專利名稱：部件安裝機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及部件安裝機器、安裝頭和安裝部件的方法，其中采用了拾取和放置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
用于在比如印刷電路板(PCB)或者用于系統(tǒng)級封裝(SiP)部件的基板等基板上拾取和放置式(pick-and-place)地安裝部件的機器，受到不同的經(jīng)常是相互矛盾的要求的制約，比如安裝速度、安裝精度、尺寸、價格等。表述“拾取和放置”被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解為描述這樣的安裝操作，其中安裝頭移動至部件供給區(qū)域，在這里安裝頭從一個或多個部件供給器拾取一個或多個部件，然后移動至安裝區(qū)域，在這里安裝頭將所述一個或多個部 件放置到基板上。常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)部件安裝機器的一個主要示例在附圖的圖I中示出。它包括機器框體I ;部件供給裝置3，包括多個部件供給器，并且配置在機器框體I的部件供給區(qū)域處；具有附接至機器框體I的第一梁或者X梁7和第二正交梁或者Y梁9的托臺系統(tǒng)5;可移動地附接至X梁7的安裝頭11 ;和附接至機器框體I的板材傳送系統(tǒng)13。部件供給裝置3向安裝頭11提供電子部件。板材傳送系統(tǒng)13在輸送器線路與部件安裝機器的工作區(qū)域之間傳送基板。安裝頭11沿X梁7是可移動的，而X梁沿Y梁9是可移動的。由此，托臺系統(tǒng)5使得能夠在部件供給裝置3與基板之間移動安裝頭11。此外，安裝頭11沿垂直方向是可移動的，并且還能夠圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)。它還包含抽吸裝置。這使得能夠通過激活抽吸裝置從部件供給裝置3拾取電子部件，傳送它們至基板，并在精確位置處將它們釋放到基板上。在從拾取向基板的傳送期間，經(jīng)過視覺對中裝置15，以取得所拾取部件的精確位置。通常期望部件供給裝置3具有大容量，即它應(yīng)該能夠在裝置中裝載許多不同的部件卷軸。這需要用于部件供給裝置的相當(dāng)大的空間。此外，希望托臺系統(tǒng)和安裝頭兩者均是快速和非常精確的。因此，期望使托臺系統(tǒng)盡可能小，因為大系統(tǒng)將具有更大的質(zhì)量，這需要更強的電機，這進(jìn)而在系統(tǒng)中導(dǎo)致更多發(fā)熱。發(fā)熱使得難以取得非常精確的系統(tǒng)，因為來自熱膨脹的影響有必要以某種方式得到處理。另一方面，在傳統(tǒng)的拾取和放置機器中，托臺系統(tǒng)有必要足夠大，以便能夠到達(dá)部件供給裝置的所有部分。另一方面是安裝頭可能必須不時地更換拾取工具，以便能夠拾取所有種類的部件，這些部件在尺寸、形狀和重量上可能顯著不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能實現(xiàn)更靈活和高效的拾取和放置操作的解決方案。該目的通過所附權(quán)利要求中限定的部件安裝頭、部件安裝機器和方法得以實現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種部件安裝頭，其配置成在拾取位置拾取部件并在安裝位置放置部件。所述部件安裝頭包括多個管嘴，這些管嘴能夠垂直地上下移動以能夠進(jìn)行所述拾取和放置。所述部件安裝頭配置成控制多種拾取操作，所述拾取操作至少包括以每個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴共同地(in common)拾取單個部件。由于具有使用多于一個的管嘴來拾取單個部件的可能性，管嘴的尺寸能夠適配于小型部件，而不必在拾取大型部件前進(jìn)行更換。因此，所述部件安裝頭實現(xiàn)了在不必更換例如管嘴工具末端或者管嘴等拾取工具的情況下處理尺寸顯著不同的部件的能力，從而使部件安裝機器的拾取和放置操作更靈活和高效。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例，附圖中圖I示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的部件安裝機器；圖2示意性地示出了本發(fā)明一個實施例的部件安裝操作的一些部分；圖3是本發(fā)明的安裝頭的一個實施例的示意性透視圖；
圖4是圖3中的安裝頭的一部分的示意性截面圖；圖5-7示意性地示出了本發(fā)明的安裝頭的不同實施例和不同部件拾取狀態(tài)；圖8a_8d示出了由本發(fā)明的一個實施例的安裝頭進(jìn)行的操作順序；圖9是本發(fā)明的部件安裝機器的一個實施例的示意性透視圖；圖10-12是部件安裝機器的一個實施例的示意性俯視圖；圖13是本發(fā)明的安裝頭的一個實施例的示意性透視圖；而圖14和15示意性地示出了其它部件拾取狀態(tài)。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供一種能實現(xiàn)更靈活和高效的拾取和放置操作的解決方案。該目的通過所附權(quán)利要求中限定的部件安裝頭、部件安裝機器和方法得以實現(xiàn)。本發(fā)明的靈活和通用的部件安裝頭配置成控制多種拾取操作，所述拾取操作至少包括以每個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴拾取單個部件。由于具有使用多于一個的管嘴來拾取單個部件的可能性，管嘴的尺寸能夠適配于小型部件，而不必在拾取大型部件前進(jìn)行更換。因此，所述部件安裝頭實現(xiàn)了在不必更換例如管嘴工具末端或者管嘴等拾取工具的情況下處理尺寸不同的部件的能力，從而使部件安裝機器的拾取和放置操作更靈活和高效，以便通過增加機器的整體產(chǎn)出率實現(xiàn)通用操作。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，配置有管嘴末端沖擊檢測器來檢測管嘴末端對表面的沖擊，其中管嘴末端是管嘴的底端。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，它包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移動的管嘴引導(dǎo)器，其中所述管嘴末端沖擊檢測器附接至所述管嘴引導(dǎo)器并檢測相對于所述管嘴引導(dǎo)器的管嘴移動。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，它進(jìn)一步包括配置成檢測每個管嘴末端的垂直位置的管嘴末端位置檢測器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，它進(jìn)一步包括管嘴組同步器，用于同步至少一個管嘴組的管嘴，所述管嘴組由至少兩個管嘴構(gòu)成，用于拾取單個部件。可能發(fā)生管嘴在例如管嘴的垂直移動或者與部件表面的距離的方面不完全同步的情況，或者發(fā)生表面不完全是平面的情況。于是，管嘴組同步器是有利的。
根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，進(jìn)行同步的一個方法是借助于每個相應(yīng)管嘴的獨立的垂直移動的伺服電機，和控制所述伺服電機的伺服控制器。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，它包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移動的管嘴引導(dǎo)器，其中所述管嘴被保持在非激活位置和激活位置之一，其中管嘴在處于激活位置時被彈簧向下偏置成抵靠所述管嘴引導(dǎo)器的底座。因此，彈簧偏置力推壓管嘴跟隨管嘴引導(dǎo)器向下移動，并且在沖擊部件表面時，如果它繼續(xù)向下移動，則彈簧偏置力允許管嘴從管嘴引導(dǎo)器回縮，從而消除損壞管嘴的風(fēng)險。根據(jù)部件安裝頭的一個實施例，它包括部件夾持工具，所述部件夾持工具附接至多個管嘴末端，并且是對于垂直移動及對于夾持操作是可控的，所述夾持操作借助于控制管嘴末端附接至所述部件夾持工具的管嘴實現(xiàn)。該夾持工具有利于拾取具有不適于以抽吸管嘴拾取的奇特形狀的部件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制安裝頭的管嘴的方法，所述安裝頭配置 成在拾取位置處拾取部件并在安裝位置處放置所述部件，所述方法包括-上下垂直地移動所述管嘴以進(jìn)行所述拾取和放置，從而進(jìn)行多個拾取操作中的一個或多個，所述拾取操作包括以一個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴共同地拾取單個部件。根據(jù)所述方法的一個實施例，它包括在完成了部件拾取后旋轉(zhuǎn)所述安裝頭，并在向安裝位置移動的期間經(jīng)過視覺對中裝置。這在數(shù)個部件被并排拾取時特別有利。通過旋轉(zhuǎn)所述安裝頭，部件能夠串聯(lián)地而不是平行地經(jīng)過視覺對中裝置。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種部件安裝機器，其包括部件供給區(qū)域；板材傳送系統(tǒng)，配置成將基板保持在所述部件安裝機器的工作區(qū)域內(nèi)的大致固定位置處；如以上限定出的部件安裝頭；和托臺系統(tǒng)，支撐所述安裝頭，并且配置成移動所述安裝頭以進(jìn)行部件的拾取和放置。以下將借助于示例性實施例描述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。參考圖3，部件安裝頭300的實施例包括安裝頭體301、可旋轉(zhuǎn)地附接至安裝頭體301的真空控制器303、可旋轉(zhuǎn)管嘴保持器305，以及被管嘴保持器305保持的多個管嘴313，所述可旋轉(zhuǎn)管嘴保持器305包括附接至真空控制器303的管嘴選擇單元307和被可垂直移動框體元件311可旋轉(zhuǎn)地支撐的管嘴引導(dǎo)器309。管嘴引導(dǎo)器309是借助于框體元件311可垂直地移動的，而管嘴選擇單元307是垂直地固定的。從圖4可知，管嘴延伸穿過管嘴引導(dǎo)器309中的孔。各管嘴313的上端插入管嘴選擇單元307中。各管嘴313設(shè)置有彈簧315，彈簧315在管嘴選擇單元307的底面317與彈簧座319之間延伸，彈簧座319由環(huán)繞管嘴并位于管嘴選擇單元307的底面與管嘴引導(dǎo)器309的頂面之間的凸緣321提供。管嘴313由于彈簧315而被彈簧偏置向管嘴引導(dǎo)器309，并且可以看作被偏置克服管嘴引導(dǎo)器309的底座的彈簧。在非激活狀態(tài)，管嘴313被管嘴選擇單元307保持。在激活狀態(tài)，管嘴313從管嘴選擇單元307得到釋放。因此，當(dāng)向下移動管嘴引導(dǎo)器309時，處于非激活狀態(tài)的那些管嘴，比如圖4中最左側(cè)的管嘴，被管嘴選擇單元307保持，而處于激活狀態(tài)的那些管嘴313跟隨管嘴引導(dǎo)器309向下移動。該管嘴移動實際上是由重力獨自引起的，但是為了確保管嘴不被卡住，彈簧偏置沿同一方向推壓管嘴313。此外，部件安裝頭300包括沖擊檢測器323，沖擊檢測器323配置成檢測管嘴末端對一表面(通常是部件327的頂面)的沖擊。在本實施例中，沖擊檢測器是管嘴移動檢測器323，其例如安裝在所述凸緣321處，或者管嘴引導(dǎo)器309處。各管嘴313具有包含其底端的管嘴末端或者工具末端325。工具末端325是可更換的，并且它通常是在被磨損后更換。當(dāng)開始拾取部件時，可垂直移動框體元件311處于其上側(cè)位置，這里，使用管嘴選擇單元307選擇管嘴313。在垂直移動以拾取部件前，管嘴保持器305旋轉(zhuǎn)至期望角度。然后使用管嘴選擇單元307沿垂直方向釋放待使用的管嘴。通過獨立的管嘴彈簧315迫使得到釋放的管嘴313下降到管嘴引導(dǎo)器309上，所選出的管嘴將跟隨可移動框體元件或者Z框體311的垂直移動。當(dāng)Z框體向下移動時，移動 檢測器323將檢測隨著管嘴313與管嘴引導(dǎo)器309之間的相對移動，任一管嘴313是否停止。Z框體311的向下移動將在一個或多個管嘴313與部件327取得機械接觸時停止，取決于是否已確定一個或多個管嘴313將用于提升一個部件(或多個部件)327。當(dāng)管嘴停止時，包括在真空控制器303中的相關(guān)真空閥啟動，并且一個或多個部件被抽吸到一個或多個管嘴上。拾取多個部件可以同時進(jìn)行，或者以獨立的順序進(jìn)行。拾取一個部件327可以使用一個或多個管嘴進(jìn)行，并且可以以管嘴組同步器來同步。當(dāng)拾取完成時，安裝頭300在所有部件被垂直提升的狀態(tài)下，水平地移動至基板(例如印刷電路板)329上方的放置區(qū)域。在該移動期間，對中裝置，比如如圖2所示的視覺對中裝置203，將檢測所拾取部件的位置，以取得每個部件的正確安裝位置。安裝以相似于拾取的方式進(jìn)行。在上側(cè)位置，在向下垂直移動到印刷電路板329上之前，選出并旋轉(zhuǎn)待使用的管嘴。當(dāng)部件327與印刷電路板329取得接觸時，真空控制器303的真空閥停動，將部件327釋放到印刷電路板329上。對于該多管嘴安裝頭300，每個被處理部件可以使用多個管嘴313。這將降低處理從小型部件到大型部件的寬部件范圍所需的不同工具末端325的數(shù)量。通常，工具末端的尺寸有必要匹配于部件的尺寸。當(dāng)以單個管嘴處理大型部件時，工具末端有必要將大小做成取得足夠的真空作用力以及足夠大的接觸面積。真空作用力有必要能夠移動和旋轉(zhuǎn)部件。需要支承區(qū)域，來取得穩(wěn)定的垂直移動，而沒有使質(zhì)量作用力引起部件傾斜然后失去抽吸的風(fēng)險。工具末端不能過大，因為當(dāng)使用大工具末端處理小型部件時，存在部件可能部分地進(jìn)入工具末端中的真空孔的風(fēng)險，這將使機器無法正確地放置部件。在拾取和放置機器中，更換工具末端需要時間，因此更換工具末端將降低機器的安裝速度。如果需要大量不同的工具末端以便能夠放置所有部件到印刷電路板上，則這對于放置還將增加額外的工具末端成本。因此，降低所需的工具數(shù)量從而降低所需的工具更換，對于增加安裝速度和降低成本兩者來說都是重要的。根據(jù)本發(fā)明，代替使用大型工具末端，能夠使用具有小型工具末端的兩個或更多個管嘴。通過使用若干小型工具末端，真空和支承面積將與具有較大工具末端的一個管嘴的相當(dāng)。以一組管嘴來拾取單個部件，可以由管嘴組同步器同步。要使拾取加放置部件安裝機器在較短時間中放置更多部件，可以使用多個管嘴。通過使用多個管嘴，能夠在從部件拾取、經(jīng)過視覺對中裝置和部件放置的每個周期上拾取和放置多個部件。在每周期多個部件的情況下，每個部件所花費的時間得以減少，因此機器將更快地安裝部件。當(dāng)在拾取期間使用多個管嘴時，拾取部件的最快方法是同時拾取所有管嘴，從現(xiàn)在起將稱為多重拾取。為了能夠進(jìn)行多重拾取，供給裝置中的部件和管嘴之間的間隔有必要基本相同，并且部件供給裝置中的部件和安裝頭管嘴的線路的取向有必要基本相同。傳統(tǒng)上，當(dāng)使大量安裝頭管嘴配置成用于多重拾取并使用線路傳感器視覺裝置時，線路傳感器有必要足夠長以捕捉所拾取的所有部件的輪廓線。這是因為部件供給裝置中的部件的線路的取向垂直于從部件供給裝置到印刷電路板的優(yōu)選移動方向。具有長線路傳感器是昂貴的且消耗空間的。根據(jù)本發(fā)明，管嘴的間隔能夠被最小化，每個獨立管嘴不需要單獨的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，這節(jié)省了空間。另一優(yōu)點是，與視覺對中裝置中的線路傳感器的取向相比，能夠?qū)⒐茏煨D(zhuǎn)成垂直取向。通過該取向，當(dāng)經(jīng)過視覺對中裝置時，捕捉所有部件的輪廓線所需的線路傳感器長度得到最小化，或者最佳化以獲得比目前的部件安裝機器中可能的更多通用操作，節(jié)省空間并降低裝置的成本。此外，當(dāng)使用該取向時，視覺對中裝置所使用的光照水平能夠?qū)τ诿總€部件分別得到調(diào)節(jié)，這也有助于更靈活和更通用的部件安裝機器的拾取和放置操作。這在圖2中示出，其中安裝頭201在拾取位置207處拾取并排的數(shù)個部件，在經(jīng)過視覺對中裝置203前旋轉(zhuǎn)90度，并在其去往印刷電路板205的途中以該旋轉(zhuǎn)位置經(jīng)過視覺對中裝置，在印刷電路板205處將每個部件放置到安裝位置209。這意味著所拾取的部件是串聯(lián)地而不是平行地經(jīng)過視覺對中裝置203。共用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的優(yōu)點是在安裝頭中存在更多空間并且成本得到降低。這些得到釋 放的資源可以用于實現(xiàn)高精度和性能。例如 旋轉(zhuǎn)位置編碼器的更高分辨率 具有預(yù)載的大旋轉(zhuǎn)軸承以避免機械游隙 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的較大的電機和齒輪總之，多管嘴安裝頭只有一個旋轉(zhuǎn)移動，所有管嘴均圍繞同一軸線旋轉(zhuǎn)，并且不存在獨立的管嘴旋轉(zhuǎn)移動。管嘴的垂直移動可以由下列器件實施 獨立的致動器 與管嘴選擇單元組合的公用移動致動器 獨立移動致動器和公用移動致動器的組合傳統(tǒng)上，具有若干小間隔管嘴的多管嘴安裝頭適合于以高速和有限精度安裝小型部件。如上所述，多管嘴安裝頭還可以用于以高精度放置大型部件。當(dāng)采用多個管嘴來拾取和放置部件時，重要的是所使用的管嘴的高度波動低。如果管嘴高度的波動大，則管嘴與部件之間的吸引力將較低。參考圖5，管嘴高度波動，即管嘴325由于一些不精確性而移動至不同高度，能夠在管嘴325與部件327之間引起空氣泄露，并且降低管嘴325與部件327之間的接觸面積，這是因為在管嘴表面與部件表面之間存在角度誤差。在最糟情況下，部件327在安裝前脫落，或者不能拾取部件327。為了使這些負(fù)效應(yīng)最小化，當(dāng)使用提供機械管嘴同步的管嘴組同步器時，所使用的工具末端和管嘴長度上的機械公差必須高。當(dāng)使用伺服同步管嘴移動時，伺服控制器必須以高精度被操作。伺服同步管嘴移動可以適配于管嘴或者部件上表面之間的任何機械差異，這與管嘴的機械同步相比是優(yōu)點。通過伺服同步，能夠補償各管嘴長度、頂面具有不同高度的部件、具有不同長度的工具末端，并且補償工具末端的磨損?？梢栽诠ぞ吣┒烁鼡Q期間測量包括工具末端的管嘴，并且在進(jìn)行同步拾取和放置時補償任何差異。伺服同步是例如通過為各管嘴1303設(shè)置用于垂直移動的獨立伺服電機1305，并且設(shè)置控制伺服電機1305的伺服控制器1307來獲得的，如圖13示意性地示出的。伺服電機1305配置在安裝頭的位于管嘴引導(dǎo)器1309上方某處的適當(dāng)位置，其是垂直地固定的但仍然是可旋轉(zhuǎn)的。在本實施例中，上述管嘴末端沖擊檢測器通常配置成檢測管嘴操作的停止的到達(dá)。例如，伺服電機1305所經(jīng)受的制動扭矩的突然增加能夠被檢測到，或者在驅(qū)動伺服電機1305的同時電機的輸出軸的旋轉(zhuǎn)的停止或者管嘴移動的停止能夠被檢測到。此外，為了增加管嘴移動控制，設(shè)置器件來檢測錯誤條件等，管嘴末端位置檢測器1313配置成檢測每個管嘴末端的垂直位置。管嘴末端位置檢測器在安裝頭的所有實施例中都是有用的。例如，在具有不同高度的部件表面部分的情況中，這些高度可以被預(yù)先編程，從而逐漸確保正確確定所有管嘴已到達(dá)相應(yīng)表面部分并且已到達(dá)正確的表面部分。此外，借助于位置檢測器，能夠加速將管嘴移動成與部件接觸的操作，因為該移動可以被分化成在遠(yuǎn)離部件時較快，而在接近部件時減慢。作為另一示例，對于使用伺服電機和伺服控制器的實施例，伺服控制器可以配置成借助于來自管嘴末端位置檢測器1313的輸入使至少兩個管嘴末端彼此對齊。
現(xiàn)在參考圖6，同步管嘴的另一方法是使一工具末端做成用于多個管嘴，這樣，多個管嘴將經(jīng)由公用工具末端得到同步。因此，例如兩個管嘴601借助于二變一工具末端603組合成一個，即Y耦合的類型，其具有直徑比被組合管嘴601大的輸出管嘴605。因此，比起被兩個組合管嘴601保持的情況，部件607被單個的但是較大的管嘴605保持。參考圖7，為了拾取和放置奇形零件，可能需要夾持工具703。當(dāng)使用具有伺服控制同步的多個管嘴701時，可以使用一些管嘴來控制夾持機構(gòu)。例如，三個對齊管嘴701與具有從側(cè)部夾持部件707的兩個爪部705的夾持工具703 —起使用，并且借助于升高和降低兩個外側(cè)管嘴701得到操作。如圖8a_8d所示，使用管嘴的垂直移動分別受控的夾持工具來拾取部件時進(jìn)行的順序如下I.打開工具。兩個側(cè)部管嘴801、803相對于中間管嘴802向下移動，該相對移動將打開夾持工具的爪部805。2.向下移動。然后所有三個管嘴同步地向下移動至能夠夾持部件807的高度。3.閉合工具。側(cè)部管嘴801、803相對于中間管嘴802向上移動，直到部件807被爪部805夾持。為了保持部件807，側(cè)部管嘴801和803被持續(xù)地迫使向上移動，這向部件807的側(cè)部上給予夾持作用力。在該步驟期間，中間管嘴802保持靜止。4.與部件一起向上移動。所有三個管嘴801、802、803同步地向上移動。為了保持向部件807上的夾持作用力，側(cè)部管嘴801和803仍然被迫使相對于中間管嘴802向上移動。根據(jù)部件安裝頭的另一實施例，如圖14和15所示，它配置成拾取具有非平坦頂面的部件。這意味著不同管嘴在顯著不同的高度處與部件接合。與上述實施例相對應(yīng)，并且如圖14所示，安裝頭包括可旋轉(zhuǎn)管嘴保持器1405，和被管嘴保持器1405保持的多個彈簧偏置管嘴1411。管嘴保持器1405進(jìn)而包括垂直地固定的管嘴選擇單元1407和可垂直移動的管嘴引導(dǎo)器1409。在第一示例中，部件1415具有第一較低平坦表面部分1417、第二較高平坦表面部分1421和從較低平坦表面部分1417向較高平坦表面部分1421延伸的第三傾斜表面部分1419。假定部件的長度包含第一、第二和第三管嘴1423、1425、1427，它們在定位于拾取位置時，分別配置在各個表面部分1417、1419和1421的上方。為了拾取部件1415，第一管嘴1423和第三管嘴1427從管嘴選擇單元1407釋放，從而進(jìn)入激活狀態(tài)。為了使機器知道第二管嘴1425不應(yīng)該被激活，由于導(dǎo)致良好夾持難度的傾斜表面，存在不同的解決方案。一個解決方案是使用不管怎樣都被編程入機器中的包數(shù)據(jù)中的關(guān)于部件形狀的數(shù)據(jù)。用戶指示包的平坦表面作為包數(shù)據(jù)的一部分。因此，當(dāng)向下移動管嘴引導(dǎo)器1409時，處于非激活狀態(tài)的第二管嘴1425被管嘴選擇單元1407保持，同時處于激活狀態(tài)的第一和第三管嘴1423、1427跟隨管嘴引導(dǎo)器1409向下移動，直到它們由于高度差而在不同時間與相應(yīng)平坦表面部分1417、1421接合。然后，第一和第三管嘴1423、1425相對于管嘴引導(dǎo)器1409被鎖定，以確保它們相對于彼此的高度位置。最后，通過向上移動管嘴引導(dǎo)器1409，使部件1415得到提升。在第二示例中，如圖15所示，部件1430具有臺階表面，該臺階表面具有包含第一管嘴1423的第一較小表面部分1431和包含第二和第三管嘴1425、1427的第二較大表面部 分1432。當(dāng)部件1430將被拾取時，所有三個管嘴1423、1425、1427均被釋放，并且管嘴引導(dǎo)器下降直到所有三個管嘴與部件1430的頂面接合。然后，如上所述地提升和放置部件。根據(jù)部件安裝機器的一個實施例，如圖9-12所示，部件安裝機器901包括機器框體903、移動托臺系統(tǒng)905和附接至機器框體903的固定長形部件供給裝置907。托臺系統(tǒng)905被機器框體903支撐在線性引導(dǎo)器909a、909b上，在其上托臺系統(tǒng)905能夠沿X方向移動，即沿部件供給裝置907的長度移動。因此，托臺系統(tǒng)903在機器框體903的第一端或者板材接收端911與機器框體903的相反的第二端或者板材供給端913之間是可移動的。在本實施例中，托臺移動是以包括滾珠絲杠917、滾珠組件919和電機921的托臺系統(tǒng)移動裝置915來實現(xiàn)的。托臺移動同樣可以使用其它類型的驅(qū)動機構(gòu)來實現(xiàn)，比如線性電機、齒輪齒條、皮帶傳動等。圖12示出了托臺系統(tǒng)和部件供給裝置的細(xì)節(jié)視圖。在托臺系統(tǒng)905中，存在有相機1209和安裝頭1207，它們沿X和Y方向是可移動的，但是它們相對于彼此具有固定的關(guān)系。相機1209和安裝頭1207的沿X/Y方向的移動是使用X和Y梁1203和1205實現(xiàn)的。Y梁1205附接至托臺系統(tǒng)905的頂棚并且是不可移動的。在Y梁下，例如使用線性引導(dǎo)器附接有X梁1203。X梁1203能夠例如借助于線性電機沿Y方向即沿Y梁1205移動。在X梁1203的前側(cè)，例如通過使用線性引導(dǎo)器附接有支撐相機1209和安裝頭1207的X臺車1208。X臺車能夠例如通過使用線性電機沿X方向移動。還可以使用滾珠絲杠和旋轉(zhuǎn)電機而不是線性引導(dǎo)器和線性電機。應(yīng)該注意的是，沿X和Y方向的移動能夠同時進(jìn)行，從而獲得安裝頭1207沿X-Y平面的任意方向的移動。供給裝置907保持供給臺架1221，并且使得能夠裝載包含有位于部件貯槽1215中的電子部件1213的載帶1211。載帶1211還包含有轉(zhuǎn)向孔1217，轉(zhuǎn)向孔1217用于沿Y方向移動載帶1211，從而移動其中的部件1213，以便它們能夠被安裝頭1207拾取。相機1209沿垂直于X和Y方向的Z方向向下觀看，并且用于定位印刷電路板上的基準(zhǔn)標(biāo)記，并且還用于定位部件供給裝置中的物體，比如基準(zhǔn)標(biāo)記1219和部件1213。作為部件安裝機器的操作一個示例，下面對于以下情況描述部件安裝機器901的操作順序即，當(dāng)需要三個托臺系統(tǒng)位置，即托臺系統(tǒng)被暫停以進(jìn)行部件安裝的位置，來到達(dá)部件供給裝置907的所有部分，以便能夠拾取由其提供的所有部件中的任一個時的情況。當(dāng)然，相似順序適用于其它數(shù)量的停止位置。I.托臺移動至最左側(cè)托臺系統(tǒng)位置la。2.位置4a處的印刷電路板1107從入進(jìn)輸送器1102在板材接收端911的板材接收位置處被接收，并借助于板材傳送系統(tǒng)1105傳送到托臺系統(tǒng)905的工作區(qū)域中，至位置4b，使用的是入進(jìn)輸送器1102中和板材傳送系統(tǒng)1105的內(nèi)部輸送器的傳送帶。3.印刷電路板在托臺系統(tǒng)905內(nèi)的精確位置借助于附接至X臺車1208的相機1209確定。4.部件供給裝置907的第一部分6a的位置是例如通過使用附接至X臺車1208的相機1209相對于托臺系統(tǒng)905確定的。

5.安裝頭1207將來自部件供給裝置907的第一部分6a的所有部件傳送至印刷電路板1107。6.托臺系統(tǒng)905借助于托臺系統(tǒng)移動裝置915以不會改變印刷電路板1107與托臺系統(tǒng)905之間的相對位置的方式移動至第二托臺系統(tǒng)位置lb。7.部件供給裝置的第二部分6b的位置是例如通過使用附接至X臺車1208的相機1209相對于托臺系統(tǒng)905確定的。8.安裝頭1207將來自部件供給裝置的第二部分6b的所有部件傳送至印刷電路板1107。9.托臺系統(tǒng)905以不會改變印刷電路板1107與托臺系統(tǒng)905之間的相對位置的
方式移動至第三位置lc。10.部件供給裝置907的第三部分6c的位置是例如使用附接至X臺車1208的相機1209相對于托臺系統(tǒng)905確定的。11.安裝頭1207將來自部件供給裝置907的第三部分6c的所有部件傳送至印刷電路板1107。12.在托臺系統(tǒng)905內(nèi)位于位置4b處的印刷電路板1107借助于板材傳送系統(tǒng)1105，在部件安裝機器901的板材供給端913的板材供給位置處，從內(nèi)部輸送器1105傳送至外出的外部輸送器1103，至工作區(qū)域外的位置4c，使用的是內(nèi)部輸送器和外出的輸送器中的傳送帶。移動托臺發(fā)明借助于使整個托臺系統(tǒng)可移動以便它能夠在部件供給裝置的不同部分之間移動，解決了托臺系統(tǒng)的相沖突的需求，即快速、精確、大供給能力和經(jīng)濟有效的設(shè)計。整個托臺系統(tǒng)的移動并非必須非常精確，并且并非必須非?？焖佟＿@比起由足夠大以便能夠到達(dá)整個部件供給裝置的托臺構(gòu)成的傳統(tǒng)解決方案，使托臺移動機構(gòu)性價比高得多。在部件安裝機器的上述操作順序的步驟4、7和10中，部件供給裝置907的當(dāng)前可達(dá)部分有必要相對于托臺系統(tǒng)905定位。存在確定該關(guān)系的數(shù)種可能性I.使用附接至X臺車1208的相機1209來定位供給器臺架(feeder bank) 1221上的基準(zhǔn)標(biāo)記。2.使用附接至X臺車1208的相機1209來定位供給器臺架1221中各獨立供給器1223上的基準(zhǔn)標(biāo)記1219。與方法I相比的差異是這里在基準(zhǔn)標(biāo)記與載帶之間存在一一對應(yīng)關(guān)系。在該情況下，還可以使用轉(zhuǎn)向孔1217作為基準(zhǔn)標(biāo)記。
3.使用附接至X臺車1208的相機1209來定位部件載帶1211中的部件貯槽1215。4.使用足夠精確的機械止動機構(gòu)。5.使用線性刻度尺來確定可移動托臺的停止位置。6.連接至托臺的驅(qū)動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)位置傳感器來確定可移動托臺的停止位置。使用附接至X臺車的相機的前三種方法具有低成本的優(yōu)點，因為這種相機無論如何都是需要的，以定位待載置部件的印刷電路板上的基準(zhǔn)標(biāo)記。第一方法與方法2和3相比的優(yōu)點是，它在部件供給器或者部件卷軸上不需要任何機器視覺可識別部分。這使得如果機器將處理許多不同非標(biāo)準(zhǔn)類型的供給器，則第一方法是優(yōu)選的。另一方面，在供給器臺架上為基準(zhǔn)標(biāo)記提供空間可能會不方便，這時方法2或3將是優(yōu)選的。方法4、5和6與前三種方法相比的優(yōu)點是，在可移動托臺停止后，無需額外時間來 獲取圖像。另一方面，方法4、5和6與前三種方法相比需要額外的硬件，因此前三種方法可能具有成本優(yōu)點。機械止動機構(gòu)可以具有兩個目的確定確切的停止位置和/或保持托臺的位置固定。機械止動機構(gòu)能夠由以下中的任一個實現(xiàn)I.具有任意形狀的移動部分，其在各部分一起移動時相對于另一部分形成互鎖。2.可移動機械部分，其只在一個方向上用作止動件，并且使用驅(qū)動機構(gòu)來保持托臺固定到該止動件上。3.設(shè)計成傳統(tǒng)制動器的基于摩擦的止動機構(gòu)，和用于確定確切位置的位置傳感器。視覺對中裝置(203，圖2)可以相對于可移動托臺以不同方法配置I.視覺對中裝置可以牢固地附接在可移動托臺模塊中。2.視覺對中裝置1227可以獨立于可移動托臺模塊沿X方向是可移動的。3.視覺對中裝置相對于供給器臺架處于固定位置。在該情況下，通常需要多于一個的視覺對中裝置來獲得良好的安裝速度。內(nèi)部輸送器(1105,圖11)可以是作為可移動托臺的一部分的可移動短輸送器,或者是相對于供給器臺架固定的長輸送器。如果內(nèi)部輸送器是固定的，則它必須足夠長以便能夠取出進(jìn)入的印刷電路板并且留下外出的印刷電路板。具有可移動的或者固定的內(nèi)部輸送器之間的主要差異是I.固定的內(nèi)部輸送器必須更大，因此是性價比低的解決方案。2.對于固定輸送器，印刷電路板有必要被緊固和定位數(shù)次，操作慢，因此將是耗時的。3.對于固定輸送器，能夠在比可移動托臺長的印刷電路板上安裝部件。4.對于固定輸送器,能夠米用所謂的雙軌(Dual Lane)輸送器。雙軌輸送器具有兩個單獨的軌線以減少隨著時間推移的板材更換?；镜囊苿油信_發(fā)明可以以數(shù)種方法得到改進(jìn)，以節(jié)省時間，從而增加機器的吞
吐量。一些示例為I. 一種常見情形是當(dāng)托臺從一個停止位置移動至下一停止位置時，安裝頭將需要更換一個或多個安裝工具，因為不同的供給器臺架可能會包含不同的部件類型，這需要不同的安裝工具來實現(xiàn)可靠的拾取。在該情形中，可以在可移動托臺向下一停止位置移動的同時進(jìn)行安裝工具的更換。
2.如果有必要分析供給器臺架上的基準(zhǔn)標(biāo)記或者參考標(biāo)記以確定可移動托臺的確切停止位置，則托臺的XY軸可以與可移動托臺同時移動。XY軸移動至這樣的位置，以便在可移動托臺停止時，附接至安裝頭的相機已經(jīng)居中在基準(zhǔn)或者參考標(biāo)記之上。此外，如果相機具有需要在達(dá)到全光強前熱起來的照明單元(比如燈泡)，則可以在可移動托臺停止前激活該照明單元。3.當(dāng)在某一停止位置處從供給器臺架拾取了最后的部件時，托臺可以立即開始朝下一停止位置移動。同時，安裝頭將傳送最后的部件至對中的相機，然后將它們放置在印刷電路板上。因此，節(jié)省了時間，因為可移動托臺在XYZ軸移動的同時移動。4.如果可移動托臺使用上述方法4、5或6來確定可移動托臺的停止位置,或者使用一些使得能夠在后續(xù)沒有耗時步驟的情況下移動可移動托臺的其它方法來確定停止位置，則能夠移動可移動托臺比絕對必要更多的次數(shù)，以到達(dá)所有供給器位置。例如，在上述圖11中，可移動托臺可以在7個不同位置而不是所需的3個位置處停止。優(yōu)點是有時在機器忙于對中部件和/或放置部件到印刷電路板上的同時可能發(fā)生小移動，由此使該小移動 基本是“自由的”，即它不會向完成在印刷電路板上安裝所有部件所需的時間做出貢獻(xiàn)。當(dāng)然，這些小移動必須在安裝順序期間的正確時間發(fā)生，以便使安裝頭在正確時間訪問供給器臺架的所需部分。在計算如何并且在何時向安裝順序中插入小的可移動托臺移動時，優(yōu)選使用優(yōu)化軟件。從以上可知，通常，部件安裝機器包括機器框體；由機器框體提供的長形部件供給器區(qū)域；和板材傳送系統(tǒng)，配置成從板材接收位置傳送基板穿過部件安裝機器至板材供給位置，同時在部件安裝機器的工作區(qū)域內(nèi)的至少一個預(yù)定位置處暫?；澹考诠ぷ鲄^(qū)域得以安裝到基板上。機器進(jìn)一步包括安裝頭，配置成在所述部件供給區(qū)域拾取部件，并放置部件到基板上，所述安裝頭沿第一軸線和沿垂直于第一軸線的第二軸線是可移動的；和托臺系統(tǒng)，被所述機器框體可移動地支撐并且支撐所述安裝頭，其中所述托臺系統(tǒng)配置成操作所述安裝頭，以進(jìn)行部件的拾取和放置，包括沿所述第一和第二軸線移動所述安裝頭。此外，機器還包括托臺系統(tǒng)移動裝置，附接至所述機器框體并配置成沿平行于所述第一軸線的第三軸線在不同的托臺系統(tǒng)位置之間移動所述托臺系統(tǒng)，由此實現(xiàn)所述托臺系統(tǒng)沿供給區(qū)域的移動；和托臺系統(tǒng)定位裝置。所述托臺系統(tǒng)的安裝頭移動范圍覆蓋部件供給區(qū)域的一部分，其中托臺系統(tǒng)位置被選擇成使得供給區(qū)域的不同部分對于安裝頭變得是可達(dá)的，并且其中托臺系統(tǒng)與基板之間的相互定位在不同托臺系統(tǒng)位置處得到維持。通過使托臺系統(tǒng)短于供給區(qū)域的長度并且設(shè)置托臺系統(tǒng)移動裝置，它具有容納大量部件供給器的大型機器優(yōu)點，同時它仍然具有質(zhì)量較低和小尺寸托臺系統(tǒng)的小型機器優(yōu)點。根據(jù)所述部件安裝機器的一個實施例，托臺系統(tǒng)定位裝置包括視覺單元。根據(jù)所述部件安裝機器的一個實施例，托臺定位裝置包括設(shè)置在供給區(qū)域內(nèi)的基準(zhǔn)標(biāo)記，其中視覺單元附接至安裝頭，并且其中托臺系統(tǒng)配置成通過借助于視覺單元局部化基準(zhǔn)標(biāo)記而在托臺系統(tǒng)位置中得到定位?；鶞?zhǔn)標(biāo)記可以配置在供給區(qū)域內(nèi)的任意適當(dāng)?shù)牟糠痔?，比如在配置成保持供給器的供給器臺架上，或者在供給器上。根據(jù)部件安裝機器的一個實施例，視覺單元附接至安裝頭，部件設(shè)置在部件載帶的部件貯槽中，部件載帶設(shè)置在供給區(qū)域中，并且部件安裝機器配置成借助于視覺單元定位部件貯槽。
根據(jù)部件安裝機器的實施例，系統(tǒng)定位裝置包括用于實現(xiàn)止動功能的不同類型的器件，比如機械止動機構(gòu)；配置成確定托臺系統(tǒng)位置的線性刻度尺和線性刻度尺檢測器；或者與托臺系統(tǒng)移動裝置連接并且配置成確定托臺系統(tǒng)位置的旋轉(zhuǎn)位置傳感器。根據(jù)部件安裝機器的實施例，托臺系統(tǒng)包括附接在固定位置處的視覺對中裝置。根據(jù)部件安裝機器的實施例，它包括可移動地附接至機器框體以便與所述第三軸線平行地移動的視覺對中裝置。根據(jù)部件安裝機器的實施例,板材傳送系統(tǒng)包括板材接收部分、板材供給部分和托臺系統(tǒng)部分，所述板材接收部分在機器的板材接收端配置于機器框體處，所述板材供給部分在部件安裝機器的與所述板材接收端相反的板材供給端配置于機器框體處，所述托臺系統(tǒng)部分被包括在托臺系統(tǒng)中并且定位在所述板材接收端與板材供給端之間。此外，如從上方還顯而易見的，通常，在部件安裝機器(其包括托臺系統(tǒng)、板材傳送系統(tǒng)和設(shè)置有部件的長形供給區(qū)域，所述托臺系統(tǒng)包括可移動安裝頭，其中托臺系統(tǒng)的 安裝頭移動范圍覆蓋供給區(qū)域的一部分)中安裝部件的方法包括-移動托臺系統(tǒng)至第一托臺系統(tǒng)位置；-在部件安裝機器處接收基板并將基板傳送到部件安裝機器的部件安裝區(qū)域中；-通過在用于拾取部件的供給區(qū)域與用于在其上放置部件的基板之間移動安裝頭來安裝部件；-重復(fù)至少一次以下步驟-沿供給區(qū)域的長度將托臺系統(tǒng)移動至下一托臺系統(tǒng)位置，在這里供給區(qū)域的另一部分被安裝頭移動范圍覆蓋；和-安裝部件；以及-將基板傳送出部件安裝區(qū)域。根據(jù)所述方法的一個實施例，它包括在由于部件差異而適宜時，在向下一托臺系統(tǒng)位置移動托臺系統(tǒng)的期間，更換安裝頭的至少一個安裝工具。根據(jù)所述方法的一個實施例，它包括在向下一托臺系統(tǒng)位置移動托臺系統(tǒng)期間將安裝頭定位在基準(zhǔn)標(biāo)記讀取位置，和借助于附接至安裝頭的視覺裝置在所述下一托臺系統(tǒng)位置處讀取設(shè)置在供給區(qū)域內(nèi)的基準(zhǔn)標(biāo)記。以上描述了本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)選實施例。它們應(yīng)該僅僅被看作是非限制性示例。在權(quán)利要求限定出的本發(fā)明的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行多種變型。例如，根據(jù)部件安裝機器的一個實施例，它包括不止一個安裝頭。
權(quán)利要求
1.一種部件安裝頭，配置成在拾取位置拾取部件并在安裝位置放置部件，所述部件安裝頭包括多個管嘴，這些管嘴能夠垂直地上下移動以能夠進(jìn)行所述拾取和放置，其中所述部件安裝頭配置成控制多種拾取操作，所述拾取操作至少包括以每個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴共同地拾取單個部件。
2.如權(quán)利要求I所述的部件安裝頭，包括與管嘴連接的真空控制器。
3.如權(quán)利要求I或2所述的部件安裝頭，包括配置成檢測管嘴末端對表面的沖擊的管嘴末端沖擊檢測器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。
4.如權(quán)利要求3所述的部件安裝頭，包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移動的管嘴引導(dǎo)器，其中所述管嘴末端沖擊檢測器附接至所述管嘴引導(dǎo)器并檢測相對于所述管嘴引導(dǎo)器的管嘴移動。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的部件安裝頭，包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂 直移動的管嘴引導(dǎo)器，其中所述管嘴被保持在非激活位置和激活位置之一，其中管嘴在處于激活位置時被向下彈簧偏置成抵靠所述管嘴引導(dǎo)器的底座。
6.如權(quán)利要求5所述的部件安裝頭，包括用于固定所述管嘴中的至少一個相對于所述管嘴引導(dǎo)器的垂直位置的鎖定機構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的部件安裝頭，包括用于每個相應(yīng)管嘴的獨立的垂直移動的伺服電機和控制所述伺服電機的伺服控制器。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的部件安裝頭，包括配置成檢測每個管嘴末端的垂直位置的管嘴末端位置檢測器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的部件安裝頭，包括用于同步至少一個管嘴組的管嘴的管嘴組同步器，所述管嘴組由至少兩個管嘴構(gòu)成，用于拾取單個部件。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的部件安裝頭，包括部件夾持工具，所述部件夾持工具附接至多個管嘴末端，并且是可控的，以便于垂直移動和便于借助于控制管嘴末端附接至所述部件夾持工具的管嘴而實現(xiàn)的夾持操作。
11.如上述權(quán)利要求中任一項所述的部件安裝頭，包括管嘴末端互連器，所述管嘴末端互連器具有至少兩個上側(cè)開口和一個公用的下側(cè)開口，所述上側(cè)開口與相應(yīng)數(shù)量的管嘴末端連接，所述下側(cè)開口具有比管嘴末端的直徑大的直徑。
12.一種方法，用于控制安裝頭的管嘴，所述安裝頭配置成在拾取位置拾取部件并在安裝位置放置所述部件，所述方法包括 -上下垂直地移動所述管嘴以進(jìn)行所述拾取和放置，從而進(jìn)行多個拾取操作中的一個或多個，所述拾取操作包括以一個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴共同地拾取單個部件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，包括 -在完成了部件拾取后旋轉(zhuǎn)所述安裝頭，并在向安裝位置移動的期間經(jīng)過視覺對中裝置。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，包括借助于數(shù)個管嘴拾取具有高度不同的不同頂面部的部件，這是通過控制所述管嘴以與所述不同頂面部接合來實現(xiàn)的。
15.—種部件安裝機器,包括 -部件供給區(qū)域；-板材傳送系統(tǒng)，配置成將基板保持在所述部件安裝機器的工作區(qū)域內(nèi)的大致固定位置處； -如權(quán)利要求1-11中任一項所述的部件安裝頭；和 -托臺系統(tǒng)，支撐所述安裝頭，并且配置成移動所述安裝頭以進(jìn)行部件的拾取和放置。
16.如權(quán)利要求15所述的部件安裝機器，其中，所述安裝頭沿水平面內(nèi)的任意方向是可移動的。
全文摘要
一種部件安裝頭，配置成在拾取位置拾取部件并在安裝位置放置部件，所述部件安裝頭包括多個管嘴，這些管嘴能夠垂直地上下移動以允許所述拾取和放置，其中所述部件安裝頭配置成控制多種拾取操作，所述拾取操作至少包括以每個管嘴拾取單個部件和以至少兩個管嘴共同地拾取單個部件。
文檔編號H05K13/04GK102742378SQ201080061254
公開日2012年10月17日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者E.埃斯康, L.尼格倫, P.桑德斯特龍, R.喬納森, R.阿克塞爾森 申請人:麥戴塔自動控制股份公司