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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Montieren von Elektronikkomponenten, bei dem mindestens ein
Montagekopf Elektronikkomponenten gleichzeitig von mehreren Komponentenzufuhreinheiten
aufgreift, um die Elektronikkomponenten auf einer Leiterplatte zu montieren.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Solche
Vorrichtungen und Verfahren zum Montieren von Elektronikkomponenten
können
die Zykluszeit der Montageoperation reduzieren, da mehrere Elektronikkomponenten
von Montageköpfen
von mehreren Komponentenzufuhreinheiten aufgegriffen werden. Ein
typisches Beispiel ist in einer japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. Hei 7-154097 beschrieben.
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Die
Komponentenzufuhreinheiten weisen jedoch nicht immer eine identische
Aufgreifposition unter allen den in einer Montageoperation verwendeten Einheiten
auf. Vielmehr gibt es eine Variation bei einer derartigen Position
entlang der Richtung der Komponentenzufuhr, weil die Komponentenzufuhreinheiten
nicht immer identisch hergestellt sind und weil die Einheiten nicht
notwendigerweise am Hauptkörper
der Montagevorrichtung mit guter Reproduzierbarkeit montiert sind.
Somit wird die Position der Saugdüse relativ zu einer Elektronikkomponente zum
Zeitpunkt des Aufgreifens der Elektronikkomponente zwischen den
Montageoperationen nicht beibehalten. Um eine Ursache für Fehler
zu entfernen, wird bekannterweise eine Montagevorrichtung und ein
Montageverfahren bereitgestellt, die ein Steuersystem verwenden,
um eine Lage einer zu montierenden Elektronikkomponente zu korrigieren
US-A-5 285 888). In einigen Fällen
führt dies
zu einem Versagen beim Aufgreifen und Halten der Elektronikkomponente
durch die Saugdüse
von einer bestimmten Komponentenzufuhreinheit aufgrund einer Variation zwischen
den Komponentenzufuhreinheiten. Dieser Mangel ist ausgeprägter, wenn
von der Vorrichtung zum Montieren von Elektronikkomponenten kleinere Elektronikkomponenten
gehandhabt werden. Wenn beispielsweise so genannte 1005-Komponenten
mit einer Größe von 1
mm x 0,5 mm von der Vorrichtung gehandhabt werden, kann eine Verschiebung
der Saugdüse
von nur 0,2 mm von einer ordnungsgemäßen Position relativ zur Elektronikkomponente
zum Aufgreifen der Komponente den Ausfall beim Aufgreifen und Halten
der Elektronikkomponente verursachen.
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KURZE DARSTELLUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet Vorrichtungen und Verfahren, bei
denen Ansaugen und Halten von Elektronikkomponenten durch eine Saugdüse zum Zeitpunkt
des Aufgreifens von Elektronikkomponenten von einer Komponentenzufuhreinheit
sichergestellt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zum Montieren von Elektronikkomponenten bereitgestellt, wobei mindestens
ein Montagekopf Elektronikkomponenten von mehreren Komponentenzufuhreinheiten
aufgreift, um die Elektronikkomponenten an einer Leiterplatte zu
montieren. Die Vorrichtung weist mehrere Saugdüsen auf, die in einer radialen
Konfiguration an dem Montagekopf angeordnet sind, ein Mittel zum
Drehen des Montagekopfs um eine horizontale Achse davon derart,
dass sich die Saugdüsen
um die Achse drehen, und ein Mittel zum horizontalen Bewegen des
Montagekopfs zum Aufgreifen und Montieren der Elektronikkomponenten. Ein
Steuermittel ist vorgesehen, das dafür ausgelegt ist, die unvermeidbare
Vorverschiebung der Saugdüse
relativ zu einer Elektronikkomponente von einer ordnungsgemäßen Position
zum Aufgreifen der Elektronikkomponente entlang einer Richtung der
Komponentenzufuhr der Komponentenzufuhreinheit durch Bewegen der
Saugdüse
zu korrigieren. Erreicht wird dies durch Drehen des Montagekopfs.
Obwohl die Erfindung mit nur einem Montagekopf funktionieren wird,
gibt es bevorzugt mehrere Montageköpfe, die die Elektronikkomponenten
gleichzeitig aufgreifen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Vorverschiebung anhand einer
vorbestimmten Anzahl von Aufgreifprozeduren der Elektronikkomponente
zu einem Zeitpunkt einer Produktionsoperation geschätzt, wie
etwa einem vorbereitenden Testen vor einer Montageoperation, einem
Start einer Montageoperation und einem Zeitpunkt in der Mitte einer
Montageoperation. Die Saugdüse
kommt zu einer ordnungsgemäßen Position
zum Aufgreifen der Elektronikkomponente durch Korrigieren der Vorverschiebung
mit einer Drehung des Montagekopfs um die horizontale Achse nach der
vorbestimmten Anzahl von Aufgreifprozeduren zum Schätzen der
Vorverschiebung.
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Da
die Vorverschiebung von Natur aus relativ klein ist, wobei ein typisches
Beispiel 0,2 mm ist, wie oben beschrieben, ist eine Änderung
bei der Position der Saugdüse
durch die Drehung des Montagekopfs, nicht eine horizontale Bewegung
des Montagekopfs, ausreichend, um die Verschiebung zu korrigieren. Dadurch
greift die Saugdüse
der Elektronikkomponente sicher auf und hält sie.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann man besser verstehen und ihre Aufgaben,
Merkmale und Vorteile können
dem Fachmann unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich
werden.
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Montieren von Elektronikkomponenten
als Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht der in 1 gezeigten
Vorrichtung bei Betrachtung aus der als B in der Figur gezeigten
Richtung.
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3 soll
eine von einer Saugdüse
gehaltene Elektronikkomponente zeigen und eine Seitenansicht der
in 1 gezeigten Vorrichtung bei Betrachtung aus der
als A in der Figur gezeigten Richtung.
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4 ist
eine vereinfachte Seitenansicht eines Montagekopfs in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Montagekopfs und seiner verwandten
Abschnitte in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Montagekopfs, um die Ineingriffnahme
der Saugdüsen
an dem Düsenhalter
in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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7 zeigt
eine Kurve und Steuernocken, mit denen ein Montagekopf in einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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8 zeigt
eine Beobachtungskamera und einen Komponentendetektierungssensor
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
eine Beobachtungskamera und zwei Sensoren zum Detektieren des Vorliegens
und der Länge
der Saugdüse.
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10 soll
eine von einer Beobachtungskamera beobachtete Elektronikkomponente
zeigen und eine in 1 gezeigte Seitenansicht der
Vorrichtung bei Betrachtung aus der als A in der Figur gezeigten Richtung.
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11 zeigt
den Status des Vakuumpegels und der Düsenhöhe als Funktion der Düsenposition des
Montagekopfs.
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12 soll
das Konzept der Korrektur der Vorverschiebung entlang der Y-Richtung
zeigen, wenn die Elektronikkomponente von der Saugdüse aufgegriffen
wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Einige
wenige bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die obi gen Zeichnungen ausführlich
beschrieben. 1 ist eine Draufsicht auf eine
Vorrichtung zum Montieren von Elektronikkomponenten 1 der
vorliegenden Erfindung. Auf einer Basis 2 der Vorrichtung 1 sind
mehrere Komponentenzufuhreinheiten 3 zum Zuführen verschiedener
Arten von Elektronikkomponenten zu einer Aufgreifposition 10 vorgesehen,
wobei die Elektronikkomponenten von den Saugdüsen aufgegriffen werden, wie
später beschrieben
wird. Im Prinzip enthält
eine Zufuhreinheit 3 eine Art von Elektronikkomponenten
und führt eine
Komponente zu einer Prozedur der Montageoperation zu. Es sind auch
zwischen den beiden Gruppen der einander zugewandten Komponentenzufuhreinheiten 3 ein
ankommender Förderer 4,
ein Abschnitt zum Positionieren 5 und ein abgehender Förderer 6 vorgesehen.
Eine Leiterplatte P wird von dem ankommenden Förderer 4 von einem
vorgeschalteten Prozess zu dem Abschnitt zum Positionieren 5 transportiert,
von einem in der Figur nicht gezeigten Positioniermechanismus für das Montieren
von Elektronikkomponenten an dem Abschnitt für die Positionierung 5 positioniert
und von dem abgehenden Förderer 6 zu
einem nachgeschalteten Prozess wegtransportiert.
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In 1 sind
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
bei der Darstellung der Struktur der Vorrichtung zum Montieren von
Elektronikkomponenten unter den Montageköpfen keine Montageköpfe gezeigt. Die
Gesamtkonfiguration wird unter Verwendung von zwei Montageköpfen 7 exemplifiziert,
wenngleich eine beliebige Anzahl von Montageköpfen verwendet werden kann.
In 2 ist eine Konfiguration mit zwei Montageköpfen 7 gezeigt.
Wie aus der Figur zu ersehen ist, bewegen sich die Montageköpfe 7 über der Leiterplatte
P und ruhen an dem Abschnitt zum Positionieren 5 und den
Komponentenzufuhreinheiten 3.
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Ein
Träger 8 ist
in der X-Richtung platziert und bewegt sich über der Leiterplatte P und
den Komponentenzufuhreinheiten 3, insbesondere den Aufgreifpositionen
von Elektronikkomponenten davon entlang der Y-Richtung auf einer
Führung 9.
Die Aufgreifpositionen von Elektronikkomponenten sind entlang der
X-Richtung linear ausgerichtet. Eine flexible Kabelbahn ist an dem
Träger 8 angebracht,
um Stromkabel und Luftschläuche
für die
Saugdüsen
zu halten.
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Wie
in 3 gezeigt, die eine Ansicht bei Betrachtung aus
der von dem Pfeil A in 1 gezeigten Richtung ist, weist
der Träger 8 zwei
in X-Richtung bewegliche Einheiten auf, die sich unabhängig auf
der Führung 12 entlang
der X-Richtung bewegen, die
die Längsrichtung
des Trägers 8 ist,
wobei sie von einem X-Achse-Linearmotor 11 angetrieben
werden. Zur zweckmäßigen Betrachtung
ist nur eine in X-Richtung
bewegliche Einheit in der Figur gezeigt. Jede in X-Richtung bewegliche
Einheit weist einen Vertikalachsenmotor 14 zum vertikalen
Bewegen eines Kopfblocks 15 auf, wodurch die vertikale
Position des Montagekopfs 7 geändert wird. Der Kopfblock weist
den Montagekopf 7 auf, der sich entlang einer vertikalen
Achse durch Lager 17, angetrieben von einem Winkelkorrekturmotor 16,
drehen kann. Wie konzeptmäßig in 4 gezeigt,
ist der Montagekopf in einer Halterung 19 angeordnet, die
auf einem Vertikalachsenabschnitt 18 derart montiert ist,
dass der Kopf 7 und eine Horizontalachsenkomponente 20 sich
zusammen um eine von dem Winkelkorrekturmotor 16 angetriebene
vertikale Achse drehen können.
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Somit
können
sich die beiden Montageköpfe 7 unabhängig entlang
der X-Richtung bewegen, um eine vertikale Achse dre hen, sich vertikal
bewegen und sich zusammen entlang der Y-Richtung bewegen.
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Nun
wird der Montagekopf 7 unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 ausführlicher
beschrieben. Der Montagekopf 7 enthält den Horizontalachsenabschnitt 20,
eine Düsenhalterung 26 zum Halten
der Saugdüsen 21 daran
und einen Düsenhalter 27 zum
Aufnehmen der Düsenhalter 26.
Jeder Montagekopf weist sechs Saugdüsen 21 auf, die um den
Rand des Montagekopfs 7 herum radial mit einem Intervall
von 60 Grad angeordnet sind. In einer Basiskonfiguration sind alle
auf einem Montagekopf 7 gehaltenen sechs Saugdüsen 21 verschieden
und werden zur Verwendung je nach der Größe der auf einer Leiterplatte
P zu montierenden Komponente ausgewählt. Die Anzahl der an einem
Montagekopf 7 gehaltenen Saugdüsen 21 ist nicht auf
die dieser Ausführungsform
beschränkt,
nämlich
sechs. Bei anderen Ausführungsformen
kann diese Zahl größer oder
kleiner als sechs sein. In dieser Konfiguration dreht sich der Montagekopf 7 um
eine horizontale Achse, die von einem Düsenauswahlmotor 22 angetrieben
wird, der auf einem Halter 19 montiert ist, um eine ausgewählte Saugdüse 21 herab
zu einer Position zum Aufgreifen einer Elektronikkomponente zu bewegen.
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Jede
Saugdüse 21 hat
an einem Mittelabschnitt davon eine kreisförmige Reflexionsplatte 25 und
ist in einer hohlen Düsenhalterung 26 gehalten, die
sich in einem Führungsraum
in der Horizontalachsenkomponente 20 bewegt, und zwar auf
anbringbare und ablösbare
Weise mit einem Eingriffsabschnitt 23. Die Düsenhalterung 27 wird
von einer zwischen den beiden Gliedern eingesetzten Feder 28 von
der Horizontalachsenkomponente 20 weggedrückt. Eine Führung 31 und
eine Schiene 32 bilden eine Linearführung. Wenn sich die Ho rizontalachsenkomponente 20 dreht,
wird die an dem Düsenhalter 27 gehaltene
Schiene 32 von der auf einer Führungshalterung 30 der
Horizontalachsenkomponente 20 gehaltenen Führung 31 geführt. Somit
wird der Steuernocken 34 entlang der inneren Oberfläche der
Kurve 33 geführt, um
den Abstand zwischen der Mitte der Kurve 33 und dem Düsenhalter 27 sowie
der Saugdüse 21 zu ändern.
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Wenn
die Kurve von einem Verriegelungsmechanismus verriegelt wird, der
später
beschrieben wird, drehen sich die Düse 21 und der Düsenhalter 27 von
dem Steuernocken 34 geführt,
der an dem Randabschnitt der Seitenwand des Düsenhalters 27 gehalten
und von der Feder 28 gegen die innere Oberfläche der
Kurve 33 gedrückt
wird, die um die Horizontalachsenkomponente 20 herum platziert
ist, die sich, von dem Düsenauswahlmotor 22 angetrieben,
durch Lager 29 dreht.
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Wenn
wie in 5 gezeigt eine für eine Montageoperation ausgewählte Saugdüse 21 durch
die Drehung des Düsenauswahlmotors 22 in
die Aufgreifposition der Elektronikkomponente 10 herabbewegt
wird, wird eine am Ende der Düsenhalterung 26 hergestellte Öffnung für eine Verbindung 37 mit
der Vakuumleitung 36 innerhalb der Horizontalachsenkomponente 20 verbunden,
wenn die Saugdüse 21 zur äußersten
Position hinter der Kurve 33 folgt, deren untere innere
Oberfläche
sich in dieser Konfiguration auf der niedrigsten Höhe befindet.
Zudem ist diese Konfiguration gesichert, wenn der Steuernocken 34 in
einem Dellenabschnitt 42 der Kurve 33 ruht.
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In
dieser in 5 gezeigten Konfiguration wird
ein Vakuumkreis zum Aufgreifen einer Elektronikkomponente ausgebildet
durch Verbinden der Saugdüse
mit einer in der Figur nicht gezeigten Vakuumquelle durch die Öffnung für die Ver bindung 37, die
Vakuumleitung 36 und die Hauptvakuumleitung 38.
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Ein
Abdichtabschnitt 39 zum Sichern des Vakuumsystems besteht
aus Kautschukmaterial. Der Verriegelungsmechanismus besteht aus
einem Luftzylinder 40 und einer Stange 41. Wenn
der Verriegelungsmechanismus aktiviert wird, schiebt der Luftzylinder 40 die
Stange 41 in eine Öffnung
in der Kurve 33, und die Bewegung davon wird eingeschränkt, während sich
die Horizontalachsenkomponente 20 durch Lager 29, 35 dreht,
angetrieben von dem Düsenauswahlmotor 22.
Wenn der Verriegelungsmechanismus nicht aktiviert ist, bleibt die
Stange 41 aus der Öffnung
der Kurve 33 heraus und die Horizontalachsenkomponente 20 dreht
sich mit der Kurve 33, wenn der Steuernocken 34 von
der Feder 28 mit Gewalt gegen die innere Oberfläche der
Kurve 33 gedrückt
wird, um ausreichend Reibungskraft zu erzeugen, um die Kurve 33 zu
tragen. In der Konfiguration, wo der Verriegelungsmechanismus ausgeschaltet ist,
wird der Vakuumkreis zum Aufgreifen einer Elektronikkomponente,
ausgebildet durch Verbinden der Saugdüse mit der Vakuumquelle durch
die Öffnung für die Verbindung 37,
die Vakuumleitung 36 und die Hauptvakuumleitung 38,
aufrechterhalten, während sich
die Saugdüse 21 um
90 Grad von der Aufgreifposition von Elektronikkomponenten 10 zu
einer Beobachtungsposition für
Elektronikkomponenten dreht, was später beschrieben wird. Somit
verliert die Saugdüse
nicht die Elektronikkomponente, während sie sich zwischen der
Aufgreifposition 10 und der Beobachtungsposition bewegt.
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Wenngleich
in dieser Ausführungsform
der Verriegelungsmechanismus einen Luftzylinder 40 annimmt,
um die Stange 41 in die Öffnung der Kurve 33 einzufahren,
können
auch andere Schubmittel wie etwa eine Magnetspule angenommen werden.
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Die
Beobachtung der Position von Elektronikkomponenten erfolgt durch
eine Beobachtungskamera 45, die unter der sich in X-Richtung
bewegenden Einheit 13 durch einen Halterungsrahmen 46 platziert
wird, wobei ihre optische Achse horizontal ausgerichtet ist, wie
in 3 gezeigt. Die Beobachtungskamera 45 ist
unter jeder sich in X-Richtung bewegenden Einheit 13 platziert
und bewegt sich mit dem Montagekopf 7 gemäß der Bewegung
der sich in X-Richtung bewegenden Einheit 13. Die Beobachtungskamera 45 detektiert
die Verschiebung der Saugdüse
relativ zu einer Elektronikkomponente 24 von einer ordnungsgemäßen Position
zum Halten der Elektronikkomponente in der X- und Y-Richtung sowie
die Drehung. Die detektierten Daten werden zu einem Steuermittel
(CPU) geschickt, das die Daten zur fortgesetzten ordnungsgemäßen Montageoperation
verwendet.
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Bei
einigen Ausführungsformen
werden verschiedene Sensoren verwendet, wie in 8 und 9 gezeigt.
Zunächst
wird ein Paar Komponentendetektionssensoren an Armen 47 platziert,
die auf beiden Seiten des Halterungsrahmens 46 der Beobachtungskamera 45 fixiert
sind. In 9 ist der eine auf der Vorderseite
gezeigt, aber ein anderer auf der Rückseite ist nicht gezeigt.
Ob die Düse 21 eine
Elektronikkomponente hält,
wird durch die Transmission eines Lichtstrahls zwischen einer lichtemittierenden Einrichtung
und einer lichtempfangenden Einrichtung beurteilt, die ein Paar
von Komponentendetektionssensoren 48 bilden. Diese Art
von Komponentendetektionssensor wird im Folgenden als ein optischer Sensor
bezeichnet. Bei dieser besonderen Ausführungsform tritt der Lichtstrahl
durch die mit einem schwarzen Punkt bezeichnete Stelle auf der in 9 gezeigten
Kompo nente hindurch, und das Halten der Elektronikkomponente 24 durch
die Saugdüse 21 wird
bestätigt,
wenn die Lichtempfangseinrichtung den von der Elektronikkomponente 24 abgelenkten Lichtstrahl
nicht empfängt.
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Die
oben beschriebene Detektionsprozedur wird durchgeführt, während die
Beobachtungskamera 45 die Position der Elektronikkomponente 24 beobachtet,
die von der Saugdüse 21 gehalten
wird, die sich zu der Beobachtungskamera 45 zur Beobachtung
zugewandten Position durch eine 90-Grad-Drehung des Montagekopfs 7 von
der Aufgreifposition 10 zum Aufgreifen der Elektronikkomponente 24 von
der Komponentenzufuhreinheit 3 bewegt. Wenn von dem optischen
Sensor bestätigt
wird, dass die Saugdüse die
Elektronikkomponente 24 nicht hält, beendet das Steuermittel
(CPU) die Montageoperation für
die Elektronikkomponente 24. Wenngleich es möglich ist,
das Halten der Elektronikkomponente 24 durch die Saugdüse 21 unter
Verwendung des von der Beobachtungskamera 45 erhaltenen
Bilds der Komponente 24 zu detektieren, ist die Bildverarbeitung
für die
Detektion kompliziert und somit wird der Komponentendetektionssensor
als ein zweckmäßiges und praktisches
Detektionsmittel verwendet.
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Zweitens
ist ein Sensor an einer mit dem schwarzen Punkt 49 in 9 bezeichneten
Stelle platziert, um die Länge
der Saugdüse 21 zu
detektieren. Auch dieser Sensor ist ein optischer Sensor, dessen
Strahl durch den schwarzen Punkt 49 geht. Die Absicht,
diesen Sensor zu haben, liegt in dem Detektieren einer Saugdüse 21,
die fehlerhaft in dem Montagekopf platziert ist und eine größere Länge als eine
ordnungsgemäße Düse aufweist.
Wenn eine derartige Düse
in dem Montagekopf 7 platziert wird, lenkt sie den Lichtstrahl
des optischen Sensors ab und der Sensor detektiert dementspre chend
die fehlerhaft platzierte Saugdüse 21 in
dem Montagekopf 7. Dann informiert die Steuereinheit (CPU)
den Operator über
den Fehler beim Auswählen
der Saugdüse 21 unter
Verwendung eines Alarmierungsmittels. Diese Detektionsprozedur wird
vor der eigentlichen Montageoperation der Elektronikkomponente 24 durchgeführt. Typischerweise
wird die Prozedur zum Zeitpunkt der Systemaktivierung und Wechseln
der Saugdüse 21 durchgeführt.
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Wenngleich
dieser Sensor nicht in den Figuren gezeigt ist, ist er an Armen 47 platziert,
die auf beiden Seiten des Halterungsrahmens 46 der Beobachtungskamera 45 fixiert
sind, wie dies der Fall mit dem in 8 gezeigten
Komponentendetektionssensor 48 ist.
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Drittens
ist ein Sensor an einer mit dem schwarzen Punkt 50 in 9 gezeigten
Stelle platziert, um die Saugdüse 21 zu
detektieren. Der Sensor befindet sich am Boden des Montagekopfs 7,
weil sich diese Position eignet, um die Saugdüse 21 zu detektieren,
die für
das Aufgreifen der Elektronikkomponente 24 bereit ist.
Auch dieser Sensor ist ein optischer Sensor, dessen Strahl durch
den schwarzen Punkt 50 hindurchtritt. Obwohl auch dieser
Sensor nicht in den Figuren gezeigt ist, ist er an Armen 47 platziert,
die auf beiden Seiten des Halterungsrahmens 46 der Beobachtungskamera 45 fixiert
sind, wieder wie dies der Fall bei dem in 8 gezeigten Komponentendetektionssensor 48 ist.
Diese Detektionsprozedur wird nicht während der regelmäßigen Aufgreifprozedur
zum Aufgreifen der Elektronikkomponente 24 durchgeführt, sondern
nach einer neuen Saugdüse 21 durchgeführt, die
mit keiner bereits in dem Montagekopf 7 platzierten Saugdüse 21 identisch
ist und eine Saugdüse 21 in
dem Montagekopf 7 ersetzt. Die Saugdüsen, die nicht verwendet wer den,
werden in dem in 1 gezeigten Düsenvorratsbehälter 51 aufgehoben
und von dem Montagekopf 7 aufgegriffen, um verwendet zu
werden, wenn der Austausch benötigt
wird.
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Die
Absicht, diesen Sensor zu haben, besteht darin, zu verhindern, dass
ein Ereignis eintritt, dass der Montagekopf 7 unnötigerweise
zu dem Düsenvorratsbehälter 51 herunterfährt, um
eine Saugdüse 21 auszuwechseln,
wenn eine erforderliche Saugdüse 21 bereits
in dem Montagekopf 7 platziert ist und der Vorrichtungshauptkörper 1 den
Wechsel der Saugdüsen 21 nicht
erkennt. Wenn beispielsweise ein Operator eine der Saugdüsen 21 des
Montagekopfs 7 durch eine neue ersetzt oder eine neue in einem
unbenutzten Düsenhalter
des Montagekopfs 7 platziert, erkennt der Vorrichtungshauptkörper einen derartigen
Wechsel nicht und nimmt an, dass die neue Düse noch nicht in den Montagekopf 7 platziert wurde.
Die unnötige
Prozedur zum automatischen Wechseln der Saugdüse 21, die bereits
manuell platziert ist, wird jedoch vermieden, wenn der Detektionssensor
vorgesehen wird, um die in dem Montagekopf 7 platzierte
Saugdüse 21 zu
detektieren. Somit kann ein derartiges Ereignis verhindert werden,
dass der Montagekopf 7 unnötigerweise zu dem Düsenvorratsbehälter 51 herabfährt, um
eine Saugdüse 21 zu wechseln,
wenn eine erforderliche Saugdüse 21 bereits
in dem Montagekopf 7 platziert ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird anstelle des Komponentendetektionssensors 48 in 8 ein
Zeilensensor verwendet. Ein derartiger Zeilensensor detektiert nicht
nur das Vorliegen der Komponente, sondern beurteilt auch, ob die
Komponente durch die Saugdüse 21 in
einer ordnungsgemäßen Positur
gehalten wird. Ein Beispiel für
einen derartigen Zeilensensor ist in dem US-Patent Nr. 5,539,977
be schrieben.
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Auf
der Basis der oben beschriebenen Konfigurationen werden im Folgenden
die Prozeduren der Montageoperation mit der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Zuerst
wird eine Leiterplatte P zu dem ankommenden Förderer 4 von einer
vorgeschalteten Vorrichtung durch einen weiteren, in den Figuren nicht
gezeigten Förderer
transportiert, dann zu dem Abschnitt zum Positionieren 5 durch
den ankommenden Förderer 4 transportiert
und von einem Positioniermittel zum Montieren von Elektronikkomponenten
positioniert.
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Dann
greift die Saugdüse 21 durch
den Saugmechanismus der Saugdüse 21 auf
der Basis eines Satzes von Daten zum Montieren einschließlich der
X- und Y-Koordinaten der Stelle zum Montieren auf der Leiterplatte
P, einem Drehwinkel um eine vertikale Achse zum Montieren und der
Art der zu montierenden Komponente eine ordnungsgemäße Elektronikkomponente 24 aus
einer ordnungsgemäßen Komponentenzufuhreinheit 3 auf.
Während
dieser Prozedur arbeiten die beiden Montageköpfe 7 unabhängig und
gleichzeitig, um die Elektronikkomponenten 24 aufzugreifen.
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Dann
bewegen sich die beiden Montageköpfe 7 unabhängig und
gleichzeitig zu den Positionen über
den die ordnungsgemäßen Elektronikkomponenten 24 enthaltenden
ordnungsgemäßen Komponentenzufuhreinheiten 3 für die Montageoperation. Die
beiden sich in X-Richtung bewegenden Einheiten 13 mit den
Montageköpfen 7 bewegen
sich gleichzeitig entlang der Y-Richtung
auf dem Träger,
wobei sie sich auf einem Paar Führungen 9 bewegen,
und bewegen sich unabhängig
entlang der X-Richtung auf der Führung 12,
von dem X-Achse-Linearmotor 11 angetrieben.
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An
diesem Punkt haben die Komponentenzufuhreinheiten 3 die
ordnungsgemäßen Elektronikkomponenten
bereits der Aufgreifposition von Elektronikkomponenten 10 zugeführt. Der
Montagekopf 7 dreht sich und die für die Montageoperation benötigte Saugdüse 21 kommt
zum Boden des Montagekopfs 7, wobei sie nach unten zu der
aufzugreifenden Elektronikkomponente weist. Während der Drehung wird der
Verriegelungsmechanismus aktiviert und die Düse 21 dreht sich,
geführt
von dem Steuernocken 34, der an dem Randabschnitt der Seitenwand
des Düsenhalters 27 fixiert
ist und von der Feder 28 gegen die innere Oberfläche der
Kurve 30 gedrückt wird,
die um die Horizontalachsenkomponente 20 herum platziert
ist, die sich durch Lager 29 dreht, angetrieben von dem
Düsenauswahlmotor 22.
Zudem wird diese Abwärtsposition
der Saugdüse 21 gesichert,
wenn der Steuernocken in dem Dellenabschnitt 42 ruht. Diese
Konfiguration, wie in 5 gezeigt, bildet einen Vakuumkreis
zum Aufgreifen einer Elektronikkomponente durch Verbinden der Saugdüse 21 mit
einer Vakuumquelle durch die am oberen Ende der hohlen Düsenhalterung 26 erzeugte Öffnung für Verbindung 37,
die Vakuumleitung 36 und die Hauptvakuumleitung 38.
Dann fährt
die Saugdüse 21 zu
der Elektronikkomponente herab mit dem Absenken des Kopfblocks 15,
von dem Vertikalachsenmotor 14 angetrieben, und greift
die Komponente durch den Saugmechanismus der Saugdüse 21 unter
Verwendung der Vakuumleitung auf.
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Nach
dem Aufgreifen der Komponenten fahren die beiden Montageköpfe 7 hoch
und weg von der von dem Vertikalachsenmotor 14 angetriebenen Komponentenzufuhreinheit 3 und
bewegen sich zu der Position über
der Leiterplatte P. Wie der bewegen sich die beiden in X-Richtung
bewegenden Einheiten 13 mit den Montageköpfen 7 gleichzeitig
entlang der Y-Richtung auf dem auf dem Paar von Führungen 9 fahrenden
Träger
und bewegen sich unabhängig
entlang der X-Richtung auf der von dem X-Achse-Linearmotor 11 angetriebenen
Führung 12.
Während
der Fahrt zu der Leiterplatte P drehen sich die Montageköpfe 7 zu
der Position zum Beobachten von Elektronikkomponenten um 90 Grad,
und die Beobachtungskamera 45 detektiert die Verschiebung
der Saugdüse
relativ zu der Elektronikkomponente 24 aus einer ordnungsgemäßen Position
zum Halten der Elektronikkomponente in der X- und Y-Richtung sowie
die Drehung. Die Referenzpunkte der Verschiebungsmessung sind bei
dieser Ausführungsform
die Mitte der Saugdüse 21 und
die Mitte der Elektronikkomponente 24, und das ordnungsgemäße Halten
wird erzielt, wenn sich die Mitte der Düse 21 in der Mitte
der Elektronikkomponente 24 befindet. Die Berechnung zum
Spezifizieren der Verschiebung auf der Basis der Abbildung durch
die Beobachtungskamera 45 wird von der in der Figur nicht
gezeigten CPU durchgeführt.
Während
der Abbildung der Elektronikkomponenten 24 werden die Komponenten
von dem von einer Lichtquelle kommenden und dann von der Reflexionsplatte
reflektierten Licht beleuchtet.
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Wenn
sich die die Elektronikkomponente haltende Saugdüse 21 zu der Position
für die
Beobachtung durch die Beobachtungskamera 45 bewegt, während sie
von dem Düsenauswahlmotor 22 angetrieben
wird, ist der Verriegelungsmechanismus nicht aktiviert und die Stange 41 bleibt
außerhalb
der Öffnung
der Kurve 33. Somit dreht sich die Horizontalachsenkomponente 20 mit
der Kurve 33, wenn der Steuernocken 34 von der
Feder 28 mit Gewalt gegen die innere Oberfläche der
Kurve 33 gedrückt
wird, um eine Reibungskraft zu erzeugen, die ausreicht, um die Kurve 33 zu
tragen. In dieser Konfiguration wird der Vakuumkreis zum Aufgreifen
einer Elektronikkomponente, der ausgebildet wird durch Verbinden der
Saugdüse
mit der Vakuumquelle durch die Öffnung
für Verbindung 37,
die Vakuumleitung 36, die Hauptvakuumleitung 38 und
einen mit der Vakuumquelle verbindenden schaltenden Kolben (in der
Figur nicht gezeigt), aufrechterhalten, während die Saugdüse 21 um
90 Grad aus der Abwärtsposition
zu der Beobachtungsposition für
Elektronikkomponenten dreht. Eine Sequenz der Operation der Saugdüse 21 in
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 11 gezeigt.
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In
der Zwischenzeit erfolgt die Detektion der Elektronikkomponente
durch den Komponentendetektionssensor 48, während die
Beobachtungskamera 45 die Position der Elektronikkomponente 24 beobachtet,
die von der Saugdüse 21 gehalten
wird, die sich zur Beobachtung zu der der Beobachtungskamera 24 zugewandten
Position durch eine 90-Grad-Drehung des Montagekopfs 7 von
der Abwärtsposition 10 bewegt.
Wenn von dem optischen Sensor bestätigt wird, dass die Saugdüse die Elektronikkomponente 24 nicht
hält, beendet
das Steuermittel (CPU) die Montageoperation für die Elektronikkomponente 24.
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Ebenfalls
während
der Fahrt zu der Leiterplatte P drehen sich nach der Beobachtungsprozedur die
Saugdüsen 21 um
90 Grad zurück
zu der Abwärtsposition,
wobei sie von dem Düsenauswahlmotor 22 umgekehrt
angetrieben werden. Dann wird das Ergebnis der Beobachtung der Position
der von der Saugdüse 21 gehaltenen
Elektronikkomponente von dem Steuermittel (CPU) zum Einstellen der
Positur der Komponente verwendet. Die Abweichung von der ordnungsgemäßen Position
zum Montieren in Y-Richtung wird kompensiert durch ordnungsge mäßes Bewegen
des Trägers 8 entlang
der Y-Richtung, und die in X-Richtung wird kompensiert durch ordnungsgemäßes Bewegen
der sich in X-Richtung bewegenden Einheit unter Verwendung des X-Achse-Linearmotors 11 in
der X-Richtung. Die Drehabweichung um die vertikale Achse herum
wird kompensiert durch Drehen des Montagekopfs 7 unter Verwendung
des Winkelkorrekturmotors 16.
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Nach
der Einstellung der Position einer der beiden Elektronikkomponenten 24 fährt die
Saugdüse 21 mit
der gleichen Elektronikkomponente 24 herab zu einer Position
zum Montieren, während
der Kopfblock 15 herabfährt,
angetrieben von dem Vertikalachsenmotor 14, und die Elektronikkomponente 24 wird
auf der Leiterplatte P montiert. Dann fährt der Kopfblock 15 mit
der Saugdüse 21 ohne
irgendeine Komponente hoch und weg von der Leiterplatte P, und eine
andere Elektronikkomponente 24 wird auf der Leiterplatte
P montiert, nachdem die Position der Komponente eingestellt ist,
insbesondere einschließlich
der Position entlang der Y-Richtung, die von der der ersten Komponente
verschieden sein kann.
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Die
oben erwähnte
Montageprozedur wird in einer typischen Montageoperation mehrmals
wiederholt. Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Ergebnisse der ersten drei
Beobachtungen der Position einer von einer gleichen Komponentenzufuhreinheit 3 aufgegriffenen
Elektronikkomponente 24 in einem Speichermittel gespeichert
und von dem Steuermittel (CPU) zum Berechnen der durchschnittlichen
Vorverschiebung der Saugdüse
relativ zur Elektronikkomponente von einer ordnungsgemäßen Position
zum Aufgreifen der Elektronikkomponente verwendet. Bei der Montageprozedur
an der gleichen Elektronikkomponente 24, nachdem die Vorverschiebung
so berechnet ist, wird die durchschnittli che Vorverschiebung entlang
der Richtung der Komponentenzufuhr der Komponentenzufuhreinheit 3 (Y-Richtung
in 1) korrigiert durch Drehen des Montagekopfs, wenn
die Saugdüse
die Elektronikkomponente von der gleichen Komponentenzufuhreinheit 3 aufgreift.
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Die
Komponentenzufuhreinheiten weisen unter allen in einer Montageoperation
verwendeten Einheiten nicht immer eine identische Aufgreifposition
auf. Vielmehr gibt es eine Variation bei einer derartigen Position
entlang der Richtung der Komponentenzufuhr, weil die Komponentenzufuhreinheiten nicht
immer identisch hergestellt sind und weil die Einheiten nicht notwendigerweise
mit guter Reproduzierbarkeit auf dem Hauptkörper der Montagevorrichtung
montiert sind. Die Tatsache, dass die Elektronikkomponente in einer
variierenden Positionierung innerhalb eines Abteils eines Bands
gelagert sein kann, das die Elektronikkomponenten enthält, führt ebenfalls
zu dieser Variation. Dadurch wird eine Notwendigkeit verursacht,
die Vorverschiebung für
jede der Komponentenzufuhreinheiten 3 zu korrigieren. Diese
Korrektur erfolgt, wie in 12 gezeigt,
durch Ändern
der Position der Saugdüse 21 entlang
der Y-Richtung, indem der Montagekopf 7 unter Verwendung
des Düsenauswahlmotors 22 um
einen kleinen Betrag gedreht wird, wenn die Düse 21 die Elektronikkomponente 24 aufgreift.
Durch diese Einstellung wird sichergestellt, dass sich die Saugdüse 21 dem mittleren
Abschnitt der Elektronikkomponente nähert, um selbige ordnungsgemäß zu halten.
Dieser Ansatz ist besonders effektiv, wenn die aufzugreifende Elektronikkomponente
so klein ist wie sogenannte 1005-Komponenten (1 mm x 0,5 mm). Im
Hinblick auf das Einstellverfahren mit der Vorrichtung mit den zwei
Montageköpfen 7 können die
Drehungen der zwei Montageköpfe 7 zusammen
eingestellt werden, oder nur einer von den beiden kann eingestellt
werden, wobei der andere in einer konstanten Position fixiert bleibt.
Im letzteren Fall wird die Verschiebung der von dem eine konstante
Position aufweisenden Montagekopf 7 aufgegriffene Elektronikkomponente entlang
der Y-Richtung durch die Bewegung des Trägers entlang der Y-Richtung
korrigiert.
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Wenn
eine Saugdüse 21,
die nicht in dem Montagekopf 7 platziert ist, für die Montageoperation benötigt wird,
bewegt sich der Montagekopf 7 zu der Position über dem
Düsenvorratsbehälter 51 auf
der Basis 2. Dann findet der Montagekopf 7 innerhalb des
Düsenvorratsbehälters 51 einen.
nicht von einer Saugdüse 21 in
Anspruch genommenen Schlitz, fährt zu
dem Schlitz herab, löst
die zu ersetzende Düse 21 aus
der Düsenhalterung 26 und
setzt die Düse 21 zurück in den
Düsenvorratsbehälter 51.
Um die neue Saugdüse 21 zu
erhalten, fährt
der Montagekopf 7 aufwärts,
bewegt sich zu der Position über
der in der Montageoperation erforderlichen neuen Düse 21, fährt zu der
Düse 21 herab
und nimmt die Düse 21 mit
der Düsenhalterung 26 in
Eingriff. Dann fährt
der Montagekopf 7 herauf und setzt die Montageoperation
fort.
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Vor
der ersten Montageprozedur an der Elektronikkomponente 24,
die den Wechsel der Saugdüse 21 erfordert
hat, wird die Länge
der neuen Saugdüse 21 von
dem an der mit dem schwarzen Punkt 49 in 9 bezeichneten
Position platzierten optischen Sensor untersucht. Wenn eine längere Saugdüse 21 als
die erforderliche irrtümlich
in dem Montagekopf 7 platziert ist, lenkt die Düse 21 den
von der lichtemittierenden Einrichtung kommenden Lichtstrahl ab, und
die lichtempfangende Einrichtung detektiert einen derartigen Fehler,
indem sie den Lichtstrahl nicht empfängt. Nach der Detektion durch
den optischen Sensor informiert das Steuermittel (CPU) den Operator über den
Fehler beim Auswählen
der Saugdüse 21 unter
Verwendung eines Alarmmittels.
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Danach
dreht sich die neue Saugdüse 21, die
nach einer regelmäßigen Austauschprozedur oder
nach der Detektion des Auswahlfehlers in dem Montagekopf 7 platziert
ist, zu der Abwärtsposition zum
Aufgreifen der Elektronikkomponente 24. In dieser Position
detektiert der an der mit dem schwarzen Punkt 50 in 9 bezeichneten
Position platzierte andere optische Sensor die Saugdüse 21.
Selbst wenn die neue Düse
manuell in dem Montagekopf 7 platziert wird und der Vorrichtungshauptkörper 1 das Ereignis
nicht erkennt, wird die Anwesenheit der Saugdüse 21 von dem Sensor
erkannt und die unnötige
Prozedur zum automatischen Wechseln der Saugdüse 21, wie etwa Abwärtsfahren
des Montagekopfs 7 gegen den Düsenvorratsbehälter 51,
wird vermieden.
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Bei
den oben erwähnten
Ausführungsformen greift
ein Montagekopf 7 nur eine Elektronikkomponente 24 in
einer einzelnen Montageprozedur auf. Bei einer anderen Ausführungsform
greift ein Montagekopf 7 mehrere Elektronikkomponenten 24 unter Verwendung
einer entsprechenden Anzahl der Saugdüsen 21 auf, transportiert
die Elektronikkomponenten 24 und montiert sie auf der Leiterplatte
P in einer einzelnen Montageprozedur. Erreicht werden kann dies
durch Bereitstellen jeder Saugdüse 21 mit
dem schaltenden Kolben zum Verbinden der Vakuumleitung mit der Vakuumquelle
und Sicherstellen der gleichzeitigen Verbindung aller Vakuumleitungen
der Saugdüsen
mit der Vakuumquelle.
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Wenngleich
die mechanische Konfiguration dieser Ausführungsform mit der der oben
erwähnten Ausführungsformen
identisch ist, wird das Operationsprogramm abgeändert, um die folgende Änderung
in der operationellen Sequenz zu berücksichtigen. Nachdem eine Saugdüse 21 eines
Montagekopfs 7 eine Elektronikkomponente 24 aufgreift,
fährt zuerst
der Montagekopf 7 aufwärts
und dreht sich zum Bewegen einer anderen Saugdüse 21 in die Abwärtsposition
für das
Aufgreifen. Dann bewegt sich der Montagekopf 7 zu der Position über der
anderen Zufuhreinheit 3 und fährt herab, um eine andere Art von
Elektronikkomponente aus der Vorschubeinheit 3 aufzugreifen.
Diese Aufgreifprozedur kann so häufig
wiederholt werden, wie dies der Anzahl der Düsen 21 im Montagekopf 7 entspricht.
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Zweitens:
Während
sich der mehrere der Elektronikkomponenten tragende Montagekopf 7 zu der
Position über
der Leiterplatte P bewegt, dreht sich der Montagekopf 7 so,
dass jede Elektronikkomponente 24 zu der Position zur Beobachtung
durch die Beobachtungskamera 45 kommt. Jede Elektronikkomponente 24 stoppt
nacheinander an der Position und weist die Position der Düse 21 relativ
zu der von der Beobachtungskamera 45 beobachteten Komponente 24 auf.
Diese Beobachtung kann während
der Aufgreifprozedur durchgeführt
werden, wenn eine bereits von einer Düse aufgegriffene der Elektronikkomponenten 24 gerade
der Beobachtungskamera 45 zugewandt ist, während eine
andere Elektronikkomponente 24 von einer anderen Düse gerade
aufgegriffen wird.
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Drittens:
Das Montieren auf der Leiterplatte P wird an den von den Montageköpfen 7 gehaltenen Elektronikkomponenten 24 beginnend
mit der Elektronikkomponente 24 durchgeführt, die
von einer Saugdüse 21 gehalten
wird, die sich bereits in der Abwärtsposition für das Montieren
befindet. Vor dem Montieren jedoch wird die Abweichung von der ordnungsgemäßen Position
für das
Montieren, die von der Beobachtungska mera 45 beobachtet
wird, kompensiert. Die Abweichung in Y-Richtung wird kompensiert durch ordnungsgemäßes Bewegen
des Trägers 8,
und die in X-Richtung wird kompensiert durch das ordnungsgemäße Bewegen
der sich in X-Richtung bewegenden Einheit. Die Drehabweichung wird kompensiert
durch Drehen des Montagekopfs 7 unter Verwendung des Winkelkorrekturmotors 16.
Dann bewegt sich der Montagekopf 7 in die Position für ein anderes
Montieren und montiert eine andere Elektronikkomponente 24 auf
der Leiterplatte P, nachdem die Positionsabweichungen kompensiert
sind. Die anderen verbleibenden Elektronikkomponenten 24, die
immer noch von dem Montagekopf 7 gehalten werden, werden
nacheinander auf die gleiche Weise montiert.
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Bei
den oben erwähnten
Ausführungsformen wird
die Vorverschiebung der Saugdüse
relativ zu einer Elektronikkomponente nach den ersten drei Montageprozeduren
an der gleichen Elektronikkomponente berechnet, und dann wird anhand
des Ergebnisses in der vierten oder späteren Montageprozedur, in der
sich der Montagekopf dreht, die Vorverschiebung entlang der Zufuhrrichtung
korrigiert. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Anzahl der Montageprozeduren
zum Berechnen der Vorverschiebung niedriger oder höher als
3. Bei noch einer weiteren Ausführungsform
wird die Vorverschiebung während
einem vorbereitenden Testen vor einer Montageoperation geschätzt, und
anhand des Ergebnisses werden in der nachfolgenden Montageoperation
die Elektronikkomponenten sicher aufgegriffen und gehalten. Zudem
kann die Montageoperation unter Verwendung der Vorverschiebung beginnen, die
bei dem vorbereitenden Testen oder nach den ersten wenigen Montageprozeduren
erhalten wird, und dann kann die Vorverschiebung im Verlauf der Montageoperation
wieder auf der Basis der von einer bestimmten Anzahl der Montageprozeduren
gesammelten Daten berechnet und zur weiteren Verbesserung des sicheren
Aufgreifens und Haltens der Elektronikkomponenten verwendet werden.
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In
den oben erwähnten
Ausführungsformen wird
der Montagekopf parallel zu der Y-Richtung ausgerichtet, was die
Richtung der Komponentenzufuhr ist, und um eine horizontale Achse
parallel zu der X-Richtung gedreht, die die Richtung des Leiterplattentransports
ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration
beschränkt.
Beispielsweise kann die Drehachse des Montagekopfs bezüglich der
X-Richtung geneigt sein. Insbesondere kann die Drehachse innerhalb
der Ebene senkrecht zur Y-Richtung bleiben und bezüglich der
X-Richtung geneigt sein.
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Wenngleich
die Erfindung bezüglich
einiger weniger Ausführungsformen
beschrieben und dargestellt worden ist, versteht der Fachmann, dass
zahlreiche andere Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich
der Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Modifikationen sind für den Einschluss
innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche bestimmt.