专利名称：与从层叠托盘拾取的电子元件相关的数据收集的制作方法
技术领域：
本发明涉及与从层叠托盘拾取的电子元件相关的数据收集，例如在一个电子元件置放机上，以及涉及使用这种收集数据来验证机器配置和跟踪这种元件的质量和库存量。
背景技术：
很多昂贵的电子元件封装在托盘中，其中每个托盘上按矩阵排列着多个分离的元件。托盘的设计要使多个托盘能够层叠在一起，从而增加位于一个，例如用于运输或在一个拾取并放置的板装配机上的，位置处的元件数量。在运输期间，托盘的每个叠层用皮带材料绑在一起，并封装在静电放电(ESD)袋内。典型的，托盘的每个叠层装有相同件号和批号的元件，件号和批号信息印刷在一个附在袋子外部的标记上。通常在带子内部没有可用的元件标识，也不会在托盘上印刷这种标识。如果从这种袋子中拿出了托盘，用户必须小心保存托盘中的元件标识。
电子元件通常由元件置放机放置到印制电路板上。对于在托盘上提供元件的最常用配置是一种位于置放机上的托盘塔。不同件号的托盘放置到托盘塔中“可移动的”不同抽屉上。每个抽屉可以放入至少一个元件托盘。有时，一个抽屉上可以放置一个托盘叠层，置放机可以在用光顶部托盘上的所有元件之后去掉叠层顶部的托盘。置放机通过上下移动整个抽屉部件，或相反将拾取头相对希望的抽屉定位来拾取不同的件号。然后从托盘塔中抽出具有希望件号的抽屉进行拾取。在很多机器中，因为置放机的拾取机制配置为一直在同一个垂直位置拾取元件，所以总是在同一水平面上分配元件。
很多元件验证系统需要操作员扫描在用于传递元件的袋子上的件号条形码标记。然后操作员扫描抽屉号，软件验证件号和抽屉号是否正确匹配。这种方法取决于操作员扫描正确的件号和抽屉号，在很多情形下，来自不同袋子的托盘混放在单个托盘叠层中。一些人建议在每个抽屉的底部放置唯一条形码标记，并在从塔中抽出抽屉时扫描该条形码。条形码扫描已经用于验证元件带盘与置放机上对应槽的正确配置。其它关于元件标识和验证的方法也已经考虑到，或许已经在使用。
发明内容
本发明一方面提供了一种识别从层叠在电子元件置放机中的托盘拾取的电子元件的方法。该方法包括为多个电子元件托盘中的每一个配备一个关联的识别标签，标签按一个共同方向放置在托盘上，以及在电子元件置放机多个托盘支撑面中选定的一个面上层叠多个托盘以形成一个托盘叠层，每个托盘装有至少一个分离的电子元件，层叠的托盘中的一个位于叠层的末端。该方法还包括从位于叠层末端的托盘拾取一个电子元件，安装在一个电子部件上，以及随着置放机继续运行，拾取并放置电子元件，从位于叠层末端的托盘识别标签收集数据，收集的数据与拾取的电子元件相关。
在某些托盘垂直层叠的配置中，处于叠层末端的托盘位于叠层的顶部。例如，可以通过用位于叠层上方的标签读取器读取标签，从识别标签收集数据。
在某些机器中，多个托盘支撑面是置放机的可移动抽屉。
在很多实施方案中，通过用一个标签读取器读取标签，从识别标签收集数据，例如一个位于叠层末端上方的读取器。读取器优选被遮挡，不能读取除位于叠层末端的托盘之外的托盘识别标签。
在某些情况下，该方法还包括去掉叠层末端的托盘，露出叠层相邻的托盘供元件拾取和标签读取。
数据可以通过光学读取位于叠层末端的托盘识别标签来收集。例如，识别标签可以带有条形码，例如表示收集数据的条形码。识别标签可以是应用于托盘的标记。
在某些例子中，通过自动电子检测位于叠层末端的托盘识别标签的属性来收集数据。例如，识别标签可以是RFID标签。
在某些实施方案中，通过用一个标签读取器读取标签，从识别标签收集数据，标签读取器安装在一条路径上方，托盘叠层沿着该路径移动，供置放机的拾取头拾取，这样当定位托盘叠层供拾取时，标签读取器读取位于叠层末端的托盘识别标签。
收集的数据还可以包括托盘标识信息，该方法还包括从存储的元件和托盘相互关系检索元件数据。
在某些实施方案中，识别标签可分离地附在各自托盘上。例如，识别标签可以放在夹子上，夹子配置用于附在每个托盘的边缘。每个夹子在托盘叠层的层叠方向测量的厚度优选要使得添加夹子到托盘上不会影响每个托盘的总叠层高度。
在某些例子中，该方法还包括在收集与拾取的电子元件相关的数据的同时，还收集与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的数据。例如，多个托盘支撑面的每一个都可以装有一个唯一的、机器可读的识别标签，例如一个条形码标记。该方法还可以包括将与拾取的电子元件相关的收集数据与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的收集数据，与存储的元件和支撑面之间的相互关系进行比较，从而验证正确的托盘放置。
本发明另一方面提供了一种跟踪包含一个或多个电子元件置放机的机构中电子元件库存量的方法。该方法包括从元件托盘叠层中的一个顺序拾取电子元件，同时根据上述方法识别拾取的元件，然后根据与拾取的电子元件相关的收集数据更新存储的电子元件库存量数据。
本发明另一方面提供了一种形成装配的电路板和安装在板上的单个电子元件之间的关联的方法。该方法包括顺序拾取电子元件并将拾取的电子元件放置在电路板上，在从元件托盘叠层拾取的同时根据上述方法识别至少一个所拾取的元件，然后存储识别的电子元件与电路板标识之间的关联。
本发明另一方面的特征是一种电子元件识别系统，包括一组托盘识别标签、一个标签读取器和一个控制器。托盘识别标签固定在相关的、可层叠的电子元件托盘上，该托盘配置用于层叠在电子元件置放机的多个托盘支撑面中的一个上，层叠的托盘中的一个位于叠层的末端。标签读取器配置用于固定在电子元件置放机的一个位置上，用于读取固定在位于叠层末端的托盘上的识别标签，从而在运行置放机拾取并放置电子元件到电路板上的同时收集数据。控制器配置用于连接到标签读取器，用于从标签读取器接收与在其关联托盘上的电子元件相关的收集数据。
识别标签可以带有条形码，和/或包括RFID标签。
在某些情况下，识别标签可分离地附在各自托盘上。例如，识别标签可以放置在配置用于附在各个托盘边缘的夹子上。
系统的一些实施方案还包括一组机器可读的识别标签，配置用于固定在多个托盘支撑面的各自支撑面上。例如机器可读的识别标签可以是条形码标记的形式。在这种实施方案中，可以方便的配置控制器，将与拾取的电子元件相关的收集数据和与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的收集数据，与存储的元件和支撑面之间的相互关系进行比较，从而验证正确的托盘放置。
在某些例子中，控制器配置用于连接多个元件置放机上的多个标签读取器，以跟踪包含该机器的机构中的电子元件库存量。
还可以方便的配置控制器，部分根据收集的数据，形成装配的电路板和安装在其上的单个电子元件之间的关联。
在某些情况下，收集的数据包括托盘标识信息，控制器配置用于从存储的元件和托盘相互关系中检索元件数据。
在此描述的发明通过连续检查置放机上的托盘配置，可以用于降低错误装载元件的机会，并在放置错误元件之前警告操作者。有利的是，系统不需要在检查托盘配置的同时要求机器停止运行。此外，本发明可以提供精确的元件库存量信息，出于维护的目的跟踪各个抽屉的使用，以及出于质量控制的目的通过批号跟踪元件。系统的基本元件易于安装在具有托盘塔等的传统置放机上。
通过下面的附图和描述，阐明了本发明一个或多个实施方案的细节。通过描述和附图，以及通过权利要求，本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的。
图1示意性说明了一种电子元件置放机，带有的塔在各个抽屉上包含几个元件托盘叠层。
图2是一个从图1中2-2透视得到的、抽屉和托盘叠层的部分顶视图，显示了条形码标记识别标签。
图3是沿着图2中直线3-3得到的、一个具有相关识别标签夹子的托盘叠层一端的部分截面图。
具体实施例方式
参看图1，电子元件置放机10包括一个可移动拾取头12，例如，从装有几种下列元件的托盘16中顺序拾取分离的电子元件14，例如BGA(球栅阵列)元件，或象四方形扁平封装芯片这样具有分离的管脚或导线的元件，并作为电路板装配过程的一部分，将它们放置在印制电路板18上。这种机器有时称作“拾取-放置”设备。托盘塔20容纳几个放置在多个抽屉22中的单一元件托盘16。通常，位于一个指定抽屉22上的托盘叠层上的所有元件都是相同的规格，抽屉号和元件件号的对应关系存储在机器存储器中。当板装配顺序需要拾取头拾取一个特定元件时，抽屉22在托盘塔中向上或向下移动，将包含该元件的合适抽屉放置在有效的拾取位置，然后选定抽屉滑出托盘塔，到达拾取头的拾取位置。如果抽屉上托盘叠层的上层托盘16是空的，一些置放机具有去掉空的上层托盘以露出下一层托盘供拾取的机构。通常，这种托盘塔、托盘弹出机构和拾取头配置在现有技术中是已知的。
在图1显示的系统中，每个托盘16配备了一个夹子24，在夹子24的上表面放着形式为条形码标记26(图2)的识别标签。标签26全部都按一个共同的方向放置在托盘叠层上(在本例中它们都面向上方)。另外参看图2和3，模制塑料夹子24在托盘的边缘轮廓上滑动或夹在其上，这样可以从丢弃的托盘上取下并重用。在另一种配置中(没有显示)，条形码标记或其它标识方式直接放置在托盘上或并入其中，托盘可以设计成具有宽的凸缘面积，用于放置标签。但是在说明的该实施方案中的夹子24设计为直接在常用的JEDEC型托盘上滑动，这样就不需要改动托盘。
回头参看图1，当有效抽屉22滑出托盘塔20时，其识别标签条形码标记26由标签读取器28(在本例中是条形码扫描器)读取，标签读取器28置于托盘塔的前端，向下对着抽屉从中滑出的托盘塔开口。由于读取器的定位和标签26的完全重叠，所以只能读取叠层上方托盘16的识别标签，结果读取器不能读取除位于叠层上方的托盘之外的托盘识别标签。当弹出的上方托盘是空的时，在位于托盘塔外的托盘叠层随后的动作之后，标签读取器28将读取当前露出的叠层下一个托盘的识别标签。当有效抽屉22往回滑入托盘塔并在标签读取器28下方向后经过时，读取器也可以扫描上方托盘的标签以确认，例如，已经从叠层正确弹出了由上一次拾取清空的托盘。
在另一个例子中，标签26是RFID标签，读取器28是RFID读取器。在该例中，标签26放置在夹子上，夹子遮住了叠层下方的标签26，不会被RFID读取器检测。
识别标签26包括与附着该标签的托盘16上的元件14相关的信息。在该例中，条形码标记26标识元件的件号和批号。在其它例子中，与元件14相关的信息可以包括托盘的标识，由此可以从相关的数据库中获得元件标识和其它信息。因此，当抽屉移出托盘塔供拾取头拾取元件时，机器可以通过标签读取器28来验证拾取了正确的件号放置在板上，还可以记录制造商、批号和其它关于拾取元件的信息。以此方式，当组装板时，可以产生一个涉及每个装配的电路板的数据集合，包括装配在板上的所有元件列表。例如这种数据集合可能在跟踪元件质量中有用处。
因为识别标签26固定在各自的托盘16上，而不是抽屉22上，所以来自不同制造商、批号或跟踪码的托盘可以一起层叠在一个抽屉上，而不会影响标签读取器的正确识别。
参看图3，每个夹子24的总厚度为‘t’，这样托盘16叠层的高度不会受夹子的存在的影响。换句话说，夹子不会影响每个托盘的总叠层高度(即，托盘叠层高度的递增来自于添加一个托盘到叠层)。
回头参看图1和2，每个抽屉22还配备了一个唯一的、机器可读的识别标签30，在这种情况下是另一个条形码标记。抽屉标签30放置在每个抽屉或其它托盘支撑面的上侧，其定位要能够在抽屉滑入和滑出托盘20时被读取器28扫描。因此，当任一个抽屉22滑出托盘塔供元件拾取时，系统用同一个读取器28读取上方托盘标签26和抽屉标签30。因此系统能够确认已经检索到正确的抽屉，以及将正确的零件安置在该抽屉上。该信息可以与存储的、希望的件号和抽屉相互关系进行比较，从而验证正确的托盘放置。
通过标签读取器28收集的数据用于跟踪电子元件库存量，例如在一个包含一个或多个装备了这种读取器的电子元件置放机的机构中。例如可以连接所有的机器，与一个处理器进行通信，处理器连接一个包含电子元件库存量数据的存储介质，这样可以根据与拾取的电子元件相关的收集数据更新存储的数据。收集的数据也可以用于形成装配的电路板和安装在板上的单个元件之间的关联，例如用于质量控制。例如，如果后来判定装配在电路板上的一个元件批次是有缺陷的，需要召回电路板，就可以通过来自所存储关联的序列号识别包含来自该批次元件的电路板。在我的美国专利6,027,019和审理中的美国专利申请09/723,202中可以找到用于厂内数据收集、库存量、质量和过程控制的各种实现和算法。如在我的美国专利6,759,862和审理中的美国专利申请10/402,191中讨论的，在识别标签或夹子中也可以加入环境条件纪录器。上面两个已公布的专利和两个已引用的审理中的申请在此全文引用作为参考。
机器设置的一个厂内过程示例如下。首先，操作员收到一个装在塑料防潮袋或静电保护袋中、件号相同的元件的托盘叠层。操作员从袋中取出托盘叠层，为每个托盘附上一个带有识别标签26的夹子24。每个识别标签26是唯一的。然后操作员从在其中得到托盘叠层的袋子上的标记扫描件号和其它信息，并扫描附在从该袋子中取出的托盘上的各个标签26。这样扫描的元件信息与数据库中的所有标签26相关，不需要在机器上手工扫描。然后托盘叠层可以发送到生产场所，或取回保存。生产时，操作员只要将希望的托盘放置在置放机中正确的抽屉上。当生产中将抽屉从托盘塔中拉出时，条形码扫描仪28扫描托盘16和抽屉22上的条形码标记26，从而识别抽屉位置(槽)和件号。然后用放置程序比较该信息，确保正确的件号在该抽屉中。该系统也可以与一个可跟踪系统结合使用，从而识别件号的来源。
抽屉和元件件号的关联也可以在机器拉出抽屉时自动完成。例如，当设置机器时可以在任一个打开的抽屉中放置托盘的各种托盘组，然后给机器编制程序，顺序拉出每个抽屉并扫描抽屉和托盘标签，建立设置配置。
如果将粘性的条形码标记直接贴在薄塑料元件托盘上，必须小心，不要用标记将两个或多个托盘贴在一起，这样在弹出上方的空托盘时会冒弹出多个托盘的危险。
已经描述了本发明的多个实施方案。但是很清楚，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以进行很多修改。因此，其它实施方案处于随后的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种识别从层叠在电子元件置放机中的托盘拾取的电子元件的方法，该方法包括为多个电子元件托盘中的每一个配备一个关联的识别标签，所述标签按一个共同的方向放置在托盘上；在电子元件置放机的多个托盘支撑面中选定的一个支撑面上层叠多个托盘以形成一个托盘叠层，每个托盘装有至少一种分离的电子元件，层叠的托盘中的一个位于叠层的末端；从位于叠层末端的托盘拾取电子元件，安装在一个电子组件中；以及随着置放机继续运行，拾取和放置电子元件，从位于叠层末端的托盘识别标签来收集数据，收集的数据与拾取的电子元件相关。
2.权利要求1的方法，其中托盘垂直层叠，处于叠层末端的托盘位于叠层的顶部。
3.权利要求2的方法，其中通过用位于叠层上方的标签读取器读取标签，从识别标签收集数据。
4.权利要求1的方法，其中多个托盘支撑面包括置放机的可移动抽屉。
5.权利要求1的方法，其中通过用标签读取器读取标签，从识别标签收集数据。
6.权利要求5的方法，其中读取器位于叠层末端的上方。
7.权利要求5的方法，其中读取器被遮挡，不能读取除位于叠层末端的托盘之外的叠层托盘的识别标签。
8.权利要求1的方法，还包括去掉位于叠层末端的托盘，露出叠层相邻的托盘，供元件拾取和标签读取。
9.权利要求1的方法，其中通过光学读取位于叠层末端的托盘识别标签来收集数据。
10.权利要求9的方法，其中识别标签带有条形码。
11.权利要求10的方法，其中条形码表示收集的数据。
12.权利要求1的方法，其中识别标签包括应用于托盘的标记。
13.权利要求1的方法，其中通过电子检测位于叠层末端的托盘识别标签属性来收集数据。
14.权利要求13的方法，其中识别标签包括RFID标签。
15.权利要求1的方法，其中通过用标签读取器读取标签，从识别标签收集数据，所述标签读取器安装在一条路径上方，托盘叠层沿着该路径移动，供置放机的拾取头拾取，这样当定位托盘叠层供拾取时，由标签读取器读取位于叠层末端的托盘识别标签。
16.权利要求1的方法，其中收集的数据包括托盘识别信息，该方法还包括从存储的元件和托盘的相互关系检索元件数据。
17.权利要求1的方法，其中识别标签可分离地附在各自托盘上。
18.权利要求17的方法，其中识别标签放在夹子上，夹子配置用于附在各个托盘的边缘。
19.权利要求18的方法，其中每个夹子在托盘叠层的层叠方向测量的厚度要使得添加夹子到托盘上不会影响每个托盘的总叠层厚度。
20.权利要求1的方法，还包括在收集与拾取的电子元件相关的数据的同时，收集与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的数据。
21.权利要求20的方法，其中多个托盘支撑面的每一个都装有一个唯一的、机器可读的识别标签。
22.权利要求21的方法，其中机器可读的识别标签包括一个条形码标记。
23.权利要求20的方法，还包括将与拾取的电子元件相关的收集数据和与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的收集数据，与存储的元件和支撑面之间的相互关系进行比较，从而验证正确的托盘放置。
24.一种跟踪包含一个或多个电子元件置放机的机构中电子元件库存量的方法，该方法包括从元件托盘叠层中的一个托盘顺序拾取电子元件，同时根据权利要求1的方法识别拾取的元件；以及根据与拾取的电子元件相关的收集数据更新存储的电子元件库存量数据。
25.一种形成装配的电路板和安装在其上的单个电子元件之间的关联的方法，该方法包括顺序拾取电子元件并将拾取的电子元件放置在电路板上，在从元件托盘叠层拾取的同时根据权利要求1的方法识别至少一个拾取元件；以及存储识别的电子元件与电路板标识之间的关联。
26.一种电子元件识别系统，包括一组托盘识别标签，固定在关联的、可层叠的电子元件托盘上，托盘配置用于层叠在电子元件置放机的多个托盘支撑面中的一个上，层叠的托盘中的一个位于叠层的末端；一个标签读取器，配置用于固定在电子元件置放机的一个位置处，读取固定在位于叠层末端的托盘上的识别标签，在置放机运行来拾取并放置电子元件到电路板上的同时从识别标签收集数据；以及一个控制器，配置用于连接到标签读取器，用于从标签读取器接收与在其关联托盘上的电子元件相关的收集数据。
27.权利要求26的系统，其中识别标签带有条形码。
28.权利要求26的系统，其中识别标签包括RFID标签。
29.权利要求26的系统，其中识别标签可分离地附在各自托盘上。
30.权利要求29的系统，其中识别标签放置在夹子上，夹子配置用于附在各个托盘的边缘。
31.权利要求26的系统，还包括一组机器可读的识别标签，配置用于固定在多个托盘支撑面中各自的一个上。
32.权利要求31的系统，其中机器可读的识别标签包括条形码标记。
33.权利要求31的系统，其中控制器配置用于将与拾取的电子元件相关的收集数据和与在其上层叠托盘叠层的选定托盘支撑面相关的收集数据，与存储的元件和支撑面之间的相互关系进行比较，从而验证正确的托盘放置。
34.权利要求26的系统，其中控制器配置用于连接多个元件置放机上的多个标签读取器，跟踪包含该机器的机构中的电子元件库存量。
35.权利要求26的系统，其中控制器配置用于部分根据收集的数据，形成装配的电路板和安装在其上的单个电子元件之间的关联。
36.权利要求26的系统，其中收集的数据包括托盘识别信息，以及其中控制器配置用于从存储的元件和托盘的相互关系检索元件数据。
全文摘要
本发明涉及一种识别从层叠在电子元件置放机的托盘塔中的托盘拾取的电子元件的方法，包括在每个托盘上放置识别标签。标签包含与元件件号和批号相关的数据。当托盘叠层移入位置供元件拾取时，标签读取器读取上方托盘的标签。收集的数据用于元件跟踪、库存量控制和设置验证。
文档编号H05K3/30GK1767759SQ20051009149
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月12日 优先权日2004年8月13日
发明者顾元復 申请人:Accu-装配公司