DE60313006T2

DE60313006T2 - Verfahren zur erkennung einer funktionsstörung während der bewegung eines teiles durch ein antriebsystem und vorrichtung zur ausführung eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE60313006T2
Application number: DE60313006T
Authority: DE
Inventors: Koen A. De Graaff
Original assignee: Assembleon BV
Current assignee: Assembleon BV
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: EP1546012B1; EP1546012A2; WO2004014767A2; DE60313006D1; AU2003247035A8; WO2004014767A3; KR20050046001A; AU2003247035A1; US20050240292A1; JP2005535047A; US7173390B2; CN1675602A; ATE358839T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen einer Störung während einer Verlagerung eines Elements durch ein Antriebssystem, wobei in dem Verfahren ein Prozessor eine Differenz zwischen einem vorbestimmten Sollwert und einem Istwert in regelmäßigen Intervallen während der Verlagerung des Elements bestimmt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist.
Ein solches Verfahren ist an sich aus der EP-B1-0 365 681 bekannt. Eine Kollision zwischen Maschinenteilen, die durch Servomotoren angetrieben werden, und einem Objekt kann mit Hilfe des darin beschriebenen Verfahrens erfasst werden Ein Prozessor berechnet die Ableitung der Geschwindigkeit des Servomotors während einer vorhergehenden Zeitspanne und subtrahiert sie von der Ableitung der Geschwindigkeit des Servomotors über der gegenwärtigen Zeitspanne. Der Absolutwert der berechneten Differenz wird genommen und durch den Prozessor mit einem gegebenen Referenzwert verglichen. Wenn der Wert größer als der gegebene Referenzwert ist, wird das als eine Anzeige, dass es eine Kollision gibt, interpretiert.
Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass die Erfassung einer Kollision vergleichsweise viel Zeit beansprucht, weil die Mindestzeit, die zum Erfassen der Kollision erforderlich ist, gleich der Länge der gewählten Zeitspanne ist, mit dem Ergebnis, dass die Störung bereits an dem Beginn der gemessenen Zeitspanne aufgetreten sein kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die zum Erfassen einer Störung erforderliche Zeit vergleichsweise kurz ist.
Dieses Ziel wird bei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch erreicht, dass der Prozessor weiter eine Ableitung der Differenz in regelmäßigen Intervallen bestimmt, wobei die Differenz und ihre Ableitung beide um einen Gleichgewichtswert schwanken, woraufhin nur die Werte auf einer Seite des Gleichgewichtswertes sowohl von der Differenz als auch von der Ableitung genommen werden, die Werte der Differenz mit dem Wert der Ableitung multipliziert werden, das Ergebnis der Multiplikation durch den Prozessor mit einem Referenzwert verglichen wird und eine Störung in der Verlagerung des Elements erfasst wird, wenn das Ergebnis der Multiplikation höher ist als der Referenzwert.
Die Multiplikation des Wertes der Ableitung der Differenz mit dem Wert der Differenz auf einer einzelnen Seite des Gleichgewichtswertes erzeugt eine Kurve über der Zeit, die eine vergleichsweise steilere Steigung hat (auch als vergleichsweise großer Richtungskoeffizient bezeichnet) in dem Fall einer Störung als die Kurve des Wertes der Ableitung und/oder die Kurve des Differenzwertes. Infolge dessen wird im Fall einer Störung die Kurve vergleichsweise schnell ansteigen, so dass der Referenzwert vergleichsweise schnell erreicht wird und eine Störung ermittelt und erfasst werden kann.
Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die gewählte Seite des Gleichgewichtswertes von der Richtung abhängig ist, in welcher das Element verlagert wird.
Wenn das Element eine gewisse Geschwindigkeit in einer gewissen Richtung hat, wird die Geschwindigkeit in dieser Richtung unter den Sollwert in dem Augenblick absinken, in welchem eine Kollision erfolgt. Diese Information ist für das Erfassen einer Kollision relevant. Die Information, dass die Geschwindigkeit des Elements höher ist als der Sollwert, ist in einem solchen Fall nicht von Bedeutung und kann demgemäß auf null gesetzt werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Ableitung gefiltert werden.
Ein Vorteil davon ist, dass Dank der Signalfilterung ausschließlich diejenigen Signale verbleiben, die relevant sind, um eine Störungserfassung möglich zu machen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Sollwert die Sollposition des verlagerbaren Elements repräsentiert, wohingegen der Istwert die Istposition des Elements repräsentiert.
Ein Vorteil eines solchen Verfahrens ist, dass das Element akkurat in eine Sollposition verlagert werden kann, wohingegen eine Störung während der Verlagerung, wie beispielsweise eine Kollision, vergleichsweise schnell erfasst wird.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher eine Störung in einem Antriebssystem für die Verlagerung eines Elements vergleichsweise schnell erfasst werden kann.
Dieses Ziel wird mit der Vorrichtung nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Vorrichtung mit einem Element versehen ist, das mit Hilfe eines Antriebssystems verlagerbar ist, und mit einem Prozessor, der mit einer Einrichtung versehen ist zum Vergleichen eines Sollwertes mit einem Istwert, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Ableitung, einer Einrichtung zum Bestimmen von Werten, die auf einer Seite eines Gleichgewichtswertes liegen, einer Multiplikationseinrichtung und einer Einrichtung zum Vergleichen des Ergebnisses einer Multiplikation mit einem Referenzwert.
Eine Störung, wie z.B. eine Kollision, kann mit Hilfe einer solchen Vorrichtung, wie sie weiter oben beschrieben wurde, relativ schnell erkannt werden.
Die Erfindung wird mehr ins Einzelne gehend im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiden beigefügten Zeichnungen erläutert, in welchen:
1 eine Bauelementplatziervorrichtung zeigt;
2 eine Steuerschaltung der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt, in welcher eine Rückführung zwischen dem Prozessor und dem Antriebssystem gezeigt ist;
3 ein Diagramm ist, das eine Differenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert über der Zeit und eine Ableitung derselben zeigt;
4 ein Diagramm ist, das Kurven zeigt, welche die Differenz und die Ableitung der Differenz, nachdem der positive Teil auf null gesetzt worden ist, repräsentieren; und
5 das Diagramm nach 4 zeigt, das nun eine weitere Kurve enthält, die der Multiplikation der in 4 gezeigten Kurven entspricht.
In den Figuren tragen entsprechende Bauteile dieselben Bezugszahlen.
1 zeigt eine Bauelementbestückungsvorrichtung 1, die mit einem Rahmen 2 versehen ist. Schienen 3 befinden sich auf dem Rahmen 2 auf beiden Seiten. Eine Führung 4 erstreckt sich quer zu den Schienen 3 und ist über den Schienen 3 mit Hilfe eines Antriebssystems (nicht dargestellt) in und entgegengesetzt zu der Richtung, welche durch einen Pfeil P1 gezeigt ist, verlagerbar. Ein Arm 5 ist auf der Führung 4 vorgesehen, wobei der Arm mit Hilfe eines Antriebssystems über der Führung 4 in und entgegengesetzt zu der Richtung, welche durch einen Pfeil P2 gezeigt ist, verlagerbar ist. Die Richtung des Pfeils P2 ist rechtwinkelig zu der Richtung des Pfeils P1. Eine Abbildungsvorrichtung 6 und eine Platziervorrichtung 7 sind an dem Arm 5 befestigt.
Eine Transportvorrichtung 8, mittels welcher Substrate 9 in der durch den Pfeil P2 gezeigten Richtung verlagerbar sind, befindet sich unter dem Arm 5. Jedes Substrat 9 ist mit wenigstens einem Referenzelement 10 versehen. Die Bauelementbestückungsmaschine 1 ist weiter mit einer Bauelementzuführvorrichtung 11 versehen, welcher Bauelemente durch die Platziervorrichtung 7 entnommen werden können. Eine weitere Abbildungsvorrichtung 12 ist auf dem Rahmen 2 angeordnet.
2 zeigt eine Steuerschaltung 13 eines Prozessors und einer Bauelementbestückungsvorrichtung 1, wobei schematisch ein Regler 14 ge zeigt ist, mittels welchem ein Antriebssystem 15 des Arms gesteuert wird. Der Arm 5 wird immer so gesteuert, dass die Platziervorrichtung 7 in eine Sollposition verlagert wird. Die Sollposition wird einem Differenzbestimmungsglied 16 über ein Eingabeelement 17 zugeführt. Die Istposition der Platziervorrichtung 7, die durch den Regler 14 und das Antriebssystem 15 realisiert wird, wird ebenfalls dem Differenzbestimmungsglied 16 zugeführt.
Die Steuerschaltung 16, die bis hierher beschrieben worden ist, ist an sich bekannt und wird daher nicht weiter ins Einzelne gehend beschrieben.
3 zeigt ein Diagramm mit zwei Kurven, wobei eine Kurve A die Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition der Platziervorrichtung 7 über der Zeit t darstellt, wohingegen eine Kurve B die Ableitung der Kurve A über der Zeit ist. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich die Kurven A und B um einen Gleichgewichtswert 0 verändern. Es ist in dem Diagramm ersichtlich, dass eine Störung in der Kurve A in einem Augenblick t_v auftritt, so dass die Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition einen beträchtlichen negativen Wert annimmt. Eine solche Situation kann sich beispielsweise ergeben, wenn die Platziervorrichtung 7 in der Richtung verlagert wird, die durch den Pfeil P1 gezeigt ist, wobei die Richtung, die durch den Pfeil P1 gezeigt ist, der negativen X-Richtung entspricht. Die Kurve B, die die Ableitung der Kurve A ist, zeigt zuerst einen steilen Abfall, woraufhin sie einen konstanten negativen Wert annimmt.
Die Störung kann beispielsweise durch die Tatsache verursacht werden, dass die Platziervorrichtung 7 während ihrer Verlagerung auf ein Bauelement trifft, das bereits auf dem Substrat 9 vorhanden ist, mit dem Ergebnis, dass eine Kollision erfolgt.
Die Istposition der Platziervorrichtung 7 wird niemals jenseits der Sollposition in der durch den Pfeil P1 gezeigten Richtung in dem Fall einer Kollision während der Verlagerung der Platziervorrichtung 7 in der Richtung des Pfeils P1 sein. Das bedeutet, dass derjenige Teil der Kurve, für den die Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition positiv ist, außer Betracht gelassen werden kann. Demgemäß wird dieser Wert in dem Regler 14 gemäß dem Verfahren nach der Erfindung auf null gesetzt.
4 zeigt die Kurven A und B nach 3, wobei diejenigen Teile der Kurven A und B, die sich oberhalb des Gleichgewichtswertes 0 befinden, auf 0 rückgesetzt sind.
5 zeigt die Kurven A und B nach 4 sowie eine Kurve C. Die Kurve C ist die Multiplikation der Kurven A und B. Die Kurve C nimmt gelegentlich positive Werte an, mit einer Maximalamplitude R, die beträchtlich kleiner ist als die Amplituden der Kurven A und B über der Zeitspanne von t₀ bis t_v. Diese Amplitude über der gezeigten Zeitspanne t₀-t_v kann als ein Referenzwert R zum Erfassen einer normalen Verlagerung dienen.
Weiter voran ab dem Augenblick t_v, d.h. ab dem Moment, in welchem die Kollision erfolgt, steigt die Kurve C mit einem sehr steilen Gradienten an. In 5 ist zu erkennen, dass der begleitende Wert der Kurve C beträchtlich höher sein wird als die Amplitude der Kurve C in der Zeitspanne t₀-t_v bereits eine sehr kurze Zeit nach t_v. Der Augenblick, in welchem der Differenzwert R überschritten wird, was vergleichsweise bereits bald nach dem Augenblick t_v der Fall ist, wie oben beschrieben, kann das und wird das als ein Signal betrachtet werden, dass eine Kollision erfolgt ist. Der Arm 5 sollte nun mit Hilfe des Prozessors gestoppt oder in einer Richtung verlagert werden, die zu der des Pfeils P1 entgegengesetzt ist, um so eine Beschädigung der Platziervorrichtung 7 und/oder des Substrats 9 zu vermeiden.
Es ist auch möglich, eine Ableitung höherer Ordnung statt die Ableitung der Kurve B zu bestimmen. Eine Ableitung höherer Ordnung ist genauer, erhöht aber auch die erforderliche Rechenzeit. In Abhängigkeit von dem gewünschten Anwendungsfall muss ein Kompromiss zwischen der Genauigkeit und der gewünschten Rechenzeit getroffen werden.
Der Regler 14 kann bei Bedarf während des Bestimmens der Ableitung eine Filterfunktion erfüllen, um so Rauschen und andere unerwünschte Effekte aus der gemessenen Kurve zu entfernen.
Es ist auch möglich, einen Soll- und Istwert von Geschwindigkeit, Kraft oder Temperatur dem Differenzbestimmungsglied 16 zuzuführen statt der Soll- und Istpositionen.
Es dürfte klar sein, dass die Soll- und Istpositionen der Platziervorrichtung 7, die in der Steuerschaltung 13 verarbeitet werden, sich auf die X- sowie auf die Y- und die Z-Richtung beziehen können.
Es ist auch möglich, das Verfahren nach der Erfindung bei einer Drehverlagerung statt einer translatorischen Verlagerung zu verwenden.
Die Diagramme nach den 3 bis 5 zeigen lediglich ein Beispiel. In der Praxis wird die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert viel unregelmäßiger schwanken. Darüber hinaus erfolgt der Übergang, der durch eine Störung der Ableitung verursacht wird, üblicherweise nicht schrittweise, sondern hat einen vergleichsweise großen Richtungskoeffizienten.
Es ist auch möglich, einen Referenzwert von z.B. 2R statt des Referenzwertes R zu nehmen.
Es ist auch möglich, die Differenz sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Ableitung zu multiplizieren, so dass eine Störung noch schneller erkannt werden kann.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer Störung während einer Verlagerung eines Elements durch ein Antriebssystem, wobei in dem Verfahren ein Prozessor eine Differenz zwischen einem vorbestimmten Sollwert und einem Istwert in regelmäßigen Intervallen während der Verlagerung des Elements bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor weiter eine Ableitung der Differenz in regelmäßigen Intervallen bestimmt, wobei die Differenz und ihre Ableitung beide um einen Gleichgewichtswert schwanken, woraufhin nur die Werte auf einer Seite des Gleichgewichtswertes sowohl der Differenz als auch der Ableitung genommen werden, die Werte der Differenz mit dem Wert der Ableitung multipliziert werden, das Ergebnis der Multiplikation durch den Prozessor mit einem Referenzwert verglichen wird und eine Störung in der Verlagerung des Elements erfasst wird, wenn das Ergebnis der Multiplikation höher ist als der Referenzwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewählte Seite des Gleichgewichtswertes von der Richtung abhängig ist, in welcher das Element verlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Ableitung gefiltert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Sollwert die Sollposition des verlagerbaren Elements repräsentiert, wohingegen der Istwert die Istposition des Elements repräsentiert.
Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Element versehen ist, das mit Hilfe eines An triebssystems verlagerbar ist, und mit einem Prozessor, der mit einer Einrichtung versehen ist zum Vergleichen eines Sollwertes mit einem Istwert, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Ableitung, einer Einrichtung zum Bestimmen von Werten, die auf einer Seite eines Gleichgewichtswertes liegen, einer Multiplikationseinrichtung und einer Einrichtung zum Vergleichen des Ergebnisses einer Multiplikation mit einem Referenzwert.