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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Fertigung von elektronischen Baugruppen, wobei Bauelementeträger mit elektronischen Bauelementen bestückt werden, die in Form von Bauelementgurten einem Bestückprozess zugeführt werden, wobei jeweils ein Bauelement in einer Ausnehmung eines Bauelementgurtes aufgenommen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Bauelement-Zuführvorrichtung zum Zuführen von in Bauelementgurten verpackten Bauelementen für einen Bestückprozess, wobei die Bauelement-Zuführvorrichtung eine optische Sensorvorrichtung aufweist, welche in der Lage ist, ein Verbindungselement zwischen einem ersten Bauelementgurt und einem nachfolgenden zweiten Bauelementgurt zu erkennen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System aufweisend eine solche Bauelement-Zuführvorrichtung sowie zumindest einen Bauelementgurt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Bestückautomaten, welcher einen Bestückkopf und eine solche Bauelement-Zuführvorrichtung aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen, insbesondere Surface Mount Device (SMD) Bauelementen, erfolgt üblicherweise mit Bestückautomaten und nach dem sogenannten „PICK-AND-PLACE“-Prinzip. Dabei werden mittels einer Bauelement-Zuführvorrichtung 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 Bauelement-Einbauplätzen auf dem Bauelementeträger platziert.
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Zur Gewährleistung einer hohen Bestückleistung, d.h. einer hohen Anzahl an Bauelementen, die innerhalb einer vorgegebene Zeitspanne verarbeitet werden, werden die Bauelemente bevorzugt in sog. Bauelementgurten konfektioniert und mittels einer geeigneten Bauelement-Zuführvorrichtung für solche Gurte an einer Abholposition sequentiell dem Bestückprozess bzw. einem Bestückkopf des betreffenden Bestückautomaten zugeführt. Bei einem konfektionierten Gurt befindet sich jeweils ein Bauelement in einer von einer Vielzahl von Ausnehmungen, die in einem festen eindimensionalen Raster in dem betreffenden Bauelementgurt ausgebildet sind. Die Ausnehmungen werden anschaulich auch als Gurttaschen oder einfach als Taschen bezeichnet. Mit einem konfektionierten Bauelementgurt kann ein Bestückautomat über einen vergleichsweise langen Zeitraum mit Bauelementen versorgt und ohne einen Stillstand betrieben werden.
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Zusätzlich zu den Ausnehmungen für die Bauelemente weist ein typischer Bauelementgurt auch noch Durchgangsöffnungen auf, welche entlang der Längserstreckung des Bauelementgurts seitlich neben den Ausnehmungen ausgebildet sind. In diese Öffnung greifen Stifte eines Stiftrades ein, welches bei einer Drehung für einen Transport des betreffenden Bauelementgurtes hin zu der Abholposition sorgt. Diese Öffnungen werden daher auch und insbesondere in diesem Dokument als Transportöffnungen bezeichnet.
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Es ist offensichtlich, dass die Zuführung der Bauelemente dann ins Stocken gerät, wenn am Ende eines Gurtes die letzten Bauelemente entnommen worden sind. Um trotzdem einen Bestückprozess möglichst unterbrechungsfrei fortsetzen zu können, wird in bekannter Weise der Anfang eines nachfolgenden zweiten Gurtes mit dem Ende eines vorangehenden ersten und zumindest teilweise verbrauchten bzw. entleerten Gurtes verbunden. Ein solches Verbinden zweier Gurte, welches typischerweise unter Verwendung eines geeigneten Verbindungselementes, beispielsweise einem Klammerelement und/oder einem Klebestreifen, erfolgt, wird auch als „Spleißen“ (engl. splicing) bezeichnet. Ein solches Verbindungselement erstreckt sich typischerweise zumindest über die letzte Transportöffnung des ersten Gurtes und über die erste Transportöffnung des zweiten Gurtes.
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Im Bestückbetrieb ist es, beispielsweise aus Gründen einer geforderten Nachverfolgbarkeit von bestückten Bauelementen, erforderlich, zuverlässig zu wissen, wann eine Zuführung von ersten Bauelementen aus einem ersten Gurt endet und danach zweite Bauelemente aus einem zweiten Gurt zugeführt werden. Dafür kommen spezielle Sensoren zum Einsatz, mit denen bei einem Transport der miteinander verbundenen Gurte ein Vorbeibewegen eines entsprechenden Verbindungselementes detektiert werden kann.
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Je nach Art des Verbindungselementes können unterschiedliche Sensoren zum Erkennen einer Verbindungs- bzw. Übergangsstelle von einem vorangehenden ersten Bauelementgurt zu einem nachfolgenden zweiten Bauelementgurt verwendet werden. Bekannt sind in diesem Zusammenhang induktive Sensoren, kapazitive Sensoren und optische Sensoren. Optische Sensoren erfassen, natürlich zusammen mit einer nachgeschalteten Sensorsignal-Verarbeitungseinheit, eine zumindest teilweise optische Abdeckung von Transportöffnungen. Solche optische Sensoren sind vergleichsweise einfach und kostengünstig zu realisieren und basieren in der Regel auf dem Prinzip einer einfachen Lichtschranke. Diese gibt genau dann ein Messsignal aus, wenn sich beim Transport eines Bauelementgurtes gerade eine Transportöffnung in dem Lichtweg der Lichtschranke befindet. Ansonsten ist der Lichtweg unterbrochen. Befindet sich jedoch ein Verbindungselement über zumindest einer Transportöffnung, dann ist der Lichtweg des entsprechenden optischen Sensors unterbrochen und das der verdeckten Transportöffnung eigentlich zugeordnete Messsignal „fällt aus“. Das Ausbleiben von einem oder von mehreren dieser Messsignale ist somit indikativ für ein solches Verbindungselement und damit auch für die entsprechende Verbindungsstelle zwischen zwei Bauelementgurten.
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JP 2008 - 34 597 A offenbart eine Bauelement-Zuführvorrichtung zum Zuführen von Bauelementen, die in einem Bauelementgurt untergebracht sind. Die Bauelement-Zuführvorrichtung umfasst einen Rahmen 21. Innerhalb des Rahmens ist ein Transportkanal vorgesehen, in dem der Bauelementgurt transportiert wird. Am Anfang des Transportkanals ist eine Detektionsvorrichtung zur Detektion eines Verbindungselements vorgesehen, welche zwei aufeinander folgende Bauelementgurte miteinander verbindet. Das Verbindungselement deckt dabei in dem jeweiligen Bauelementgurt ausgebildete Transportöffnungen ab. Die Detektionsvorrichtung ist eine optische Sensorvorrichtung, die eine Lichtquelle, einen Lichtempfänger sowie ein optisches Prisma umfasst, das sich innerhalb eines optischen Pfades befindet, der sich zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger erstreckt. Das entlang des optischen Pfades propagierende Licht der Lichtquelle kann durch eine Transportöffnung hindurchtreten, sofern diese nicht durch das Verbindungselement abgedeckt ist. Ein Verbindungselement wird dann detektiert, wenn trotz einer entsprechenden aktuellen Position einer Transportöffnung der optische Pfad unterbrochen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die optische Erfassung von Verbindungs- bzw. Übergangsstellen zwischen zwei miteinander mittels eines Verbindungselementes verbundenen Bauelementgurten apparativ zu verbessern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Bauelement-Zuführvorrichtung zum Zuführen von in einem Bauelementgurt verpackten elektronischen Bauelementen zu einer Abholposition für einen Bestückkopf eines Bestückautomaten, wobei der Bauelementgurt entlang einer Längsrichtung aufweist (i) eine Vielzahl von Ausnehmungen zum Aufnehmen jeweils eines Bauelements und (ii) eine Vielzahl von Öffnungen, welche zum Zwecke eines Transports des Bauelementgurtes von Eingriffselementen eines beweglichen Antriebsmittels in Eingriff genommen werden können. Die beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung weist unter anderem auf (a) ein Gehäuse; (b) einen Transportkanal für den Bauelementgurt, wobei der Transportkanal an dem Gehäuse angeordnet ist und welcher derart ausgebildet ist, dass (im bestimmungsgemäßen Betrieb der Bauelement-Zuführvorrichtung) der Bauelementgurt bei einer Bewegung in Richtung der Abholposition räumlich geführt ist; und (c) eine optische Sensorvorrichtung, welche an dem Gehäuse (direkt oder indirekt) angebracht ist und welche eingerichtet ist, die Öffnungen in dem Bauelementgurt zu detektieren. Erfindungsgemäß weist die optische Sensorvorrichtung eine Lichtquelle, einen Lichtempfänger und eine optische Umlenkeinrichtung auf und die Lichtquelle und der Lichtempfänger sind nebeneinander auf einer gemeinsamen Platine montiert, welche auf einer ersten Seite des Transportkanals angeordnet ist. Ferner ist die optische Umlenkeinrichtung auf einer (der ersten Seite) gegenüberliegenden zweiten Seite des Transportkanals angeordnet ist. Außerdem ist die optische Sensorvorrichtung derart konfiguriert ist, dass (im bestimmungsgemäßen Betrieb der Bauelement-Zuführvorrichtung) von der Lichtquelle ausgesendetes Messlicht (i) durch eine erste Öffnung der Vielzahl von Öffnungen hindurch auf das Umlenkeinrichtung trifft und (ii) von dem Umlenkeinrichtung derart umgelenkt wird, dass es durch eine zweite Öffnung der Vielzahl von Öffnungen hindurch auf den Lichtempfänger trifft.
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Der erfindungsgemäßen Bauelement-Zuführvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung einer gemeinsamen Platine für alle mindestens erforderlichen optoelektronischen Komponenten der Sensorvorrichtung die beschriebene optische Sensorvorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann und zudem als kompakte optoelektronische Einheit einfach und platzsparend in bzw. an (dem Gehäuse) der Bauelement-Zuführvorrichtung platziert werden kann. Insbesondere ist es im Gegensatz zu bekannten Lösungen für eine optische Erkennung eines Verbindungselementes zwischen zwei miteinander verspleißten Bauelementgurten, bei denen Lichtquelle und Lichtempfänger auf unterschiedlichen Seiten des Gurtes angeordnet sind, nicht mehr erforderlich, elektrische Kontaktierungen (i) für die Lichtquelle und (ii) für den Lichtdetektor auf beiden Seiten des Transportkanals bereitzustellen. Die für Lichtquelle und Lichtempfänger erforderlichen elektrischen Verbindungsleitungen können damit einfacher und ohne eine „Überquerung“ oder „Unterquerung“ des Transportkanals realisiert werden.
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Da sich erfindungsgemäß alle optoelektronischen Komponenten der Sensorvorrichtung auf lediglich einer Seite des Transportkanals befinden, ist insgesamt das Elektronikdesign der optischen Sensorvorrichtung erheblich vereinfacht und die optische Sensorvorrichtung kann innerhalb eines vergleichsweise kleinen Bauraums bzw. eines kleinen Sensorgehäuses realisiert werden. Anschaulich ausgedrückt müssen die optoelektronischen Komponenten der Sensorvorrichtung nicht „um den Transportkanal herum konstruiert werden“.
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Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäßen Bauelement-Zuführvorrichtung besteht darin, dass die optische Sensorvorrichtung bei einem Defekt oder einem Servicefall auf einfache Weise gegen eine neue optische Sensorvorrichtung ausgetauscht werden kann. Bei einem Ausfall der optoelektronischen Komponenten Lichtquelle und Lichtempfänger können beide, da sie sich auf der gemeinsamen Platine befinden, durch einen einfachen Austausch der Platine ersetzt werden.
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Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine einfache Leuchtdiode (LED) sein. Der Lichtempfänger kann eine Photodiode oder ein Phototransistor sein. Ein Phototransistor hat gegenüber einer Photodiode typischerweise den Vorteil, dass er ein etwas höheres Ausgangssignal liefert und dadurch eine robustere Signalverarbeitung ermöglicht.
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Die beiden Komponenten Lichtquelle und Lichtempfänger können oberflächenmontierte SMD (Surface Mount Device) Bauelemente sein.
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Unter dem Begriff „Platine“ kann in diesem Dokument jede Art von bestückungsfähigem Medium verstanden werden, insbesondere ein Substrat, eine Leiterplatte oder allgemein ein Bauelementeträger. Eine Platine kann mechanisch starr oder auch flexibel sein. Sie kann auch sowohl zumindest einen ersten starren Bereich als auch zumindest einen zweiten flexiblen Bereich aufweisen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die optische Umlenkeinrichtung eine passive optische Komponente. Dies hat den Vorteil, dass die Umlenkeinrichtung mittels einer besonders einfachen optischen Struktur realisiert werden kann, welche lediglich die Aufgabe einer räumlichen Beeinflussung der Ausbreitung des von der Lichtquelle ausgesandten Messlichts erfüllen muss. Sofern dabei die Polarisation des Messlichts und/oder eine Veränderung der spektralen Verteilung des Messlichts beispielsweise durch den physikalischen Effekt der chromatischen Dispersion eingeht, ist dies für die vorliegende Erfindung unerheblich. Entscheidend für die Realisierung der optischen Umlenkeinrichtung mittels einer passiven optischen Komponente ist im Wesentlichen, dass auf der genannten zweiten Seite des Transportkanals keine Lichtumwandlungen wie z.B. eine zwischenzeitliche Umwandlung und spätere Rückumwandlung des Messlichts in ein elektrisches Signal erfolgt. Ferner wird bevorzugt die Energie des Messlichts, welche in einen lichtquellenseitigen optischen Eingang in die optische Umlenkeinrichtung eingespeist wird, (zumindest annähernd) verlustfrei an einem lichtempfängerseitigen optischen Ausgang der optische Umlenkeinrichtung ausgegeben und (durch die zweite Öffnung des Bauelementgurts) an den Lichtempfänger gesendet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die optische Umlenkeinrichtung ein Lichtführungselement auf. Dies hat den Vorteil, dass eine optisch passende Justierung zur Realisierung des genannten Lichtpfades zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger auf besonders einfache Weise realisiert werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die optische Umlenkeinrichtung ausschließlich mittels einer einstückigen oder mittels einer mehrstückigen aber fest vormontierten optischen Struktur realisiert ist.
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Das Lichtführungselement kann beispielsweise mittels eines Kunststoffbauteils realisiert werden, welches für das Messlicht transparent ist und welches eine für die erforderliche Lichtumlenkung geeignete Formgebung aufweist. Die Lichtführung kann bevorzugt zumindest teilweise auf dem physikalischen Prinzip der Totalreflexion des Messlichts an einer Außenwand des Kunststoffbauteils basieren.
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Erfindungsgemäß weist die optische Umlenkeinrichtung einen Lichtwellenleiter auf. Dies hat den Vorteil, dass die optische Umlenkeinrichtung auf besonders einfache Weise realisiert werden kann. Auch eine optisch korrekte Montage eines Lichtwellenleiters ist üblicherweise besonders einfach, weil ledig darauf geachtet werden muss, dass die beiden Enden des Lichtwellenleiters, welche einen lichtquellenseitigen optischen Eingang und einen lichtempfängerseitigen optischen Ausgang darstellen, korrekt positioniert werden.
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Erfindungsgemäß weist die optische Sensorvorrichtung ferner auf (i) ein lichtquellenseitiges optisches Element zum optischen Koppeln der Lichtquelle mit einem optischen Eingang der optischen Umlenkeinrichtung und/oder (ii) ein lichtempfängerseitiges optisches Element zum optischen Koppeln eines optischen Ausgangs der optischen Umlenkeinrichtung mit dem Lichtempfänger.
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Die beiden genannten optischen Elemente können, bei einer geeigneten räumlichen Positionierung und einer geeigneten Beeinflussung der Strahlengänge des Messlichts, für einen geringen Lichtverlust zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger sorgen. Dies kann einen wichtigen Beitrag für eine robuste Signalverarbeitung durch eine dem Lichtempfänger nachgeschaltete Sensorsignal-Verarbeitungseinheit darstellen.
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Die beiden optischen Elemente können unabhängig voneinander (i) eine optisch refraktive Komponente, z.B. eine Linse, und/oder (ii) eine optisch reflektive Komponente, z.B. eine geeignet gekrümmte Spiegelfläche, aufweisen. Anschaulich ausgedrückt können die genannten Komponenten (a) für eine geeignete Fokussierung des Messlichts von der Lichtquelle auf den optischen Eingang der optischen Umlenkeinrichtung und/oder (b) für eine geeignete Fokussierung des von dem optischen Ausgang der Umlenkeinrichtung austretenden Messlichts auf den Lichtempfänger sorgen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die optische Umlenkeinrichtung zumindest ein optisch reflektives Element auf. Dies hat den Vorteil, dass die optische Umlenkeinrichtung mit zumindest einer einfachen und bekannten optischen Standardkomponente realisiert werden kann. Das optisch reflektive Element kann beispielsweise ein Spiegel oder ein Umlenkprisma sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lichtquelle derart auf der Platine montiert, dass eine erste optische Achse für das ausgesandte Messlicht zumindest annähernd senkrecht zu einer Hauptebene der Platine orientiert ist. Alternativ oder in Kombination ist der Lichtempfänger derart auf der Platine montiert, dass eine zweite optische Achse des Lichtempfängers zumindest annähernd senkrecht zu der Hauptebene der Platine orientiert ist.
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Die erste optische Achse kann beispielsweise die Achse eines Lichtkegels sein, welcher die Geometrie von dem divergierenden Messlicht beschreibt, welches von der Lichtquelle ausgesendet wird. Die zweite optische Achse kann eine Symmetrieachse für eine Richtungscharakteristik des Lichtempfängers für empfangenes Licht bzw. Messlicht sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Platine einen starren Abschnitt auf. Ferner sind die Lichtquelle und der Lichtempfänger auf diesem starren Abschnitt montiert.
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Die beschriebene Montage auf einem starren Abschnitt der Platine hat den Vorteil, dass die beiden Komponenten Lichtquelle und Lichtempfänger in einer festen räumlichen Lage und/oder in einer festen Orientierung (ihrer optischen Achsen) relativ zueinander auch über eine lange Betriebsdauer der Bauelement-Zuführvorrichtung gehalten werden können. Gleiches gilt, sofern die Platine räumlich stabil an dem Gehäuse montiert ist, auch für die räumliche Lage und/oder die Orientierung der beiden Komponenten Lichtquelle und Lichtempfänger in Bezug auf das Gehäuse. Anschaulich ausgedrückt kann der starre Abschnitt somit zu einer hohen (optischen) Langzeitstabilität der optischen Sensorvorrichtung beitragen.
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Die Platine kann in ihrer Gesamtheit ein starrer Bauelementeträger sein. Alternativ kann er auch neben dem beschriebenen starren Abschnitt einen flexiblen Abschnitt oder einen weiteren starren Abschnitt aufweisen, der über einen flexiblen Abschnitt mit der Funktionalität eines Gelenkes mit dem beschriebenen starren Abschnitt verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Bauelement-Zuführvorrichtung ferner eine Auswerteelektronik auf, welche zumindest teilweise auf der Platine montiert ist.
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Die Auswerteelektronik kann mehrere elektronische Bauelemente aufweisen, beispielsweise einen Transimpedanzverstärker, welcher unmittelbar dem Lichtempfänger nachgeschaltet ist. Eines oder mehrere der elektronischen Bauelemente sind auf bzw. an der Platine montiert und in geeigneter Weise über Leiterbahnen elektrisch verschaltet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein System, welches aufweist (a) eine vorstehend beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung und (b) den Bauelementgurt, welcher sich in dem Transportkanal befindet.
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Auch dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung der Platine als gemeinsame Montagebasis für Lichtquelle und Lichtempfänger die optische Sensorvorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann. Erfindungsgemäß befindet sich die mit Lichtquelle und Lichtempfänger bestückte Platine auf einer Seite des Bauelementgurts und die optische Umlenkeinrichtung befindet sich auf der gegenüberliegenden anderen Seite des Bauelementgurts. Dies erleichtert auf vorteilhafte Weise eine elektrische Kontaktierung der optoelektronischen Komponenten, weil sich die erforderlichen elektrischen Anschlussdrähte nur noch auf der einen Seite des Bauelementgurts bzw. des Transportkanals befinden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Abstands zwischen zwei benachbarten Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen.
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Die beschriebene „ganzzahlige Anpassung“ der Beabstandung zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger an das Raster der Öffnungen hat den Vorteil, dass der Lichtweg zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger stets gleichzeitig an zwei Stellen, d.h. (i) erstens zwischen Lichtquelle und optischer Umlenkeinrichtung und (ii) zweitens zwischen optischer Umlenkeinrichtung und Lichtempfänger, entweder durch das Material des Bauelementgurtes unterbrochen oder durch zwei Öffnungen zumindest teilweise frei ist. Beim Transport des Bauelementgurtes geben die beiden Öffnungen also gleichzeitig bzw. im Gleichtakt den Lichtweg an den genannten Stellen vor und nach der optischen Umlenkeinrichtung frei. Die mit der Bewegung des Bauelementgurtes einhergehende zeitliche Variation des Ausgangssignals des Lichtempfängers ist damit besonders deutlich. Dies führt zu einer besonders hohen Zuverlässigkeit bei der Erkennung eines Verbindungselementes zwischen dem vorangehenden ersten Bauelementgurt und dem nachfolgenden zweiten Bauelementgurt.
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Der Grundabstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen, welcher in diesem Dokument auch als Raster(abstand) bezeichnet wird, kann beispielsweise 4 mm betragen. Sollte bei einem Bauelementgurt der Grundabstand anders sein, so kann durch eine passende Montage der optoelektronischen Komponenten Lichtquelle und Lichtempfänger auf der Platine der Abstand zwischen diesen beiden Komponenten in geeigneter Weise angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die ganzzahlige Zahl größer als Eins. Insbesondere ist die ganzzahlige Zahl Zwei.
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Dies hat den Vorteil, dass im Vergleich zu einer Ausführung, bei welcher der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen ist (die ganzzahlige Zahl ist dann Eins), bei einem Transport des Bauelementgurts die Zeitspanne einer Unterbrechung des Lichtweges zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger länger ist. Dies kann zu einer besonders zuverlässigen Erkennung des in der Regel zumindest zwei Öffnungen (von verschiedenen Bauelementgurten) bedeckenden Verbindungselements führen. So ist beispielsweise (i) bei einem Grundabstand von 4 mm, (ii) bei einem Verbindungselement, welches genau zwei dieser Öffnungen bedeckt, und (iii) einem Abstand zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger, der genau doppelt so groß ist wie der Grundabstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen, der Verfahrweg des Bauelementgurtes, innerhalb welchem Verfahrweg der Lichtweg zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger unterbrochen ist, genau 20 mm.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückautomat zum Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen. Der beschriebene Bestückautomat weist (unter anderem) auf (a) einen Bestückkopf (a1) zum Abholen von elektronischen Bauelementen, welche sich in einem ersten Bauelementgurt oder in einem zweiten Bauelementgurt befinden, die mittels eines Verbindungselementes miteinander verbunden sind und (a2) zum Aufsetzen der elektronischen Bauelemente an vorbestimmten Stellen auf dem Bauelementeträger; und (b) zumindest eine Bauelement-Zuführvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Bestückautomaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zweigt zwei durch ein Verbindungselement verbundene Bauelementgurte.
- 3a und 3b zeigen in verschiedenen Ansichten eine optische Sensorvorrichtung einer Bauelement-Zuführvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit 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.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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Die in den Figuren für eine Bezeichnung von verschiedenen Schnittebenen bzw. Ansichten verwendeten Achsen x, y und z sind die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems. Dabei ist die z-Achse in üblicher Weise parallel zu einer vertikalen bzw. Höhenrichtung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Bestückautomaten 100 zum Bestücken von Bauelementeträgern bzw. Leiterplatten mit elektrischen Bauelementen 192. Der Bestückautomat 100 weist eine stationäre Tragstruktur 102 auf. An der Tragstruktur 102 ist eine stationäre Trägerschiene 104 angebracht bzw. ausgebildet, welche sich entlang einer y-Richtung erstreckt. An der stationären Trägerschiene 104 ist ein Trägerarm 106 angebracht, welcher sich entlang einer x-Richtung erstreckt und welcher mittels eines nicht dargestellten Antriebsmotors entlang der y-Richtung verfahren werden kann. Die entsprechende Verfahrrichtung ist mit einem Doppelpfeil „Y“ gekennzeichnet. An dem Trägerarm 106 ist ein Montageelement 108 angebracht, welches mittels eines weiteren ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotors entlang der x-Richtung verfahren werden kann. Die entsprechende Verfahrrichtung ist mit einem Doppelpfeil „X“ gekennzeichnet. Die Komponenten Trägerschiene 104, Trägerarm 106 und Montageelement 108 zusammen mit den beiden nicht dargestellten Antriebsmotoren stellen ein sog. Flächenpositioniersystem oder Portalsystem dar, mit dem ein Bestückkopf 130 innerhalb einer xy-Ebene positioniert werden kann.
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Die Bestückung der Bauelementeträger 190 erfolgt in einem Bestückungsbereich 110. Vor einer Bestückung wird der zu bestückender Bauelementeträger 190 mittels einer Transportvorrichtung 112, beispielsweise ein Transportband, in den Bestückungsbereich 110 transportiert. Nach einer zumindest teilweisen Bestückung mit Bauelementen 192 wird der Bauelementeträger 190 mittels der Transportvorrichtung 112 abtransportiert. Die entsprechenden Transportrichtungen sind in 1 jeweils mit einem Pfeil T gekennzeichnet.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist der Bestückkopf 130 an dem Montageelement 108 befestigt. Durch eine geeignete Ansteuerung der nicht dargestellten Antriebsmotoren kann der Bestückkopf 130 zwischen Abholpositionen 116 eines Bauelement-Zuführsystems und dem Bestückungsbereich 110 verfahren werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Bauelement-Zuführsystem eine Mehrzahl von Bauelement-Zuführvorrichtungen 140, welche die elektronischen Bauelemente 192 an jeweils einer der Abholpositionen 116 bereitstellen. Die Bauelement-Zuführvorrichtungen 140 weise jeweils ein eigenes Gehäuse 141 auf.
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Eine Steuereinrichtung 118, welche unter anderem mit dem Bestückkopf 130 über die gestrichelt dargestellte Datenleitung 118a und den nicht dargestellten Antriebsmotoren kommunikativ gekoppelt ist, sorgt in bekannter Weise für einen reibungslosen Ablauf der Bestückung. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Steuereinrichtung 118, welche hauptsächlich für eine Steuerung des Betriebs des Portalsystems (stationäre Trägerschiene 104, verfahrbarer Trägerarm 106, verfahrbares Montageelement 108) und des Bestückkopfes 130 zuständig ist, von einem übergeordneten Steuerrechner 132 des Bestückautomaten 100 koordiniert. Der Steuerrechner 132 steuert oder koordiniert den Betrieb aller Komponenten des Bestückautomaten 100.
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Im Bestückungsbetrieb wird der Bestückkopf 130 zu den Abholpositionen 116 bewegt, wo Bauelemente 192 aufgenommen werden. Anschließend wird der Bestückkopf 130 zusammen mit den aufgenommenen Bauelementen 192 in den Bestückungsbereich 110 gefahren, wo die Bauelemente 192 auf dem bereitgestellten Bauelementeträger 190 aufgesetzt werden. Danach wird der Bestückkopf 130 „leer“ zurück zu dem Bauelement-Zuführsystem gefahren, wo erneut Bauelemente 192 aufgenommen werden.
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Wie aus 1 ersichtlich, weist der Bestückautomat 100 noch zwei Kameras auf. Eine erste stationäre Kamera 120 dient der Vermessung der von dem Bestückkopf aufgenommenen Bauelemente 192. Dazu wird der Bestückkopf 130 über der Kamera 120 positioniert, so dass die aufgenommenen Bauelemente 192 in den Erfassungsbereich der Kamera 120 gelangen. Bei dieser Bauelement-Vermessung kann beispielweise die genaue Winkellage eines aufgenommenen Bauelementes 192 vermessen werden. Bei einem Aufsetzen des betreffenden Bauelementes 192 kann durch eine geeignete Drehung einer entsprechenden Bauelement-Haltevorrichtung eine Abweichung der Winkellage in geeigneter Weise kompensiert werden, so dass das betreffende Bauelement 192 in einer korrekten Winkellage auf den Bauelementeträger 190 aufgesetzt wird.
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Die Kamera 122 dient der genauen Vermessung von Markierungen, die an der Oberseite des zu bestückenden Bauelementeträgers 190 angebracht sind. Dadurch kann die exakte räumliche Lage des Bauelementeträgers 190 innerhalb des Bestückungsbereiches 110 erkannt und bei der Positionierung des Bestückkopfes 130 dahingehend berücksichtigt werden, dass die Bauelemente 192 auch tatsächlich exakt an jeweils einer bestimmten Zielposition auf den Bauelementeträger 190 aufgesetzt werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 122 an dem Bestückkopf 130 angebracht und wird zur Vermessung der Markierungen auf dem Bauelementeträger 190 zusammen mit dem Bestückkopf 130 verfahren.
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2 zeigt einen zusammengesetzten Bauelementgurt 280, welcher entlang einer Gurt-Transportrichtung GT, die parallel zu der auch in 1 gezeigten y-Richtung verläuft, einen ersten (vorderen) Bauelementgurt 280a und einen zweiten (hinteren) Bauelementgurt 280b aufweist, die über ein Verbindungselement 282, miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen den beiden Gurten wird häufig auch als Spleißverbindung bezeichnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 282 ein Klebestreifen, welcher sich über die ganze Breite der beiden Bauelementgurte 280a, 280b erstreckt.
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Die beiden Bauelementgurte 280a und 280b weisen jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen 285 auf, in denen sich jeweils ein elektronisches Bauelement 192 befindet. Die Positionen der Ausnehmungen 285 und damit auch die Positionen der Bauelemente 192 stellen ein äquidistantes Raster mit einem Rasterabstand s dar. Die Spleißverbindung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass das sich dieses Raster äquidistant auch über die Spleißverbindung hinweg erstreckt bzw. fortsetzt.
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Ferner weisen die beiden Bauelementgurte 280a und 280b auch eine Mehrzahl von Öffnungen 287 auf, welche zum Zwecke eines Transports des Bauelementgurtes 280 entlang der Gurt-Transportrichtung GT von nicht dargestellten Eingriffselementen eines beweglichen Antriebsmittels in Eingriff genommen werden können. Das Antriebsmittel kann beispielsweise ein von einem Schrittmotor angetriebenes Stiftrad mit radial abstehenden Stiften sein, welche die Eingriffselemente darstellen. Die Öffnungen 287 sind ebenfalls in einem äquidistanten Raster angeordnet bzw. ausgebildet, welches einen Rasterabstand d aufweist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rasterabstand d kleiner als der Rasterabstand s. In anderen Ausführungsformen ist der Rasterabstand s kleiner als der Rasterabstand d oder die beiden Rasterabstände d und s sind gleich.
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3a zeigt in einer Schnittdarstellung in einer yz-Ebene eine optische Sensorvorrichtung 350, die für eine Bauelement-Zuführvorrichtung 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Die Sensorvorrichtung 350 weist auf eine Platine 352, eine Lichtquelle 354 und einen Lichtempfänger 356 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 354 eine Leuchtdiode und der Lichtempfänger 356 ist eine Photodiode. Erfindungsgemäß sind Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356 auf der Platine 352 montiert. Die Platine 352 ist eine mechanisch starre Platine, welche somit eine gemeinsame feste Montagebasis für die beiden optoelektronischen Komponenten Leuchtdiode 354 und Photodiode 356 darstellt.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die optische Sensorvorrichtung 350 ferner eine Auswerteelektronik auf, welche ein oder mehrere elektronische Bauelemente oder Prozessoren aufweist. Die Auswerteelektronik ist in 3a lediglich schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 358 versehen. Die Auswerteelektronik 358 kann einen Verstärker für das Ausgangssignal der Photodiode 356 aufweisen. Außerdem kann die optische Sensorvorrichtung 350 auch noch Treiberschaltungen und/oder Bausteine zum Bereitstellen von zumindest einer Versorgungsspannung aufweisen, welche ebenfalls auf der Platine 352 montiert und in geeigneter Weise über nicht dargestellte Leiterbahmen der Platine 352 elektrisch angeschlossen werden können.
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Die optische Sensorvorrichtung 350 weist erfindungsgemäß ferner eine optische Umlenkeinrichtung 360 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkeinrichtung ein Lichtwellenleiter 360.
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Wie aus 3a ersichtlich, befindet sich die gemeinsame Platine 352 zusammen mit der Lichtquelle 354 und dem Lichtempfänger 356 (und der optionalen Auswerteelektronik 358) oberhalb eines (zusammengesetzten) Bauelementgurtes 280. Die Umlenkeinrichtung 360 befindet sich unterhalb des Bauelementgurtes 280. Nachfolgend wird die Funktion der optischen Sensorvorrichtung 350 im Einzelnen beschrieben.
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Von der Leuchtdiode 354 wird ein Messlicht 370a ausgesendet, welches nach einer optionalen Fokussierung durch eine Linse 372 auf den Bauelementgurt 280 trifft. In dem in 3a gezeigten Betriebszustand der Bauelement-Zuführvorrichtung befindet sich der Bauelementgurt 280 in einer solchen Position, dass das Messlicht 370a durch eine erste Öffnung 387a des Bauelementgurtes 280 hindurch auf einen optischen Eingang 360a der optischen Umlenkeinrichtung 360 trifft. Anstelle der Verwendung einer Linse 372 kann als Lichtquelle 354 auch eine (verpackte) Leuchtdiode verwendet werden, welche von sich aus das Messlicht 370a mit einem kleinen Öffnungswinkel aussendet.
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Wie vorstehend beschrieben ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die optischen Umlenkeinrichtung 360 mittels eines Lichtwellenleiters realisiert. Daher kann der optische Eingang 360a einfach als eine eingangsseitige plane Stirnfläche realisiert sein. Entsprechendes gilt auch für den optischen Ausgang 360b, welcher einfach eine ausgangsseitige plane möglichst saubere Stirnfläche des Lichtwellenleiters 360 sein kann.
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Nach dem Eintritt in den Lichtwellenleiter 360 wird das Messlicht, welches in 3a nun mit dem Bezugszeichen 370b bezeichnet ist, in bekannter Weise (über Totalreflexionen) so geführt und dabei umgelenkt, dass es über den optischen Ausgang 360b des Lichtwellenleiters 360 wieder auf den Bauelementgurt 280 gelenkt wird. Eine optionale zwischen dem optischen Ausgang 360b und dem Lichtwellenleiter 360 angeordnete Linse 374 kann für eine erneute Kollimation des Messlichts, welches nunmehr mit dem Bezugszeichen 370c bezeichnet ist, sorgen.
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Die Krümmung des Lichtwellenleiters 360 ist derart gewählt, dass das Messlicht 370c durch eine zweite Öffnung 387b den Bauelementgurt 280 durchdringt und auf den Lichtempfänger 356 trifft und von diesem detektiert wird. Dabei ist es natürlich erforderlich, dass entsprechend der Krümmung des Lichtwellenleiters 360 auch der Abstand des Lichtempfängers 356 von der Lichtquelle 354 so gewählt ist, dass das Messlicht 370c auch tatsächlich auf den Lichtempfänger 356 trifft. Die Detektion des Messlichts 370c zeigt also an, dass weder die erste Öffnung 387a noch die zweite Öffnung 387b von einem lichtundurchlässigen Verbindungselement zwischen zwei Bauelementgurten bedeckt ist.
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Im Ergebnis werden also in Abwesenheit eines lichtundurchlässigen Verbindungselementes bei einer Bewegung bzw. bei einem Transport des Bauelementgurtes 280 periodisch mit dem Gurttransport GT von dem Lichtempfänger 356 Lichtsignale empfangen. Falls sich aber ein lichtundurchlässiges Verbindungselement in dem Lichtweg des Messlichts 370a, 370c befindet, dann wird ein entsprechendes Lichtsignal ausbleiben. Durch ein Ausbleiben von solchen Lichtsignalen wird also ein lichtundurchlässiges Verbindungselement in dem Lichtweg des Messlichts 370a und/oder in dem Lichtweg des Messlichts 370c erkannt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die Krümmung des Lichtwellenleiters 360 als auch die Beabstandung zwischen Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356 so gewählt ist, dass sich zwischen (i) der für die Passage des Messlichts 370a genutzten ersten Öffnung 387a und (ii) der für die Passage des Messlichts 370c genutzten zweiten Öffnung 387b genau eine weitere Öffnung befindet. Entscheidend für die Krümmung des Lichtwellenleiters 360 und die Beabstandung zwischen Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356 ist aber lediglich, dass diese einem ganzzahligen Vielfachen des Rasterabstandes zwischen zwei Öffnungen 287 entsprechen.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie aus 3a ersichtlich, der zu der Krümmung des Lichtwellenleiters 360 passende Abstand zwischen Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356 so groß wie der zweifache Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen 287, welcher Abstand in 2 mit „d“ bezeichnet ist. Diese größer als unbedingt nötige Beabstandung zwischen Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356 hat jedoch den Vorteil, dass ungewolltes Störlicht zwischen Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356, welches beispielsweise durch ungewollte Lichtreflexionen oder Streuung von Licht verursacht wird, reduziert ist.
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3b zeigt die optische Sensorvorrichtung 350 in einer Schnittdarstellung in einer xz-Ebene. Die zu dieser Ebene senkrechte y-Richtung ist die Transportrichtung des Bauelementgurts 280. Die optische Sensorvorrichtung 350 weist ein Sensorgehäuse 351 auf, welches zwei nicht dargestellte Gehäuseöffnungen aufweist, wobei eine Gehäuseöffnung (hinter der Zeichenebene oder entgegen der Transportrichtung GT) einen Gurteinlass darstellt und die andere Gehäuseöffnung (vor der Zeichenebene oder in Transportrichtung GT) einen Gurtauslass darstellt. Der Bauelementgurt 280 verläuft in einem Transportkanal 359. Oberhalb des Bauelementgurtes 280 befindet sich die Platine 352 mit den beiden optoelektronischen Komponenten Lichtquelle 354 und Lichtempfänger 356. Unterhalb des Bauelementgurtes 280 befindet sich der Lichtwellenleiter 360. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die beiden optionalen Linsen 372 und 374 (vgl. 3a) in 3b nicht dargestellt.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bestückautomat
- 102
- stationäre Tragstruktur
- 104
- stationäre Trägerschiene
- 106
- verfahrbarer Trägerarm
- 108
- verfahrbares Montageelement
- 110
- Bestückungsbereich
- 112
- Transportvorrichtung
- 116
- Abholposition
- 118
- Steuereinrichtung
- 118a
- Datenleitung
- 120
- stationäre Kamera / Bauelement-Kamera
- 122
- bewegliche Kamera / Leiterplatten-Kamera
- 130
- Bestückkopf
- 132
- Steuerrechner
- 140
- Bauelement-Zuführvorrichtungen
- 141
- Gehäuse
- 190
- Bauelementeträger / Leiterplatte
- 192
- elektronische Bauelemente
- 280
- Bauelementgurt (zusammensetzt)
- 280a
- erster Bauelementgurt
- 280b
- zweiter Bauelementgurt
- 282
- Verbindungselement
- 285
- Ausnehmungen
- 287
- Öffnungen
- GT
- Gurt-Transportrichtung / Gurt-Transport
- s
- Rasterabstand zwischen zwei Ausnehmungen 285
- d
- Rasterabstand zwischen zwei Öffnungen 287
- 350
- optische Sensorvorrichtung
- 351
- Sensorgehäuse
- 352
- Platine
- 354
- Lichtquelle / Leuchtdiode
- 356
- Lichtempfänger / Photodiode
- 358
- Auswerteelektronik
- 359
- Transportkanal
- 360
- optische Umlenkeinrichtung / Lichtwellenleiter
- 360a
- optischer Eingang
- 360b
- optischer Ausgang
- 370a
- Messlicht
- 370b
- Messlicht
- 370c
- Messlicht
- 372
- optisches Element / Linse
- 374
- optisches Element / Linse
- 387a
- erste Öffnung
- 387b
- zweite Öffnung
