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Technisches
Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Montieren von Bauteilen, so wie elektrische Vorrichtungen,
auf einem Substrat oder einer Leiterkarte.
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Hintergrund
der Erfindung
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Im
Allgemeinen ist eine Bauteil-Montagevorrichtung zum aufeinander
folgenden Positionieren oder Montieren von elektrischen Bauteilen
auf einem Substrat, so wie auf Leiterkarten, weit verbreitet. 12 zeigt ein
herkömmliches
Bauteil-Montagesystem.
Das System, welches im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 100 gekennzeichnet
wird, schließt
Folgendes ein: eine Bauteil-Zufuhreinrichtung 110 zum Zuführen von
Bauteilen; einen Transportkopf 120 zum Aufnehmen von einem
der Bauteile von der Bauteil-Zufuhr 110 und zum anschließenden auf
den Kopf stellen des Bauteils, um das Bauteil in einer vorbestimmten
Montagerichtung auszurichten; einen Platzierungskopf 130 zum
Entgegennehmen des Bauteils von dem Transportkopf 120 und anschließenden Platzieren
des Bauteils auf dem Substrat oder der Leiterkarte in der richtigen
Position; eine bildgebende Kamera 140 zum Erfassen eines
Bildes des durch den Platzierungskopf 130 entgegengenommenen
Bauteils; eine Haltevorrichtung 150 zum Halten und anschließenden Positionieren
der Leiterkarte in der richtigen Position in dem System 100;
eine andere bildgebende Kamera 160 zum Erfassen eines auf
der Leiterkarte markierten Zeichens; eine Steuereinrichtung 170 zum
Steuern des gesamten Betriebes des Systems 100. Der Platzierungskopf 130,
welcher angebracht ist, um sich in 12 horizontal
in der X-Richtung zu bewegen, ist mit einer Vakuumdüse oder
Zerstäuberdüse ausgestattet,
welche in der Lage ist, um eine vertikale Z-Achse zu rotieren.
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Bezugnehmend
auf die 13 und 14 werden
im Folgenden Operationen des Systems beschrieben. In der Figur ist
die Bauteil-Zufuhreinrichtung 110 mit einer Anzahl von
Bauteilen 111 ausgestattet, welche auf einer vergrößerten Platte 112 gehalten
und voneinander getrennt werden. Jedes der Bauteile 111 wird durch
eine bildgebende Vorrichtung oder Kamera 113 erkannt. Basierend
auf dem Erkennen bewegt die Steuereinrichtung 170 die Bauteil-Zufuhreinrichtung 110,
so dass ein Bauteil 111a, welches in dem folgenden Montagevorgang
zu montieren ist, in einer vorbestimmten Aufnahmeposition positioniert
wird. Der Transportkopf 120 bewegt sich zu einer Position
genau über
dem Bauteil 111a, bewegt sich herab, um das Bauteil 111a zu berühren, und
saugt dann das Bauteil 111a an, um es zu entladen. Nach
dem Entladen bewegt sich der Transportkopf 120 aufwärts und
bewegt sich anschließend
in der X-Richtung zu einer Übergabestation.
Bei der Übergabestation
dreht sich der Transportkopf 120 zusammen mit dem Bauteil
auf den Kopf, wie durch den Pfeil 121 gekennzeichnet. Dieses
bringt das Bauteil 111 von einer auf dem Kopf stehenden
Position in eine aufrechte Position, so dass eine Oberfläche (das
heißt
eine Bodenoberfläche
mit Lötperlen
oder galvanischen Verbindungen), welche gegenüber der Leiterkarte anzuordnen
ist, abwärts
gerichtet ist. Der Platzierungskopf 130 nähert sich
dem Bauteil 111a in einer aufrechten Position von oben,
um das Bauteil von dem Transportkopf 120 entgegenzunehmen.
Anschließend
bewegt sich der Platzierungskopf 130 aufwärts und
bewegt sich dann in der X-Richtung zu einer Platzierungsstation.
Nachdem dem Transportkopf 120 das Bauteil abgenommen wurde,
bewegt sich dieser für
den folgenden Aufnahmevorgang zurück zu der Aufnahmestation.
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Während des
vorstehend beschriebenen Vorgangs wird eine Leiterkarte 151 zu
der Haltevorrichtung 150 transportiert und anschließend von
dieser in Position gehalten. Die bildgebende Vorrichtung oder Kamera 160 nähert sich
der Leiterkarte 151, um das auf der Leiterkarte definierte
Zeichen zu erfassen, welches eine Bezugsposition zum Montieren des
Bauteils anzeigt. Das erfasste Bild wird dann zu der Steuereinrichtung 170 übertragen.
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Wie
in 13 am besten gezeigt wird, ist die bildgebende
Vorrichtung 160 zusammen mit einer anderen bildgebenden
Vorrichtung 140 auf einem optischen Kopf 180 montiert.
Nach dem Erkennen des Zeichens auf der Leiterkarte 151 bewegt
sich der optische Kopf 180 zurück in der X-Richtung zu dem
Platzierungskopf 130, welcher sich in der entgegengesetzten
Richtung bewegt. Sobald sich diese gegenüber stehen, endet nicht nur
die Bewegung des optischen Kopfes 180, sondern auch des
Platzierungskopfes 130. In diesem Zustand wird das Bauteil 111a,
welches von dem Platzierungskopf 130 gehalten wird, von
der bildgebenden Vorrichtung 140 erkannt. Das Bild, welches
von der bildgebenden Vorrichtung 140 erfasst wird, wird
zu der Steuereinrichtung 170 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt
wird die Saugdüse
des Platzierungskopfes 130 zum Ansaugen und Halten des
Bauteils 111a in einer angehobenen Position gehalten. Dieses
verhindert, dass die Düse
mit der bildgebenden Vorrichtung 140 zusammenstößt. Auch
das angesaugte Bauteil 130 wird innerhalb eines Feldes
der bildgebenden Vorrichtung 140 gehalten.
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Nach
der Vollendung des Erkennungsvorganges startet der Platzierungskopf 130 mit
dem Bauteil 111a erneut, um sich wieder in der X-Richtung
zu der Montagestation zu bewegen. Während des Bewegungsvorgangs
werden die Erkennungsergebnisse des Bauteils 111a und der
Leiterkarte 151 (insbesondere das Bezugs-Zeichen) für Berechnungen
verwendet, welche in der Steuerungseinrichtung 170 ausgeführt werden.
Die Steuerungseinrichtung 170 berechnet die Verschiebung
des Platzierungskopfes 130 in der X-Richtung, für das Montieren
des Bauteils 111a in der vorbestimmten Position auf der
Leiterkarte 151. Auch werden der Rotationswinkel der Düse um die
Z-Achse und die Verschiebung der Leiterkarte 151 in der
Steuereinrichtung 70 berechnet. Gemäß der von der Steuerungseinrichtung 170 ausgeführten Berechnung
bewegt sich der Platzierungskopf 130 in der X-Richtung
zu einer Position, in welcher dieser der Leiterkarte 151 gegenüber angeordnet ist.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Korrekturen für die Düse und die Leiterkarte 151 bereits
beendet. Anschließend
bewirkt der Platzierungskopf 130, dass sich die Düse abwärts bewegt,
so dass das Bauteil 111a in der richtigen Position auf
der Leiterkarte 151 montiert wird.
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Nach
dem Montieren gibt der Platzierungskopf 130 das Bauteil 111a frei
und zieht anschließend
die Düse
in der Z-Richtung in eine bestimmte Höhe hinauf. Dann bewegt sich
der bildgebende Kopf 180 zwischen der Leiterkarte 151 und
dem Platzierungskopf 130, so dass die bildgebende Vorrichtung 160 bestimmt,
ob das Bauteil 111a die vorbestimmte Position auf der Leiterkarte 151 einnimmt.
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Andererseits
erkennt eine andere bildgebende Vorrichtung 140, ob der
Platzierungskopf 130 – insbesondere
das Spitzen-Ende der Düse – irgendwelche
Ablagerungen mit sich führt.
Sobald der Erkennungsvorgang abgeschlossen ist, bewegt sich der
Platzierungskopf 130 in der X-Richtung zurück, um das
nächste
Bauteil aufzunehmen. Durch die Wiederholung der vorstehend beschriebenen
Arbeitsabläufe
werden die Bauteile auf der vergrößerten Platte 112 nacheinander
auf die jeweiligen Leiterkarten montiert, in einer Zykluszeit von beispielsweise
etwa 1,9 Sekunden.
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Das
herkömmliche
Bauteil-Montagesystem weist jedoch mehrere Nachteile bezüglich der
Erkennungsoperationen auf. Beispielsweise wird zum Erkennen des
Bauteils der Platzierungskopf 130, nachdem dieser das Bauteil 111a aufgenommen
hat, bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit beschleunigt. Unmittelbar nach
der Beschleunigung kommt der Platzierungskopf 130 zu einem
vorläufigen
Halt, zum Erkennen des Bauteils 111a durch die bildgebende
Vorrichtung 160. Dieses erfordert eine weitere Beschleunigung
und Geschwindigkeitsabnahme des Platzierungskopfes 130 vor
dem tatsächlichen
Montieren des Bauteils 111a. Zudem schwingt der Platzierungskopf 130 für eine bestimmte
Zeitdauer weiter, nachdem er angehalten wurde, welches erforderlich
macht, dass die bildgebende Kamera 160 bis zur Beendigung
der Schwingung wartet, um die exakte Erkennung des Bauteils 111a zu
erzielen. Dieser Umstand verringert wiederum die operative Effizienz
des Montagevorganges.
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Wie
in 14 gezeigt, wird außerdem bei der Operation zum
Erkennen der Leiterkarte 151 die Düse 131 des Platzierungskopfes 130 aufwärts in die
angehobene Position bewegt, wie durch den Pfeil 135 gekennzeichnet.
Dann bewegt sich der optische Kopf 180 – wie durch den Pfeil 145 gekennzeichnet – zwischen
der angehobenen Düse 131 und
der Leiterkarte 151, um durch die bildgebenden Vorrichtungen 140 und 160 ein Bild
zu erzeugen. Ein Abstand zwischen der angehobenen Düse und der
Leiterkarte, gekennzeichnet durch den Buchstaben H, ist festgelegt,
um beispielsweise etwa 40 mm zu betragen, um die Störung des
optischen Kopfes 180 mit der Düse 131 zu verhindern,
und auch um eine einwandfreie bildgebende Operation des optischen
Kopfes 180 sicherzustellen. Das Anheben der Düse 131 erfordert
0,1 Sekunden, selbst bei der Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Voice-Coil-Motors.
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Außerdem ist
das herkömmliche
Montagesystem mit einer Sperre ausgestattet, um die Störung des optischen
Kopfes 180 mit dem Platzierungskopf 130 während der
Erkennungsoperationen des optischen Kopfes 180 vor und
nach dem Montagevorgang zu verhindern. Dieses gestaltet die Zusammensetzung
des Montagesystems 100 kompliziert und vermindert die Wirtschaftlichkeit
des Systems.
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Außerdem erfordert
das herkömmliche
Erkennungsverfahren, dass sich der Platzierungskopf 130 und der
optische Kopf 180 jeweils entlang komplizierter Durchgänge bewegen.
Dieses wiederum erfordert, dass das Montagesystem eine größere Anzahl
von Antriebswellen aufweist und mehr Beschleunigungs-/Verzögerungsvorgänge durchläuft, welches
die positionelle Präzision
des sich bewegenden Teils und dadurch die bildgebende Qualität weiter
reduziert.
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WO
99/43192 betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren elektronischer
Schaltungen, welche auf einer Folie angeordnet sind. Gemäß diesem
Vorschlag wird ein Chip durch eine erste Haltevorrichtung angesaugt, welche
in einem Arm montiert ist, um zu einer 180° Rotationsbewegung in der Lage
zu sein. Nach dem Ansaugen des Chips und des Bewegens zu der durch
die Rotation erzielten Position, saugt eine zweite Haltevorrichtung
den Chip von der ersten Haltevorrichtung an, welches vier Grad Freiraum
benötigt,
und bewegt diesen zu einer Montageposition. Vor dem Montieren des
Bauteils auf einer Leiterkarte sind Überwachungskameras 13 und 14 vorgesehen,
um den Chip und die Leiterkarte zu überprüfen. Das Berechnungsergebnis
wird für
eine Umstellungsoperation verwendet.
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JP-02-056944
A offenbart eine Technik des Ansaugens, Rotierens und Übergebens
des Chips, von einer Haltevorrichtung zur anderen. Der Haltezustand
des Chips wird durch eine Kamera abgebildet, wenn der Chip noch
von der ersten Haltevorrichtung gehalten wird, wobei die Kamera
oberhalb des Chips eingerichtet ist. Nach dem Fertigstellen des
Abbildens wird der Chip von der Abschnitts-Haltevorrichtung aufgenommen, und es
wird eine notwendige Korrektur der Position und/oder des Winkels
basierend auf der Abbildung ausgeführt. Schließlich wird der Chip auf der
Leiterkarte montiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Bauteil-Montagevorrichtung und ein verbessertes Bauteil-Montageverfahren
vorzustellen.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
weist die Bauteil-Montagevorrichtung der vorliegenden Erfindung
eine Bauteil-Zufuhreinrichtung auf, vorgesehen an einer ersten Station
zum Zuführen
eines Bauteils; einen Transportkopf zum Aufnehmen des Bauteils von
der Bauteil-Zufuhreinrichtung an der ersten Station und zum anschließenden Transportieren
des Bauteils zu einer zweiten Station; einen Platzierungskopf zum
Empfangen des Bauteils von dem Transportkopf an der zweiten Station
und zum anschließenden
Transportieren des Bauteils zu einer dritten Station; eine Substrat-Haltevorrichtung,
vorgesehen an der dritten Station, zum Halten eines Substrates,
wobei das Substrat an der dritten Station von dem Platzierungskopf
mit dem Bauteil ausgestattet wird; und eine bildgebende Einheit
zum Erkennen des Bauteils, welches durch den Platzierungskopf gehalten
wird; wobei die erste bildgebende Einheit an oder in der Nähe der zweiten
Station positioniert ist, wobei diese Nähe durch den Bereich definiert
wird, in welchem der Platzierungskopf immer noch beschleunigt und nicht
seine höchste
Geschwindigkeit erreicht hat.
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Ferner
umfasst ein Bauteil-Montageverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
die folgenden Schritte: das Aufnehmen eines Bauteils durch einen
Transportkopf von einer Bauteil-Zufuhreinrichtung an einer ersten
Station; das Transportieren des Bauteils von der ersten Station
zu einer zweiten Station durch den Transportkopf; das Übergeben
des Bauteils von dem Transportkopf an einen Platzierungskopf an
der zweiten Station; das Erkennen des von dem Platzierungskopf entgegengenommenen
Bauteils an oder in der Nähe
der zweiten Station, wobei diese Nähe durch den Bereich definiert
wird, in welchem der Platzierungskopf immer noch beschleunigt und
nicht seine höchste
Geschwindigkeit erreicht hat; das Transportieren des Bauteils von der
zweiten Station zu einer dritten Station durch den Platzierungskopf;
Platzieren des Bauteils auf einem Substrat durch den Platzierungskopf
an der dritten Station; und das Steuern des Schrittes des Platzierens
des Bauteils auf das Substrat, basierend auf Informationen, welche
durch das Erkennen des Bauteils erzielt wurden.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Bauteil-Montagevorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Explosionsansicht von verschiedenen Elementen der
Bauteil-Montagevorrichtung von 1;
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3 eine
Seiten-Aufsicht der Bewegung von Elementen in der Bauteil-Montagevorrichtung
von 1;
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4A bis 4I Seitenaufsichten,
welche jede die Bewegung von Elementen in der Bauteil-Montagevorrichtung
von 1 zeigen;
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5A und 5B graphische
Darstellungen, welche Verhältnisse
zwischen der Zeit und der Bewegungsgeschwindigkeit des Platzierungskopfes
bei dem herkömmlichen
System und dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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6 graphische
Darstellungen, welche Verhältnisse
zwischen der Zeit und der Bewegungsgeschwindigkeit des Transportkopfes,
des Platzierungskopfes und der Substrat-Haltevorrichtung, zusammen
mit dem Transportdurchgang des Bauteils zeigen;
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7 ein
Blockdiagramm der Bauteil-Montagevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Bauteil-Montagevorrichtung gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9A bis 9K Seitenaufsichten,
wobei jede die Bewegung von Elementen in der Bauteil-Montagevorrichtung
von 8 zeigt;
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10A und 10B Seitenaufsichten
der bildgebenden Vorrichtung und des Bauteils in dem herkömmlichen
System und dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11A bis 11F Seitenaufsichten
der Bauteil-Erkennungsvorrichtung gemäß anderer bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung;
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12 eine
schematische perspektivische Ansicht der herkömmlichen Bauteil-Montagevorrichtung;
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13 eine
perspektivische Explosionsansicht von verschiedenen Elementen der
herkömmlichen Bauteil-Montagevorrichtung
in 12; und
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14 eine
Seiten-Aufsicht der bewegbaren Elemente in der herkömmlichen
Bauteil-Montagevorrichtung in 12.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine Reihe von Ausführungsformen
eines Bauteil-Montagesystems und dessen Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ausführlich
beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass auch wenn eine Vakuum-Düse zum Halten
eines Bauteils verwendet wird und eine Leiterkarte für ein Substrat
eingesetzt wird, auf welches das Bauteil zu montieren ist, die vorliegende
Erfindung nicht hierin beschränkt
ist. Beispielsweise kann die Vakuum-Düse durch eine andere mechanische Haltevorrichtung
oder Spannvorrichtung ersetzt werden, zum Halten des Bauteils durch
einen mechanischen Eingriff mit dem Bauteil. Auch kann das Substrat
eine andere Vorrichtung oder ein Gehäuse sein, auf welches das Bauteil
montiert wird.
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Bezugnehmend
auf 1 wird eine Ausführungsform des Bauteil-Montagesystems gezeigt,
welches im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet
ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung. Im Allgemeinen weist das System 1 Folgendes
auf: eine Bauteil-Zufuhreinrichtung 10 zum Zuführen von
Bauteilen zu dem System 1; einen Transportkopf 20 zum
Aufnehmen von jedem der Bauteile von der Bauteil-Zufuhreinrichtung 10 und
zum anschließenden
auf den Kopf stellen, um das Bauteil in einer Richtung auszurichten,
in welcher das Bauteil auf das Substrat montiert wird; einen Platzierungskopf 30 zum
Entgegennehmen des Bauteils von dem Transportkopf 20 und
anschließenden
Montieren des Bauteils auf dem Substrat; eine bildgebende Vorrichtung
oder Kamera 40 zum Abbilden einer Position des Bauteils,
welches von dem Platzierungskopf 30 gehalten wird, unmittelbar
nachdem das Bauteil zu dem Platzierungskopf 30 übergeben
wurde; eine Substrat-Haltevorrichtung 50 zum Halten und
anschließenden
Positionieren des Substrates an seiner richtigen Position in dem
System 1; eine andere bildgebende Vorrichtung oder Kamera 60 zum
Abbilden einer Position des Substrates; und eine Steuerungseinrichtung 70 zum
Steuern des ganzen Betriebes des Systems 1.
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Bezugnehmend
auf die 1 und 2 wird ein
Transportkopf 20 durch eine horizontale Führung gehalten
(nicht gezeigt), welche sich in der X-Richtung erstreckt und mit
einem Motor 22 verbunden ist, so dass sich durch den Antrieb
des Motors 22 der Kopf 20 in der X-Richtung vor-
und zurückbewegt.
Der Platzierungskopf 30 wird auch von einer horizontalen
Führung
gehalten (nicht gezeigt), welche sich in der X-Richtung erstreckt
und ist mit einem Motor 32 verbunden, so dass sich durch
den Antrieb des Motors 32 der Kopf 30 in der X-Richtung
vor- und zurückbewegt.
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Wie
durch den Vergleich der 2 und 14 deutlich
zu erkennen ist, sind in dem Bauteil-Montagesystem 1 der
vorliegenden Erfindung die bildgebenden Kameras 40 und 60 in
unterschiedlichen Positionen eingerichtet. Beispielsweise ist die
bildgebende Kamera 40 angrenzend an eine Übergabestation
angeordnet, an welcher der Transportkopf 20 das Bauteil
zu dem Platzierungskopf 30 übergibt. Die bildgebende Kamera 60 andererseits
ist auf der Hinterseite und außerhalb
eines Bereichs montiert, an welchem sich der Platzierungskopf 30 in
der X-Richtung bewegt,
so dass sich die bildgebende Kamera 60 und der Platzierungskopf 30 nicht
behindern.
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Erneut
bezugnehmend auf die 1 und 2, weist
die Bauteil-Zufuhreinrichtung 10 einen
oberen Tisch – das
heißt
einen X-Tisch (nicht gezeigt) – zum
Halten der Bauteile und einen unteren Tisch – das heißt Y-Tisch (auch nicht gezeigt) – zum Halten
des X-Tisches auf. Die Tische sind in der Art und Weise montiert, dass
sich der untere Tisch relativ zu dem System in der Y-Richtung vor- und
zurückbewegt
und sich der obere Tisch relativ zu dem unteren Tisch in der X-Richtung
vor- und zurückbewegt.
Zu diesem Zweck sind die Tische mit jeweiligen Motoren 13 und 14 antreibend
verbunden, so dass sich durch den Antrieb der Motoren 13 und 14 die
Tische in X- und Y-Richtungen einzeln vor- und zurückbewegen,
wobei dadurch gestattet wird, dass ein bestimmtes Bauteil eine vorbestimmte
Aufnahmeposition einnimmt.
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Der
Transportkopf 20 wird von einer horizontalen Führung (nicht
gezeigt) gehalten, welche sich in der X-Richtung erstreckt, und
ist mit einem Motor 22 verbunden, so dass sich der Kopf 20 durch
den Antrieb des Motors in der X-Richtung vor- und zurückbewegt.
Ein Motor 21 ist auf dem Transportkopf 20 montiert,
um das aufgenommene Bauteil auf den Kopf zu drehen, wobei gestattet
wird, das Bauteil für
den Platzierungskopf 30 in einem Zustand zu transportieren,
in welchem der verbindende Abschnitt des Bauteils nach unten gerichtet angeordnet
ist.
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Der
Platzierungskopf 30 wird von einer horizontalen Führung (nicht
gezeigt) gleitend gehalten, welche sich in der X-Richtung erstreckt,
und ist mit einem Motor 32 verbunden, so dass sich der
Kopf 30 durch den Antrieb des Motors 32 in der
X-Richtung vor- und zurückbewegt.
Ein Motor 33 ist auf dem Platzierungskopf 30 montiert,
um das Bauteil um die vertikale Z-Achse herum zu drehen und um dadurch
das Bauteil in einer vorbestimmten Richtung auszurichten. Ein anderer
Motor 34 ist in dem Platzierungskopf 30 für die vertikale
Bewegung eines Bauteil-Halteabschnitts
des Platzierungskopfes 30 vorgesehen.
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Die
Substrat-Haltevorrichtung 50 – welche durch eine Führungsleiste
(nicht gezeigt), die sich in der Y-Richtung erstreckt, gleitbar
gestützt
wird – schließt für deren
Bewegung in der Y-Richtung entlang der Führungsleiste einen Motor 52 ein.
Die bildgebende Vorrichtung 60 – welche ebenso durch eine
Führungsleiste 60a,
die sich in der X-Richtung erstreckt, gleitbar gestützt wird – weist
einen Motor 62 für
ihre Bewegung in der X-Richtung entlang der Führungsleiste (nicht gezeigt)
auf. Wie vorstehend beschrieben, ist die das Bauteil abbildende
Vorrich tung 40 in einer Position in dem System 1 eingebaut,
in welcher sie dem Platzierungskopf 30 gegenüber angeordnet
sein kann.
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3 zeigt
ein Positionsverhältnis
von verschiedenen Abschnitten und Stationen (das heißt Aufnahmestation
A, Übergabestation
B und Montagestation C) in dem System. Wie aus der Figur zu erkennen
ist, wird jedes Bauteil, welches auf der Bauteil-Zufuhreinrichtung 10 gehalten
wird, an der Aufnahmestation A von dem Transportkopf 20 aufgenommen.
Der Transportkopf 20 bewegt sich in der X-Richtung (in
der Figur von links nach rechts) zu der Übergabestation B, an welcher
sich dieser auf den Kopf dreht, um das Bauteil in einen Zustand
umzukippen, in welchem das Bauteil von seiner Oberseite auf das
Substrat montiert werden kann. Das herumgekippte Bauteil 11 wird
dann zu dem Platzierungskopf 30 übergeben. Der Platzierungskopf 30 mit dem
Bauteil 11 bewegt sich zu der Platzierungsstation C, um
das Bauteil 11 in der vorbestimmten Position auf das Substrat 51 zu
montieren.
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Um
die aufeinander folgenden Vorgänge
ohne Probleme zu steuern, ist eine bildgebende Vorrichtung oder
Kamera 12 an der Aufnahmestation A eingerichtet. Die bildgebenden
Vorrichtungen 40 und 60 sind jeweils an den Übergabe-
und Platzierungsstationen B und C eingerichtet. Auch sind die bildgebenden
Vorrichtungen 12, 40 und 60 mit der Steuerungseinrichtung 70 verbunden
(siehe 1), so dass die durch die bildgebenden Vorrichtungen
erfassten Bilder jeweils zu der Steuerungseinrichtung übertragen
werden. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist die bildgebende
Vorrichtung 60 auf der Hinterseite des Platzierungskopfes 30 positioniert,
um eine Störung
zwischen der bildgebenden Vorrichtung 60 und dem Platzierungskopf 30 zu
vermeiden.
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Als
nächstes
werden die Operationen, welche an den jeweiligen Stationen ausgeführt werden,
bezugnehmend auf die 4A bis 4H im
Folgenden ausführlich
beschrieben. Die Figuren stellen die Operationen dar, welche an
den Stationen A bis C durchgeführt
werden, gesehen in der Y-Richtung. Wie aus den Abbildungen zu erkennen
ist, sind die Vorgänge,
welche an der Aufnahmestation A durchgeführt werden, in den 4A und 4B dargestellt,
die Vorgänge
an der Übergabe-Station
B sind in den 4C bis 4E dargestellt
und die Vorgänge
an der Platzierungsstation C sind in den 4F bis 4H dargestellt.
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An
der Aufnahmestation A, wie am besten in 4A gezeigt
wird, wird jedes der Bauteile 11, welche von der Bauteil-Zufuhreinrichtung 10 gehalten
wird, durch die bildgebende Einheit 12 von oben erkannt.
Durch die Verwendung der Information, welche von der bildgebenden
Einheit 12 übertragen
wird, bewegt die Steuerungseinrichtung 70 die Bauteil-Zufuhreinheit 10,
so dass das aufzunehmende und anschließend auf dem Substrat 51 zu
montierende Bauteil 11 seine Aufnahmeposition einnimmt.
Wie in 4B gezeigt, erreicht der Transportkopf 20 anschließend die
Aufnahmeposition oberhalb des Bauteils und bewegt sich dann abwärts, um
das Bauteil an der Aufnahmeposition aufzunehmen. Anschließend bewegt
sich der Transportkopf 20 aufwärts und bewegt sich dann in
Richtung der Übergabestation
B, das heißt
in der Figur von links nach rechts. Zu diesem Zeitpunkt befindet
sich die bildgebende Einheit 12 oberhalb des Durchganges
des Transportkopfes 20, so dass keine Störung zwischen
ihnen erzeugt werden würde.
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Bezugnehmend
auf 4C, dreht sich an der Übergabestation B der Transportkopf 20 auf
den Kopf, so dass das Bauteil in einem Platzierungszustand ausgerichtet
ist. Dieses gestattet, dass die elektrischen Verbindungen, so wie
auf einer Bodenoberfläche
des Bauteils vorhandene Lötperlen,
für das
Montieren auf das Substrat nach unten gerichtet angeordnet sind.
Auch wenn die Verwendung von Lötperlen
für die
elektrischen Verbindungen zwischen dem Bauteil und Drähten auf
der Leiterkarte weit verbreitet ist, beispielsweise zum Montieren
von einem Oszillator, können
die elektrischen Verbindungen durch die Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs
ausgeführt
werden. Auch in diesem Platzierungszustand ist eine obere Oberfläche des
Bauteils, typischerweise ohne jede Lötperle, einfach von der Vakuumdüse des Platzierungskopfes 30 entgegenzunehmen oder
anzusaugen.
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Auch
wenn der Drehvorgang des Transportkopfes 20 in dieser Ausführungsform
an der Übergabestation
B ausgeführt
wird, kann dieser ausgeführt
werden, wenn sich der Transportkopf 20 von der Aufnahmestation
A zu der Übergabestation
B bewegt.
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Auch
wenn die Übergabe
des Bauteils vertikal von dem Transportkopf 20 zu dem Platzierungskopf 30 ausgeführt wird,
kann dieses auch in jeder Richtung erfolgen, so wie horizontal oder
schräg.
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An
der Übergabestation
B bewegt sich die Vakuumdüse
des Platzierungskopfes 30 abwärts in Richtung des Transportkopfes 20,
welcher unterhalb des Platzierungskopfes 30 positioniert
ist, um das Bauteil 11 zu berühren und es dann anzusaugen.
Gleichzeitig mit diesem Vorgang gibt der Transportkopf 20 das
Bauteil 11 frei, wobei dadurch verursacht wird, dass das
Bauteil 11 dem Platzierungskopf 30 übergeben
wird.
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Nach
der Übergabe
des Bauteils 11 bewegt sich der Transportkopf 20 von
der Übergabestation
B in Richtung der Aufnahmestation A (das heißt in der Figur von rechts
nach links) fort, für
den darauf folgenden Vorgang des Aufnehmens des Bauteils 11.
Wie in 4E gezeigt, gestattet das Fortbewegen
des Transportkopfes 20 von der Übergabestation B, dass das
von dem Platzierungskopf 30 gehaltene Bauteil 11 in
das Sichtfeld der bildgebenden Vorrichtung 40 fällt, welche
unter der Übergabestation
B angeordnet ist. Die bildgebende Vorrichtung 40 erkennt
das Bauteil 11, welches von dem Platzierungskopf 30 gehalten
wird. Das Bild des Bauteils wird dann der Steuerungseinrichtung 70 übertragen,
durch welche die Position des Bauteils 11 – einschließlich der
seitlichen Positionen seiner Mitte in X- und Y-Richtungen sowie
seiner winkeligen Ausrichtung – bestimmt
wird.
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Während der
vorstehenden Operationen, die an den Aufnahme- und Übergabestationen
A und B ausgeführt
werden, wird das Substrat 51 von einer nicht gezeigten
Substrat-Zufuhreinrichtung in die Platzierungsstation C transportiert
und dann von der Substrat-Haltevorrichtung 50 gehalten.
Wie in 4F gezeigt, ist das Substrat 51 gegenüber der
bildgebenden Vorrichtung 60 zum Erfassen des Bildes des
Substrates angeordnet, um jeweilige Positionen von auf dem Substrat
markierten Zeichen zu erkennen. Zu diesem Zweck – wie am besten in 4F gezeigt
wird – wird
sowohl das Substrat 51 als auch die Substrat-Haltevorrichtung 50 von
der Platzierungsstation C zu einer versetzten Position bewegt, welche
nach hinten versetzt mit Abstand von der Station C angeordnet ist.
Die bildgebende Vorrichtung 60 zum Aufnehmen von Bildern
der Zeichen ist oberhalb der versetzten Position montiert. Nach
dem Aufnehmen der Bilder wird die Substrat-Haltevorrichtung 50 zusammen
mit dem Substrat 51 zurück
zu der Platzierungsstation C befördert,
wie durch die gepunkteten Linien in 4I zu
erkennen ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass die bildgebende Vorrichtung bei dem
herkömmlichen
System konstruiert ist, um sich in zwei Richtungen zu bewegen, das
heißt
in X- und Y-Richtungen, welches zwei Zuführungsmechanismen erfordert.
Die bildgebende Vorrichtung 60 der vorliegenden Erfindung
jedoch bewegt sich nur in der X-Richtung vor und zurück. Dieses
bedeutet, dass einer der beiden Zuführungsmechanismen aus dem System
beseitigt werden kann, welches wirtschaftlicher ist und die Qualität des Erkennungsvorgangs
verbessert.
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Gemäß dem herkömmlichen
System ist die bildgebende Vorrichtung auch konstruiert, um sich
in die Betriebsposition zu bewegen, in welcher sie dem Substrat
gegenüber
angeordnet ist. Um die mögliche
Störung zwischen
der bildgebenden Vorrichtung und dem Platzierungskopf zu vermeiden,
sollte zu diesem Zeitpunkt der Platzierungskopf und auch die Vakuumdüse aufwärts bewegt
und von der bildgebenden Vorrichtung fortbewegt sein. Dieses erfordert
eine erneute Wartezeit für
den Platzierungskopf, welches zu einer Verlängerung der gesamten Montagezeit
führt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung nimmt der Platzierungskopf 30 einen bestimmten
Bereich ein, von dem der bildgebenden Vorrichtung 60 entfernt,
welches sicherstellt, dass sich keine Störung zwischen ihnen ergeben
wird. Dieses gestattet der bildgebenden Vorrichtung 60 auch,
Bilder zu jeder Zeit aufzunehmen, unabhängig von der Position des Platzierungskopfes 30,
wobei dadurch die Montagezeit reduziert wird.
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Die
Steuerungseinrichtung 70 bestimmt eine positionelle Abweichung
zwischen einem vorbestimmten Ansaugpunkt und einem tatsächlichen
Ansaugpunkt von der Düse
und einer winkeligen Ausrichtung des Bauteils, durch die Verwendung
des Bildes oder der Signale, welche von der bildgebenden Vorrichtung 40 übertragen
werden. Auch bestimmt die Steuerungseinrichtung 70 eine
positionelle Abweichung zwischen den vorbestimmten und den tatsächlichen
Positionen der Zeichen auf dem Substrat 51, durch die Verwendung
des Bildes oder der Signale, welche von der bildgebenden Einheit 60 übertragen
werden. Diese Abweichungen berücksichtigend,
berechnet die Steuerungseinrichtung 70 eine Bewegungsentfernung
zu der Platzierungsstation, einen Rotationswinkel der Düse 31 um
die vertikale Z-Achse und eine Verschiebung des Substrates in Bezug
auf die Y-Richtung. Basierend auf dieser Berechung werden Operationen
des Motors zum Bewegen des Platzierungskopfes 30 und des
Substrates 51 durch die Steuerungseinrichtung 70 gesteuert.
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Nach
dem Übergeben
und dem Erkennen des Bauteils an der Übergabestation B, beginnt sich
der Platzierungskopf 30 in Richtung der Platzierungsstation
C zu bewegen (das heißt
in der Figur von links nach rechts). Auch nach der Korrektur der
positionellen Abweichung und der winkeligen Ausrichtung durch die
Steuerungseinrichtung 70, bewegt sich der Platzierungskopf 30 zu
der Platzierungsstation C, wie in 4G gezeigt.
Danach platziert der Platzierungskopf 30 das Bauteil 11 in
der richtige Position auf dem Substrat 51, wie in 4H gezeigt
ist.
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Bei
diesem Vorgang bewegt sich die Düse 31,
welche das Bauteil ansaugt und hält,
herab, wobei der Platzierungskopf 30 in Richtung des Substrates 51 angeordnet
ist. Sobald die auf der Boden-Oberfläche vorhandenen Lötperlen
das Substrat 51 berühren,
drückt
der Platzierungskopf 30 das Bauteil 11 gegen das
Substrat 51. Gleichzeitig bringt der Platzierungskopf 30 eine
Hochfrequenz-Schwingung
auf das Bauteil 11 an, welche verursacht, dass die Lötperlen
mit dem Substrat verbunden werden. Die Schwingung kann eine Ultraschallwelle
sein, erzeugt durch eine piezoelektrische Vorrichtung. Beispielsweise
weist die Ultraschallwelle eine Amplitude von etwa 1 Mikrometer
und eine Frequenz von etwa 63.000 pro Minute auf. Nach der Beendigung
des Montierens des Bauteils, bewegt sich der Platzierungskopf 30 für das darauf
folgende Montieren des Bauteils zu der Übergabestation B zurück.
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Die
bildgebende Vorrichtung 40 nimmt das Bild des Platzierungskopfes 30 auf,
während
der Kopf auf die nächste Übergabeoperation
wartet, um das Vorhandensein von Ablagerungen zu bestimmen. Wenn
die Ablagerung erfasst wird, setzt das System die folgenden Operationen
für das
Entfernen der Ablagerung zeitweise aus, welche anderenfalls irgendeinen
Schaden an dem Bauteil 11 oder der Düse 31 verursachen
würde. Dieser
Vorgang kann gleichermaßen
auf den Transportkopf 20 angewendet werden. In diesem Falle
nimmt die bildgebende Vorrichtung 40 das Bild der Düse des Transportkopfes 20 auf,
um eine Ablagerung auf der Düse zu
erfassen. Vorzugsweise wird dieses ausgeführt, wenn sich der Platzierungskopf 30 in
Richtung der Platzierungsstation C bewegt. Außerdem kann sich das Substrat 51 an
der Platzierungsstation C, nach dem Platzierungsvorgang durch den
Platzierungskopf 30, in eine verlagerte Position nach hinten
bewegen, in welcher es gegenüber
der bildgebenden Vorrichtung 60 angeordnet ist, um ein
Bild des Substrates 51 aufzunehmen und dabei zu bestimmen,
ob das Bauteil 11 in der richtigen Position auf das Substrat 51 montiert
wurde.
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Die
bildgebende Vorrichtung 40, welche an der Übergabestation
B positioniert ist, gestattet, dass das Bauteil 11 erkannt
wird, bevor der Platzierungskopf 30 damit beginnt, sich
in Richtung der Platzierungsstation C zu bewegen, wobei dieses sicherstellt,
dass sich der Platzierungskopf 30 kontinuierlich und ohne
jegliches Anhalten bewegt. Die Position der bildgebenden Vorrichtung 40 ist
nicht hierin begrenzt. Beispielsweise kann die bildgebende Vorrichtung 40 in
der Nähe
der Übergabestation
B oder in einer anderen Position positioniert sein, welche geringfügig von
der Position entfernt angeordnet ist, an welcher das Bauteil von
dem Transportkopf 20 zu dem Platzierungskopf 30 übergeben
wird. Der Grund dafür,
warum die bildgebende Vorrichtung 40 an der oder unmittelbar
angrenzend an die Übergabestation
platziert ist, ist der, jeglichen Zeitverlust zu vermeiden, welcher
bei dem herkömmlichen
Verfahren verursacht wird, welches erfordert, dass der Platzierungskopf
für das
Erkennen des Bauteils anhalten muss, nachdem dieser in dem Bewegungsablauf
von der Übergabestation
zu der Platzierungsstation die Höchstgeschwindigkeit
erreicht hat, und dass auch die bildgebende Vorrichtung warten muss,
bis die durch das Anhalten verursachte Schwingung beendet ist. In
dieser Hinsicht kann der Zeitverlust in gewissem Grade reduziert
werden, selbst wenn der Platzierungskopf anhält, bevor er die Höchstgeschwindigkeit
erreicht. Folglich bedeuten die Ausdrücke „Nähe" und „geringfügiger Abstand" einen bestimmten
Bereich, in welchem der Platzierungskopf einen bis zur Höchstgeschwindigkeit
beschleunigten Zustand aufweist.
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Dieses
wird bezugnehmend auf die 5A und 5B ausführlich beschrieben.
Gemäß dem herkömmlichen
System, bei welchem der Platzierungskopf im Verlauf der Bewegung
von der Übergabestation
zu der Platzierungsstation für
das Erkennen des Bauteils durch die abbildende Vorrichtung, wie
in 5A gezeigt, anhält, ist eine bestimmte Zeit
von etwa 0,1 Sekunden erforderlich, um die Schwingung des Platzierungskopfes
abzudämpfen,
welche durch die Trägheitskraft
des Platzierungskopfes mit einem Gewicht von beispielsweise etwa
10 Kilogramm verursacht wird. Nach dem Erkennen bewegt sich der
Platzierungskopf zu der Platzierungsstation, wobei er währenddessen
beschleunigt und dann wieder verlangsamt wird.
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Im
Gegensatz dazu entfernt sich gemäß dem Montagessystem
der vorliegenden Erfindung, wie in 5B gezeigt,
der Transportkopf 20 nach der Übergabe des Bauteils aus dem
Sichtfeld der abbildenden Vorrichtung. Unmittelbar danach wird das
Bauteil erkannt, welches von dem Platzierungskopf 30 gehalten
wird. Dann beschleunigt der Platzierungskopf 30 zu seiner
höchsten
Geschwindigkeit, bewegt sich mit der Geschwindigkeit und verlangsamt
sich anschließend,
um die Platzierungsstation zu erreichen. Dieses beseitigt die zusätzliche
Beschleunigung und Verlangsamung, welche bei dem herkömmlichen
System erforderlich ist, wobei dadurch die Zykluszeit um etwa 0,2
Sekunden verkürzt
wird.
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6 zeigt
ein Verhältnis
von Bewegungen und Operationen für
den Platzierungskopf 30, den Transportkopf 20 und
die Substrat-Haltevorrichtung 50. Wie aus der Figur zu
ersehen ist, bewegt sich nach dem Platzieren des Bauteils der Platzierungskopf 30 von
der Platzierungsstation C zu der Übergabestation B zurück. Gleichzeitig
damit bewegt sich der Transportkopf 20, der bereits das
darauf folgende Bauteil aufgenommen hat, von der Aufnahmestation
A zu der Übergabestation
B. Die Köpfe 20 und 30 halten,
um einander an der Übergabestation
B gegenüber
angeordnet zu sein, und dann nähern
sie sich einander an, für
die Übergabe des
Bauteils von dem Transportkopf zu dem Platzierungskopf, welches
durch einen hohlen, nach oben gerichteten Pfeil dargestellt ist.
Unmittelbar nach der Übergabe
des Bauteils bewegt sich der Transportkopf zurück zu der Aufnahmestation,
wobei dadurch durch die Verwendung der bildgebenden Vorrichtung
das Erkennen des Bauteils gestattet wird, welches auf dem Platzierungskopf 30 gehalten
wird. Der Erkennungsvorgang des Bauteils wird als ein schraffierter
Kasten dargestellt. Wenn der Erkennungsvorgang beendet ist, bewegt
sich der Platzierungskopf 30 in Richtung der Platzierungsstation
C. Während
der Bewegung des Platzierungskopfes 30 wird der Erkennungsvorgang
für das
Substrat 51 ausgeführt,
welches als ein anderer schraffierter Kasten dargestellt ist. Anschließend bewegt
sich die Substrat-Haltevorrichtung 50 zu der Platzierungsstation
C, wo der Platzierungskopf 30 das Bauteil auf das Substrat 51 platziert,
welches durch einen hohlen, nach unten gerichteten Pfeil dargestellt
ist. Während
dieses Vorgangs nimmt der Transportkopf 20 das folgende
Bauteil von der Bauteil-Zufuhreinrichtung auf. Die vorstehend beschriebenen
Vorgänge
werden für
jedes Bauteil wiederholt.
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Unten
stehend wird eine vergleichende Tabelle bereitgestellt, welche Bewegungsachsen
und Mechanismen zeigt (das heißt
Zuführungsmechanismen
für die
X-, Y- und/oder Z-Richtung) für
die Übergabe-
und Platzierungsköpfe,
die abbildenden Vorrichtungen und die Substrat-Haltevorrichtungen,
welche für
das herkömmliche
System und für
das System der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Es ist
zu beachten, dass das Ansteigen der Anzahl von Zuführungsmechanismen
die Zusammensetzung des Systems komplizierter gestaltet und auch
die positionelle Präzision
des Bauteils und der Vorrichtungen – so wie des Kopfes und des Substrats – verringert. Tabelle
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Wie
aus der Tabelle zu erkennen ist, benötigt die feste bildgebende
Einheit 40 bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht X- und Y-Zuführungsmechanismen,
welche für
das herkömmliche
System benötigt
werden. Dieses vereinfacht nicht nur die Zusammensetzung des Systems
sondern verstärkt
auch die Genauigkeit der Einstellung und die des bildgebenden Vorgangs.
Die bildgebende Vorrichtung 40 kann konstruiert sein, um
sich in der Y- oder
Z-Richtung zu bewegen, was im Folgenden beschrieben werden wird. Selbst
in dieser Ausführungsform
ist einer der zwei Mechanismen beseitigt. Dieses wird in der Tabelle
durch Einklammerung dargestellt.
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Für die bildgebende
Vorrichtung 60 wird nur ein (das heißt X-Zufuhr) Mechanismus benötigt. Das
bedeutet, dass ein Mechanismus aus dem herkömmlichen System beseitigt werden
kann, welches zwei (X- und Y-) Zufuhrmechanismen benötigt, und
zwar weil das Substrat 51 für sein Erkennen durch die bildgebende
Vorrichtung 60 einen von der Platzierungsstation zu einer
anderen Position verschobenen Zustand aufweist. Die Reduzierung
des Zuführungsmechanismus
verstärkt
auch die Erkennungsgenauigkeit des Substrates. Auch wenn das System
in der Art und Weise konstruiert ist, dass sich die Substrat-Haltevorrichtung
in der Y-Richtung vor- und zurückbewegt,
kann sie in einer anderen Richtung bewegt werden, welche in der
Art und Weise eingerichtet ist, dass das Substrat durch die bildgebende
Vorrichtung in einer bestimmten Position, von der Platzierungsstation
entfernt, erkannt werden kann, und dass die bildgebende Vorrichtung 60 keine
Störung
mit dem Platzierungskopf 30 erzeugt.
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Außerdem kann
das System der vorliegenden Erfindung die Bewegungsdurchgänge der
jeweiligen sich bewegenden Elemente verkürzen. Beispielsweise ist es
gemäß dem herkömmlichen
System erforderlich, dass sich die Vakuumdüse 31 des Platzierungskopfes
30 um etwa 40 mm in der vertikalen Richtung bewegt, um die Störung mit
den bildgebenden Vorrichtungen zu verhindern. Im Gegensatz dazu
sind gemäß dem System
der vorliegenden Erfindung die bildgebenden Vorrichtungen 40 und 60 in
unterschiedlichen Positionen und außerhalb des Durchgangs des
Platzierungskopfes 30 in den Bewegungen in der X-Richtung
positioniert. Dieses reduziert die vertikalen Bewegungen der Düse 31 in
dem Platzierungskopf 30 an den Übergabe- und Platzierungsstationen
auf ein Minimum, bei spielsweise auf etwa 1 mm, welches zur Verhinderung
der Störung
mit dem Bauteil erforderlich ist.
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Außerdem ist
gemäß dem herkömmlichen
System die bildgebende Vorrichtung für die Erkennung des Substrates
mit einer anderen bildgebenden Vorrichtung für das Erkennen des Bauteils
zusammengesetzt. Dieses erfordert, dass sich beide bildgebenden
Vorrichtungen zwischen den Bauteil- und Substrat-Erkennungsstationen eine lange Entfernung
von beispielsweise etwa 250 mm bewegen. Gemäß dem System der vorliegenden
Erfindung ist jedoch die Substrat-Erkennungsvorrichtung getrennt
von der anderen Bauteil-Erkennungsvorrichtung
eingerichtet, so dass sie nur zum Erkennen des Substrates dient.
Folglich ist es erforderlich, dass sich die Substrat-Erkennungsvorrichtung
nur eine begrenzte Entfernung von beispielsweise etwa 10 mm bewegt,
welches in Abhängigkeit
von der Größe oder
dem Zweck des Bauteils abweichen kann. Das Reduzieren der Bewegungsentfernung
führt zu
einer Reduzierung der Trägheitskraft
des Bewegungsmechanismus wie auch zu der notwendigen Festigkeit
der stützenden
Struktur und auch zu der Erhöhung
der Genauigkeit der Positionierung.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist das System 1 der vorliegenden
Erfindung eine Anzahl von sich bewegenden Teilen auf. Unter anderem
bewegt sich der Platzierungskopf 30 zwischen den Übergabe-
und Platzierungsstationen B und C um 500 mm in der X-Richtung. Die
Bewegung von jedem Element sollte genau gesteuert werden, um die
exakte Ausrichtung der Bauteile auf dem Substrat zu erzielen. Zu
diesem Zweck setzt das System Servomotoren, Schrittmotoren und/oder
Voice-Coil-Motoren zum Steuern der Bewegungsentfernung der Elemente
ein. Zusätzlich
zu diesen Motoren und in Kombination mit ihnen, kann eine lineare
Skala für
jeden Bewegungsmechanismus verwendet werden, um eine präzisere Steuerung
der Bewegungsentfernung zu erzielen. Die lineare Skala, welche ein
Impuls-Codierer zum Messen einer linearen Verschiebung ist, weist
eine Bezugs-Skala mit optisch oder magnetisch gekennzeichneten Zeichen
sowie einen Detektor auf, welcher zur Bewegung auf und relativ zu
der Bezugsskala montiert ist, wobei dieses eine exakte Bewegungssteuerung
sicherstellt. Unter Berücksichtigung
solcher Merkmale wird die lineare Skala vorzugsweise für die Kom pensation
der Veränderung
der Bewegungsentfernung verwendet, die durch Hitze erzeugt werden
könnte.
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7 ist
ein Schaltplan, welcher verschiedene Teile zeigt, die in den jeweiligen
vorstehend beschriebenen Vorrichtungen eingebaut sind. Wie aus der
Figur zu erkennen ist, weist das System einen Hardware-Abschnitt
und einen Software-Abschnitt
auf. Der Hardware-Abschnitt schließt die Bauteil-Zufuhreinrichtung 10, den
Transportkopf 20, den Platzierungskopf 30, die
Bauteil-Erkennungsvorrichtung 40,
die Substrat-Haltevorrichtung 50 und die Substrat-Erkennungsvorrichtung 60 ein.
Der Software-Abschnitt schließt
verschiedene Verarbeitungseinheiten zum Steuern folgender notwendiger
Operationen ein: Operationen zum Zuführen eines Bauteils, Ansaugen
eines Bauteils, Berechnen eines Maßes zur Positionskorrektur,
Berechnen eines Maßes
zur Winkelkorrektur, Erkennen eines Bauteils, Erkennen eines Bezugs-Zeichens
und Korrigieren der Position. Die Hardware- und die Software-Elemente
sind mit der Steuerungseinrichtung, die den Gesamtbetrieb der Elemente
steuert, integriert.
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Jedes
der Hardware-Elemente, deren Funktionen bereits vorstehend beschrieben
wurden, weist verschiedene Treiber auf, die durch jeweilige Leitungen
verbunden sind, welche sich aus den Elementen heraus erstrecken.
Die Steuerungseinrichtung empfängt
Signale von jeweiligen Einheiten des Software-Abschnitts und steuert – basierend
auf diesen – jeweilige
Treiber. Unter anderem steuert die Bauteilzufuhr-Verarbeitungseinheit
die Bewegung der Bauteil-Zufuhreinrichtung 10,
so dass das aufzunehmende Bauteil in der Aufnahmeposition platziert
wird. Die Bauteilansaug- Verarbeitungseinheit steuert die Zeiteinstellung
und das Vakuum für das
Ansaugen der Bauteile durch Düsen,
welche auf den Übergabe-
und Platzierungsköpfen
montiert sind. Die Einheiten zum Berechnen von Positions- und Winkelkorrekturen
berechnen von Signalen, die von der Erkennungsvorrichtung 40 übertragen
werden, eine Bewegungsentfernung des Platzierungskopfes 30 in
der X-Richtung für
das Montieren und das Maß einer
Winkelkorrektur für
die Düse 31 um
die vertikale Z-Achse. Die Bauteil-Erkennungseinheit steuert die Erkennungs-Zeiteinstellung
durch die Erkennungsvorrichtung 40 und das Feld der Vorrichtung.
Die Bezugszeichen-Erkennungsvorrichtung
steuert die Erkennungs-Zeiteinstellung und das Feld der Substrat-Erkennungsvorrichtung 60,
und – basierend
auf dem Erkennen durch die Vorrichtung 60 – steuert
die Positionskorrektur-Einheit die Bewegungsentfernung der Substrat-Haltevorrichtung 50 in
der Y-Richtung. Durch diese Anordnung sind die Erkennungsvorrichtungen 40 und 60 voneinander
getrennt, wobei dadurch gestattet wird, dass die jeweiligen Vorrichtungen 40 und 60 unabhängig voneinander
gesteuert werden, ohne jede Beschränkung, die durch die andere
Vorrichtung auferlegt wird.
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Bezugnehmend
auf 8 wird im Folgenden ein anderes Montagesystem
und – Verfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Bauteil-Montagesystem
dieser Ausführungsform,
welche im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 2 gekennzeichnet
ist, entspricht dem der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme,
dass das System 2 einen zweiten Platzierungskopf 80 aufweist.
Daher sind in allen Figuren gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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Gemäß dem System
der ersten Ausführungsform
nimmt der Platzierungskopf 30 das Bauteil an der Übergabestation
B auf und bewegt es dann zu der Platzierungsstation C, um das Bauteil
zu montieren. Das Montieren des Bauteils an der Platzierungsstation
C wird durch die Ultraschallverbindung abgeschlossen, welche einen
verhältnismäßig ausgedehnten
Zeitraum von etwa 0,5 Sekunden benötigt. Dieses verlängert eine Wartezeit
von einem oder mehreren damit verbundenen Elementen, woraus eine
unerwünschte
Verlängerung der
Gesamtzeit für
den Montagevorgang resultiert.
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Im
Gegensatz dazu übernehmen
bei dem System 2 dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Platzierungsköpfe jeweilige
Funktionen und vergrößern somit
die Produktivität
des Montagevorgangs. Beispielsweise ist das System 2 in
der Art und Weise konstruiert, dass der Platzierungskopf 30 für einen
ersten Schritt des Montierens dient, bei welchem das Bauteil 11 auf
dem Substrat 51 montiert und dann durch die Ultraschallschwingung
vorläufig
verbunden wird. Die vorläufige
Verbindung erfordert nur einen begrenzten Zeitraum von etwa 0,1
Sekunden. Nach der vorläufigen
Verbindung bewegt sich der Platzierungskopf 30 von der
Platzierungsstation C zu der Übergabestation
B zurück,
wo er das nächste
Bauteil von dem Transportkopf entgegennimmt. Der zweite Platzierungskopf 80 dient
für einen
zweiten Schritt des Montierens, bei dem er für die dauerhafte Verbin dung
des Bauteils auf dem Substrat erneut die Ultraschallschwingung auf
das vorläufig verbundene
Bauteil 11 anwendet. Die dauerhafte Verbindung erfordert
einen weiteren Zeitraum von etwa 0,4 Sekunden.
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Bei
der Ausführungsform
der Zwei-Schritt-Verbindung erfordern die ersten (vorläufigen)
und zweiten (dauerhaften) Verbindungen durch die Platzierungsköpfe 30 und 80 jeweils
etwa 0,1 und 0,4 Sekunden. Folglich erscheint die gesamte Verbindungszeit
identisch mit derjenigen zu sein, welche von dem System 1 der
ersten Ausführungsform
benötigt
wird. Jedoch kann gemäß dem System 2 nach
der vorläufigen
Verbindung, das heißt
während
der dauerhaften Verbindung, der Platzierungskopf 30 fortfahren,
um das nächste
Bauteil entgegenzunehmen, was bedeutet, dass die Gesamtzeit zum
Montieren pro Bauteil wesentlich, um beispielsweise 0,4 Sekunden
verkürzt
wird.
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Folglich
verursacht die funktionelle Trennung durch die Verwendung von zwei
Platzierungsköpfen, dass
die Gesamtzeit zum Montieren des Bauteils beträchtlich verkürzt und
auch die Produktivität
des Systems bedeutend gesteigert wird. Ferner stellt die Zwei-Schritt-Verbindung
einen drastischen Anstieg der Verbindungskraft des Bauteils gegenüber der
Ein-Schritt-Verbindung bereit.
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Um
das Bauteil wirksam mit einer Ultraschallschwingung zu versehen,
kann eine andere Haltevorrichtung in der Form einer Auflage oder
Kastenabdeckung verwendet werden, um das Bauteil zu halten und es dann
auf das Substrat zu drücken.
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Auch
kann bei der Zwei-Schritt-Verbindung die Position und/oder die Ausrichtung
des Bauteils, welches vorläufig
auf das Substrat montiert ist, durch die Erkennungsvorrichtung erkannt
und – wenn
nötig – aufgrund
des Erkennungsergebnisses an der Dauerverbindungs-Basis korrigiert
werden. In diesem Fall wird unmittelbar nach der vorläufigen Verbindung
des Bauteils durch den Platzierungskopf 30, das Substrat 51 rückwärts transportiert,
um der festen Erkennungsvorrichtung 60 zum Erkennen des
vorläufig
auf dem Substrat montierten Bauteils gegenüber angeordnet zu sein. Basierend
auf der positionellen Information, welche von der Erkennungsvorrichtung 60 übertragen
wird, berechnet anschließend die
Steuerungseinrichtung 70 das Maß für eine X-, Y- und/oder winkelige
Korrektur und steuert dann die Bewegung des anderen Platzierungskopfes 80.
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Vorzugsweise
erkennt die Erkennungsvorrichtung 40 den Bauteil-Halteabschnitt
des Platzierungskopfes 30 unmittelbar nach dem vorläufigen Montieren
des Bauteils und den Bauteil-Halteabschnitt des anderen Platzierungskopfes 80 vor
dem dauerhaften Montieren des Bauteils. Dieses gestattet der Steuerungseinrichtung 70,
alle möglichen
Störungen
zu verhindern, welche durch das Vorhandensein von Ablagerungen an
den Bauteil-Halteabschnitten der Platzierungsköpfe verursacht werden könnten. Auch
gestattet dies, dass der Platzierungskopf 80 das vorläufig montierte
Bauteil fest hält.
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Die 9A bis 9J zeigen
schematisch eine Reihe von Operationen, welche an den Aufnahme-, Übergabe-
und Platzierungsstationen durch das System 2 ausgeführt werden.
Wie aus den Figuren zu erkennen ist, entsprechen die in den 9A bis 9G dargestellten
Operationen denen, die in den 4A bis 4G dargestellt
sind und unter Bezugnahme auf diese beschrieben werden.
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Insbesondere
gemäß dem System 2 dieser
Ausführungsform
ist das Bauteil 11 vorläufig
auf dem Substrat montiert und mit diesem verbunden, wie in 9H gezeigt.
Nach der Fertigstellung der vorläufigen
Verbindung des Bauteils, bewegt sich der Platzierungskopf 30 in
der X-Richtung zu der Übergabe-Station
B zurück,
für die Übergabeoperation
des nächsten
Bauteils. Nach dem Lösen
von dem Platzierungskopf 30 bewegt sich das Substrat 51 rückwärts in der
Y-Richtung, um der
Erkennungsvorrichtung 60 gegenüber angeordnet zu sein. Wie
in 9I gezeigt, erkennt die Erkennungsvorrichtung 60 das
vorläufig
auf dem Substrat 51 befestigte Bauteil und überträgt das erkannte
Bildsignal zu der Steuerungseinrichtung 70. Das positionelle
Verhältnis
zwischen dem Substrat 51 und der Erkennungsvorrichtung 60 entspricht
demjenigen, welches in 9K dargestellt ist. Nach dem
Erkennungsvorgang bewegt sich das Substrat 51 in der Y-Richtung zurück zu der
Platzierungsstation, wo es gegenüber
dem zweiten Platzierungskopf 80 angeordnet ist. Wie in 9J gezeigt,
bewegt sich der Platzierungskopf 80 herab, um das vorläufig verbundene
Bauteil 11 zu halten. Auch der Platzierungskopf 80 drückt das
Bauteil 11 auf das Substrat und wendet für die dauerhafte
Verbindung des Bauteils auf dem Substrat die Ultraschallschwingung
auf das Bauteil an.
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Wie
am besten in 9J gezeigt wird, ist der Bauteil-Halteabschnitt
des Platzierungskopfes 80 in der Form einer Klammer definiert.
Alternativ weist der Platzierungskopf eine andere Zusammensetzung
auf, welche für
das Positionieren des Bauteils und das Anwenden der Ultraschallschwingung
auf das Bauteil geeignet ist.
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Es
ist zu beachten, dass wenn irgendein Ausrichtungsfehler durch die
Erkennungsvorrichtung 60 (siehe 9I) erfasst
wird, so wie eine unrichtige Montage oder Verbindung des Bauteils,
setzt die Steuerungseinrichtung 70 den Montagevorgang aus,
um eine Warnung zu erzeugen. In diesem Fall kann das Substrat 51 wenn
nötig automatisch
oder manuell ausgesondert werden.
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Bezugnehmend
auf die 10A und 10B wird
im Folgenden eine andere Ausführungsform
des Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Die Figuren zeigen positionelle Verhältnisse
zwischen dem von der Düse 31 des
Platzierungskopfes 30 angesaugten und gehaltenen Bauteil
und den Erkennungsvorrichtungen jeweils bei dem herkömmlichen
System (10A) und dem System der vorliegenden
Erfindung (10B).
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Wie
vorstehend unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben,
ist gemäß dem herkömmlichen
System der Raum zwischen dem von der Düse 131 des Platzierungskopfes 130 gehaltenen
Bauteil 111a und dem Substrat 151 auf diese Weise
begrenzt. Dadurch wird kein Abstand zwischen der Erkennungsvorrichtung 140 und
dem Bauteil sichergestellt, welcher für die korrekte Erkennung des
Bauteils notwendig ist, wobei dadurch die Auflösung des Bildes von insbesondere
großer
Bauteile reduziert wird. Im Gegensatz dazu ist die Erkennungsvorrichtung 40 nur
für das
Erkennen des Bauteils montiert und folglich in dem System befestigt, welche
keinen zusätzlichen
Raum benötigt,
um die Störung
mit den benachbarten Bauteilen zu vermeiden. Dieses wiederum definiert
einen größeren Raum
zwischen der Erkennungsvorrichtung 40 und dem Bauteil als das
herkömmliche
System, welches das Feld und/oder die Auflösung der Erkennungsvorrichtung 40 vergrößert beziehungsweise
erhöht.
Diese Vergrößerung des
Feldes und die Erhöhung
der Auflösung
sind in 10B durch gepunktete Linien α und lang
und kurz gepunktete Linien β dargestellt.
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Eine
Verbesserung des Feldes und/oder der Auflösung der Erkennungsvorrichtung
kann durch andere Ausführungsformen
erzielt werden, die in den 11A bis 11F dargestellt sind. Beispielsweise ist gemäß der Ausführungsform
von 11A die Erkennungsvorrichtung 40 konstruiert,
um sich in einem gewissen Maße
in der Richtung zu verlagern, die durch den Pfeil 45 gekennzeichnet
ist, das heißt
in der X- oder Y-Richtung. Durch diese Anordnung nimmt die Erkennungsvorrichtung 40 zuerst
eine erste Position ein, in welcher sie einen Teil des Bauteils
erkennt. Anschließend
bewegt sich die Erkennungsvorrichtung 40 zu einer zweiten Position,
in welcher sie den verbleibenden Teil des Bauteils erkennt. Teilbilder
des Bauteils werden dann zusammengefasst und in der Steuerungseinrichtung
für die
folgenden Prozesse verarbeitet, so wie für eine Positions- und/oder
Winkelkorrektur des Bauteils. Dieser Prozess gestattet der Erkennungsvorrichtung,
das gesamte Bild des Bauteils mit einer notwendigen Auflösung zu
erfassen, selbst innerhalb eines begrenzten Raumes. Dieses wiederum
bedeutet, dass der Bewegungsbereich der Erkennungsvorrichtung für die Bauteilerkennung
auf ein Minimum reduziert werden kann. Zudem kann die horizontale
Bewegung der Erkennungsvorrichtung 40 die Wahrscheinlichkeit
reduzieren, dass durch das mögliches
Fallenlassen des Bauteils oder anderer Elemente ein Schaden entsteht.
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Obwohl
das Gesamtbild des Bauteils durch zwei Aufnahmeprozesse erfasst
wird, kann eine größere Anzahl
von Aufnahmeprozessen für
das größere Bauteil
eingesetzt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
in 11B ist die Erkennungsvorrichtung 40 in
der Art und Weise konstruiert, um sich vertikal zu bewegen, das
heißt
in der Z-Richtung
zwischen einer abgesenkten Position, welche mit Hilfe von durchgezogenen
Linien gekennzeichnet ist, und einer erhöhten Position, welche durch gepunktete
Linien gekennzeichnet ist. Diese Ausführungsform gestattet der Erkennungsvorrichtung 40,
ihren Fokus vertikal zu verlagern, so dass die Komponenten mit unterschiedlichen
Höhen oder
in verschiedenen Höhen
ohne ein Defokussieren erkannt werden können. Wie beispielsweise in
der Figur gezeigt, wird das größere Bauteil 11 von
der erhöhten
Position zu der abgesenkten Position herabbewegt, um sein Feld zu
vergrößern, so
dass das Gesamtbild des größeren Bauteils
durch eine Aufnahme erfasst werden kann. Die Erkennungsvorrichtung 40 ist
aufgrund ihrer Bewegbarkeit in der vertikalen Richtung auch für das Erfassen
von Ablagerungen verwendbar, welche durch den Bauteil-Halteabschnitt
der Übergabe-
und Platzierungsköpfe 20 und 30 mitgeführt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
in 11C wird die Erkennungsvorrichtung 40 von
einer nicht gezeigten horizontalen Achse so gestützt, dass sie in einer Art
und Weise rotiert, wie durch den Pfeil 47 gekennzeichnet.
Diese Anordnung gestattet der Erkennungsvorrichtung 40,
eine Position einzunehmen zwischen einer ersten Position (gekennzeichnet
mit Hilfe durchgezogener Linien), in welcher sie einen Teil des
Bauteils erkennt, und einer zweiten Position (gekennzeichnet durch
gepunktete Linien), in welcher sie den verbleibenden Teil des Bauteils
erkennt. Zu diesem Zweck ist die Erkennungsvorrichtung mit einer
Antriebsquelle verbunden, so wie einem Schrittmotor, welcher durch
die Steuerungseinrichtung gesteuert wird. Das System kann in der
Art und Weise konstruiert sein, dass die Erkennungsvorrichtung drei
Positionen einnimmt, in welchen die Erkennungsvorrichtung jeweilige
Teile des Bauteils erfasst.
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In
einer anderen Ausführungsform
in 11D weist die Erkennungseinheit zwei feste Erkennungsvorrichtungen 40a und 40b auf,
um das Feld der Erkennungseinheit zu vergrößern. Diese Anordnung gestattet, dass
das größere Bauteil
durch zwei Erkennungsvorrichtungen mit einer hohen Auflösung erkannt
wird. Auch kann diese Ausführungsform
in der Art und Weise verwendet werden, dass irgendeine der Erkennungsvorrichtungen
zum Erkennen eines kleinen Bauteils dient und beide Erkennungsvorrichtungen
zum Erkennen eines großen
Bauteils dienen. Selbstverständlich
ist die Anzahl der Erkennungsvorrichtungen nicht auf zwei begrenzt.
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In
einer anderen Ausführungsform
in 11E ist die Erkennungsvorrichtung 40 horizontal
ausgerichtet. Auch weist die Erkennungseinheit einen Spiegel 41 auf.
Der Spiegel 41 ist vor der Erkennungsvorrichtung 40 angeordnet
und wird für
eine Rotation in der Art und Weise gestützt, dass das Feld der Erkennungsvorrichtung
reflektiert und dann über
das Bauteil bewegt wird. Durch diese Anord nung rotiert der Spiegel
zwischen einer ersten Position, in welcher das reflektierte Feld
der Erkennungsvorrichtung einen Teil des Bauteils abdeckt, und einer
zweiten Position, in welcher das reflektierte Feld den verbleibenden
Teil des Bauteils abdeckt. Zu diesem Zweck ist der Spiegel mit einem
Motor antreibend verbunden, so wie einem Schrittmotor, so dass die
Steuerungseinrichtung den Motor steuert, um den Spiegel zu rotieren.
Der Spiegel kann jedes Element sein, welches in der Lage ist, einen
Lichtdurchgang zu verändern,
so wie ein Prisma.
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In
einer anderen Ausführungsform
in 11F weist die Erkennungseinheit ein optisches
Bauteil 42 auf, so wie eine Linse, die zwischen der Erkennungsvorrichtung 40 und
dem Bauteil 11 angeordnet ist, wobei dieses der Erkennungsvorrichtung 40 gestattet,
das Bild eines größeren Bauteils
aufzunehmen. Das optische Bauteil 42 kann angebracht sein,
um aus dem Raum zwischen der Erkennungsvorrichtung 40 und
dem Bauteil 11 herauszutreten. Zwei oder mehr optische
Bauteile können
bereitgestellt sein, so dass ein passendes von ihnen – in Abhängigkeit
von der Größe des Bauteils
und/oder der erforderlichen Auflösung – ausgewählt wird. Auch
kann das optische Bauteil 42 in Verbindung mit anderen
optischen Elementen – so
wie einem Spiegel und einem Prisma – verwendet werden. Außerdem kann
die Erkennungsvorrichtung 40 nicht nur in dieser Ausführungsform
für eine
Bewegung angebracht sein, sondern auch in der vorhergehenden Ausführungsform
in 11E, welche das Feld der Erkennungsvorrichtung
vergrößert, während die
erforderliche Auflösung
beibehalten wird.
