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EINRICHTUNG ZUR POSITIONIERUNG VON BAUTEILEN AUF EINEM
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WERKSTÜCK Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Positionierung von Bauteilen auf einem Werkstück, welche Einrichtung mindestens
ein Bauteile-Magazin bzw. eine Bauteile-Magazingruppe, mindestens eine Bauteile-Transportvorrichtung
mit einem Greiforgan zur Aufnahme eines Bauteiles sowie mindestens eine Werkstück-Halteanordnung
zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes umfasst, wobei, die Bauteile-Transportvorrichtung
zwizwischen dem Bauteile-Magazin bzw. der Bauteile-Magazingruppe und der Werkstück-Halteanordnung
verschiebbar gelagert ist.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Einrichtung
ist z.B. im Aufbringen elektronischer Bauelemente auf einen Träger zu erblicken.
Als Träger kommen Dickschichtschaltungen, Dünnschichtschaltungen, Leiterplatten
oder ähnliche Werkstücke in Betracht. Solche Träger umfassen eine Leiterträgerplatte,
die aus keramischem oder einem anderen geeigneten Material besteht, auf deren Oberfläche
einerseits ein vorgegebenes Muster von elektrisch leitfähigen Bahnen und andererseits
eine Mehrzahl von Anschlusspunkten zur Aufnahme von diskreten, elektrischen bzw.
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elektronischen Bauelementen wie z.B. Widerständen, Transistoren, Kondensatoren
und dgl. vorgesehen ist. Insbesondere wegen
der geringen Abmessungen
und der gedrängten Anordnung von Dünnschicht- bzw. Dickschichtschaltungen ist es
von ausschlaggebender Bedeutung, dass die auf die aufzusetzenden Elemente mit grösstmöglichster
Präzision an den vorgesehenen Platz gebracht werden, bevor sie z.B. durch Löten
mit den Leiterbahnen des Trägers verbunden werden.
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Im Interesse einer rationellen, möglichst weitgehend automatisierten
Fertigung solcher Schaltungen werden Bestückunqsautomaten verwendet, welche selbsttätig,
durch ein geeignetes Programm gesteuert, Bauelemente aus einem Magazin oder aus
einem ausgewählten Magazin einer Magazingruppe entnehmen, diese in den Bereich der
Leiterplatte transportieren und schliesslich die Bauelemente an einer genau6 vorbestimmten
Position auf der Leiterplatte ablegen. Die Transportvorrichtung zum Verbringen der
einzelnen Bauelemente vom ausgewähltem Magazin zur vorgegebenen Position auf der
Leiterplatte kann nach bekanntem Stand der Technik mit der erwünschten, hohen Präzision
gesteuert werden.
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Andererseits ist die Lage der einzelnen Bauelemente innerhalb des
Magazins nicht mit der erforderlichen Präzision gewährleistet, so dass die Position
eines vom Greiforgan der Transportvorrichtung aufgenommenen Bauelementes gegenüber
einer theoretisch genauen Positionierachse durch das Greiforgan der Transportvorrichtung
nicht gewährleistet ist. Mit anderen Worten bedeutet das, dass ein vom Greiforgan
der Transportvorrichtung aus dem Magazin aufgenommenes Bauelement mehr oder weniger
gegenüber der theoretischen Positionierachse durch das Greiforgan verschoben und/oder
verdreht sein kann.
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Um diese nicht voraussehbare Lageverschiebung zu korrigieren, hat
man bisher vorgeschlagen, das Greiforgan der Transportvorrichtung mit Zentriermitteln
zu versehen, um ein ungenau aufgenommenes Bauelement in die theoretisch erwünschte
Sollposition gegenüber der Positionierachse zu bringen, d.h. das Bauelement mechanisch
so zu verschie#ben, dass dessen Symmetrieachse mit der Positionie#rachse durch das
Greiforgan zusammenfällt. Eine solche Vorrichtung ist z.B. in der USA-Patentschrift
Nr. 4,135, 630 beschrieben, die eine Anordnung zum Zentrieren elektronischer Bauelemente
offenbart, die aus einem Magazin entnommen worden sind und auf einer Leiterplatte
aufgesetzt werden sollen. Es wird dabei von der Ueberlegung ausgegangen, dass die
zu positionierenden Bauelemente während des Entnehmens aus dem Magazin möglicherweise
dezentral erfasst werden und demzufolge nicht in der korrekten Sollposition auf
den Leiterträger abgesetzt werden können. Um dies zu vermeiden, schlägt die genannte
USA-Patentschrift die Verwendung eines Zentrierorganes vor, mit Hilfe dessen die
aus dem Magazin entnommenen Bauelemente relativ zur theoretischen Positionierachse
durch das Greiforgan zentriert werden können.
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An sich arbeitet diese Vorrichtung zufriedenstellend, ben#ötigt aber
in mechanischer Hinsicht aufwendige Mittel, um die im allgemeinen sehr geringe Abmessungen
aufweisenden, aus dem Magazin aufgenommenen Bauelemente zu umgreifen und mechanisch
zu verschieben, damit sie die# theoretische Sollposition in Bezug auf die durch
das Greiforgan verlaufende Zentrierachse einnehmen. Die Konstruktion einer solchen
Zentriervorrichtung, die sehr präzise
ausgebildet sein muss, ist
demzufolge aufwendig und sehr teuer.
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Dazu kommt, dass mit einem die Präzision der Zentriervorrichtung beeinträchtigenden
Verschleiss gerechnet werden muss, und weiter, dass unter Umständen eine Beschädigung
der Bauelementerfolgen kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin
zu sehen, dass die bewegten Massen verhältnismässig gross sind; im Interesse einer
geringen Taktzeit beim Aufbringen der Bauelemente auf die Leiterplatte müssen deshalb
die Antriebsmittel für die Transportvorrichtung, die zwangsläufig die Zentriervorrichtung
umfassen müssen, überdimensioniert werden. Schliesslich ist ein Nachteil der bekannten
Anordnung darin zu sehen, dass meistens eine Mehrzahl von verschieden grossen, als
Zangen ausgebildeten Zentriervorrichtungen vorgesehen sein muss, die auswechselbar
am Greiforgan befestigt sind, um Bauelemente unterschiedlicher Grösse zentrieren
zu können. Neben dem unerwünscht hohen Zeitaufwand für das Auswechseln der Zentriervorrichtungen
ist auch nachteilig, dass eine Anzahl von unterschiedlichen Æentriervorrichtungen
vorrätig gehalten werden muss.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der
eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, welche diese Nachteile nicht mehr aufweist
und insbesondere ermöglicht, Werkstücke, z.B.
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Leiterplatten für elektronische Schaltungen, in rascher Folge mit
höchster Präzision mit aus einem Magazin entnommenen Bauteilen zu bestücken. Es
soll dabei auf die Verwendung einer komplizierten, mechanisch aufwendigen und daher
teuren Zentriervorrichtung verzicntet werden. Ausserdem soll diese Vorrichtung für
sämtliche vorkommenden Bauteile-Grössen geeignet sein und somit den Benutzer
von
der lästigen Notwendigkeit entheben, je nach verwendetem Bauteil gegebenenfalls
eine Zentriervorrichtung auswechseln zu müssen. Schliesslich soll mit der vorgeschlagenen
Einrichtung vermieden werden, dass die Bauteile beschädigt werden könnten und weiter,
dass bei zunehmendem Verschleiss eine Beeinträchtigung der Genauigkeit erfolgt.
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Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Positionieren von
Bauteilen auf einem Werkstück, welche Einrichtung mindestens ein Bauteile-Magazin
bzw. eine Bauteile-Magazingruppe, mindestens eine Bauteile-Transportvorrichtung
mit einem Greiforgan zur Aufnahme eines Bauteiles sowie mindestens eine Werkstück-Halteanordnung
zur Aufnahme mindestens eines Werkstückes umfasst, wobei die Bauteile-Transportvorrichtung
zwischen dem Bauteile-Magazin bzw. der Bauteile-Magazingruppe und der Werkstück-Halteanordnung
verschiebbar gelagert ist.
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Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe zeichnet sich diese Einrichtung
dadurch aus, dass im Bereich des Verschiebeweges des Greiforganes der Bauteile-Transportvorrichtung
eine Lageerfassungs-Einrichtung vorgesehen ist, welche die relative Lageabweichung
eines vom Greiforgan der Bauteile-Transportvorrichtung getragenen Bauteiles gegenüber
einer auf eine Zentrierachse durch das Greiforgan bezogenen Soll-Position misst,
und dass ein mit der Lageerfassungs-Einrichtung und zumindest mit dem Antrieb der
Bauteile-Transportvorrichtung verbundenes Steuergerät vorgesehen ist, welches den
genannten Antrieb unter Berücksichtigung des Lageabweichungs-Messwertes beeinflusst.
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Bei der erfindungsgemässen Einrichtung wird also von folgender Ueberlegung
ausgegangen: Es wird darauf verzichtet, das vom Greiforgan aufgenommene Bauteil
unter Verwendung einer Zentriervorrichtung mit der theoretisch optimalen Lage bezüglich
der Zentrierachse durch das Greiforgan in Übereinstimmung, d.h. in eine gegenüber
dieser Positionierachse konzentrische Position zu bringen. Vielmehr wird das Ausmass
der Exzentrizität, mit der das Bauteil erfasst wurde, gemessen und anschliessend
der Bewegungsablauf der Bauteile-Transportvorrichtung und/oder gegebenenfalls die
Position des Werkstück-Trägers so nachgeregelt, dass das Bauteil schliesslich mit
höchster Präzision an der theoretisch vorgegebenen Soll-Position auf dem Werkstück
abgesetzt wird.
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Durch den Verzicht auf Zentriervorrichtungen kann die bewegte Masse
der Bauteile-Transportvorrichtung wesentlich geringer gehalten werden; dies kann
sich vorteilhaft in einer verminderten Taktzeit bei gleichbleibender Antriebsleistung
für die Bauteile-Transportvorrichtung oder wahlweise in einer geringeren Dimensionierung
der Antriebsvorrichtung bei gleichbleibender Taktzeit niederschlagen. Die Nachregelung,
sei es der Bewegungsbahn der Bauteile-Transportvorrichtung, sei es der Lage des
Werkstückes, kann im Rahmen der ohnehin erforderlichen Steuereinrichtung der gesamten
Anlage, z.B. durch zweckentsprechende Änderung bzw. Ergänzung des Steuerprogrammes,
erfolgen und erfordert somit keinen zusätzlichen apparativen Aufwand.
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Nach dem erfindungsgemässen Vorschlag ist die Lageerfassungs-Einrichtung
im Bereich des Verschiebeweges des Greiforgans der
Bauteile-Transportvorrichtung
angeordnet. Eine zweckmässige Lösung kann darin bestehen, dass diese Lageerfassungs-Einrichtung
im wesentlichen konzentrisch über der Werkstück-Halteanordnung angeordnet ist. Dies
ermöglicht, dass die Bauteile-Transportvorrichtung im Verlauf ihrer Verschiebebewegung
über der Werkstück-Halteanordnung kurz angehalten wird, nämlich dann, wenn das vom
Greiforgan erfasste Werkstück in den Bereich der Lageerfassungs-Einrichtung gelangt
ist. Während dieser kurzen Anhaltephase wird die effektive Lage des Bauteiles relativ
zur durch das Greiforgan verlaufenden Positionierachse erkannt, und es wird ein
Korrektursignal gebildet, welches ein Mass für die Lageabweichung in horizontaler
X- und Y-Richtung sowie gegebenenfalls bezüglich Verdrehung darstellt. Da die Lageerfassungs-Einrichtung
mit einem Steuergerät verbunden ist, welches dieses Korrektursignal empfängt, kann
entweder die Bewegungsbahn der Bauteile-Transportvorrichtung oder die Lage des Werkstückes
durch Verschieben der Werkstück-Halteanordnung nachgeregelt werden, oder aber eine
Korrektur kann durch beide Massnahmen gleichzeitig erfolgen.
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Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, dass die Lageerfassungs-Einrichtung
in zumindest annähernd konzentrischer Lage an der Bauteile-Transportvorrichtung,
unterhalb des Greiforganes, angeordnet ist. Diese Lösung ermöglicht ein Erfassen
der effektiven Position des Bauteiles am Greiforgan während der Bewegung der Transportvorrichtung,
ohne diese anzuhalten; bezüglich der Auswertung der von der Lageerfassungs-Einrichtung
gelieferten Korrektursignale gilt das vorstehend gesagte sinngemäss.
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Für die Ausbildung der Lageerfassungs-Einrichtung bestehen verschiedene
Möglichkeiten. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform kann diese ein rahmenartiges
Gestell umfassen, durch welches das Greiforgan der Bauteile-Transportvorrichtung
hindurchtreten kann, wobei, wie bereits erwähnt, unter Umständen ein kurzes Anhalten
der Bauteile-Transportvorrichtung erfolgt, wenn sich das vom Greiforgan aufgenommene
Bauteil innerhalb des rahmenartigen Gestelles befindet. Während des Durchtritts
des Bauteiles durch die Lageerfassungs-Einrichtung bzw. während dieser Anhaltephase
wird die effektive Lage des Bauteiles relativ zur theoretischen Positionierachse
erkannt und ein Korrektursignal bzw. mehrere Korrektursignale gebildet.
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Die Lageabtastung des Bauteiles kann durch Berührung oder berührungslos
erfolgen. Im ersteren Fall können an den vier Seiten des vorzugsweise rechteckigen
bzw. quadratischen Rahmens der Lageerfassungs-Einrichtung längsverschiebbare Nadeln
vorgesehen sein, die bis zum Auftreffen auf die jeweilige Seite des Bauteiles ausgefahren
werden. Das Mass der Verschiebung jeder einzelnen Nadel bildet nach entsprechender
logischer Verknüpfung ein Korrektursignal, aus dem sich die Abweichung der Lage
des Bauteiles von der theoretischen Soll-Lage in horizontaler X- und Y-Richtung
ableiten lässt.
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Im zweiten Fall kann eine berührungslose Abtastung z.B. mit Hilfe
eines Laserstrahles bzw. mehrerer Laserstrahlen erfolgen. Auch hier bestehen mehrere
Möglichkeiten, die in den abhängigen Ansprüchen im einzelnen definiert sind und
in der nachfolgenden
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
noch im einzelnen erörtert werden. An dieser Stelle sei nur festgehalten, dass die
berührungslose Abtastung der Lage eines Bauteiles nicht nur an sich prinzipielle
Vorteile bietet (wie z.B. das Fehlen jeglicher Abnutzungserscheinungen), sondern
dass dadurch auch die Erfassung einer Verschwenkung des Bauteiles um die Positionierachse
durch das Greiforgan, zusätzlich zur Erfassung einer Fehlpositionierung in horizontaler
X- und Y-Richtung, möglich ist. Ferner ist dabei auch ein Erkennen der Höhenlage
des Bauteiles möglich.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung,
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert. Im einzelnen
zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Positionierung
von Bauteilen in einer Seitenansicht, Fig. 2 eine Ansicht der Werkstück-Halteanordnung
und der Bauteile-Magazingruppe der Anordnung gemäss Fig. 1 von oben, Fig. 3 eine
schematische Aufsicht auf eine Lageerfassungs-Einrichtung mit mechanischer, berührender
Abtastung, Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer
Lageerfassungs-Einrichtung
mit berührungsloser Abtastung, Fig.
5 eine schematische Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Lageerfassungs-Einrichtung
mit berührungsloser Abtastung, Fig. 6 dieselbe Ansicht wie Fig. 5, jedoch mit verdrehtem
Bauteil, Fig. 7 eine schematische Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer
Lageerfassungs-Einrichtung mit berührungsloser Abtastung, und Fig. 8 dieselbe Ansicht
wie Fig. 7, jedoch mit verdrehtem Bauteil.
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Die Einrichtung gemäss Figur 1 umfasst eine Konsole 1, auf welcher
eine Werkstück-Halteanordnung in Form eines Arbeitstisches 2 angebracht ist. Nicht
näher dargestellte Antriebsorgane, die unter der Wirkung einer ebenfalls nicht dargestellten
Steuereinrichtung stehen, erlauben es, den Arbeitstisch 2 horizontal in Richtung
der Pfeile X wie auch in Richtung der Pfeile Y (Figur 2) zu verschieben, d.h. in
zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen in einer Horizontalebene. Auf dem
Arbeitstisch 2 ist ein Werkstück 3, z.B. in Form eines mit Leiterbahnen versehenen
Keramiksubstrates, zur Herstellung einer elektronischen Schaltung angeordnet. Positionier-
bzw. Halteorgane 4 dienen dazu, das Werkstück 3 gegenüber dem Arbeitstisch 2 in
einer vorbestimmten
Lage zu fixieren.
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Eine weitere Konsole 5, die benachbart zur Konsole 1 angeordnet ist,
trägt eine Anzahl von Bauelementemagazinen 6; diese umfassen einen Vorratsteil 7,
aus welchem ein Band 8 herausragt, das mit einer Mehrzahl von z.B. aufgeklebten
Bauelementen 9a, 9b usw.
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versehen ist. Selbstverständlich können die Bauelementemagazine 7
auch anders ausgebildet sein, und es sind eine Reihe von Betätigungsorganen für
diese Magazine erforderlich; auf diese Einzelheiten braucht im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht näher eingegangen zu werden, da sie im Ermessensbereich des mit
der Materie vertrauten Fachmannes liegen.
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Oberhalb der beiden Konsolen 1 und 5 ist eine Führung 10 angeordnet,
die eine Bauteile-Transportvorrichtung 11 aufnimmt. Diese umfasst einen schlittenartigen
Teil 12, der entlang der Führung 10 in Richtung des Pfeiles A längsverschiebbar
ist. Vorzugsweise kann die gesamte Führung 10 zusätzlich in einer senkrecht dazu
verlaufenden, horizontalen Richtung entlang des Pfeiles B querverschiebbar sein.
Die Transportvorrichtung 11 umfasst ein Bauteile-Aufnahmeorgan 13, welches mit einer
Hohlnadel 14 bestückt ist, um die einzelnen Bauelemente 9a - 9b aus den Magazinen
zu entnehmen. Das Innere der Hohlnadel 14 ist an eine (nicht dargestellte) Vakuumquelle
angeschlossen; beim Auftreffen der Spitze der Nadel 14 auf das aufzunehmende Bauelement
9 wird das Vakuum an die Nadel 14 angelegt, so dass das Bauelement 9 an der Spitze
der Nadel 14 haften bleibt. Zu diesem Zweck ist die gesamte Anordnung bzw. das Bauelement-Aufnahmeorgan
13 in Richtung des
Pfeiles C höhenverstellbar. Das heisst, dass
die Nadel 14 aus der in Figur 1 gezeigten Position auf ein ausgewähltes Bauelement
9 abgesenkt werden kann, um dieses durch Ansaugen festzuhalten.
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Wie schon erwähnt, ist die Anordnung 11 entlang der Führung 10 in
Ricntung des Pfeiles A verschiebbar, nämlich in eine Position (gestrichelt dargestellt
in Figur 1) oberhalb einer Lageerfassungs-Einrichtung 15. Letztere befindet sich
zentral über dem Arbeitstisch 2 und besitzt im wesentlichen rahmenförmige Gestalt,
so dass das Bauelement-Aufnahmeorgan 13 mit der das Bauelement 9 tragenden Nadel
14 durch diese hindurchtreten kann.
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Auf nähere Einzelheiten bezüglich der Lageerfassungs-Einrichtung 15
wird im folgenden noch ausführlich eingegangen werden. Jedenfalls ist die Lageerfassungs-Einrichtung
im Stande, die effektive Position eines Bauelementes 9 relativ zu einer durch das
Zentrum der Nadel 14 verlaufenden, vertikalen Positionierachse zu erkennen und daraus
ein Korrektursignal bzw. Korrektursignale abzuleiten.
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Das Bauelement gemäss Fig. 6 und 8 befindet sich in verdrehter bzw.
dezentrierter Lage, während das Bauelement gemäss Fig. 3, 4, 5 und 7 lediglich in
X- bzw. Y-Richtung verschoben ist. Die Lageerfassungs-Einrichtung 15 ist im Stande,
im Fall der Situation gemäss Fig. 6 und 8 den Drehwinkel des Bauelementes 9 zu erkennen,
daraus ein Korrektursignal abzuleiten und die Nadel 14 bzw. das Tragoran 13 zu einer
Verdrehung zu veranlssen, bis das Werkstück 9 die in Fig. 3, 4, 5 und 7 gezeigte
Lage parallel
zu den Seitenkanten des Werkstückes 3 einnimmt. Andererseits
wird durch die Einrichtung 15 eine laterale Verschiebung in horizontaler Richtung,
in der Situation z.B. gemäss Figur 3 um den Betrag x in X-Richtung und um den Betrag
y in Y-Richtung, erkannt.
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Daraus werden ebenfalls Korrektursignale abgeleitet, die entweder
die Bewegungsbahn der Anordnung 11 in Richtung der Pfeile A und B oder die Verschiebung
des Arbeitstisches 2 in X und Y-Richtung oder aber eine Kombination all dieser Bewegungen
beeinflussen.
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In der Praxis arbeitet die Einrichtung wie folgt: Die Bauteile-Transportvorrichtung
11 befindet sich gemäss Figur 1 in einer Position oberhalb eines ausgewählten Magazins
6. Die Nadel 14 wird in Richtung des Pfeiles C abgesenkt, bis deren Spitze auf der
Oberfläche des aufzunehmenden Bauelementes 9c auftrifft.
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Danach wird das Vakuum an die Nadel 14 angelegt,und die Nadel 14 wird
zurückgezogen, so dass das Bauelement 9c an der Spitze der Nadel 14 haften bleibt.
Im Normalfall wird ein so aufgenommenes Bauelement 9c nicht genau zentrisch an der
Spitze der Nadel 14 haften, sondern in X- und Y-Richtung versetzt sein. ferner ist
auch möglich, dass das Bauelement zudem verdreht sein kann.
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Nun bewegt sich die Transportvorrichtung 11 in die in Figur 1 gestrichelt
gezeigte Lage über dem Arbeitstisch 2 und die Nadel 14 wird soweit abgesenkt, dass
sich das Bauelement 9c innerhalb der rahmenförmigen Lageerfassungs-Einrichtung 15
befindet. Dort wird die Exzentrizität des Bauelementes 9c gegenüber der theoretischen
Positionierachse im Zentrum der Nadel 14 erfasst; daraus resultierende Korrektursignale
bewirken nun gegebenenfalls
eine Verdrehung des Werkstückes um
die durch die Nadel 14 verlaufende Positionierachse sowie entweder eine Lagekorrektur
der Transportvorrichtung 11 in Richtung der Pfeile A und/oder B, eine Verschiebung
des Arbeitstisches 2 in X und/oder Y-Richtung oder eine Kombination beider Korrekturbewegungen.
Nachdem dies geschehen ist, ist sichergestellt, dass sich das an der Spitze der
Nadel 14 befindliche Bauelement 9c in korrekter Lage oberhalb des Werkstückes 3
befindet, so dass anschliessend die Nadel 14 abgesenkt werden kann, um das Bauelement
9c mit höchster Präzision auf das Werkstück 3 abzulegen.
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Wie schon zuvor erwähnt,erkennt die Lageerfassungs-Einrichtung 15
auch eine Verdrehung des Bauelementes 9c gegenüber der theoretischen Soll-Lage.
Das daraus gewonnene Korrektursignal kann dazu benützt werden, die Nadel 14 zu verdrehen,
bis die erwünschte, parallele Ausrichtung des Bauelementes 9c zu den Kanten des
Werkstückes 3 erreicht ist. Mit Hilfe der heute zur Verfügung stehenden Steuerorgane
kann diese Auswertung und Korrektur so schnell erfolgen, dass eventuell gar kein
oder aber kein nennenswert langer Aufenthalt des Bauelementes in der Lageerfassungs-Einrichtung
15 erforderlich ist.
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Nachdem das Bauelement 9c auf dem Werkstück 3 abgelegt worden ist,
wird das Vakuum innerhalb der Nadel 14 aufgehoben und diese zurückgezogen, währenddem
sich die Transportvorrichtung 11 in die in Figur 1 gezeigte Ausgangslage oder in
eine in Richtung des Pfeiles A etwas verschobene Lage über einem der Magazine 6
zurückbewegt. Nun kann die Nadel 14 erneut abgesenkt werden, um ein
weiteres
Bauelement 9a - 9b aufzunehmen, und der vorstehend geschilderte Vorgang wiederholt
sich von neuem.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Lageerfassungs-Einrichtung 15
sind in den Figuren 3-8 dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
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In der Figur 3 ist eine mechanische Lösung zu sehen, die mit einer
berührenden Abtastung des zu positionierenden Bauelementes 20 arbeitet. Die Einrichtung
15 umfasst einen quadratischen Rahmen, der aus vier Seitenteilen 21a - 21d zusammengesetzt
ist.
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Jedes der Rahmenteile 21a - 21d trägt eine Nadel 22a - 22d, die längsverschiebbar
gelagert ist und unter Einfluss eines Antriebs- und Messorganes 23a - 23d steht.
Mittels letzterem können die Nadeln 22a - 22d in Richtung der Pfeile U-l - U-4 längsverschoben
werden, d.h. quer zum Verlauf der Rahmenseiten 21a -21d. Die Ausbildung der Antriebs-
und Messorgane 23a - 23d ist bekannter Stand der Technik und braucht an dieser Stelle
nicht näher erläutert zu werden. Jedenfalls stehen die Organe 23a -23d in Wirkungsverbindung
mit dem zentralen Steuerorgan der gesamten Einrichtung, wobei die Funktion wie folgt
ist: In der Ausgangslage befinden sich die Nadeln 22a - 22d in einer mehr oder weniger
zurückgezogenen Position, so dass ein von der -Hohlnadel 14 getragenes Bauelement
20 in das Innere des Rahmens 21a - 21d eintauchen kann. Das Zentrum der Nadel 14,
d.h. die theoretische Positionierachse, ist mit M bezeichnet. Nachdem das Bauelement
20 in die Lageerfassungs-Einrichtung 15 eingetaucht
ist, werden
die Nadeln 21a - 21d unter Wirkung der Antriebs- und Messorgane 23a - 23d in Richtung
des Bauelementes 20 bewegt, bis die Nadelspitzen auf den Seitenflächen des desselben
aufliegen.
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Der Verschiebeweg der Nadeln 22a - 22d wird dabei von den Antriebs-
und Messorganen 23a - 23d erfasst; aus diesen Messwerten kann ein Korrektursignal
bzw. können Korrektursignale gebildet werden, die ein Mass für die Abweichung des
Zentrums N des Bauelementes 20 von der theoretischen Sollposition, nämlich der Achse
M bilden. Mit diesem Korrektursignal wird der Antrieb der Bauelemente-Transportvorrichtung
und/oder der Antrieb der Werkstück-Halteanordnung beeinflusst. Nachdem die Lage
des Bauelementes 20 erkannt ist, werden die Nadeln 22a - 22d zurückgezogen und das
Bauelement 20 kann auf das Werkstück 3 abgesenkt werden, wo es die theoretisch optimale
Position mit grösstmöglichster Präzision einnimmt. Die in der Figur 3 dargestellte
und vorstehend beschriebene Anordnung der Lageerfassungs-Einrichtung 15 ist insbesondere
dann vorteilhaft anzuwenden, wenn die Beschaffenheit der Seitenflächen der Bauelemente
20 unregelmässig oder nicht im voraus bekannt ist. Andererseits ist ein Nachteil
dieser Anordnung darin zu erblicken, dass eine Verschwenkung des Bauelementes 20
um die Achse M nicht erkannt werden kann. Es muss also vorausgesetzt werden, dass
das Bauelement 20 in einer winkelgerechten Position aus dem Magazin entnommen worden
ist und lediglich in X- und Y-Richtung gegenüber der Soll-Lage bezüglich der Achse
M verschoben ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Lageerfassungs-Einrichtung 15
ist in der Figur 4 dargestellt. Es ist wiederum ein quadratischer
Rahmen
mit vier Rahmenseiten 21a - 21d vorhanden, in welchen das mit dem Bauelement 20
versehene Greiforgan der Bauelement-Haltevorrichtung eintaucht. Die Anordnung gemäss
Fig.4 umfasst zwei Laserdioden 24a und 24b, die drehbar an einander gegenüberliegenden
Ecken des Rahmens angeordnet sind. Die Laserdioden senden einen scharf gebündelten
Strahl aus, der von einem innerhalb des Rahmens befindlichen Bauteil reflektiert
wird. Die zwei verbleibenden, ebenfalls gegenüberliegenden Ecken des Rahmens nehmen
je eine Empfangsdiode 25a und 25b auf, die einen reflektierten Strahl zu empfangen
bestimmt sind.
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Aus der Fig.4 ist zu entnehmen, dass die Laserdiode 24b im Verlauf
ihrer Rotation einmal einen Strahl aussenden wird, der zunächst von der Seitenfläche
20a des Bauelementes 20 so reflektiert wird, dass er auf die Empfangsdiode 25a fällt
und von dieser registriert wird. Im Verlauf der weiteren Rotation der Laserdiode
24b tritt der Zustand ein, bei dem der Laserstrahl von der Seitenfläche 20d des
Bauelementes reflektiert und von der Empfangsdiode 25b aufgenommen wird. Im Moment
des Empfangs des einerseits von der Seitenfläche 20a und andererseits von der Seitenfläche
20d reflektiertem Laserstrahls nimmt die Laserdiode 24b jeweils eine ganz bestimmte
Winkelstellung ein. Diese wird vom Steuergerät der Einrichtung erkannt und gespeichert.
Entsprechendes gilt für die rotierende Laserdiode 24a: Sie wird im Verlauf ihrer
Rotation eine Winkelstellung einnehmen, bei der der ausgehende Strahl von der Seitenfläche
20c so reflektiert wird, dass er von der Empfangsdiode 25b empfangen wird, und danach
eine solche Winkelstellung, dass der Strahl von der Seitenfläche
20b
des Bauelementes so reflektiert wird, dass er auf die Empfangsdiode 25a fällt. Auch
diese beiden Winkelstellungen werden vom Steuergerät der Einrichtung' registriert.
Aus den im Steuergerät registrierten Winkelwerten lässt sich, nach bekannten mathematischen
Gesetzen, ein Korrektursignal bzw. mehrere Korrektursignale ableiten, das bzw. die
ein Mass für die Abweichung der Lage des Bauelementes 20 von der theoretisch idealen
Soll-Lage ist bzw. sind.
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Die vorstehend geschilderten Überlegungen gehen davon aus, dass das
Bauelement 20 gegenüber den Rahmenseiten 21a - 21d eine winkelgerechte Lage einnimmt;
dies ist in Fig.4 mit ausgezogenen Linien dargestellt. Es kann aber auch sein, dass
das Bauelement 20 eine um die Achse M verdrehte Position einnimmt. Diese Position,
wie auch die Reflexionsverhältnisse der Laserstrahlen, sind in diesem Fall in Fig.
4 gestrichelt dargestellt. Es leuchtet ein, dass somit die Verdrehwinkel der Laserdioden
24a und 24b im Moment, wo deren Strahlen von den Empfangsdioden 25a und 25b erfasst
werden, gegenüber der vorherigen Situation verschieden sind. Durch Auswertung der
Winkelstellungen der beiden Laserdioden, bei denen eine Reflexion eintritt, und
durch kontinuierliches Verdrehen des Bauelementes 20, gegebenenfalls in beiden Richtungen
nacheinander, lässt sich nach ebenfalls bekannten mathematischen Gesetzen diejenige
Position des Bauelementes bestimmen, in der es eine genau parallele Lage zu den
Seiten 21a - 21d des Rahmens einnimmt.
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In den Figuren 5 und 6 ist ein weiteres Ausführunsbeispiel der
Lageerfassungs-Einrichtung
15 dargestellt, das ebenfalls mit berührungsloser Abtastung des Bauelementes 20
arbeitet. Die eine Rahmenseite 21c ist dabei mit einer Reihe von Strahlen aussendenden
Elementen 26, z.B. mit Laserdioden ausgestattet. Deren Strahl ist scharf gebündelt
und verläuft parallel zu den Rahmenseiten 21b und 21d. Auf der der Rahmenseite 21c
gegenüberliegenden Rahmenseite 21a ist eine entsprechend angeordnete Reihe von Empfangselementen
27, z.B. von lichtempfindlichen Dioden oder ähnlichen Halbleitern vorgesehen, in
der Weise, dass jede der Laserdioden 26 einen Strahl auf eine zugeordnete Empfangsdiode
27 richtet.
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Bei der Situation gemäss Figur 5 ist das Bauelemet 20 gegenüber der
Zentrierachse N in X-Richtung nach rechts und in Y-Richtung nach unten verschoben,
nimmt jedoch eine winkelgerechte, d.h. zu den Seiten 21 des Rahmens parallele Lage
ein. Demzufolge empfangen eine Anzahl von linksseitigen Dioden 27 sowie eine Anzahl
von rechtseitigen Dioden 27 die von den Laserdioden 26 ausgesandten Strahlen, währenddem
die mittig gelegenen Empfangsdioden 27 keinen Strahl empfangen können, da sie im
Schatten des Bauelementes 20 liegen. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der linksseitigen
und der rechtseitigen Empfangsdioden 27, die einen Strahl empfangen, bildet somit
ein Mass für die Exzentrizität der Lage des Bauelementes 20 in X-Richtung. Zur Erfassung
der Exzentrizität in Y-Richtung wird das Bauelement 20 um exakt 90 grad verdreht;
in entsprechender Weise kann ein Mass für die Lageabweichung gewonnen werden. Diese
beiden Messwerte werden im Steuergerät der Einrichtung verarbeitet, so dass ein
bzw. mehrere Korrektursignale
resultieren, die die Bewegung der
Bauelemente-Transportvorrichtung und/oder der Werkstück-Haltevorrichtung beeinflussen.
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Falls die Situation der Figur 6 vorliegt, d.h. falls das Bauelement
20 gegenüber der Achse M verdreht ist, empfängt nur eine geringere Anzahl der rechtseitig
sowie der linksseitig gelegenen Empfangsdioden 27 einen von den Laserdioden 26 ausgehenden
Strahl. Somit wird das Bauelement 20 solange um die Achse M verdreht, bis die Anzahl
der einen Strahl empfangenden Dioden 27 maximal ist. Dadurch ist sichergestllt,
dass das Bauelement 20 relativ zu den Rahmenseiten 21 eine parallele Lage einnimmt.
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Eine weitere Ausfhhrungsmöglichkeit, die ebenfalls berührungslos arbeitet
und die im wesentilichen eine Kombination der Aus führ ungen gemäss Figur 4 einerseits
und gemäss Figuren 5 und 6 andererseits darstellt, ist in den Figuren 7 und 8 zu
sehen. Die Lageerfassungs-Einrichtung 15 umfasst wiederum einen Rahmen mit den Seiten
21a - 21d, wobei die eine Seite 21a ähnlich wie bei der Ausführung gemäs Figuren
5 und 6 mit einer Reihe von Empfangsdioden 31 versehen ist. Die gegenüberliegende
Seite 21c umfasst eine fest angebrachte Lichtquelle 30 in Form einer doppelten Laserdiode,
deren Hälften 30a und 30b einen eng gebündelten Strahl in zwei diametral gegenüberliegende
Richtungen aussenden. Die Strahlen verlaufen im wesentlichen parallel zur Rahmenseite
21c. Im Bereich der zur Rahmenseite 21c benachbart liegenden Ecken sind Reflexionselemente
28a und 28b, z.B. in Form von Spiegeln angebracht, die um eine Achse 29a bzw. 29b
rotierbar sind. Die von den Hälften 30a und 30b der Laserdiode 30 ausgehenden Strahlen
treffen
auf die Spiegel 28a und 28b auf und werden gegen das Innere der Lageerfassungs-Einrichtung
15 reflektiert, wo sich das Bauelement 20 befindet.
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Je nach Lage des Bauelementes 20, sei es in X- und Y-Richtung, sei
es bezüglich einer Verdrehung um die Achse M, wie es in der Figur 8 zu sehen ist,
werden mehr oder weniger der Empfangsdioden 31 von den durch die Laserdioden 30a
und 30b ausgesandten und von den rotierenden Spiegeln 28a und 28b reflektierten
Lichtstrahlen beaufschlagt. Das zweckmässigste Vorgehen wird wieder wie folgt sein:
Das Bauelement 20, das sich in einer Lage gemäss Figur 8 betinden mag, wird solange
um die Achse M verschwenkt, bis dessen winkelgerechte Lage erkannt ist. Danach wird
aus der Anzahl der linksseitig und der rechtseitig vom Lichtstrahl beaufschlagten
Empfangsdioden innerhalb der Diodenzeile 31 auf eine allfällige Verschiebung in
X-Richtung geschlossen und daraus ein X-Korrektursignal abgeleitet. Nun wird das
Bauelement 20 um exakt 90 grad gedreht, eine allfällige Y-Abweichung wird erfasst
und daraus ein Y-Korrektursignal gewonnen. Diese Korrektursignale werden, wie schon
zuvor erwähnt, vom zentralen Steuergerät in dem Sinne verarbeitet, dass dadurch
eine Nachregelung der Bewegung der Bauteile-Transportvorrichtung und/oder der Werkstück-Halteanordnung
resultiert.
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Es versteht sich von selbst, dass die beispielsweise beschriebenen
Vorrichtungen und Anordnungen im Rahmen der Erfindung zahlreichen Modifikationen
unterworfen sein können. Des weiteren ist es denkbar, die erfindungsgemässe Einrichtung
nicht nur zur
Positionierung von Bauelementen auf einem Leiterträger
für elektronische Schaltungen zu verwenden, sondern bei jeglichem anderen Arbeitsvorgang,
der die genaue Positionierung eines Bauteiles an einer vorgegebenen Position auf
bzw. in einem Werkstück erfordert.
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