DE19909298B4

DE19909298B4 - Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen für Bauelemente in Bestückautomaten

Info

Publication number: DE19909298B4
Application number: DE1999109298
Authority: DE
Inventors: Hans Grasmüller; Werner Salomon
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: WO2000052987A1; DE19909298A1

Abstract

Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) für Bauelemente (15) in Bestückautomaten,
wobei ein Soll-Bild (8) eines aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) in einem Speicher einer Bildauswerteeinheit (5) abgespeichert wird,
die Haltevorrichtung (1) ohne Bauelement (15) im Gesichtsfeld einer Kamera (4) positioniert wird,
ein Bild (7) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) von der Kamera (4) aufgenommen wird,
das Bild (7) in der der Kamera (4) nachgeschalteten Bildauswerteeinheit (5) ausgewertet wird und
das ausgewertete Bild zur Kontrolle verwendet wird
dadurch gekennzeichnet,
daß das Soll-Bild von der Stirnseite (2) als aktiver Bereich der Haltevorrichtung (1) abgespeichert wird, und
daß das Bild (7) von der Stirnseite (2) der Haltevorrichtung (1) mit Hilfe von Reflexionen der Stirnseite (2) aufgenommen und mit dem Soll-Bild (8) der Stirnseite (2) verglichen wird.

Description

In Bestückautomaten werden Substrate an vorgegebenen Positionen mit Bauelementen bestückt, in dem eine Haltevorrichtung die Bauelemente aus Zuführeinheiten entnimmt und die Bauelemente an die vorgegebenen Positionen transportiert. Die relative Lage zwischen der Halterrichtung und dem Bauelement wird optisch mit einer Kamera und nachgeschalteter Bildauswerteeinheit bestimmt, so daß bei bekannter relativer Lage der Haltevorrichtung zum Substrat die relative Lage zwischen dem Bauelement und dem Substrat bekannt ist. Die Haltevorrichtung wird vor dem Absetzen des Bauelementes auf das Substrat so angesteuert und damit wird ihre relative Lage zum Substrat durch Drehung oder Verschiebung so angepaßt, daß das Bauelement in seiner korrekten Lage auf das Substrat abgesetzt wird.

Als Haltevorrichtungen werden dabei beispielsweise Saugpipetten oder mit Greifarmen ausgestattete Greifer eingesetzt.

Aus der DE 693 06 493 T2 ist ein Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen bekannt, bei dem ein seitlich neben der Düse angeordneter Lasergenerator einen Laserstrahl emittiert sowie der Düsendurchmesser der Haltevorrichtung von einer seitlich neben der Haltevorrichtung angeordneten optischen Erfassungseinrichtung aufgenommen und anhand von einer Bildauswerteeinheit der projizierten Kontur der Haltevorrichtung ermittelt wird, ob die Haltevorrichtung für einen Bestückvorgang geeignet ist. Dazu wird der Düsendurchmesser der Haltevorrichtung mit dem in einer Speichereinrichtung gespeicherten Soll-Bild verglichen. Auf diese Weise können insbesondere bei einer Drehung der Haltevorrichtung um ihre Längsachse eine gegebenenfalls vorhandene Verbiegung der Haltevorrichtung, der Düsendurchmesser und der Rotationsmittelpunkt der Spitze der Haltevorrichtung vermessen werden.

Aus WO 98/33369 ist dabei beispielsweise eine Saugpipette als an einem Bestückkopf angeordnete Haltevorrichtung bekannt, die mittels eines Unterdrucks die Bauelemente halten und mittels eines Überdrucks die Bauelemente absetzen. Für unterschiedlich große Bauelemente werden dabei Saugpipetten mit unterschiedlichem Ansaugquerschnitt eingesetzt, um einen ausreichend guten Halt der Bauelemente an der Saugpipette zu garantieren. Die Saugpipetten können dabei während des Bestückprozesses in Abhängigkeit der zu bestückenden Bauelemente am Bestückkopf ausgewechselt werden.

Die richtige Saugpipette ist eine Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion. Daher erfolgt eine Kontrolle, ob die richtige Saugpipette am Bestückkopf befestigt ist, in dem der Saugwiderstand nach dem Auswechseln der Saugpipette gemessen wird. Diese Messung ist recht ungenau und nicht dafür geeignet, Saugpipetten mit kleinen Veränderungen des Saugwiderstands voneinander zu unterscheiden.

Durch Verschleiß nutzen sich die Saugpipetten ab. Damit entstehen glänzende Stellen, die bei der beschriebenen optischen Vermessung von Bauelementen zu Meßfehlern führen. Ebenfalls können Pipetten durch die auf den Substraten im allgemeinen befindliche Lötpaste verschmutzen, wenn das ursprünglich an der Saugpipette transportierte Bauelement unterwegs verloren wurde. Durch die Lötpaste haftet das nächste Bauelement stärker an der Saugpipette und das Absetzen wird erschwert. Außerdem können aufgrund der verschmutzten Saugpipette Fehler beim optischen Vermessen des Bauelementes auftreten. Als Konsequenz kann eine konstante Bestückgenauigkeit nicht gewährleistet werden. Eine Prüfung auf Verschleiß und Beschädigungen der Saugpipetten ist derzeit nicht bekannt. Daher werden die Saugpipetten nach einer vorgegebenen Zeit routinemäßig oder nach einer Häufung von Fehlern ausgetauscht. Bei unnötigem Austausch resultieren daraus unerwünschte Kosten für neue Saugpipetten, während bei zu spätem Austausch bereits hohe Kosten durch die Produktion von Ausschuß aufgelaufen sind.

Eine Kontrolle auf Verschmutzung erfolgt nur durch die Messung des Saugwiderstandes, die allerdings nur Verstopfungen des Saugkanals detektiert. Die zu optischen Fehlmessungen führenden Verschmutzungen der Stirnseite werden dadurch nicht erfaßt.

Unter dem Begriff: Kontrolle von Haltevorrichtungen werden im folgenden Untersuchungen der Haltevorrichtung auf Identität, Verschmutzung, Verschleiß und Beschädigung verstanden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen anzugeben, welches eine zu verlässige Identifizierung der Haltevorrichtungen erlaubt und zusätzlich den Zustand der Haltevorrichtungen erfassen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen in Bestückautomaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei wird die Haltevorrichtung im Gesichtsfeld einer Kamera mit nachgeschalteter Bildauswerteeinheit positioniert und ein aufgenommenes Bild eines aktiven Bereichs der Haltevorrichtung mit einem abgespeicherten Soll-Bild des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung verglichen. Durch den Vergleich mit dem Soll-Bild können charakteristische Merkmale der Haltevorrichtung leicht erkannt werden und dienen zur Kontrolle der Haltevorrichtung. Als aktiver Bereich wird hier und im folgenden die Stirnseite der Haltevorrichtung verstanden, die insbesondere bei Saugpipetten für den Bestückprozeß die entscheidende Rolle spielt. Die Stirnseite zeigt die für die Kontrolle der Saugpipette wesentliche Eigenschaft besonders deutlich.

Für die Kontrolle der Identität der Haltevorrichtung ist es gemäß Anspruch 2 besonders vorteilhaft, die Kontur des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung als Soll-Bild abzuspeichern und bei der Aufnahme die Kontur des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung besonders deutlich zu beleuchten, damit das aufgenommene Bild diese Kontur enthält und mit dem Soll-Bild verglichen wird. Unter Kontur werden im folgenden alle Kanten des aktiven Bereichs verstanden.

Eine Kontrolle auf Verschmutzung erfolgt in bevorzugter Ausführungsform gemäß Anspruch 3 durch eine Auswertung der Helligkeit von Gebieten des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung im Vergleich zum abgespeicherten Soll-Bild, da die Verschmutzungen vor allem von Lötpaste hervorgerufen werden, die in der Aufnahme aufgrund ihrer Reflexionseigenschaften heller wirkt, als die unverschmutzte Haltevorrichtung.

Eine Kontrolle auf Beschädigung und Abnutzung erfolgt in vorteilhafter Weise durch eine Untersuchung des äußeren Randes des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung gemäß Anspruch 4, da sich die Beschädigungen vor allem im Randbereich der Haltevorrichtung ereignen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 5 werden Saugpipetten als Haltevorrichtungen eingesetzt, da sie leicht auszuwechseln sind und auch kleine Bauelemente damit leichter zu transportieren sind als beispielsweise mit Greifern.

In vorteilhafter Weise werden gemäß Anspruch 6 Kosten eingespart, in dem die Kamera und das Bildverarbeitungssystem zusätzlich auch zur Kontrolle der Lage der Bauelemente an der Haltevorrichtung eingesetzt werden.

Anhand der Figuren der Zeichnung wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen
1 eine Saugpipette in der Seitenansicht im Teilschnitt mit einer schematischen Bildauswerteeinheit,
2 die Stirnseite von Saugpipetten bei der Kontrolle auf Identität der Saugpipetten,
3 die Stirnseite einer verschmutzten Saugpipette,
4 die Stirnseite einer beschädigten Saugpipette und
5 eine Saugpipette in der Seitenansicht im Teilschnitt mit einem Bauelement und einer schematischen Bildauswerteeinheit.
In 1 ist eine Haltevorrichtung 1 in Form einer Saugpipette in Seitenansicht im Teilschnitt dargestellt. Die weiteren Ausführungen lassen sich allerdings ohne weiteres auch auf mit Greifarmen ausgestattete Greifer als Haltevorrichtung übertragen. Die Stirnseite 2 der Haltevorrichtung 1 weist dabei mindestens eine Saugöffnung 3 auf, an der durch die der zum Halten eines nicht dargestellten Bauelementes erforderliche Unterdruck am Bauelement auftritt. Damit ist die Stirnseite 2 der für den Bestückprozeß entscheidende Bereich der Haltevorrichtung, im folgenden aktiver Bereich der Haltevorrichtung genannt. Die Stirnseite 2 wird dabei von einer Kamera 4 mit nachgeschalteter Bildauswerteeinheit 5 aufgenommen und dafür mit Hilfe von Lichtquellen 6 beleuchtet. In einem Speicher der Bildauswerteeinheit ist ein Soll-Bild der Stirnseite 2 der Haltevorrichtung abgespeichert, mit dem das aufgenommene aktuelle Bild der Haltevorrichtung verglichen wird.
In 2 ist schematisch ein Bild 7 der Stirnseite 2 der Haltevorrichtung dargestellt, welche durch Teilöffnungen 9 und Zwischenstege 10 gebildet wird. Das Bild 7 der Kontur 11 der Stirnseite 2 wird dabei mit dem gestrichelt dargestellten Soll-Bild 8 der Kontur 11 in der Bildauswerteeinheit verglichen. Bei dem in dieser 2 argestellten Fall ergibt sich ein Unterschied in der Kontur und damit ist festgestellt, daß sich die falsche Haltevorrichtung am Bestückkopf befindet. Ohne Folgefehler aufgrund falsch aufgenommener Bauelemente kann die falsche Haltevorrichtung daher ausgewechselt werden.
In 3 ist ein Beispiel für eine Verschmutzung 12 an der Stirnseite 2 einer Haltevorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise durch Lötpaste hervorgerufen wird. Für die Untersuchung auf Verschmutzungen 12 wird in einem vorgegebenen Fenster 13 des Bildes 7 der Haltevorrichtung nach helleren Gebieten gesucht, als im Soll-Bild vorhanden sind. Aufgrund der metallischen Reflexion der Lötpaste als Verschmutzung 12 wird diese anhand der vorhandenen helleren Gebiete erkannt und die Haltevorrichtung wird ausgewechselt, bevor es zu feh lerhaften Messungen oder Fehlern beim Absetzen der Bauelementekommt.
Für die Untersuchung auf Beschädigungen 14 der Haltevorrichtungen wird das Bild 7 besonders am äußeren Rand der Haltevorrichtung auf Übereinstimmung mit dem Soll-Bild überprüft.
Die Beleuchtung mit den Lichtquellen 6 ist dabei jeweils so wählbar, daß die für den jeweiligen Kontrollfall geeigneten charakteristischen Merkmale (Kontur, helle Gebiete, äußerer Rand) besonders deutlich im Bild 7 zu erkennen sind.
In 5 ist eine Haltevorrichtung 1 mit einem Bauelement 15 dargestellt. Die Kamera 4, die Lichtquellen 6 und die Bildauswerteeinheit 5 sind auch für die Lagebestimmung des Bauelementes 15 und der Anschlüsse 16 geeignet. Dadurch ergeben sich geringere Kosten als für zwei separate Bildauswertungen für die Kontrolle der Haltevorrichtungen und der Bauelemente.

Claims

Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) für Bauelemente (15) in Bestückautomaten, wobei ein Soll-Bild (8) eines aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) in einem Speicher einer Bildauswerteeinheit (5) abgespeichert wird, die Haltevorrichtung (1) ohne Bauelement (15) im Gesichtsfeld einer Kamera (4) positioniert wird, ein Bild (7) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) von der Kamera (4) aufgenommen wird, das Bild (7) in der der Kamera (4) nachgeschalteten Bildauswerteeinheit (5) ausgewertet wird und das ausgewertete Bild zur Kontrolle verwendet wird dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Bild von der Stirnseite (2) als aktiver Bereich der Haltevorrichtung (1) abgespeichert wird, und daß das Bild (7) von der Stirnseite (2) der Haltevorrichtung (1) mit Hilfe von Reflexionen der Stirnseite (2) aufgenommen und mit dem Soll-Bild (8) der Stirnseite (2) verglichen wird.
Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Bild (8) wenigstens eine Kontur (11) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) umfaßt, daß während der Aufnahme des Bildes (7) die Haltevorrichtung (1) so beleuchtet wird, daß die Kontur (11) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) deutlich zu erkennen ist, daß während der Auswertung die Kontur (11) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) im Bild (7) mit der Kontur (11) des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) des Soll-Bildes (8) zur Kontrolle der Identität der Haltevorrichtung (1) verglichen wird.
Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Auswertung die Helligkeit von Gebieten des Bildes (7) mit der Helligkeit von entsprechenden Gebieten des Soll-Bildes (8) zur Kontrolle auf Verschmutzungen (12) an der Haltevorrichtung (1) verglichen wird.
Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Bild (8) wenigstens den äußeren Rand des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) umfaßt, daß während der Auswertung der äußere Rand des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) im Bild (7) mit dem äußeren Rand des aktiven Bereichs der Haltevorrichtung (1) im Soll-Bild (8) zur Kontrolle von Beschädigungen oder Verschleiß der Haltevorrichtung (1) verglichen wird.
Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugpipette als Haltevorrichtung (1) verwendet wird.
Verfahren zur Kontrolle von Haltevorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (4) und die Bildauswerteeinheit (5) zusätzlich zur Ermittlung der Position des Bauelementes (15) an der Haltevorrichtung (1) und/oder zur Ermittlung der Position der Anschlüsse (16) des Bauelementes (15) verwendet wird.