DE4111111A1

DE4111111A1 - Rotation position indicator for electronic circuit board components - uses same component to compare measuring field and reference field

Info

Publication number: DE4111111A1
Application number: DE4111111A
Authority: DE
Inventors: Hans Horst Ing Gra Grasmueller; Hubert Dipl Ing Herzberg; Harald Dipl Ing Moritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-10-08
Anticipated expiration: 2011-04-06
Also published as: DE4111111C2

Abstract

The position indicator uses an optical sensor (S) coupled to an image evaluation system (Ba), for detecting the rotary position of the electronic component (B) being handled by a component mounting head (Bk), to control rotation through 90, 180 or 270 degrees into the correct position. The actual position is determined by comparing a marking field (MF) carried by the component (B) with a reference field (RE) carried by the same component (B). ADVANTAGE - Unaffected by aging and drift.

Description

Bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten oder Kera miksubstraten mit elektronischen Bauelementen werden Bestück köpfe eingesetzt, welche die Bauelemente aus den Bereitstell positionen verschiedener Zuführeinrichtungen entnehmen, zur Leiterplatte oder dem Keramiksubstrat hin transportieren und dort in einer vorgegebenen Bestückposition absetzen. Während des Transportes der Bauelemente zwischen Bereitstellposition und Bestückposition werden die Bauelemente ggf. relativ zum Bestückkopf zentriert und in die richtige Einbaulage gedreht, so daß beim Absetzen der Bauelemente deren Anschlüsse auch exakt mit den zugeordneten Anschlußflecken auf der Leiterplat te oder auf dem Keramiksubstrat übereinstimmen.With the automatic assembly of printed circuit boards or Kera Micro substrates with electronic components become components heads used, which the components from the Deploy take positions of different feeding devices for Transport the printed circuit board or the ceramic substrate and place there in a specified placement position. While the transport of the components between the ready position and placement position, the components may be relative to Placement head centered and turned to the correct installation position, so that when the components are set down, their connections too exactly with the assigned connection spots on the circuit board te or on the ceramic substrate.

Die richtige Einbaulage der Bauelemente wird bislang durch einen eindeuti gen Anlieferungszustand der Bauelemente in den entsprechenden Zuführeinrichtungen oder durch eine visuelle Kontrolle gewähr leistet. Aus der DE 33 40 074 C2 ist auch bereits eine auto matische Drehlagenerkennung der elektronischen Bauelemente be kannt. Hierbei wird das von dem Bestückkopf aufgenommene Bau element in eine rahmenförmige Lageerkennungs-Einrichtung abge senkt, welche den Drehwinkel des Bauelements erkennt und ggf. ein Korrektursignal zur Verdrehung des Bauelements in die richtige Einbaulage bereitstellt.The right Installation position of the components has so far been determined by a delivery status of the components in the corresponding Guaranteed feeding devices or by a visual inspection accomplishes. From DE 33 40 074 C2 is already an auto Matic rotation detection of the electronic components be knows. Here, the construction picked up by the placement head Abge element in a frame-shaped position detection device lowers, which detects the angle of rotation of the component and if necessary a correction signal for rotating the component in the provides correct installation position.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu grunde, bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten oder Keramiksubstraten mit elektronischen Bauelementen eine einfach aufgebaute und zuverlässige optische Drehlagenerken nung der Bauelemente zu schaffen.The invention specified in claim 1 addresses the problem basic, in the automatic assembly of printed circuit boards or ceramic substrates with electronic components simply constructed and reliable optical rotary position detection to create components.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, daß eine Vielzahl der Bauelemente bereits mit einer Index marke versehen ist, von der ab die Zählung der Anschluß beinchen beginnt. Diese Indexmarken sind jedoch bisher nicht genormt und im Hinblick auf ihre Kontrastschwäche für Bildaus wertesysteme nicht geeignet. Derartige Indexmarken können jedoch durch den Vergleich eines Markenfeldes, in dem die Mar ke vermutet wird, mit einem zugeordneten Referenzfeld auf dem gleichen Bauelement für eine zuverlässige optische Drehlagen erkennung herangezogen werden. Referenz ist also nicht ein im Bildauswertesystem abgespeichertes Muster, sondern ein Refe renzfeld auf dem jeweiligen Bauelement, d. h. bei der Bildaus wertung müssen nur Strukturunterschiede gesucht werden. Damit können eine Vielzahl von Markierungen mit ein und demselben Verfahren untersucht werden. Weitere Vorteile sind, daß die Auswertung robust gegen Alterung und Driften des Meßmittels ist. Da das Meßobjekt gleichzeitig die Referenz ist, wird die Auswertung auch robust gegen Unterschiede auf verschiedenen Objekten. Als Markierungen können die bereits erwähnten Index markierungen oder auch extra zum Zwecke der Drehlagenerkennung aufgebrachte Markierungen verwendet werden, wobei beispiels weise Vorsprünge, Vertiefungen, Lasermarkierungen oder Farb punkte geeignet sind.In the method according to the invention, it is assumed that that a large number of the components already have an index Brand is provided, from which the connection count begins. However, these index marks are not yet standardized and with regard to their contrast weakness for image out value systems not suitable. Such index marks can however, by comparing a brand field in which the Mar ke is suspected with an assigned reference field on the same component for reliable optical rotational positions detection can be used. So reference is not an im Image evaluation system saved pattern, but a refe renzfeld on the respective component, d. H. at the picture out only structural differences need to be sought. In order to can have a variety of markings with one and the same Procedures are examined. Other advantages are that the Evaluation robust against aging and drifting of the measuring equipment is. Since the measurement object is also the reference, the Evaluation also robust against differences on different Objects. As markings can the already mentioned index markings or also for the purpose of detecting the rotational position applied markings are used, for example wise protrusions, depressions, laser markings or color points are suitable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprü chen 2 bis 4 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the claims Chen 2 to 4 specified.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 gewährleistet in hohem Maße, daß in dem Referenzfeld keine Strukturen vorhanden sind, die den Vergleich mit der aufzufindenden Markierung erschweren könnten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäß An spruch 3 das Referenzfeld dem Markenfeld diagonal gegenüber liegt.The training according to claim 2 ensures a high level Dimensions that there are no structures in the reference field, which make the comparison with the marking to be found more difficult could. This is particularly the case if, according to An say 3 the reference field diagonally opposite the brand field lies.

Für die Bildauswertung sind eine Vielzahl bekannter Auswerte verfahren geeignet, wobei sich jedoch gemäß Anspruch 4 eine Erkennung der Drehlage durch Vergleich der Strukturinhalte von Markenfeld und Referenzfeld als besonders sicher erwiesen hat.A large number of known evaluations are used for image evaluation suitable method, but according to claim 4 Detection of the rotational position by comparing the structure contents of Brand field and reference field has proven to be particularly secure.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Anordnung zur Drehlagenerkennung von elektroni schen Bauelementen bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten, Fig. 1 shows an arrangement for the rotational position detection rule electronic components during automatic assembly of circuit boards,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite eines Bauelements mit Markierung, Markenfeld und Referenzfeld und Fig. 2 is a plan view of the underside of a component with marking, brand field and reference field and

Fig. 3 ein Beispiel für die Bildauswertung bei der Drehlagenerkennung gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows an example of the image analysis at the rotational position detection in FIG. 1.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt einen Bestückkopf Bk eines nicht näher dargestellten SMD-Bestückautomaten, der mit seiner Saugpipette Sp ein Bauelement B aufgenommen hat. Der Bestück kopf Bk ist in x, y- und z-Richtung verfahrbar angeordnet, während die Möglichkeit einer Drehung der Saugpipette Sp um ihre vertikale Achse durch einen Pfeil D aufgezeigt ist.The arrangement according to FIG. 1 shows a placement head Bk of an SMD placement machine, not shown, which has a component B with its suction pipette Sp. The placement head Bk is arranged to be movable in the x, y and z directions, while the possibility of rotating the suction pipette Sp about its vertical axis is indicated by an arrow D.

Das mit Anschlußbeinchen Ab versehene Bauelement B ist auf seiner Unterseite mit einer erhabenen Markierung M versehen, deren Lage in bezug auf die Symmetrieachsen X und Y aus Fig. 2 ersichtlich ist. Aus Fig. 2 geht ebenfalls hervor, daß die Markierung M bei der Drehlagenerkennung in einem fiktiven, strichpunktiert dargestellten Markenfeld Mf vermutet wird, welchem diagonal gegenüberliegend ein ebenfalls strichpunk tiert dargestelltes, fiktives Referenzfeld Rf zugeordnet ist.The component B provided with connecting legs is provided on its underside with a raised marking M, the position of which in relation to the axes of symmetry X and Y can be seen from FIG. 2. From Fig. 2 it can also be seen that the mark M is suspected in the fictitious, dash-dotted brand field Mf in the rotational position detection, which is diagonally opposite a fictional reference field Rf also shown in dash-dotted lines.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zur Drehlagenerken nung wird die Unterseite des vom Bestückkopf Bk aufgenommenen Bauelements B durch beispielsweise vier IR-Dioden IRD beleuch tet und durch einen optischen Sensor S betrachtet, bei welchem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Halblei terkamera handelt. Die Bildsignale Bs des optischen Sensors S werden von einem Bildauswertesystem Ba empfangen und für die angestrebte Drehlagenerkennung ausgewertet. Hierbei wird das bereits erwähnte Markenfeld Mf, in welchen die Markierung M vermutet wird, mit dem diagonal gegenüberliegenden Referenz feld Rf verglichen. Bei der Bildauswertung werden nur Struk turunterschiede zwischen Markenfeld Mf und Referenzfeld Pf ge sucht, d. h. die Struktur der Markierung M als solche muß nicht gesucht werden.In the arrangement for rotation position detection shown in FIG. 1, the underside of the component B picked up by the placement head Bk is illuminated by, for example, four IR diodes IRD and viewed by an optical sensor S, which in the exemplary embodiment shown is a semiconductor camera . The image signals Bs of the optical sensor S are received by an image evaluation system Ba and evaluated for the desired rotational position detection. Here, the aforementioned brand field Mf, in which the marking M is suspected, is compared with the diagonally opposite reference field Rf. When evaluating the image, only structural differences between the marker field Mf and the reference field Pf are searched, ie the structure of the marker M as such does not have to be sought.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Bildauswertung. In dem dar gestellten Diagramm sind in Ordinatenrichtung die Anzahl A der Pixel und in Abszissenrichtung die Helligkeit H der Pixel auf getragen. Dabei ergibt sich für das Markenfeld Mf eine Kurve KM und für das Referenzfeld Rf eine Kurve KR. Zur Drehlagener kennung braucht in dem dargestellten Fall dann nur das Seiten verhältnis der umschreibenden Rechtecke R1 bzw. R2 verglichen zu werden, wobei diese umschreibenden Rechtecke R1 und R2 in Fig. 3 durch strichpunktierte Linien aufgezeigt sind. Liegt die Markierung M (vgl. Fig. 1 und 2) tatsächlich in dem Mar kenfeld Mf, so ergeben sich sehr deutliche Unterschiede in den Seitenverhältnissen der umschreibenden Rechtecke R1 und R2. Das Vorhandensein der Markierung M im Markenfeld Mf ermöglicht dann andererseits eine eindeutige Aussage über die Drehlage des Bauelements B, so daß das Bildauswertesystem Ba ein der festgestellten Drehlage entsprechendes Signal D1 der in Fig. 1 dargestellten Maschinensteuerung Ms zuführen kann. Die Ma schinensteuerung Ms kann dann ggf. eine Drehung D der Saug pipette Sp um 90°, 180° oder 270° bewirken, die von der ge wünschten Einbaulage des Bauelements B abhängt. Fig. 3 shows an example of the image evaluation. In the diagram shown, the number A of pixels are plotted in the ordinate direction and the brightness H of the pixels is plotted in the abscissa direction. This results in a curve KM for the brand field Mf and a curve KR for the reference field Rf. To identify the rotational position in the illustrated case, only the aspect ratio of the circumscribing rectangles R 1 and R 2 need to be compared, these circumscribing rectangles R 1 and R 2 being shown in FIG. 3 by dash-dotted lines. If the marking M (see FIGS . 1 and 2) is actually in the Mar field field Mf, there are very clear differences in the aspect ratios of the circumscribing rectangles R 1 and R 2 . The presence of the mark M in the brand field Mf then enables a clear statement about the rotational position of the component B, so that the image evaluation system Ba can supply a signal D 1 corresponding to the determined rotational position to the machine control Ms shown in FIG. 1. The machine control Ms can then possibly cause a rotation D of the suction pipette Sp by 90 °, 180 ° or 270 °, which depends on the desired installation position of the component B.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sichere Drehla generkennung für eine Vielzahl von elektronischen Bauelemen ten, die mit den verschiedenartigsten Markierungen versehen sein können. Bedingung ist dabei lediglich, daß die Markierung eine eindeutige Aussage über die jeweilige Drehlage ermög licht. Aufbau und Funktion von Bestückautomaten, bei welchen das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann, gehen beispielsweise aus der DE 28 34 836 A1 hervor. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten optischen Sensor S mit dem nach geordneten Bildauswertesystem Ba handelt es sich um ein han delsübliches industrielles Sichtsystem. Aufbau und Funktion derartiger Sichtsysteme sind beispielsweise in der DE-Z "In dustrie-Anzeiger" Nr. 47 vom 13. Juni 1986, S. 14-17 beschrie ben.The method according to the invention enables a reliable rotary position detection for a large number of electronic components, which can be provided with a wide variety of markings. The only requirement is that the marking enables a clear statement about the respective rotational position. The structure and function of automatic placement machines, in which the method according to the invention can be used, can be seen, for example, from DE 28 34 836 A1. The optical sensor S shown schematically in FIG. 1 with the ordered image evaluation system Ba is a commercially available industrial vision system. The structure and function of such vision systems are described, for example, in DE-Z "Industrial display" No. 47 of June 13, 1986, pp. 14-17.

Claims

1. Method for detecting the rotational position of electronic construction elements B in the automatic assembly of printed circuit boards ten or ceramic substrates, in which an optical sensor (S) with subordinate image evaluation system (Ba) from one Placement head (Bk) taken from a ready position Component (B) considered and the rotational position by comparison a given brand field (Mf) in which a marker (M) of the component (B) is suspected with at least one assigned reference field (Rf) on the same component (B) is recognized.

2. The method according to claim 1, characterized, that the brand field (Mf) with a symmetrical to the brand field (Mf) arranged reference field (Rf) is compared.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the brand field (Mf) with the brand field (Mf) diagonally opposite reference field (Rf) is compared.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the rotational position by comparing the structure of Mar kenfeld (Mf) and reference field (Rf) is recognized.