用于放置电子构件的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于将电子构件放置在电路板上的方法和设备。

背景技术：

在已知的修改系统中，修理或维修电路板、组件或印刷电路板(PCBs)。对此，在应用热源的情况下从电路板或印刷电路板(PCB)拆焊各个电子构件或表面贴装器件(SMDs)并且重新焊接。

在此从现有技术中已知的是，借助于抓取装置拿起电子构件并且在重新放置电子构件之前借助于摄像机监视的实况图像通过操作者在构件下侧和电路板上侧之间建立重叠。

一旦操作者建立的重叠达到了最优，那么构件就由抓取装置放置到电路板上。然而该做法的缺点在于，电路板上的构件取向或者构件放置的质量决定性地取决于操作者的经验和资质，从而仅能够由有经验的操作者执行准确的构件取向或者构件放置。

此外，用于使构件取向或者构件放置自动化已知的是，分别拍摄来自构件下侧和电路板上侧的图像，并且借助于计算机辅助的图像处理来识别电子构件的针脚和电路板的要接触的接触面，并且电子构件在该图像处理的结果的基础上在电路板上取向，以使得借助于图像处理识别的针脚与借助于图像处理识别的接触面重叠。

然而该做法具有缺点，因为这样的自动化的构件取向或者构件放置不总是可靠地运行。在多个构件和电路板的情况中，构件取向或者构件放置由于可能存在于照明、电路板结构或构件结构中的干扰影响而不总是可靠地进行，从而最终再次必需通过操作者进行手动驱控的取向，其精度决定性地取决于相应的操作者的资质和经验。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供一种用于放置电子构件的方法和装置，其避免了所述的缺点，即特别地提供了一种用于放置电子构件的方法和装置，利用其能够将大量的构件简单且精确地在电路板上取向。

该目的通过用于将电子构件放置在电路板上的方法实现。根据本发明的方法包括下述步骤：将第一构件类型的待放置的构件放置在起始位置中；建立待放置的构件的构件图；建立第一电路板区域类型的电路板的电路板区域图；基于构件图和第一构件类型的参考构件的之前存储的参考构件图的图像重叠，并基于之前存储的参考起始位置、参考构件从参考起始位置到第一电路板区域类型的参考电路板上的参考终点位置中的之前存储的参考行进路径，并基于电路板区域图和参考电路板的之前存储的参考电路板区域图的图像重叠，计算用于将待放置的构件从起始位置行进到电路板上的终点位置中的行进路径；将待放置的构件沿着行进路径行进到终点位置中。

因此，与现有技术相比刚好不进行计算机辅助的以下图像处理，在其中识别电子构件的针脚和电路板的待接触的接触面并且随后重叠。更确切地说，基于第一电路板区域类型的参考电路板上的第一构件类型的参考构件的之前存储的参考行进路径实现行进路径的计算。第一电路板区域类型的电路板上的第一构件类型的待放置的构件以及电路板自身在放置时的微小偏差，能够通过构件图和参考起始位置中的参考构件图的图像重叠以及通过电路板区域图和参考电路板区域图的图像重叠来补偿。因此，图像重叠能够特别有利地在没有干扰影响的情况下执行，因为图像重叠分别仅在一个构件类型的构件图和因此一致或近似一致的参考构件图之间以及在一个电路板区域类型的电路板区域图和因此一致或近似一致的参考电路板区域图之间进行。已证实的是，能够更可靠地执行一致或近似一致的图像的图像重叠。

在此，构件类型理解为一致或近似一致的类型相同的构件。电路板区域类型的电路板理解为具有与其它的电路板的区域一致或近似一致的类型相同的区域的电路板。因此，也能够为第二或第三构件类型和第二或第三电路板区域类型等执行该方法。

该方法的一个特别有利的设计方案提出，在存储参考构件图和参考起始位置之前建立参考构件图并且在参考起始位置中放置参考构件，其中，参考构件随后沿着参考行进路径从参考起始位置行进到参考电路板上的参考终点位置中，并且其中，当参考构件到达参考终点位置中时，存储参考行进路径。接下来第一构件类型的参考构件为了放置在第一电路板区域类型的参考电路板上进行记忆，从而能够自动实现随后将第一构件类型的电子构件放置在第一电路板区域类型的电路板上。这样的记忆在本领域中也被称为“教导”。有利地，在“教导”时也建立和存储参考电路板的参考电路板区域图。

特别有利地在此证实的是，手动地实现将参考构件从参考起始位置行进到参考终点位置中。在此，手动地行进理解为通过操作者手动地驱控行进装置的操作区。在此特别有利的是，由目光敏锐的特别有经验的操作者执行将参考构件从参考起始位置行进到参考终点位置中，从而能够尽可能准确地实现将参考构件放置在参考电路板上。

此外特别有利的是，通过坐标变换实现行进路径的计算，并且计算由构件图和参考构件图的图像重叠的旋转和平移、参考行进路径的旋转和平移以及电路板区域图和参考电路板区域图的图像重叠的旋转和平移组成。

在该方法的另一个有利的设计方案中提出，在行进之前由抓取装置抓取并且提升待放置的构件。

有利地，在行进电路板上之后在终点位置中放下待放置的构件或者在终点位置中将待放置的构件落到电路板上。在此能够实现的是，抓取装置在之前确定的高度释放构件，从而使其受到重力作用落到电路板的终点位置中。

为了简化从构件下侧建立构件图或参考构件图而特别有利的是，在玻璃板上实现将构件放置在起始位置中。在该情况中，建立起始位置中的构件图和/或参考构件图。为了特别地通过操作者手动地将构件或参考构件放置在玻璃板上，玻璃板有利地具有用于定位构件或参考构件的标记。

除了用于定位构件的标记之外，玻璃板能够具有所谓的基准(Fiducials)，其能够用于所谓的映射并且用于在映射时这样支持从上对准构件的摄像机和从下对准构件的摄像机的校准，即构件图或参考构件图能够包含在构件或参考构件的从构件上侧建立的图像中。

特别有利的是，分别标记构件和电路板，以使得能借助于摄像机识别构件方位。特别地能够提出，通常设计为矩形的构件和电路板在拐角区域具有光学标记，借助于其能够通过摄像机确定构件方位。例如能够设置为，构件具有所谓的针脚-1-识别。当玻璃板具有用于定位构件的标记时，特别优选的是，设计标记以使得其预设用于定位构件的基础位置。这是特别有利的，因为已证明的是，当构件以相对于基础位置小于45°的角度错位布置在玻璃板上时，那么根据本发明的方法就特别良好地运行。

此外特别有利的是，从电路板上侧拍摄电路板区域图和参考电路板区域图。

开头所述的目的还通过用于放置电子构件的设备实现，其设计用于实施根据本发明的方法。该设备的特征在于，设备具有至少一个、优选两个摄像机，其设计用于建立构件图、参考构件图、电路板区域图和参考电路板区域图，并且设备具有控制装置，其设计用于计算行进路径，并且控制装置具有存储装置，其设计用于存储参考构件图、参考起始位置、参考行进路径和参考电路板区域图，并且设备具有用于抓取待放置的构件的抓取装置。

在该设备的一个有利的设计方案中提出，设备具有驱动单元，其设计用于使抓取装置沿着行进路径行进。在此特别有利的是，抓取装置设计为优选地能在至少三个轴线中运动。有利地，用于使抓取装置沿着行进路径行进的驱动单元能由控制装置驱控。

在设备的一个特别有利的设计方案中提出，抓取装置具有真空运行的负压抓取装置。借助于这样的负压抓取装置能够将起始位置处的构件提升，借助于驱动单元沿着行进路径进行并且放置在终点位置处。这样的真空运行的负压抓取装置在本领域中也被称为放置喷嘴。有利地，负压抓取装置或放置喷嘴设计为能更换的，其中，为第一构件类型的构件应用第一喷嘴类型的放置喷嘴，并且为第二构件类型的构件必要时应用第二喷嘴类型的放置喷嘴。为了辨别各种喷嘴类型能够提出，放置喷嘴具有辨别特征，其能够被光学地辨别。借助于负压抓取装置能够有利地从构件上侧抓取或吸取待放置的构件。然而也能考虑的是，抓取装置构造为具有抓取爪的抓取器，借助于其能够从构件侧或构件边缘抓取待放置的构件。

该设备的一个有利的改进方案提出，设备具有用于在起始位置中放置构件的玻璃板。应用用于放置构件的玻璃板是特别有利的，因为能够因此以简单的类型和方式从构件下侧建立构件图和参考构件图。为了放置构件，玻璃板有利地具有用于定位构件的标记。

为了阻止电路板在设备中滑动，特别有利的是，设备具有电路板保持件，其设计用于地点固定地紧固电路板。

附图说明

从下述详细描述和阐述本发明的描述中得出另外的细节和有利的改进方案。

在此示出：

图1是用于在所谓的教导时将电子构件放置在电路板上的根据本发明的设备的示意图；

图2是具有布置在玻璃板上的构件的根据图1的根据本发明的设备的侧视剖面图；

图3是具有电路板的根据图1的根据本发明的设备的侧视剖面图；

图4是按照根据本发明的方法的构件图和参考构件图的图像重叠的方法步骤的示意图；

图5是根据本发明的方法的电路板区域图和参考电路板区域图的图像重叠的方法步骤的示意图。

图1至5总体用于描述本发明的设备10以及根据本发明的方法。在附图中，相应的部件和元件用相应的标号标注。

具体实施方式

图1示出了用于在记忆或教导设备10时将图2示出的电子构件14放置在图3示出的电路板16上的根据本发明的设备10的示意图。设备10具有两个摄像机18，20。此外，设备10具有带有存储装置24的控制装置22。

此外，设备10具有用于抓取待放置的构件14的抓取装置26和用于使抓取装置26沿着至少3个轴线行进的驱动单元28。图1示意性地示出了两个行进方向，其中，Z方向上的行进方向通过箭头30标记，并且其中，X或Y方向上的行进方向通过箭头32标记。驱动单元28能由控制装置22借助于数据线路29驱控。抓取装置26能够例如具有真空运行的负压抓取装置。

设备10具有用于放置构件14的玻璃板34以及用于地点固定地紧固电路板16的电路板保持件36。对此，电路板保持件36能够例如具有附图未示出的保持夹。

根据本发明的设备10现在如下运行：

当要将第一构件类型的构件14放置在第一电路板区域类型的电路板16上时，首先需要所谓的记忆或教导设备10。

对此，将玻璃板34上的第一构件类型的参考构件38通过操作者手动地放置在图1中以虚线标记的参考起始位置40中。随后在参考起始位置40中借助于第一摄像机20从构件下侧41建立参考构件38的参考构件图。

随后，由抓取装置26在构件上侧43处抓取参考构件38，并且手动地通过操作者借助于驱动单元28沿着由旋转和平移组成的参考行进路径从参考起始位置38行进到第一电路板区域类型的参考电路板46上的参考终点位置44中并且在那里放下。平移在图1中通过箭头42标记。

由地点固定地紧固在电路板保持件36处的参考电路板46借助于第二摄像机18从电路板上侧47建立参考电路板46的参考电路板区域图。

参考构件图、参考起始位置40、参考行进路径以及参考电路板区域图存储在控制装置22的存储装置24中。该步骤也被称为所谓的记忆或教导。

参考构件38从参考起始位置40到参考终点位置44中的运动、即参考行进路径，包括参考构件38绕着旋转中点48在箭头50的方向上旋转直到到达参考构件38的在图1中以实线示出的位置52。参考构件38从参考起始位置40到参考终点位置44中的运动、即参考行进路径还包括在图1中示例性地通过箭头42示出的、在旋转中点48之间示出的平移。在参考终点位置44中，参考构件38的接触面52与参考电路板46的接触面54叠放，以使得当参考构件38借助于驱动单元28下落到参考电路板46上时实现接触面52，54的相互的接触。

为了将第一构件类型的待放置的构件14自动放置在第一电路板类型的电路板16上，在记忆或教导之后再次由操作者如图2所示那样将第一构件类型的构件14放在起始位置中的玻璃板34上。随后，借助于第一摄像机20从构件下侧41建立构件图。

此外，第一电路板类型的电路板16地点固定地紧固在电路板保持件36上，并且如图3所示那样从电路板上侧47建立第一电路板区域类型的电路板16的电路板区域图。

随后，进行用于将待放置的构件14从起始位置行进到电路板16上的终点位置中的行进路径的计算。该计算基于图4示意性示出的起始位置中的构件图和之前存储的参考起始位置40中的之前存储的参考构件图的图像重叠来进行。

行进路径的计算还基于参考构件38从参考起始位置40到第一电路板区域类型的参考电路板46上的参考终点位置44中的之前存储的参考行进路径进行，该参考行进路径由沿着箭头42的平移以及绕着旋转中点48在箭头50的方向上的旋转组成。

此外，行进路径的计算基于图5示意性示出的电路板区域图和之前存储的参考电路板区域图的图像重叠进行。

图4示意性地以点线示出了待放置的构件14的构件图56。在以已知的图像识别方法为基础的图像重叠的基础上实现由旋转和平移组成的运动。

构件图56的旋转中点48首先与参考构件图的旋转中点48通过由箭头57标记的旋转重叠。该中间步骤在图4中以虚线示出并且具有标号58。随后，绕着旋转中点48在箭头60的方向上旋转直到构件图56和参考起始位置40中的参考构件图精确地重叠。该情况在图4中以实线标记。

与此类似地，图5再次示出了电路板区域图62和之前存储的参考电路板区域图的重叠，该重叠同样以已知的图像识别方法为基础。其同样实现了由旋转和平移组成的运动。

对此，图5示出了第一电路板区域类型的电路板16的以示意性点线示出的电路板区域图62。电路板区域图62的旋转中点64首先与参考电路板区域图的旋转中点48重叠。该重叠通过以箭头66标记的平移实现。该中间步骤在图5中以虚线示出并且具有标号68。随后，绕着旋转中点64在箭头70的方向上旋转直到电路板区域图62和参考电路板区域图精确地重叠。该情况在图5中以实线标记并且具有标号72。

最后，行进路径的计算通过坐标变换实现，并且该计算由构件图56和参考构件图的图像重叠的旋转和平移、参考行进路径的旋转和平移以及电路板区域图62和参考电路板区域图的图像重叠的旋转和平移组成。

在计算了行进路径之后，由抓取装置26抓取起始位置处的构件14，并且借助于由控制装置22驱控的驱动单元28沿着行进路径在X/Y方向上行进到电路板16上的终点位置中，并且在Z方向上下落到电路板16上。

通过分别在一致的构件类型的构件图56和参考构件图之间以及一致的电路板区域类型的电路板区域图62和参考电路板区域图之间的重叠，能够使图像重叠的外部干扰影响最小化，其中，能够以简单和精确的类型和方式实现构件14在电路板16上的自动放置。