为基底装夹元件的装置和这种装置的校准方法
专利名称：为基底装夹元件的装置和这种装置的校准方法
技术领域：
本发明涉及为基底装夹元件的装置的一种校准方法以及权利要求7前序部分所述的为基底装夹元件的一种装置。
用元件装夹基底时可达到的定位精度在未来将获得不断增加的意义。定位精度取决于自动装夹机的制造精度。为了补偿制造精度，使用校准方法来单独测量自动装夹机。
WO 98/42171提出了一种方法和装置来测量电组件的制造装置，即在具有元件模拟器的自动装夹机中配置一块测试板。模拟器具有确定的标记，而测试板则设置在具有高位置精度的当地参考点的标记附近。一个作为位置分辨传感器用的自动装夹机的印刷电路板摄像机依次经过这些标记和参考点。每个标记和参考点都位于摄像机的探测范围。这种校准方法由于要用特别配置的测试板和模拟器，一般需要花时间改造自动装夹机，因此这种校准一般只能在机器投入运行后和在规定的定期维修间隔内进行。
WO 97/38567提出了为基底装夹元件的一种方法和装置，其中是这样提高定位精度的，在机器上固定安装一块参考板，这块参考板同时由一个元件摄像机和一个印制板摄像机进行摄像。通过对该参考板的同时摄像，可精确地确定元件摄像机和印制电路板摄像机之间的距离，并在下一个装夹过程进行考虑。
在此期间，装夹精度的温度依赖性对装夹精度的越来越高的要求也起一定的作用。这已经导致了对自动装夹机“热运行”的诸多要求。
对具有一个在门架系统内运动的装夹头的自动装夹机来说，门架的温度不但与环境温度有关，而且还与门架轴的实际移动距离有关。把一台一次热运行的机器作为恒定不变的近似假定是不再适用于不断增加的精度要求的。所以，本发明的目的是提出一种自动的方法和一种实施该方法的装置来自动识别和补偿机器运行时间内由于温度影响引起的变形，而不需要操作者的介入。
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的方法和一种具有权利要求7所述特征的装置来实现的。
为此，在自动装夹机装夹范围的不同位置上设置若干校准标志，确定它们到一个摄像机位置的相对位置，并在下一个装夹过程考虑确定出的相对位置。用这种参考测量检验机器的精度。这样，除了可测量机器的总变形小，还可测量门架变形。
在按权利要求2所述的方法的一个优选方案中，对环境温度进行测量，并根据测出的温度对一个规定的温度上升进行一次重新的校准。从而减少了环境温度对装夹精度的影响。
根据权利要求3，在规定的时间结束后，也可进行一次重新的校准。这种方法的优点是，可识别和补偿在这个时间过程中产生的门架变形而与外界影响无关。根据权利要求4，如果自动装夹机用一个新的装夹程序进行，则可在一个适当的瞬间进行一次重新的校准。
根据权利要求5，本发明的校准方法最好在该装置在一条生产线上的前面机器例如由于空的供料单元而出现停机时间的情况下使用。
根据权利要求6，在一次重新校准的过程中，同样可重新测量要装夹的基底，以便在装夹过程中校正该处产生的误差。
如果按权利要求8沿x-y定位系统的两个标出的方向之一设置校准点，则可特别方便地确定x-y定位系统的门架变形，因为门架轴一般也位于这个方向内。
根据权利要求9，校准标记可设置在装夹区的边缘上，以便也可测量进行装夹的部位的门架。
根据权利要求10，设置校准标志的合适位置平行于基底的运输装置或在该运输装置上。
根据权利要求11，校准标记设置在输送装置的输送侧板以外，这样，有序的装夹过程就可无干扰地通过校准标记。
另一方面，也可按权利要求12把校准标记设置在输送装置的输送侧板以内，并在输送装置的运行过程中用一个翻转机构可从该输送装置放下去或翻转出来。
为了装夹头上的摄像机对校准标记的最佳识别，按权利要求13校准标记应布置在所装夹基底的表面的相同高度内。
根据权利要求14，通过使用一种耐热材料例如陶瓷，可达到校准标记位置的很小的温度依赖性。
根据权利要求16，通过把校准标记设置在一个玻璃条上，可达到校准标记的特别好的识别。另一种办法是，也可用单个的标记或按权利要求15使用放入的针。
根据权利要求17，最好在校准标志的旁边设置另一个用来存放别的校准工具，例如组件的上述模拟器。
下面结合附图所示的一个实施例来详细说明本发明。
附图表示
图1为基底装夹元件的一种装置的示意俯视图，该装置配有两个门架；图2为基底装夹元件的装置的示意俯视图，图中示意画出了一个门架的变形；图3a设置校准标志的一个方案，该方案减少了校准标志数目；图3b设置校准标志的一个方案，该方案具有一个附加的校准工具。
图1表示为基底装夹元件的一种装置即一种自动装夹机1的示意图，该自动装夹机具有两个装夹头2。装夹头2具有许多吸移管3，用它们从没有画出的供料单元吸取元件并把元件装夹到位于装夹区4的基底上。为此，装夹头2被安装在一个门架5上而在所示的X方向内运动，而门架5则布置在一根与固定机架牢固连接的横梁6上而可在所示的Y方向内运动。基底例如印刷电路板用一个运输装置7从一个仓库中取出并运送到装夹区4，在进行装夹后又从装夹区4运出。图中还画出了作为运输装置7的边缘的侧板8。印刷电路板具有一些标志，这些标志被布置在装夹头2上的摄像机10摄下，且从摄像机摄取的这些标志的位置和必要时还有印刷电路板变形都在一个图中未画出的控制装置中确定。这个位置和印刷电路板变形在控制装置中对装夹过程进行考虑，使印刷电路板的变形在XY方向内定位时被补偿。
图2用虚线14示意表示门架变形，这种变形可能由于门架上的不同温度所致。特别是，在用碳纤维增强的塑料制成的门架时，由于这种塑料的导热能力差，输入的热不导走，而导致局部受热。局部受热的位置由装夹程序来确定。如果一台驱动装夹头2沿门架5运动的直线电动机的直线导向和磁吸盘固定在门架5的侧边，则由于不同热膨胀系数引起的门架5的任何弯曲都可直接在Y方向内作为定位错误看出。
所以，在装夹区的边缘上布置了许多校准标志11。这些校准标志11位于自动装夹机1的机架的一个或多个位置上，如图1和2所示，借助于沿运输装置7设置的一系列校准标志11除了可测定总的变形外，还可测定门架变形。校准标志11设置在要装夹的印刷电路板的相同高度内，所以最好布置在运输装置7的运输侧板8以外。
在自动装夹机通过一个相对于机架在一个方向内运动的印制电路板传送器和通过一个基本上在垂直方向内运动的装夹头来定位时，则校准标志最好安装在印制电路板传送器上。
校准标志11现在与印制电路板的标志的测定一起启动，并将测量结果作为参考值存储起来。如果出现机器运行时间改变的迹象，则须进行一次重新的校准测量。例如在温度变化超出预定的温差、一个预定的最大时差的结束或装夹程序改变时。此外，偶然产生的停机时间(例如由于生产线内前面布置的自动装夹机的空的供料单元)被利用来进行一次重新的校准测量，并把最大时间的计时器重新置零。
设置校准标志可有不同的方案。一种方案是，标志例如可作为玻璃条12直接布置在运输装置7的输送侧板8的旁边，如图1和2所示。但如果附加设置了一个翻转或升降机构，来把校准标志11在基底的运输过程中从运输区翻转或移动出来，则也可设置在输送侧板8以内。
除玻璃条外，也可用别的耐温材料例如陶瓷作为校准标志的载体。作为校准标志在一种材料中放入针或在一种材料的精确位置上钻孔也是适宜的。
其中，标志的数目是可以改变的。在某些情况中，二至三个标志已足够，如图3a所示。在整个长度上设置的标志越多，门架变形的过程就可确定得越精确。在图3b所示的另一个方案中，也可用校准标志的区域来放置别的校准工具例如模拟器20，用这些模拟器可装配一块测试板。
原则上，装夹区4的全部四边都可作为布置位置。在假定门架5的变形大于机架的变形的情况下，则优先在X方向定位。
通过本发明方法和本发明装置可测量和补偿门架系统的温度依赖性。由于没有操作者的介入，测量过程是全自动化的，所以提高了定位精度。
权利要求
1.为基底装夹元件的一种装置的校准方法，该装置具有一个机架、一个定位系统和一个装夹头(2)，以及一个摄像机(10)，元件用该装夹头从一个供料单元中取出并放到一块位于该装置的装夹区的基底上，而该摄像机则用来摄取基底标志，其中-用摄像机(10)摄取许多设置在装夹区不同位置上的校准标志(11)；-校准标志(11)到摄像机位置的相对位置在该定位系统上确定；-确定出的相对位置在下一个装夹过程进行考虑。
2.按权利要求1所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，测出环境温度，并在测出的温升超过一个预定的温差时进行一次新的校准。
3.按权利要求1或2所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在规定的时间结束后，进行一次重新校准。
4.按权利要求1、2或3所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在改变装夹程序后，进行一次重新校准。
5.按权利要求1至4任一项所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在该装置的停机过程中进行一次重新校准。
6.按权利要求1至5任一项所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在一次重新校准后，也要重新测量基底标志。
7.特别是实施权利要求1至6所述方法的为基底装夹元件的装置，具有一个机架、一个装夹头(2)、一个定位系统和一个用来摄取基底标志的摄像机(10)，元件用该装夹头从一个供料单元取出并放到一块位于该装置装夹区内的基底上，该定位系统设计成可使装夹头(2)在x-y方向内相对于基底运动，其特征为，在摄像机(10)的可达视场内，在该装置的多个位置上设置了校准标志(11)。
8.按权利要求7所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，该定位系统作为x-y定位系统具有一个门架(5)，装夹头(2)固定在该门架上；摄像机(10)固定在该装夹头上；校准标志(11)沿x-y定位系统的两个标出方向之一(X或Y)固定布置在机架上。
9.按权利要求7或8所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在装夹区(4)的边缘上。
10.按权利要求7、8或9所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)沿基底的运输装置(7)布置。
11.按权利要求10所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在运输装置(7)的输送侧板(8)以外。
12.按权利要求7至10任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在运输装置(7)的输送侧板(8)以内，并在运输装置(7)的运行过程中，用一个翻转或升降机构可在输送侧板以内或以外的一个区域内进行翻转或移出。
13.按权利要求7至12任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在基底表面的相同高度内。
14.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设置在一种耐温度变化的材料(12)上。
15.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设计成放入一种材料中的针。
16.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设置在一个玻璃条(12)上。
17.按权利要求7至16任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，在校准标志旁边设置了一个其它校准工具的存放装置。
全文摘要
为了校准为基底装夹元件的装置，建议在装夹区(4)的周围设置若干校准标志(11)，这些校准标志用一个设置在装夹头(2)上的摄像机(10)进行测量。用校准标志(11)的测出位置可确定门架变形(14)。在装夹过程中，门架变形(14)被补偿。
文档编号H05K13/04GK1527661SQ200410001509
公开日2004年9月8日 申请日期2004年1月9日 优先权日2003年1月9日
发明者F·巴诺斯基, L·兰茨尔, B·奥恩里希, M·普吕菲尔, M·沃尔, F 巴诺斯基, 亩, 婪贫, 骼锵 申请人:西门子公司
技术领域：
本发明涉及为基底装夹元件的装置的一种校准方法以及权利要求7前序部分所述的为基底装夹元件的一种装置。
用元件装夹基底时可达到的定位精度在未来将获得不断增加的意义。定位精度取决于自动装夹机的制造精度。为了补偿制造精度，使用校准方法来单独测量自动装夹机。
WO 98/42171提出了一种方法和装置来测量电组件的制造装置，即在具有元件模拟器的自动装夹机中配置一块测试板。模拟器具有确定的标记，而测试板则设置在具有高位置精度的当地参考点的标记附近。一个作为位置分辨传感器用的自动装夹机的印刷电路板摄像机依次经过这些标记和参考点。每个标记和参考点都位于摄像机的探测范围。这种校准方法由于要用特别配置的测试板和模拟器，一般需要花时间改造自动装夹机，因此这种校准一般只能在机器投入运行后和在规定的定期维修间隔内进行。
WO 97/38567提出了为基底装夹元件的一种方法和装置，其中是这样提高定位精度的，在机器上固定安装一块参考板，这块参考板同时由一个元件摄像机和一个印制板摄像机进行摄像。通过对该参考板的同时摄像，可精确地确定元件摄像机和印制电路板摄像机之间的距离，并在下一个装夹过程进行考虑。
在此期间，装夹精度的温度依赖性对装夹精度的越来越高的要求也起一定的作用。这已经导致了对自动装夹机“热运行”的诸多要求。
对具有一个在门架系统内运动的装夹头的自动装夹机来说，门架的温度不但与环境温度有关，而且还与门架轴的实际移动距离有关。把一台一次热运行的机器作为恒定不变的近似假定是不再适用于不断增加的精度要求的。所以，本发明的目的是提出一种自动的方法和一种实施该方法的装置来自动识别和补偿机器运行时间内由于温度影响引起的变形，而不需要操作者的介入。
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述特征的方法和一种具有权利要求7所述特征的装置来实现的。
为此，在自动装夹机装夹范围的不同位置上设置若干校准标志，确定它们到一个摄像机位置的相对位置，并在下一个装夹过程考虑确定出的相对位置。用这种参考测量检验机器的精度。这样，除了可测量机器的总变形小，还可测量门架变形。
在按权利要求2所述的方法的一个优选方案中，对环境温度进行测量，并根据测出的温度对一个规定的温度上升进行一次重新的校准。从而减少了环境温度对装夹精度的影响。
根据权利要求3，在规定的时间结束后，也可进行一次重新的校准。这种方法的优点是，可识别和补偿在这个时间过程中产生的门架变形而与外界影响无关。根据权利要求4，如果自动装夹机用一个新的装夹程序进行，则可在一个适当的瞬间进行一次重新的校准。
根据权利要求5，本发明的校准方法最好在该装置在一条生产线上的前面机器例如由于空的供料单元而出现停机时间的情况下使用。
根据权利要求6，在一次重新校准的过程中，同样可重新测量要装夹的基底，以便在装夹过程中校正该处产生的误差。
如果按权利要求8沿x-y定位系统的两个标出的方向之一设置校准点，则可特别方便地确定x-y定位系统的门架变形，因为门架轴一般也位于这个方向内。
根据权利要求9，校准标记可设置在装夹区的边缘上，以便也可测量进行装夹的部位的门架。
根据权利要求10，设置校准标志的合适位置平行于基底的运输装置或在该运输装置上。
根据权利要求11，校准标记设置在输送装置的输送侧板以外，这样，有序的装夹过程就可无干扰地通过校准标记。
另一方面，也可按权利要求12把校准标记设置在输送装置的输送侧板以内，并在输送装置的运行过程中用一个翻转机构可从该输送装置放下去或翻转出来。
为了装夹头上的摄像机对校准标记的最佳识别，按权利要求13校准标记应布置在所装夹基底的表面的相同高度内。
根据权利要求14，通过使用一种耐热材料例如陶瓷，可达到校准标记位置的很小的温度依赖性。
根据权利要求16，通过把校准标记设置在一个玻璃条上，可达到校准标记的特别好的识别。另一种办法是，也可用单个的标记或按权利要求15使用放入的针。
根据权利要求17，最好在校准标志的旁边设置另一个用来存放别的校准工具，例如组件的上述模拟器。
下面结合附图所示的一个实施例来详细说明本发明。
附图表示
图1为基底装夹元件的一种装置的示意俯视图，该装置配有两个门架；图2为基底装夹元件的装置的示意俯视图，图中示意画出了一个门架的变形；图3a设置校准标志的一个方案，该方案减少了校准标志数目；图3b设置校准标志的一个方案，该方案具有一个附加的校准工具。
图1表示为基底装夹元件的一种装置即一种自动装夹机1的示意图，该自动装夹机具有两个装夹头2。装夹头2具有许多吸移管3，用它们从没有画出的供料单元吸取元件并把元件装夹到位于装夹区4的基底上。为此，装夹头2被安装在一个门架5上而在所示的X方向内运动，而门架5则布置在一根与固定机架牢固连接的横梁6上而可在所示的Y方向内运动。基底例如印刷电路板用一个运输装置7从一个仓库中取出并运送到装夹区4，在进行装夹后又从装夹区4运出。图中还画出了作为运输装置7的边缘的侧板8。印刷电路板具有一些标志，这些标志被布置在装夹头2上的摄像机10摄下，且从摄像机摄取的这些标志的位置和必要时还有印刷电路板变形都在一个图中未画出的控制装置中确定。这个位置和印刷电路板变形在控制装置中对装夹过程进行考虑，使印刷电路板的变形在XY方向内定位时被补偿。
图2用虚线14示意表示门架变形，这种变形可能由于门架上的不同温度所致。特别是，在用碳纤维增强的塑料制成的门架时，由于这种塑料的导热能力差，输入的热不导走，而导致局部受热。局部受热的位置由装夹程序来确定。如果一台驱动装夹头2沿门架5运动的直线电动机的直线导向和磁吸盘固定在门架5的侧边，则由于不同热膨胀系数引起的门架5的任何弯曲都可直接在Y方向内作为定位错误看出。
所以，在装夹区的边缘上布置了许多校准标志11。这些校准标志11位于自动装夹机1的机架的一个或多个位置上，如图1和2所示，借助于沿运输装置7设置的一系列校准标志11除了可测定总的变形外，还可测定门架变形。校准标志11设置在要装夹的印刷电路板的相同高度内，所以最好布置在运输装置7的运输侧板8以外。
在自动装夹机通过一个相对于机架在一个方向内运动的印制电路板传送器和通过一个基本上在垂直方向内运动的装夹头来定位时，则校准标志最好安装在印制电路板传送器上。
校准标志11现在与印制电路板的标志的测定一起启动，并将测量结果作为参考值存储起来。如果出现机器运行时间改变的迹象，则须进行一次重新的校准测量。例如在温度变化超出预定的温差、一个预定的最大时差的结束或装夹程序改变时。此外，偶然产生的停机时间(例如由于生产线内前面布置的自动装夹机的空的供料单元)被利用来进行一次重新的校准测量，并把最大时间的计时器重新置零。
设置校准标志可有不同的方案。一种方案是，标志例如可作为玻璃条12直接布置在运输装置7的输送侧板8的旁边，如图1和2所示。但如果附加设置了一个翻转或升降机构，来把校准标志11在基底的运输过程中从运输区翻转或移动出来，则也可设置在输送侧板8以内。
除玻璃条外，也可用别的耐温材料例如陶瓷作为校准标志的载体。作为校准标志在一种材料中放入针或在一种材料的精确位置上钻孔也是适宜的。
其中，标志的数目是可以改变的。在某些情况中，二至三个标志已足够，如图3a所示。在整个长度上设置的标志越多，门架变形的过程就可确定得越精确。在图3b所示的另一个方案中，也可用校准标志的区域来放置别的校准工具例如模拟器20，用这些模拟器可装配一块测试板。
原则上，装夹区4的全部四边都可作为布置位置。在假定门架5的变形大于机架的变形的情况下，则优先在X方向定位。
通过本发明方法和本发明装置可测量和补偿门架系统的温度依赖性。由于没有操作者的介入，测量过程是全自动化的，所以提高了定位精度。
权利要求
1.为基底装夹元件的一种装置的校准方法，该装置具有一个机架、一个定位系统和一个装夹头(2)，以及一个摄像机(10)，元件用该装夹头从一个供料单元中取出并放到一块位于该装置的装夹区的基底上，而该摄像机则用来摄取基底标志，其中-用摄像机(10)摄取许多设置在装夹区不同位置上的校准标志(11)；-校准标志(11)到摄像机位置的相对位置在该定位系统上确定；-确定出的相对位置在下一个装夹过程进行考虑。
2.按权利要求1所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，测出环境温度，并在测出的温升超过一个预定的温差时进行一次新的校准。
3.按权利要求1或2所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在规定的时间结束后，进行一次重新校准。
4.按权利要求1、2或3所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在改变装夹程序后，进行一次重新校准。
5.按权利要求1至4任一项所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在该装置的停机过程中进行一次重新校准。
6.按权利要求1至5任一项所述的为基底装夹元件的装置的校准方法，其特征为，在一次重新校准后，也要重新测量基底标志。
7.特别是实施权利要求1至6所述方法的为基底装夹元件的装置，具有一个机架、一个装夹头(2)、一个定位系统和一个用来摄取基底标志的摄像机(10)，元件用该装夹头从一个供料单元取出并放到一块位于该装置装夹区内的基底上，该定位系统设计成可使装夹头(2)在x-y方向内相对于基底运动，其特征为，在摄像机(10)的可达视场内，在该装置的多个位置上设置了校准标志(11)。
8.按权利要求7所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，该定位系统作为x-y定位系统具有一个门架(5)，装夹头(2)固定在该门架上；摄像机(10)固定在该装夹头上；校准标志(11)沿x-y定位系统的两个标出方向之一(X或Y)固定布置在机架上。
9.按权利要求7或8所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在装夹区(4)的边缘上。
10.按权利要求7、8或9所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)沿基底的运输装置(7)布置。
11.按权利要求10所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在运输装置(7)的输送侧板(8)以外。
12.按权利要求7至10任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在运输装置(7)的输送侧板(8)以内，并在运输装置(7)的运行过程中，用一个翻转或升降机构可在输送侧板以内或以外的一个区域内进行翻转或移出。
13.按权利要求7至12任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)布置在基底表面的相同高度内。
14.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设置在一种耐温度变化的材料(12)上。
15.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设计成放入一种材料中的针。
16.按权利要求7至13任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，校准标志(11)设置在一个玻璃条(12)上。
17.按权利要求7至16任一项所述的为基底装夹元件的装置，其特征为，在校准标志旁边设置了一个其它校准工具的存放装置。
全文摘要
为了校准为基底装夹元件的装置，建议在装夹区(4)的周围设置若干校准标志(11)，这些校准标志用一个设置在装夹头(2)上的摄像机(10)进行测量。用校准标志(11)的测出位置可确定门架变形(14)。在装夹过程中，门架变形(14)被补偿。
文档编号H05K13/04GK1527661SQ200410001509
公开日2004年9月8日 申请日期2004年1月9日 优先权日2003年1月9日
发明者F·巴诺斯基, L·兰茨尔, B·奥恩里希, M·普吕菲尔, M·沃尔, F 巴诺斯基, 亩, 婪贫, 骼锵 申请人:西门子公司
最新回复(0)