DE102019105539A1 - Arrangement for determining at least one position of an object within a pick and place machine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (10) zur Ermittlung wenigstens einer Position eines Objekts (1) innerhalb einer Bestückungsmaschine, insbesondere der Position einer zu bestückenden Leiterplatte (1), vorzugsweise zur Positionskorrektur bei einer Bestückung der Leiterplatte (1) mit wenigstens einem Bauteil (4), aufweisend:- eine Bilderfassungsvorrichtung (20) zur lateralen Positionserfassung des Objekts (1), insbesondere der Leiterplatte (1), um eine Bestückung durch die Bestückungsmaschine in Abhängigkeit von der Positionserfassung durchzuführen,- eine Erweiterungsvorrichtung (30) zur optischen Entfernungsbestimmung einer Entfernung zum Objekt (1), um die Positionserfassung um die optische Entfernungsbestimmung zu erweitern.The invention relates to an arrangement (10) for determining at least one position of an object (1) within an assembly machine, in particular the position of a circuit board (1) to be assembled, preferably for correcting the position when assembling the circuit board (1) with at least one component (4) ), comprising: - an image acquisition device (20) for lateral position acquisition of the object (1), in particular the circuit board (1), in order to carry out assembly by the assembly machine as a function of the position acquisition, - an expansion device (30) for optical determination of a distance to the object (1) in order to extend the position detection to include optical distance determination.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung wenigstens einer Position eines Objekts innerhalb einer Bestückungsmaschine. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung wenigstens eines Objekts innerhalb einer Bestückungsmaschine.The present invention relates to an arrangement for determining at least one position of an object within a pick and place machine. The invention also relates to a method for determining the position of at least one object within a pick and place machine.

Bestückungsautomaten zur Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen weisen häufig eine Kamera auf, um eine Positionsmessung bei der Leiterplatte in laterale Richtungen vorzunehmen. Hierzu erfolgt die Bestimmung der Position durch die optische Erfassung von Marken der Leiterplatte (Leiterplattenmarken oder Passermarken) und/oder MaschinenMarken innerhalb des Bestückungsautomaten. Damit dienen diese Marken als optische Referenzpunkte, z. B. für das Platzieren der Bauelemente auf der Leiterplatte. Die Kamera, im Folgenden auch als Leiterplattenkamera bezeichnet, kann bspw. am Bestückungskopf angeordnet sein.Automatic placement machines for populating printed circuit boards with electronic components often have a camera in order to measure the position of the printed circuit board in lateral directions. For this purpose, the position is determined by optical detection of marks on the printed circuit board (printed circuit board marks or registration marks) and / or machine marks within the placement machine. These marks thus serve as optical reference points, e.g. B. for placing the components on the circuit board. The camera, hereinafter also referred to as a circuit board camera, can be arranged on the placement head, for example.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist jedoch, dass mittels der Kamera gemessene Positionen der Marken von der realen Position abweichen können. Dies hängt damit zusammen, dass die Marken bzw. die Leiterplatte von einer idealerweise gewünschten Lage im Bestückungsautomaten nicht nur lateral, sondern auch hinsichtlich einer Entfernung zur Kamera abweichen können. Damit wird die Bestückung erschwert und/oder es werden weitere, technisch aufwendige Vorkehrungen notwendig, um die Bestückung zuverlässig zu gewährleisten. Bspw. kann hierzu eine telezentrische Leiterplattenkamera genutzt werden, was u. a. technisch aufwendiger ist. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässigere Bestückung mit technisch einfacheren und kostengünstigeren Mitteln bereitzustellen.However, the known solutions have the disadvantage that the positions of the marks measured by the camera can deviate from the real position. This is related to the fact that the marks or the circuit board can deviate not only laterally from an ideally desired position in the placement machine, but also with regard to a distance to the camera. This makes the assembly more difficult and / or further, technically complex precautions are necessary to ensure the assembly reliably. E.g. a telecentric circuit board camera can be used for this, which u. a. technically more complex. It is therefore an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to provide more reliable equipping with technically simpler and more cost-effective means.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by an arrangement with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 13. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the arrangement according to the invention naturally also apply in connection with the method according to the invention, and vice versa in each case, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Anordnung zur Ermittlung wenigstens einer Position (Positionsermittlung) eines Objekts innerhalb einer Bestückungsmaschine, insbesondere eines Bestückungsautomaten. Hierbei dient die erfindungsgemäße Anordnung vorzugsweise zur Ermittlung der Position einer zu bestückenden Leiterplatte (insbesondere relativ zur Bestückungsmaschine), vorzugsweise zur Positionskorrektur und/oder Navigation eines Bestückungskopfes bei einer Bestückung der Leiterplatte mit wenigstens einem (insbesondere elektronischen) Bauteil.The object is achieved in particular by an arrangement for determining at least one position (position determination) of an object within a placement machine, in particular an automatic placement machine. The arrangement according to the invention is preferably used to determine the position of a circuit board to be assembled (in particular relative to the assembly machine), preferably for position correction and / or navigation of an assembly head when the circuit board is equipped with at least one (in particular electronic) component.

Eine erfindungsgemäße Anordnung kann wenigstens eine der nachfolgenden Komponenten aufweisen, um die Positionsermittlung bereitzustellen:

  • - eine Bilderfassungsvorrichtung, insbesondere Kamera, vorzugsweise Leiterplattenkamera, zur lateralen (X-/Y-) Positionserfassung (also Erfassung der Position z. B. relativ zur Bilderfassungsvorrichtung) und insbesondere Positionsmessung des Objekts, insbesondere der Leiterplatte und/oder einer Leiterplattenmarke und/oder einer Maschinenmarke, um eine Bestückung durch die Bestückungsmaschine in Abhängigkeit von der Positionserfassung durchzuführen,
  • - eine Erweiterungsvorrichtung zur (zumindest teilweisen Bereitstellung einer) optischen Entfernungsbestimmung einer Entfernung zum Objekt, um die Positionserfassung um die optische Entfernungsbestimmung zu erweitern.
An arrangement according to the invention can have at least one of the following components in order to provide the position determination:
  • an image acquisition device, in particular a camera, preferably a circuit board camera, for lateral (X / Y) position acquisition (i.e. acquisition of the position e.g. relative to the image acquisition device) and in particular position measurement of the object, in particular the circuit board and / or a circuit board brand and / or a machine brand in order to carry out a placement by the placement machine depending on the position detection,
  • - An expansion device for (at least partially providing) optical distance determination of a distance to the object in order to extend the position detection to include optical distance determination.

Dies hat den Vorteil, dass die Bestückung durch die Bestückungsmaschine auch in Abhängigkeit von der um die optische Entfernungsbestimmung erweiterte Positionserfassung durchgeführt werden kann, also von einer Positionsermittlung in drei Dimensionen. Durch eine technisch einfache und kostengünstige Erweiterung der Bilderfassungsvorrichtung kann somit auch eine Position des Objekts in einer Z-Richtung erfasst werden, wobei die Z-Richtung abweicht und insbesondere im Wesentlichen orthogonal ist zu den lateralen X- und Y-Richtungen, in welchen die Position durch die Bilderfassungsvorrichtung erfasst werden kann. Darüber hinaus ist damit auch eine Vermessung des Z-Layouts der Leiterplatte innerhalb der Bestückungsmaschine in Z-Richtung möglich, und es können auch genauer kritische Geometrien wie Störkanten ermittelt werden, welche bei der Bestückung Berücksichtigung finden müssen. Besonders vorteilhaft ist zudem die Positionsermittlung, wenn hierdurch eine Ermittlung der Leiterplatten-Durchbiegung vor der Bestückung erfolgt.This has the advantage that the equipping machine can also be carried out as a function of the position detection extended by the optical distance determination, that is to say of a position determination in three dimensions. By means of a technically simple and inexpensive extension of the image acquisition device, a position of the object can thus also be acquired in a Z direction, the Z direction deviating and in particular being essentially orthogonal to the lateral X and Y directions in which the position can be captured by the image capture device. In addition, it is also possible to measure the Z layout of the circuit board within the assembly machine in the Z direction, and critical geometries such as interfering edges, which must be taken into account during assembly, can also be determined more precisely. In addition, the position determination is particularly advantageous if this results in a determination of the printed circuit board deflection prior to assembly.

Die Erweiterungsvorrichtung ist insbesondere zur funktionalen Erweiterung der Bilderfassungsvorrichtung ausgeführt, wobei die Erweiterungsvorrichtung die Entfernungsbestimmung ggf. nur teilweise selbst bereitstellt, und hierzu mit der Bilderfassungsvorrichtung funktional zusammenwirken muss. So kann bspw. die Erweiterungsvorrichtung als Sender für eine Messmarkierung dienen, welche durch die Bilderfassungsvorrichtung für die Entfernungsbestimmung erfasst wird. Damit kann das Ergebnis der Positionsermittlung vollständig an der Bilderfassungsvorrichtung ermittelt werden. Die Positionsermittlung bezieht sich dabei auf die laterale Positionserfassung durch die Bilderfassungsvorrichtung, welche um die optische Entfernungsbestimmung erweitert ist.The expansion device is designed in particular for the functional expansion of the image capturing device, the expansion device only partially providing the distance determination itself, if necessary, and for this having to functionally interact with the image capturing device. For example, the expansion device can serve as a transmitter for a measurement marking which is captured by the image capture device for determining the distance. The result of the position determination can thus be determined completely on the image acquisition device. The position determination here relates to the lateral position acquisition by the image acquisition device, which is expanded to include the optical distance determination.

Sowohl bei der Positionserfassung als auch bei der Entfernungsbestimmung kann jeweils eine Messung von wenigstens einer Position erfolgen, d. h. es können Messwerte ermittelt werden, welche für die Position relativ zur Anordnung spezifisch sind. Dabei kann es hinsichtlich des Informationsgehalts dieser Messwerte jeweils ausreichend sein, dass durch diese die Bestückung an eine aktuelle Lage der Leiterplatte angepasst werden kann. In anderen Worten umfasst die Messung ggf. keine besonders exakte Ermittlung oder Ausgabe der Entfernung bzw. Positionen, sondern stellt z. B. lediglich einen Parameter für eine automatische Korrektur der Bewegung eines Bestückungskopfes bereit. Die Anordnung und/oder die Erweiterungsvorrichtung kann dabei hinsichtlich des Aufbaus und/oder der Signalverarbeitung und/oder der mechanischen und/oder elektronischen Schnittstellen für die Bestückungsmaschine spezifisch ausgebildet sein, und z. B. eine direkt an die Bestückungsmaschine angepasste elektronische bzw. mechanische Schnittstelle aufweisen. Damit kann der benötigte Aufwand der Signalverarbeitung reduziert werden, und eine an die Bestückung optimal angepasste Erfassung von dreidimensionalen Positionen genutzt werden.A measurement of at least one position can be carried out in each case both in the position detection and in the determination of the distance, i. H. measured values can be determined which are specific for the position relative to the arrangement. With regard to the information content of these measured values, it can be sufficient in each case that they can be used to adapt the assembly to a current position of the circuit board. In other words, the measurement may not include a particularly exact determination or output of the distance or positions, but rather provides e.g. B. ready only one parameter for an automatic correction of the movement of a placement head. The arrangement and / or the expansion device can be designed specifically with regard to the structure and / or the signal processing and / or the mechanical and / or electronic interfaces for the assembly machine, and z. B. have an electronic or mechanical interface adapted directly to the pick and place machine. In this way, the required effort for signal processing can be reduced and a detection of three-dimensional positions optimally adapted to the assembly can be used.

Die laterale Positionserfassung bezieht sich vorteilhafterweise auf eine Erfassung lateraler Positionen in den Richtungen X, Y, welche orthogonal zueinander sind. Die Entfernungsbestimmung ist insbesondere eine Erfassung einer Position in einer Richtung Z orthogonal zu den Richtungen X, Y. Sowohl die Positionserfassung als auch die Entfernungsbestimmung können dabei jeweils die Positionen als gleichartige Ergebnisse (z. B. in Bezug auf Format, Genauigkeit) ausgeben, welche sich nur hinsichtlich der Richtung unterscheiden.The lateral position detection advantageously relates to a detection of lateral positions in the directions X, Y, which are orthogonal to one another. The distance determination is in particular a detection of a position in a direction Z orthogonal to the directions X, Y. Both the position detection and the distance determination can each output the positions as similar results (e.g. with regard to format, accuracy), which differ only in direction.

Die Bestückungsmaschine kann z. B. als ein Bestückungsautomat zur Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen, insbesondere SMD-, Bauelementen, ausgeführt sein. Hierzu kann ein Bestückungskopf vorgesehen sein, welcher in drei Achsen verfahrbar ist und ggf. um die Z-Achse rotieren kann. Die Achsen können dabei orthogonal zueinander angeordnet sein, wobei die Z-Achse dieser drei Achsen sich in Z-Richtung erstreckt, eine X-Achse der Achsen sich in X-Richtung erstreckt, und eine Y-Achse der Achsen sich in Y-Richtung erstreckt. Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Positionierung der Bauelemente an der Leiterplatte dadurch, dass der Bestückungskopf (mit dem Bauelement) an eine gewünschte Position entlang der Achsen bewegt wird. Diese Bewegung des Bestückungskopfs kann dann mittels der Positionsermittlung durch die erfindungsgemäße Anordnung koordiniert, insbesondere korrigiert, werden. Damit kann die Bestückung durch die Bestückungsmaschine in Abhängigkeit von der Positionsermittlung in drei Dimensionen, und nicht nur in Abhängigkeit von der lateralen Positionserfassung der Bilderfassungsvorrichtung in zwei Dimensionen, durchgeführt werden.The pick and place machine can, for. B. be designed as a placement machine for populating circuit boards with electronic, in particular SMD, components. For this purpose, a placement head can be provided which can be moved in three axes and, if necessary, can rotate about the Z axis. The axes can be arranged orthogonally to one another, the Z axis of these three axes extending in the Z direction, an X axis of the axes extending in the X direction, and a Y axis of the axes extending in the Y direction . The components are advantageously positioned on the circuit board in that the placement head (with the component) is moved to a desired position along the axes. This movement of the placement head can then be coordinated, in particular corrected, by means of the position determination by the arrangement according to the invention. The equipping by the equipping machine can thus be carried out as a function of the position determination in three dimensions, and not only as a function of the lateral position detection of the image acquisition device in two dimensions.

Ferner ist es denkbar, dass die Bestückungsmaschine als eine Maschine höherer Genauigkeitsklasse mit wenigstens zwei Portalen ausgebildet ist. Hierbei ist ggf. für jedes der Portale jeweils wenigstens eine erfindungsgemäße Anordnung vorgesehen. Es kann hierbei der Leiterplattentransport zu den Anordnungen beider Portale über die gesamte Transportlänge sehr genau in z-Richtung eingestellt werden. Verwendet man hierzu eine Leiterplattenkamera (als die Bilderfassungsvorrichtung), welche gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Erweiterungsvorrichtung erweitert ist, fallen zudem externe Mess- und Montagevorrichtungen weg. Damit lässt sich nicht nur Montagezeit sparen, auch die Justage wird genauer, da die Anordnung selbst das Bezugssystem ist und die Toleranzen der externen Mess- und Montagevorrichtungen wegfallen können. Die Justage kann dabei software-unterstützt erfolgen.It is also conceivable that the assembly machine is designed as a machine of a higher accuracy class with at least two portals. Here, if necessary, at least one arrangement according to the invention is provided for each of the portals. The circuit board transport to the arrangements of both portals can be set very precisely in the z-direction over the entire transport length. If a circuit board camera is used for this purpose (as the image capturing device) which, according to the arrangement according to the invention, is expanded by the expansion device, external measuring and assembly devices are also omitted. This not only saves assembly time, but also makes the adjustment more precise, since the arrangement itself is the reference system and the tolerances of the external measuring and assembly devices can be omitted. The adjustment can be made with software support.

Ein weiterer Vorteil bietet die erfindungsgemäße Anordnung, wenn diese für die Bestückung empfindlicher Bauteile, insbesondere mit sehr geringer Höhe eingesetzt wird. Durch die vorherige Entfernungsbestimmung kann der Bestückungskopf, insbesondere das Segment des Bestückungskopfes, vor dem Aufsetzen gezielt abgebremst werden. Der Weg, in welchem der Bestückungskopf nur sehr langsam bewegt werden darf, wird somit kleiner, und die Bestückungsleistung kann verbessert werden.The arrangement according to the invention offers a further advantage when it is used for equipping sensitive components, in particular with a very low height. As a result of the previous determination of the distance, the placement head, in particular the segment of the placement head, can be braked in a targeted manner before it is placed. The way in which the mounting head is allowed to be moved very slowly becomes smaller, and the mounting performance can be improved.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Erweiterungsvorrichtung zur Beleuchtung des Objekts mit einer Messmarkierung ausgeführt ist, um durch eine optische Erfassung der Messmarkierung durch die Bilderfassungsvorrichtung die Entfernung zu dem Objekt, insbesondere zu einer Marke des Objekts, zu bestimmen, und damit die Entfernungsbestimmung mittels der Erweiterungsvorrichtung durchzuführen. Die Messmarkierung kann dabei eine optische Projektion sein, welche durch die Erweiterungsvorrichtung ausgesendet wird. Entsprechend kann die Erweiterungsvorrichtung auch als Projektor oder Lichtquelle bezeichnet werden. Insbesondere kann dabei die Anordnung und damit die räumliche Position und Ausrichtung der Erweiterungsvorrichtung relativ zur Bilderfassungsvorrichtung vorgegeben und/oder bekannt sein, sodass anhand dieser relativen Position und/oder Ausrichtung die Entfernungsbestimmung möglich ist. So kann bspw. auch bei der optischen Erfassung der Messmarkierung die Position der Messmarkierung ausgewertet werden. Eine Verarbeitung der Position der Messmarkierung mit einer Information, welche für die vorgenannte relative Position und/oder Ausrichtung spezifisch ist, kann zur einfachen und zuverlässigen Bestimmung der Entfernung des Objekts führen, auf welcher die Messmarkierung projiziert ist.It can preferably be provided that the expansion device for illuminating the object is designed with a measurement marking in order to determine the distance to the object, in particular to a mark of the object, by optical detection of the measurement marking by the image recording device, and thus the distance determination by means of the Carry out expansion device. The measurement marking can be an optical projection that is transmitted by the expansion device. Correspondingly, the expansion device can also be referred to as a projector or a light source. In particular, the arrangement and thus the spatial position and orientation of the expansion device can be used be specified and / or known relative to the image acquisition device, so that the distance can be determined on the basis of this relative position and / or orientation. For example, the position of the measurement mark can also be evaluated during the optical detection of the measurement mark. Processing the position of the measuring mark with information which is specific for the aforementioned relative position and / or orientation can lead to the simple and reliable determination of the distance of the object on which the measuring mark is projected.

Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass ein Triangulationssensor für die Entfernungsbestimmung vorgesehen ist, welcher zumindest teilweise durch die Erweiterungsvorrichtung und die Bilderfassungsvorrichtung und insbesondere eine Verarbeitungsvorrichtung gebildet ist, um die Entfernungsbestimmung mittels Triangulation bereitzustellen. Auf diese Weise erweitert die Erweiterungsvorrichtung die Bilderfassungsvorrichtung um eine Triangulation. Durch das Hinzufügen der Erweiterungsvorrichtung (wie eines Lasers) zur Bilderfassungsvorrichtung (wie einer Kamera) wird damit kostengünstig der Triangulationssensor für die Positionsermittlung mittels Triangulation bereitgestellt. Die Verarbeitungsvorrichtung ist z. B. dazu ausgeführt, anhand der durch die Bilderfassungsvorrichtung erfassten Position einer Messmarkierung mittels Triangulation die Entfernung zu berechnen, und/oder die erfassten lateralen Positionen zu korrigieren.Furthermore, it can be provided within the scope of the invention that a triangulation sensor is provided for determining the distance, which is at least partially formed by the expansion device and the image acquisition device and in particular a processing device in order to provide the determination of the distance by means of triangulation. In this way, the expansion device expands the image capturing device by a triangulation. By adding the expansion device (such as a laser) to the image acquisition device (such as a camera), the triangulation sensor for determining the position by means of triangulation is thus provided at low cost. The processing device is e.g. B. designed to calculate the distance by means of triangulation based on the position of a measurement marking detected by the image detection device, and / or to correct the detected lateral positions.

Optional kann es vorgesehen sein, dass die Erweiterungsvorrichtung als eine Lichtquelle, insbesondere als wenigstens ein Laser oder wenigstens eine Laserdiode, ausgebildet ist, vorzugsweise zur Darstellung und insbesondere Projektion einer Messmarkierung in der Form eines Punkts oder einer Linie auf dem Objekt. Diese Abbildung eines Laserpunkts oder einer Laserlinie auf dem Objekt hat den Vorteil einer sehr einfach technischen Umsetzung, und einer leicht zu erfassenden und auszuwertenden Geometrie der Messmarkierung. Selbstverständlich sind aber auch weitere Geometrien der Messmarkierung möglich.Optionally, it can be provided that the expansion device is designed as a light source, in particular as at least one laser or at least one laser diode, preferably for displaying and in particular projecting a measurement marking in the form of a point or a line on the object. This imaging of a laser point or a laser line on the object has the advantage of a very simple technical implementation and of a geometry of the measurement marking that is easy to detect and evaluate. Of course, other geometries of the measurement markings are also possible.

Ein weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung ist erzielbar, wenn die Erweiterungsvorrichtung in der Form eines Lasermoduls ausgebildet ist, und die Bilderfassungsvorrichtung, vorzugsweise nachrüstbar, um das Lasermodul erweitert ist. Damit ist die Anordnung entsprechend modular ausführt, um mit der Erweiterungsvorrichtung nachgerüstet zu werden. Damit können Sensor und Optik der Bilderfassungsvorrichtung bestehen bleiben, d. h. der Sensor ist z. B. senkrecht auf das Objekt ausgerichtet, und die Erweiterungsvorrichtung projiziert eine Messmarkierung wie einen Punkt aus einem Winkel von z. B. 30° zur optischen Achse. Wenn der Winkel bekannt ist, kann anhand der durch die Bilderfassungsvorrichtung erfassten Position der Messmarkierung sehr zuverlässig die Entfernung bestimmt werden.Another advantage within the scope of the invention can be achieved if the expansion device is designed in the form of a laser module and the image acquisition device, preferably retrofittable, is expanded to include the laser module. The arrangement is therefore designed to be modular in order to be retrofitted with the expansion device. This means that the sensor and optics of the image capturing device can remain, i.e. H. the sensor is e.g. B. aligned perpendicular to the object, and the expansion device projects a measurement mark such as a point from an angle of z. B. 30 ° to the optical axis. If the angle is known, the distance can be determined very reliably on the basis of the position of the measurement marking detected by the image recording device.

Nach einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Bilderfassungsvorrichtung zur Durchführung der Positionserfassung als Positionsmessung von Marken des Objekts, insbesondere Leiterplattenmarken und/oder Maschinenmarken, ausgeführt ist. Hierzu ist es z. B. erforderlich, dass die Bilderfassungsvorrichtung eine Detektion (wie eine Objektdetektion oder dergleichen) durchführt, um die Marken als solche zu erkennen. Dann kann bspw. anhand der Detektion die Positionierung der Anordnung über die Marken erfolgen, sodass zur Entfernungsbestimmung die Messmarkierung auf die Marke projiziert werden kann.According to a further possibility, it can be provided that the image acquisition device for performing the position acquisition is designed as a position measurement of marks of the object, in particular printed circuit board marks and / or machine marks. For this it is z. B. required that the image acquisition device performs a detection (such as an object detection or the like) to recognize the marks as such. The positioning of the arrangement via the marks can then take place, for example on the basis of the detection, so that the measurement mark can be projected onto the mark in order to determine the distance.

Es ist ferner denkbar, dass die Bilderfassungsvorrichtung wenigstens eine der nachfolgenden Komponenten aufweist:

  • - eine Beleuchtungseinheit, insbesondere zur Beleuchtung, vorzugsweise großflächigen Beleuchtung des Objekts für die Positionserfassung,
  • - ein Objektiv, insbesondere zur Erzeugung einer optischen Abbildung des beleuchteten Objekts für die Positionserfassung,
  • - einen optischen Sensor zur optischen Erfassung, insbesondere der optischen Abbildung, um anhand der optischen Erfassung die Positionserfassung durchzuführen.
It is also conceivable that the image capture device has at least one of the following components:
  • - a lighting unit, in particular for lighting, preferably large-area lighting of the object for position detection,
  • - an objective, in particular for generating an optical image of the illuminated object for position detection,
  • - An optical sensor for optical detection, in particular the optical imaging, in order to carry out the position detection based on the optical detection.

Anhand der erfassten Abbildung kann z. B. die laterale Position der Marken und/oder der Messmarkierung ausgewertet werden. Eine Verarbeitung dieser Positionen kann zur Bestimmung der dreidimensionalen Lage des Objekts führen.Based on the captured image, z. B. the lateral position of the marks and / or the measurement mark can be evaluated. Processing these positions can lead to the determination of the three-dimensional position of the object.

Vorteilhafterweise kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass die Bilderfassungsvorrichtung ein Objektiv aufweist, welches als eine endozentrische Optik ausgebildet ist. Bei einer endozentrischen Optik kann der Abbildungsmaßstab von der Entfernung des Objektes zum Objektiv abhängig sein, da die Strahlbündel auseinanderlaufen. Bei einem Objekt, was sich nicht exakt in der Bildmitte befindet, führt eine Änderung des Abstandes zu einer Änderung der lateralen X/Y-Position. Wenn bei Leiterplatten-Marken der Abstand nicht exakt bekannt ist (z. B. aufgrund der Leiterplatten-Durchbiegung), ist eine endozentrische Optik üblicherweise ungeeignet. Vielmehr wird herkömmlicherweise eine telezentrische Optik verwendet, bei der sich der Abbildungsmaßstab bei Abstandsänderungen nicht verändert, da die Strahlbündel parallel verlaufen. Der Nachteil einer telezentrischen Optik ist die Größe des Objektivs: Um parallele Strahlbündel zu erhalten, muss mindestens die Frontlinse so groß sein, wie die Diagonale des objektseitigen Gesichtsfeldes. Da der Bauraum der Leiterplattenkamera sehr beschränkt sein kann, sind große Linsen eher nachteilhaft und nur begrenzt einsetzbar. Somit bleibt das Gesichtsfeld der Leiterplattenkamera auf wenige Millimeter beschränkt. Ein Ausweg kann dabei die Verwendung endozentrischer Optiken darstellen. Um dennoch ein genaues Positionsergebnis zu erzielen, kann es vorteilhafterweise durch die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren möglich sein, dabei den Abstand (die Entfernung) der Marke ebenfalls zu erfassen. Dies kann vorteilhafterweise mittels der Entfernungsbestimmung, bereitgestellt durch die Erweiterungsvorrichtung erfolgen. Insbesondere kann hierzu gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Korrektur der erfassten Lage des Objekts anhand der gemessenen Entfernung erfolgen.It can advantageously be provided in the invention that the image capturing device has an objective which is designed as an endocentric lens. In the case of endocentric optics, the image scale can depend on the distance between the object and the objective, since the bundles of rays diverge. In the case of an object that is not exactly in the center of the image, a change in the distance leads to a change in the lateral X / Y position. If the distance is not exactly known for printed circuit board brands (e.g. due to the deflection of the printed circuit board), endocentric optics are usually unsuitable. Rather, telecentric optics are conventionally used in which the image scale does not change when the distance changes, since the bundles of rays run parallel. The disadvantage of telecentric optics is the size of the lens: In order to obtain parallel bundles of rays, at least the front lens must be as large as the diagonal the object-side field of view. Since the installation space of the circuit board camera can be very limited, large lenses are rather disadvantageous and can only be used to a limited extent. The field of view of the circuit board camera is thus limited to a few millimeters. One way out is the use of endocentric optics. In order to nevertheless achieve an exact position result, the arrangement according to the invention or the method according to the invention can advantageously also detect the distance (distance) from the mark. This can advantageously take place by means of the distance determination provided by the expansion device. In particular, according to the method according to the present invention, the detected position of the object can be corrected using the measured distance.

Es ist ferner denkbar, dass die Erweiterungsvorrichtung derart ausgerichtet ist, dass eine von der Erweiterungsvorrichtung ausgestrahlte Messmarkierung auf dem Objekt im Wesentlichen (mit einer Abweichung) in einer Bildmitte einer erfassten (optischen) Abbildung der Bilderfassungsvorrichtung lokalisiert ist, wobei vorzugsweise eine Speichereinheit vorgesehen ist, um für eine Kalibrierung eine Abweichung der Position (Lokalisation) der Messmarkierung von der Bildmitte bereitzustellen. Die Kalibrierung kann dabei zur Korrektur der Positionsermittlung bzw. Entfernungsbestimmung dienen. Die durch die Bilderfassungsvorrichtung ermittelte Messposition der Messmarkierung kann dann durch die mittels der Speichereinheit abgespeicherten Abweichungen korrigiert werden. Im Messeinsatz kann somit die Messposition in Bezug auf die in der Speichereinheit gespeicherten Positionen ausgegeben werden. Hierzu speichert die Speichereinheit die Position, an welcher die ausgestrahlten Messmarkierungen bei Projektion auf einem Objekt vorliegen, welches eine vorgegebene Entfernung aufweist. Außerdem kann ggf. der z-Abbildungsmaßstab kalibriert und ebenfalls in der Speichereinheit abgelegt werden. Die Speichereinheit ist z. B. als ein nicht-flüchtiger elektronischer Speicher ausgebildet.It is also conceivable that the expansion device is aligned such that a measurement mark emitted by the expansion device is located on the object essentially (with a deviation) in an image center of a captured (optical) image of the image capture device, a storage unit preferably being provided, in order to provide a deviation of the position (localization) of the measurement mark from the center of the image for calibration. The calibration can serve to correct the determination of the position or the determination of the distance. The measurement position of the measurement marking determined by the image capture device can then be corrected by the deviations stored by means of the memory unit. In the measuring insert, the measuring position can thus be output in relation to the positions stored in the memory unit. For this purpose, the memory unit stores the position at which the emitted measurement markings are present when projected onto an object which has a predetermined distance. In addition, the z-imaging scale can, if necessary, be calibrated and also stored in the memory unit. The storage unit is e.g. B. designed as a non-volatile electronic memory.

Ferner ist es denkbar, dass die Bilderfassungsvorrichtung als eine Leiterplattenkamera ausgebildet ist, um bei der Bestückungsmaschine, vorzugsweise in der Form eines Bestückungsautomaten, insbesondere SMD (Surface-mounted device)-Bestückungsautomaten, eine X- und Y-Positionsmessung von lateralen X- und Y-Positionen von Leiterplatten- und/oder Maschinenmarken durchzuführen. Die Bilderfassungsvorrichtung kann somit als eine technisch eher einfache und kostengünstige Kamera ausgeführt sein, welche originär zur Erfassung von Positionen in maximal zwei Dimensionen ausgelegt ist.It is also conceivable that the image capturing device is designed as a circuit board camera in order to measure the X and Y positions of the lateral X and Y positions in the assembly machine, preferably in the form of an automatic assembly machine, in particular an SMD (surface-mounted device) assembly machine -Position of printed circuit board and / or machine brands. The image capturing device can thus be designed as a technically rather simple and inexpensive camera which is originally designed to capture positions in a maximum of two dimensions.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Erweiterungsvorrichtung und die Bilderfassungsvorrichtung mit einer Positionierungsvorrichtung verbunden sind, um durch die Positionierungsvorrichtung zumindest in laterale X-Y Richtungen verschoben zu werden. Die Positionierungsvorrichtung ist z. B. als ein motorisch betriebenes Transportsystem und/oder als ein Roboterarm oder dergleichen der Bestückungsmaschine ausgeführt.Furthermore, it can be provided that the expansion device and the image capture device are connected to a positioning device in order to be displaced by the positioning device at least in lateral X-Y directions. The positioning device is e.g. B. designed as a motorized transport system and / or as a robot arm or the like of the placement machine.

Weiter ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Erweiterungsvorrichtung und/oder die Bilderfassungsvorrichtung mit einem Bestückungskopf der Bestückungsmaschine fest und/oder unbeweglich verbunden ist, und vorzugsweise gemeinsam mit dem Bestückungskopf an einer Positionierungsvorrichtung befestigt ist, um gemeinsam mit dem Bestückungskopf durch die Positionierungsvorrichtung bewegt zu werden. Damit wird der Vorteil erzielt, dass eine flexible Bestückung der Leiterplatte bereitgestellt wird und optisch in einfacher Weise mittels der Positionsermittlung gesteuert werden kann.It is also conceivable within the scope of the invention that the expansion device and / or the image acquisition device is fixedly and / or immovably connected to a placement head of the placement machine, and is preferably fastened together with the placement head to a positioning device in order to move together with the placement head through the positioning device to become. This has the advantage that flexible assembly of the circuit board is provided and can be optically controlled in a simple manner by means of the position determination.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung wenigstens eines Objekts innerhalb einer Bestückungsmaschine, vorzugsweise zur Positionskorrektur bei einer Bestückung einer Leiterplatte mit wenigstens einem Bauteil. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Positionskorrektur direkten Einfluss auf die Positionierung eines Bestückungskopfes der Bestückungsmaschine bei der Bestückung hat, insbesondere durch eine Steuerung der Positionierung.The invention also relates to a method for determining the position of at least one object within a mounting machine, preferably for correcting the position when mounting a printed circuit board with at least one component. It can be provided that the position correction has a direct influence on the positioning of a placement head of the placement machine during placement, in particular by controlling the positioning.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, vorzugsweise nacheinander (in der angegebenen Reihenfolge) oder in beliebiger Reihenfolge, wobei einzelne Schritte und/oder die beiden Messungen ggf. auch wiederholt durchgeführt werden können:

  • - Durchführen einer (ersten) Messung wenigstens einer lateralen Position (insbesondere in lateralen Richtungen X, Y) des Objekts, vorzugsweise der Leiterplatte und/oder einer Marke der Leiterplatte als das Objekt, innerhalb der Bestückungsmaschine, um eine (räumliche) Lage des Objekts zu erfassen, insbesondere in zwei Dimensionen,
  • - Durchführen einer (zweiten) Messung einer Entfernung zu dem Objekt, insbesondere in einer Entfernungsrichtung Z orthogonal zu den lateralen Richtungen X,Y,
  • - Optional: Erweiterung, insbesondere Korrektur der erfassten Lage des Objekts anhand der gemessenen Entfernung, vorzugsweise durch Einbringung der Entfernung als dritte Dimension in die zwei Dimensionen.
In the method according to the invention, the following steps can be carried out, preferably one after the other (in the specified order) or in any order, with individual steps and / or the two measurements also being able to be carried out repeatedly if necessary:
  • Carrying out a (first) measurement of at least one lateral position (in particular in lateral directions X, Y) of the object, preferably the circuit board and / or a mark of the circuit board as the object, within the assembly machine in order to determine a (spatial) position of the object capture, especially in two dimensions,
  • - Carrying out a (second) measurement of a distance to the object, in particular in a distance direction Z orthogonal to the lateral directions X, Y,
  • Optional: expansion, in particular correction of the detected position of the object on the basis of the measured distance, preferably by introducing the distance as a third dimension into the two dimensions.

Damit bringt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Anordnung beschrieben worden sind. Es kann außerdem möglich sein, dass die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine erfindungsgemäße Anordnung durchgeführt werden, insbesondere dass die (erste) Messung der lateralen Position des Objekts durch eine Bilderfassungsvorrichtung der Anordnung, die (zweite) Messung der Entfernung zumindest durch eine Erweiterungsvorrichtung und die (in Zusammenwirkung mit der) Bilderfassungsvorrichtung der Anordnung und insbesondere die Erweiterung, vorzugsweise Korrektur durch eine Verarbeitungsvorrichtung der Anordnung durchgeführt wird. The method according to the invention thus has the same advantages as have been described in detail with reference to an arrangement according to the invention. It may also be possible that the method steps of the method according to the invention are carried out by an arrangement according to the invention, in particular that the (first) measurement of the lateral position of the object by an image acquisition device of the arrangement, the (second) measurement of the distance at least by an extension device and the (in cooperation with the) image acquisition device of the arrangement and in particular the expansion, preferably correction, is carried out by a processing device of the arrangement.

Die Erweiterung und insbesondere Korrektur kann z. B. durch eine Verarbeitungsvorrichtung dadurch durchgeführt werden, dass die gemessenen lateralen Positionen mit der gemessenen Entfernung verarbeitet werden, um insbesondere die Lage im dreidimensionalen Raum zu bestimmen. Die gemessenen lateralen Positionen können in anderen Worten zunächst die Lage nur als eine rein laterale Lage des Objekts beschreiben, welche jedoch nur bei einer vorgegebenen Entfernung der Bilderfassungsvorrichtung zum Objekt korrekt ist (bei einer Entfernung = 0). Diese rein laterale Lage kann dann durch die Kenntnis der Entfernung erweitert werden. Die Erweiterung kann z. B. auch dadurch erfolgen, dass sowohl die laterale Lage als auch die Entfernung bei der Bestückung, z. B. der Ansteuerung des Bestückungskopfes, Berücksichtigung finden. Für die Messung der Entfernung werden z. B. ein oder mehrere Abstandswerte der Bilderfassungsvorrichtung zum Objekt ermittelt, welche dann zur Erweiterung und insbesondere Korrektur dieser Lage herangezogen werden können. Damit ist es möglich, die Lage des Objekts - relativ zur Bilderfassungsvorrichtung - in drei orthogonal zueinander stehenden Richtungen zu bestimmen. Dies kann die Genauigkeit bei der Bestückung deutlich verbessern, und durch die Korrektur auch den Einsatz endozentrischer Objektive ermöglichen. Die Korrektur umfasst z. B. zusätzlich die Anpassung der wenigstens einen gemessenen lateralen Position anhand der gemessenen Entfernung, wobei die zweite Messung hierzu ggf. durch Triangulation erfolgen kann. Die Korrektur bzw. die Anpassung kann dabei unter Kenntnis der optischen Eigenschaften des genutzten (endozentrischen) Objektivs der Bilderfassungsvorrichtung durchgeführt werden. So ist es z. B. möglich, dass der Abbildungsmaßstab bei dem Objektiv linear von der Entfernung des Objekts abhängt. Somit kann die Anpassung im einfachsten Falle dadurch erfolgen, dass die gemessenen lateralen Positionen proportional zur gemessenen Entfernung erhöht bzw. verringert werden, um den Fehler der Position aufgrund des Objektivs zu korrigieren.The extension and in particular correction can e.g. B. carried out by a processing device in that the measured lateral positions are processed with the measured distance in order to determine in particular the position in three-dimensional space. In other words, the measured lateral positions can initially describe the position only as a purely lateral position of the object, which, however, is correct only for a predetermined distance of the image acquisition device from the object (for a distance = 0). This purely lateral position can then be expanded by knowing the distance. The extension can e.g. B. also be done in that both the lateral position and the distance when equipping, z. B. the control of the placement head, take into account. To measure the distance z. B. one or more distance values of the image capture device to the object are determined, which can then be used to expand and in particular correct this position. It is thus possible to determine the position of the object - relative to the image capturing device - in three orthogonal directions. This can significantly improve the accuracy of the assembly and, through the correction, also enable the use of endocentric lenses. The correction includes e.g. B. additionally the adaptation of the at least one measured lateral position on the basis of the measured distance, the second measurement for this purpose being able to take place by triangulation if necessary. The correction or adaptation can be carried out with knowledge of the optical properties of the (endocentric) objective of the image acquisition device used. So it is e.g. B. possible that the magnification of the lens depends linearly on the distance of the object. In the simplest case, the adaptation can thus take place in that the measured lateral positions are increased or decreased proportionally to the measured distance in order to correct the error in the position due to the objective.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass eine Bestückung einer (der) Leiterplatte mit Bauteilen in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zu dem Objekt durchgeführt wird, vorzugsweise dass eine Abbremsung eines Bestückungskopfs bei der Bestückung in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zu dem Objekt eingeleitet wird, wobei vorzugsweise das Objekt als wenigstens ein Teil der Leiterplatte oder als die Leiterplatte ausgebildet ist und/oder relativ (insbesondere in fester, unveränderbarer Relation) zur Leiterplatte angeordnet ist und/oder als eine Maschinenmarke und/oder ein Teil der Bestückungsmaschine ausgebildet ist. Die Abbremsung bei der Bewegung des Bestückungskopfs kann bspw. durch eine Positionierungsvorrichtung in z-Richtung, also in Richtung der Entfernungsbestimmung, erfolgen. Damit kann sehr genau der Zeitpunkt bestimmt werden, zu welchem die Abbremsung erfolgen muss, und weitere Abbremsungen vermieden werden.For example, it can be provided that a (the) circuit board is fitted with components as a function of the measured distance to the object, preferably that a braking of an assembly head is initiated during the assembly as a function of the measured distance to the object, wherein preferably the object is designed as at least part of the circuit board or as the circuit board and / or is arranged relative (in particular in a fixed, unchangeable relation) to the circuit board and / or is designed as a machine brand and / or part of the assembly machine. The deceleration during the movement of the placement head can take place, for example, by a positioning device in the z-direction, that is, in the direction of determining the distance. In this way, the point in time at which the braking must take place can be determined very precisely, and further braking can be avoided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,
  • 2 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 eine weitere schematische Darstellung von Teilen einer erfindungsgemäßen Anordnung,
  • 4 eine weitere schematische Darstellung von Teilen einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. Show it:
  • 1 a schematic representation of an arrangement according to the invention,
  • 2 a further schematic representation of an arrangement according to the invention for visualizing a method according to the invention,
  • 3 a further schematic representation of parts of an arrangement according to the invention,
  • 4th a further schematic representation of parts of an arrangement according to the invention.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the same reference numerals are used for the same technical features from different exemplary embodiments.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zur Ermittlung wenigstens einer Position eines Objekts 1 innerhalb einer Bestückungsmaschine, insbesondere der Position einer zu bestückenden Leiterplatte 1, vorzugsweise zur Positionskorrektur bei einer Bestückung der Leiterplatte 1 mit wenigstens einem Bauteil 4. Die Anordnung 10 umfasst dabei eine Bilderfassungsvorrichtung 20 zur lateralen Positionserfassung des Objekts 1, insbesondere der Leiterplatte 1, um eine Bestückung durch die Bestückungsmaschine in Abhängigkeit von der Positionserfassung durchzuführen. Außerdem ist eine Erweiterungsvorrichtung 30 zur optischen Entfernungsbestimmung einer Entfernung zum Objekt 1 vorgesehen, um die Positionserfassung um die optische Entfernungsbestimmung zu erweitern. Die hat den Vorteil, dass die Lage des Objekts 1, insbesondere der Leiterplatte 1, in den Richtungen X, Y und Z und damit dreidimensional bestimmt werden kann. Die Richtungen X, Y und Z können, wie in 1 anhand der jeweiligen Pfeile X, Y und Z perspektivisch gezeigt ist, orthogonal zueinander sein. Durch die Ausrichtung eines Sensors 23 der Bilderfassungsvorrichtung 20 parallel zu einer Ebene, welche sich in X und Y Richtung erstreckt, kann der Sensor 23 lediglich die lateralen Positionen des Objekts 1 erfassen. Besonders relevant ist dabei die Erfassung der Position einer Marke 2 der Leiterplatte 1, um die Bestückung durch einen Bestückungskopf 40 mit hoher Genauigkeit durchführen zu können. Sofern sich die Leiterplatte 1 ausschließlich in der Ebene in X und Y Richtung und mit einem vorbekannten Abstand zur Bilderfassungsvorrichtung 20 erstreckt, kann die Erfassung der lateralen Positionen ausreichen. Jedoch können Abweichungen hiervon, also eine Erstreckung der Lage der Leiterplatte 1 im dreidimensionalen Raum bzw. mit unbekanntem Abstand, problematisch sein. Daher bietet die Entfernungsbestimmung den Vorteil, die Bestückung mit höherer Genauigkeit durchführen zu können. 1 shows an arrangement according to the invention 10 for determining at least one position of an object 1 within an assembly machine, in particular the position of a circuit board to be assembled 1 , preferably for position correction when assembling the circuit board 1 with at least one component 4th . The order 10 comprises an image capturing device 20th for lateral position detection of the object 1 , especially the circuit board 1 in order to carry out a placement by the placement machine depending on the position detection. Also is a Expansion device 30th for the optical determination of a distance to the object 1 provided in order to expand the position detection to include optical distance determination. Which has the advantage that the location of the property 1 , especially the circuit board 1 , can be determined in the directions X, Y and Z and thus three-dimensional. The directions X, Y and Z can, as in 1 is shown in perspective on the basis of the respective arrows X, Y and Z, be orthogonal to one another. By aligning a sensor 23 the image capture device 20th parallel to a plane which extends in the X and Y directions, the sensor 23 only the lateral positions of the object 1 capture. The recording of the position of a brand is particularly relevant 2 the circuit board 1 , to the placement through a placement head 40 to be able to perform with high accuracy. Unless the circuit board is 1 exclusively in the plane in the X and Y directions and with a previously known distance to the image capture device 20th extends, the detection of the lateral positions can be sufficient. However, there may be deviations from this, i.e. an extension of the position of the circuit board 1 in three-dimensional space or with an unknown distance, be problematic. The distance determination therefore offers the advantage of being able to carry out the assembly with greater accuracy.

Die Erweiterungsvorrichtung 30 kann dazu ausgeführt sein, das Objekt 1 mit einer Messmarkierung 100 zu beleuchten, um durch eine optische Erfassung der Messmarkierung 100 durch die Bilderfassungsvorrichtung 20 die Entfernung zu dem Objekt 1, insbesondere zu einer Marke 2 des Objekts 1, zu bestimmen. Dies kann z. B. durch eine Triangulation erfolgen. Somit kann ein Triangulationssensor 20, 30 für die Entfernungsbestimmung gebildet werden, welcher zumindest teilweise durch die Erweiterungsvorrichtung 30 und die Bilderfassungsvorrichtung 20 und insbesondere eine Verarbeitungsvorrichtung 60 gebildet ist. Die Messmarkierung 100 kann wie eine zusätzliche Beleuchtungsebene behandelt werden. Dementsprechend handelt es sich dann bei der Entfernungsbestimmung, insbesondere Triangulationsmessung, um eine normale Bildaufnahme mit zusätzlicher Beleuchtung, insbesondere Laserbeleuchtung.The expansion device 30th can be designed to do the object 1 with a measurement mark 100 to illuminate by an optical detection of the measurement mark 100 by the image capture device 20th the distance to the object 1 , especially a brand 2 of the object 1 to determine. This can e.g. B. be done by triangulation. Thus, a triangulation sensor 20th , 30th are formed for the distance determination, which at least partially by the expansion device 30th and the image capture device 20th and in particular a processing device 60 is formed. The measurement mark 100 can be treated like an additional lighting level. Correspondingly, the distance determination, in particular triangulation measurement, is then a normal image recording with additional lighting, in particular laser lighting.

Ferner kann die Bilderfassungsvorrichtung 20 wenigstens eine der nachfolgenden Komponenten aufweist:

  • - eine Beleuchtungseinheit 21, insbesondere zur großflächigen Beleuchtung des Objekts 1 für die Positionserfassung,
  • - ein Objektiv 22, insbesondere zur Erzeugung einer optischen des beleuchteten Objekts 1 für die Positionserfassung (vgl. 4),
  • - einen optischen Sensor 23 zur optischen Erfassung, insbesondere der optischen , um anhand der optischen Erfassung die Positionserfassung durchzuführen.
Furthermore, the image capture device 20th has at least one of the following components:
  • - a lighting unit 21st , especially for large-area illumination of the object 1 for position detection,
  • - a lens 22nd , especially for generating an optical of the illuminated object 1 for position detection (cf. 4th ),
  • - an optical sensor 23 for optical detection, especially optical to perform position detection based on optical detection.

Die Erweiterungsvorrichtung 30 kann derart ausgerichtet sein, dass eine von der Erweiterungsvorrichtung 30 ausgestrahlte Messmarkierung 100 auf dem Objekt 1 im Wesentlichen in einer Bildmitte einer erfassten der Bilderfassungsvorrichtung 20 lokalisiert ist, wobei eine Speichereinheit 65 vorgesehen ist, um für eine Kalibrierung eine Abweichung der Position der Messmarkierung 100 von der Bildmitte bereitzustellen, insbesondere als digitale Information nicht-flüchtig zu speichern.The expansion device 30th can be oriented such that one of the expansion device 30th radiated measurement mark 100 on the object 1 essentially in an image center of a captured the image capture device 20th is located, with a storage unit 65 is provided to allow for a deviation in the position of the measuring mark for calibration 100 to be provided from the center of the image, in particular to be stored non-volatile as digital information.

Das Messprinzip ist in 2 näher verdeutlicht, in welcher eine Erweiterungsvorrichtung 30 gezeigt ist, die eine Messmarkierung 100 auf dem Objekt 1 projiziert. Über ein Objektiv 22 erfolgt eine Abbildung der Messmarkierung 100 auf dem Sensor 23. Der optische Strahlengang zur Projektion bzw. Abbildung dieser Messmarkierung 100 ist durch gestrichelte Linien dargestellt. Zur Veranschaulichung erfolgt die Ansicht seitlich auf das Objekt 1, sodass die Messmarkierung 100 und das Objekt 1 nicht explizit dargestellt sind. Sofern sich das Objekt 1 in einer Ebene B erstreckt, bildet sich die Messmarkierung 100 auf dem Sensor 23 in der Bildmitte B' ab. Wenn die Position des Objekts 1 sich jedoch nach oben in Richtung einer Ebene A verändert, so verschiebt sich die Position der Messmarkierung 100 auf dem Objekt 1 nach links und auf dem Sensor 23 nach rechts an die Stelle A'. Hingegen wandert die Position der Messmarkierung 100 auf dem Sensor 23 an die Stelle C', wenn sich das Objekt 1 in einer Ebene C erstreckt. Aufgrund der Kenntnis der Ausrichtung und/oder Position der Erweiterungsvorrichtung 30 kann (z.B. durch eine Verarbeitungsvorrichtung 60) anhand der Position der Messmarkierung 100 auf dem Sensor 23 die Entfernung zum Objekt bestimmt werden. Daher kann gemäß einem ersten Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Durchführung einer Messung wenigstens einer lateralen Position des Objekts 1, insbesondere der Leiterplatte 1, innerhalb der Bestückungsmaschine erfolgen, wobei die wenigstens eine Position für eine Lage des Objekts 1 spezifisch ist. Anschließend kann gemäß einem zweiten Verfahrensschritt eine Messung einer Entfernung zu dem Objekt 1, insbesondere in einer Entfernungsrichtung orthogonal zu den lateralen Richtungen des Objekts 1, durchgeführt werden. Gemäß einem dritten Verfahrensschritt erfolgt eine Erweiterung, insbesondere Korrektur der erfassten Lage des Objekts anhand der gemessenen Entfernung.The measuring principle is in 2 clarifies in more detail in which an expansion device 30th shown is a measurement mark 100 on the object 1 projected. Via a lens 22nd an image of the measurement mark takes place 100 on the sensor 23 . The optical beam path for the projection or mapping of this measurement mark 100 is shown by dashed lines. For illustration purposes, the view is from the side of the object 1 so that the measurement mark 100 and the object 1 are not explicitly shown. Unless the object 1 in one plane B. extends, the measurement mark is formed 100 on the sensor 23 In the center of the image B ' from. When the position of the object 1 however upwards in the direction of a plane A. changed, the position of the measurement mark shifts 100 on the object 1 to the left and on the sensor 23 to the right in place A '. In contrast, the position of the measuring mark moves 100 on the sensor 23 in place C ' when the object 1 in one plane C. extends. Based on knowledge of the orientation and / or position of the expansion device 30th can (e.g. by a processing device 60 ) based on the position of the measurement mark 100 on the sensor 23 the distance to the object can be determined. Therefore, according to a first method step of a method according to the invention, a measurement of at least one lateral position of the object can be carried out 1 , especially the circuit board 1 , within the pick and place machine, the at least one position for a position of the object 1 is specific. A measurement of a distance to the object can then be carried out according to a second method step 1 , in particular in a distance direction orthogonal to the lateral directions of the object 1 , be performed. According to a third method step, the detected position of the object is expanded, in particular corrected, on the basis of the measured distance.

In 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 10 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Die Erweiterungsvorrichtung 30 und die Bilderfassungsvorrichtung 20 können dabei mit einer Positionierungsvorrichtung 80 verbunden sein, um durch die Positionierungsvorrichtung 80 zumindest in laterale X-Y Richtungen verschoben zu werden. Ferner kann die Erweiterungsvorrichtung 30 mit dem Bestückungskopf 40 der Bestückungsmaschine fest und/oder unbeweglich verbunden sein, und vorzugsweise gemeinsam mit dem Bestückungskopf 40 an der Positionierungsvorrichtung 80 befestigt sein, um gemeinsam mit dem Bestückungskopf 40 durch die Positionierungsvorrichtung 80 bewegt zu werden.In 3 is an arrangement according to the invention 10 shown with more details. The expansion device 30th and the image capture device 20th can do this with a positioning device 80 be connected to through the positioning device 80 to be shifted at least in lateral XY directions. Furthermore, the expansion device 30th with the placement head 40 the placement machine can be fixedly and / or immovably connected, and preferably together with the placement head 40 on the positioning device 80 be attached to together with the placement head 40 by the positioning device 80 to be moved.

Gemäß 4 kann die Bilderfassungsvorrichtung 20 ein Objektiv 22 aufweist, welches gemäß der unteren Darstellung II. als eine endozentrische Optik ausgebildet ist. Bei einer solchen endozentrischen Optik ist der Abbildungsmaßstab von der Entfernung des Objektes zum Objektiv abhängig, da die Strahlenbündel auseinanderlaufen. In der oberen Darstellung I. ist ein telezentrisches Objektiv 22` gezeigt. Hierbei ist der Abbildungsmaßstab unabhängig von der Entfernung, jedoch wird eine sehr große Linse benötigt. Um Bauraum zu reduzieren, bietet daher das endozentrische Objektiv 22 einen deutlichen Vorteil.According to 4th can the image capture device 20th a lens 22nd has, which according to the illustration below II . is designed as an endocentric optic. With such endocentric optics, the image scale depends on the distance between the object and the objective, since the bundles of rays diverge. In the illustration above I. . is a telecentric lens 22 ' shown. The image scale is independent of the distance, but a very large lens is required. The endocentric lens therefore offers to reduce installation space 22nd a definite advantage.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided that they are technically sensible, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Objekt, LeiterplatteObject, circuit board
22
Marke, Leiterplattenmarke, Maschinenmarke, PassermarkeBrand, PCB brand, machine brand, registration mark
44th
Bauteil, ElektronikbauteilComponent, electronic component
55
Abbildung Illustration
1010
Anordnung arrangement
2020th
BilderfassungsvorrichtungImage capture device
2121st
BeleuchtungseinheitLighting unit
2222nd
Objektiv, LinseLens, lens
2323
Sensor sensor
3030th
Erweiterungsvorrichtung, Lichtquelle, Laser Extension device, light source, laser
4040
Bestückungskopf Placement head
6060
VerarbeitungsvorrichtungProcessing device
6565
Speichereinheit Storage unit
8080
Positionierungsvorrichtung Positioning device
100100
Messmarkierung Measuring mark
AA.
erste Ebenefirst floor
A'-C'A'-C '
Positionen am SensorPositions on the sensor
BB.
zweite Ebenesecond level
CC.
dritte EbeneThird level
I.I.
telezentrische Optiktelecentric optics
II.II.
endozentrische Optikendocentric optics

Claims (15)

Anordnung (10) zur Ermittlung wenigstens einer Position eines Objekts (1) innerhalb einer Bestückungsmaschine, insbesondere der Position einer zu bestückenden Leiterplatte (1), vorzugsweise zur Positionskorrektur bei einer Bestückung der Leiterplatte (1) mit wenigstens einem Bauteil (4), aufweisend: - eine Bilderfassungsvorrichtung (20) zur lateralen Positionserfassung des Objekts (1), insbesondere der Leiterplatte (1), um eine Bestückung durch die Bestückungsmaschine in Abhängigkeit von der Positionserfassung durchzuführen, - eine Erweiterungsvorrichtung (30) zur optischen Entfernungsbestimmung einer Entfernung zum Objekt (1), um die Positionserfassung um die optische Entfernungsbestimmung zu erweitern.Arrangement (10) for determining at least one position of an object (1) within an assembly machine, in particular the position of a circuit board (1) to be assembled, preferably for correcting the position when assembling the circuit board (1) with at least one component (4), comprising: - An image acquisition device (20) for lateral position acquisition of the object (1), in particular the circuit board (1), in order to carry out an assembly by the assembly machine as a function of the position acquisition, - An expansion device (30) for optical distance determination of a distance to the object (1) in order to expand the position detection by the optical distance determination. Anordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) dazu ausgeführt ist, das Objekt (1) mit einer Messmarkierung (100) zu beleuchten, um durch eine optische Erfassung der Messmarkierung (100) durch die Bilderfassungsvorrichtung (20) die Entfernung zu dem Objekt (1), insbesondere zu einer Marke (2) des Objekts (1), zu bestimmen.Arrangement (10) according to Claim 1 , characterized in that the expansion device (30) is designed to illuminate the object (1) with a measurement marking (100) in order to determine the distance to the object (20) by optical detection of the measurement marking (100) by the image recording device (20). 1), in particular to a mark (2) of the object (1). Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Triangulationssensor (20, 30) für die Entfernungsbestimmung vorgesehen ist, welcher zumindest teilweise durch die Erweiterungsvorrichtung (30) und die Bilderfassungsvorrichtung (20) und insbesondere eine Verarbeitungsvorrichtung (60) gebildet ist, um die Entfernungsbestimmung mittels Triangulation bereitzustellen.Arrangement (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that a triangulation sensor (20, 30) is provided for determining the distance, which is formed at least partially by the expansion device (30) and the image acquisition device (20) and in particular a processing device (60) in order to provide the determination of the distance by means of triangulation. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) als eine Lichtquelle (30), insbesondere als wenigstens ein Laser oder wenigstens eine Laserdiode, ausgebildet ist, vorzugsweise zur Darstellung und insbesondere Projektion einer Messmarkierung (100) in der Form eines Punkts oder einer Linie auf dem Objekt (1).Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device (30) is designed as a light source (30), in particular as at least one laser or at least one laser diode, preferably for displaying and in particular projecting a measurement mark (100) in the form of a point or a line on the object (1). Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) in der Form eines Lasermoduls ausgebildet ist, und die Bilderfassungsvorrichtung (20), vorzugsweise nachrüstbar, um das Lasermodul erweitert ist. Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device (30) is designed in the form of a laser module, and the image acquisition device (20), preferably retrofittable, is expanded by the laser module. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (20) zur Durchführung der Positionserfassung als Positionsmessung von Marken (2) des Objekts (1), insbesondere Leiterplattenmarken (2) und/oder Maschinenmarken (2), ausgeführt ist.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the image acquisition device (20) for performing the position acquisition as position measurement of marks (2) of the object (1), in particular printed circuit board marks (2) and / or machine marks (2) is. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (20) wenigstens eine der nachfolgenden Komponenten aufweist: - eine Beleuchtungseinheit (21), insbesondere zur großflächigen Beleuchtung des Objekts (1) für die Positionserfassung, - ein Objektiv (22), insbesondere zur Erzeugung einer optischen Abbildung (5) des beleuchteten Objekts (1) für die Positionserfassung, - einen optischen Sensor (23) zur optischen Erfassung, insbesondere der optischen Abbildung (5), um anhand der optischen Erfassung die Positionserfassung durchzuführen.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the image capturing device (20) has at least one of the following components: - an illumination unit (21), in particular for illuminating the object (1) over a large area for position detection, - an objective ( 22), in particular for generating an optical image (5) of the illuminated object (1) for position detection, - an optical sensor (23) for optical detection, in particular the optical image (5), in order to carry out the position detection based on the optical detection. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (20) ein Objektiv (22) aufweist, welches als eine endozentrische Optik ausgebildet ist.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the image capturing device (20) has an objective (22) which is designed as an endocentric lens. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) derart ausgerichtet ist, dass eine von der Erweiterungsvorrichtung (30) ausgestrahlte Messmarkierung (100) auf dem Objekt (1) im Wesentlichen in einer Bildmitte einer erfassten Abbildung (5) der Bilderfassungsvorrichtung (20) lokalisiert ist, wobei eine Speichereinheit (65) vorgesehen ist, um für eine Kalibrierung eine Abweichung der Position der Messmarkierung (100) von der Bildmitte bereitzustellen.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device (30) is aligned in such a way that a measurement marking (100) emitted by the expansion device (30) on the object (1) is essentially in the center of an image of a captured image (5) of the image capturing device (20) is localized, a memory unit (65) being provided in order to provide a deviation of the position of the measurement marking (100) from the image center for a calibration. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung (20) als eine Leiterplattenkamera (20) ausgebildet ist, um bei der Bestückungsmaschine, vorzugsweise in der Form eines SMD-Bestückungsautomaten, eine X- und Y-Positionsmessung von lateralen X- und Y-Positionen von Leiterplatten- und/oder Maschinenmarken (2) durchzuführen.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the image capturing device (20) is designed as a circuit board camera (20) to measure the X and Y positions of the assembly machine, preferably in the form of an SMD assembly machine Carry out lateral X and Y positions of circuit board and / or machine marks (2). Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) und die Bilderfassungsvorrichtung (20) mit einer Positionierungsvorrichtung (80) verbunden sind, um durch die Positionierungsvorrichtung (80) zumindest in laterale X-Y Richtungen verschoben zu werden.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device (30) and the image acquisition device (20) are connected to a positioning device (80) in order to be shifted by the positioning device (80) at least in lateral XY directions. Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungsvorrichtung (30) mit einem Bestückungskopf (40) der Bestückungsmaschine fest und/oder unbeweglich verbunden ist, und vorzugsweise gemeinsam mit dem Bestückungskopf (40) an einer Positionierungsvorrichtung (80) befestigt ist, um gemeinsam mit dem Bestückungskopf (40) durch die Positionierungsvorrichtung (80) bewegt zu werden.Arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion device (30) is fixedly and / or immovably connected to a placement head (40) of the placement machine, and preferably together with the placement head (40) on a positioning device (80) is attached to be moved together with the mounting head (40) by the positioning device (80). Verfahren zur Positionsbestimmung wenigstens eines Objekts (1) innerhalb einer Bestückungsmaschine, vorzugsweise zur Positionskorrektur bei einer Bestückung einer Leiterplatte (1) mit wenigstens einem Bauteil (4), wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Durchführen einer Messung wenigstens einer lateralen Position des Objekts (1), insbesondere der Leiterplatte (1), innerhalb der Bestückungsmaschine, um eine Lage des Objekts (1) zu erfassen, - Durchführen einer Messung einer Entfernung zu dem Objekt (1), - Erweiterung, insbesondere Korrektur, der erfassten Lage des Objekts (1) anhand der gemessenen Entfernung.Method for determining the position of at least one object (1) within an assembly machine, preferably for correcting the position when assembling a printed circuit board (1) with at least one component (4), the following steps being carried out: - Carrying out a measurement of at least one lateral position of the object (1), in particular the circuit board (1), within the assembly machine in order to detect a position of the object (1), - Carrying out a measurement of a distance to the object (1), - Extension, in particular correction, of the detected position of the object (1) on the basis of the measured distance. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestückung einer Leiterplatte (1) mit Bauteilen (4) in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zu dem Objekt (1) durchgeführt wird, vorzugsweise, dass eine Abbremsung eines Bestückungskopfs (40) bei der Bestückung in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung zu dem Objekt (1) eingeleitet wird.Procedure according to Claim 13 , characterized in that a circuit board (1) is fitted with components (4) as a function of the measured distance to the object (1), preferably that a fitting head (40) is braked during assembly as a function of the measured distance Distance to the object (1) is initiated. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte durch eine Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt werden, insbesondere dass die Messung der lateralen Position des Objekts (1) durch eine Bilderfassungsvorrichtung (20) der Anordnung (10), die Messung der Entfernung durch eine Erweiterungsvorrichtung (30) und die Bilderfassungsvorrichtung (20) der Anordnung (10) und die Erweiterung durch eine Verarbeitungsvorrichtung (60) der Anordnung (10) durchgeführt wird.Method according to one of the Claims 13 to 14th , characterized in that the method steps by an arrangement (10) according to one of the Claims 1 to 12 be carried out, in particular that the measurement of the lateral position of the object (1) by an image acquisition device (20) of the arrangement (10), the measurement of the distance by an extension device (30) and the image acquisition device (20) of the arrangement (10) and the Extension is carried out by a processing device (60) of the arrangement (10).
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