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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen einer Einrichtung zum
Aufgreifen und Platzieren eines Bauteils an einer gewünschten
Position mittels eines Steuersystems, wobei die Einrichtung mit
einer Kamera versehen und die Kamera mit dem Steuersystem gekoppelt
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein System, das eine mit einer Kamera
versehene Einrichtung umfasst, wobei die Einrichtung mittels eines
Steuersystems in eine gewünschte
Position bewegt werden kann und die Kamera mit dem Steuersystem
gekoppelt ist.
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Bei
einem derartigen Verfahren, das aus der US-Patentschrift
US-A-5,880,849 bekannt
ist, und bei einem derartigen System handelt es sich bei der Einrichtung
um eine mit einer Düse
versehene Bauteilplatzierungsmaschine, mit deren Hilfe Bauteile von
einem Bauteilzuführer
aufgegriffen werden, wonach die Einrichtung in eine Position über einem
Substrat bewegt wird, auf dem das Bauteil anschließend positioniert
wird. Die Einrichtung ist mit einer Kamera versehen, mit deren Hilfe
ein Einzelbild des Bauteils bezogen auf die Düse sowie ein Einzelbild eines
Teils des Substrats erzeugt werden. Der Teil des Substrats, von
dem ein Bild erzeugt wird, ist mit einem Markierungselement versehen.
Informationen über
die gewünschte
Position des Bauteils auf dem Substrat bezogen auf das Markierungselement
sind in einem mit der Einrichtung gekoppelten Steuersystem gespeichert.
Auf der Grundlage der mittels der Kamera erzeugten Bilder wird im
Steuersystem eine gewünschte
Steuerung der Einrichtung bestimmt, sodass das Bauteil in der gewünschten
Position auf dem Substrat positioniert wird.
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Ein
Nachteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, dass die gewünschte Position
des Bauteils bezogen auf das Markierungselement auf dem Substrat
im Steuersystem gespeichert ist, wobei die gewünschte Position auf einem theoretischen
Modell des Substrats beruht, das mit den Bauteilen versehen werden
soll. Wenn die tatsächliche
gewünschte Position
auf dem Substrat aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten bezogen
auf das Markierungselement nicht exakt liegt, wird das Bauteil theoretisch
an der korrekten Position platziert, ist jedoch in Wirklichkeit
nicht korrekt auf z. B. elektrisch leitenden Bahnen positioniert,
die auf dem Substrat vorhanden sind.
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Außerdem besteht,
auch wenn zuvor ein Bild von der tatsächlichen Stelle erzeugt wird,
an der das Bauteil platziert werden soll, noch immer das Risiko, dass
sich während
des Bewegens des Bauteils zur gewünschten Position die gewünschte Position
geringfügig
verändert
hat – als
Folge von z. B. Vibrationen der Einrichtung, da die Einrichtung
Erschütterungen
ausgesetzt ist, und anderer externer Faktoren – was dazu führt, dass
das Bauteil noch immer nicht korrekt auf dem Substrat positioniert
wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen,
mit dessen Hilfe eine Einrichtung zum Aufgreifen und Platzieren
eines Bauteils an einer gewünschten
Position mittels eines Steuersystems exakt zur gewünschten
Position bewegt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird in dem Verfahren gemäß der Erfindung gelöst, indem
während
des Bewegens der Einrichtung mit Hilfe der Kamera Bilder von der gewünschten
Position aufgenommen werden, wobei die Anzahl von Bildern, die pro
Zeiteinheit vom Steuersystem verarbeitetet werden, mit kleiner werdendem
Abstand zwischen der Einrichtung und der gewünschten Position erhöht wird.
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Auf
diese Weise wird während
des Bewegens der Einrichtung von der tatsächlichen gewünschten
Position eine Anzahl von Bildern aufgenommen. Wenn der Abstand zwischen
der Einrichtung und der gewünschten
Position vergleichsweise groß ist,
kann die Anzahl von Bildern, die pro Zeiteinheit aufgenommen und/oder
pro Zeiteinheit verarbeitet werden, vergleichsweise klein sein,
da die Bewegungsgenauigkeit während
der Bewegung über
eine vergleichsweise große
Entfernung vergleichsweise ungenau sein darf. Wenn sich die Einrichtung
jedoch näher
an der gewünschten
Position auf dem Substrat befindet, muss die Bewegung der Einrichtung
exakter bestimmt werden, um die gewünschte Position letzten Endes
exakt zu erreichen.
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Daher
wird mit kleiner werdendem Abstand die Anzahl von Bildern erhöht, die
pro Zeiteinheit mittels des Steuersystems verarbeitet werden, um
mittels des Steuersystems die Bewegung der Einrichtung zur gewünschten
Position exakter bestimmen zu können.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass mit kleiner werdendem Abstand zwischen
der Einrichtung und der gewünschten
Position ein um die gewünschte
Position herum gelegener Bereich in einem Bild reduziert wird, das
mittels des Steuersystems analysiert wird.
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Wenn
der Abstand zwischen der Einrichtung und der gewünschten Position vergleichsweise
groß ist,
muss ein Bild von einer vergleichsweise großen Region um die gewünschte Position
herum erzeugt werden, um zu gewährleisten,
dass die gewünschte Position
im Bild vorhanden ist. Bei einem vergleichsweise großen Abstand
zur gewünschten
Position ist die Genauigkeit, mit der die gewünschte Position bestimmt werden
kann, weniger relevant. Sobald die Einrichtung jedoch in eine näher zur
gewünschten Position
liegenden Position bewegt wurde, ist es wichtig, dass ein exaktes
Bild der gewünschten
Position und des umgebenden Bereichs erzeugt wird. Dieser Bereich
kann vergleichsweise klein sein, infolgedessen ist jedoch die Geschwindigkeit,
mit der das Bild im Steuersystem analysiert werden kann, vergleichsweise
hoch. Da außerdem
bei einem vergleichsweise kleinen Abstand zur gewünschten
Position die Anzahl von Bildern erhöht wird, die mittels des Steuersystems
pro Zeiteinheit verarbeitet werden, ist eine Reduzierung des zu
verarbeitenden Bereichs auch wichtig, um die Bilder im Steuersystem vergleichsweise
rasch analysieren zu können.
Der Abstand zwischen der Einrichtung und der gewünschten Position kann physikalisch
bestimmt werden. Da die Einrichtung in Richtung der gewünschten Position
bewegt wird, ist es auch möglich,
nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne davon auszugehen, dass der
Abstand reduziert wurde, wobei in diesem Moment der zu analysierende
Bereich anschließend reduziert
wird.
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Eine
Ausführungsform
gemäß der Erfindung ist
ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mittels des Steuersystems
pro Zeiteinheit verarbeiteten Bilder schrittweise erhöht wird.
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Durch
das schrittweise Erhöhen
der Anzahl der mittels des Steuersystems pro Zeiteinheit verarbeiteten
Bilder, wenn beispielsweise ein vorgegebener Abstand zur gewünschten
Position erreicht wurde, kann die gewünschte Genauigkeit während des Bewegens
der Einrichtung zur gewünschten
Position leicht erreicht werden.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuersystems eine
mit Hilfe eines Sensors beobachtete Bewegung der Einrichtung mit
Informationen aus den Bildern kombiniert wird, die mittels der Kamera
erzeugt wurden.
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Auf
diese Weise findet im Steuersystem eine direkte Rückkopplung
der mit Hilfe des Sensors beobachteten Bewegung der Einrichtung
sowie der Informationen bezüg lich
der Position der Einrichtung bezogen auf die gewünschte Position statt, die
aus den mittels einer Kamera erzeugten Bildern gewonnen wurden.
Die rasche und exakte Rückkopplung
ist somit insbesondere in der Nähe
der gewünschten
Position gewährleistet.
Außerdem
kann die Einrichtung mittels des Sensors bewegt werden, solange
die gewünschte
Position mittels der Kamera noch nicht beobachtet werden kann.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
die Schaffung eines Systems, mit dessen Hilfe eine Einrichtung exakt
zu einer gewünschten
Position bewegt werden kann.
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Bei
dem System gemäß der Erfindung
wird die Aufgabe dadurch gelöst,
dass das Steuersystem Mittel zum Bestimmen eines Abstands zwischen
der Einrichtung und der gewünschten
Position sowie Mittel zum Erhöhen
der Anzahl von Bildern umfasst, die pro Zeiteinheit verarbeitet
werden sollen.
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Durch
die Verwendung der Mittel zum Erhöhen der Anzahl von Bildern,
die pro Zeiteinheit verarbeitet werden sollen, ist es möglich, die
Anzahl von pro Zeiteinheit zu verarbeitenden Bildern bei einem vergleichsweise
kleinen Abstand zwischen der Einrichtung und der gewünschten
Position zu erhöhen, sodass
nahe der gewünschten
Position mehr Bilder verarbeitet werden, wodurch die Einrichtung
exakter zur gewünschten
Position gesteuert werden kann.
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Diese
sowie weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend
beschriebenen Ausführungsform(en)
erläutert
und verständlich.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Systems gemäß der Erfindung,
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2 bis 4 Steuerschemata
eines Steuersystems des erfindungsgemäßen Systems, das in 1 gezeigt
ist.
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1 zeigt
ein System 1 gemäß der Erfindung,
das mit einem Rahmen 2, Transportschienen 3, die
vom Rahmen 2 gehalten werden, und einer auf den Transportschienen 3 befindlichen
beweglichen Einrichtung 4 versehen ist, wobei die verschiebbare Einrichtung
mit einer Kamera 5 und einer Düse 6 versehen ist.
Die Einrichtung 4 kann unter Verwendung an sich bekannter
Mittel in Richtungen, die durch die Pfeile X, Y angezeigt sind,
sowie in Gegenrichtungen bewegt werden. Die Düse 6 ist ferner in
einer durch einen Pfeil Z angezeigten Richtung sowie in die Gegenrichtung
beweglich. Das System 1 ist mit einem Steuersystem 7 versehen,
das elektrisch mit der Kamera 5 sowie mit Antriebsmitteln
verbunden ist, um die Einrichtung 4 in die Richtungen zu
bewegen, die durch die Pfeile X, Y angezeigt sind. Die Antriebsmittel
der Einrichtung 4 umfassen vorzugsweise Servomotoren, die
mit Codierern versehen sind, die als Sensor zum Bestimmen der Richtung
der Einrichtung 4 in der X- bzw. Y-Richtung dienen. Die
Codierer sind elektrisch mit dem Steuersystem 7 verbunden.
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Mittels
der Transportschienen
3 wird ein Substrat
8 in
die durch den Pfeil X angezeigte Richtung in eine Position nahe
der Position der Einrichtung
4 bewegt. Auf dem Substrat
8 sind
eine Anzahl von Referenzelementen
9 sowie eine Anzahl von
Positionen
10 vorgesehen, an denen Bauteile zu positionieren
sind. Nahe den Transportschienen
3 ist eine Anzahl von
(nicht dargestellten) Bauteilzuführern
angeordnet, von denen ein Bauteil einzeln mittels der Düse
6 aufgegriffen
werden kann, wobei das Bauteil anschließend in einer gewünschten
Position auf dem Substrat
8 positioniert werden muss. Das
bisher beschriebene System ist an sich bekannt und entspricht weitgehend
dem in
US-A-5,880,849 beschriebenen System.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines im Steuersystem 7 vorgesehenen Steuerschemas 20.
Da die Kamera 5 mit der Einrichtung verbunden ist, kann
die Position der Einrichtung 4 abgeleitet werden. Die gewünschte Position 10 auf
dem Substrat 8 wird mittels der Kamera 5 in einem
Bild aufgezeichnet. Das Bild und die Position der Einrichtung werden
einer Bildverarbeitungseinrichtung 22 zugeführt. Auf
der Grundlage des auf diese Weise verarbeiteten Bildes wird ein
Planer 23 zur Bestimmung einer Route verwendet, die die
Einrichtung 4 und das von ihr gehaltene Bauteil zurücklegen
müssen,
um das Bauteil in der korrekten Position 10 auf dem Substrat 8 positionieren
zu können.
In dem auch als Bahngenerator bezeichneten Planer 23 wird
eine optimale Zeit für
die von der Einrichtung zu überbrückende Entfernung
berechnet, wobei unter anderem die Maximaldrehzahlen der Sensormotoren
berücksichtigt
werden. Die Verarbeitungsfrequenz eines derartigen Planers ist vergleichsweise
niedrig und die Anzahl von zu verarbeitenden Bildern kann somit ebenfalls
klein sein. Von der Einrichtung 4 werden die durch den
Codierer 21 bestimmten Positionen der Einrichtung 4 in
der X- und Y-Richtung einem Komparator 24 zugeführt, in
welchem die Differenz zwischen der aus dem Bild bestimmten Position
der Einrichtung 4 bezogen auf die gewünschte Position 10 und der
auf der Grundlage des Codierers 21 bestimmten Position
der Einrichtung 4 verglichen wird. Die Differenz wird einer
Steuereinheit 25 zugeführt,
mit der die von der Einrichtung 4 auszuführende Bewegung
bestimmt wird.
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3 zeigt
ein anderes Steuerschema 30 des Steuersystems 7 gemäß der Erfindung.
Das Steuerschema 30 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten
Steuerschema dadurch, dass der Planer 23 durch einen Komparator 31 und
eine Einheit 26 ersetzt ist. Im Komparator 31 wird
die aus einem Bild bestimmte relative Position zwischen der Einrichtung 4 und
der gewünschten
Position 10 mit einem Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert zeigt
eine aus dem Bild ermittelte gewünschte
Verschiebung der gewünschten
Position und die tatsächliche
Position an, an der das Bauteil platziert werden muss. Es ist beispielsweise
möglich,
das Bauteil in einer in Bezug auf ein auf dem Substrat vorhandenes
Leiterbahnmuster geringfügig
gedrehten Position zu positionieren. Außerdem kann der Komparator 31 weggelassen
werden. Die Differenz wird einer Einheit 26 zugeführt, in
der ein Pfad berechnet wird, dem die Einrichtung 4 folgen
muss. Die Größe des um
die gewünschte
Position 10 herum gelegenen, zu analysierenden Bereichs,
der mittels des Bildprozessors 22 verarbeitet wird, kann
optisch reduziert werden, um die Einrichtung 4 exakt zu
bewegen. Der um die gewünschte
Position 10 herum gelegene, zu analysierende Bereich wird
mit kleiner werdendem Abstand zwischen der Einrichtung 4 und
der gewünschten
Position 10 sowohl hinsichtlich der Software als auch optisch
reduziert. Die durch die Einheit 26 durchgeführten Berechnungen
sind weniger komplex als die des Planers 23. In der Steuereinheit 26 wird
vorzugsweise nur die Differenz zwischen der tatsächlichen Position und der gewünschten
Position der Einrichtung verglichen, wodurch mit höherer Frequenz
Berechnungen ausgeführt
und Bilder analysiert werden können,
was die exakte Bewegung der Einrichtung 4 zur gewünschten
Position ermöglicht.
Aufgrund dessen wird es für
das Steuerschema 30 möglich,
Bilder mit höherer
Geschwindigkeit zu verarbeiten als das Steuerschema 20.
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines Steuerschemas 40 des Steuersystems 7 eines Systems 1 gemäß der Erfindung.
Das mittels der Kamera 5 erhaltene Bild wird in einem Bildprozessor 41 analysiert;
vorzugsweise werden nur bestimmte, deutlich erkennbare Aspekte der
gewünschten
Position 10 analysiert, die auf dem Bild sichtbar sind,
wodurch die vergleichsweise rasche Bestimmung der Position der Einrichtung 4 bezogen
auf die gewünschte
Position 10 ermöglicht
wird. Die tatsächliche
Position der Einrichtung 4 wird außerdem mittels des Codierers 21 bestimmt.
Die mittels des Codierers 21 und des Bildprozessors 41 bestimmten
Positionen werden einem Filter zugeführt, z. B. einem erweiteten Kalman-Filter,
worin die tatsächliche
Position der Einrichtung 4 exakt bestimmt wird. Wenn die
Codierer mit einer höheren
Frequenz als die Kamera 5 arbeiteten, ist es möglich, mittels
der Codierer 21 Informationen zu erhalten, die exakter
sind als die aus den Bildern erhaltenen Informationen, die mittels
der Kamera 5 erzeugt wurden. Durch Kombinieren der Verwendung
von Codierern und von mittels der Kamera 5 erhaltenen Bildern
kann ein exakteres und schnelleres Positionieren der Einrichtung 4 auf
der gewünschten
Position 10 erreicht werden. Der aus dem Filter 27 stammende
Wert wird einem Komparator 42 zugeführt, in welchem die berechnete,
tatsächliche Position
mit dem Referenzwert verglichen wird. Ansonsten entspricht das Steuerschema 40 dem
Steuerschema 30.
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Das
System 1 arbeitet wie folgt.
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Zuerst
wird die Einrichtung 4 mittels des Steuersystems 7 zu
einem Bauteilzuführer
bewegt, wo mittels der Düse 6 ein
Bauteil aufgegriffen wird. Beim Aufgreifen eines Bauteils kann die
Kamera 5 genutzt werden, um die Aufgreifgenauigkeit zu
erhöhen.
Außerdem
kann mittels der Kamera 5 die Position des von der Düse 6 gehaltenen
Bauteils bezogen auf die Einrichtung 4 bestimmt werden.
Auf der Grundlage der Informationen betreffs der relativen Position
des Substrats 8 in Bezug auf die Transportschienen 3,
die im Steuersystem gespeichert sind, sowie auf der Grundlage der
mittels des Codierers bestimmten Position der Einrichtung 4 kann
die Einrichtung 4 in Richtung der gewünschten Position 10 bewegt
werden.
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Sobald
die gewünschte
Position 10 mittels der Kamera 5 erkannt wird,
werden Bilder des Substrats 8 und der gewünschten
Position 10 auf dem Substrat im Steuersystem 7 mit
einer vergleichsweise niedrigen Frequenz von beispielsweise 25 Hz
verarbeitet. Diese Bilder werden mit Hilfe des Steuerschemas 20 verarbeitet.
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In
diesem Stadium muss die Einrichtung 4 so rasch wie möglich nahe
an die gewünschte
Position 10 bewegt werden, wobei dieser Vorgang keine hohen
Genauigkeitsanforderungen erfüllen
muss.
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Sobald
der Abstand zwischen der Einrichtung 4 und der gewünschten
Position 10 einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet,
wird die Anzahl von Bildern, die mittels des Steuersystems 7 pro Zeiteinheit
verarbeitet werden, auf beispielsweise 500 Hz erhöht. Außerdem findet
im Steuersystem 7 eine Umschaltung vom Steuerschema 20 auf
das Steuerschema 30 oder 40 statt. Um alle Bilder,
die mittels dieser Frequenz erzeugt wurden, rasch verarbeiten zu
können,
wird der Bereich um die gewünschte
Position 10 herum, der im Bildprozessor berücksichtigt
wird, reduziert, und es werden vorzugsweise nur relevante Aspekte
der gewünschten
Position, wie z. B. ein bestimmtes Element des Leiterbahnmusters,
analysiert.
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Falls
erforderlich, können
unterschiedliche Steuerschemata 20, 30, 40 im
Steuersystem 7 untergebracht werden, und je nach dem Abstand
zwischen der Einrichtung 4 und der gewünschten Position 10 werden
zuerst das Steuerschema 20 und anschließend ein Steuerschema 30 oder 40 angewendet.
Alternativ dazu können
zuerst das Steuerschema 20 und anschließend das Steuerschema 30,
gefolgt vom Steuerschema 40, angewendet werden, wobei die Anzahl
pro Zeiteinheit verarbeiteter Bilder zwischen jedem Umschaltvorgang
vom Steuerschema 20 zum Steuerschema 30 oder 40 erhöht wird.
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Es
ist auch möglich,
dass das von der Kamera erzeugte Bild sowohl die Einrichtung als
auch die gewünschte
Position zeigt. Aus einem derartigen Bild kann der Abstand zwischen
der Einrichtung und der gewünschten
Position direkt abgeleitet werden. Dies ist exakter als die Situation,
in der die Position der Einrichtung abgeleitet werden muss.