CN101340809A - 自动装配机以及用于处理元器件的方法 - Google Patents

Abstract

一种为基板(2)装配元器件(3)的自动装配机(1)具有装配头(6)，其具有基体(21)，该基体围绕垂直于基板面(E)指向的旋转轴线(D)可旋转地设置。此外，装配头(6)具有至少两个处理装置(22)，其设置在基体(21)上并且分别具有用于保持元器件(3)的保持装置(23)。此外，自动装配机(1)具有定位装置(7、8)，装配头(6)可以通过该定位装置平行于基板面(E)移动，其中至少一个处理装置(22)具有偏转轴线(S)，从而可以通过使至少一个处理装置(22)围绕该偏转轴线(S)旋转改变保持装置(23)的相对间距(d)。由此可以实现同时处理多个元器件(3)。

Description

自动装配机以及用于处理元器件的方法

技术领域

本发明涉及一种为基板装配元器件的自动装配机以及一种用于处理元器件的方法。

背景技术

在为基板装配电子元器件的自动装配机中，元器件通过设置在自动装配机上的输送装置被提供到限定的拾取位置上。在那里，元器件通过自动装配机的装配头拾取并且传送到装配区域中，这些元器件在该装配区域被定位到基板上。空的基板通过传送装置输送到装配区域，完成装配的基板通过传送装置又从装配区域中送出。为了提高自动装配机的装配效率，使用了多个装配头，这些装配头允许同时放置多个元器件。

由公开出版物DE 10202290A1已知一种装配头，其这样调整多个保持装置的相对位置，从而可以通过单一的放置过程将多个元器件放置到基板上。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种自动装配机以及用于处理多个元器件的方法，它们的特征在于，在将元器件同时放置在基板上时还具有较高的灵活性。

该目的通过根据独立权利要求的自动装配机以及所属的处理方法来实现。有利的设计方案由从属权利要求给出。

为基板装配元器件的自动装配机具有装配头，该装配头具有基体，该基体围绕垂直于基板面指向的旋转轴线可旋转地设置。另外，装配头具有至少两个处理装置，其设置在基体上并且分别具有用于保持元器件的保持装置。此外，自动装配机具有定位装置，装配头可以通过该定位装置平行于基板面移动，其中至少一个处理装置具有偏转轴线，从而可以通过使至少一个处理装置围绕该偏转轴线转动改变保持装置的相对间距。

在此，基板面应理解为这样的平面，即基板的待装配的表面位于该平面中。通过自动装配机可以在较宽的区域中改变由保持装置保持的元器件的间距，由此在处理和定位元器件时实现了较高的灵活性。通过偏转轴线与旋转轴线以及框架轴线(Portalachsen)的运动的叠加，在相同的可到达的位置时框架轴线的移动区域可以被减小，由此而可以明显地减少传送时间。同时由此而削减了所需的结构空间。这导致更小的机器并随之导致装配效率与面积需求的更好的比率。

在自动装配机的一个设计方案中，设置有至少一个平行于旋转轴线的偏转轴线。

由此而获得这样的优点，即由多个处理装置的多个保持装置保持的多个元器件可以在一个共同的平面中移动，该平面平行于基板面。因此可以实现同时处理多个元器件。

在自动装配机的另一设计方案中，至少两个处理装置具有单一偏转驱动装置，各个处理装置可以通过该单一偏转驱动装置围绕其各自的偏转轴线旋转。

通过使用单一偏转驱动装置获得了这样的优点，即多个处理装置可以互相不依赖地围绕其各自的偏转轴线旋转，而不必为此将这些处理装置连接到中央偏转驱动装置上。由此，不仅可以提高定位准确度也可以降低用于定位的时间成本。

根据自动装配机的另一设计方案，至少两个处理装置具有其他的单一驱动装置，保持装置可以通过该其他的单一驱动装置分别围绕z轴线旋转以及在该各自的z轴线的方向上移动，该z轴线平行于偏转轴线设置。

通过该其他的单一驱动装置，保持装置可以单独在z方向上移动以及围绕自身旋转。与在应用共有的旋转或z驱动装置时相比，这允许装配头的使用的更高的灵活性。此外，在此也可以降低用于定位的时间成本。

在自动装配机的再一设计方案中，装配头的基体相对于旋转轴线旋转对称地设计。同时，处理装置被设置在基体的边缘区域中。

通过这种结构上的设计方案实现了较高程度的灵活性。例如，这对于到达装配位置是足够的，只是基体的旋转轴线以及处理装置的偏转轴线进行移动，但是定位装置的框架轴线没有移动，因此可以在框架中避免额外地引入热量。然而，如果由于两个装配位置的较大间距而需要框架运动，则独立的轴线(旋转轴线和偏转轴线或框架轴线)都可以重叠。由此，可以实现构件之间较高的相对速度并因此实现较短的整体定位时间，这对自动装配的实际效率起到明显的效果。

一种用于根据上述自动装配机来处理元器件的方法，其中通过围绕各自的偏转轴线来旋转处理装置而这样调节保持装置的间距，即多个元器件可被同时处理。

当装配头处于拾取位置、装配位置或检测位置的区域中并且对于多个元器件同时进行在那里执行的处理步骤(例如，拾取、装配或位置识别)时，例如可以同时处理多个元器件。通过平行进行对于多个元器件的处理步骤可以明显地减少各自的处理时间，这对自动装配机的实际效率起到明显的效果。

在上述方法的一个设计方案中，元器件在拾取位置处被提供给自动装配机。保持装置的间距被这样调节，即多个元器件可以同时从该拾取位置通过保持装置来取出。

通过从其拾取位置中同时拾取多个元器件可以明显减少为此所需要的处理时间并相应地提高了自动装配机的实际效率。

在上述方法的另一设计方案中，每个元器件都唯一地对应一个在基板上的装配位置。此外，保持装置的间距被这样调节，即多个由保持装置保持的元器件可被同时放置在基板上。

由此，也可以在装配时并行主要处理时间，从而可以明显地减少用于装配的整体处理时间，这对自动装配机的实际效率也起到了正面的效果。

在上述方法的再一设计方案中，在调节保持装置的间距之后并且在元器件被放置在基板上之前，装配头向用于检测被取出的元器件的位置的检测装置移动。

由此，获得了这样的优点，即在元器件被放置到基板上之前，所保持的元器件的位置被精确地检测并有可能被校正。通过在对被提取的元器件进行位置检测之前就将装配头的轴线移动到其目标位置中并且在位置检测之后仅进行些许的修正可以明显地改善装配精确度。

根据用于处理元器件的方法，在将元器件放置到基板上之前，装配头向用于检测被提取的元器件的位置的检测装置移动。此外，在检测过程之前，处理装置这样围绕其偏转轴线旋转，即被提取的元器件的相对间距被减小。

元器件之间的相对间距可以这样减小，即在基板面上的垂直投影中，通过包络线包围所有元器件的面被减小。因此可以明显地减少用于检测装置的结构空间。此外可以使用明显有利的检测装置。

附图说明

接下来，参照附图根据实施例对本发明进行详细说明。图中示出：

图1是自动装配机的示意图，

图2是装配头的示意性侧视图，

图3是在拾取区域上的装配头的俯视图，

图4是在装配区域上的装配头的俯视图。

具体实施方式

图1示意性示出了为基板2装配元器件3的自动装配机1。自动装配机由横梁7构成，该横梁在y方向上延伸并且与机架(未示出)固定连接。在横梁7上安置有框架臂8，其在x方向上延伸并且在y方向上可移动地固定在横梁7上。横梁7和框架臂8共同形成定位装置，其中通过x轴线和y轴线形成正交的参考系。装配头6在x方向中可移动地安置在框架臂8上，其具有多个处理装置22(见图2)。另外，用于传送基板2的传送路线4设置在装配区域中。输送装置5在传送路线4的侧面设置在自动装配机1的拾取区域中，元器件3通过该输送装置来提供。在拾取区域和装配区域之间设置有用于检测待装配的元器件3的位置的检测装置31。

为了装配，基板2在传送路线4上传送到自动装配机1的装配区域中。通过输送装置5装备到拾取区域中的元器件3由装配头6拾取并且在装配区域的方向上传送。检测装置31沿着该路线朝那里移动，从而由装配头6携带的元器件3可以针对其位置和定位被检测。随后，元器件3被定位到基板2上。

在图2中以侧视图示意性示出了装配头6的实施例。装配头6具有基体21，其围绕旋转轴线D可旋转地设置，该旋转轴线垂直于基板面E指向。在基体21上设置处理装置22，其分别具有单一偏转驱动装置24，这些处理装置可以通过该单一偏转驱动装置围绕其各自的偏转轴线S′或S″偏心地偏转。在处理装置22的自由端上设置有用于容纳和保持电子元器件3的保持装置23。除了真空吸移管之外，例如机械的夹爪也可作为保持装置23使用。保持装置23分别通过其他的单一驱动装置25不仅可以在z方向上移动，而且也可以围绕其自身的轴线z′或z″平行于z方向旋转。

在此，不仅处理装置22的偏转轴线S′或S″而且基体21的旋转轴线D也平行于z方向取向，从而所保持的元器件3不仅在围绕旋转轴线D而且在围绕偏转轴线S′或S″或围绕保持装置23本身的旋转轴线z′或z″旋转时一直在平行于基板面E的平面中移动。因此，在z方向上的移动是不可能的。因为定位装置7、8(见图1)被这样地设置，即装配头6可以在平行于基板面E的平面中移动，所以被传送的元器件3不仅在装配头6的旋转运动时，而且在定位装置的移动运动时一直处于相对于基板面E的相同间距d_z中。该间距d_z的变化通过对应于每个保持装置23的单一驱动装置25实现，该单一驱动装置也可以实现保持装置在z方向上的移动。通过该结构上的设计方案可以灵活地调整保持装置23的相对间距d_x并进而灵活地调整元器件3，同时无需改变在基板面E上元器件3的高度位置。

在图2中仅示出了两个处理装置22。然而，其他的处理装置22同样可以设置在装配头6的基体21上。

根据图3和4来说明在使用上述自动装配机1时来处理多个元器件3的方法的实施例。

该方法可以由此而开始，即装配头6移动到自动装配机1的拾取位置中。图3以俯视图示出了在提取元器件3之前的拾取区域中的装配头6。

两个处理装置22这样彼此相对定位，即两个对应的元器件3可以被同时提取。这通过处理装置22围绕其对应的偏转轴线S′或S″的旋转以及通过装配头6围绕旋转轴线D的旋转来实现。在定位的状态中，保持装置23在x方向及y方向中的相对间距对应于待提取的元器件3的相对间距，两个保持装置23在平行于拾取窗口10的x方向上对齐。

随后，装配头6通过定位装置7、8这样在x-y方向上移动，即两个保持装置23直接位于两个待拾取的元器件3上。

接下来，通过两个单一驱动装置25实现两个保持装置23在z方向上的同时投放运动，从而两个元器件被同时拾取。

在拾取元器件3之后，装配头6移动到自动装配机1的装配区域中。图4示出了在元器件3安置在基板2之前的装配区域中的装配头6。在此，每个元器件3唯一地对应于基板2上的一个装配位置11。

两个处理装置22这样彼此相对定位，即两个由保持装置23保持的元器件3可以被同时放置到基板2上。这也通过处理装置22围绕其对应的偏转轴线S′或S″的旋转以及通过装配头6围绕旋转轴线D的旋转来实现。在定位的状态中，保持装置23的相对间距对应于装配位置11′或11″的相对间距d，也就是保持装置23在x方向和y方向上的间距(d_x或d_y)对应于装配位置11′或11″在x方向或y方向上的间距d_x或d_y，从而为了达到最后的放置位置仅需要在x-y方向上移动装配头6，其中，从该放置位置向外仅仅需要在z方向上实现投放运动。

随后，装配头6通过定位装置7、8这样在x-y方向上移动，即两个保持装置23直接位于两个装配位置11′或11″上。

随后，通过两个单一驱动装置25实现了两个保持装置23在z方向上的同时投放运动，从而两个元器件3可以被同时放置在基板2上。

如果所有的元器件3被定位在其装配位置11上，那么装配头6又移动到拾取区域中，该循环则又重新开始。

有利的是，装配头6在提取元器件3之后以及安置元器件之前向检测装置31(见图1)移动。该检测装置检测所保持的元器件3的位置，从而在放置元器件3之前还可以进行位置校正和角度校正。在此要注意两种可能性：

在检测过程之前要进行处理装置的相对的最终位置的调整。因此，在检测过程之后仅需要通过单一驱动装置25进行些许的角度校正以及仅需要装配头6移动到装配区域中，由此而改善了装配精确度。

可选地，在检测过程之后进行处理装置22的相对的最终位置的调整。由此产生一种可行性方案，为了进行检测，偏转轴线S′或S ″这样地移动，即所保持的元器件3尽可能近和密集地设置在一起。元器件彼此之间的相对间距可以被这样地减小，即在基板面上的垂直投影中，通过包络线包围所有的元器件的面被消减。通过消减用于检测元器件位置所需的面可以使用更紧凑并由此而明显成本低廉的检测装置31。

一旦完成检测过程就进行对处理装置22的相对位置的调整，以及通过单一驱动装置进行相应的角度校正。

不仅在拾取而且在装配元器件3时都产生一种可能性，即顺序地或者并行地执行围绕旋转轴线D和两个偏转轴线S′或S″的调整运动以及定位装置7、8的x-y-运动。

通过平行地进行不同的旋转运动和传送运动以及同时拾取和装配多个元器件3可以明显减少处理时间，从而可以实现自动装配机1的较高的装配效率。

尽管在图3和4中仅示出两个处理装置22，在使用多个处理装置22时同样可以同时拾取两个以上的元器件3或者将其放置在基板2上。

参考标识列表：

1自动装配机

2基板

3元器件

4传送路线

5元器件输送装置

6装配头

7横梁

8框架臂

9元器件皮带

10拾取位置

11装配位置

21基体

22处理装置

23保持装置

24单一偏转驱动装置

25单一驱动装置

31检测装置

E  基板面

D  旋转轴线

S  偏转轴线

d  两个保持装置的相对间距

Claims (10)

1.一种为基板(2)装配元器件(3)的自动装配机(1)，具有：

-装配头(6)，具有

●基体(21)，所述基体围绕垂直于基板面(E)指向的旋转轴线(D)可旋转地设置，

●至少两个处理装置(22)，它们设置在所述基体(21)上并且分别具有用于保持所述元器件(3)的保持装置(23)，

-定位装置(7、8)，所述装配头通过所述定位装置可平行于所述基板面(E)移动，

其中，所述处理装置(22)中的至少一个具有偏转轴线(S)，从而可通过围绕所述偏转轴线(S)的转动改变所述保持装置(23)的相对间距(d)。

2.根据权利要求1所述的自动装配机(1)，其中，至少一个偏转轴线(S)平行于所述旋转轴线(D)设置。

3.根据权利要求1或2所述的自动装配机(1)，其中，至少两个所述处理装置(22)具有单一偏转驱动装置(24)，各个处理装置(22)可以通过所述单一偏转驱动装置围绕其各自的偏转轴线(S)旋转。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动装配机(1)，其中，至少两个处理装置(22)具有其他的单一驱动装置(25)，所述保持装置(23)可以通过该其他的单一驱动装置分别围绕z轴旋转以及在各自的z轴线的方向上移动，所述z轴线平行于所述旋转轴线(D)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动装配机(1)，其中，所述基体(21)相对于所述旋转轴线(D)旋转对称地设计并且所述处理装置(22)被设置在所述基体(21)的边缘区域中。

6.一种用于根据权利要求1所述的自动装配机(1)来处理元器件(3)方法，其中，通过使处理装置(22)围绕各自的偏转轴线(S)旋转来这样地调节保持装置(23)的间距(d)，使得多个所述元器件(3)可被同时处理。

7.根据权利要求6所述的用于处理元器件(3)的方法，其中，

-所述元器件(3)被提供到所述自动装配机(1)的拾取位置(10)上，

-所述保持装置(23)的间距(d)被这样地调节，即多个所述元器件(3)可以同时从其拾取位置(10)通过所述保持装置(23)来取出。

8.根据权利要求6或7所述的用于处理元器件(3)的方法，其中，

-每个元器件(3)唯一地对应一个在所述基板(2)上的装配位置(11)，

-所述保持装置(23)的间距(d)被这样调节，即多个由所述保持装置(23)保持的所述元器件(3)可被同时放置在所述基板(2)上。

9.根据权利要求8所述的用于处理元器件(3)的方法，其中，在调节所述保持装置(23)的间距(d)之后并且在所述元器件(3)被放置在所述基板(2)上之前，所述装配头(6)向用于检测被取出的所述元器件(3)的位置的检测装置(31)移动。

10.根据权利要求8所述的用于处理元器件(3)的方法，其中，

-在将所述元器件(3)放置到所述基板(2)上之前，所述装配头(6)向用于检测被取出的所述元器件(3)的位置的检测装置(31)移动，

-在检测过程之前，所述处理装置(22)这样围绕其偏转轴线(S)旋转，即被取出的所述元器件(3)的相对间距(d)被减小。

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