310) in Kombination mit der Positioniereinrichtung (130, 330) konfiguriert ist, die Aufnahmeeinrichtung (140, 340) entlang von zumindest einem Rotationsfreiheitsgrad zu positionieren.
Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtung einen Hexapod (130, 330) aufweist.
Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine erste Steuereinheit (116) für eine Steuerung das fahrerlosen Transportfahrzeugs (110) und eine zweite Steuereinheit (146) für eine Steuerung der Positioniereinrichtung (130).
Vorrichtung (100, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Handhabungseinrichtung (150), welche an der Aufnahmeeinrichtung (140) angebracht oder ausgebildet ist und welche konfiguriert ist, (i) eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung (190, 391) von einem Aufnahmeschacht (388) des Bestückautomaten (380) zu der Aufnahmeeinrichtung (140, 340) zu transferieren und (ii) eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung (190, 392) von der Aufnahmeeinrichtung (140, 340) in den Aufnahmeschacht (388) des Bestückautomaten (380) zu transferieren.
Vorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch 8, wobei die Handhabungseinrichtung (150) eine Greifeinheit aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch 8, wobei die Handhabungseinrichtung (150) eine Schiebe-/Zugeinrichtung (152, 352) und einen Koppelmechanismus (154) aufweist, welcher konfiguriert ist, die erste Bauelement-Zuführeinrichtung (190, 391) oder die zweite Bauelement-Zuführeinrichtung (190, 391) lösbar mit der Schiebe-/Zugeinrichtung (152, 352) zu befestigen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Energiespeicher (118), welcher primär dem fahrerlosen Transportfahrzeug (110) zugeordnet ist, wobei der Energiespeicher (118) sekundär auch für eine Aktuierung der Positioniereinrichtung (130) vorgesehen ist.
Vorrichtung (200) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 und 2, ferner aufweisend eine Schnittstelle (260) zum lösbaren Anbringen der Positioniereinrichtung (130) an dem Lastaufnahmemittel (114).
Verfahren zum Austauschen einer Bauelement-Zuführeinrichtung (391) an einem Bestückautomaten (380) mittels einer Vorrichtung (100, 200, 300) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das Verfahren aufweisend Aufgreifen einer zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung (392) an einer Arbeitsstation; Platzieren der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung (392) in der Aufnahmeeinrichtung (340); Bewegen des fahrerlosen Transportfahrzeugs (110, 310) von der Arbeitsstation zu dem Bestückautomaten (380) in einen räumlichen Bereich mit der ersten räumlichen Genauigkeit, in welchem räumlichen Bereich sich eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung (391) befindet; Positionieren der Aufnahmeeinrichtung (140, 240, 340) an eine vorbestimmte Stelle innerhalb des räumlichen Bereiches mit der zweiten Genauigkeit; Transferieren der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung (391) von einem Aufnahmeschacht (388) des Bestückautomaten (380) in die Aufnahmeeinrichtung (140, 240, 340); und Transferieren der zweiten Bauelement-Zuführeinrichtung (392) von der Aufnahmeeinrichtung (140, 240, 340) in den Aufnahmeschacht (388) des Bestückautomaten (380).
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend Bewegen des fahrerlosen Transportfahrzeugs (110, 310) von dem räumlichen Bereich zu der Arbeitsstation und Übergeben der ersten Bauelement-Zuführeinrichtung (391) von der Aufnahmeeinrichtung (140, 240, 340) an die Arbeitsstation.