CN100544552C - 安装元件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括一个可转动框架(14)；多个安装在可转动框架(14)上的拾放头(16)，每个拾放头(16)可以通过可转动框架(14)的转动而从第一位置移动到第二位置；第一致动机构(30)，用于当多个拾放头(16)中的相应一个处于第一位置时使得该相应的拾放头(16)的转轴(34)从回缩状态移动到伸出状态；以及第二致动机构(28)，用于当该相应的拾放头(16)处于第二位置时使得该相应的拾放头(16)的转轴(34)从回缩状态移动到伸出状态，从而当转轴(34)处于伸出状态时确定已经由转轴(34)拾取的元件的位置。

Description

安装元件的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定在电路板上安装电子元件的系统内电子元件位置的方法和装置。

背景技术

在本发明的背景技术的说明中，参考了某些结构和方法，但是，这样的参考不应当认为是承认这些结构和方法是法定的在先技术。本申请人保留论证所参考的任何主题对于本发明而言并不构成在先技术的权利。

如本文所使用的，措辞“元件定位”指确定元件的角度方位以及元件的X-Y位置。

目前存在各种设备用来将电子元件安装在诸如印刷电路板的电路板上。一种这样的设备包括一个贴装机，该贴装机具有一个或多个安装在其上的拾放头。每个拾放头包括一个转轴。转轴一端设置有用于拾取元件的装置。这种拾取装置可以包括吸气嘴或其他类型的机械抓取系统。转轴另一端是某些类型的致动机构。致动机构将转轴从回缩位置移动到伸出位置。操作时，拾放头移动到位于将被拾取的元件上方的拾取位置。当拾放头位于拾取位置时，致动机构启动以伸出转轴从而拾取装置接触并抓取元件。然后致动机构将转轴移动到其回缩位置，从而所选定的元件可以离开它所在的表面。当转轴回缩之后，拾放头可以移动到另一个位置从而可以将该元件放置在其预定位置。

由于元件的逐渐小型化，以及每个元件上的触点的小型化，因此很重要的一点是确保在将元件放置在其预定位置之前正确定位元件。因此，在元件拾取和放置之间的某些时候，拾放头必须和元件定位系统相互作用以确保在将元件放置在其预定位置时正确定位元件。

在过去，这种元件定位可以通过机械处理实现，其中相对于拾放头线性移动元件从而使得元件相对于拾放头正确定位。最近，元件定位通过观察系统实现。具体地，在元件已经由拾放头拾取之后的某些时候，转轴移动到靠近摄像机或成像系统的位置。如果确定元件位置与其预定位置不一致，那么可以使用一个系统来移动转轴以确保元件正确定位在在其预定位置。

在元件由拾放头拾取之后，转轴回缩从而拾放头可以移动而不会接触其他元件。一些在先技术系统，特别是那些在拾放头上包括观察系统摄像机的系统，当转轴处于回缩位置时进行位置分析。然而，当元件放置在预定位置时，转轴伸出。转轴组件的固有特征是当转轴从回缩位置移动到伸出位置时，可能会发生转轴和/或拾取嘴的移位。也就是说，很难使得转轴组件在操作时非常精确以使得当转轴从回缩位置移动到伸出位置时拾取嘴位置不发生变化。

因此，在上述在先技术系统中，即使精确实现了元件定位，但是由于转轴运动的误差当转轴从回缩位置移动到伸出位置时也会发生元件的某些移位。由于元件定位是在转轴处于回缩位置时实现的，因此不能容易地预知或者补偿当转轴从回缩位置移动到伸出位置时元件的位置变化。因此，这些系统可能导致元件的不精确放置，即使最初确定了将元件精确定位在其预定位置。

一些系统采用预处理分析以校准转轴。在这种系统中，拾放头运行经过完整的循环，其中当转轴从回缩位置移动到伸出位置时观察系统监测每个转轴。观察系统监测当转轴从回缩位置移动到伸出位置时每个转轴所发生的抖动或不对准程度，并且记录该信息。然后，在常规处理过程中，利用所记录的有关转轴抖动或不对准的信息来在元件定位时调节每个转轴，以最小化当转轴从回缩位置移动到伸出位置时不对准的程度。

但是，这种系统未能提供当今需要所要求的足够的精确性或精度。因此，如果需要更高级别的精确度，那么必需一种更加精确的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于确定元件位置的快速和有效的系统。

本发明的另一个目的是提供一种能够相对于元件的预定位置正确定位元件的系统，同时考虑到了当转轴从其回缩位置移动到其伸出位置时由转轴运动所导致的任何偏心或不规则。

根据本发明，本发明的一个实施例包括一种贴装装置，它具有一个机壳；一个可转动框架；多个安装在可转动框架上的拾放头，每个拾放头包括一个转轴，该转轴可以从回缩状态移动到伸出状态以拾放元件；每个拾放头可以通过可转动框架的转动而从第一位置移动到第二位置，其中在第一位置元件由转轴拾取或放置，在第二位置由转轴拾取的元件的位置被确定；第一致动机构，用于当多个拾放头中的相应一个处于第一位置时使得该相应的拾放头的转轴从回缩状态移动到伸出状态；以及第二致动机构，用于当该相应的拾放头处于第二位置时使得该相应的拾放头的转轴从回缩状态移动到伸出状态，从而当转轴处于伸出状态时确定已经由转轴拾取的元件的位置。

根据本发明的另一个实施例，一种确定元件位置的方法包括将拾放头上的转轴从回缩位置延伸到伸出位置，其中该拾放头是多个安装在可转动框架上的拾放头之一；当转轴处于伸出位置时由转轴拾取元件；回缩转轴到回缩位置同时该元件由转轴保持；转动可转动框架以移动拾放头同时由转轴保持的元件移动到元件位置确定位置；延伸转轴到伸出位置；当拾放头处于元件位置确定位置时确定元件的位置；回缩转轴到回缩位置；转动可转动框架以移动拾放头同时由转轴保持的元件移动到元件放置位置；以及当拾放头处于元件放置位置时延伸转轴并且放置元件。

附图说明

图1是根据本发明的拾放头的主视图。

图2是根据本发明的拾放头的侧视图。

图3是根据本发明的拾放头和致动机构的一部分的截面图。

图4是根据本发明的凸轮的主视图。

具体实施方式

在电子领域，利用机器人系统从一个位置拾取元件并高度精确地将该元件移送到预定位置，从而可以将该元件焊接或连接到电路板。这种系统有时也称为贴装机。

贴装机可以包括多个拾放头，每个拾放头用来拾取一个或多个元件以将它们移送到预定位置。图1是根据本发明的贴装机10的示意图，贴装机上安装有多个拾放头16，图中仅仅示出一个拾放头。

在图1中示出的贴装机10包括一个圆形框架14，它相对于机壳100可以转动以使得框架14绕其轴线转动。该多个拾放头16(仅仅示出其中一个)固定于圆形框架14的外面。

贴装机10安装在常规的平移机构(未示出)上，使得贴装机10可以沿X、Y轴移动。机壳100包括一个位于其下部的致动机构30。机壳100还包括一个位于其另一位置的摄像机18，该摄像机18是观察系统的一部分，用于确定已经由转轴上的拾取嘴拾取的元件的元件位置。

图2和3表示用在本发明中的拾放头16。拾放头16包括一个转轴34，并且该转轴34包括拾取装置，例如吸气嘴44，用于拾取将要被放置的元件45。

转轴34可滑动地位于接收孔42内。转轴34一端的带凸缘或扩大的头部38将由致动机构30接触。弹簧35相对于转轴34同心地设置从而在头部38的下侧和拾放头16的固定部分之间施加偏压力。

齿轮机构54设置用于调整转轴34和由其保持的元件45的角度方位。齿轮机构54由电机58通过传动系统56驱动。

致动机构30包括一个臂48，它围绕轴50可枢转地安装。臂48的一端设置有接触面，它与转轴34的头部38接触。在某点处一个传动杆105连接于轴承106以便围绕轴50前后枢转臂48。致动机构固定于机壳100下部。但是，其他类型的致动机构也可以用在本发明中，而并不限于所公开的致动机构。

操作时，平移机构(未示出)将贴装机10移动到位于将被拾取的元件上方的位置。然后致动机构30启动拾放头16内的转轴34，其中转轴向下伸出直到拾取嘴44接触并拾取元件45。然后致动机构30使得转轴34回缩。

在一个实施例中，弹簧35偏压转轴34到回缩位置。因此，致动机构30仅仅压下位于转轴34一端与拾取嘴44相对的头部38，以便伸出转轴34。标号38A表示转轴头部处于其回缩位置，而标号38B表示转轴头部处于其伸出位置。为了回缩转轴34，致动机构仅仅撤离转轴34，使得弹簧35能够移动转轴34到其回缩位置。但是，应当指出的是本发明不限于特定类型的致动机构或拾放头。因此本发明可以应用于采用不同类型的拾放头和/或致动机构的其他系统。

元件45被拾取并且转轴34回缩之后，贴装机10移动到另一个位置以由另一个拾放头16拾取另一个元件。此时，圆形框架14进给地转动从而一个不同的拾放头处于最下面或启动位置。然后致动机构30启动下一个拾放头内的转轴使得转轴伸出从而它可以拾取下一个元件，如以上关于第一个拾放头和第一个元件所述那样。重复该过程直到拾取了所需的所有元件或者可以装配在贴装机10上的所有元件。

在将元件放置在它们的预定位置之前，确定元件位置。在本发明的优选实施例中，利用观察系统18确定元件位置。在该实施例中，观察系统18包括两个不同的摄像机20、22。这种可以确定元件位置的观察系统在本领域是公知的，并且该说明书中略去其描述。

随着贴装机10的圆形框架14转动，每个拾放头沿围绕机壳100的圆形路径进给地移动。为了确保高精度地定位在预定位置，当拾放头16经过观察系统20前面时机壳100与每个拾放头16相互作用，以便伸出转轴34。在本发明的一个实施例中，通过转轴34经过机壳100的固定部分内的凸轮28或者凸块而使转轴34伸出。特别地，当转轴经过凸轮部分时，凸轮啮合转轴34，并且克服弹簧35的偏压力推动转轴34，从而当转轴34经过观察系统20前面时转轴34伸出。

图4是凸轮28的主视图。凸轮28在点A处包括凸块或伸出部分。在点B，凸轮28变窄，即比点A更靠近可转动框架14的转动轴线。凸轮28还包括位于其下部的切口部分32。致动机构30装配在该切口部分32内。

理想地，凸轮28使转轴34伸出的距离等于当将元件45移送到预定位置时转轴伸出的距离。但是，为了简化，仅确定平均伸出距离，并且凸轮构造为在点B将每个转轴34伸出所确定的平均距离。这样，尽管每个转轴34可能伸出不同的距离以放置不同厚度的元件，但是不同伸出距离之间的差异不会很大，从而不会导致在凸轮28上的点B处确定元件位置时产生显著的误差。在优选实施例中，假定平均伸出距离是11毫米。因此，贴装机10的凸轮28的凸块或凸轮形部分应当在点B处伸出转轴11毫米。

在本发明的另一个实施例中，不用凸轮28来将转轴34在观察系统20前面伸出，可以采用一个类似于上述位于贴装机10下部的致动机构30的第二致动系统来将转轴34在观察系统20前面伸出。

尽管结合本发明的示意性实施例说明了本发明，但是本领域技术人员显然可以作出没有具体说明的增加、删除、修改和替换，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的实质和范围。

Claims (4)

1.一种元件拾放头，包括：

框架；

拾取头，所述拾取头能够从第一位置移动到第二位置，其中在第一位置元件由所述拾取头拾取，在第二位置已由所述拾取头拾取的元件的位置被确定，所述拾取头能够从回缩状态致动到用于拾取元件的伸出状态；

第一致动机构，用于将处于第一位置的拾取头从回缩状态致动到伸出状态；

处于第二位置的第二致动机构，用于将处于第二位置的拾取头从回缩状态致动到伸出状态；以及

观察系统，它包括用于当拾取头处于伸出状态下时确定所拾取的元件的位置的摄像机；

从而消除了当放置所拾取的元件时，由从回缩状态移动到伸出状态的拾取头所造成的所述元件的位置上的误差。

2.如权利要求1所述的元件拾放头，其特征在于，框架是圆形的并且绕中心轴线转动。

3.如权利要求1所述的元件拾放头，其特征在于，第一致动机构包括安装所述框架上的枢转杆。

4.如权利要求1所述的元件拾放头，其特征在于，第二致动机构包括位于所述框架上的凸轮面。

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