zur automatischen Entstückung

Die Erfindung bezieht sich auf zwei Anlagen zur au¬ tomatischen Entstückung von mit elektronischen Bau¬ elementen bestückten Leiterplatten sowie ein Ver- fahren unter Verwendung einer derartigen Anlage.

Die heute gängigen Verfahren zum Entsorgen von de¬ fekten oder aus veralteten Geräten stammenden be¬ stückten Leiterplatten sind das Deponieren und das Verbrennen. Der hohe Anteil an Gefahr- und Wert¬ stoffen macht sie jedoch für eine Demontage beson¬ ders interessant. Es ist daher zweckmäßig, die auf den Leiterplatten vorhandenen Bauelemente in wie¬ derverwendbare, verwertbare und für den Sondermüll bestimmte Bauelemente zu trennen. Ein manuelles Entstücken der Platinen ist wegen der hohen Ar¬ beitskosten nicht wirtschaftlich, während eine An¬ lage, die die Bauelemente automatisch entstückt, bisher nicht bekannt ist.

Beispielsweise ist in der Zeitschrift Surface Mount Technology, Ausg. 8 (1992) , Seite 63 in der mittle¬ ren und rechten Spalte dargelegt, daß der Elektro¬ nikschrott nicht wiederzuverwerten ist, sondern stofflich, d.h. thermisch oder chemisch aufbereitet werden muß.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem

zugrunde, mit elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatten automatisch zu entstücken und die noch verwendbaren Bauelemente wiederzugewinnen.

Im folgenden werden zwei alternative Lösungsmög¬ lichkeiten vorgeschlagen, wovon eine mit Licht und eine mit Infrarotstrahlung arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Leiterplatten, einen optischen Sensor, ein Bildver¬ arbeitungssystem und eine Vorrichtung zur Entnahme der Bauelemente, wobei das Bildverarbeitungssystem in der Weise aufgebaut ist, daß es aus dem vom op¬ tischen Sensor gelieferten Ausgangssignal die Koor¬ dinaten der Konturen und vorzugsweise die Typen der Bauelemente erkennt und die Vorrichtung zur Ent¬ nahme der Bauelemente steuert.

Der Kerngedanke der Erfindung ist der Aufbau einer Anlage, durch die eine mit elektronischen Bauele¬ menten bestückte Leiterplatte in einem ersten Ar¬ beitsschritt beleuchtet und von einem optischen Sensor aufgenommen wird. Die Beleuchtung erfolgt zweckmäßigerweise reflexfrei und kontrastreich, um die Bildverarbeitung zu vereinfachen und um Fehler zu vermeiden. Das Ausgangssignal des Sensors wird einem Bildverarbeitungssystem zugeführt, das die Koordinaten der Konturen und vorzugsweise auch die Typen der Bauelemente erkennt und den nächsten Ar¬ beitsschritt steuert, in dem mit Hilfe einer Vor¬ richtung die Bauelemente von der Platine entnommen

werden. Die Phasen der bildpunktweise erfolgenden Bildverarbeitung erfordern ein leistungsfähiges RechnerSystem, um die von dem optischen Sensor ge¬ lieferten Bilder in speziellen Algorithmen zu ver- bessern und in Bereiche zu gliedern, welche die be¬ obachteten Objekte möglichst gut approximieren. In der Phase der Merkmalsextraktion werden die charak¬ teristischen Eigenschaften der Bauelemente erfaßt, um sie zu klassifizieren und, falls möglich, durch einen Vergleich mit einer Datenbank zu identifizie¬ ren. Die Bauelemente werden an ihrem Kantenkontur¬ zug, den daraus ermittelbaren geometrischen Abmes¬ sungen, ihrer Farbgebung und/oder ihrer Beschrif¬ tungen mit den entsprechenden Einträgen in einer Datenbank verglichen und dadurch identifiziert. Das Bildverarbeitungssystem steuert die Vorrichtung zur Entnahme der Bauelemente, die einzelne Bauteile von der Platine entfernen kann. Zweckmäßigerweise wer¬ den zunächst nur die umweltrelevanten, also als Sondermüll zu behandelnden und die wirtschaftlich lohnenden, wiederverwendbaren Bauteile einzeln ent¬ nommen. Der Algorithmus, der entscheidet, welche Bauteile zu entnehmen sind, kann auf mögliche Ände¬ rungen der Rahmenbedingungen (z.B. gesetzliche Vor- gaben) jederzeit durch einen programmtechnischen Eingriff auf den aktuellen Stand gebracht werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die wiederverwendbaren und die Schadstoffhaltigen, für den Sondermüll bestimm¬ ten Bauelemente von der Platine kostengünstig auto¬ matisch entfernt werden. Die wiederverwendbaren Bauteile können noch einmal benutzt werden, während

die für den Sondermüll bestimmten von den anderen getrennt verbrannt oder deponiert werden können, wobei eine große Reduzierung des anfallenden Son¬ dermülls erreicht wird. Auch die Leiterplatten sind nach einem vollständigen Entfernen der Bauelemente, das eine Voraussetzung für ein Recycling ist, nach¬ dem sie geschreddert wurden, wiederverwendbar.

Um die Fehlersicherheit durch eine eindeutige Er- kennung der Konturen der Bauelemente auch bei ge¬ ringen Helligkeitskontrasten zu verbessern, ist im speziellen vorgeschlagen, daß die Beleuchtungsein¬ richtung einen zur Ebene der Leiterplatte nähe¬ rungsweisen orthogonalen, auf der Leiterplatte punktförmigen Lichtstrahl erzeugt, daß eine Linse derart angebracht ist, daß sie den von der Leiter¬ platte reflektierten Lichtstrahl auf den vorzugs¬ weise in einem geringen Abstand neben der Beleuch¬ tungseinrichtung befestigten optischen Sensor, der ein Zeilen-Sensor ist, abbildet, daß die Beleuch¬ tungseinrichtung einen zur Ebene der Leiterplatte näherungsweisen orthogonalen, auf der Leiterplatte punktförmigen Lichtstrahl erzeugt, eine Linse der¬ art angebracht ist, daß sie den von der Leiter- platte reflektierten Lichtstrahl auf den vorzugs¬ weise in einem geringen Abstand neben der Beleuch¬ tungseinrichtung befestigten optischen Sensor, der ein Zeilen-Sensor ist, abbildet, die Achse des Sen¬ sors näherungsweise orthogonal zum reflektierten Lichtstrahl und in der durch den Spekularwinkel aufgespannten Ebene angeordnet ist und die Leiter¬ platte relativ zum optischen Sensor und zur Be¬ leuchtungseinrichtung derart oberflächenparallel

verschoben und/oder daß der Lichtstrahl so abge¬ lenkt wird, daß die Leiterplatte zweidimensional abgerastert wird.

Der Grundgedanke dieser Ausführungsform besteht darin, die Oberfläche der Leiterplatte zweidimen¬ sional abzurastern und die Höhe eventuell vorhande¬ ner Bauelemente nach dem Prinzip der punktweisen Triangulation zu bestimmen. Die Beleuchtungsein- richtung liefert einen zur Leiterplatte näherungs¬ weise orthogonalen, punktförmig darauf auftreffen¬ den Lichtstrahl, der nach dem Reflexionsgesetz pri¬ mär in den Spekularwinkel (d.h. der Einfalls- und Ausfallswinkel sind identisch) reflektiert wird. Der einfallende Lichtstrahl ist daher gewöhnlich nicht exakt orthogonal zur Oberfläche der Leiter¬ platte orientiert. Der reflektierte Lichtstrahl wird durch eine Linse auf den optischen Zeilensen¬ sor abgebildet, dessen Achse (also die ortsauflö- send erfaßte Richtung) näherungsweise orthogonal zum reflektierten Lichtstrahl und in der durch den Spekularwinkel aufgespannten Ebene angeordnet ist. Die Richtung des reflektierten Lichtstrahls hängt von der Entfernung zwischen der Beleuchtungsein- richtung und der Oberfläche ab, da er bei einem größeren Abstand auch einen weiteren oberflächen¬ parallelen Weg zurücklegt. Die Position des jeweils mit der höchsten Intensität beleuchteten Elements des Zeilensensors ist somit ein direktes Maß für die Entfernung zwischen der reflektierenden Ober¬ fläche und der Beleuchtungseinrichtung bzw. dem Sensor und dient dem Bildverarbeitungssystem als Information über die Höhe eventuell vorhandener

Bauelemente. Der Sensor ist aus Gründen der Kom¬ paktheit vorzugsweise in einem geringen Abstand ne¬ ben der Beleuchtungseinrichtung angebracht; ein weiterer Vorzug der dadurch entstehenden, zur Ober- fläche der Leiterplatte nahezu orthogonalen Ein- und Ausfallswinkel besteht darin, daß unerwünschte, durch die Unterbrechung des Strahlengangs an Kanten von Bauelementen entstehende Meßfehler entscheidend reduziert sind. Die Leiterplatte wird durch ober- flächenparalleles Verschieben relativ zum optischen Sensor und zur Beleuchtungseinrichtung und/oder mittels einer Ablenkung des Lichtstrahls, die bei¬ spielsweise durch einen bewegten Spiegel realisier¬ bar ist, abgerastert, so daß dem Bildverarbeitungs- system im Ergebnis ein dreidimensionales Bild der Leiterplatte vorliegt. Die Vorzüge bestehen vor¬ nehmlich darin, daß die Konturen der Bauelemente aufgrund der dreidimensionalen Erfassung exakt er¬ kannt werden, so daß keine Fehlbedienungen der Vor- richtung zur Entnahme der Bauelemente durch das Bildverarbeitungssystem auftreten.

Weiterhin läßt sich die Fehlerwahrscheinlichkeit dadurch verringern, daß die Beleuchtungseinrichtung einen zur Ebene der Leiterplatte näherungsweise or¬ thogonalen, auf der Leiterplatte linienförmigen Lichtstrahl erzeugt, daß eine Linse derart befe¬ stigt ist, daß sie die von der Leiterplatte reflek¬ tierte Linie auf den vorzugsweise neben der Be- leuchtungseinrichtung angeordneten optischen Sen¬ sor, der ein Flächen-Sensor ist, abbildet, und daß die Leiterplatte oberflächenparallel, orthogonal zur Linie des Lichtstrahls relativ zum optischen

Sensor und zur Beleuchtungseinrichtung verschoben und abgerastert wird.

Der Kern dieser Weiterbildung besteht darin, den punktförmigen durch einen linienförmigen Licht¬ strahl zu ersetzen, um mittels eines Flächensensors simultan das Höhenprofil der eindimensional be¬ leuchteten Leiterplattenoberfläche zu erfassen. Der von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte, möglichst senkrecht auf der Leiterplatte eintreffende, lini- enförmige Lichtstrahl wird reflektiert und durch eine Linse auf den gewöhnlich im Spekularwinkel an¬ geordneten, optischen Flächensensor abgebildet. Analog zur Lehre des Anspruchs 2 erkennt das Bild- Verarbeitungssystem die Höhe eines Meßpunktes an¬ hand der Position höchster Intensität in der zur Linie orthogonalen Richtung. Da der Flächensensor alle durch den linienförmigen Lichtstrahl beleuch¬ teten Punkte simultan erfaßt, wird die Leiterplatte lediglich in einer Richtung oberflächenparallel, orthogonal zur Linie abgerastert, d.h. relativ zum optischen Sensor und zur Beleuchtungseinrichtung verschoben. Anzumerken ist, daß auch in dieser Al¬ ternative der optische Sensor aus konstruktiven Gründen vorzugsweise neben der Beleuchtungseinrich¬ tung befestigt ist. Neben der fehlerarmen, dreidi¬ mensionalen Erfassung der Leiterplattenoberfläche bestehen die Vorteile vornehmlich in der entschei¬ dend verkürzten, für die Erfassung einer Leiter- platte notwendigen Zeitintervalle und somit verbes¬ serten Wirtschaftlichkeit.

Im speziellen kann die Erkennungssicherheit des

Bildverarbeitungssystem dadurch gesteigert werden, daß die Beleuchtungseinrichtung mehrere zur Ebene der Leiterplatte näherungsweise orthogonale, zuein¬ ander parallele, auf der Leiterplatte streifenför- mige Lichtstrahlen erzeugt, und daß eine Linse der¬ art angebracht ist, daß sie die von der Leiter¬ platte reflektierten Streifen auf den optischen Sensor, der ein Flächen-Sensor ist und vorzugsweise in einem geringen Abstand neben der Beleuchtungs- einrichtung angeordnet ist, abbildet.

Die Idee besteht darin, mehrere, zueinander paral¬ lele Meßlinien gleichzeitig auf die Oberfläche der Leiterplatte zu projizieren und ebenfalls simultan mit einem Flächensensor auszuwerten. Die von der

Beleuchtungseinrichtung erzeugten, streifenformigen Strahlen treffen ebenfalls unter einem näherungs¬ weise senkrechten Winkel auf die Oberfläche der Leiterplatte, werden reflektiert und durch eine Linse auf den normalerweise im Spekularwinkel ange¬ brachten Flächensensor abgebildet. Die Entfernung zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der re¬ flektierenden Oberfläche wird durch die Lage des jeweils am hellsten beleuchteten Punktes des Flä- chensensors in der zu den Streifen orthogonalen Richtung repräsentiert. Der Flächensensor erfaßt jedoch im Unterschied zur Lehre des Anspruchs 3 nicht nur eine, sondern mehrere Linien gleichzei¬ tig, so daß das Abrastern der Leiterplatte ent- fallen kann. Die Ein- und Ausfallswinkel der Licht¬ strahlen auf der Leiterplatte werden zweckmäßiger¬ weise (in Abhängigkeit von der Höhe der zu entstüc¬ kenden Bauelemente) derart gewählt, daß die Ver-

Schiebung in der zu den Streifen senkrechten Rich¬ tung geringer bleibt als ihr Abstand, so daß eine Interferenz unterbunden ist. Der Flächensensor ist ebenfalls vorzugsweise nahe der Beleuchtungsein¬ richtung montiert. Die Vorteile bestehen vornehm¬ lich darin, daß die gesamte Leiterplatte simultan durch das Bildverarbeitungssystem erfaßt wird, so daß die dazu erforderliche Zeit weiter verkürzt ist und die Entstückung preiswerter möglich wird.

Da sich die Zuordnung der einzelnen Linien zu den jeweiligen Punkten auf der Platine bei der Projek¬ tion eines einzelnen, zur Erkennung der Einzelhei¬ ten hinreichend feinen Streifenmusters als proble- matisch erweist, ist in einer vorteilhaften Weiter¬ bildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Be¬ leuchtungseinrichtung sukzessive Linien in unter¬ schiedlicher Anzahl und Breite erzeugt. Die einzel¬ nen Profillinien werden durch das Bildverarbei- tungssystem anhand der bekannten, definierten Hell- Dunkel- Sequenzen identifiziert. Im einzelnen er¬ möglichen n unterschiedliche Streifenmuster, 2 ⁿ Profillinien zu unterscheiden.

Aufgrund der relativ einfachen Zuordnung der Linien zu den einzelnen Höhenprofilen empfiehlt sich, daß die Beleuchtungseinrichtung sukzessive Linien mit jeweils verdoppelter Anzahl und halbierter Breite herstellt; alternativ ist selbstverständlich mög- lieh, die Breite der Linien zu verdoppeln und die Anzahl zu halbieren.

Als Beleuchtungseinrichtung sind hinreichend helle,

intensive, kommerziell erhältliche Laser und im speziellen Laserdioden zweckmäßig. Die ggf. zur Re¬ alisation eines linienförmigen Lichtstrahles not¬ wendige Aufweitung des Laserstrahls ist mittels ei- ner Zylinderlinse oder eines Schwenkspiegels un¬ schwer möglich.

Im speziellen kann die Beleuchtungseinrichtung vor¬ zugsweise orthogonal zur Ebene der Leiterplatte verlaufende Röntgenstrahlen emittieren und der op¬ tische Sensor auf der der Beleuchtungseinrichtung gegenüberliegenden Fläche der Leiterplatte angeord¬ net werden, um das Absorptionsverhalten der Bauele¬ mente für Röntgenstrahlung zu ihrer Erkennung zu nutzen. Da in erster Linie Metalle die von der Be¬ leuchtungseinrichtung emittierte, orthogonal auf die Leiterplatte auftreffende Röntgenstrahlung schwächen, entspricht das vom optischen Sensor auf der der Beleuchtungseinrichtung gegenüberliegenden Fläche der Leiterplatte erfaßte Bild der Dicke des durchstrahlten Metalls. Die parallel zur Röntgen¬ strahlung ausgerichteten Anschlußbeinchen der Bau¬ elemente sind in Verbindung mit den zugehörigen Lötpunkten leicht erkennbar. Auch andere Metallkom- ponenten, wie beispielsweise Metallgehäuse, Kühl¬ körper, Metallkondensatoren werden eindeutig er¬ faßt. Als vorteilhaft ist neben der eindeutigen Identifizierung der Bauelementanschlüsse anzusehen, daß sich das Abrastern der Leiterplatte - falls ein Flächensensor Verwendung findet - erübrigt, so daß eine Leiterplatte innerhalb kürzester Zeit erfaßbar ist.

Alternativ zur Lehre des Anspruchs 1 kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst werden durch einen optischen Sensor, ein Bildverarbei¬ tungssystem und eine Vorrichtung zur Entnahme der Bauelemente, wobei das Bildverarbeitungssystem in der Weise aufgebaut ist, daß es aus dem vom opti¬ schen Sensor gelieferten Ausgangssignal die Koordi¬ naten der Konturen und vorzugsweise die Typen der Bauelemente erkennt und die Vorrichtung zur Ent- nähme der Bauelemente steuert, die Leiterplatte er¬ wärmt wird, und der optische Sensor ein Thermosen- sor, vorzugsweise eine Thermokamera ist.

Der Kerngedanke besteht darin, die Leiterplatte zu erwärmen und die - aufgrund der variierenden Wärme¬ leitfähigkeiten - während der Aufwärmphase unter¬ schiedlichen Temperaturen der Bauelemente und der nicht bestückten Flächen der Leiterplatte zur Iden¬ tifikation der Konturen der Bauelemente mittels ei- nes Thermosensors, vorzugsweise einer Thermokamera zu erfassen. Um ein zufriedenstellendes Signal- Rausch-Verhältnis zu erzielen, überschreitet die Temperatur der Leiterplatte die der Umgebung, ist jedoch derart gering, daß keine thermischen Beschä- digungen der Bauelemente zu befürchten sind.

Als Vorzug ist insbesondere der hohe erreichbare Kontrast zwischen Bauelementen und Leiterplatte an¬ zusehen, so daß die Vorrichtung zur Entnahme der Bauelemente durch das Bildverarbeitungssystem feh¬ lerarm steuerbar wird. Ein Abrastern der Leiter¬ platte erübrigt sich, falls eine zweidimensional arbeitende Thermokamera zum Einsatz kommt.

Im speziellen kann ein Lötbad zur Erwärmung der Leiterplatte auf die erforderliche Temperatur die¬ nen.

Bei den zur Erfassung des Lichts oder der Röntgen- oder Thermo-, also Infrarotstrahlung verwendbaren Sensoren lassen sich grundsätzlich ein- und zweidi- mensionale Ausführungsformen unterscheiden. Während flächenhafte Sensoren direkt ein Abbild des zu un¬ tersuchenden Gegenstandes erzeugen, müssen Zeilen¬ sensoren die abzubildende Leiterplatte abrastern, weshalb sie entweder am Sensor vorbeigeführt wird (z.B. auf Transportbändern) oder ein selbständiges Ablenksystem vor dem Sensor angeordnet wird

(Scanner) . Aus der großen Vielfalt der Flächensen¬ soren lassen sich die TV-orientierten Kameras, die der deutsch-amerikanischen Norm (CCIR) folgen, eine Auflösungsgenauigkeit von 1024 x 1024 Bildpunkten besitzen und relativ preiswert sind und die soge¬ nannten normfreien Sensoren, die eine höhere Auflö¬ sung von bis zu 2048 x 2048 Bildpunkten und eine hohe Bildauflösungsfrequenz bis zu 400 Hz bieten, unterscheiden. Die Zeilensensoren liefern bis über 8000 Bildpunkte und Datenraten bis 160 MHz. Diese Systeme sind weitaus komplizierter als Flächensen¬ soren, sind jedoch für die Aufnahme von mit kon¬ stanter Geschwindigkeit bewegten Platinen optimal anzuwenden.

Das Abrastern der Leiterplatte kann sich auch bei Flächensensoren als zweckmäßig erweisen, da die heute wirtschaftlich erhältlichen Ausführungsformen

nicht in der Lage sind, größere Leiterplatten in einem einzelnen Arbeitsschritt zu erfassen. Ein weiterer Vorzug des Abrasterns besteht darin, daß sich Bauelemente doppelt aufnehmen lassen und so die meisten Aufnahmefehler auszuräumen sind. Durch dieses Verfahren wird auch ein schräges Betrachten der Bauelemente ermöglicht und die Erkennung von schräg oder seitlich angebrachten Aufschriften ver¬ einfacht.

Falls der optische Sensor nicht nur digitale, d.h. zwischen hell und dunkel unterscheidende Ausgangs¬ signale, sondern Grauwerte liefert, ist die Erken¬ nung der Höhenprofile und eventuell der Typen der Bauelemente entscheidend erleichtert. Der Vorzug besteht zum einen darin, daß auch sehr stark oder schwach reflektierende Oberflächen untersucht wer¬ den können, zum anderen ist die Reflektivität der Bauelemente zu ihrer Identifikation heranziehbar.

Außerdem ist eine selbsttätige Intensitätsregelung der Beleuchtungseinrichtung empfehlenswert, da die Konturen und vorzugsweise auch die Beschriftungen extrem stark oder schwach reflektierender Bauele- mente detektierbar werden.

Das Bildverarbeitungssystem benötigt einen Refe¬ renzpunkt auf der Platine, um relativ dazu die Ko¬ ordinaten der Bauelemente zu ermitteln und die Vor- richtung zu ihrer Entnahme zu steuern. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird der Schnittpunkt zweier Anschlagkanten, an denen die Platine mit zwei Greifern festgehalten wird, als

Referenzpunkt verwendet. Durch das Festhalten wird verhindert, daß die Platine beim Transport oder bei der Entnahme der Bauelemente verrutscht und damit eine Störung herbeigeführt wird. Außerdem können beliebige Platinen entstückt werden, da sie im all¬ gemeinen alle das Merkmal zweier durchgehender und benachbarter Kanten erfüllen.

Da die auf der Leiterplatte angeordneten Bauele- mente, insbesondere die Halbleiter temperaturemp¬ findlich sind, ist es nicht sinnvoll, während des Entstückungsvorganges stets die gesamte Lötseite der Leiterplatte auf der Temperatur zu belassen, bei der das Lot schmilzt. Es bietet sich daher an, nur die Lötstellen des jeweils zu entnehmenden Bau¬ elements zu verflüssigen. Die Heizeinrichtung wird in einer geeigneten Ausführung der Erfindung eben¬ falls durch das Bildverarbeitungssystem gesteuert und verflüssigt die entsprechende Lötstelle durch einen Lötschwall oder einen Strahl mit einer heißen Flüssigkeit oder Infrarotstrahlung oder Heißluft, wobei sich alle vier genannten Heizmöglichkeiten wegen ihrer guten Dosierbarkeit, Lokalisierbarkeit und der leichten Regelbarkeit der Temperatur eig- nen.

Der Vorteil der Verwendung einer heißen Flüssigkeit liegt in der unmittelbaren und raschen Übertragung der Wärme auf die Lötstellen, wodurch die Bauele- mente geschont werden. Es bieten sich hier unbrenn¬ bare oder nur schwer entzündbare Stoffe wie Öl oder Paraffin an, besonders gut geeignet ist Glycerin.

Bei der Entstückung der Bauelemente ist zwischen bedrahteten und oberflächenmontierten Bauelementen (SMDs) zu unterscheiden. Bedrahtete Bauelemente finden sich auf fast allen Leiterplatten, daher sind entsprechende Entnahmevorrichtungen in jedem Fall erforderlich. Sind von der Leiterplatte SMDs zu entfernen, muß die Anlage zwei verschiedene, un¬ terschiedlich ausgebildete Greifer und Heizelemente aufweisen, da die oberflächenmontierten Bauelemente an ihrer Montageseite festgelötet sind, die norma¬ lerweise der den bedrahteten Bauelementen gegen¬ überliegenden Seite entspricht.

Es bietet sich an, in einem ersten Arbeitsgang die SMDs zu entfernen, da sie oft temperaturempfindli¬ che Halbleiterbauelemente enthalten. Die Lötverbin¬ dung wird während einer vom jeweiligen Bauelement abhängigen Zeitdauer erhitzt und aufgeschmolzen und das Bauelement von der Lötseite entfernt. Zum Er- wärmen eignen sich Heißluft, Infrarotstrahlung oder ein Strahl einer heißen Flüssigkeit, weil sich die entsprechenden Heizelemente unabhängig von der Form der Bauelemente gestalten lassen und es ermög- liehen, alle Lötpunkte eines Bauelementes zeit- gleich zu erhitzen. Nachdem das Lot geschmolzen ist, wechselt die Heizeinrichtung zur Vermeidung einer Kollision mit dem Greifer zum folgenden Bau¬ teil über und der der Bauelementeform angepaßte Greifer entnimmt das Bauelement von der Leiter- platte. Dieser Greifer ist mangels anderer Greif- möglichkeiten so gestaltet, daß er die Oberfläche des Bauelementes mit Unterdruck ansaugt.

Nach dem Entnehmen der oberflächenmontierten Bau¬ elemente werden zweckmäßigerweise die Lötstellen der bedrahteten Bauelemente von der Lötseite her erwärmt und von einem selbstzentrierenden Greifer erfaßt und zur Bestückungsseite hin fortgezogen. Die selbstzentrierende Eigenschaft läßt sich da¬ durch erreichen, daß die Greifwer zeuge schwimmend bzw. federnd gelagert sind und mit Greifschrägen versehen werden. Durch diese Eigenschaft erreicht man, daß das Bauelement auch bei einer gewissen Ab¬ weichung von seiner im Bildverarbeitungssystem ge¬ speicherten Soll-Lage erfaßt wird. Einige Bauele¬ mente, wie z.B. Elektrolytkondensatoren mit radia¬ len Anschlußdrähten können nur am Bauelement selbst und nicht an ihren Drähten entnommen werden. Soll¬ ten die Anschlußdrähte der Bauelemente auf der Löt¬ seite der Platine umgebogen sein, wird das Bauele¬ ment wie üblich entfernt, da die Wahrscheinlichkeit einer Störung oder Bauelementschädigung hier gering ist, da die bei diesem Umformprozeß auftretenden Kräfte relativ zu den Zugkräften des eigentlichen Entstückungsvorganges gering sind und zum anderen der Kraftangriffspunkt bei den meisten Bauelementen nicht an ihm selbst, sondern an dessen Anschluß- draht liegt.

Um die entnommenen Bauelemente wiederverwenden zu können bzw. dem Sondermüll zuzuführen, ist es zweckmäßig, die Erfindung so auszugestalten, daß die entnommenen Bauelemente in jeweils zugeordneten Fächern abgelegt werden. Das Bildverarbeitungssy¬ stem ist zweckmäßigerweise so zu gestalten, daß es die am häufigsten auftretenden Bauelemente in

schnell zu erreichende Fächer legt und selten auf¬ tretende in langsamer zu erreichende ablegt. Die wiederverwendbaren bzw. die Sondermüll-Bauteile können, nachdem eine gewisse Anzahl an Platinen durchgelaufen ist, aus den Fächern entnommen und ihrer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es nicht vertret¬ bar, sämtliche Bauelemente mit der vom Bildverar- beitungssystem gesteuerten Entnahmevorrichtung von der Leiterplatte zu entfernen, sondern die nicht wiederverwendbaren zunächst darauf zu belassen. Diese können in einem nächsten Arbeitsschritt mit einer Massenentstuckungsvorrichtung entfernt wer- den. Dazu bietet es sich an, eine mechanische Vor¬ richtung, die als Fräs- und/oder als Bürst- und/oder als Schäl- und/oder als Bohr- und/oder als Absaug- und/oder als Hobeleinrichtung gestaltet ist, vorzusehen. Diese mechanischen Einrichtungen entfernen in einem Arbeitsgang sämtliche verbliebe¬ nen Bauelemente von der Leiterplatte. Alternativ zu diesen mechanischen Vorrichtungen kann man auch eine Laser-Trennvorrichtung oder eine chemische Lö¬ sungseinrichtung vorsehen, auch eine Brechein- richtung oder eine lokale bzw. vollständige Entlöt- vorrichtung ist für diesen Schritt verwendbar.

Die von der Massenentstuckungsvorrichtung entstück¬ ten Bauteile werden in einer weiteren, vorteilhaf- ten Ausgestaltung der Erfindung sortiert, um die einzelnen Bauelementesorten getrennt einer Wieder¬ verwertung zuzuführen. Diese Trennung erleichtert eine spätere Wiederverwertung erheblich.

Die vollständig entstückten Platinen werden zweck¬ mäßigerweise von einer geeigneten Vorrichtung auf¬ gestapelt und können später zerkleinert und verwer¬ tet werden.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorgehensweise ist wie folgt:

Eine zu entstückende Leiterplatte wird zweckmäßi¬ gerweise zunächst gereinigt, um der Bildverarbei¬ tung und dem Entnahmesystem ein besseres Erkennen der Bauelemente zu ermöglichen. Zur Reinigung wird die Platine in ein Tauchbad gelegt und/oder mit Ul¬ traschall und/oder mit einem Sprühverfahren und/oder mit rotierenden Bürsten gereinigt. Bei diesem Reinigungsverfahren wird aus Umweltschutz- gründen auf die Verwendung von Lösungsmitteln zu verzichtet, außerdem wird darauf geachtet, daß die maximal zulässigen Temperaturen der Bauelemente nicht überschritten werden. Es bietet sich an, kon¬ tinuierliche Reinigungsverfahren zu verwenden, die wie die genannten Verfahren direkt in den Material- fluß eingebunden werden können. Danach wird die

Platine durch eine geeignete Beleuchtungseinrich¬ tung beleuchtet und mit einem optischen Sensor ab¬ gerastert, das Ausgangssignal des Sensors vom Bild¬ verarbeitungssystem verarbeitet, um die Koordinaten und Typen der Bauelemente zu erkennen, und an¬ schließend die Vorrichtung zur Entnahme der Bauele¬ mente gesteuert. Diese entfernt zunächst die ökono¬ misch lohnenden, wiederverwendbaren und die

schadstoffhaltigen Bauelemente und legt sie in die ihnen zugeordneten Fächer ab.

Nach ihrer Reinigung ist es bei einigen Leiterplat- ten erforderlich, sie von Sonder-Bauelementen zu befreien, was vorläufig noch manuell erfolgen muß. Unter der Bezeichnung Sonder-Bauelemente werden hier z.B. Transformatoren, aufgesetzte Platinen und sonstige, nicht automatisch entstückbare Bauele- mente aufgefaßt. Insbesondere das Bildverarbei¬ tungssystem ist davon abhängig, daß die Bauelemente zweidimensional auf der Leiterplatte angeordnet sind. In der erfindungsgemäßen Anlage ist die auto¬ matische Entstückung solcher Sonder-Bauelemente nicht vorgesehen, kann jedoch in einer Erweiterung ermöglicht werden.

Nach dem automatischen Entfernen der wiederverwend¬ baren werden die verbleibenden, nur noch verwertba- ren Bauelemente mit einer Massenentstuckungsvor¬ richtung entfernt und anschließend sortiert. Die vollständig entstückten Platinen werden aufgesta¬ pelt und verwertet.

Die ökonomisch lohnenden, entstückten Bauelemente werden hinsichtlich ihrer Funktion überprüft, noch¬ mals gereinigt, ihre Kontakte werden gerichtet und von Lotresten befreit und neu verzinnt. Sie können dann gelagert und wiederverkauft werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er¬ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei¬ bungsteil entnehmen, in dem Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Sie zeigen in schematischer Darstellung in

Figur 1 ein Ausschnitt einer Anlage mit einem punktförmigen Lichtstrahl Figur 2 ein Ausschnitt einer Anlage mit einem linienförmigen Lichtstrahl

Figur 3 ein Ausschnitt einer Anlage mit mehreren, streifenformigen Lichtstrahlen Figur 4 einen Ausschnitt einer die Leiter platte mit Röntgenstrahlen durch leuchtenden Anlage Figur 5 einen Ausschnitt einer die Infra rotstrahlung der Leiterplatte er¬ fassenden Anlage Figur 6 eine Prinzipskizze der Verarbei¬ tungsschritte der bestückten Leiter¬ platten Figur 7 die Erwärmung der Lötstellen oberflächenmontierter Bauelemente Figur 8 die Entnahme oberflächenmontierter

Bauelemente von der Platine Figur 9 die Entnahme der bedrahteten

Bauelemente Figur 10 eine Massenentstuckungsvorrichtung

In Figur 1 ist die optische Erfassung der auf einer Leiterplatte (1) befestigten Bauelemente (2) darge-

stellt. Der von der Beleuchtungseinrichtung emit¬ tierte Lichtstrahl trifft unter einem nahezu senk¬ rechten Winkel auf der Leiterplatte (1) auf. Im Spekularwinkel ist eine den Lichtpunkt auf der Lei- terplatte (l) auf einen optischen Sensor (4) , im dargestellten Beispiel einen Zeilensensor abbil¬ dende Linse (5) angeordnet. Die Achse des Sensors (4) ist näherungsweise orthogonal zum reflektierten Lichtstrahl und in durch den Spekularwinkel aufge- spannten Ebene angeordnet. Die Leiterplatte wird zum Abrastern in den beiden oberflächenparallelen Richtungen entlang ihrer Berandungen verschoben.

In Figur 2 wird der aus der Beleuchtungseinrichtung (3) austretende Strahl durch eine Zylinderlinse (6) zu einer zur kürzeren Berandung der Leiterplatte (1) parallelen Linie aufgeweitet. Die ebenfalls im Spekularwinkel angeordnete Linse (5) bildet den re- flektierten Lichtstrahl auf dem im dargestellten

Beispiel zweidimensional arbeitenden optischen Sen¬ sor (4) ab. Zum Abrastern wird die Leiterplatte (1) lediglich in der zur Linie orthogonalen, oberflä¬ chenparallelen Richtung verschoben.

Bei der in Figur 3 dargestellten Anlage wird im Ge¬ gensatz zu der vorhergehenden Zeichnung durch die Beleuchtungseinrichtung (3) ein Streifenmuster auf der Leiterplatte (1) erzeugt. Die Anordnung des

Sensors (4) und der Linse (5) unterscheidet sich hingegen nicht. Durch das Streifenmuster wird die gesamte Leiterplatte (1) simultan abgetastet; ein

Abrastern erübrigt sich. Die Beleuchtungseinrich¬ tung (3) kann zur Erleichterung der Identifikation der reflektierten Linien sukzessive Streifen in un¬ terschiedlicher Anzahl und/oder Breite emittieren.

Bei der in Figur 4 dargestellten Anlage wird die Leiterplatte (1) durch die Röntgenstrahlen lie¬ fernde Beleuchtungseinrichtung (3) durchstrahlt. Die transmittierten Photonen werden durch einen

Filter (8) an einen optischen Sensor (4) weiterge¬ leitet. Das auf einem Meßrechner (7) implementierte BildverarbeitungsSystem erkennt die Konturen der Bauelemente (2) anhand der absorbierten Röntgen- Strahlung und steuert die in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung zur Entnahme der Bauele¬ mente (2) .

In Figur 5 wird die Leiterplatte (1) durch ein Löt¬ bad erwärmt. Die emittierten Infrarotstrahlen wer¬ den durch den optischen Flächensensor (4) , d.h. eine Thermokamera erfaßt und dem Meßrechner (7) zu¬ geführt. Die Konturen der Bauelemente (2) werden anhand ihrer aufgrund der unterschiedlichen Wärme¬ leitfähigkeit von der eigentlichen Leiterplatte (1) abweichenden, geringeren Temperatur erkannt.

Die in Figur 6 dargestellte Leiterplatten-Entstüc- kung läuft prinzipiell so ab, daß die mit elektro¬ nischen Bauelementen (12, 14, 16) bestückten Lei¬ terplatten (1) in einem ersten Verarbeitungsschritt

(10) gereinigt werden. Anschließend werden die Lei¬ terplatten (1) von einer geeigneten, reflexfrei ar¬ beitenden Einrichtung beleuchtet und mit einem op¬ tischen Sensor (4) abgerastert. Das Ausgangssignal dieses Sensors (4) wird vom Bildverarbeitungssystem benutzt, um die Position und die Typen der Bauele¬ mente (12, 14) auf der Platine (l) zu errechnen, indem ein Vergleich der Konturen, Farbe, Form und Beschriftung mit einer Datenbank vorgenommen wird. Das Bildverarbeitungssystem steuert den nächsten Verarbeitungsschritt, bei dem von einer Entnahme¬ vorrichtung (11) für oberflächenmontierte Bauele¬ mente (12) mit einem mit Unterdruck arbeitendem Greifer (20) diese von der Leiterplatte (1) entnom- en werden. Diese Bauelemente (12) können wieder¬ verwendet werden. Im nächsten Verarbeitungsschritt werden mit Drahtanschlüssen versehene Bauelemente (14) von einer geeigneten Entnahmevorrichtung (13) mit einem das Bauteil (14) mechanisch erfassenden Greifer (21) von der Leiterplatte (1) entfernt. Die entnommenen bedrahteten Bauelemente (14) können wie die oberflächenmontierten (12) wiederverwendet bzw. dem Sondermüll zugeführt werden. Auf der Leiter¬ platte (1) verbleiben nur noch verwertbare Bauele- mente (16) . Diese werden in einer Massenentstuc¬ kungsvorrichtung (15) von der Leiterplatte (l) ent¬ fernt, die anschließend völlig frei von Bauelemen¬ ten (12, 14, 16) ist und ebenfalls verwertet werden kann. Die vollständig entstückte Platine (17) wird aufgestapelt und verwertet.

In Figur 7 sind zwei Möglichkeiten zur Verflüssi-

gung der Lötstellen an oberflächenmontierten Bau¬ elementen (12) dargestellt. Im linken Bildteil er¬ kennt man Infrarotstrahlen (18) , die die Lötstelle des Bauelementes (12) auf der Platine (1) erwärmen und verflüssigen, während im rechten Teil eine Heißluftquelle (19) die Lötstelle verflüssigt.

In Figur 8 wird ein von der Platine (1) durch einen Unterdrucksauger (20) , der sich an der Oberfläche des Bauelementes (12) festgesaugt hat, entnommenes oberflächenmontiertes Bauelement (12) dargestellt.

Figur 9 zeigt das Entnehmen der bedrahteten Bau¬ elemente (14) von der Platine (1) . Die Lötstelle (22) wird auch hier durch Infrarotstrahlen (18) zum Schmelzen gebracht, woraufhin ein Greifer (21) das Bauelement (14) von der Platine (1) abhebt und weg- transportiert.

Schließlich stellt Figur 10 eine Massenentstuc¬ kungsvorrichtung (15) dar. Die Lötstellen der Bau- elemente (16) auf der Platine (1) werden durch In¬ frarotstrahlen (18) verflüssigt. Eine rotierende Bürste (23) entfernt danach mechanisch die Bauele¬ mente (16) , die in einer Auffangwanne (24) gesam¬ melt, sortiert und wiederverwertet werden.

Im Ergebnis erhält man eine Anlage zur automati¬ schen Entstückung von mit elektronischen Bauelemen-

ten bestückten Leiterplatten, die sich durch eine fehlerarme, schnelle Erkennung der Konturen der Bauelemente sowie durch Wirtschaftlichkeit aus¬ zeichnet.