Title:
Bauteil-Belegungserkennungsvorrichtung eines Werkstückträgers
Kind Code:
U1


Abstract:

Belegungserkennungsvorrichtung (10), insbesondere für Handarbeitsplätze, zur Belegungserkennung von Bauteilen (12) in einem Werkstückträger (14), wobei der Werkstückträger (14) mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei, insbesondere drei bis zwölf, Formnester (16) umfasst, die jeweils durch eine Aussparung (18) oder Positionshalterung im Werkstückträger (14) gebildet werden und jeweils einen Lichtraum (20) ausbilden, in den jeweils zumindest ein Bauteil (12) lösbar einlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Lage- und/oder Belegungserkennung der Formnester (16) durch zumindest eine Kamera (22) oder zumindest einen Helligkeitssensor (23) erfolgt, wobei dadurch, dass sich der Lichtraum (20) der freien Formnester (16) in der Helligkeit und/oder im Farbton von dem Werkstückträger (14) unterscheidet, feststellbar ist, ob ein Formnest (16) mit einem Bauteil (12) belegt ist oder nicht, und durch die Kamera (22) oder den Helligkeitssensor (23) eine Information in Abhängigkeit der Helligkeit und/oder des Farbtons, bevorzugt eine binäre Information, aufnehmbar ist.




Application Number:
DE202018101018U
Publication Date:
03/05/2018
Filing Date:
02/23/2018
Assignee:
haprotec GmbH, 97892 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102014117978A1N/A2015-06-11
DE2737163A1N/A1979-02-22



Foreign References:
WO2010019980A12010-02-25
EP11124842003-06-25
DD218332A11985-02-06
Attorney, Agent or Firm:
Stumpf Patentanwälte PartGmbB, 70597, Stuttgart, DE
Claims:
1. Belegungserkennungsvorrichtung (10), insbesondere für Handarbeitsplätze, zur Belegungserkennung von Bauteilen (12) in einem Werkstückträger (14), wobei der Werkstückträger (14) mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei, insbesondere drei bis zwölf, Formnester (16) umfasst, die jeweils durch eine Aussparung (18) oder Positionshalterung im Werkstückträger (14) gebildet werden und jeweils einen Lichtraum (20) ausbilden, in den jeweils zumindest ein Bauteil (12) lösbar einlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Lage- und/oder Belegungserkennung der Formnester (16) durch zumindest eine Kamera (22) oder zumindest einen Helligkeitssensor (23) erfolgt, wobei dadurch, dass sich der Lichtraum (20) der freien Formnester (16) in der Helligkeit und/oder im Farbton von dem Werkstückträger (14) unterscheidet, feststellbar ist, ob ein Formnest (16) mit einem Bauteil (12) belegt ist oder nicht, und durch die Kamera (22) oder den Helligkeitssensor (23) eine Information in Abhängigkeit der Helligkeit und/oder des Farbtons, bevorzugt eine binäre Information, aufnehmbar ist.

2. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, über jedem Formnest (16) oder zumindest einer Gruppe von Formnestern (16) zumindest eine Kamera (22) oder zumindest ein Helligkeitssensor (23) angeordnet ist, sodass einzeln oder gruppenweise eine Fromnest-Belegungserkennung durchführbar ist.

3. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die Kamera (22) zumindest zwei Vergleichsaufnahmen (24a, 24b) erzeugt, sodass durch einen Vergleich, insbesondere Helligkeitsvergleich der beiden Vergleichsaufnahmen (24a, 24b) durch eine Auswerteeinrichtung (26), insbesondere eine binäre Auswertesoftware (28), zumindest zwei Belegungskonfigurationen (A1, A2) der Formnester (16) vergleichbar sind.

4. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitung von Bauteilen (12) des Werkstückträgers (14) durch eine Bedienperson (32) über eine Lichtschranke, einen Bewegungsmelder und/oder eine Zebrastreifen-Bilderkennung (38), die/der bevorzugt an einer Längsseite (40) des Werkstückträgers (14) angeordnet ist, detektierbar ist.

5. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kamera (22) zu zumindest zwei Zeitpunkten (Z1, Z2) jeweils eine Vergleichsaufnahme (24a, 24b) erzeugt wird, wobei die Zeitpunkte (Z1, Z2) über die Aktivierung einer Lichtschranke, eines Bewegungsmelders und/oder eine Zebrastreifen-Bilderkennung (38), bevorzugt ausgelöst durch eine Bedienperson (32), bestimmt werden.

6. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Werkstückträgers (14) ein im Verhältnis zum Werkstückträger (14) heller Hintergrund (42), zumindest eine Beleuchtungseinrichtung (44) oder zumindest eine Infrarotbeleuchtung (46) angeordnet sind, welche in Richtung Werkstückträger (14) ausgerichtet ist und/oder diesen im Lichtraum (20) der Formnester (16) durchleuchtet.

7. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Helligkeitsinformation des Lichtraums (20) der Formnester (16) und des Werkstückträgers (14) über die Kamera (22) oder den Helligkeitssensor (23) abgreifbar und/oder auswertbar ist.

8. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegtem Bauteil (12) in ein Formnest (16) dieses komplett ausgefüllt wird, sodass aus einer Position, bevorzugt einer Position orthogonal zum Werkstückträger (14), kein Lichtraum (20) zwischen einer Randgeometrie (48) des Bauteils (12) und einer Geometrie (50) des Formnestes (16) resultiert.

9. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Formnester (16) die gleiche Geometrie (50) aufweisen.

10. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, bevorzugt mehr als zwei, insbesondere alle, Formnester (16) eine unterschiedliche Geometrie (50) aufweisen.

11. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formnester (16) und/oder die einzulegenden Bauteile (12) nummeriert oder codiert sind.

12. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (14) horizontal ausgerichtet ist, sodass Bauteile (12) von einer Position oberhalb des Werkstückträgers (14) horizontal einlegbar sind.

13. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (14) auf einer Art Fließband (52) anordenbar ist und an eine Bearbeitungsposition (B1), auf welche die Kamera (22) ausgerichtet ist, über ein Werkstückträger-Transportsystem geführt werden kann.

14. Belegungserkennungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkstückträger (14) hintereinander auf einer Art Fließband (52) angeordnet sind und nacheinander an eine Bearbeitungsposition (B1) gefahren werden, wobei die einzelnen Werkstückträger über eine automatisierte Identifikation (54), die am Werkstückträger (14) angebracht ist, wie einen Barcode, RFID-Chip oder ähnliches, erfolgt.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Belegungserkennungsvorrichtung zur Belegungserkennung von Bauteilen auf einem Werkstückträger, wobei der Werkstückträger mindestens zwei Formnester umfasst.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind Lageerkennungsvorrichtungen bekannt, die beispielsweise optische Inspektionssysteme für die automatisierte Fertigung ausbilden, wobei eine automatisierte Überwachung, insbesondere in der elektrotechnischen Fertigung, umgesetzt werden kann. Dabei stehen unterschiedliche Aspekte im Vordergrund. Die sogenannte automatische optische Inspektion (englisch automated optical inspection, AOI) beschreibt Systeme, die mittels Bildverarbeitungsverfahren Fehler in der Produktion und in anderen Gütern finden und melden können. Gerade bei der Produktion elektronischer Baugruppen werden in der Regel nach dem Bestücken und Löten der Leiterplatten Kontrollen durchgeführt, um die fehlerfreie Herstellung sicherzustellen. Es kommt durchaus vor, dass beim Bestücken durch Bestückungsautomaten oder beim anschließenden Lötprozess Fehler auftreten. Fehler können z. B. fehlende oder falsch bestückte Bauteile, verdrehte oder versetzte Bauteile oder Verunreinigungen der Leiterplatte sein. Diese Fehler müssen vor dem nächsten Arbeitsschritt in der Fertigung abgefangen und sofern möglich repariert werden; andernfalls, wenn sich eine Reparatur nicht lohnt oder nicht möglich ist, wird die Leiterplatte verschrottet.

So zeigt die WO 2010/019980 A1 eine Lageerkennungsvorrichtung für Druckköpfe von Druckern, die bei einer automatisierten Fertigung zum Einsatz kommt. Die einzelnen Bauteile können dabei einer Fehlstellen- bzw. viel Fehlstellenorientierungskontrolle unterzogen werden.

In der EP 111 24 84 B1 erfolgt über eine Erkennungsvorrichtung eine Leiterplatteninspektion zur Qualitätssicherung von bestückten Platinen.

Die DE 10 2014 117 978 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Werkstücken, wobei geometrische Einzelheiten eines Werkstücks analysiert werden können.

In der DD 21 83 32 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lageerkennung und zum ausrichten flächige Teile offenbart, wobei die Teile in einer bestimmten Arbeitslage ausgerichtet werden sollen.

Die DE 273 71 63 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung und Lageerkennung von Werkstücken für eine automatisierte Bearbeitung. Dabei erfolgt die Identifizierung mit einer drucksensitiven Sensorplatte.

Die sogenannte Traceabiliy, d.h. Rückverfolgbarkeit eines Produktes oder einer Produktkomponente, so dass jederzeit nachvollzogen werden kann, wo, wann und durch wen das Produkt hergestellt, verarbeitet, geliefert und entsorgt wurde, ist in der Produktion ein immer drängender Wunsch und dient einer Qualitätssicherung und Fehlerminimierung. Insbesondere in der vernetzten Produktion des sogenannten Industrie 4.0-Ansatzes, in dem die industrielle Produktion soll mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt werden, ist die Forderung nach Traceability gerade bei einer teilweise manuell durch einen Bearbeiter durchgeführte Bearbeitungsschritte ein wesentlicher Baustein zur Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit sowie Identifizierbarkeit von Bauteilen im Herstellprozess. Technische Voraussetzungen hierfür sind intelligente und digital vernetzte Systeme. Mit ihrer Hilfe soll eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion möglich werden: Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte kommunizieren und kooperieren in der Industrie 4.0 direkt miteinander. Durch die Vernetzung soll es möglich werden, nicht mehr nur einen Produktionsschritt, sondern eine ganze Wertschöpfungskette zu optimieren.

Es besteht das Problem, dass vorbekannte aufwändige, komplexe und teure Vorrichtungen bzw. Lageerkennungsvorrichtungen meist eine vollumfängliche Analyse der Geometrie der Bauteile, der Lage der Bauteile, Änderungen der Bauteilgeometrie infolge von Bearbeitungsschritten und die Orientierung der Bauteile auf einem Werkstückträger oder Ähnlichem umfassen. Dabei sind aufwändige Vorrichtungen oder Verfahren mit komplexen Auswertemethoden, Steuerungssystemen sowie empfindlichen Sensoren notwendig, um ein entsprechendes Ergebnis zu erzielen. Diese werden zumeist in vollautomatischen Produktionsabläufen eingesetzt. Im Bereich von manuellen Bearbeitungsverfahren sind derartige Erkennungsvorrichtungen zumeist zu aufwändig, teuer und impraktikabel. Die Notwendigkeit einer einfachen Belegungserkennungsvorrichtung, die eine Rückverfolgung eines manuellen Bearbeitungsablaufs eines Bauteils (Traceability) bei einer Handbearbeitung oder manuellen Inspektion zur Qualitätssicherung an Handbearbeitungsplätzen ermöglicht, ohne einen störenden Eingriff in den üblichen Bearbeitungsablauf eines Bearbeiters vorzunehmen, sind daher ein drängender Wunsch der teilautomatischen oder rein manuellen Produktionstechnik.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die kostengünstig eine Belegungserkennung von einzelnen Bauteilen auf einem Werkstückträger für Handarbeitsplatze ermöglicht, wobei lediglich festgestellt werden soll, ob ein Bauteil an einer Position vorhanden ist oder nicht. Die Geometrie des Bauteils sowie etwaige Änderungen der Bauteilgeometrie durch eine Bearbeitung sind dabei unerheblich und sollen nicht zwangsweise in die Auswertung einbezogen werden, voran steht der Wunsch nach Rückverfolgbarkeit des Bearbeitungsablaufs eines Bauteils in einem zumindest teilweisen manuellen Produktions- oder Qualitätssicherungsprozesses. Somit wird nicht die Ausrichtung auf einem Werkstückträger bzw. Gestaltung der Geometrie von Bauteilen untersucht, sondern lediglich das Vorhandensein der Bauteile auf einem Werkstückträger.

Diese Aufgabe wird durch eine Belegungserkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung ist eine Belegungserkennungsvorrichtung, insbesondere für Handarbeitsplätze, zur Belegungserkennung von Bauteilen in einem Werkstückträger, wobei der Werkstückträger mindestens zwei, bevorzugt mehr als zwei, insbesondere drei bis zwölf, Formnester umfasst, die jeweils durch eine Aussparung oder Positionshalterung am Werkstückträger gebildet werden und jeweils einen Lichtraum ausbilden. In diesen Lichtraum ist jeweils ein Bauteil lösbar einlegbar.

Es wird vorgeschlagen, dass eine optische Lage- und/oder Belegungserkennung der Formnester durch zumindest eine Kamera oder zumindest einen Helligkeitssensor erfolgt, wobei dadurch, dass sich der Lichtraum der freien Formnester in der Helligkeit und/oder im Farbton von dem Werkstückträger unterscheidet, feststellbar ist, ob ein Formnest mit einem Bauteil belegt ist oder nicht. Dabei ist mit der zumindest einen Kamera oder dem zumindest einen Helligkeitssensor eine Information in Abhängigkeit der Helligkeit und/oder des Farbtons, bevorzugt eine binäre Information, aufnehmbar.

Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Belegungserkennungsvorrichtung die auf einem binären Auswerteprinzip beruht. Damit wird für einen Werkstückträger, der zumindest zwei Formnester umfasst, keine Lageerkennungsvorrichtung zur Erkennung der Orientierung der Bauteile erforderlich. Die Belegungserkennung zeichnet dadurch aus, dass durch einen binären Helligkeitsvergleich zwischen dem Bereich, in dem sich der Werkstückträger oder ein eingelegtes Bauteil befindet und dem Bereich, in dem ein freies Formnest vorhanden ist, festgestellt werden kann, ob ein belegtes oder freies Formnest vorliegt. Dabei liegt ein Fokus darauf, ob und inwiefern eine Bearbeitung bzw. eine Entnahme und lagerichtige Rücklage eines Bauteils stattgefunden hat. Durch die Belegungserkennungsvorrichtung wird ausgewertet, ob und wo ein Bauteil in dem Werkstückträger eingelegt ist. Es kann darauf verzichtet werden, die genaue Geometrie des Bauteils oder die Masse des Bauteils auszuwerten. Die Lageerkennungsvorrichtung ist dabei als offenes System gestaltet um eine freie manuelle Bearbeitung zu benötigen. Offene Systeme besitzen allerdings keinerlei Abschirmung gegen den Einfall von Störlicht. Fällt Sonnenlicht oder das Licht einer Leuchtstofflampe auf die Leiterplatte, können derartige optische Systeme Schwierigkeiten bekommen, die in diesem Fall durch eine einfache binäre Auswertung deutlich reduziert werden können.

Die aus dem Stand der Technik bekannten komplexem AOI-Systeme beruhen auf eine komplexen Bitmapvergleich, bei dem aufgenommenen Bilder mit früher aufgenommenen Referenzbildern von idealen Bauteilen verglichen werden. Kommt es zu einer vorher definierten Abweichung, gilt das Bauteil als fehlerhaft. Auch werden Vektorvergleiche versucht, anhand von Hell-Dunkelübergängen ein Bauteil zu finden. Daran kann man dann erkennen, wie sehr das Bauteil versetzt und/oder verdreht ist. Für deine Lötstellenkontrolle werden vielfach Grauwertanalysen verwendet, bei denen in einem Messfenster, das am Ende des Pins angelegt wird, der mittlere Grauwert der Lötstelle unter einer bestimmten Beleuchtung gemessen wird. Schließlich gibt es noch Systeme, die in keine der beiden oben genannten Kategorien passen und eine Mischung aus 2-Farben-Bild- und Grauwertanalyse benutzen, um Bauteile und Lötstellen zu finden. Alle diese aufwändigen Verfahren können in der hier vorgeschlagenen Lageerkennungsvorrichtung, die auf einer einfachen Helligkeitsbereichsvergleich basiert, durch den erkannt werden kann, ob ein Formennest belegt ist oder nicht, umgangen werden, insofern schlägt die Erfindung kein klassisches AOI-System vor.

Das Bauteil kann bevorzugt eine elektrische Baugruppe, insbesondere eine Leiterplatten-Baugruppe, umfassend eine Grundplatine und ein oder mehrere daran befestigte oder elektrisch kontaktierte Bauteile oder eine Mehrzahl daran befestigte Baugruppen sein. Auch kann das Bauteil eine elektrisches. mechanisches oder elektromechanisches komplexes Bauteil umfassend eine Baugruppe mehrerer Einzelbauelemente sein. Insbesondere kann das Bauteil im Bereich Elektrotechnik, Feinwerktechnik oder Maschinenbau eingesetzt oder hergestellt werden.

Die vorgeschlagene Belegungserkennungsvorrichtung kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von mehreren Bauteilen auf einem Werkstückträger feststellen. Somit kann die Vollständigkeit der Anzahl von Bauteilen und ein konkreter Bearbeitungsschritt des Bauteils auf einem Werkstückträger festgestellt werden, wobei eine Überwachung ermöglicht wird, ob die Bauteile mehrmals auf einen Werkstückträger gelegt oder von diesem entnommen werden, und ob ein entnommenes Bauteil wieder in dasselbe Formennest oder in ein anderes Formennest eingelegt wird. Zur Aufnahme einer Belegungsaufnahme kann eine Lichtquelle zunächst eingeschaltet sein, eine Aufnahme erstellt werden, die Lichtquelle ausgeschaltet werden, wieder eine Aufnahme erstellt werden, wobei ein sich ergebendes Differenzbild eindeutig durchscheinende Bereich auf dem Werkstückträger erkennen lassen.

Mit einer Kamera bzw. einem Helligkeitssensor kann vorteilhafterweise ein Werkstückträger mit mehreren Formnestern, oder auch eine Gruppe von Werkstückträger gleichzeitig aufgenommen, überwacht bzw. analysiert werden. Durch die rein binäre Analyse kann ein vergleichbar einfacher und schneller Helligkeit-Vergleichsalgorithmus eingesetzt werden. Dabei kann die Fehlerquote sowie die Auswertekomplexität gering gehalten werden, wobei die Analysegeschwindigkeit entsprechend hoch ist.

Eine derartige Belegungserkennungsvorrichtung eignet sich besonders für Handarbeitsplätze, wobei eine Mehrzahl von Werkstückträgern mit jeweils zumindest zwei darauf angeordneten Bauteilen hintereinander einen derartigen Handarbeitsplatz durchlaufen kann. Dabei können die Werkstückträger manuell, beispielsweise händisch, an den Handarbeitsplatz gelegt werden, oder auf einer Art Fließband oder einer Transportstrecke diesem Handarbeitsplatz zugeführt werden. Dabei kann ein Werkstückträger mehrere derartige Handarbeitsplätze, an denen jeweils zumindest ein Bearbeiter eine Bearbeitung oder Inspektion vornimmt, sequentiell durchlaufen. Dabei kann mit der Kamera oder dem Helligkeitssensor an jedem Handarbeitsplatz zumindest eine optische binäre Erkennung des Werkstückträgers und in den Formnestern angeordneten oder nicht angeordneten Bauteilen in Form einer Helligkeitsinformation in Abhängigkeit von der Position erfolgen. Ebenso können an jedem Handarbeitsplatz mehr als eine, insbesondere zumindest zwei Aufnahmen mit der Kamera gemacht werden, oder zumindest von zwei unterschiedlichen Zeitpunkten Auswertungen mit dem Helligkeitssensor erfolgen. Vorteilhaft wird bei Bereitstellung des Werkstückträgers am Handarbeitsplatz und zumindest vor Verlassen des Werkstückträgers eine Aufnahme veranlasst, wobei durch eine Auswertung erkannt werden kann, ob Bauteile die Formnenster wie ursprünglich belegt, verbleiben. Auch kann bei vor bzw. nach jeder Entnahme eine Aufnahme erfolgen, um eine Fehlbelegung bei Rücklage feststellen zu können. Ebenso kann die Belegung des Werkstückträgers mit Bauteilen an unterschiedlichen Handarbeitsplätzen verglichen werden, wenn an jedem Handarbeitsplatz eine Aufnahme gemacht wird. Dabei soll insbesondere ausgewertet werden, ob sich die Anzahl der Bauteile, die auf dem Werkstückträger in den Formnester angeordnet sind, geändert hat. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn eine Aufnahme vor und nach einem Bearbeitungsschritt durch eine Bedienperson an einem Handarbeitsplatz erfolgt, wobei die zumindest zwei Aufnahmen anschließend verglichen werden können. Ebenso kann eine Analyse erfolgen, bei der an einem Zeitpunkt die Anzahl der Bauteile auf einem Werkstückträger ausgewertet wird. Weiterhin kann zu Beginn jedes Arbeitsschrittes an jedem nacheinander angeordneten Handarbeitsplatz eine Aufnahme oder eine Analyse erfolgen, wobei zu Beginn jedes Arbeitsschrittes für jeden Arbeitsplatz kontrolliert werden kann, ob sich im Verhältnis zu dem vorherigen Arbeitsplatz die Anzahl der Bauteile auf einem Werkstückträger geändert hat. Damit ist lückenlos feststellbar, ob ein Bauteil tatsächlich an einem Handarbeitsplatz bearbeitet wurde, und ob dieses lagerichtig im Werkstückträger verbleibt, dadurch ist eine Qualitätskontrolle und eine Bearbeitungskontrolle möglich und eine Rückverfolgung der Arbeitsschritte durchführbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann über jedem Formnest oder zumindest einer Gruppe von Formnestern zumindest eine Kamera oder zumindest ein Helligkeitssensor angeordnet sein, sodass einzeln oder gruppenweise eine Formnest-Belegungserkennung durchführbar ist. Dabei kann eine Auswertung für jedes Formnester eines Werkstückträgers einzeln erfolgen. Ebenso kann eine Auswertung für einen kompletten Werkstückträger mit mehreren Formnestern zeitgleich erfolgen. Bei einem Werkstückträger mit beispielsweise vier Formnestern kann über jedem Formnester eine Kamera bzw. ein Helligkeitssensor angeordnet sein, d. h. insgesamt vier Kameras bzw. Helligkeitssensoren, oder auch lediglich nur eine Kamera bzw. ein Helligkeitssensor für den kompletten Werkstückträger angebracht sein. Der Helligkeitssensor kann als Fotozelle mit einem einstellbaren Helligkeitsschwellwert ausgebildet sein, wobei diese Fotozelle erkennt, ob das Formnest hell oder dunkel ist. Ebenso kann eine Kamera zwei oder mehr als zwei Werkstückträger auf einmal überwachen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kamera zumindest zwei Vergleichsaufnahmen erzeugen, sodass durch einen Vergleich, insbesondere Helligkeitsvergleich der beiden Vergleichsaufnahmen durch eine Auswerteeinrichtung, insbesondere eine binäre Auswertesoftware, zumindest zwei Belegungskonfigurationen der Formnester vergleichbar sind. Dabei wird bevorzugt an einem Handarbeitsplatz zu zumindest zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, insbesondere vor Entnahme, während der Bearbeitung und/oder nach Rücklage eine Aufnahme des gleichen Werkstückträgers erstellt. Bei anschließendem Vergleich der beiden Aufnahmen kann demnach festgestellt werden, ob sich der Bereich der Formnester, der zuvor eine bestimmte Helligkeit aufwies, in der Helligkeit geändert hat. Daraus kann gefolgert werden, ob sich die Belegungssituation des Formnestes geändert hat, d. h. ob ein Bauteil entfernt oder hinzugefügt wurde. Dies ist insbesondere dann von Vorteil wenn festgestellt werden soll, ob sich vor und nach einem Bearbeitungsschritt durch eine Bedienperson die gleiche Anzahl an Bauteilen auf einem speziellen Werkstückträger befindet. Ebenso kann festgestellt werden, ob die gleichen Formnester wie zuvor durch Bauteile belegt sind. Der Art der Bearbeitung sowie die konkrete Veränderung des Bauteils, die zwischen diesen beiden Zeitpunkten durch eine Bedienperson oder eine Maschine geschehen ist, wird dabei nicht erfasst.

In einer besonderen Ausführungsform kann eine Bearbeitung von Bauteilen des Werkstückträger durch eine Bedienperson über eine Lichtschranke, einen Bewegungsmelder und/oder eine Zebrastreifen-Bilderkennung, die/der bevorzugt an einer Längsseite oder an mehreren angrenzenden Seiten, z.B. U-förmig oder allseitig am Werkstückträger angeordnet ist, detektierbar sein. Durch eine derartige Detektierbarkeit können die Zeitpunkte zum Erstellen der beiden Vergleichsaufnahmen festgelegt, insbesondere abhängig von einer Bewegung der Bedienperson festgelegt, werden. Die Zebrastreifen-Bilderkennung wird durch eine Art Muster mit unterschiedlichen Ausbildungen von hellen und dunklen Bereichen oder durchstrahlbaren und schwarzen Bereichen, ähnlich einer Lochmusterblende gebildet. Dabei können beispielsweise schwarze und weiße Streifen in einem bestimmten Bereich angebracht sein, oder auch ein schwarz-weißes Rauten-, Punkte- oder Mäandermuster. Ebenso sind ungeordnete und zufällig ausgebildete Muster denkbar. Wird dieser schwarz-weiße Musterbereich teilweise durch die Hand einer Bedienperson oder ähnlichem abgedeckt, so kann dies ebenso optisch durch die Kamera und/oder den Helligkeitssensor über eine Helligkeitsveränderung festgestellt werden. Der Zebrastreifen ist ein regelmäßiges Muster, wobei über einen Helligkeitsvergleich sehr einfach erkennbar ist, ob das Zebramuster bzw. sonstiges Muster „ungestört“ bzw. unterbrochen ist oder nicht, z. B. wird 50 % des Lichts reflektiert bzw. durchgelassen oder nicht. Ist das Muster gestört, bei teilweiser Abdeckung durch die Hand einer Bedienperson, wird weniger oder mehr Licht reflektiert bzw. durchgelassen. An einer Helligkeitsänderung des Zebrastreifens kann demnach der Zeitpunkt zur Auslösung einer Aufnahme mit der Kamera festgelegt werden. Ebenso können die hellen Bereiche des Zebrastreifens oder des sonstigen Musters durch Aussparungen gebildet werden, wobei die Helligkeit des darunter angeordneten Hintergrunds von der Seite der Kamera bzw. des Helligkeitssensor erkennbar ist. Dabei kann zur Auswertung die gleiche Kamera bzw. der gleiche Helligkeitssensor dienen, die/der auch die Auswertung der Formnester vornimmt. Die Lichtschranke, der Bewegungsmelder und/oder die Zebrastreifen-Bilderkennung sind bevorzugt an einer Längsseite, an einer Querseite, U-förmig oder allseitig um den Werkstückträger angeordnet, und zumindest von der Seite, von der aus die Bedienperson eine Entnahme der Bauteile bzw. eine Beladung des Werkstückträgers vornimmt. Die Zebrastreifen-Bilderkennung verläuft bevorzugt über die komplette Länge des Werkstückträgers oder eines Bearbeiterbereichs, sodass jede Bewegung zum Werkstückträger hin über die Zebrastreifen-Bilderkennung identifiziert werden kann. Dabei kann die Zebrastreifen-Bilderkennung unbeweglich am jeweiligen Handarbeitsplatz vorhanden sein, oder auch auf dem Werkstückträger angeordnet und mit diesem bewegt werden. Die Zebrastreifen-Bilderkennung ist bevorzugt an einer Längsseite des Werkstückträgers angeordnet. Ebenso kann der komplette Umfang des Werkstückträgers durch eine derartige Zebrastreifen-Bilderkennung umfasst sein, sodass ein Zugriff auf den Werkstückträger von jeder Seite d. h. von links, rechts, vorne und hinten identifiziert werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann mit der Kamera zu zumindest zwei Zeitpunkten jeweils eine Vergleichsaufnahme erzeugt werden, wobei die Zeitpunkte über die Aktivierung einer Lichtschranke, eines Bewegungsmelders und/oder eine Zebrastreifen-Bilderkennung, bevorzugt ausgelöst durch eine Bedienperson bestimmt werden. Dabei werden die Aufnahmen bevorzugt nicht in konstanten Zeitabschnitten erstellt, sondern individuell zu Zeitpunkten, die durch die Bedienperson selbst festgelegt bzw. ausgelöst werden. Dabei kann beispielsweise ein erster Zeitpunkt zum Erstellen einer Aufnahme mit einer Kamera oder einer Analyse mit zumindest einem Helligkeitssensor direkt nach Ankunft des Werkstückträgers an einem Handarbeitsplatz festgelegt werden. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise durch ein erstes Auslösen einer Lichtschranke, eines Bewegungsmelders und/oder einer Zebrastreifen-Bilderkennung erfolgen, wobei diese durch den Werkstückträger selbst oder durch die Bedienperson aktiviert werden kann. Nachdem die Bedienperson einzelne Bauteile, oder auch alle Bauteile, von dem Werkstückträger entnommen, einen Bearbeitungsschritt durchgeführt, und die Bauteile wieder auf den Werkstückträger gelegt hat, kann eine weitere Aufnahme durch eine Kamera oder Analyse durch zumindest einen Helligkeitssensor erfolgen. Auch während des Entnahmezeitraums kann eine Aufnahme erstellt werden, um die entnommen Bauteile bzw. die unbesetzten Formennester zu indizieren. Dieser Zeitpunkt kann ebenso durch Auslösen einer Lichtschranke, eines Bewegungsmelders und/oder einer Zebrastreifen-Bilderkennung erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann unterhalb des Werkstückträgers ein im Verhältnis zum Werkstückträger heller Hintergrund, zumindest eine Beleuchtungseinrichtung oder zumindest eine Infrarotbeleuchtungseinrichtung angeordnet sein, welche in Richtung Werkstückträger ausgerichtet ist und/oder diesen im Lichtraum der Formnester durchleuchtet. Somit kann der Helligkeitsunterschied zwischen dem Bereich der Formnester und des Werkstückträgers ausgebildet werden. Dabei sollte die Beleuchtung bzw. der Hintergrund derart ausgebildet sein, dass ein Blendeffekt auf Seiten der Kamera vermieden wird. Dies kann insbesondere durch eine Infrarotbeleuchtung umgesetzt werden, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die Infrarotbeleuchtung kann vorzugsweise über Infrarot-LEDs umgesetzt werden, die praktisch keine Wärme abgeben. Bevorzugt können IR-Lichtspektrumsanteile im Umgebungs- und Arbeitslicht unbemerkt vom Bearbeiter ausgefiltert werden, um einen Einfluss von Fremdlicht auszuschließen. Werden die hellen Bereiche des Zebrastreifens ebenso durch Aussparungen gebildet, so können diese ebenfalls durch denselben Hintergrund bzw. dieselbe Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werden.

Eine Infrarotbeleuchtung ist insbesondere vorteilhaft, da diese für das menschliche Auge unsichtbar und dadurch für einen Bearbeiter, insbesondere bei eine Ein-/Ausschaltwechsel nicht als störend oder blendend wahrgenommen wird. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass Fremdlicht (Tag, Nacht, Helligkeitsveränderung durch Bewölkung, Kunstlicht), und Schattenbildung von oben im Wechsel auf ein aufzunehmendes Bild wirken. Reflexionen können durch ein Bauteil, insbesondere auf einer Platine aber auch Bauteile selbst so stark sein, dass bei einfachem Weißlicht durch eine hohe Menge an Streu- und Reflexionslicht fehlerhafte Auswertungen erfolgen. Die Reflexionen können so starke Weißanteile haben, dass keine ausreichende Unterschiede beim Bildvergleich erkannt werden können. Bauteile insbesondere Leiterplatten können durch aufgebrachte Lacke eine sehr starke Spiegelung verursachen, alle diese Effekte sind mit einer Infrarotbeleuchtung bei einer Bildaufnahme und einem Bildvergleich deutlich reduziert oder obsolet. Dabei ist vorteilhaft denkbar, dass in künstlichen Lichtquellen oder natürliches Umgebungslicht durch Infrarotfilter ein sonstiges IR-Lichtspektrum im Umgebungslicht ausgefiltert ist, so dass IR-Licht von der Kamera oder dem Helligkeitssensor lediglich aus der Infrarotlichtquelle aufgenommen werden kann. Eine derartige IR-Licht bereinigtes Arbeitslicht ist für einen Bearbeiter praktisch unverändert sichtbar, ermöglicht aber die Durchführung der Belegungserkennung in einem Lichtspektrum ungestört von Fremdlichteinflüssen. Infrarotlicht bewirkt keine Blendung oder Störung im Sehempfinden des Bearbeiters und ist für ihn unsichtbar, auch die Aufnahme der Vergleichsbilder wird vom Bearbeiter nicht wahrgenommen. Somit kann durch einfache Maßnahmen die Erkennungsgenauigkeit erheblich gesteigert werden, ohne einen Eingriff in den manuellen Arbeitsablauf vorzunehmen oder den Bearbeiter optisch zu stören. Wenngleich der Bearbeiter die Aufnahme der Vergleichsbilder auslöst, so bleibt für ihn die automatisierte Lageerkennung nicht wahrnehmbar.

Die Beleuchtungseinrichtung, insbesondere die Infrarotbeleuchtung kann zur Aufnahme zunächst aus- und dann eingeschaltet sein, wobei die Differenz beider Bilder als eine Einzelaufnahme eine aktuelle Belegungssituation ergibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Helligkeitsinformation des Lichtraums der Formnester und des Werkstückträger über die Kamera oder den Helligkeitssensor abgegriffen und/oder ausgewertet werden. Die Auswertung kann über eine Auswertesoftware erfolgen. Ebenso kann die Auswertung direkt über den Helligkeitssensor, beispielsweise in Form einer Fotozelle mit Helligkeitsschwellwert, binär erfolgen. Dabei werden bevorzugt zwei oder mehrere Aufnahmen einer identischen Ausrichtung der Kamera bzw. des Helligkeitssensor miteinander verglichen, wobei sich im Ausschnitt der Kamera zumindest ein Formnest oder zumindest ein Werkstückträger mit mehreren Formnestern befindet. Dabei kann insbesondere die Belegungskonfiguration eines Formnestes bzw. eines Werkstückträgers mit mehreren Formnestern zu unterschiedlichen Zeit- bzw. Arbeitspunkten analysiert werden, wobei sich das Bauteil im Formnest bzw. auf dem Werkstückträger zu diesen beiden Zeitpunkten an einer identischen oder auch unterschiedlichen Position befindet.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann bei eingelegtem Bauteil in ein Formnest dieses komplett ausgefüllt werden, sodass aus einer Position, bevorzugt einer Position orthogonal zum Werkstückträger, kein oder nur ein geringfügiger Lichtraum zwischen einer Randgeometrie des Bauteils und einer Geometrie des Formnestes resultiert. In der Regel weisen Bauteile wie Leiterplatten eine Vielzahl von Bohrungen in verschiedensten Durchmessern oder kleinere Ausnehmungen aus, so dass eine vollständige Lichtraumabdeckung regelmäßig nicht gegeben ist. Dennoch ist eine Umrissabdeckung des Formennests durch das Bauteil vorteilhaft, so dass zumindest 85% bis 90% der Lichtdurchtrittsfläche des Lichtraums des Formennests durch ein Bauteil abgedeckt werden können. In diesem Fall kann über eine binäre Auswertung der Helligkeit eindeutig festgestellt werden, ob ein Formnester mit einem Bauteil belegt ist oder nicht. Ist das Formnester beispielsweise nicht belegt, liegt eine Lichtdurchflutung des Formennestes vor, wohingegen bei der Belegung des Formnestes dieses komplett abgedunkelt wird, wobei sich der Lichtstrom nahezu zu null ergibt. Ein freies Formnest wird demnach optisch hell, ein belegtes Formnester dunkel abgebildet.

Entstehende Reflexionen können durch eine Infrarotbeleuchtung reduziert werden, auch können Aufnahmen in verschiedenen Helligkeitsstufen vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, bei hohen Reflexionsneigungen oder schwierigen Lichtverhältnissen ein Bild mit verschiedenen Helligkeitsstufen ähnlich einem HDR-Bild aufzunehmen. Ein HDR-Bild (High Dynamic Range Image – Bild mit hohem Dynamikumfang oder Hochkontrastbild ist ein digitales Bild, das große Helligkeitsunterschiede detailreich wiedergibt. Ausgehend von HDR-Bildern können Über- und Unterbelichtungen sowie Reflexionen vermieden, Bilddetails besser erhalten und verbesserte Bildanalysen durchgeführt werden. Bei HDR-Bild werden mehrere Bilder, meist zwei oder drei Bilder eines stehenden Motivs mit verschiedenen Helligkeitseinstellungen, d.h. Blendenöffnungen oder Lichtquellenhelligkeiten zu einem Bild kombiniert das dadurch eine harmonische Helligkeitsverteilung erhält und damit große Kontraste und dunkle oder helle Flächen verhindert. Es bietet sich zur vereinfachten und kostengünstigen Verbesserung an, die Helligkeit der Beleuchtungseinrichtungen hierfür entsprechend einzustellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform können alle Formnester die gleiche Geometrie aufweisen. Ein derartiger Werkstückträger kann somit zum Einlegen von identischen Bauteilen ausgebildet sein. Dabei können zumindest zwei Formnester auf einem Werkstückträger angeordnet sein, oder mehr als zwei. Die Formnester können in mehreren Reihen neben und über- bzw. untereinander angeordnet sein, sodass der Werkstückträger mehrere identische Aussparungen, die bevorzugt regelmäßig angeordnet sind, aufweist. Dabei können die Formnester, d. h. die Aussparungen, eine speziell angepasste Geometrie an die Bauteile aufweisen, oder aus einfachen rechteckigen, quadratischen, elliptischen, dreiecksförmigen oder runden Aussparungen ausgebildet sein. Dabei sollte bei einer Draufsicht auf den Werkstückträger das jeweilige Formnest vollständig durch das darin eingelegte Bauteil abdeckbar sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform können zumindest zwei, bevorzugt mehr als zwei, insbesondere alle, Formnester eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. Dabei kann ein Werkstückträger für ein spezielles mehrteiliges Bauteil ausgebildet sein, wobei alle einzelnen Elemente des Bauteils darauf abgelegt werden können. Dabei kann insbesondere die Vollständigkeit aller erforderlichen Elemente für ein spezielles Bauteil überprüft werden. Ebenso kann ein einziges größeres Bauteil mehrere dieser Formnester abdecken, wobei die einzelnen Formnester zur Fixierung des Bauteils auf dem Werkstückträger dienen.

In einer bevorzugten Ausführungsform können die Formnester und/oder die einzulegenden Bauteile nummeriert oder codiert sein. Somit kann über eine weitere Auswerteeinrichtung festgestellt werden, ob die gleichen Bauteile, die dem Werkstückträger entnommen worden, wieder auf diesen aufgelegt werden. Ebenso kann die Reihenfolge der Entnahme analysiert werden.

In der Regel sind die Formnester formkomplementär zur Kontur eines bearbeitenden Bauteils ausgeformt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Werkstückträger horizontal ausgerichtet sein, sodass Bauteile von einer Position oberhalb des Werkstückträgers horizontal einlegbar sind. Dadurch brauchen die Bauteile nicht in den Formnestern fixiert werden, sondern können lediglich durch die Schwerkraft in den Formnestern gehalten werden. Dies ermöglicht den Einsatz identischer Werkstückträger für unterschiedliche Bauteile, wobei die Form und Geometrie der Formnester nicht direkt an die Form und Geometrie der Bauteile angepasst sein braucht.

In der Regel kann der Werkstückträger händisch an einen Bearbeitungsplatz verbracht, dort bearbeitet und händisch weitergegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Werkstückträger auf einer Art Fließband oder einer Transportstrecke angeordnet sein und an eine Bearbeitungsposition, auf welche die Kamera ausgerichtet ist, über ein Werkstückträger-Transportsystem geführt werden. Eine Transportstrecke kann ähnlich eines Fließbandes einen mechanisch geführten Transport zwischen Bearbeitungsplätzen betreffen, oder autonom verfahrbare Transportvorrichtungen, z. B. Rollwägen oder Transportroboter sein. Somit kann eine automatische Zu- und Abfuhr der Werkstückträger an einen Handarbeitsplatz erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere derartige Handarbeitsplätze nebeneinander angeordnet sind, die nacheinander von demselben Werkstückträger durchlaufen werden. Das Fließband bzw. die Transporteinrichtung überdeckt dabei bevorzugt nicht die Formnester bzw. die Aussparungen in dem Werkstückträger. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Fließband in Form von zwei Laufbändern ausgebildet wird, auf welche ein Werkstückträger mit zwei Randbereichen derart auflegbar ist, dass die Laufbänder nicht im Bereich der Formnester angeordnet sind. Ebenso kann das Fließband als ein Gitter mit sehr feinen Stegen ausgebildet sein. Weiterhin kann das Fließband selber den hellen Hintergrund ausbilden oder von der Rückseite beleuchtet werden, sodass ein heller Hintergrund entsteht, der durch die Aussparungen der Formnester hindurch scheint.

In einer bevorzugten Ausführungsform können mehrere Werkstückträger hintereinander auf einer Art Fließband oder einer Transportstrecke angeordnet sein und nacheinander an eine Bearbeitungsposition gefahren werden, wobei die einzelnen Werkstückträger über eine automatisierte Identifikation, die am Werkstückträger angebracht ist, wie einen Barcode, RFID-Chip oder Ähnliches, erfolgen. Somit kann zugeordnet werden, welche Aufnahme der Kamera bzw. Auswertung des Helligkeitssensors welchem Werkstückträger zugeordnet werden muss.

Ein Arbeitsanweisung zur Verwendung der Belegungserkennungsvorrichtung für eine optische Belegungserkennung von Bauteilen in einem Werkstückträger wird im Folgenden erläutert: Dabei sind die Formnester des Werkstückträgers mit jeweils einem Bauteil belegbar. Dabei sind alle möglichen Konfigurationen der oben dargestellten Ausführung der Belegungserkennungsvorrichtung denkbar.

Hierzu können folgende Schritte ausgeführt werden:

  • – Fahren oder manuelles Einlegen des Werkstückträger an eine Bearbeitungsposition,
  • – Erstellen einer ersten Aufnahme einer Ausgangskonfiguration mit der Kamera,
  • – Erstellen einer zweiten Aufnahme einer Bearbeitungskonfiguration nach einem Bearbeitungsschritt durch eine Bedienperson, nach der Entnahme und erneutem Einlegen der Bauteile in die Formnester,
  • – Vergleich der beiden Aufnahmen um festzustellen, ob alle Bauteile der Ausgangskonfiguration auch nach der Bearbeitungskonfiguration noch auf dem Werkstückträger angeordnet sind und ob diese Bauteile im gleichen oder in einem anderen Formnest abgelegt sind.

Jede Einzelaufnahme kann ein Differenzbild von einer Aufnahme mit und ohne eingeschaltete Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Infrarotbeleuchtung sein, wobei das Differenzbild der Aufnahme der Belegungskonfiguration entspricht.

Durch einen Vergleich der Aufnahme der Ausgangskonfiguration mit der Aufnahme der Bearbeitungskonfiguration kann dabei die Belegungssituation der Bauteile auf einem Werkstückträger analysiert und ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt dabei binär wie oben dargestellt. Dies ermöglicht ein einfaches und schnelles Analyseverfahren einer Vielzahl von Werkstückträgen, auf welchen bevorzugt eine Vielzahl von Bauteilen angeordnet ist.

In der Verwendung der Belegungserkennungsvorrichtung können die beiden Zeitpunkte zum Auslösen der Kamera durch eine Lichtschranke, einen Bewegungsmelder und/oder eine Art Zebrastreifen-Bilderkennung ausgelöst werden. Der Zebrastreifen kann in der oben dargestellten Ausführung ausgebildet sein, d. h. durch ein gleichmäßiges Streifen-, Rauten-, Mäander- oder Punktemuster gebildet werden, wobei sich die Ausbildung der Streifen, Punkte usw. durch unterschiedliche Helligkeiten auszeichnet.

In der Verwendung der Belegungserkennungsvorrichtung kann eine Bedienperson die Lichtschranke, den Bewegungsmelder und/oder die Zebrastreifen-Bilderkennung auslösen. Somit wird durch eine Bedienperson der Zeitpunkt zum Auslösen der Kamera bzw. zum Messen mit dem Helligkeitssensor bestimmt werden.

In der weiteren Verwendung der Belegungserkennungsvorrichtung folgt der Vergleich der beiden Vergleichsaufnahmen über eine binäre Auswertesoftware. Somit kann direkt und schnell festgestellt werden, wie die Belegungssituation auf dem Werkstückträger ausgebildet ist. Über eine direkt nachgeschaltete Warnfunktion bzw. Alarmfunktion kann direkt der Bedienperson mitgeteilt werden, dass die Belegungssituation der Bauteile auf dem Werkstückträger nicht der erforderlichen bzw. vorherigen Situation entspricht.

Alle sonstigen Ausgestaltungen der Belegungserkennungsvorrichtung können für das Arbeitsverfahren eingesetzt werden.

ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

1 eine Draufsicht auf einen Werkstückträger mit mehreren Formnestern;

2 eine weitere Draufsicht auf einen Werkstückträger mit mehreren Formnestern bei der Bearbeitung durch eine Bedienperson;

3 einen Werkstückträger mit mehreren ungleich ausgebildeten Formnestern und aufgelegtem Bauteil;

4 eine optische Abbildung des Werkstückträgers aus 3;

5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung;

6 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtung.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.

1 zeigt einen Werkstückträger 14 in einer Draufsicht, wobei der Werkstückträger 14 zehn Formnester 16 umfasst, die alle die gleiche Geometrie 50 aufweisen. Die Formnester 16 werden durch Aussparungen 18 gebildet, sodass ein Lichtraum 20 entsteht. Durch diesen Lichtraum 20 ist der hintere Bereich, der sich hinter dem Werkstückträger 14 befindet sichtbar. Ist beispielsweise ein heller Hintergrund 42 hinter dem Werkstückträger 14 angeordnet, so scheint dieser durch die Formnester 16 hindurch und ist von der Vorderseite des Werkstückträgers 14 sichtbar. Der Werkstückträger 14 ist dabei Teil der Belegungserkennungsvorrichtung 10. In der unteren rechten Ecke des Werkstückträgers 14 befindet sich eine automatisierte Identifikation 54, die beispielsweise durch eine RFID-Chip oder einen Barcode gebildet sein kann, worüber der Werkstückträger 14 identifiziert werden kann. An der unteren Längsseite 40 des Werkstückträgers 14 ist eine Zebrastreifen-Bilderkennung 38 angeordnet. Diese verläuft über die komplette Länge des Werkstückträgers 14. Die Zebrastreifen-Bilderkennung 38 muss nicht zwangsläufig ein Streifenmuster aufweisen, sondern kann jedes beliebige regelmäßige oder auch unregelmäßige Muster aufweisen, wobei diese kontrastreiche, schwarz-weiße Unterschiede, ausbilden. Bauteile 12, die in den Werkstückträger 14 nach 1 eingelegt werden, müssen nicht zwangsläufig eine exakte Geometrie 50 der Formnester 16 aufweisen. Insbesondere sollten die Bauteile 12, die in die Formnester 16 eingelegt werden, etwas größer als die Formnester 16 ausgebildet sein, sodass die Bauteile 12 nicht hindurch rutschen. Dabei kann das Formnest 16 auch nur eine Kontaktkontur ausbilden, die bei Auflage des Bauteils 12 auf den Werkstückträger 14 mit dem Formnest in Kontakt steht. Der Werkstückträger 14 kann auf eine Art Fließband oder eine Transportstrecke (nicht dargestellt) angeordnet sein, und somit automatisch an einen Handarbeitsplatz bewegt werden. Die Bewegungsrichtung ist in 1 durch einen Pfeil an der Unterseite des Werkstückträgers 14 beispielhaft dargestellt. Ebenso kann der Werkstückträger 14 manuell, d. h. händisch, an den Handarbeitsplatz gelegt werden.

Einen Werkstückträger 14, der durch eine Bedienperson bearbeitet wird, zeigt 2. Dabei greift die Bedienperson von der unteren Längsseite 40 des Werkstückträgers 14 zu den Formnester 16 und entnimmt dort Bauteile 12 (nicht dargestellt) bzw. legt dort Bauteile 12 ab. Über die Zebrastreifen-Bilderkennung 38 kann dieser Zugriff der Bedienperson identifiziert werden, wobei ein Zeitpunkt zum Auslösen einer Kamera bzw. zum Messen mit einem Helligkeitssensor festgelegt wird. Die Erkennung erfolgt durch die Störung des Musters der Zebrastreifen-Bilderkennung 38 einer Hand eines Bearbeiters. In den weiteren Ausführungen entsprechen die dargestellten Elemente der Belegungserkennungsvorrichtung 10 denen aus 1.

3 zeigt einen Werkstückträger 14 mit mehreren ungleich ausgebildeten Formnester und 16 und einem aufgelegten Bauteil 12. Die freien Formnester 16 werden durch mehrere ungleich ausgebildete Aussparungen 18 gebildet, wobei diese Aussparungen 18 jeweils eine unterschiedliche Geometrie 50 aufweisen. Dadurch entstehen unterschiedlich große Lichträume 20. Auf der rechten Hälfte des Werkstückträgers 14 ist ein Bauteil 12 aufgelegt dass eine Randgeometrie 48 aufweist, sodass alle darunter angeordneten Formnester 16 überdeckt werden. Weiterhin können die Formnester 16 dazu dienen, das Bauteil 12 in der Position auf dem Werkstückträger 14 zu fixieren. Auf der linken Hälfte des Werkstückträgers sind alle Formnester 16 sichtbar. Die Darstellung zeigt eine Bearbeitungsposition B1 in einer Ausgangskonfiguration A1. Dabei ist der Werkstückträger 14 über eine automatisierte Identifikation 54 identifizierbar.

4 zeigt eine zugehörige optische Abbildung des Werkstückträgers, wie er von einer Kamera bzw. einem Helligkeitssensor erfasst werden kann, wenn eine Konfiguration nach 3 vorliegt. In der Darstellung sind die unterschiedlichen Bereiche nicht unterschiedlich hell bzw. dunkel dargestellt, wobei in Realität die Bereiche des Werkstückträgers 14 schwarz, und die Bereiche der Formnester 16, die mit keinem Bauteil 12 belegt sind, hell bzw. nahezu weiß erscheinen würden. Somit zeigen sich in der Darstellung aus 4 lediglich die Formnester 16 auf der linken Hälfte des Werkstückträgers 14. Dargestellt ist demnach eine erste Vergleichsaufnahme 24a einer Bearbeitungsposition B1 der Ausgangskonfiguration A1. Auf der rechten Hälfte des Werkstückträgers 14, auf der das Bauteil 12 angeordnet ist, ist demnach kein Unterschied der Helligkeit zwischen Bauteiloberfläche und Werkstückträgeroberfläche erkennbar. Zum Vergleich müsste demnach eine zweite Aufnahme in Form einer zweiten Vergleichsaufnahme 24b erstellt werden (nicht dargestellt), die mit der ersten Vergleichsaufnahme 24a verglichen werden kann. Dabei könnte beispielsweise festgestellt werden, dass die beiden Vergleichsaufnahmen 24a, 24b übereinstimmen, oder dass beispielsweise in der zweiten Vergleichsaufnahme 24b das Bauteil 12 ebenso entnommen wurde und nicht mehr auf dem Werkstückträger 14 aufliegt.

Die 5 und 6 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Belegungserkennungsvorrichtungen 10. Beide Belegungserkennungsvorrichtungen 10 sind in einer Seitenansicht dargestellt, sodass der Werkstückträger 14 nun nicht mehr in einer Draufsicht sichtbar ist. In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Werkstückträger 14 hintereinander auf einem Fließband 52 angeordnet, wobei zumindest für den mittig dargestellten Werkzeugträger 14 erkennbar ist, dass zumindest drei Formnester 16 in Form von Aussparungen 18 in dem Werkstückträger 14 angeordnet sind. Dabei ist in den zumindest drei sichtbaren Formnestern 16 jeweils ein Bauteil 12 eingelegt. Das Bauteil 12 muss nicht zwangsweise eine exakte Geometrie 50 des jeweiligen Formnestes 16 aufweisen, sondern kann an der Oberseite auch seitlich überstehen. Unterhalb des Werkstückträgers 14 und somit auch des Fließbandes 52 ist eine Beleuchtungseinrichtung 44 angeordnet. Diese kann als Infrarotbeleuchtung 46 ausgebildet sein. Das Fließband 52 muss demnach derart ausgestaltet sein, dass dieses nicht die Formnester 16 abdeckt. Dabei kann das Fließband 52 in Form eines Gitters mit dünnen Stegen oder auch in Form von zwei einzelnen Laufbändern ausgebildet sein, auf welche der Werkstückträger 14 mit zwei Seitenrändern auflegbar ist, sodass die Formnester 16 nicht im Bereich der beiden Laufbänder angeordnet sind. Ebenso kann das Fließband 52 einen hellen Hintergrund ausbilden oder von der Unterseite derart beleuchtet werden, dass ein heller Hintergrund entsteht. In einer derartigen Ausgestaltung könnte das Fließband 52 auch über die komplette Fläche des Werkstückträgers 14 ausgebildet sein. Oberhalb des Werkstückträgers 14, d. h. auf der gegenüberliegenden Seite an der die Beleuchtungseinrichtung 44 angeordnet ist, ist eine Kamera 22 oder ein Helligkeitssensor 23 angeordnet. Dabei können ebenso mehrere Kameras 22 bzw. mehrere Helligkeitssensor 23 angeordnet sein, wobei pro Kamera 22 bzw. Helligkeitssensor 23 jeweils nur ein Formnester 16 oder jeweils ein Werkstückträger 14 optisch abbildbar sind. Ebenso kann eine Kamera 22 mehrere Werkstückträger 14, bzw. ein Helligkeitssensor 23 mehrere Formnester 16 oder auch mehrere Werkstückträger 14 optisch abbilden bzw. analysieren.

In 5 ist eine Ausführungsform einer Belegungserkennungsvorrichtung 10 mit einer Beleuchtungseinrichtung 44 in Form einer Infrarotbeleuchtung 46 dargestellt. Dabei ist ein Zeitpunkt Z1 dargestellt, an welchem alle aus dieser Perspektive sichtbaren Formnester 16 des Werkstückträgers 14 belegt sind. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Belegungserkennungsvorrichtung 10, wobei unterhalb des Werkstückträgers 14 bzw. des Fließbandes 52 auch ein heller Hintergrund 42 angeordnet sein kann. Weiterhin ist erkennbar, dass die Kamera 22 mit einer Auswerteeinrichtung 26, die eine Auswertesoftware 28 ausführt, verbunden ist. Die Darstellung zeigt einen Zeitpunkt Z2, wobei zumindest ein sichtbares Formnest 16 des Werkstückträgers 14 nicht mit einem Bauteil 12 belegt ist.

Bezugszeichenliste

10
Belegungserkennungsvorrichtung
12
Bauteil-/Leiterplatte oder Bauteil umfassend eine Baugruppe mehrerer Einzelbaueinheiten
14
Werkstückträger
16
Formnest
18
Aussparung
20
Lichtraum
22
Kamera
23
Helligkeitssensor
24a
Vergleichsaufnahme
24b
Vergleichsaufnahme
26
Auswerteeinrichtung
28
Auswertesoftware
32
Bedienperson
38
Zebrastreifen-Bilderkennung
40
Längsseite des Werkstückträgers
42
heller Hintergrund
44
Beleuchtungseinrichtung
46
Infrarotbeleuchtung
48
Randgeometrie des Bauteils
50
Geometrie des Formnestes
52
Fließband/Transportstrecke
54
automatisierte Identifikation
Z1
Zeitpunkt
Z2
Zeitpunkt
B1
Bearbeitungsposition
A1
Ausgangskonfiguration
A2
Bearbeitungskonfiguration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • WO 2010/019980 A1 [0003]
  • EP 1112484 B1 [0004]
  • DE 102014117978 A1 [0005]
  • DD 218332 A1 [0006]
  • DE 2737163 A1 [0007]