DE112005002446T5

DE112005002446T5 - Bestückungsmaschine mit verbesserter Bauteilaufnahmeprüfung

Info

Publication number: DE112005002446T5
Application number: DE112005002446T
Authority: DE
Inventors: Steven K. St. Louis Park Case; Paul R. Bloomington Haugen; David W. Minneapolis Duquette; David D. Lakeland Madsen; David Minnetonka Fishbaine; Lance K. Excelsior Fisher; Swaminathan Wilmington Manickam; Timothy G. St. Paul Badar
Original assignee: Cyberoptics Corp
Current assignee: Cyberoptics Corp
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-09-20
Also published as: CN101032200A; KR20070067101A; US20090046921A1; US20060075631A1; WO2006042014A2; CN100563418C; JP4839314B2; WO2006042014A3; JP2008516453A

Abstract

Bestückungsmaschine zum Montieren eines Werkstücks, wobei die Maschine aufweist:
einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Aufnehmen und Halten des Bauteils;
ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück;
eine Bilderfassungseinrichtung, die derart angeordnet ist, dass sie mindestens ein Bild einer Bauteilaufnahmestelle erfasst; und
eine Bildverarbeitungseinrichtung zum Analysieren des durch die Bilderfassungseinrichtung erfassten mindestens einen Bildes zum Bestimmen mindestens einer Charakteristik des Bauteilaufnahmevorgangs.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bestückungsmaschinen werden allgemein zum Herstellen von Leiterplatten für elektronische Schaltungen verwendet. Normalerweise wird der Bestückungsmaschine eine unbestückte Leiterplatte zugeführt, die dann elektronische Bauteile von Bauteilzufuhreinrichtungen aufnimmt und diese Bauteile auf der Leiterplatte platziert. Die Bauteile werden durch Lötpaste oder einen Klebstoff vorübergehend bis zu einem nachfolgenden Schritt auf der Leiterplatte gehalten, in dem die Lötpaste geschmolzen oder der Klebstoff vollständig ausgehärtet wird.
Der Betrieb einer Bestückungsmaschine stellt eine Herausforderung dar. Weil die Maschinengeschwindigkeit dem Durchsatz entspricht, sind die Kosten der hergestellten Leiterplatte umso geringer, je schneller die Bestückungsmaschine läuft. Außerdem ist die Platzierungsgenauigkeit extrem wichtig. Viele elektrische Bauteile, wie beispielsweise Chipkondensatoren und Chipwiderstände, sind relativ klein und müssen an gleichermaßen kleinen Platzierungstellen exakt platziert werden. Andere Bauteile haben, obwohl sie größer sind, eine große Anzahl von Zuleitungen oder Leitern, die in einem relativ kleinen Abstand voneinander beabstandet sind. Auch diese Bauteile müssen exakt platziert werden, um zu gewährleisten, dass jede Zuleitung auf einem geeigneten Anschluss platziert ist. Daher muss die Maschine nicht nur sehr schnell betrieben werden, sondern darüber hinaus auch die Bauteile extrem genau platzieren.
Um die Qualität der Leiterplattenherstellung zu verbessern, werden vollständig oder teilweise bestückte Leiterplatten im Allgemeinen nach einem oder mehreren Platzie rungsvorgängen geprüft, sowohl vor, als auch nach dem Reflow-Löten, um Bauteile zu identifizieren, die ungeeignet platziert sind oder fehlen oder jedweden von verschiedenartigen möglichen Fehlern zu identifizieren. Automatische Systeme, die einen derartigen Vorgang (Vorgänge) ausführen, sind äußerst nützlich dadurch, dass sie dazu beitragen, Bauteilplatzierungsprobleme vor dem Reflow-Löten zu identifizieren, wodurch eine wesentlich einfachere Überarbeitung ermöglicht wird oder nach dem Reflow defekte Leiterplatten identifiziert werden können, die Kandidaten für eine Überarbeitung sind. Ein Beispiel eines derartigen Systems wird unter der Handelsbezeichnung Model KS Flex, erhältlich von CyberOptics Corporation, Golden Valley, Minnesota, verkauft. Dieses System kann zum Identifizieren von Problemen, wie beispielsweise Ausrichtungs- und Rotationsfehler; fehlende und umgedrehte Bauteile, Billboard-Defekte, Tombstone-Defekte, Bauteildefekte, inkorrekte Polarität und falsche Bauteile, verwendet werden. Die Identifizierung von Fehlern vor dem Reflow bietet mehrere Vorteile. Die Überarbeitung wird vereinfacht; es wird eine prozessgekoppelte Fertigungssteuerung im geschlossenen Regelkreis ermöglicht; und der Aufwand der zwischen dem Auftreten und der Beseitigung eines Fehlers durchgeführten prozessinternen Fertigung wird verringert. Obwohl durch derartige Systeme eine hochgradig zweckmäßige Prüfung ermöglicht wird, ist dafür Fabrikbodenraum sowie Programmierzeit, Wartungsaufwand, usw. erforderlich.
Im US-Patent Nr. 6317972 von Asai et al. ist ein relativ neues Verfahren beschrieben, durch das versucht wird die Vorteile einer Prüfung nach der Bauteilplatzierung innerhalb einer Bestückungsmaschine selbst zu erhalten. In diesem Dokument wird ein Verfahren zum Montieren elektrischer Bauteile beschrieben, wobei vor der Bauteilplatzierung ein Bild einer Montagestelle aufgenommen und mit einem Bild der Montagestelle nach der Bauteilplatzierung verglichen wird, um den Platzierungsvorgang auf der Bauteilebene zu prüfen. Obwohl im Dokument von Asai et al. ein Verfahren zum Prüfen des Bauteilplatzierungsvorgangs auf der Bauteilebene innerhalb der Maschine dargestellt ist, bleibt der Vorgang zum Aufnehmen eines Bauteils eine Herausforderung und trägt wesentlich zur Qualität des Gesamtbetriebs der Bestückungsmaschine bei.
Das Aufnehmen eines Bauteils erfordert, dass der Platzierungskopf über den Aufnahmepunkt für das gewünschte Bauteil positioniert wird. Nachdem die Düse positioniert ist, wird sie zu einer Position unmittelbar über dem Bauteil abgesenkt, und es wird ein Vakuum durch die Düse erzeugt, durch das das Bauteil nach oben ansaugt und vorübergehend am Ende der Düse fixiert wird. Jedes Bauteil wird durch einen Bauteilzufuhrmechanismus an seine Aufnahmestelle transportiert. Typische Zufuhrmechanismen sind Bandzufuhreinrichtungen, Vibrationszufuhreinrichtungen und Tablettzufuhreinrichtungen. Wenn eine Bestückungsmaschine für die Montage eines neuen Werkstücks konfiguriert werden muss, wird ein Operateur die Bauteilzufuhreinrichtungen gemäß einem durch das Programm der Bestückungsmaschine bestimmten Ordnungsschema an ihren Positionen anordnen. Außerdem können Identifizierungsmarkierungen, z.B. Strichcodes, auf den Zufuhrmechanismen bereitgestellt werden, um zu gewährleisten, dass die geeignete Zufuhreinrichtung an einer geeigneten Position und in einer geeigneten Folge in der Bestückungsmaschine angeordnet ist. Nachdem ein Bauteil durch die Düse aufgenommen wurde, muss der Zufuhrmechanismus ein anderes Bauteil zur Aufnahmestelle bewegen.
Wenn der Bauteilaufnahmevorgang nicht erfolgreich ist, werden defekte Werkstücke hergestellt. Defekte auf Werkstücken, die bekanntermaßen durch fehlerhafte Bestückungsvorgänge verursacht werden, sind Tombstone-Defekte auf Bauteilen, fehlende Bauteile, falsche Bauteile, falsche Bauteilpolarität und falsch platzierte Bauteile. Außerdem werden Defekte durch Operateure verursacht, die Zufuhreinrichtungen an fehlerhaften Positionen anordnen oder zulassen, dass der Bauteilvorrat der Zufuhreinrichtungen zu Ende geht; defekte oder gebrochene Zufuhreinrichtungen, Bauteilbänder und Dü sen, fehlerhaft programmierte Düsenaufnahmehöhen und fehlerhafte Bauteilpositionen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Verbesserungen einer durch Bestückungsmaschinen ausgeführten Prüfung auf Bauteilebene bereitgestellt. Diese Verbesserungen beinhalten das Prüfen des Bauteilaufnahmevorgangs in Bestückungsmaschinen durch Sammeln von Bildern des Aufnahmevorgangs innerhalb der Maschine und Identifizieren von Fehlern, während diese auftreten. Durch Erfassen und Darstellen dieser Information, wenn sie in der Maschine erzeugt wird, kann der Operateur oder die Maschine unverzüglich und effektiv Korrekturmaßnahmen vornehmen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Bilder der Aufnahmestelle aufgenommen, bevor und nachdem das Bauteil aufgenommen wurde, verarbeitet und für den Operateur dargestellt, kurz nachdem der Aufnahmevorgang abgeschlossen ist. Außer den. Bildern können mit dem Aufnahmevorgang in Beziehung stehende Messwerte für den Operateur dargestellt werden, um die Diagnose von Problemen zu unterstützen, wenn diese auftreten. Mit dem Aufnahmevorgang in Beziehung stehende Messwerte oder Parameter sind beispielsweise das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines aufzunehmenden Bauteils in der korrekten Aufnahmeposition, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Bauteils auf der Düse nach dem Aufnahmevorgang, die korrekte Ausrichtung und Polarität des Bauteils vor dem Aufnahmevorgang, die korrekte Position des Bauteils nach dem Aufnahmevorgang auf der Düse, der Zustand der Düse, die Höhe der Düse zum Zeitpunkt des Bauteilaufnahmevorgangs und der Zustand und die Bewegung der Zufuhreinrichtung während des Aufnahmevorgangs. Diese mit dem Aufnahmevorgang in Beziehung stehenden Messwerte und Parameter können auch zum Streuern des Betriebs der Bestückungsmaschine verwendet werden, indem die Maschine angewiesen wird, bei einem erfassten Aufnahmefehler zu stoppen, das Bauteil erneut aufzunehmen, wenn ein fehlerhafter Aufnahme vorgang erfasst wird, oder ansonsten eine Fehlermeldung zu erzeugen, so dass die Bestückungsmaschine oder ein anderes externes Steuerungssystem eine Maßnahme treffen oder die Fehlermeldung speichern kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Bilder und von derartigen Bildern extrahierte, mit dem Aufnahmevorgang in Beziehung stehende Parameter für eine spätere Prüfung aufgenommen und gespeichert werden. Mit dem Aufnahmevorgang in Beziehung stehende Prozessparameter können im Verlauf der Montage mehrerer Werkstücke verglichen werden, und es kann eine Trendanalyse erstellt werden. Es kann eine Wissensdatenbank eingerichtet werden, um symptomatische Bilder und die als Ergebnis der dargestellten Symptome ergriffenen Korrekturmaßnahmen zu verfolgen. Außerdem können die in der Datenbank gesammelten Bilder und Daten mit Experten gemeinsam verwendet werden, die sich an einem von der Bestückungsmaschine abgesetzten Ort befinden, um Probleme zu diagnostizieren und zu korrigieren. Ein Beispiel eines derartigen Orts sind am Ende der Fertigungsstraße angeordnete Überarbeitungsstationen, oder die Bilder können an den Verkäufer der Bestückungsmaschine übertragen werden, so dass Experten des Verkäufers bei der Bestimmung der Ursache der Probleme mitwirken können.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderfassungssystem zum Erfassen von Bildern während des Aufnahmevorgangs bereitgestellt. In Bestückungsmaschinen typischerweise verwendete Kameras, wie beispielsweise Fiducialkameras, blicken nach unten, wobei die Erfassung des Bildes der Bauteilaufnahmestelle physikalisch blockiert wird, wenn der Platzierungskopf über der Bauteilaufnahmestelle angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kamera auf dem Platzierungskopf montiert, und ihre optische Hauptachse ist bezüglich der Düse geneigt, so dass ein Bild zu dem Zeitpunkt erfasst werden kann, zu dem das Bauteil aufgenommen wird.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Bilderfassungssystem zum Erfassen ei nes oder mehrerer Bilder während des Aufnahmevorgangs in einem Bereich in der Umgebung der Bauteilaufnahmestelle bereitgestellt. Unter Verwendung eines derartigen Bildes (derartiger Bilder) bestimmt ein Bildverarbeitungssystem eine Charakteristik des Zufuhrmechanismus, der dazu verwendet wird, das Bauteil zur Platzierungsdüse zu bewegen. Zu bestimmende Charakteristiken des Zufuhrmechanismus sind beispielsweise die Zufuhreinrichtungsposition, der Zustand des Bandes, eine geeignete Vorschubbewegung des Bandes, eine Identifizierung der Zufuhreinrichtung unter Verwendung von Markierungen (z.B. Strichcodes) oder andersartiger Kennzeichnungen, und die Zufuhreinrichtungsbewegung und -vibration während des Aufnahmevorgangs.
Diese und andere Vorteile von Aspekten der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer kartesischen Bestückungsmaschine, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Revolverkopf-Bestückungsmaschine, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind;
3 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines mit der Aufnahmestelle einer Bauteilplatzierungsmaschine ausgerichteten Bilderfassungssystems;
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Bestückungsmaschine mit einem daran befestigten Bildbetrachter, der dazu geeignet ist, mit Aufnahme- und/oder Platzierungsvorgängen in Beziehung stehende Bilder und Daten darzustellen;
5 zeigt ein Blockdiagramm des Betriebs der Bestückungsmaschine unter Verwendung einer Bilderfassung und -darstellung für eine Einstelloperation;
6 zeigt ein exemplarisches Bildschirmbild des Ausgabedisplays der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens zum Verwenden einer Datenbank zum Speichern von Platzierungsinformation; und
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Erzeugen einer Aufnahmeanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen kartesischen Bestückungsmaschine 201, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Die Bestückungsmaschine 201 empfängt ein Werkstück, z.B. eine Leiterplatte 203, über ein Transportsystem oder eine Fördereinrichtung 202. Dann erhält ein Platzierungskopf 206 ein oder mehrere auf dem Werkstück 203 zu montierende elektrische Bauteile von Bauteilzufuhreinrichtungen (nicht dargestellt) und bewegt sich in die x-, y- und z-Richtung, um das Bauteil in einer geeigneten Ausrichtung an einer geeigneten Position auf dem Werkstück 203 zu platzieren. Der Platzierungskopf 206 kann einen Ausrichtungssensor 200 aufweisen, der unter die durch Düsen 208, 210, 212 gehaltenen Bauteile bewegt werden kann, wenn der Platzierungskopf 206 das Bauteil (die Bauteile) von Aufnahmestellen zu den Platzierungspositionen bewegt. Der Sensor 200 ermöglicht, dass die Bestückungsmaschine 201 die Unterseiten der durch die Düsen 208, 210, 212 gehaltenen Bauteile betrachten kann, so dass die Bauteilausrichtung und in gewissem Grade eine Bauteilprüfung ausgeführt werden können, während das Bauteil von der Bauteilaufnahmestelle zur Platzierungsposition bewegt wird. Andere Bestückungsmaschinen können einen Platzierungskopf verwenden, der sich über eine stationäre Kamera bewegt, um das Bauteil abzubilden. Der Platzierungskopf 206 kann außerdem eine nach unten blickende Kamera 209 aufweisen, die allgemein zum Lokalisieren von Bezugsmarkierungen auf dem Werkstück 203 verwendet wird, so dass die Relativposition des Platzierungskopfes 206 bezüglich des Werkstücks 203 leicht berechnet werden kann.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer exemplarischen Revolverkopf-Bestückungsmaschine 10, auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Die Maschine 10 weist einige Komponenten auf, die denjenigen der Maschine 201 ähnlich sind, wobei ähnliche Komponenten durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Revolverkopf-Bestückungsmaschine 10 wird ein Werkstück 203 über eine Transporteinrichtung auf einer (nicht dargestellten) x-y-Ebene geladen. Am Hauptrevolverkopf 20 sind Platzierungsköpfe 210 befestigt, die in regelmäßigen Winkelabständen um den drehbaren Revolverkopf angeordnet sind. Während jedes Bestückungszyklus bewegt sich der Revolverkopf 20 um einen dem Winkelabstand zwischen benachbarten Platzierungsdüsen 210 entsprechenden Winkelabstand schrittweise weiter. Nachdem der Revolverkopf 20 sich in Position gedreht hat und das Werkstück 203 durch die x-y-Ebene positioniert ist, empfängt eine Platzierungsdüse 210 ein Bauteil 104 (in 3 dargestellt) von einer Bauteilzufuhreinrichtung 14 an einer definierten Aufnahmestelle 16. Während des gleichen Intervalls platziert eine andere Düse 210 ein Bauteil 104 an einer vorprogrammierten Platzierungsstelle 106 auf dem Werkstück 203. Außerdem erfasst eine nach oben blickende Kamera 30, während der Revolverkopf 20 für den Bestückungsvorgang pausiert, ein Bild eines anderen Bauteils 104, wodurch Ausrichtungsinformation für dieses Bauteil bereitgestellt wird. Diese Ausrichtungsinformation wird durch die Bestückungsmaschine 10 verwendet, um das Werkstück 203 zu positionieren, wenn die Platzierungsdüse mehrere Schritte später positioniert wird, um das Bauteil 104 zu platzieren. Nach Abschluss des Bestückungszyklus bewegt sich der Revolverkopf 20 zur nächsten Winkelposition, und das Werkstück 203 wird in der x- und/oder y-Richtung umpositioniert, um die Platzierungsstelle zu einer der Platzierungsstelle 106 entsprechenden Position zu bewegen.
Während der Anfangseinstellung einer Bestückungsmaschine sollten viele Parameter und Variablen konfiguriert und korrekt gesetzt werden, um eine präzise Montage des Werkstücks zu gewährleisten. Nachstehend sind Einstellungsparameter aufgelistet, die festgelegt werden sollten:

• Bauteiltypen:
• Typen von Zufuhreinrichtungen, die zum Handhaben der Bauteile erforderlich sind;
• die Positionen der Zufuhreinrichtungen in der Bestückungsmaschine;
• das Ablaufprogramm, das die Reihenfolge und die Platzierungsposition von Bauteilen enthält;
• den für jedes Bauteil erforderlichen Düsentyp;
• die Größe und das Design des Werkstücks;
• die Position und den Typ von Bezugsmarkierungen auf dem Werkstück;
• die Platzierungsgeschwindigkeit für jeden Bauteiltyp;
• den Vakuumdruck für jeden Bauteiltyp;
• den Vertikalhub der Düse;
• die Position und Auswahl von Werkstückhalterungsstiften;
• die Ausrichtung des Werkstücks;
• Beobachtungs- oder Bildparameter für die Bauteilausrichtung; und
• Beleuchtungsparameter für die Bauteilausrichtung.

Während der Einstellung der Bestückungsmaschine folgt ein Operateur typischerweise einer Prozedur zum Anordnen der Zufuhreinrichtungen an geeigneten Positionen, Anordnen von Düsen in einer Kassette und Montieren mehrerer Werkstücke unter Verwendung des geeigneten Bestückungs- oder Platzierungsprogramms. Nachdem das erste Werkstück oder eine Gruppe von Werkstücken montiert worden ist, prüft der Operateur je des Werkstück visuell oder unter Verwendung eines automatischen optischen Prüfsystems. Wenn ein Fehler gefunden wird, wird die Fehlerursache untersucht und eine Korrekturmaßnahme ausgeführt. Als Teil dieser Anfangseinstellung der Bestückungsmaschine werden die Positionen der Zufuhreinrichtungen, die Bauteilpositionen in den Zufuhreinrichtungen, der zum Aufnehmen der Bauteile erforderliche Vakuumgrad, die Höhe der Düse über dem Bauteil, wenn das Vakuum erzeugt wird, und die Bauteilausrichtung und -polarität geprüft, um zu bestimmen, ob alle Bauteile korrekt aufgenommen wurden. Nachdem die Korrekturmaßnahme ausgeführt wurde, wird eine weitere Gruppe von Werkstücken montiert und geprüft. Dieser Zyklus aus Montage, Prüfung und Korrekturmaßnahmen wird wiederholt, bis der Operateur entscheidet, dass die Bestückungsmaschine für die Produktion optimiert bzw. korrekt eingestellt ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Platzierungskopfes gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Bilderfassungseinrichtung 100, die derart angeordnet ist, dass sie Bilder einer Aufnahmestelle 16 für ein Bauteil 104 erfasst, bevor und nachdem das Bauteil 104 durch die Düse 210 an der Stelle 16 in der Zufuhreinrichtung 14 aufgenommen wurde. Die Einrichtung 100 erfasst Bilder der Aufnahmestelle 16 auf der Zufuhreinrichtung 14 vor der Aufnahme des Bauteils 104 und kurz danach. Ein Vergleich dieser vor und nach der Bauteilaufnahme erfassten Bilder ermöglicht eine Bauteilaufnahmeprüfung und -verifizierung auf Bauteilebene. Außerdem wird auch der Umgebungsbereich der Bauteilaufnahmestelle 16 abgebildet. Weil die Erfassung von Bildern der Aufnahmestelle 16 im Allgemeinen ausgeführt wird, wenn die Platzierungsdüse 210 über der Aufnahmestelle 16 angeordnet ist, ist es wichtig, dass ein Bild der Aufnahmestelle 16 geeignet erfasst werden kann, während Störungen vom Bauteil 104 selbst oder von Teilen der Platzierungsdüse 210 minimiert oder reduziert werden. Daher ist es bevorzugt, wenn die Einrichtung 100 eine optische Achse aufweist, gemäß der Ansichten ermöglicht werden, die bezüglich der Achse der Düse 210 unter einem Winkel θ geneigt sind. Ein weiterer Vorteil der Neigung der Einrichtung 100 unter einem Winkel θ ist, dass die Vertikalbewegung des Bauteils 104, der Zufuhreinrichtung und des Bauteilhaltebandes/-tabletts erfasst und gemessen werden kann, indem die Translationsbewegung dieser Elemente zwischen Bilderfassungsereignissen bestimmt wird. Außerdem ist es hilfreich, wenn das Bilderfassungsintervall präzise zeitgesteuert wird, so dass die Aufnahmestelle 16 und der Platzierungskopf 210 relativ zueinander ausgerichtet sind und das Bauteil 104 unter dem Kamerawinkel in der Zufuhreinrichtung 14 sichtbar ist. Nachdem das Bauteil 104 aufgenommen wurde, sollte das zweite Bild geeignet zeitgesteuert werden, so dass es zu einem vorgewählten Zeitpunkt während des Bestückungszyklus erfasst wird. Ein Verfahren zum präzisen zeitlichen Steuern der Erfassung dieser beiden Bilder ist in einer mitanhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/970355 beschrieben.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Allgemeinen zwei oder mehr aufeinanderfolgende Bilder der vorgesehenen Bauteilaufnahmestelle (d.h. vor und nach dem Bauteilaufnahmevorgang) erfasst. Weil die Bauteilaufnahme relativ schnell erfolgt, und weil eine Verlangsamung des Maschinendurchsatzes äußerst unerwünscht ist, ist es manchmal erforderlich, zwei aufeinanderfolgende Bilder sehr schnell zu erfassen, weil eine Unterbrechung der Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und der Bauteilaufnahmestelle sehr rasch erfolgt. Beispielsweise kann es notwendig sein, zwei Bilder innerhalb einer Zeitdauer von etwa 10 ms zu erfassen.
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann eine schnelle Erfassung mehrerer aufeinanderfolgender Bilder auf verschiedene Weisen erfolgen. Eine Weise ist die Verwendung herkömmlich erhältlicher CCD-Vorrichtungen und deren Betrieb auf eine nicht standardmäßige Weise zum Erfassen von Bildern mit einer Geschwindigkeit, die höher ist als die Geschwindigkeit zum Auslesen der Bilddaten von der Vor richtung. Eine andere Weise ist die Verwendung mehrerer CCD-Arrays, die derart angeordnet sind, dass die vorgesehene Platzierungsstelle durch gemeinsame optische Komponenten betrachtet wird. (Vergl. US-Patent Nr. 6549647)
Damit die durch die Bilderfassungseinrichtung 100 aufgenommenen Bilder und Daten für einen Operateur der Bestückungsmaschine zweckdienlich sind, sollten die Bilder und Daten einer Vorrichtung zum Darstellen von Information zugeführt werden. 4 zeigt ein exemplarisches System, das eine derartige Darstellung ermöglicht. Ein Prozessor 222 und ein Monitor 220 sind auf der Bestückungsmaschine 10 angeordnet. Die Position des Monitors 220 ist so gewählt, dass dem Maschinenoperateur die durch das Bilderfassungssystem 100 erfassten Bilder und Daten kurz nach dem Bauteilaufnahmevorgang zur Verfügung gestellt werden. Dadurch, dass dem Operateur Bilder und Daten während der Montage der ersten Leiterplatte eines Produktionslaufs zur Verfügung gestellt werden, kann der Operateur Einstellungsänderungen der Bestückungsmaschine schneller vornehmen als dies herkömmlich der Fall ist.
5 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen der Arbeitsweise einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch das Bilderfassungssystem 100 erfasste Bilder werden über eine herkömmliche Videoschnittstelle 228 an das Verarbeitungssystem 222 übertragen. Eine derartige Videoschnittstelle ist eine Kameraschnittstelle gemäß dem Standard IEEE 1394. Das Verarbeitungssystem 222 vergleicht die vor und nach der Bauteilaufnahme erfassten Bilder, um zu bestimmen, ob das Bauteil geeignet auf der Düse aufgenommen wurde. Das Verarbeitungssystem 222 kann eine gegenwärtig bekannte oder in der Zukunft entwickelte geeignete Bildanalysetechnik verwenden, um zweckdienliche Information über den Bauteilaufnahmevorgang bereitzustellen. Beispielsweise kann im Verarbeitungssystem 222 ein bekannter Randerfassungs- und/oder -lokalisierungsalgorithmus verwendet werden, um Ausrichtungs-Positions-, Größe- und/oder Information über das Vorhandensein von Bauteilen zu erzeugen. Außerdem können Unschär feerfassungs(Blur Detection)techniken verwendet werden, um derartige Information zu erzeugen oder dazu beizutragen, derartige Information zu erzeugen. Verwendbare Typen von Unschärfeerfassungtechniken sind beispielsweise eine Fouriertransformationsanalyse und/oder Autokorrelationstechniken. Darüber hinaus können bekannte optische Zeichenerkennungs(OCR)techniken oder Musteranpassungsalgorithmen, wie beispielsweise normierte Graustufenkorrelation, zum Bestimmen der Bauteilpolarität verwendet werden. Allgemein erfassbare Defekte sind eine fehlende Bauteilaufnahme (kein Bauteil aufgenommen), kein Bauteil in der Zufuhreinrichtung, Bauteile mit Tombstone- oder Billboard-Defekten, wobei das Bauteil nach der Bauteilaufnahme an seinem Ende oder an seiner Seite gekippt ist, nicht passgenau aufgenommene Bauteile, eine falsche Bauteilausrichtung oder -polarität, eine übermäßige Vibration der Zufuhreinrichtung oder des Zufuhrbandes, eine unvollständige Vorschubbewegung der Zufuhreinrichtung, eine fehlerhafte Düsenhöhe bei der Bauteilaufnahme und eine übermäßige fehlerhafte Ausrichtung der Bauteile in den Zufuhreinrichtungen. Nachdem das Verarbeitungssystem 222 seine Aufgaben abgeschlossen hat, werden die Ergebnisse auf dem Monitor 220 dargestellt.
6 zeigt ein Beispiel der durch das System 222 bereitgestellten Grafikausgabe. Innerhalb der Ausgabe wird ein Bild der Bauteilaufnahmestelle 240 dargestellt. Dieses Bild kann zwischen einem Bild vor der Bauteilaufnahme, einem Bild nach der Bauteilaufnahme und einem Differenzbild umgeschaltet werden. Außerdem kann dem Bild als grafische Hilfe für den Operateur eine Anzeige der Qualität des Bauteilaufnahmevorgangs 236 hinzugefügt werden. Die Ergebnisse der Bildverarbeitung werden in Tabellenform 238 dargestellt, so dass der Operateur die Ergebnisse der aktuellen Bauteilaufnahme- und Platzierungsvorgänge und einen Verlauf der vorangehenden Bauteilaufnahme- und Platzierungsvorgänge schnell überblicken kann. Eine Grafikdarstellung der Vibration 239 der Zufuhreinrichtung wird im unteren Bildschirmabschnitt dargestellt. Die Vibrationsdarstellung kann den Operateur unter stützen, indem das Maß der vorhandenen Bauteilaufnahmevibration als Funktion der Zufuhreinrichtung dargestellt wird. Außerdem kann die Höhe der Düse über dem Bauteil dargestellt werden. Unter Verwendung dieser Höheninformation kann ein Operateur schnell bestimmen, ob eine korrekte Aufnahmehöhe eingestellt ist.
Eine weitere Verbesserung dieser Ausführungsform ist in 7 dargestellt, die ein Blockdiagramm des vorstehend beschriebenen Systems zeigt, wobei zusätzlich ein Datenbankserver 230 bereitgestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden wie zuvor beschrieben, Bilder und Daten auf dem Monitor 220 dargestellt, und die Bilder und Daten werden zusätzlich über eine herkömmliche Schnittstellenverbindung 226, wie beispielsweise eine Ethernet-Kommunikationsverbindung, an einen Datenbankserver 230 übertragen. Nachdem die Bilder und Platzierungsdaten auf dem Datenbankserver gespeichert sind, können die Bilder und Daten abgefragt und anderen externen Anwendern 234 der Information zugeführt werden. Diese Anwender/Anwendungen können Experten am Ort des Verkäufers der Bestückungsmaschine, statistische Prozessanwendungen und/oder Endkäufer des montierten Werkstücks sein. Weil diese Anwender sich typischerweise nicht in der Fabrik mit der Platzierungsvorrichtung befinden, können Daten und Bilder vom Datenbankserver 230 unter Verwendung bekannter Internetkommunikationsprotokolle 232 abgerufen werden.
8 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Erzeugen einer Bauteilaufnahmeanzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 kann unter Verwendung einer auf dem Platzierungskopf oder an einer anderen Position angeordneten beliebigen geeigneten Bilderfassungseinrichtung ausgeführt werden. Außerdem können beliebige geeignete Bildverarbeitungstechniken, z.B. die vorstehend unter Bezug auf 5 beschriebene Technik, verwendet werden, um zweckdienliche Information vom erfassten Bild (von den erfassten Bildern) zu erzeugen. Das Verfahren 300 beginnt bei Block 302, wo ein Bild vor der Bauteilauf nahme erfasst wird. Das erfasste Bild vor der Bauteilaufnahme wird in einem geeigneten Speichermedium gespeichert. Dann führt die Bestückungsmaschine den Bauteilaufnahmevorgang aus, wie in Block 304 dargestellt ist, indem eine Vakuumröhre oder -düse in die Nähe des Bauteils gebracht und ein Vakuum erzeugt wird, damit das Bauteil an der Düse/Röhre anhaftet oder daran fixiert wird. Nachdem das Bauteil aufgenommen worden ist, wird ein Bild nach der Bauteilaufnahme von der Bauteilaufnahmestelle aufgenommen, an der das Bauteil vor dem Bauteilaufnahmevorgang angeordnet war. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das Sichtfeld der Bilder vor und nach der Bauteilaufnahme nur der Bereich sein, den das Bauteil einnimmt, oder ein breiterer Bereich, der einen ausgewählten Bereich in der Umgebung des Bauteils einschließt. In Block 308 werden die Bilder vor und nach der Bauteilaufnahme miteinander verglichen. Dieser Vergleich kann durch Erzeugen eines Differenzbildes basierend auf den beiden Bildern ausgeführt werden, oder er kann durch Zuführen beider Bilder zu einem Display und Empfangen eines Eingangssignals von einem Techniker basierend auf einem visuellen Vergleich des Technikers ausgeführt werden. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können andere Techniken zum Manipulieren der Bilder zum Hervorheben oder anderweitigen Verdeutlichen von Differenzen zwischen den beiden Bildern verwendet werden. Außerdem können Bildanalysetechniken auf das Bild vor der Bauteilaufnahme und/oder das Bild nach der Bauteilaufnahme angewendet werden, um einen mit dem Bauteilaufnahmevorgang in Beziehung stehenden Parameter von Interesse zu erzeugen oder zu berechnen. Beispielsweise kann ein Bild oder können beide Bilder analysiert werden, um zu bestimmen, ob irgendeine Unschärfe im Bild vorhanden ist. Wenn eine Unschärfe vorhanden ist, kann diese durch bekannte Techniken gemessen werden, und der Grad der Unschärfe kann verwendet werden, um eine Anzeige der Relativbewegung zwischen der Aufnahmestelle und dem Platzierungskopf bereitzustellen. In Block 310 wird eine Bauteilaufnahmeanzeige bereitgestellt. Eine derartige Anzeige kann das Zuführen von Information zu einem Techniker oder zur Bestückungsmaschine beinhalten, die anzeigt, dass der Bauteilaufnahmevorgang erfolgreich war. Die Bauteilaufnahmeanzeige kann jedoch auch Fehlerinformation enthalten, wie beispielsweise Information über das Vorhandensein und Nichtvorhandensein eines aufzunehmenden Bauteils in der korrekten Aufnahmeposition; das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Bauteils auf der Düse nach dem Bauteilaufnahmevorgang, die korrekte Ausrichtung und Polarität des Bauteils vor dem Aufnahmevorgang, die korrekte Position des Bauteils nach der Aufnahme auf der Düse, den Zustand der Düse, die Höhe der Düse zum Zeitpunkt der Bauteilaufnahme und den Zustand und die Bewegung der Zufuhreinrichtung während des Bauteilaufnahmevorgangs. Außerdem kann die Bauteilaufnahmeanzeige Kombinationen derartiger Information aufweisen. Schließlich kann die Bauteilaufnahmeanzeige auch Information über die Zufuhreinrichtung aufweisen, wie beispielsweise eine Charakteristik des Zufuhrmechanismus, der verwendet wird, um das Bauteil zur Platzierungsdüse zu transportieren. Bestimmbare Charakteristiken des Zufuhrmechanismus sind beispielsweise die Position der Zufuhreinrichtung, der Zustand des Bandes, eine geeignete Vorschubbewegung des Bandes, eine Identifizierung der Zufuhreinrichtung unter Verwendung von Markierungen (z.B. Strichcodes) oder andersartiger Zeichen, und die Bewegung und Vibration der Zufuhreinrichtung während des Bauteilaufnahmevorgangs.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute ersichtlich, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen in den Ausführungsformen und im Detail vorgenommen werden können.
Zusammenfassung
Bestückungsmaschine mit verbesserter Bauteilaufnahmeprüfung
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Bauteilprüfung auf Bauteilebene durch Bestückungsmaschinen (10, 201) verbessert. Diese Verbesserungen beinhalten eine Prüfung des Bauteilaufnahmevorgangs in Bestückungsmaschinen (10, 201) durch Sammeln von Bildern des Aufnahmevorgangs in der Maschine (10, 201) und Identifizieren von Fehlern, wenn diese auftreten. Durch Erfassen und Darstellen dieser in der Maschine erzeugten Information kann ein Operateur oder die Maschine unverzüglich effektive Korrekturmaßnahmen ergreifen. (1)

Claims

Bestückungsmaschine zum Montieren eines Werkstücks, wobei die Maschine aufweist: einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Aufnehmen und Halten des Bauteils; ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück; eine Bilderfassungseinrichtung, die derart angeordnet ist, dass sie mindestens ein Bild einer Bauteilaufnahmestelle erfasst; und eine Bildverarbeitungseinrichtung zum Analysieren des durch die Bilderfassungseinrichtung erfassten mindestens einen Bildes zum Bestimmen mindestens einer Charakteristik des Bauteilaufnahmevorgangs.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik das Nichtvorhandensein des aufzunehmenden Bauteils in einer korrekten Aufnahmeposition darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik das Nichtvorhandensein des Bauteils auf der mindestens einen Düse nach dem Bauteilaufnahmevorgang darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik die korrekte Ausrichtung des Bauteils vor dem Bauteilaufnahmevorgang aufweist.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik die Polarität des Bauteils vor dem Bauteilaufnahmevorgang darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik die korrekte Position des Bau teils nach dem Bauteilaufnahmevorgang auf der Düse darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik einen Zustand der Düse darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik die Höhe der Düse zum Zeitpunkt der Bauteilaufnahme darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik den Zustand einer das Bauteil enthaltenden Zufuhreinrichtung während eines Bauteilaufnahmevorgangs darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Charakteristik die Bewegung einer das Bauteil enthaltenden Zufuhreinrichtung während eines Bauteilaufnahmevorgangs darstellt.
Bestückungsmaschine nach Anspruch 1, wobei: die Bilderfassungseinrichtung derart angeordnet ist, dass sie ein Bild der Bauteilaufnahmestelle vor dem Bauteilaufnahmevorgang und ein Bild der Bauteilaufnahmestelle nach dem Bauteilaufnahmevorgang erfasst; die Bildverarbeitungsvorrichtung die durch die Bilderfassungseinrichtung erfassten beiden Bilder vergleicht; und die Bildverarbeitungseinrichtung basierend auf dem Vergleich mindestens eine Charakteristik des Bauteilaufnahmevorgangs bestimmt.
Bestückungsmaschine zum Montieren eines Werkstücks, wobei die Maschine aufweist: einen Platzierungskopf mit mindestens einer Düse zum lösbaren Halten des Bauteils; ein Robotersystem zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Platzierungskopf und dem Werkstück; ein Bilderfassungssystem, das derart angeordnet ist, dass es ein Bild einer Bauteilaufnahmestelle erfasst; und einen Triggermechanismus zum Erfassen der Position des Platzierungskopfes während eines Bauteilaufnahmezyklus; wobei das Bilderfassungssystem in ausgewählten Intervallen getriggert wird, um eine Folge von Bildern des Bauteilaufnahmezyklus zu erzeugen.
System nach Anspruch 12, wobei die Bilder während der Aufnahme eines einzelnen Bauteils erfasst werden.
System nach Anspruch 12, wobei die Bilder während der Aufnahme mehrerer Bauteile aufgenommen werden.
Verfahren zum Aufnehmen eines Bauteils während eines Bestückungsvorgangs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassen eines Bildes eines Bauteils, bevor das Bauteil durch die Bestückungsmaschine aufgenommen wird; Erfassen mindestens eines Bildes des Bauteils nach dem Bauteilaufnahmevorgang; Vergleichen des vor dem Bauteilaufnahmevorgang aufgenommenen Bildes mit dem nach dem Bauteilaufnahmevorgang aufgenommenen Bild, um eine Charakteristik des Aufnahmevorgangs zu bestimmen; und Erzeugen einer Bauteilaufnahmeanzeige basierend auf dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit den Schritten: Erfassen einer Bewegungsunschärfe mindestens eines der Bilder; und Erfassen eines Maßes der Bewegung basierend auf der erfassten Unschärfe.
Verfahren zum Programmieren einer Bestückungsmaschine zum Montieren eines Werkstücks, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassen mindestens eines Bildes eines Bauteilaufnahmevorgangs; Darstellen mindestens eines Bildes eines Bauteilaufnahmevorgangs; und Einstellen mindestens eines Parameters des Bestückungsprogramms unter Verwendung des dargestellten Bildes.