CN101023523A - 抓持单元、装配头和在基板上布置电气组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抓持单元，所述抓持单元具有一喷射泵(1)、一抓持器(2)、一可控阀(5)与一贮存器(3)，其中，所述喷射泵具有一压缩空气连接部分、一真空连接部分与一排气连接部分，所述抓持器(2)具有一与所述真空连接部分气动耦合的吸附口，所述可控阀(5)布置在所述压缩空气连接部分与一压缩空气供给装置(4)之间，所述贮存器(3)与所述排气连接部分气动耦合。当所述可控阀(5)处于第一位置时，所述压缩空气供给装置(4)与所述喷射泵(1)的压缩空气连接部分气动耦合，从而使压缩空气通过所述喷射泵(1)流入所述贮存器(3)内，并在所述抓持器(2)的吸附口处形成真空，当所述可控阀(5)处于第二位置时，所述喷射泵(1)与所述压缩空气供给装置(4)之间的连接断开，从而使得所述喷射泵(1)存储在所述贮存器(3)内的排出空气通过所述喷射泵(1)流动至所述抓持器(2)的吸附口。由此可显著降低压缩空气的消耗量。

Description

抓持单元、装配头和在基板上布置电气组件的方法
技术领域
本发明涉及一种抓持单元、一种装配头和一种在基板上布置电气组件的方法。
背景技术
文献EP-0768020中公开了一种电气组件处理装置，其具有一真空吸嘴、一真空喷射泵与一压力容器，所述真空喷射泵的吸入侧与所述真空吸嘴相连，用于在拣持组件的过程中形成负压，所述压力容器内的压缩空气通过一个阀被导入真空喷射泵和真空吸嘴之间的负压区内，从而分配这些组件。
上述装置的真空喷射泵不间断地处于工作状态。为达分配组件的目的，接通压力容器后，真空吸嘴上由真空喷射泵形成的负压就通过阀被吹散了。由于真空喷射泵处于不间断的工作状态，因此需要消耗大量压缩空气，从而使得所述装置需要耗费很高的运行成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在基板上布置电气组件的抓持单元、一种用于一取置机(pick-and-place machine)的装配头和一种在基板上布置电气组件、同时可降低压缩空气消耗量的方法。
这个目的通过独立权利要求1所述的抓持单元、独立权利要求6所述的装配头和独立权利要求9所述的方法而达成。
权利要求1所述的抓持单元包括一可控阀与一贮存器，所述可控阀布置在一真空喷射泵的一压缩空气连接部分与一压缩空气供给装置之间，所述贮存器与真空喷射泵的一排气连接部分气动耦合。可控阀可以被调节至一第一位置，当可控阀处于这种状态时，压缩空气供给装置与真空喷射泵的压缩空气连接部分气动耦合，用以拣取和传送例如为电气组件的零部件。当可控阀处于这一位置时，压缩空气流经真空喷射泵，从而使得一连接在真空喷射泵的真空连接部分上的抓持器的吸附口处形成负压。在此过程中，从真空喷射泵中排出的空气流入贮存器，并被存储在贮存器内。为达到分配零部件的目的，以及在无需用抓持器吸附或传送零部件的时候，可控阀会被切换至一第二位置，此时，真空喷射泵与压缩空气供给装置之间的连接断开，真空喷射泵因此而进入停滞状态。与此同时，真空喷射泵在压力作用下存储在贮存器内的排出空气发生回流，经过真空喷射泵流动至抓持器的吸附口，从而将吸附口上的零部件吹落。
在上述抓持单元中，可以对可控阀进行调节，使得只在需要时，例如在拣取和传送组件时，真空喷射泵的压缩空气供给装置(推动流体供给)才接通。在抓持器上没有吸附零部件期间，可以将压缩空气供给装置断开。此外，真空喷射泵在压力作用下存储在贮存器内的排出空气可以重复利用，即，当压缩空气供给装置断开后，真空喷射泵的排出空气经过真空喷射泵流动至抓持器的吸附口，并在此处用作将零部件吹落的压缩空气。由此便不再需要使用额外的压缩空气来将零部件从抓持器上吹落。
因此，借助本发明的抓持单元可显著降低压缩空气供给装置的成本。
在权利要求2所述的抓持单元的一个实施例中，可控阀和真空喷射泵的压缩空气连接部分通过一压缩空气管道互连。借此，可以将可控阀和真空喷射泵布置在分离的位置，从而为安装工作提供更高的灵活度。
在权利要求3所述的的抓持单元的一个实施例中，可控阀具有一排气口，当可控阀处于第二位置时，可控阀本身以及连接可控阀和真空喷射泵的压缩空气连接部分的压缩空气管道可通过所述排气口进行排气。在此情况下，当可控阀切换至第二位置时，可控阀和压缩空气管道内的压力会迅速下降，从而大幅缩短抓持器吸附口处真空和吹气压力之间的转换时间。
在权利要求4所述的抓持单元的另一个实施例中，可控阀和压缩空气管道通过抓持器的吸附口进行排气。由此，可在可控阀切换至第二位置时，向真空喷射泵的真空连接部分内导入一短压力脉冲，从而进一步缩短抓持器吸附口处真空和吹气压力之间的转换时间。
根据权利要求5所述的抓持单元的一个实施例，也可以将可控阀直接布置在真空喷射泵上。由于在此情况下可控阀和真空喷射泵之间不存在额外的空间，例如一压缩空气管道，因此即使可控阀不进行排气，也能达到缩短抓持器吸附口处真空和吹气压力之间的转换时间的目的。
根据权利要求6所述的用于一取置机的装配头包括至少两个上述类型的抓持单元，但并非每个抓持单元都具有一自有的用于存储真空喷射泵的排出空气的贮存器，而是用一共用贮存器来存储至少两个真空喷射泵的排出空气。借助所述共用贮存器可使装配头的结构得到简化。此外，所述装配头同样也具有上文所述的抓持单元的优点。
根据权利要求7所述的实施例，共用贮存器上可布置一调压阀，借助所述调压阀可调节贮存器内的压力。
在权利要求8所述的装配头的实施例中，各抓持单元由一布置在装配头上的压缩空气贮存装置供给压缩空气，所述贮存装置与一外部的压缩空气供给装置相连。这个压缩空气贮存装置的优点是可随时为所有抓持单元提供足够的压缩空气。此外，通过将这个压缩空气贮存装置插入在外围压缩空气供给装置和抓持单元之间，还可以缩短切换时间。
根据权利要求9所述的在基板上布置电气组件的方法，真空喷射泵至多在拣取和传送电气组件的时候工作。从真空喷射泵中排出的空气被收集在一共用贮存器内。在实际布置过程中，可控阀被单独切换至第二位置，从而使得电气组件被在压力作用下存储在贮存器内的排出空气从抓持器上吹落。在所有组件被吹落后，可控阀仍切换在第二位置上，即，当装配头移动至拣取位置(电气组件可被拣取)时，真空喷射泵处于停止工作状态。这个方法的优点在于，至少在装配头移动至拣取位置的过程中不用消耗压缩空气，压缩空气的成本由此而得以降低。
根据权利要求10所述的实施例，在拣取组件之前，借助一布置在贮存器上的调压阀以尽可能大幅度地降低共用贮存器内的压力，理想状况是将其下调至环境压力。由此可避免在拣取组件之前，抓持器的吸附口处出现排气压力，从而避免将组件吹走。
也可以根据权利要求11设计该方法，即，在在基板上布置电气组件之前，通过调压阀将共用贮存器内的压力上调至一高于环境压力的排气压力。由此可确保在在基板上布置电气组件时，共用贮存器内已存在一足够高的压力，借此可加快将电气组件吹落的速度。
也可以根据权利要求12设计该方法，即，调压阀根据电气组件的物理特性，例如尺寸和重量，来调节吹落压力。由此可提高布置过程的稳定性。
根据权利要求13所述的该方法的另一实施例，所述方法为：在最后一个电气组件被吹落之前，另一抓持单元的真空喷射泵一直保持在工作状态，这种状态至少持续到最后一个电气组件被吹落为止。由此可避免在最后一个组件被吹落之前或者被吹落的过程中共用贮存器内出现压力下降，从而确保最后一个电气组件也肯定能被吹落。
附图说明
下面借助附图对本发明的装配头的抓持单元的有利实施例以及本发明的方法作更详细地说明，其中：
图1为本发明的抓持单元的一个实施例，其中，可控阀被调节在一第一位置上；
图2为如图1所示的本发明的抓持单元的实施例，其中，可控阀被调节在一第二位置上；
图3为本发明的抓持单元的另一个实施例，其中，可控阀被调节在一第一位置上；
图4为如图3所示的本发明的抓持单元的优选实施例，其中，可控阀被调节在一第二位置上；
图5为本发明的抓持单元的另一个优选实施例，其中，可控阀被调节在一第一位置上；
图6为如图5所示的本发明的抓持单元的实施例，其中，可控阀被调节在一第二位置上；
图7为一具有多个抓持单元的装配头的示意图，其中，所述抓持单元采用的是图5和图6所示的实施例。
在图1至图7中，压缩空气的流动方向用箭头表示。
参考符号表
1真空喷射泵
2抓持器
3贮存器
4压缩空气供给装置
5可控阀
6流道
7储压器
8共用贮存器
9调压阀
具体实施方式
从图1、2所示的实例中可以清楚看出本发明的抓持单元的基本结构。所述抓持单元包括一真空喷射泵1，所述真空喷射泵例如为一文丘里喷嘴(venturi nozzle)，具有一压缩空气连接部分、一真空连接部分与一排气连接部分。所述抓持单元还具有一抓持器2(例如真空吸嘴)，其下端有一可以吸住零部件的吸附口，所述零部件例如为电气组件。吸附口与真空喷射泵1的真空连接部分气动相连，因此当真空喷射泵1工作时，吸附口处就会形成负压。在此情况下，抓持器2可吸附住零部件。除此之外，抓持单元还具有一贮存器3，所述贮存器例如通过一软管与真空喷射泵1的排气连接部分气动相连。在一压缩空气供给装置4与真空喷射泵1的压力连接部分之间布置有一可控阀5。所述可控阀5可被调节至两个不同的位置。在一第一位置(图1)上，可控阀5可使压缩空气供给装置4与真空喷射泵1相连。此时，从压缩空气供给装置4中流出的压缩空气通过可控阀5和真空喷射泵1进入贮存器3，并被存储在贮存器内。由于排出空气在高压下流入贮存器3内，因而，贮存器3内的压力也大于环境压力(例如为150毫巴)。当可控阀5被调节至一第二位置(图2)时，压缩空气供给装置4与真空喷射泵1之间的连接断开，真空喷射泵1停止工作。由于真空喷射泵1的压缩空气连接部分上的压力降低，在压力作用下存储在贮存器3内的排出空气流回真空喷射泵1，并通过抓持器2的吸附口流到外部。由于此时抓持器2的吸附口处出现一过压，吸附在抓持器上的零部件就会被吹落。如图1、图2所示的抓持单元的可控阀5特别具有一排气口。当可控阀5处于第二位置(图2)时，可控阀5和可控阀5与真空喷射泵1之间的任一流道6可通过所述排气口进行排气。在图1和图2所示的实例中，可控阀5和流道6向周围外界排气。如果可控阀5和真空喷射泵彼此1分离安装，且流道6相当长，可控阀5和流道6的排气可能性就特别有利。由此可使可控阀5和流道6内的过压在可控阀5从第一位置切换到第二位置的过程中以更快的速度减小，从而加快排出空气从贮存器3向抓持器2的吸附口回流的速度。借此可进一步缩短真空和吹气之间的转换时间。
图3和图4显示本发明的抓持单元的另一优选实例。图3、图4所示的抓持单元具有与图1、图2所示的实例相同的基本结构。但可控阀5的排气口还通过一连接管与抓持器2的吸附口气动相连。可控阀5被切换到第二位置(图4)后，可控阀5和布置在可控阀5与真空喷射泵1之间的流道6通过抓持器2的吸附口排气。真空喷射泵1的吸入侧上由此而产生一短压力脉冲，所述压力脉冲可加快存储在贮存器3中的排出空气向抓持器2的吸附口回流的速度。借此可进一步缩短抓持器2的吸附口处负压和吹落压力之间的转换时间。这一实施例同样也特别适用于这样的一种抓持单元，这种抓持单元中的可控阀5和真空喷射泵1分开布置，且通过一较长的连接软管互连。
图5和图6显示本发明的抓持单元的第三优选实例。图5、图6所示的抓持单元同样也具有与图1至图4所示的实施例相同的基本结构。不同的是，这个实施例中的可控阀5构造为不能进行排气的可控阀5，即其不具有排气口。当这种被称为2/2开关阀(2/2 on-off valve)的可控阀5处于第一位置(图1)时，真空喷射泵1与压缩空气供给装置4相连；当其处于第二位置(图2)时，真空喷射泵1与压缩空气供给装置4之间的连接断开。可控阀5不进行排气。但这种类型的阀5的优点在于，其不仅结构简单，也非常稳定。由于无需进行排气，因此，可控阀5和真空喷射泵1之间的空间应最小化，从而确保以最快的速度形成压力和使压力消失。这种可控阀5应直接安装在真空喷射泵1上，或安装在离真空喷射泵1很近的地方。
可控阀5基本上可实施为切换时间很短的电磁阀或压电阀(piezovalve)。也可以使用一比例阀(proportional valve)，借助所述比例阀可在抓持器2的吸附口处调节出真空和环境压力范围内任意大小的压力。由此可根据电气组件的物理特性，例如尺寸或重量，来调节抓持器2的吸附口处的吸附压力。
图7显示本发明的装配头的一个实施例。所示装配头具有多个采用图5、6所示的抓持单元。但同样也可以使用图1至图4所示的抓持单元。所示装配头具有一储压器7，所述储压器与一布置在装配头或取置机上的压缩空气供给装置4气动耦合，并由其供给压缩空气。各个抓持单元由所述储压器7集中供给压缩空气。使用这样一个储压器7主要有两方面的优点。其一，可确保随时能为真空喷射泵1工作提供足够的、压力均匀的压缩空气；其二，可显著缩短通向抓持单元的供给管路，从而大幅缩短切换时间，或者缩短停滞时间。
图7所示的装配头没有为每个抓持单元配备各自的贮存器3，而是设有一可被所有抓持单元使用的共用贮存器8。在此情况下，所有真空喷射泵1的排出空气均流入这一个贮存器8内。贮存器8上安装有一调压阀9，借助所述调压阀可根据具体要求调节贮存器8中的压力。
下面举例对本发明在基板上布置电气组件的方法进行说明，所述方法例如可应用于图7所示的装配头。
在一起始位置上，抓持单元的可控阀5被切换至第二位置，即，真空喷射泵1处于停滞状态。取置机的活动装配头先移动至一拣取位置，在这种状态下，可通过取置机上相应的馈给装置获取电气组件。所述装配头可以是一个矩阵型装配头，即，抓持单元在一平面内布置成一个矩阵。当装配头尚处于移动过程中时，就可以通过调压阀9将贮存器8中的压力下调至环境压力。为拣取电气组件，相应抓持单元的可控阀5单独切换至第一位置(真空喷射泵1开始工作)，从而使组件吸附在抓持器2的吸附口上。在拣取电气组件的过程中，共用贮存器8上的调压阀9完全打开，使得共用贮存器8中的反压最小化，由此可更快地在抓持器2的吸附口处形成负压。拣取过程结束后，调压阀9至少保持关闭直到共用贮存器8中产生过压为止。随后，装配头移动至取置机的布置位置，需要配备电气组件的基板即在所述布置位置上。在装配头移动的过程中，所有已拣取一电气组件的抓持单元的喷射泵的排出空气均流入共用贮存器8内。在实际布置过程开始之前，共用贮存器8上的调压阀经调节使得共用贮存器8内形成与电气组件的物理特性(尺寸、重量)相匹配的吹落压力。随后继续实际布置过程，即，抓持单元的可控阀5分别切换至第二位置，使得吸附在抓持器2的吸附口上的电气组件被吹落在基板上的预定位置上。在此过程中，可控阀5在所述第二位置上至少停留到电气组件肯定被吹落为止。特别涉及轻小型组件时，使可控阀5在组件被吹落后迅速切换回第一位置是有利的，因为由此可避免将组件从基板上吹走。借此可提高布置过程的可靠性。特别涉及体积或重量较大的组件，即不会被抓持单元的吹气压力从基板上吹走的组件时，可控阀5在吹落过程结束后仍可停留在第二位置上。由于当可控阀处于第二位置时真空喷射泵1停止工作，因此可额外节省压缩空气的用量。在布置过程中，共用贮存器8上的调压阀9可以进行调节，而使得共用贮存器8内即使在个别真空喷射泵1停止工作后仍保持有所需的吹落压力。为避免最后一批组件被吹落前共用贮存器8内出现压力下降，所拣取的电气组件已经被吹落的那部分抓持单元的可控阀5可以停留在第一位置上或者重新切换到第一位置上。由此可确保共用贮存器8内的压力不会低于要求的最低吹落压力，从而保证所有电气组件都能被吹落。布置过程结束后，抓持单元的可控阀5重新切换至第二位置，即所有真空喷射泵1均停止工作。随后，装配头重新移动至拣取位置，开始新一轮的布置过程。
从上文所述的方法中可以清楚看出，在最佳情况下，各抓持单元的真空喷射泵1只有在实际需要拣取或传送组件时才开始工作。也就是说，真空喷射泵1在布置过程以及从布置位置到拣取位置的整个运动过程中至少有部分时间处于停止工作状态。由此可显著减少压缩空气用量，从而降低压缩空气方面的成本。
需要指出的是，上文所述的抓持单元、装配头和相应的布置方法的应用范围并非仅限于取置机，而是适用于任何一种借助负压吸附和传送零部件的系统。

Claims (13)

1.一种抓持单元，所述抓持单元特别用于一在基板上布置电气组件的取置机，所述抓持单元包括
一真空喷射泵(1)，所述真空喷射泵具有一压缩空气连接部分、一真空连接部分与一排气连接部分，
一抓持器(2)，所述抓持器具有一特别用于拣取电气组件的吸附口，所述吸附口与所述真空连接部分气动耦合，
一可控阀(5)，所述可控阀布置在所述压缩空气连接部分与一压缩空气供给装置(4)之间，以及
一贮存器(3)，所述贮存器与所述排气连接部分气动耦合，
其中，当所述可控阀(5)处于一第一位置时，所述压缩空气供给装置(4)与所述真空喷射泵(1)的压缩空气连接部分气动耦合，从而使压缩空气通过所述真空喷射泵(1)流入所述贮存器(3)内，并在所述抓持器(2)的吸附口处形成真空，以及
当所述可控阀(5)处于一第二位置时，所述真空喷射泵(1)与所述压缩空气供给装置(4)之间的连接断开，从而使得所述真空喷射泵(1)存储在所述贮存器(3)内的排出空气通过所述真空喷射泵(1)流动至所述抓持器(2)的吸附口。
2.根据权利要求1所述的抓持单元，其特征在于，
所述可控阀(5)通过一流道(6)与所述真空喷射泵(1)的压缩空气连接部分气动耦合。
3.根据权利要求2所述的抓持单元，其特征在于，
所述可控阀(5)具有一排气口，当所述可控阀(5)切换至所述第二位置时，所述可控阀(5)和所述流道(6)通过所述排气口排气。
4.根据权利要求3所述的抓持单元，其特征在于，
所述可控阀(5)的排气口与所述抓持器的吸附口气动耦合。
5.根据权利要求1所述的抓持单元，其特征在于，
所述可控阀(5)直接布置在所述真空喷射泵(1)上。
6.一种用于一取置机的装配头，所述装配头具有至少两个根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的抓持单元，
其特征在于，
所述贮存器(3)构造为一被至少两个抓持单元使用的共用贮存器(8)，所述真空喷射泵(1)的排出空气流入所述共用贮存器内。
7.根据权利要求6所述的装配头，其特征在于，
所述共用贮存器(8)上布置有一调压阀(9)。
8.根据权利要求6或7中任一项权利要求所述的装配头，其特征在于，
所述装配头具有一与所述压缩空气供给装置(4)耦合的储压器，所述抓持单元由所述储压器供给压缩空气。
9.一种在基板上布置电气组件的方法，所述方法用于一具有一活动装配头的取置机，所述装配头具有至少两个抓持单元，其中，所述抓持单元分别具有
一真空喷射泵(1)，所述真空喷射泵具有一压缩空气连接部分、一真空连接部分与一排气连接部分，
一抓持器(2)，所述抓持器具有一特别用于拣取电气组件的吸附口，所述吸附口与所述真空连接部分气动耦合，
一可控阀(5)，所述可控阀布置在所述压缩空气连接部分与一压缩空气供给装置(4)之间，
所述装配头具有至少一个共用贮存器(8)，所述共用贮存器与至少两个排气连接部分气动耦合，
当所述可控阀(5)处于一第一位置时，所述压缩空气供给装置(4)与所述真空喷射泵(1)的压缩空气连接部分气动耦合，从而使压缩空气通过所述真空喷射泵(1)流入所述共用贮存器(8)内，并在所述抓持器(2)的吸附口处形成真空，以及
当所述可控阀(5)处于一第二位置时，所述真空喷射泵(1)与所述压缩空气供给装置(4)之间的连接断开，从而使得所述真空喷射泵(1)存储在所述共用贮存器(8)内的排出空气通过所述真空喷射泵(1)流动至所述抓持器(2)的吸附口，
其中，所述方法包括下列步骤：
所述可控阀(5)切换至所述第二位置，
所述装配头移动至一电气组件拣取位置，
将相关拣取抓持器(2)的可控阀(5)切换至所述第一位置并将电气组件吸附在所述吸附口上，从而借助所述抓持器(2)拣取电气组件，
所述装配头移动至一布置位置，
将相关布置抓持器(2)的可控阀(5)切换至所述第二位置并停留在所述第二位置上，这种状态至少持续到所述电气组件被吹落为止，从而将所述电气组件布置在基板上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在拣取所述电气组件之前，通过一布置在所述贮存器(3)上的调压阀(9)降低所述共用贮存器(8)内的压力。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
在基板上布置电气组件之前，通过所述调压阀(9)将所述共用贮存器(8)内的压力上调至一高于环境压力的吹落压力。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
借助所述调压阀(9)调节出一与所述电气组件的物理特性相匹配的吹落压力。
13.根据权利要求9至12中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
在最后一个电气组件被从一抓持单元上吹落之前，至少另一个抓持单元的可控阀(5)切换至所述第一位置并停留在所述第一位置上，这个状态至少持续到最后一个电气组件被吹落为止。
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