專利名稱：生產線和生產方法
技術領域：
本發明涉及一種用于為基板裝配元件的生產線以及一種用于制造電子組件的生
產方法。
背景技術：
在制造電子組件時，為基板、例如印刷電路板裝配不同的元件。為此，在生產區域 中使用了所謂的自動裝配機，該自動裝配機借助于適合的定位和裝配裝置來將元件定位在 基板上的預先定義的位置上。這樣的自動裝配機可以作為“stand-alone”(孤立的)設備 運行，但這種自動裝配機經常與用于基板的傳送系統連接并組合成為生產線，其中生產線 除了自動裝配機之外，也可以包括有其它裝置，例如印刷電路板印刷裝置、焊接爐或者自動 檢驗機。這樣的生產線的特征一般在于，各個構成生產線的、具有相對來說高的自動化程度 的部件剛性地連接。由專利US 5692292A公開了一種生產線，其中各個部件借助于用于基板的集成的 傳送系統剛性地相互連接。然而由此產生以下缺點當部件失效時，例如由于產品的更換或 者由于技術方面的故障，整個生產線上的裝配過程就中斷。這首先在于對自動裝配機的干 預導致了保護電路的中斷，其中也涉及到集成在自動裝配機中的傳送系統。因此使生產流 中斷，而不再確保為生產線的其余部件供給基板。因此，生產線的效率下降不僅取決于出故 障的部件的停機時間，而且還由于在生產線組合體中的強制地不可生產的一些其它部件而 還進一步加劇。

發明內容
因此本發明的目的在于提出一種生產線以及一種生產方法，借助于該生產線和生 產方法可以提高生產線的靈活性以及裝配效率。該目的通過根據獨立權利要求所述的生產線以及生產方法來實現。有利的設計方 案在從屬權利要求中給出。根據本發明的生產線包括傳送系統，該傳送系統設計用于在生產線內傳送所要 生產的產品品種的基板；以及機器人模塊，該機器人模塊設計用于對基板進行裝配。機器人 模塊固定地但可拆卸地與傳送系統連接，以用于進行裝配，其中裝配第一產品品種的功能 通過多個第一機器人模塊來確保。此外，裝配第二產品品種的功能通過多個第二機器人模 塊來確保。機器人模塊與控制裝置連接，從而在生產線連續運行中將第一產品品種轉換至 第二產品品種時，分別使所必需的機器人模塊固定地可拆卸地與傳送系統連接，以用于實 現一種特定產品品種的生產。這具有以下優點，S卩，當生產線的配置發生變化時，例如由于產品系列或產品品種 要發生變化時，從第一產品品種轉換到第二產品品種所并不涉及的機器人模塊可以繼續用 于生產。這例如涉及到那些配有對于第一產品系列和第二產品系列的生產都是必需的元件 的機器人模塊。由于生產線為模塊化構造，傳送系統即使在其中一個機器人模塊失效時也能繼續運行，并因此為其它的機器人模塊供給基板。因此可以避免例如由于產品轉換而引 起的裝配過程的中斷。一種產品品種可以包含多個不同的產品。合理地將類似的產品合并成一種產品品 種，例如這些類似的產品具有相同的或類似的基板，和/或只是少量的元件不同。在生產線的一種有利的改進方案中，裝配第一產品品種的功能冗余地分配在至少 兩個第一機器人模塊上。通過將某個產品或者產品系列的裝配功能分配在多個、也就是說至少兩個機器人 模塊上，那么其中一個機器人模塊的失效可以通過其余的機器人模塊來補償。同樣也可能 的是，將一個機器人模塊的功能分配成多個子功能，而這些子功能又分別自身冗余地分配 在生產線的多個機器人模塊上。這樣，即使當其中一個機器人模塊失效時，也確保了傳送系 統的進而確保了生產線的連續的、不中斷的運行。機器人模塊在維護服務的情況下可以從 進行裝配的生產線中移去，以便進行維護服務或更換。在另一種有利的改進方案中，生產線設計用于同時地加工第一產品品種以及第二 廣品品禾中。因此一種所謂的“交錯”的生產轉換，也就是說從產品A轉換到產品B是可能的， 而不必使生產線首先被排空。因此在對第二產品品種的一個緊接的產品B開始進行加工之 前，不必對第一產品品種的一個在生產線上制造的產品A完全地和最終進行加工。而更好 的是可以使兩個產品，例如在從產品A至產品B的過渡階段中，同時地由生產線中不同的機 器人模塊進行加工。因而阻止了 那些已經擁有了適合于產品B的裝備的機器人模塊占用 不進行生產的維護時間，而在生產線的其它機器人模塊上則還對產品A進行加工。通過一 種這樣的、就產品順序A-B而言重疊的生產過程明顯提高了生產線的實際的裝配效率。在生產線的另一種有利的改進方案中，在生產線連續運行期間，生產線的裝配好 的工況狀態可匹配于第二產品品種。通過在連續運行期間的裝配好的工況狀態或者說裝備的匹配，同樣也避免了不進 行生產的維護時間。例如可以將那些用于當前不再需要的元件的輸送裝置從機器人模塊上 移去，并由今后需要的輸送裝置來替代，而不必為此使生產線的生產過程中斷。此外也可以 在那些對于當前的產品的裝配來說，由于已有的冗余而并不是本質上必需的機器人模塊上 來設定軟件(例如裝配程序，檢驗程序或者特征值)。在生產線的另一種有利的改進方案中，機器人模塊中的至少一個在生產線連續運 行期間可以連接至傳送系統和/或從傳送系統上脫開。在機器人模塊的裝備的變化過于復雜的情況下，例如在更換裝配頭、門架或者多 個輸送模塊時，那么有利的是，更換整個機器人模塊。這大多是因為出于安全性的原因對生 產線的其中一個裝配機的干預而導致機器的保護電路的中斷。因此，在具有集成于裝配機 中的傳送系統的生產線中，基板的傳送也被中斷，這造成整個生產線的生產流的中斷。通過這樣來設計傳送系統，即該系統可相對于機器人模塊獨立地運行，就可以在 傳送系統或生產線連續運行期間實現機器人模塊在傳送系統上的連接或者脫開。因此，例 如由于裝備變換或者由于故障造成的機器人模塊的停機就不會造成整個生產線的失效或 者停機，這是因為生產線的其余機器人模塊通過獨立的傳送系統可以繼續得到供給的基 板，并相對于機器人模塊的停機獨立地繼續運行。印刷電路板的補給、也就是說基板的運進和運出與機器人模塊的電的和拓撲的分離允許對其中一個機器人模塊進行修理以及配 置改變，而并不干擾生產線的其余的機器人模塊。如果一個機器人模塊完全與傳送系統脫 開，那么因此可以使剩下的通至傳送系統的通道或者機械地或者通過光學幕簾(optischen Vorhang)而鎖定住，或者又通過另外的、連接至傳送系統的機器人模塊所占用。在生產線的另一種有利的改進方案中，機器人模塊分別具有一個自身的單元計算 機，利用該單元計算機可以控制各自機器人模塊的至少一個功能，其中單元計算機與控制 裝置連接，以進行數據交換。在一側為控制裝置和另一側為連接至生產線的機器人模塊的單元計算機之間的 數據交換允許采用一種分散式的控制構造，其中上位的功能，例如對任務順序的規劃，由中 央控制裝置來承擔和實施，相反每個機器人模塊之一的本地功能，例如運動過程的計算和 控制則可以由配屬于各自機器人模塊的單元計算機來實施。如果要使機器人模塊與傳送系 統脫開，那么因此首先使其在控制裝置上注銷。在一定條件下配屬于該機器人模塊的生產 任務根據其裝配好的工況狀態而被分配在生產線的其余的機器人模塊上。如果在生產線 之內在具有相同工作任務的機器人單元中存在有冗余，那么這種重新規劃則可以最佳地實 施。此外通過分散的控制構造可以使機器人模塊即使在與傳送系統脫開的狀態下也 自給自足地運行，例如在裝調時或者在維護或者修理作業時在功能測試的范疇中。通過這 種自給自足的構造可以在生產線之外，為新的產品系列的生產提供機器人模塊。這例如涉 及到機械的裝調，但也涉及裝配過程或者也涉及用于識別圖像和分析評估圖像的不同元件 的幾何參數。因此可以脫機地、也就是說在生產線之外，部分地或者作為整體輸入新的產品 系列。這樣可以使生產線連續地變換至另一種或者新的產品系列，而并不由于輸入過程而 將整個裝配線鎖止。在生產線的另一種有利的改進方案中，對基板的裝配還包括涂覆焊膏和/或設 定粘合點和/或檢查已裝配的基板或者該基板的局部區域。“裝配”的概念并不應僅僅理解為元件在基板上的定位。這個概念更確切地說是， 即也將在元件定位的過程步驟之前和之后的相鄰的過程步驟劃分為裝配的過程。這里考慮 的例如有涂覆焊膏、設定粘合點、或者檢查已裝配的基板或者該基板的局部區域，以用于確 定裝配精度和/或裝配質量。在根據本發明的、用于對生產線中的基板進行裝配的生產方法中，借助于傳送系 統在生產線之內傳送待生產的產品品種的基板，并借助于機器人模塊進行裝配。此外，機器 人模塊固定地但可拆卸地與傳送系統連接，以用于進行裝配，其中，裝配第一產品品種的功 能通過多個第一機器人模塊來確保。此外，裝配第二產品品種的功能通過多個第二機器人 模塊來確保。借助于控制裝置對機器人模塊進行控制，從而在生產線連續運行中將第一產 品品種轉換至第二產品品種時，分別使所必需的機器人模塊固定地但可拆卸地與傳送系統 連接，以用于實現一種特定產品品種的生產。當生產線的配置發生變化時，例如由于產品系列或者產品品發生變化時，那些并 不涉及到從第一產品品種轉換到第二產品品種的機器人模塊繼續被用于生產。這例如就是 那些配有對于第一產品系列和第二產品系列的生產都是必需的元件的機器人模塊的情況。 因此不再需要由于在生產線上的產品更換而中斷裝配過程。
在生產方法的一種有利的改進方案中，為了從第一產品品種改裝為第二產品品 種，使機器人模塊中的至少一個在生產線連續運行期間連接至傳送系統和/或從傳送系統 上脫開。因為機器人模塊與傳送系統的脫機過程可以在傳送系統運行期間進行，因此確保 了為繼續連接至傳送系統的機器人模塊供給基板。傳送系統對于機器人模塊的脫開過程來 說既不必斷開，也不必完全停下。因此可以使至少那些并不直接鄰接于所要脫開的機器人 模塊的傳送部段不中斷地繼續運行。因此可以將待生產的基板傳送至其余的連接的機器人 模塊，將生產過的基板繼續從連接的機器人模塊中取出并繼續傳送。因此例如可以脫機地， 也就是說在與傳送系統脫開的狀態下，在機器人模塊上進行功能或者維護和保養作業，從 而使生產線因此雖然在一定條件下，就其裝配功能而言，但并不是就其總體功能而言受到 影響。生產線的連續運行，在一定條件下裝配效率降低時，可以繼續保持。合理地在一個機器人模塊與傳送系統脫開之前，機器操縱者將這傳送系統在生產 線的控制裝置上注銷。同樣也必須將一個待連接的機器人模塊在真正的連接過程之前，在 生產線的控制裝置上登記注冊。此外還可以在生產線之外，在一個相應配備的機器人模塊上采用一種新的產品或 者產品系列。為此必須使機器人模塊最大程度上是自給自足的，并裝備有自身的單元計算 機、自身的圖形處理裝置以自身的供電系統。在具有足夠功能時，這樣的機器人模塊可以用 其相應采用的裝配過程接著被連接于生產線并通過控制裝置激活。因此可以為生產線的新 的生產目的而生產第一個基板，例如第一個印刷電路板，而生產線的其余模塊則還生產其 它的之前的產品系列。在生產方法的另外一種有利的改進設計方案中，對基板的裝配也包括了涂覆焊膏 和/或設定粘合點和/或檢查已裝配的基板或者其局部區域。如上所述在本申請中，裝配的概念被擴展了，也就是說它不只是指元件在基板上 的定位，而同樣也指直接在該過程步驟之前和之后的過程步驟，例如涂覆焊膏、設定粘合點 或者用于評價裝配精度和/或裝配質量的檢查步驟。


以下根據附圖對生產線的一個實施例進行詳細說明。圖中示出圖1是生產線的示意性平面圖；圖2a至2f是在不同時刻從第一至第二種產品變換時的生產線的示意圖。
具體實施例方式在不同的圖中相同的部分總是采用相同的標號。說明適用于所有附圖，在這些附 圖中同樣也可以見到相應的部分。在圖1中示意性地以平面圖示出了用于為基板2裝配元件3，尤其是用于生產電子 組件的、根據本發明的生產線1。生產線1為模塊式結構，具有傳送系統4，其設計用于在傳 送方向T上傳送基板2。此外，生產線1還具有多個機器人模塊10，它們設計用于加工或者 處理基板2，并在傳送方向T上在兩側都連接至傳送系統4。然而同樣也可以，使機器人模 塊10在傳送方向T上只是在一側連接至傳送系統4。在生產線前面或者后面的區域，例如印刷電路印刷機或者焊接爐都未在圖中示出。為了控制生產系統而設置有控制裝置7，其例如進行任務順序的確定或者各個機 器人模塊10的占用規劃，并為此優先連接至傳送系統4。然而同樣也可以使控制裝置7直 接與機器人模塊10以及傳送系統4連接。在此，傳送系統4既可以設計成單通道的或者也可設計成多通道的。若是設計成 多通道的傳送系統，那么機器人模塊10在兩側都連接至傳送系統4。在傳送系統4和分別 一個機器人模塊10之間的連接通過配屬于各自的機器人模塊10的傳送接口 8來實現，該 接口 8分別設置在機器人模塊10和傳送系統4之間。借助于傳送接口 8實現了將待加工 的基板2從傳送系統4轉送到所涉及的機器人模塊10上，或者說將加工過的基板2從機器 人模塊10上轉送到傳送系統4上。如果在傳送系統上用于機器人模塊10的可能的位置未 被占用，那么出于安全的原因為所涉及的傳送接口 8配備保險裝置6。每個機器人模塊10具有與之配屬的、本地單元計算機12，利用該計算機至少可以 自給自足地對機器人模塊的功能進行控制。該單元計算機12或者直接或者間接地通過傳 送系統4與控制裝置7連接，從而在控制裝置7和所連接的單元計算機12之間可以進行雙 向的數據交換。此外，每個機器人模塊10具有自身的基板傳送裝置9，用于使基板2在各自的機器 人模塊10之內進行傳送。如果機器人模塊并不只是設計用于涂覆焊膏和/或設定粘合點 和/或檢查裝配的基板，而是至少部分地用于為基板2裝配元件3，那么它還具有多個輸送 裝置5，借助該輸送裝置為基板2的裝配提供元件3。機器人模塊10的輸送裝置5也可以 裝配有對于不同的產品品種的不同的基板2來說必需的元件3。借助于機器人模塊的可移 動的定位裝置(未示出)從輸送裝置中取出元件3并將之定位于所要裝配的基板2上。圖2a至圖2f示意性地示出了在從第一產品品種A轉換到第二產品品種B時的生 產線1。圖2a至圖2f示出了在該轉換過程中的時間次序，根據這些圖也詳細說明了根據本 發明的方法。圖2a示出了生產線1，就其拓撲關系而言相當于圖1所示和上面所述的生產線1。 在該生產線1上生產那些配合于第一種產品品種A的基板2a。為此，在生產線1的傳送系 統4上連接了多個機器人模塊10-1，10-2，10-3，10-4和10-5，并配置用于加工基板2a。該 配置包含了配屬于各自的機器人模塊10-1，10-2，10-3，10-4和10-5的輸送裝置5A，這裝置 裝有那些對于制造第一產品品種A所必需的元件3。二個機器人模塊10-3和10-4已經附 加地配置有輸送裝置5b，它們設計用于制造緊隨于產品品種A的第二產品品種B。此外，生 產線還具有用于其它的機器人模塊的空閑位置，其中配合于這些位置的傳送接口 8出于安 全的原因分別利用保險裝置6來確保安全。在圖2b中則示出了從第一產品品種A至第二產品品種B的轉換。這通過第一個 位于傳送系統4上的、對應于第二產品品種B的基板2b來說明。為了加工第二產品品種B 的基板2b，生產線1連續運行時在控制裝置7上注冊另一個機器人模塊10-6并在一個空閑 位置上連接至傳送系統4。機器人模塊10-6的輸送裝置5B為了對基板2b進行加工而裝有 那些對于制造第二產品品種B的基板2b所必需的元件3。配合于機器人模塊10-6的位置 的保險裝置6為此目的已被移走。在整個連接過程中傳送系統4仍保持可進行生產，并因 此為已經連接的機器人模塊10-1，10-2，10-3，10-4和10-5繼續提供基板2a。
圖2c示出了在一個時刻的生產線1，在此時刻圖2b中開始的機器人模塊10-6的 連接過程已經結束。機器人模塊10-6已經可進行生產并加工基板2b。借助于傳送系統4， 在從第一產品品種A至第二產品品種B轉換階段中，即使第一產品品種A的基板2a，也使第 二產品品種B的基板2b傳送。此外，使另外的機器人模塊10-7在控制裝置7上注冊并在 另外的空閑位置上連接至傳送系統4。這同樣也如同機器人模塊10-6那樣，設計用于制造 第二產品品種B的基板2B，并具有相應的配置。這里也已經去除了對應于該另外的位置的 保險裝置6。圖2d示出了一個時刻的生產線1，在該時刻，機器人模塊10-7的連接過程也已結 束。機器人模塊10-7也已經可以生產，因此傳送系統4可將第一個基板2b轉送至機器人模 塊10-7。借助于配合于機器人模塊10-7的基板-傳送裝置9使基板2b運動至加工位置。此外，圖2d還示出了曾經設計用于加工第一產品品種A的基板2a而現在不再需 要的機器人模塊10-1的脫開過程。為此使機器人模塊10-1在生產線1連續運行期間從控 制裝置7上注銷，因此不再有其它的工作目的給予機器人模塊10-1 了。接著使機器人模塊 10-1與傳送系統4脫開。然而還是可以通過機器人模塊10-2，10-3，10-4和10-5對產品品 種A的基板2a進行加工。然而生產線1的加工產品品種A的基板2a的能力被減去了機器 人模塊10-1的部分加工能力。圖2e示出了在一個略微靠后時刻的生產線1，在此時刻機器人模塊10-1的脫開過 程完全結束了。機器人模塊10-1被完全除去，剩下的傳送系統側的傳送接口 8借助于保險 裝置6而鎖定住。在變空的位置上則可以連接另一個機器人模塊。圖2f示出了在一個時刻的生產線1，在該時刻機器人模塊10-2也從控制裝置7上 注銷并與傳送系統4脫開。這種注銷和脫開過程也在生產線1連續運行期間進行。生產線主要針對第二產品品種B的基板2b的加工。然而多個機器人模塊還具有 一種配置，其它適合于加工第一產品品種A的基板2a。此外，在傳送系統4上有二個釋放變 空的位置，用于連接其它的機器人模塊，從而使生產線1能夠在需要時快速地換裝，用于加 工其它的產品品種，而不必為此而中斷當前的產品品種的加工。同樣也可以在生產線1連續運行時更換各個輸送裝置5。然而在這種情況下必須 由此出發，即所涉及的機器人模塊10對于各個輸送裝置5進行更換的時間來說至少主要是 不生產的，這可以導致所涉及的機器人模塊10進而生產線1的生產能力的降低。通過在與 生產線脫開的狀態下實施機器人模塊10的裝配，并且在必要時也同樣地進行測試，那么可 以明顯減少生產線1的取決于裝配更換的停機時間。參考標號表
1生產線
2基板
2A來自產品品種A的基板
2B來自產品品種B的基板
3元件
4傳送系統
5輸送裝置
5a裝備有用于加工產品品種A的元件的輸送
5b裝備有用于加工產品品種B的元件的輸送裝置6保險裝置7控制裝置8傳送接口9基板傳送裝置10機器人模塊12單元計算機A第一產品品種B第二產品品種。
權利要求
一種用于對基板(2)進行裝配的生產線(1)，-具有傳送系統(4)，所述傳送系統設計用于傳送待生產的產品品種的所述基板(2)，-具有機器人模塊(10)，所述機器人模塊設計用于對所述基板(2)進行裝配，-其中，所述機器人模塊(10)固定地但可拆卸地與所述傳送系統(4)連接，以用于進行裝配，-其中，通過多個第一機器人模塊(10)確保裝配第一產品品種(A)的功能，其特征在于，-通過多個第二機器人模塊(10)確保裝配第二產品品種(B)的功能，-所述機器人模塊(10)與控制裝置(7)連接，從而在所述生產線(1)連續運行中將所述第一產品品種(A)轉換至所述第二產品品種(B)時，分別使所必需的機器人模塊(10)固定地但可拆卸地與所述傳送系統(4)連接，以用于實現生產。
2.根據權利要求1所述的生產線(1)，其特征在于，裝配所述第一產品品種(A)的功能 冗余地分配在至少兩個所述第一機器人模塊(10)上。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的生產線(1)，其特征在于，所述生產線(1)設計 用于同時地加工所述第一產品品種(A)和所述第二產品品種(B)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的生產線(1)，其特征在于，在所述生產線(1)連 續運行期間，所述生產線(1)的裝配好的工況狀態可匹配于所述第二產品品種(B)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的生產線(1)，其特征在于，所述機器人模塊(10) 中的至少一個機器人模塊可在所述生產線(1)連續運行期間連接至所述傳送系統(4)和/ 或從所述傳送系統(4)上脫開。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的生產線(1)，其特征在于，-所述機器人模塊(10)分別具有一個自身的單元計算機(12)，利用所述單元計算機可 以控制各自機器人模塊(10)的至少一個功能，-所述單元計算機(12)與所述控制裝置(7)連接，以進行數據交換。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的生產線(1)，其特征在于，對所述基板(2)的裝 配也包括涂覆焊膏和/或設置粘合點和/或檢查已裝配的基板(2)或者所述基板的局部 區域。
8.一種用于對生產線(1)中的基板(2)進行裝配的生產方法，-其中，借助于傳送系統(4)傳送待生產的產品品種的所述基板(2)， -其中，借助于機器人模塊(10)對所述基板(2)進行裝配，-其中，使所述機器人模塊(10)固定地但可拆卸地與所述傳送系統(4)連接，以用于進 行裝配，-其中，通過多個第一機器人模塊(10)確保裝配第一產品品種(A)的功能。 其特征在于，-通過多個第二機器人模塊(10)確保裝配第二產品品種(B)的功能， -借助于控制裝置(7)對所述機器人模塊(10)進行控制，從而在所述生產線(1)連續 運行中將所述第一產品品種(A)轉換至所述第二產品品種(B)時，分別使所必需的機器人 模塊(10)固定地但可拆卸地與所述傳送系統(4)連接，以用于實現生產。
9.根據權利要求8所述的生產方法，其特征在于，為了從所述第一產品品種(A)改裝為所述第二產品品種(B)，使所述機器人模塊(10)中的至少一個在所述生產線(1)連續運行 期間，連接至所述傳送系統(4)和/或從所述傳送系統(4)上脫開。
10.根據權利要求8或9中任一項所述的生產方法，其特征在于，所述基板(2)的裝配 還包括涂覆焊膏和/或設定粘合點和/或檢查已裝配的基板(2)或者所述基板的局部區 域。
全文摘要
一種生產線(1)包括傳送系統(4)，其設計用于使待生產的產品品種的基板(2)在生產線之內進行傳送；以及多個機器人模塊(10)，其設計用于對基板進行裝配。機器人模塊(10)固定地但可拆卸地與傳送系統(4)連接以用于進行裝配，其中裝配第一產品品種(A)的功能通過一些第一機器人模塊(10)來確保。此外，裝配第二產品品種(B)的功能通過一些第二機器人模塊(10)來確保。機器人模塊(10)與控制裝置(7)連接，從而在生產線連續運行中將第一產品品種(A)轉換至第二產品品種(B)時，分別使所必需的機器人模塊(10)固定地但可拆卸地與傳送系統(4)連接以用于實現特定產品品種的生產。
文檔編號H05K13/00GK101854795SQ20101014514
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者維爾納·米勒 申請人:西門子電子集成系統有限責任兩合公司