CN101854795B - 生产线和生产方法 - Google Patents

Abstract

一种生产线(1)包括：传送系统(4)，其设计用于使待生产的产品品种的基板(2)在生产线之内进行传送；以及多个机器人模块(10)，其设计用于对基板进行装配。机器人模块(10)固定地但可拆卸地与传送系统(4)连接以用于进行装配，其中装配第一产品品种(A)的功能通过一些第一机器人模块(10)来确保。此外，装配第二产品品种(B)的功能通过一些第二机器人模块(10)来确保。机器人模块(10)与控制装置(7)连接，从而在生产线连续运行中将第一产品品种(A)转换至第二产品品种(B)时，分别使所必需的机器人模块(10)固定地但可拆卸地与传送系统(4)连接以用于实现特定产品品种的生产。

Description

生产线和生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于为基板装配元件的生产线以及一种用于制造电子组件的生产方法。 

背景技术

在制造电子组件时，为基板、例如印刷电路板装配不同的元件。为此，在生产区域中使用了所谓的自动装配机，该自动装配机借助于适合的定位和装配装置来将元件定位在基板上的预先定义的位置上。这样的自动装配机可以作为“stand-alone”(孤立的)设备运行，但这种自动装配机经常与用于基板的传送系统连接并组合成为生产线，其中生产线除了自动装配机之外，也可以包括有其它装置，例如印刷电路板印刷装置、焊接炉或者自动检验机。这样的生产线的特征一般在于，各个构成生产线的、具有相对来说高的自动化程度的部件刚性地连接。 

由专利US 5692292A公开了一种生产线，其中各个部件借助于用于基板的集成的传送系统刚性地相互连接。然而由此产生以下缺点：当部件失效时，例如由于产品的更换或者由于技术方面的故障，整个生产线上的装配过程就中断。这首先在于：对自动装配机的干预导致了保护电路的中断，其中也涉及到集成在自动装配机中的传送系统。因此使生产流中断，而不再确保为生产线的其余部件供给基板。因此，生产线的效率下降不仅取决于出故障的部件的停 机时间，而且还由于在生产线组合体中的强制地不可生产的一些其它部件而还进一步加剧。 

发明内容

因此本发明的目的在于提出一种生产线以及一种生产方法，借助于该生产线和生产方法可以提高生产线的灵活性以及装配效率。 

该目的通过根据独立权利要求所述的生产线以及生产方法来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。 

根据本发明的生产线包括：传送系统，该传送系统设计用于在生产线内传送所要生产的产品品种的基板；以及机器人模块，该机器人模块设计用于对基板进行装配。机器人模块固定地但可拆卸地与传送系统连接，以用于进行装配，其中装配第一产品品种的功能通过多个第一机器人模块来确保。此外，装配第二产品品种的功能通过多个第二机器人模块来确保。机器人模块与控制装置连接，从而在生产线连续运行中将第一产品品种转换至第二产品品种时，分别使所必需的机器人模块固定地可拆卸地与传送系统连接，以用于实现一种特定产品品种的生产。 

这具有以下优点，即，当生产线的配置发生变化时，例如由于产品系列或产品品种要发生变化时，从第一产品品种转换到第二产品品种所并不涉及的机器人模块可以继续用于生产。这例如涉及到那些配有对于第一产品系列和第二产品系列的生产都是必需的元件的机器人模块。由于生产线为模块化构造，传送系统即使在其中一个机器人模块失效时也能继续运行，并因此为其它的机器人模块供给基板。因此可以避免例如由于产品转换而引起的装配过程的中断。 

一种产品品种可以包含多个不同的产品。合理地将类似的产品合并成一种产品品种，例如这些类似的产品具有相同的或类似的基板，和/或只是少量的元件不同。 

在生产线的一种有利的改进方案中，装配第一产品品种的功能冗余地分配在至少两个第一机器人模块上。 

通过将某个产品或者产品系列的装配功能分配在多个、也就是说至少两个机器人模块上，那么其中一个机器人模块的失效可以通过其余的机器人模块来补偿。同样也可能的是，将一个机器人模块的功能分配成多个子功能，而这些子功能又分别自身冗余地分配在生产线的多个机器人模块上。这样，即使当其中一个机器人模块失效时，也确保了传送系统的进而确保了生产线的连续的、不中断的运行。机器人模块在维护服务的情况下可以从进行装配的生产线中移去，以便进行维护服务或更换。 

在另一种有利的改进方案中，生产线设计用于同时地加工第一产品品种以及第二产品品种。 

因此一种所谓的“交错”的生产转换，也就是说从产品A转换到产品B是可能的，而不必使生产线首先被排空。因此在对第二产品品种的一个紧接的产品B开始进行加工之前，不必对第一产品品种的一个在生产线上制造的产品A完全地和最终进行加工。而更好的是可以使两个产品，例如在从产品A至产品B的过渡阶段中，同时地由生产线中不同的机器人模块进行加工。因而阻止了：那些已经拥有了适合于产品B的装备的机器人模块占用不进行生产的维护时间，而在生产线的其它机器人模块上则还对产品A进行加工。通过一种这样的、就产品顺序A-B而言重叠的生产过程明显提高了生产线的实际的装配效率。 

在生产线的另一种有利的改进方案中，在生产线连续运行期间，生产线的装配好的工况状态可匹配于第二产品品种。 

通过在连续运行期间的装配好的工况状态或者说装备的匹配，同样也避免了不进行生产的维护时间。例如可以将那些用于当前不再需要的元件的输送装置从机器人模块上移去，并由今后需要的输送装置来替代，而不必为此使生产线的生产过程中断。此外也可以在那些对于当前的产品的装配来说，由于已有的冗余而并不是本质上必需的机器人模块上来设定软件(例如装配程序，检验程序或者特征值)。 

在生产线的另一种有利的改进方案中，机器人模块中的至少一个在生产线连续运行期间可以连接至传送系统和/或从传送系统上脱开。 

在机器人模块的装备的变化过于复杂的情况下，例如在更换装配头、门架或者多个输送模块时，那么有利的是，更换整个机器人模块。这大多是因为出于安全性的原因对生产线的其中一个装配机的干预而导致机器的保护电路的中断。因此，在具有集成于装配机中的传送系统的生产线中，基板的传送也被中断，这造成整个生产线的生产流的中断。 

通过这样来设计传送系统，即该系统可相对于机器人模块独立地运行，就可以在传送系统或生产线连续运行期间实现机器人模块在传送系统上的连接或者脱开。因此，例如由于装备变换或者由于故障造成的机器人模块的停机就不会造成整个生产线的失效或者停机，这是因为生产线的其余机器人模块通过独立的传送系统可以继续得到供给的基板，并相对于机器人模块的停机独立地继续运行。印刷电路板的补给、也就是说基板的运进和运出与机器人模块的电的和拓扑的分离允许对其中一个机器人模块进行修理以及配 置改变，而并不干扰生产线的其余的机器人模块。如果一个机器人模块完全与传送系统脱开，那么因此可以使剩下的通至传送系统的通道或者机械地或者通过光学幕帘(optischen Vorhang)而锁定住，或者又通过另外的、连接至传送系统的机器人模块所占用。 

在生产线的另一种有利的改进方案中，机器人模块分别具有一个自身的单元计算机，利用该单元计算机可以控制各自机器人模块的至少一个功能，其中单元计算机与控制装置连接，以进行数据交换。 

在一侧为控制装置和另一侧为连接至生产线的机器人模块的单元计算机之间的数据交换允许采用一种分散式的控制构造，其中上位的功能，例如对任务顺序的规划，由中央控制装置来承担和实施，相反每个机器人模块之一的本地功能，例如运动过程的计算和控制则可以由配属于各自机器人模块的单元计算机来实施。如果要使机器人模块与传送系统脱开，那么因此首先使其在控制装置上注销。在一定条件下配属于该机器人模块的生产任务根据其装配好的工况状态而被分配在生产线的其余的机器人模块上。如果在生产线之内在具有相同工作任务的机器人单元中存在有冗余，那么这种重新规划则可以最佳地实施。 

此外通过分散的控制构造可以使机器人模块即使在与传送系统脱开的状态下也自给自足地运行，例如在装调时或者在维护或者修理作业时在功能测试的范畴中。通过这种自给自足的构造可以在生产线之外，为新的产品系列的生产提供机器人模块。这例如涉及到机械的装调，但也涉及装配过程或者也涉及用于识别图像和分析评估图像的不同元件的几何参数。因此可以脱机地、也就是说在生产线之外，部分地或者作为整体输入新的产品系列。这样可以使生产线连续地变换至另一种或者新的产品系列，而并不由于输入过程而将整个装配线锁止。 

在生产线的另一种有利的改进方案中，对基板的装配还包括：涂覆焊膏和/或设定粘合点和/或检查已装配的基板或者该基板的局部区域。 

“装配”的概念并不应仅仅理解为元件在基板上的定位。这个概念更确切地说是，即也将在元件定位的过程步骤之前和之后的相邻的过程步骤划分为装配的过程。这里考虑的例如有涂覆焊膏、设定粘合点、或者检查已装配的基板或者该基板的局部区域，以用于确定装配精度和/或装配质量。 

在根据本发明的、用于对生产线中的基板进行装配的生产方法中，借助于传送系统在生产线之内传送待生产的产品品种的基板，并借助于机器人模块进行装配。此外，机器人模块固定地但可拆卸地与传送系统连接，以用于进行装配，其中，装配第一产品品种的功能通过多个第一机器人模块来确保。此外，装配第二产品品种的功能通过多个第二机器人模块来确保。借助于控制装置对机器人模块进行控制，从而在生产线连续运行中将第一产品品种转换至第二产品品种时，分别使所必需的机器人模块固定地但可拆卸地与传送系统连接，以用于实现一种特定产品品种的生产。 

当生产线的配置发生变化时，例如由于产品系列或者产品品发生变化时，那些并不涉及到从第一产品品种转换到第二产品品种的机器人模块继续被用于生产。这例如就是那些配有对于第一产品系列和第二产品系列的生产都是必需的元件的机器人模块的情况。因此不再需要由于在生产线上的产品更换而中断装配过程。 

在生产方法的一种有利的改进方案中，为了从第一产品品种改装为第二产品品种，使机器人模块中的至少一个在生产线连续运行期间连接至传送系统和/或从传送系统上脱开。 

因为机器人模块与传送系统的脱机过程可以在传送系统运行期间进行，因此确保了为继续连接至传送系统的机器人模块供给基板。传送系统对于机器人模块的脱开过程来说既不必断开，也不必完全停下。因此可以使至少那些并不直接邻接于所要脱开的机器人模块的传送部段不中断地继续运行。因此可以将待生产的基板传送至其余的连接的机器人模块，将生产过的基板继续从连接的机器人模块中取出并继续传送。因此例如可以脱机地，也就是说在与传送系统脱开的状态下，在机器人模块上进行功能或者维护和保养作业，从而使生产线因此虽然在一定条件下，就其装配功能而言，但并不是就其总体功能而言受到影响。生产线的连续运行，在一定条件下装配效率降低时，可以继续保持。 

合理地在一个机器人模块与传送系统脱开之前，机器操纵者将这传送系统在生产线的控制装置上注销。同样也必须将一个待连接的机器人模块在真正的连接过程之前，在生产线的控制装置上登记注册。 

此外还可以在生产线之外，在一个相应配备的机器人模块上采用一种新的产品或者产品系列。为此必须使机器人模块最大程度上是自给自足的，并装备有自身的单元计算机、自身的图形处理装置以自身的供电系统。在具有足够功能时，这样的机器人模块可以用其相应采用的装配过程接着被连接于生产线并通过控制装置激活。因此可以为生产线的新的生产目的而生产第一个基板，例如第一个印刷电路板，而生产线的其余模块则还生产其它的之前的产品系列。 

在生产方法的另外一种有利的改进设计方案中，对基板的装配也包括了涂覆焊膏和/或设定粘合点和/或检查已装配的基板或者其局部区域。 

如上所述在本申请中，装配的概念被扩展了，也就是说它不只是指元件在基板上的定位，而同样也指直接在该过程步骤之前和之后的过程步骤，例如涂覆焊膏、设定粘合点或者用于评价装配精度和/或装配质量的检查步骤。 

附图说明

以下根据附图对生产线的一个实施例进行详细说明。图中示出： 

图1是生产线的示意性平面图； 

图2a至2f是在不同时刻从第一至第二种产品变换时的生产线的示意图。 

具体实施方式

在不同的图中相同的部分总是采用相同的标号。说明适用于所有附图，在这些附图中同样也可以见到相应的部分。 

在图1中示意性地以平面图示出了用于为基板2装配元件3，尤其是用于生产电子组件的、根据本发明的生产线1。生产线1为模块式结构，具有传送系统4，其设计用于在传送方向T上传送基板2。此外，生产线1还具有多个机器人模块10，它们设计用于加工或者处理基板2，并在传送方向T上在两侧都连接至传送系统4。然而同样也可以，使机器人模块10在传送方向T上只是在一侧连接至传送系统4。在生产线前面或者后面的区域，例如印刷电路印刷机或者焊接炉都未在图中示出。 

为了控制生产系统而设置有控制装置7，其例如进行任务顺序的确定或者各个机器人模块10的占用规划，并为此优先连接至传 送系统4。然而同样也可以使控制装置7直接与机器人模块10以及传送系统4连接。 

在此，传送系统4既可以设计成单通道的或者也可设计成多通道的。若是设计成多通道的传送系统，那么机器人模块10在两侧都连接至传送系统4。在传送系统4和分别一个机器人模块10之间的连接通过配属于各自的机器人模块10的传送接口8来实现，该接口8分别设置在机器人模块10和传送系统4之间。借助于传送接口8实现了将待加工的基板2从传送系统4转送到所涉及的机器人模块10上，或者说将加工过的基板2从机器人模块10上转送到传送系统4上。如果在传送系统上用于机器人模块10的可能的位置未被占用，那么出于安全的原因为所涉及的传送接口8配备保险装置6。 

每个机器人模块10具有与之配属的、本地单元计算机12，利用该计算机至少可以自给自足地对机器人模块的功能进行控制。该单元计算机12或者直接或者间接地通过传送系统4与控制装置7连接，从而在控制装置7和所连接的单元计算机12之间可以进行双向的数据交换。 

此外，每个机器人模块10具有自身的基板传送装置9，用于使基板2在各自的机器人模块10之内进行传送。如果机器人模块并不只是设计用于涂覆焊膏和/或设定粘合点和/或检查装配的基板，而是至少部分地用于为基板2装配元件3，那么它还具有多个输送装置5，借助该输送装置为基板2的装配提供元件3。机器人模块10的输送装置5也可以装配有对于不同的产品品种的不同的基板2来说必需的元件3。借助于机器人模块的可移动的定位装置(未示出)从输送装置中取出元件3并将之定位于所要装配的基板2上。 

图2a至图2f示意性地示出了在从第一产品品种A转换到第二产品品种B时的生产线1。图2a至图2f示出了在该转换过程中的时间次序，根据这些图也详细说明了根据本发明的方法。 

图2a示出了生产线1，就其拓扑关系而言相当于图1所示和上面所述的生产线1。在该生产线1上生产那些配合于第一种产品品种A的基板2_A。为此，在生产线1的传送系统4上连接了多个机器人模块10-1，10-2，10-3，10-4和10-5，并配置用于加工基板2_A。该配置包含了配属于各自的机器人模块10-1，10-2，10-3，10-4和10-5的输送装置5_A，这装置装有那些对于制造第一产品品种A所必需的元件3。二个机器人模块10-3和10-4已经附加地配置有输送装置5_B，它们设计用于制造紧随于产品品种A的第二产品品种B。此外，生产线还具有用于其它的机器人模块的空闲位置，其中配合于这些位置的传送接口8出于安全的原因分别利用保险装置6来确保安全。 

在图2b中则示出了从第一产品品种A至第二产品品种B的转换。这通过第一个位于传送系统4上的、对应于第二产品品种B的基板2_B来说明。为了加工第二产品品种B的基板2_B，生产线1连续运行时在控制装置7上注册另一个机器人模块10-6并在一个空闲位置上连接至传送系统4。机器人模块10-6的输送装置5_B为了对基板2_B进行加工而装有那些对于制造第二产品品种B的基板2_B所必需的元件3。配合于机器人模块10-6的位置的保险装置6为此目的已被移走。在整个连接过程中传送系统4仍保持可进行生产，并因此为已经连接的机器人模块10-1，10-2，10-3，10-4和10-5继续提供基板2_A。 

图2c示出了在一个时刻的生产线1，在此时刻图2b中开始的机器人模块10-6的连接过程已经结束。机器人模块10-6已经可进行生产并加工基板2_B。借助于传送系统4，在从第一产品品种A至 第二产品品种B转换阶段中，即使第一产品品种A的基板2_A，也使第二产品品种B的基板2_B传送。此外，使另外的机器人模块10-7在控制装置7上注册并在另外的空闲位置上连接至传送系统4。这同样也如同机器人模块10-6那样，设计用于制造第二产品品种B的基板2_B，并具有相应的配置。这里也已经去除了对应于该另外的位置的保险装置6。 

图2d示出了一个时刻的生产线1，在该时刻，机器人模块10-7的连接过程也已结束。机器人模块10-7也已经可以生产，因此传送系统4可将第一个基板2_B转送至机器人模块10-7。借助于配合于机器人模块10-7的基板-传送装置9使基板2_B运动至加工位置。 

此外，图2d还示出了曾经设计用于加工第一产品品种A的基板2_A而现在不再需要的机器人模块10-1的脱开过程。为此使机器人模块10-1在生产线1连续运行期间从控制装置7上注销，因此不再有其它的工作目的给予机器人模块10-1了。接着使机器人模块10-1与传送系统4脱开。然而还是可以通过机器人模块10-2，10-3，10-4和10-5对产品品种A的基板2_A进行加工。然而生产线1的加工产品品种A的基板2_A的能力被减去了机器人模块10-1的部分加工能力。 

图2e示出了在一个略微靠后时刻的生产线1，在此时刻机器人模块10-1的脱开过程完全结束了。机器人模块10-1被完全除去，剩下的传送系统侧的传送接口8借助于保险装置6而锁定住。在变空的位置上则可以连接另一个机器人模块。 

图2f示出了在一个时刻的生产线1，在该时刻机器人模块10-2也从控制装置7上注销并与传送系统4脱开。这种注销和脱开过程也在生产线1连续运行期间进行。 

生产线主要针对第二产品品种B的基板2_B的加工。然而多个机器人模块还具有一种配置，其它适合于加工第一产品品种A的基板2_A。此外，在传送系统4上有二个释放变空的位置，用于连接其它的机器人模块，从而使生产线1能够在需要时快速地换装，用于加工其它的产品品种，而不必为此而中断当前的产品品种的加工。 

同样也可以在生产线1连续运行时更换各个输送装置5。然而在这种情况下必须由此出发，即所涉及的机器人模块10对于各个输送装置5进行更换的时间来说至少主要是不生产的，这可以导致所涉及的机器人模块10进而生产线1的生产能力的降低。通过在与生产线脱开的状态下实施机器人模块10的装配，并且在必要时也同样地进行测试，那么可以明显减少生产线1的取决于装配更换的停机时间。 

参考标号表 

1        生产线 

2        基板 

2A       来自产品品种A的基板 

2B       来自产品品种B的基板 

3        元件 

4        传送系统 

5        输送装置 

5_A       装备有用于加工产品品种A的元件的输送装置 

5_B       装备有用于加工产品品种B的元件的输送装置 

6        保险装置 

7        控制装置 

8        传送接口 

9        基板传送装置 

10       机器人模块 

12       单元计算机 

A        第一产品品种 

B        第二产品品种 。 

Claims (14)

1.一种用于对基板（2）进行装配的生产线（1），

-具有传送系统（4），所述传送系统设计用于传送待生产的产品品种的所述基板（2），

-具有机器人模块（10），所述机器人模块设计用于对所述基板（2）进行装配，

-其中，所述机器人模块（10）固定地但可拆卸地与所述传送系统（4）连接，以用于进行装配，

-其中，通过多个第一机器人模块（10）确保装配第一产品品种（A）的功能，

其特征在于，

-通过多个第二机器人模块（10）确保装配第二产品品种（B）的功能，

-所述机器人模块（10）与控制装置（7）连接，从而在所述生产线（1）连续运行中将所述第一产品品种（A）转换至所述第二产品品种（B）时，分别使所必需的机器人模块（10）固定地但可拆卸地与所述传送系统（4）连接，以用于实现生产。

2.根据权利要求1所述的生产线（1），其特征在于，装配所述第一产品品种（A）的功能冗余地分配在至少两个所述第一机器人模块（10）上。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的生产线（1），其特征在于，所述生产线（1）设计用于同时地加工所述第一产品品种（A）和所述第二产品品种（B）。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的生产线（1），其特征在于，在所述生产线（1）连续运行期间，所述生产线（1）的装配好的工况状态可匹配于所述第二产品品种（B）。

5.根据权利要求3所述的生产线（1），其特征在于，在所述生产线（1）连续运行期间，所述生产线（1）的装配好的工况状态可匹配于所述第二产品品种（B）。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的生产线（1），其特征在于，所述机器人模块（10）中的至少一个机器人模块可在所述生产线（1）连续运行期间连接至所述传送系统（4）和/或从所述传送系统（4）上脱开。

7.根据权利要求5所述的生产线（1），其特征在于，所述机器人模块（10）中的至少一个机器人模块可在所述生产线（1）连续运行期间连接至所述传送系统（4）和/或从所述传送系统（4）上脱开。

8.根据权利要求1或2中任一项所述的生产线（1），其特征在于，

-所述机器人模块（10）分别具有一个自身的单元计算机（12），利用所述单元计算机可以控制各自机器人模块（10）的至少一个功能，

-所述单元计算机（12）与所述控制装置（7）连接，以进行数据交换。

9.根据权利要求7所述的生产线（1），其特征在于，

-所述机器人模块（10）分别具有一个自身的单元计算机（12），利用所述单元计算机可以控制各自机器人模块（10）的至少一个功能，

-所述单元计算机（12）与所述控制装置（7）连接，以进行数据交换。

10.根据权利要求1或2中任一项所述的生产线（1），其特征在于，对所述基板（2）的装配也包括：涂覆焊膏和/或设置粘合点和/或检查已装配的基板（2）或者所述基板的局部区域。

11.根据权利要求9所述的生产线（1），其特征在于，对所述基板（2）的装配也包括：涂覆焊膏和/或设置粘合点和/或检查已装配的基板（2）或者所述基板的局部区域。

12.一种用于对生产线（1）中的基板（2）进行装配的生产方法，

-其中，借助于传送系统（4）传送待生产的产品品种的所述基板（2），

-其中，借助于机器人模块（10）对所述基板（2）进行装配，

-其中，使所述机器人模块（10）固定地但可拆卸地与所述传送系统（4）连接，以用于进行装配，

-其中，通过多个第一机器人模块（10）确保装配第一产品品种（A）的功能，

其特征在于，

-通过多个第二机器人模块（10）确保装配第二产品品种（B）的功能，

-借助于控制装置（7）对所述机器人模块（10）进行控制，从而在所述生产线（1）连续运行中将所述第一产品品种（A）转换至所述第二产品品种（B）时，分别使所必需的机器人模块（10）固定地但可拆卸地与所述传送系统（4）连接，以用于实现生产。

13.根据权利要求12所述的生产方法，其特征在于，为了从所述第一产品品种（A）改装为所述第二产品品种（B），使所述机器人模块（10）中的至少一个在所述生产线（1）连续运行期间，连接至所述传送系统（4）和/或从所述传送系统（4）上脱开。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的生产方法，其特征在于，所述基板（2）的装配还包括：涂覆焊膏和/或设定粘合点和/或检查已装配的基板（2）或者所述基板的局部区域。