EP1813138A1 - Vorrichtung zum bestücken von bauelemententrägern mit bauelementen - Google Patents

Vorrichtung zum bestücken von bauelemententrägern mit bauelementen

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Publication number
EP1813138A1
EP1813138A1 EP05797273A EP05797273A EP1813138A1 EP 1813138 A1 EP1813138 A1 EP 1813138A1 EP 05797273 A EP05797273 A EP 05797273A EP 05797273 A EP05797273 A EP 05797273A EP 1813138 A1 EP1813138 A1 EP 1813138A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
placement
placement head
camera
component
components
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05797273A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Conrad
Mohammad Mehdianpour
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASMPT GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1813138A1 publication Critical patent/EP1813138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08—Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/081—Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines
    • H05K13/0812—Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines the monitoring devices being integrated in the mounting machine, e.g. for monitoring components, leads, component placement

Definitions

  • the invention relates to a device for equipping component carriers with components, which has a placement head which can be positioned within a certain range of movement by means of a surface positioning device. With such a placement head components can be transported from a pickup position of a component feeder towards a placement position and placed at predetermined locations on a component carrier.
  • such placement devices usually comprise a camera with which components picked up by the placement head can be detected.
  • the position of the components relative to the placement is determined with high accuracy.
  • the surface positioning device possibly existing position deviations of the aufgenomme ⁇ NEN components can be compensated and thus an exact placement at the predetermined by corresponding pads installation slots on a component carrier are the guaranteed.
  • the angular position of the recorded components can be detected and changed as needed by the activation of trained on the placement head rotary actuators.
  • a placement device which has a stationary camera for detecting recorded components.
  • the measurement of the recorded components is carried out by a movement of a Be Supplier ⁇ head, which is positioned after the recording of the components above the camera, so that the camera the recorded components together with a corresponding
  • This type of component measurement has the disadvantage that the travel paths of the placement head are increased, because the mounting head after receiving the components can not be moved directly to the placement position, but must make a detour over the Erfas ⁇ sungs Scheme of the camera. In this way, the placement performance, ie the maximum number of components that can be equipped within a certain time unit, is correspondingly reduced.
  • a device for equipping component carriers with components which device has a placement head in which a plurality of component holding devices designed as suction pads are arranged parallel to one another.
  • a sensor device which can be positioned independently of the placement head by means of its own drive, is provided which has two cameras, each with one associated deflection mirror. In this way, the position of components accommodated at the placement head can be detected, provided that the sensor device is positioned below the respective component during image acquisition.
  • This has the disadvantage that a separate positioning system is required for the sensor device, so that the production costs for a corresponding mounting device are relatively high as a result of the additionally required positioning device.
  • a placement machine which has a placement head with a component holding device and a camera fixedly arranged relative to the placement head, which detects the detection of a recorded component is used.
  • a deflection prism is provided, which deflects the beam path between the component and the camera such that the underside of the component can be detected by the arranged next to the placement camera if the placement and the camera located above the deflection prism.
  • the deflecting prism is integrally formed on an elongate support arm, which is mounted senk ⁇ right to its longitudinal direction displaceable.
  • the placement is displaceably mounted by means of a further guide, which runs parallel to the longitudinal direction of the support arm. In this way, the placement head can be freely positioned within a planar movement range by a suitable combination of mutually perpendicular displacement movements.
  • the prisms provided for deflecting the beam path in the placement machine have the disadvantage that the movement of the placement head is limited, since neither picking up components from a component feed device nor placing recorded components on a component carrier in the region of the prism can take place , Rather, the placement head must be moved away from the prism both for component recording and for placing components. In the placement operation, this leads to additional movements of the placement head, so that the placement performance is correspondingly reduced.
  • a further disadvantage of this placement machine is that the support arm must be longer than the longitudinal extent of the piece area, since unimpeded picking up and placement of components is ensured only within the placement area if the deflection prism outside of the Placement area is located. This means that the size of the placement machine is determined by the required length of the support arm.
  • the invention has for its object to provide a device for equipping component carriers with components, which can be realized in a compact design and allows high placement performance. This object is achieved by a device for fitting component carriers with components having the features of independent claim 1.
  • the placement device comprises a surface positioning device for positioning a placement within a two-dimensional travel range.
  • the surface positioning device comprises a stationary first linear guide, which runs along a y-direction.
  • the surface positioning device further comprises a transverse to the first linear guide support arm, which is slidably mounted on the stationary first linear guide along the y-direction.
  • On the support arm a second linear guide is provided which extends along an x-direction.
  • the placement head is displaceably mounted on the second linear guide along the x direction and comprises at least one holding device displaceably mounted along a longitudinal axis of the placement head for the temporary picking up of a component.
  • a camera is provided, which is fixedly secured to the carrier arm and which is set up to detect components received on the holding device.
  • a Schwenkmecha ⁇ mechanism is provided between the placement and the second linear guide, so that the angular position of the placement can be varied.
  • the invention is based on the finding that unnecessary travel paths of the placement head can be avoided by a pivotable mounting of the placement head for position measurement of recorded components, when the camera for detecting the components in the y-direction is automatically moved with the placement.
  • the camera is arranged relative to the placement head such that both the pick-up area and the placement area remains free.
  • To measure a recorded component of the entire placement can be temporarily deflected by a pivoting movement, so that a recorded component enters the detection range of the camera. The detection can take place during a time in which the placement head moves to the placement area after receiving the component. Since the camera is automatically moved in the y-direction with the placement head, thus no additional travel along the y-direction is required and the placement performance is not reduced by the erforder ⁇ Liche measurement of the components.
  • the placement head Since, according to the invention, the placement head is swung out for component measurement and the camera does not hinder the picking up or placing of components, the length of the support arm is determined only by the travel path of the component head, which is used to pick up and place the components is required. This means that the carrier arm can be comparatively short, since the placement head does not have to be positioned outside the movement range required for picking up and placing components in order to measure picked-up components.
  • the placement head between an initial position and a measuring position is pivotable.
  • the starting position in which the direction of displacement of the holding device runs parallel to a z-direction, which is preferably oriented perpendicularly both to the x and to the y direction, enables both a free component pickup and a component feed device also a free one
  • the pivot mechanism on a Federele ⁇ ment which exerts a restoring force in a deflection of the placement from its initial position on the placement.
  • the starting position of the placement can be defined accurately in a simple manner by a suitable mechanical stop.
  • a device for detecting the exact angular position of the placement is not absolutely necessary.
  • the pivot mechanism on a Auslenkele ⁇ ment with which the placement can ge in the measuring position ge introduced.
  • the deflecting element used can be an eccentrically shaped or mounted element, for example a cam disk, which then ensures the highest accuracy with respect to the measuring position when the measuring position is defined by a dead center of the eccentric element.
  • the camera is preferably attached by means of a lightweight realized holding device to the center of the support arm, so that the measurement of a Bauele ⁇ ment without loss of time during transport of the component from a component component supply device can be made to the respective placement place provided ,
  • the camera comprises a line sensor or an area sensor.
  • Suitable sensors are in particular so-called CCD sensors, which have a high sensitivity and are also inexpensive standard electronic components.
  • the measurement of a recorded component is effected by a relative movement between the component and the camera.
  • a plurality of one-dimensional image lines are successively recorded and assembled in an image evaluation unit downstream of the camera to form a two-dimensional image of the component.
  • the movement of the placement during the image acquisition is stopped briefly, so that a brought into the detection range of the camera device can be detected with a sharp image.
  • the placement on a plurality of arranged in a row holding devices This allows a high placement performance, since at the same time a plurality of components can be picked up by the placement head and transported to the Be Glabe ⁇ rich.
  • the holding devices can also be arranged in more than one row, in which case preferably a camera should be equipped with a number of rows corresponding to the number of sensors. Then, in each case two components can be detected simultaneously, which are recorded by two holding devices, which are assigned to adjacent different rows.
  • a light deflecting element is additionally provided, which is arranged stationary relative to the camera and to the carrier arm.
  • the light deflection element can mirror, prisms or any other optical elements which influence an optical beam path. In this way, the bottom of the recorded components can be detected without the camera must be mounted below the Haltevor- directions. This allows a compact construction of the sensor device consisting of camera and light deflection element. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a presently preferred embodiment.
  • Figure 1 shows a placement device, wherein the pivotally mounted placement head be ⁇ found in a starting position
  • Figure 2 shows the placement device shown in Figure 1, wherein the pivotally mounted placement is in a measuring position.
  • the placement device comprises a first linear guide running along ay direction, which is provided with the reference numeral 1.
  • a transverse support arm 2 is displaceably mounted along the y-direction, which support arm 2 in turn comprises a second linear guide 3.
  • the linear guide 3 runs parallel to the longitudinal extent of the carrier arm 2 along an x-direction, which preferably runs perpendicular to the y-direction.
  • a placement head 20 is slidably mounted along the x-direction.
  • the placement head 20 comprises a plurality of suction pipettes 21 arranged in parallel for temporarily receiving one component each.
  • the suction pads 21 are individually displaceable along the longitudinal axis of the individual suction pipettes 21 via drives, not shown, so that by means of a corresponding movement of a
  • the placement head 20 is attached to the support arm 2 via a pivot mechanism 10.
  • the pivot mechanism 10 has a carriage 11 and a pivot plate 12. As can be seen from FIG. 2, the pivot plate 12 can execute a pivoting movement about a pivot axis relative to the carriage 11, which is oriented parallel to the x direction. During a pivoting movement, for example by 30 °, components picked up by the suction pipettes 21 are automatically brought into the detection range of a camera 30.
  • the spatial position of the detection area is determined by the arrangement and the optical properties of a light deflection element 32, which comprises a mirror arrangement, not shown.
  • a light deflection element 32 which comprises a mirror arrangement, not shown.
  • the camera 30 has a flat sensor or a line sensor, since all the components can be detected in succession by a corresponding movement of the placement head.
  • the components are detected by a continuous movement of the placement head 20, wherein the individual image lines recorded thereby are combined to form a two-dimensional image in an evaluation unit connected downstream of the camera 30.
  • the placement head 20 is moved by means of a clocked movement along the x-direction, so that in each case one of the recorded components is detected for a predetermined exposure time.
  • the sequence of the assembly of a Bauelemen ⁇ teismes with components using the placement head 20 is briefly explained.
  • the assembly begins with the placement head 20 being moved into the area of a component feeder unit, not shown, wherein the placement head 20 is in the starting position illustrated in FIG.
  • the camera 30 and the Lichtumlenkelement 32 are arranged relative to the placement in the starting position placement head 20 such that an unhindered picking up of components from the component feeder is possible.
  • the placement head 20 is moved by a traversing movement, inter alia along the x direction, to a placement area above a component carrier (not shown). During this movement, the placement head 20 is temporarily swung out into a measuring position in which the previously described measurement of the components takes place. After component measurement, the placement head 20 is pivoted back into the starting position and positioned by a corresponding movement both along the x-direction and along the y-direction such that the components can be placed at predetermined placement positions on the component carrier, not shown. In this way, the measurement of all components taken auf ⁇ can be carried out during the period in which the placement head 20 moves from the component feeding device to the placement area.
  • Some components of the placement device such as an electronic module or some components of a pneumatic device, which is required to provide a negative pressure to the suction pipettes 21, can be arranged on the support arm 2 and must therefore be moved only in the y direction.
  • the mass and thus the mechanical inertia of the compared to the support arm 2 additional Lich in the x direction movable placement 20 are held low th. This allows a rapid movement of Be Publishedkop ⁇ fes 20, so that a high placement performance can be achieved.
  • the invention provides a placement device in which a placement head 20 can be moved two-dimensionally by means of a surface positioning device.
  • the positioning device comprises a first linear guide 1, on which a transverse support arm 2 is displaceably mounted.
  • a second linear guide 3 is formed, on which the Be Division ⁇ head 20 is slidably mounted.
  • a camera 30 is fixedly mounted on the support arm 2 and set up to detect components picked up by the placement head 20.
  • a pivot mechanism 10 for changing the angular position of the placement head 20 is provided.
  • the placement head 20 can be pivoted between a starting position and a measuring position. A component can only be picked up by the placement head 20 when the placement head 20 is in the starting position.
  • a recorded component can only be detected by the camera 30 when the placement head 20 is in the measurement position. In this way, it is possible to pick up components from a component feed device and to place the components freely in a placement area and to prevent a collision between the placement head 20 and the camera 30.

Abstract

Die Erfindung schafft eine Bestückvorrichtung, bei der ein Bestückkopf (20) mittels einer Flächen-Positioniereinrichtung zweidimensional bewegt werden kann. Die Positioniereinrichtung umfasst eine erste Linearführung (1), an welcher ein querstehender Trägerarm (2) verschiebbar gelagert ist. An dem Trägerarm (2) ist eine zweite Linearführung (3) ausgebildet, an welcher der Bestückkopf (20) verschiebbar gelagert ist. Eine Kamera (30) ist an dem Trägerarm (2) ortsfest befestigt und zur Erfassung von durch den Bestückkopf (20) aufgenommenen Bauelementen eingerichtet. Erfindungsgemäß ist ein Schwenkmechanismus (10) zum Ändern der Winkellage des Bestückkopfes (20) vorgesehen. Der Bestückkopf (20) kann zwischen einer Ausgangsposition und einer Messposition geschwenkt werden. Ein Bauelement kann lediglich dann von dem Bestückkopf (20) aufgenommen werden, wenn sich der Bestückkopf (20) in der Ausgangsposition befindet. Ein aufgenommenes Bauelement kann lediglich dann von der Kamera (30) erfasst werden, wenn sich der Bestückkopf (20) in der Messposition befindet. Auf diese Weise ist ein freies Abholen von Bauelementen von einer Bauelement-Zuführeinrichtung und ein freies Aufsetzen der Bauelemente in einem Bestückbereich möglich und eine Kollision zwischen dem Bestückkopf (20) und der Kamera (30) ausgeschlossen.

Description

Be s ehre ibung
Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauele¬ menten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen, welche einen Bestückkopf aufweist, der mittels einer Flächen-Positioniereinrichtung innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereiches positionierbar ist. Mit einem derartigen Bestückkopf können Bauelemente von einer Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung hin zu einer Bestückposition transportiert und an vorgegebenen Einbauplätzen auf einem Bauelementeträger aufsetzt werden.
Um eine hohe Bestückgenauigkeit zu erreichen, umfassen derar¬ tige Bestückvorrichtungen üblicherweise eine Kamera, mit welcher von dem Bestückkopf aufgenommene Bauelemente erfasst werden können. Dabei wird die Lage der Bauelemente relativ zu dem Bestückkopf mit hoher Genauigkeit ermittelt. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Flächen-Positioniereinrichtung können eventuell vorhandene Lageabweichungen der aufgenomme¬ nen Bauelemente kompensiert und somit eine genaue Bestückung an den durch entsprechende Anschlussflächen vorgegebenen Einbauplätzen an einem Bauelementeträger gewährleistet wer- den. Ferner kann die Winkellage der aufgenommen Bauelemente erfasst und bei Bedarf durch die Aktivierung von an dem Bestückkopf ausgebildeten Drehantrieben geändert werden.
Aus der EP 829 192 Bl ist eine Bestückvorrichtung bekannt, welche eine stationäre Kamera zur Erfassung von aufgenommenen Bauelementen aufweist. Die Vermessung der aufgenommenen Bauelemente erfolgt durch eine Verfahrbewegung eines Bestück¬ kopfes, welcher nach der Aufnahme der Bauelemente oberhalb der Kamera positioniert wird, so dass die Kamera die aufge- nommenen Bauelemente gemeinsam mit einer entsprechenden
Bauelement-Haltevorrichtung von unten erfasst. Diese Art der Bauelementvermessung hat den Nachteil, dass die Verfahrwege des Bestückkopfes erhöht sind, weil der Bestückkopf nach der Aufnahme der Bauelemente nicht direkt zu der Bestückposition verfahren werden kann, sondern einen Umweg über den Erfas¬ sungsbereich der Kamera zurücklegen muss. Auf diese Weise wird die Bestückleistung, d.h. die maximale Anzahl an Bauele¬ menten, die innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit bestückt werden können, entsprechend reduziert.
Aus der US 5,920,397 ist eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen bekannt, welche Vorrich¬ tung einen Bestückkopf aufweist, bei dem mehrere als Saugpi¬ petten ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtungen parallel zueinander angeordnet sind. Zur Vermessung der aufgenommenen Bauelemente ist eine unabhängig von dem Bestückkopf mittels eines eigenen Antriebs positionierbare Sensoreinrichtung vorgesehen, welche zwei Kameras mit jeweils einem zugeordne¬ ten Umlenkspiegel aufweist. Auf diese Weise kann die Lage von am Bestückkopf aufgenommenen Bauelementen erfasst werden, sofern während der Bildaufnahme die Sensoreinrichtung unter- halb des jeweiligen Bauelements positioniert wird. Dies hat den Nachteil, dass für die Sensoreinrichtung ein eigenes Positioniersystem erforderlich ist, so dass die Herstellungs¬ kosten für eine entsprechende Bestückvorrichtung infolge der zusätzlich erforderlichen Positioniereinrichtung relativ hoch sind.
Aus der EP 1 220 595 A2 (insbesondere aus den Figuren 15 und 17 und der zugehörigen Beschreibung) ist ein Bestückautomat bekannt, welcher einen Bestückkopf mit einer Bauelement- Haltevorrichtung und einer relativ zu dem Bestückkopf orts¬ fest angeordneten Kamera aufweist, welche der Erfassung eines aufgenommenen Bauelements dient. Um die Lage des Bauelements relativ zu dem Bestückkopf zu erfassen, ist ein Umlenkprisma vorgesehen, welches den Strahlengang zwischen Bauelement und Kamera derart umlenkt, dass die Unterseite des Bauelements von der neben dem Bestückkopf angeordneten Kamera erfasst werden kann, sofern sich der Bestückkopf und die Kamera oberhalb des Umlenkprismas befinden. Das Umlenkprisma ist an einem länglichen Trägerarm ortsfest angeformt, welcher senk¬ recht zu seiner Längsrichtung verschiebbar gelagert ist. Der Bestückkopf ist mittels einer weiteren Führung, die parallel zu der Längsrichtung des Trägerarms verläuft, verschiebbar gelagert. Auf diese Weise kann der Bestückkopf durch eine geeignete Kombination von zueinander senkrechten Verschiebe¬ bewegungen innerhalb eines flächigen Bewegungsbereiches frei positioniert werden.
Die zur Umlenkung des Strahlengangs in dem Bestückautomaten vorgesehenen Prismen haben den Nachteil, dass die Bewegung des Bestückkopfes eingeschränkt ist, da weder ein Aufnehmen von Bauelementen aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung noch ein Aufsetzen von aufgenommenen Bauelemente auf einen Bauele¬ menteträger im Bereich des Prismas erfolgen kann. Vielmehr muss sowohl zur Bauelement-Aufnahme als auch zum Aufsetzen von Bauelementen der Bestückkopf von dem Prisma wegbewegt werden. Dies führt im Bestückbetrieb zu zusätzlichen Bewegun- gen des Bestückkopfes, so dass die Bestückleistung entspre¬ chend reduziert ist.
Ein weiterer Nachteil dieses Bestückautomaten besteht darin, dass der Trägerarm länger als die Längserstreckung des Be- Stückbereiches sein muss, da nur dann innerhalb des Bestück¬ bereiches ein unbehindertes Abholen und Aufsetzen von Bauele¬ menten gewährleistet ist, wenn sich das Umlenkprismas außer¬ halb des Bestückbereiches befindet. Dies bedeutet, dass die Baugröße des Bestückautomaten durch die erforderliche Länge des Trägerarm mitbestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen zu schaffen, welche in einer kompakten Bauform realisiert werden kann und eine hohe Bestückleistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestü¬ cken von Bauelementeträgern mit Bauelementen mit den Merkma¬ len des unabhängigen Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Bestückvorrichtung umfasst eine Flächen- Positioniereinrichtung zum Positionieren eines Bestückkopfes innerhalb eines zweidimensionalen Verfahrbereiches. Die Flächen-Positioniereinrichtung umfasst eine stationäre erste Linearführung, welche entlang einer y-Richtung verläuft. Die Flächen-Positioniereinrichtung umfasst ferner einen zu der ersten Linearführung querstehenden Trägerarm, welcher an der stationären ersten Linearführung entlang der y-Richtung verschiebbar gelagert ist. An dem Trägerarm ist eine zweite Linearführung vorgesehen, welche entlang einer x-Richtung verläuft. Der Bestückkopf ist an der zweiten Linearführung entlang der x-Richtung verschiebbar gelagert und umfasst zumindest eine entlang einer Längsachse des Bestückkopfes verschiebbar gelagerte Haltevorrichtung zum temporären Auf¬ nehmen eines Bauelements. Ferner ist eine Kamera vorgesehen, welche an dem Trägerarm ortsfest befestigt ist und welche zur Erfassung von an der Haltevorrichtung aufgenommenen Bauele¬ menten eingerichtet ist. Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Bestückkopf und der zweiten Linearführung ein Schwenkmecha¬ nismus vorgesehen, so dass die Winkellage des Bestückkopfes variiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine schwenkbare Lagerung des Bestückkopfes zur Lagevermessung von aufgenommenen Bauelementen unnötige Verfahrwege des Bestück- kopfes vermieden werden können, wenn die Kamera zur Erfassung der Bauelemente in y-Richtung automatisch mit dem Bestückkopf mitbewegt wird. Zur Vermeidung von Kollisionen zwischen der Haltevorrichtung und der Kamera ist die Kamera relativ zu dem Bestückkopf derart angeordnet, dass sowohl der Abholbereich als auch der Bestückbereich frei bleibt. Zur Vermessung eines aufgenommenen Bauelements kann der gesamte Bestückkopf durch eine Schwenkbewegung vorübergehend ausgelenkt werden, so dass ein aufgenommenes Bauelement in den Erfassungsbereich der Kamera gelangt. Die Erfassung kann dabei während einer Zeit erfolgen, in der sich der Bestückkopf nach der Aufnahme des Bauelements hin zu dem Bestückbereich bewegt. Da die Kamera in y-Richtung automatisch mit dem Bestückkopf mitbewegt wird, ist somit kein zusätzlicher Verfahrweg entlang der y-Richtung erforderlich und die Bestückleistung wird durch die erforder¬ liche Vermessung der Bauelemente nicht reduziert.
Da gemäß der Erfindung der Bestückkopf zur Bauelementvermes¬ sung ausgeschwenkt wird und die Kamera ein Abholen bzw. ein Aufsetzen von Bauelementen in keiner Weise behindert, ist die Länge des Trägerarm lediglich durch den Verfahrweg des Be¬ stückkopfes bestimmt, der zum Abholen und Aufsetzen der Bauelemente erforderlich ist. Dies bedeutet, dass der Träger¬ arm vergleichsweise kurz sein kann, da zur Vermessung von aufgenommenen Bauelementen der Bestückkopf nicht außerhalb des zum Abholen und Aufsetzen von Bauelementen erforderlichen Bewegungsbereiches positioniert werden muss.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Gemäß Anspruch 3 ist der Bestückkopf zwischen einer Ausgangs- position und einer Messposition schwenkbar. Die Ausgangsposi¬ tion, bei der die Verschieberichtung der Haltevorrichtung parallel zu einer z-Richtung verläuft, welche bevorzugt senkrecht sowohl zu der x- als auch zu der y-Richtung orien¬ tiert ist, ermöglicht sowohl eine freie Bauelementaufnahme von einer Bauelement-Zuführeinrichtung als auch ein freies
Aufsetzen eines Bauelements auf einen Bauelementeträger, ohne dass die Gefahr für eine Kollision zwischen der Haltevorrich¬ tung und der Kamera besteht. Eine Erfassung eines aufgenomme¬ nen Bauelements ist lediglich dann möglich, wenn sich der Bestückkopf in der Messposition befindet. Bei der Bauelement¬ erfassung kann relativ zu dem Bestückkopf sowohl die exakte Position als auch die genaue Winkellage des aufgenommenen Bauelements erfasst werden. Somit kann vor dem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger eine ggf. vorhandene Abweichung in der Position bzw. in der Winkellage durch eine entsprechende Ansteuerung der Flächen-Positioniereinrichtung bzw. durch eine entsprechende Ansteuerung eines der Haltevor¬ richtung zugeordneten Drehantriebs kompensiert werden.
Gemäß Anspruch 4 weist der Schwenkmechanismus ein Federele¬ ment auf, welches bei einer Auslenkung des Bestückkopfes aus seiner Ausgangsposition auf dem Bestückkopf eine Rückstell¬ kraft ausübt. Auf diese Weise kann durch einen geeigneten mechanischen Anschlag die Ausgangsposition des Bestückkopfes auf einfache Weise genau definiert werden. In diesem Fall ist eine Einrichtung zur Erfassung der exakten Winkellage des Bestückkopfes nicht unbedingt erforderlich.
Gemäß Anspruch 5 weist der Schwenkmechanismus ein Auslenkele¬ ment auf, mit dem der Bestückkopf in die Messposition ge¬ bracht werden kann. Als Auslenkelement kann ein exzentrisch geformtes bzw. gelagertes Element, beispielsweise eine Kur¬ venscheibe verwendet werden, welches dann die höchste Genau¬ igkeit hinsichtlich der Messposition gewährleistet, wenn die Messposition durch einen Totpunkt des exzentrischen Elements definiert ist.
Gemäß Anspruch 6 ist die Kamera bevorzugt mittels einer in Leichtbauweise realisierten Haltevorrichtung an der Mitte des Trägerarms befestigt, so dass die Vermessung eines Bauele¬ ments ohne Zeitverlust während des Transportes des Bauele- ments von einer Bauelement-Zuführeinrichtung hin zu dem jeweils vorgesehen Bestückplatzes erfolgen kann.
Gemäß Anspruch 7 umfasst die Kamera einen Zeilensensor oder einen Flächensensor. Als Sensoren eignen sich insbesondere so genannte CCD-Sensoren, welche eine hohe Empfindlichkeit aufweisen und zudem preiswerte Standard-Elektronikbauteile sind. Bei Verwendung eines Zeilensensors erfolgt die Vermessung eines aufgenommenen Bauelements durch eine Relativbewegung zwischen Bauelement und Kamera. Dabei werden nacheinander eine Mehrzahl von eindimensionalen Bildzeilen aufgenommen und in einer der Kamera nachgeschalteten Bildauswerteeinheit zu einem flächigen Bild des Bauelements zusammengesetzt.
Bei Verwendung eines Flächensensors wird die Bewegung des Bestückkopfes während der Bildaufnahme kurz angehalten, so dass ein in den Erfassungsbereich der Kamera gebrachtes Bauelement mit einem scharfen Bild erfasst werden kann.
Gemäß Anspruch 8 weist der Bestückkopf mehrere in einer Zeile angeordnete Haltevorrichtungen auf. Dies ermöglicht eine hohe Bestückleistung, da durch den Bestückkopf gleichzeitig eine Mehrzahl von Bauelementen aufgenommen und zu dem Bestückbe¬ reich transportiert werden können.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Haltevorrichtungen auch in mehr als einer Zeile angeordnet sein können, wobei dann bevorzugt eine Kamera mit einer der Anzahl der Zeilen ent¬ sprechenden Anzahl an Sensoren ausgestattet sein sollte. Dann können jeweils zwei Bauelemente gleichzeitig erfasst werden, welche von zwei Haltevorrichtungen aufgenommenen sind, die benachbarten unterschiedlichen Zeilen zugeordnet sind.
Gemäß Anspruch 9 ist zusätzlich ein Lichtumlenkelement vorge¬ sehen, welches relativ zu der Kamera und zu dem Trägerarm ortsfest angeordnet ist. Das Lichtumlenkelement kann dabei Spiegel, Prismen oder beliebige andere optische Elemente, welche einen optischen Strahlengang beeinflussen. Auf diese Weise kann die Unterseite der aufgenommenen Bauelemente erfasst werden, ohne dass die Kamera unterhalb der Haltevor- richtungen angebracht sein muss. Dies ermöglicht einen kom¬ pakten Aufbau der aus Kamera und Lichtumlenkelement bestehen¬ den Sensorvorrichtung. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform.
In der Zeichnung zeigen in schematischen Darstellungen Figur 1 eine Bestückvorrichtung, wobei sich der schwenkbar gelagerte Bestückkopf in einer Ausgangsposition be¬ findet, und Figur 2 die in Figur 1 dargestellte Bestückvorrichtung, wobei sich der schwenkbar gelagerte Bestückkopf in einer Messposition befindet.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, umfasst die Bestück- Vorrichtung eine entlang einer y-Richtung verlaufende erste Linearführung, die mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. An der Linearführung 1 ist ein querstehender Trägerarm 2 entlang der y-Richtung verschiebbar gelagert, welcher Trägerarm 2 seinerseits eine zweite Linearführung 3 umfasst. Die Linear- führung 3 verläuft parallel zu der Längsersteckung der Trä¬ gerarms 2 entlang einer x-Richtung, die bevorzugt senkrecht zu der y-Richtung verläuft.
An dem Trägerarm 2 ist ein Bestückkopf 20 entlang der x- Richtung verschiebbar gelagert. Der Bestückkopf 20 umfasst eine Mehrzahl von parallel angeordneten Saugpipetten 21 zur temporären Aufnahme von jeweils einem Bauelement. Die Saugpi¬ petten 21 sind über nicht dargestellte Antriebe entlang der Längsachse der einzelnen Saugpipetten 21 individuell ver- schiebbar, so dass durch eine entsprechende Bewegung einer
Haltevorrichtung ein Bauelement von einer nicht dargestellten Bauelemente-Zuführeinrichtung abgeholt und nach einem Trans¬ port hin zu einer Bestückposition auf einem ebenfalls nicht dargestellten Bauelementeträger aufgesetzt werden kann, ohne dass der gesamte Bestückkopf bewegt werden muss. Der Bestückkopf 20 ist über einen Schwenkmechanismus 10 an dem Trägerarm 2 befestigt. Der Schwenkmechanismus 10 weist einen Schlitten 11 und eine Schwenkplatte 12 auf. Wie aus Figur 2 ersichtlich, kann die Schwenkplatte 12 relativ zu dem Schlitten 11 eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse aus¬ führen, die parallel zu der x-Richtung orientiert ist. Bei einer Schwenkbewegung, beispielsweise um 30°, werden von den Saugpipetten 21 aufgenommene Bauelemente automatisch in den Erfassungsbereich einer Kamera 30 gebracht. Die räumliche Lage des Erfassungsbereiches wird durch die Anordnung und die optischen Eigenschaften eines Lichtumlenkelement 32 bestimmt, welches eine nicht dargestellte Spiegelanordnung umfasst. Auf diese Weise können selbst bei einer oberhalb des Bestückkop¬ fes angeordneten Kamera 30 aufgenommene Bauelemente von unten, d.h. von der den Saugpipetten abgewandten Seite er- fasst werden. Die Bauelementerfassung erfolgt dann durch eine Bewegung des Bestückkopfes entlang der x-Richtung, so dass nachfolgend sämtliche von dem Bestückkopf 20 aufgenommene Bauelemente erfasst werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass es in diesem Zusammenhang keine Rolle spielt, ob die Kamera 30 einen flächigen Sensor oder einen Zeilensensor aufweist, da sämtliche Bauelemente durch eine entsprechende Bewegung des Bestückkopfes nachein- ander erfasst werden können. Bei der Verwendung eines Zeilen¬ sensors erfolgt die Erfassung der Bauelemente durch eine kontinuierliche Bewegung des Bestückkopfes 20, wobei die dadurch aufgenommenen einzelnen Bildzeilen in einer der Kamera 30 nachgeschalteten und nicht dargestellten Auswerte- einheit zu einem zweidimensionalen Bild zusammengesetzt werden. Bei der Verwendung eines flächigen Kamerasensors wird der Bestückkopf 20 mittels einer getakteten Bewegung entlang der x-Richtung verfahren, so dass jeweils für eine vorgegebe¬ ne Belichtungszeit eines der aufgenommenen Bauelemente er- fasst wird. Im Folgenden wird der Ablauf der Bestückung eines Bauelemen¬ teträgers mit Bauelementen unter Verwendung des Bestückkopfes 20 kurz erläutert.
Die Bestückung beginnt damit, dass der Bestückkopf 20 in den Bereich einer nicht dargestellten Bauelement-Zuführ¬ einrichtung gefahren wird, wobei sich der Bestückkopf 20 in der in Figur 1 dargestellten Ausgangsposition befindet. Die Kamera 30 und das Lichtumlenkelement 32 sind relativ zu dem in der Ausgangsposition befindlichen Bestückkopf 20 derart angeordnet, dass ein ungehindertes Abholen von Bauelementen von der Bauelement-Zuführeinrichtung möglich ist.
Danach wird der Bestückkopf 20 durch eine Verfahrbewegung unter anderem entlang der x-Richtung hin zu einem Bestückbe¬ reich oberhalb eines nicht dargestellten Bauelementeträgers verfahren. Während dieser Verfahrbewegung wird der Bestück¬ kopf 20 vorübergehend in eine Messposition ausgeschwenkt, in der die zuvor beschriebene Vermessung der Bauelemente statt- findet. Nach erfolgter Bauelementvermessung wird der Bestück¬ kopf 20 wieder in die Ausgangsposition zurückgeschwenkt und durch eine entsprechende Bewegung sowohl entlang der x- Richtung als auch entlang der y-Richtung derart positioniert, dass die Bauelemente an vorgegebenen Bestückpositionen auf dem nicht dargestellten Bauelementeträger aufgesetzt werden können. Auf diese Weise kann die Vermessung sämtlicher aufge¬ nommenen Bauelemente während der Zeitspanne durchgeführt werden, in der sich der Bestückkopf 20 von der Bauelement- Zuführeinrichtung hin zu dem Bestückbereich bewegt.
Einige Komponenten der Bestückvorrichtung wie beispielsweise ein Elektronikmodul oder einige Bauteile einer pneumatischen Einrichtung, welche zur Bereitstellung eines Unterdrucks an den Saugpipetten 21 erforderlich ist, können an dem Trägerarm 2 angeordnet werden und müssen demzufolge lediglich in y- Richtung bewegt werden. Somit kann die Masse und damit die mechanische Trägheit des im Vergleich zum Trägerarm 2 zusätz- lich in x-Richtung beweglichen Bestückkopfes 20 gering gehal¬ ten werden. Dies erlaubt eine zügige Bewegung des Bestückkop¬ fes 20, so dass eine hohe Bestückleistung erreicht werden kann.
Zusammenfassend kann festgestellt werden: Die Erfindung schafft eine Bestückvorrichtung, bei der ein Bestückkopf 20 mittels einer Flächen-Positioniereinrichtung zweidimensional bewegt werden kann. Die Positioniereinrichtung umfasst eine erste Linearführung 1, an welcher ein querstehender Trägerarm 2 verschiebbar gelagert ist. An dem Trägerarm 2 ist eine zweite Linearführung 3 ausgebildet, an welcher der Bestück¬ kopf 20 verschiebbar gelagert ist. Eine Kamera 30 ist an dem Trägerarm 2 ortsfest befestigt und zur Erfassung von durch den Bestückkopf 20 aufgenommenen Bauelementen eingerichtet. Erfindungsgemäß ist ein Schwenkmechanismus 10 zum Ändern der Winkellage des Bestückkopfes 20 vorgesehen. Der Bestückkopf 20 kann zwischen einer Ausgangsposition und einer Messpositi¬ on geschwenkt werden. Ein Bauelement kann lediglich dann von dem Bestückkopf 20 aufgenommen werden, wenn sich der Bestück¬ kopf 20 in der Ausgangsposition befindet. Ein aufgenommenes Bauelement kann lediglich dann von der Kamera 30 erfasst werden, wenn sich der Bestückkopf 20 in der Messposition befindet. Auf diese Weise ist ein freies Abholen von Bauele- menten von einer Bauelement-Zuführeinrichtung und ein freies Aufsetzen der Bauelemente in einem Bestückbereich möglich und eine Kollision zwischen dem Bestückkopf 20 und der Kamera 30 ausgeschlossen.
Bezugszeichenliste
1 erste Linearführung (y-Richtung)
2 Trägerarm 3 zweite Linearführung (x-Richtung)
10 Schwenkmechanismus
11 Schlitten
12 Schwenkplatte 20 Bestückkopf 21 Saugpipette
30 Kamera
31 Halterung
32 Lichtumlenkelement

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen, mit • einer stationären ersten Linearführung (1) , welche entlang einer y-Richtung verläuft,
• einem zu der ersten Linearführung (1) querstehenden Träger¬ arm (2) , welcher an der stationären ersten Linearführung (1) entlang der y-Richtung verschiebbar gelagert ist, • einer an dem Trägerarm (2) angeordneten zweiten Linearfüh¬ rung (3) , welche entlang einer x-Richtung verläuft,
• einem Bestückkopf (20),
- welcher an der zweiten Linearführung (3) entlang der x- Richtung verschiebbar gelagert ist und - welcher zumindest eine entlang einer Längsachse des Be¬ stückkopfes (20) verschiebbar gelagerte Haltevorrichtung (21) zum temporären Aufnehmen eines Bauelements aufweist, und
• einer Kamera (30) , - welche an dem Trägerarm (2) ortsfest befestigt ist und
- welche zur Erfassung von an der Haltevorrichtung (21) aufgenommenen Bauelementen eingerichtet ist, wobei zwischen dem Bestückkopf (20) und der zweiten Linearführung (3) zusätzlich ein Schwenkmechanismus (10) zum Ändern der Winkellage des Bestückkopfes (20) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Schwenkmechanismus (10) eine Schwenkachse aufweist, welche parallel zur x-Richtung ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Schwenkmechanismus (10) derart eingerichtet ist, dass der Bestückkopf (20) zwischen einer Ausgangsposition und einer Messposition schwenkbar ist, wobei • ein Bauelement lediglich dann von dem Bestückkopf (20) aufgenommen werden kann, wenn sich der Bestückkopf (20) in der Ausgangsposition befindet, und
• ein aufgenommenes Bauelement lediglich dann von der Kamera (30) erfasst werden kann, wenn sich der Bestückkopf (20) in der Messposition befindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Schwenkmechanismus (10) ein Federelement aufweist, wel- ches bei einer Auslenkung des Bestückkopfes (20) aus seiner
Ausgangsposition auf den Bestückkopf (20) eine Rückstellkraft ausübt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei der der Schwenkmechanismus (10) ein Auslenkelement aufweist, mit dem der Bestückkopf (20) in die Messposition bringbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Kamera (30) an der Mitte des Trägerarms (2) befestigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Kamera (30) einen Zeilensensor oder einen Flächensensor aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Bestückkopf (20) mehrere in einer Zeile angeordnete Haltevorrichtungen (21) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei der zusätzlich ein Lichtumlenkelement (32) vorgesehen ist, wel¬ ches relativ zu der Kamera (30) und zu dem Trägerarm (2) ortsfest angeordnet ist.
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