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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Kugelbefestigungsvorrichtung und eines Befestigungsverfahrens zum Befestigen von Lötkugeln, Löthöckern oder ähnlichem an einem Werkstück, wie etwa einer Basisplatte, einem Rahmen oder ähnlichem, und betrifft insbesondere eine Kugelbefestigungsvorrichtung und ein Befestigungsverfahren, welche bei der Überprüfung überschüssiger Kugeln bzw. eines Fehlers beim Kugelansaugen und aufgrund eines Befestigungsfehlers nach einem Befestigen von Kugeln übriggelassener Kugeln verbessert sind.
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Beim Stand der Technik ist eine Kugelbefestigungsvorrichtung, welche einen Kugelbeschickungsabschnitt und einen Werkstückpositionierungsabschnitt (eine Position, bei welcher Lötkugeln an einem Werkstück befestigt werden) aufweist und sich zwischen diesen Abschnitten hin- und herbewegt, um Lötkugeln an einem positionierten Werkstück zu befestigen, bekannt. Bei einer derartigen Kugelbefestigungsvorrichtung ist eine Kugelüberprüfungseinheit zum Durchführen einer Überprüfung, ob ein Fehler beim Kugelansaugen vorliegt oder nicht, während ein Befestigungskopf eine Relativbewegung zwischen dem Kugelbeschickungsabschnitt und dem Werkstückpositionierungsabschnitt ausführt, vorgesehen.
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Generell wird bei einer derartigen Kugelbefestigungsvorrichtung die Längsrichtung eines Werkstücks als X-Achse betrachtet und die Relativbewegungsrichtung des Befestigungskopfs von einer Kugelansaugposition zu einer Kugelbefestigungsposition als Y-Achse betrachtet. Der Grund dafür ist, dass die Ausdehnung eines Befestigungskopfs längs der Relativbewegungsachse (Y-Achse) verkleinert wird, um die Kugelbefestigungsvorrichtung zu miniaturisieren. Ferner weist eine Kugelüberprüfungseinheit einen Lichtabstrahlungsabschnitt und einen Lichtempfangsabschnitt, welche in einer Richtung, welche lotrecht zu einer Relativbewegungsbahn des Befestigungskopfs, das heißt, in der Längsrichtung des Werkstücks, verläuft, angeordnet sind, auf. Daher ist die Kugelüberprüfungseinheit auf der Relativbewegungsbahn (auf der Y-Achse) des Befestigungskopfs angeordnet.
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Die Kugelüberprüfungseinheit bewirkt, dass der Befestigungskopf eine Relativbewegung über einem Lasersensor ausführt, so dass der Lichtempfangsabschnitt Laserlicht empfängt, welches von dem Lichtabstrahlungsabschnitt ausgestrahlt wird, um dadurch überschüssige Kugeln, einen Fehler beim Kugelansaugen und übrigbleibende Kugeln zu erfassen.
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Seit kurzem jedoch wurde mit der Vergrößerung des Bereichs eines Werkstücks, an welchem Kugeln in einem Klumpen befestigt werden, die Entfernung zwischen dem Lichtabstrahlungsabschnitt und dem Lichtempfangsabschnitt vergrößert. Daher wird die Überprüfungsgenauigkeit aufgrund einer Lichtzerstreuung vermindert. Ferner ist mit der Miniaturisierung von Kugeln eine Überprüfungsgenauigkeit erforderlich, welche für den Stand der Technik zu hoch ist, um bewältigt zu werden.
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Ferner zeigt
US 5,615,823 ein Lötkugel-Befestigungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung. Dabei werden Lötkugeln über einen Aufnahmekopf mit Löchern durch Erzeugung eines Unterdrucks aufgenommen, zum Werkstück transportiert und dort befestigt. Dabei wird mit Hilfe von Licht überprüft in welche der Löcher Licht eindringt und welche von Kugeln versperrt sind, um Fehler zu detektieren.
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Ebenso wird in
US 5,601,229 ein Befestigungsverfahren und eine Vorrichtung für Lötkugeln dargestellt. Dabei wird ein Befestigungskopf abgesenkt, der eine große Zahl an Lötkugeln durch Löcher mit Unterdruck aufnimmt, um sie anschließend zu befestigen. Auch in
US 5,601,229 wird geprüft durch welche der Löcher Licht eindringt, um Fehler zu detektieren.
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Auch
US 5,695,667 offenbart ein Befestigungsverfahren und eine Vorrichtung für Lötkugeln. Es wird wiederum die Ansaugkraft eines Vakuums in Verbindung mit Löchern genutzt, um Kugeln am Befestigungskopf aufzunehmen. Die Fehlerkontrolle wird allerdings mittels einer Kamera durchgeführt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelbefestigungsvorrichtung und ein Befestigungsverfahren zu schaffen, bei welchen, um die vorangehenden Probleme zu lösen, eine Kugelüberprüfungseinheit eine Überprüfung in der Querrichtung eines Werkstücks durchführt, so dass die Entfernung zwischen einem Lichtabstrahlungsabschnitt und einem Lichtempfangsabschnitt bei der Kugelüberprüfungseinheit verkleinert wird, wodurch verhindert wird, dass die Überprüfungsgenauigkeit vermindert wird und ein Anstieg der Größe der Einheit vermieden werden kann.
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Um die vorangehende Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Kugelbefestigungsvorrichtung, welche umfaßt: eine Werkstückbeförderungsbahn, welche in einer Längsrichtung eines Werkstücks, an welchem Kugeln anzubringen sind, vorgesehen ist; einen Kugelbeschickungsbehälter zum Liefern von Kugeln, wobei der Kugel beschickungsbehälter derart angeordnet ist, dass eine Längsrichtung davon im wesentlichen mit der des Werkstücks übereinstimmt; einen Befestigungskopf, welcher derart angeordnet ist, dass eine Längsrichtung davon im wesentlichen mit der des Werkstücks übereinstimmt; und eine Kugelüberprüfungseinheit zum Überprüfen eines Kugelansaugens durch den Befestigungskopf, wobei die Kugelüberprüfungseinheit derart angeordnet ist, dass eine Ausstrahlungsrichtung von Überprüfungslicht von der Kugelüberprüfungseinheit die Längsrichtungen im wesentlichen lotrecht kreuzt; und ferner wird ein Befestigungsverfahren geschaffen, welches die Kugelbefestigungsvorrichtung verwendet.
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Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, ersichtlich. In diesen zeigt:
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1 eine Perspektivansicht einer Lötkugel-Befestigungsvorrichtung;
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2 eine Perspektivansicht der Vorrichtung nach 1 in einem Zustand, bei welchem ein Befestigungskopf an einem Kugelbeschickungsbehälter angeordnet ist; und
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3 eine Perspektivansicht der Vorrichtung nach 1 in einem Zustand, bei welchem der Befestigungskopf an einer Befestigungsposition angeordnet ist.
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Nachfolgend wird eine Beschreibung der Ausführungsweise der Erfindung gemäß deren Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben. 1 ist eine Perspektivansicht, welche eine Lötkugel-Befestigungsvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, schematisch darstellt. 2 stellt einen Zustand dar, bei welchem ein Befestigungskopf an einem Kugelbeschickungsbehälter angeordnet ist, und 3 stellt einen Zustand dar, bei welchem der Befestigungskopf an einer Befestigungsposition angeordnet ist.
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Die Lötkugel-Befestigungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels wird durch eine Werkstückbeförderungsbahn 23, einen Befestigungskopf 1, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Befestigungskopfs 1, einen Kugelbeschickungsbehälter 2, welcher als Kugelbeschickungsabschnitt wirkt, eine Kugelüberprüfungseinheit 3, welche zwischen dem Befestigungskopf 1 und dem Kugelbeschickungsbehälter 2 angeordnet ist, und einer weiteren Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Kugelüberprüfungseinheit 3 gebildet.
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Es ist vorgesehen, dass die Werkstückbeförderungsbahn 23 in der Längsrichtung eines Werkstücks 4, an welchem Lötkugeln zu befestigen sind, verläuft. Die Richtung, welche durch einen Pfeil in der Nähe eines Werkstücks 4 in 1 angezeigt wird, ist die Richtung einer Werkstückbeförderungsachse, längs derer sich das Werkstück 4 bewegt. Nebenbei bemerkt, ist in 1 die Stelle, bei welcher das Werkstück 4 angeordnet ist, eine Position, bei welcher Lötkugeln an dem Werkstück 4 zu befestigen sind, das heißt, ein Werkstückpositionierungsabschnitt.
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Der Kugelbeschickungsbehälter 2, in welchem eine große Anzahl von Lötkugeln B bereitgehalten wird, wird als Kugelbeschickungsabschnitt verwendet. Der Kugelbeschickungsbehälter 2 ist derart angeordnet, dass die Längsrichtung des Kugelbeschickungsbehälters 2 im Wesentlichen mit der Längsrichtung des Werkstücks 4 übereinstimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Kugelbeschickungsbehälter 2 in einem Stillstand, und daher bewegt sich dieser nicht.
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Der Befestigungskopf 1 führt eine Relativbewegung in einer Y-Achsenrichtung zwischen dem Kugelbeschickungsbehälter 2 des Kugelbeschickungsabschnitts und dem Werkstückpositionierungsabschnitt, bei welchem Lötkugeln zu befestigen sind, aus. Es gibt zwei Fälle, in welchen der Befestigungskopf 1 eine Relativbewegung in der Y-Achsenrichtung ausführt. Das heißt, dass einer der Fall ist, bei welchem der Befestigungskopf 1 selbst sich bewegt, während der Kugelbeschickungsbehälter 2 und der Werkstückpositionierungsabschnitt in einem Stillstand gelassen werden, und der andere der Fall ist, bei welchem sich der Kugelbeschickungsbehälter 2 und optional der Werkstückpositionierungsabschnitt in der Y-Achsenrichtung unter dem Befestigungskopf 1 bewegen, während sich der Befestigungskopf 1 nicht in der Y-Achsenrichtung bewegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erstere angenommen, so dass sich der Befestigungskopf 1 bewegt.
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Der Befestigungskopf 1 ist an einer Z-Achsen-Basis 5 befestigt, so dass dieser nach oben und unten beweglich ist und so dass die Längsrichtung des Befestigungskopfs 1 im Wesentlichen mit der Längsrichtung des Werkstücks 4 übereinstimmt. Die Z-Achsen-Basis 5 weist einen Z-Achsen-Motor 6 und einen Kugelgewindetrieb 7 in Verbindung damit auf. Die Z-Achsen-Basis 5 ist derart an einer X-Achsen-Basis 8 befestigt, dass diese in einer X-Achsenrichtung beweglich ist. Nebenbei bemerkt, stellt in der Zeichnung die Bezugsziffer 20 eine Θ-Achsen-Basis dar, welche einen Θ-Achsen-Motor 21 und einen Kugelgewindetrieb 22 aufweist. Diese Θ-Achsen-Antriebsvorrichtung wird zum Einstellen des Drehwinkels des Werkstücks 4 und des Befestigungskopfs 1 in der horizontalen Ebene bei dem Werkstückpositionierungsabschnitt verwendet.
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Die X-Achsen-Basis 8 ist mit einem X-Achsen-Motor 9 und einem X'-Achsen-Motor 10, mit welchen Kugelgewindetriebe 11 bzw. 12 verbunden sind, versehen. Eine Kugelüberprüfungseinheit 3 ist mit dem Kugelgewindetrieb 12 des X'-Achsen-Motors 10 verbunden. Der Kugelgewindetrieb 12, welcher mit dem X'-Achsen-Motor 10 verbunden ist, wirkt als Relativbewegungsachse einer Kugelüberprüfungseinheit. Die Relativbewegungsachse einer Kugelüberprüfungseinheit ist im Wesentlichen parallel zu der Werkstückbeförderungsachse vorgesehen. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel ein System annimmt, bei welchem sich die Kugelüberprüfungseinheit bewegt, funktioniert dies gut, solange die Kugelüberprüfungseinheit eine Relativbewegung ausführt. Es ist daher möglich, ein System anzunehmen, bei welchem sich die Kugelüberprüfungseinheit 3 in einem Stillstand befindet, während der Befestigungskopf 1 durch den X-Achsen-Motor 9 über der Kugelüberprüfungseinheit 3 bewegt wird.
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Ein Y-Achsen-Motor 13 und ein Kugelgewindetrieb 14 ermöglichen es, dass sich die X-Achsen-Basis 8 zwischen dem Kugelbeschickungsbehälter 2 des Kugelbeschickungsabschnitts und dem Werkstückpositionierungsabschnitt, bei welchem Lötkugeln zu befestigen sind, bewegt. Daher ist der Befestigungskopf 1 zwischen dem Kugelbeschickungsbehälter 2 des Kugelbeschickungsabschnitts und dem Werkstückpositionierungsabschnitt beweglich eingerichtet. Der Kugelgewindetrieb 14, welche mit dem Y-Achsen-Motor 13 verbunden ist, wirkt als Relativbewegungsachse eines Kopfs, wenn sich der Befestigungskopf 1 von der Kugelansaugung zu der Kugelbefestigung bewegt. Die Relativbewegungsachse eines Kopfs kreuzt die Werkstückbeförderungsachse und die Relativbewegungsachse einer Kugelüberprüfungseinheit im wesentlichen lotrecht zueinander.
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Bei der Kugelüberprüfungseinheit 3 ist ein Lasersensor 15 derart angeordnet, dass die Ausstrahlungsrichtung von Überprüfungslicht die Längsrichtung des Werkstücks 4 im wesentlichen lotrecht kreuzt. Ferner sind Lichtquellen 16 zum Erfassen von Ansaugfehlern parallel zu der Ausstrahlungsrichtung von Überprüfungslicht angeordnet.
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Nachfolgend wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Betreiben der Lötkugel-Befestigungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel gegeben. Zunächst treibt der Y-Achsen-Motor 13 den Befestigungskopf 1 an, so dass sich der Befestigungskopf 1 zu einem Punkt oberhalb des Kugelbeschickungsbehälters 2 längs des Kugelgewindetriebs 14 bewegt, wie in 2 dargestellt. Sobald ein Werkstück dem Werkstückpositionierungsabschnitt zugeführt wird, bewegt sich der Befestigungskopf 1 von oberhalb des Kugelbeschickungsbehälters 2 des Kugelbeschickungsabschnitts nach unten zu der Kugelbeschickungsposition längs des Kugelgewindetriebs 7, so dass Lötkugeln an dessen unterer Oberfläche angesaugt werden. Nach einem Ansaugen der Lötkugeln bewegt sich der Befestigungskopf 1 aufgrund der Umkehrdrehung des Z-Achsen-Motors 6 nach oben und beginnt, sich aufgrund des Y-Achsen-Motors 13 zu einem Punkt oberhalb des Werkstückpositionierungsabschnitts zu bewegen. Dies funktioniert gut, solange sich der Befestigungskopf 1 in der Y-Achsenrichtung relativ zu dem Kugelbeschickungsbehälter 2 und der Werkstückpositionierungsposition bewegt. Daher kann der Aufbau derart gestaltet sein, dass sich der Befestigungskopf 1 in einem Stillstand befindet und sich der Kugelbeschickungsbehälter 2 und optional die Werkstückpositionierungsposition in der Y-Achsenrichtung unter dem Befestigungskopf 1 bewegen können.
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Während der Befestigungskopf 1 eine Relativbewegung ausführt, wie oben erwähnt, treibt der X'-Achsen-Motor 10 die Kugelüberprüfungseinheit 3, welche an der X-Achsen-Basis 8 befestigt ist, an, so dass sich die Einheit 3 in der Richtung, welche lotrecht zu der Bewegungsrichtung des Befestigungskopfs 1 verläuft, längs des Kugelgewindetriebs 12 bewegt. Zu dieser Zeit strahlt die Kugelüberprüfungseinheit 3 Überprüfungslicht in die Richtung aus, welche lotrecht zu der Längsrichtung des Befestigungskopfs 1 verläuft, um die untere Oberfläche des Befestigungskopfs 1 daraufhin abzutasten und zu überprüfen, ob überschüssige Kugeln bzw. Fehler beim Ansaugen von Kugeln vorliegen oder nicht. 3 stellt einen Zustand dar, bei welchem die Kugelüberprüfungseinheit 3 die Bewegung für die zuvor erwähnte Überprüfung vollendet hat. Dies funktioniert gut, solange die Kugelüberprüfungseinheit eine Relativbewegung gegenüber dem Befestigungskopf 1 ausführt. Daher kann ohne Verwenden des X'-Achsen-Motors 10 zum Antreiben der Kugelüberprüfungseinheit der Befestigungskopf 1 zur Überprüfung durch Verwendung des X-Achsen-Motors 9 zum Antreiben des Befestigungskopfs 1 bewegt werden.
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Wenn keine überschüssigen Kugeln bzw. keine Fehler beim Ansaugen von Kugeln vorliegen, vollendet der Befestigungskopf 1 seine Bewegung zu einem Punkt oberhalb des Werkstückpositionierungsabschnitts, sobald die Beendigung der Überprüfung erfolgt. Die Lage des Werkstücks 4 wird durch eine nicht dargestellte CCD-Kamera erfaßt, und die Lage des Befestigungskopfs 1 wird berichtigt. Danach beginnt der Befestigungskopf 1, sich aufgrund des Z-Achsen-Motors 6 nach unten zu bewegen, und befestigt Lötkugeln an dem Werkstück 4.
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Nach einem Befestigen der Kugeln bewegt sich der Befestigungskopf nach oben und beginnt, sich zu dem Kugelbeschickungsbehälter 2 des Kugelbeschickungsabschnitts zu bewegen. Zu dieser Zeit wird der X'-Achsen-Motor 10 umgekehrt gedreht, und die Kugelüberprüfungseinheit 3 strahlt Überprüfungslicht wieder in die Richtung aus, welche lotrecht zu der Längsrichtung des Befestigungskopfs 1 verläuft, um die untere Oberfläche des Befestigungskopfs 1 daraufhin abzutasten und zu überprüfen, ob Fehler beim Befestigen von Lötkugeln vorliegen oder nicht (ob sich überschüssige Kugeln an dem Befestigungskopf 1 befinden oder nicht).
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Wenn Fehler beim Kugelansaugen vorliegen und wenn es sich bei den Fehlern um fehlende Kugeln handelt, bewegt sich der Befestigungskopf 1 erneut zu dem Kugelbeschickungsbehälter 2 und wiederholt den Kugelansaugvorgang. Wenn hingegen überschüssige Kugeln vorliegen, entlädt der Befestigungskopf 1 sämtliche angesaugten Kugeln in eine nicht dargestellte Kugelentladungseinheit, bewegt sich danach wieder zu dem Kugelbeschickungsbehälter 2 und wiederholt den Kugelansaugvorgang.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Werkstückbeförderungsbahn in der Längsrichtung eines Werkstücks vorgesehen, an welchem Kugeln zu befestigen sind, wobei der Kugelbeschickungsbehälter zum Liefern von Kugeln und der Befestigungskopf derart angeordnet sind, dass deren Längsrichtungen im wesentlichen mit der Längsrichtung des Werkstücks übereinstimmen, und die Kugelüberprüfungseinheit zum Überprüfen der Kugeln, welche an dem Befestigungskopf angesaugt sind, ist derart angeordnet, dass die Ausstrahlungsrichtung von Überprüfungslicht von der Kugelüberprüfungseinheit die oben erwähnten Längsrichtungen im wesentlichen lotrecht kreuzt, um ein Kugelüberprüfung in der Querrichtung des Werkstücks durchzuführen. Es ist daher möglich, eine beständige Überprüfung unabhängig von der Länge des Werkstücks in Längsrichtung durchzuführen.
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Aufgrund der Tatsache, dass eine Überprüfung in der Querrichtung des Werkstücks durchgeführt werden kann, kann die Entfernung zwischen einem Lichtabstrahlungsabschnitt und einem Lichtempfangsabschnitt in der Überprüfungseinheit verkleinert werden, so dass es verhindert werden kann, dass die Überprüfungsgenauigkeit vermindert wird.
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Ferner kann, da die Vorrichtungsanordnung wie gewöhnlich eingerichtet werden kann, ein Anstieg der Größe der Vorrichtung vermieden werden.
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Ferner gibt es, wenn die Kugelüberprüfung während der Relativbewegung des Befestigungskopfs längs der Y-Achse vollbracht werden kann, keinen Taktverlust, und es ist nicht notwendig, die Lage der Kugelüberprüfungseinheit auf der Bahn der Relativbewegung längs der Y-Achse zu bestimmen. Es ist daher möglich, die Bewegungsstrecke längs der Y-Achse zu verkürzen, so dass es möglich ist, die Taktzeit zu verbessern.
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Obgleich die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit Besonderheiten in einem gewissen Umfang beschrieben wurde, ist zu ersehen, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form in den Einzelheiten des Aufbaus und in der Verbindung und Anordnung von Teilen geändert werden kann, ohne von Wesen und Umfang der Erfindung, wie nachfolgend beansprucht, abzuweichen.
