CN101356870B - 为衬底配备电气元件的方法和自动装配机 - Google Patents

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Abstract

一种为衬底(2)配备电气元件的方法，所述方法应用于自动装配机(1)，在所述自动装配机中，待装配衬底(2)布置在装配平面内，所述自动装配机具有可平行于所述装配平面进行移动的装配头(5)，所述装配头具有定子(12)、可相对于所述定子(12)进行转动的转子(13)和至少两个元件抓持器，所述元件抓持器在所述转子(13)上的布置方式使其位于平行于所述装配平面的平面内，其特征在于，所述转子(13)将下一个将要把元件安放在所述衬底(2)上的装配位置(4)上的元件抓持器(14)从第一起始位置转动到第一工作位置，所述第一工作位置与所述装配位置(4)之间的距离小于所述第一起始位置与所述装配位置(4)之间的距离。

Description

为衬底配备电气元件的方法和自动装配机
技术领域
本发明涉及一种为衬底配备电气元件的方法和一种用于实施所述方法的自动装配机。
背景技术
EP-1072181中公开过一种自动装配机，这种自动装配机将待装配衬底布置在一个装配平面内。借助可平行于这个装配平面进行移动的装配头为衬底配备电气元件。装配头具有一个定子、一个可相对于定子进行转动的转子和多个元件抓持器，这些元件抓持器位于平行于所述装配平面的平面内。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配方法和一种相应的自动装配机，借助于这二者可提高装配效率。
这个目的通过根据独立权利要求所述的装配方法和自动装配机而达成。从属权利要求涉及的是有利实施方案。
根据独立权利要求1所述的用于自动装配机的装配方法，在这种自动装配机中，待装配衬底布置在一个装配平面内。这种自动装配机包括一个可平行于装配平面进行移动的装配头，装配头具有一个定子和一个可相对于定子进行转动的转子。装配头的转子上布置有至少两个元件抓持器，且其布置方式使得这些元件抓持器位于一个平行于装配平面的平面内。所述方法的特征在于，转子将下一个将要把元件安放在衬底上的装配位置上的元件抓持器从第一起始位置转动到第一工作位置，第一工作位置与装配位置之间的距离小于第一起始位置与装配位置之间的距离。转子将下一个将要在衬底上实施装配过程的元件抓持器相对于定子旋转到第一工作位置，第一工作位置比所述元件抓持器在转动之前所处的第一起始位置更接近于衬底上的装配位置，由此可大幅缩短装配头到达装配位置所需移动的距离。由于待安装元件的数量多数情况下都很大，因而总体上可使装配效率得到显著提高。
根据权利要求2所述的方法的有利实施方案，转子的转动方式使得至少有两个元件抓持器可同时将各自的元件安放在衬底上。因此，所述至少两个元件抓持器在第一工作位置上相对于衬底的布置方式，使其在到达相应的装配位置后可同时在衬底上安装元件。其实现方式例如为，使衬底上的至少两个装配位置的相对位置关系与所述转子上的相应的元件抓持器的相对位置关系相同。通过这种方式可进一步提高装配效率。
根据权利要求3所述的方法的有利实施方案，转子将下一个将要从用于提供元件的给料设备的取料位置上拣取元件的元件抓持器从第二起始位置转动到第二工作位置，其中，第二工作位置与取料位置之间的距离小于第二起始位置与取料位置之间的距离。与装配过程相同，通过这种方式也能缩短装配头在从自动装配机的给料设备上拣取元件时所需移动的距离。借此可进一步提高自动装配机的装配效率。
根据权利要求4所述的实施方案，在从给料设备上拣取元件的过程中，转子的转动方式使得至少有两个元件抓持器可同时从元件供给设备上拣取元件。借此可进一步提高装配效率。因此，所述至少两个元件抓持器在第二工作位置上相对于给料设备的布置方式，使其在到达相应的取料位置后可同时从给料设备上拣取元件。其实现方式(例如)为，使给料设备上的至少两个取料位置的相对位置关系与所述转子上的相应元件抓持器的相对位置关系相同。通过这种方式可进一步提高装配效率。
根据权利要求5和6所述的方法的实施方案，在装配头朝装配位置或取料位置移动的过程中，转子使元件抓持器发生转动。这两种运动的重叠可带来时间优势，从而对自动装配机的装配效率产生有利影响。
根据权利要求7所述的方法的实施方案，元件抓持器在旋转驱动装置的作用下绕其纵轴以与转子相反的旋转方向相对于转子转动一个相同的旋转角。转子的转动会使元件抓持器所抓持的元件相对于衬底的角位置发生变化，通过元件抓持器绕其纵轴以相反方向转动相同角度，可对此进行补偿，从而使元件相对于衬底的角位置保持不变。根据有利方案，元件抓持器的这种绕纵轴转动与转子的转动同时进行，这样就不会耽误时间。元件到达装配位置时，可以预定的角位置将元件直接安放在衬底上，而无需进行校正。
权利要求8至14涉及的是一种具有控制设备的自动装配机，这种自动装配机建构为用于实施根据权利要求1至7所述的方法。有关自动装配机的优点，请参见相应的方法权利要求。
附图说明
下面借助附图对所述装配方法和自动装配机进行详细说明，其中：
图1为自动装配机的示意图；
图2A、2B、2C为自动装配机的装配头的示意图；以及
图3至图9为装配方法的原理图。
具体实施方式
图1显示的是用于为衬底配备电气元件的自动装配机1的示意图。待装配衬底2被输送设备3(例如输送带)沿输送方向(箭头X)输送到自动装配机1上的装配位置上。处于装配位置的衬底2布置在装配平面内。衬底2具有多个确定的装配位置4(用星号表示)，这些装配位置上可安放电气元件。为此，自动装配机1具有装配头5，装配头5可在衬底2上方的平行于装配平面的平面内移动。装配头5以可移动(箭头X)的方式布置在定位臂6上。定位臂6自身也以可移动(箭头Y)的方式安装在支架7上，支架7垂直于输送方向横跨输送设备3。
为能对装配过程进行控制，自动装配机1具有与装配头5和定位臂6耦合的控制设备8。在此情况下，控制设备8可对装配头5上的所有过程进行控制，以及通过定位臂6对装配头5的移动进行控制。
输送线旁边的给料区内设置有用于提供电气元件的给料设备9。给料设备9通过一个或多个取料位置10(用星号表示)为装配头5提供元件。因此，对衬底2进行装配之前，装配头5须先移动到给料区，从取料位置10上拣取元件。随后再使装配头5移动到一个备有待装配衬底2的装配区内。元件在装配区内被安放到衬底2上的装配位置4上。
图2A和图2B显示的是定位臂6、固定在定位臂上的装配头5和待装配衬底2的侧面透视图。图2C显示的是装配头5的垂直于装配平面方向的简化视图。
装配平面由衬底2的待装配表面定义。装配头5以可移动(箭头X)的方式安装在设置在定位臂6上的直线导引装置11上(参见图2A)。装配头5具有定子12和可相对于定子12进行转动的转子13，转子上布置有多个用于抓持元件(未作图示)的元件抓持器14。其中，元件抓持器14在转子13上的布置方式使得元件抓持器14处于平行于衬底2的装配平面的平面内(参见图2B)。元件抓持器14的纵轴A垂直于装配平面或衬底表面。每个元件抓持器14均可在垂直于装配平面的方向(箭头Z)上单独移动或单独下降，以便从给料设备上拣取元件或将元件安放在衬底2上(参见图2B)。如图2C所示，每个元件抓持器14均可借助自有的旋转驱动装置(未作图示)绕其纵轴A单独进行相对于转子13的转动。
如上文联系图1所说明的那样，自动装配机1具有用于控制装配过程的控制设备8。下面借助图3至图9对这种装配方法的实施例进行详细说明。图3至图9以简化示意图的形式对装配头5和待装配衬底2进行图示。为清楚起见，附图仅对装配头5上的转子13、较少数量的元件抓持器14和定子12进行了图示。衬底2简单地用矩形表示，其中，可由装配头5安放元件的装配位置4用圆点表示。此外，抓持有元件的元件抓持器14用阴影圆表示，未抓持有元件的元件抓持器14用空心圆表示。图3至图9显示的是装配头5和衬底2的垂直于装配平面方向的俯视图。
图3所示的装配头5相对于衬底2处于第一起始位置。用实心圆表示的元件抓持器14是下一个将要将其所抓持的元件安放在衬底2上的相应装配位置4上的元件抓持器14。处于第一起始位置的元件抓持器14与衬底2上的装配位置4之间的间隔距离为D1。如果带有元件的元件抓持器14在保持其相对于定子12的位置的情况下(即转子13不发生转动)仅通过沿直线轴X和Y进行移动来朝装配位置4移动，元件抓持器14就须沿Y轴方向移动距离Y1，沿X轴方向移动距离X1。图4显示的是到达取料位置10后的装配头5。
实施如图5和图6所示的装配方法时，转子13使得用阴影圆表示的元件抓持器14，即下一个将要把元件安放在衬底2的相应装配位置4上的元件抓持器14，相对于定子12转动旋转角α从第一起始位置(参见图3)转动到第一工作位置，第一工作位置与装配位置4之间的距离D1′小于第一起始位置与装配位置4之间的距离D1。处于第一工作位置的元件抓持器14只需移动距离Y1′和X1′就可到达装配位置4，距离Y1′和X1′明显比图3所示的距离Y1和X1短。转子13的转动(例如)可在装配头5朝装配位置4移动之前进行。转子13的转动优选在装配头5朝装配位置4移动的过程中进行。通过转子13和装配头5同时进行的转动和移动可节省时间，从而使装配效率得到提高。为能使装配头5到装配位置4的移动距离最小化，可将与装配位置4之间距离最短的位置选定为第一工作位置。在图5所示的实施例中，当装配位置4、元件抓持器14或第一工作位置和转子13的旋转轴成一直线时，就可实现装配头5到装配位置4的移动距离的最小化。
图6显示的是到达装配位置4时的装配头5。
元件抓持器14可在其旋转驱动装置(未作图示)的作用下绕其旋转轴A(图2B)以与转子13相反的旋转方向转动同一旋转角|α|。借此可使元件相对于衬底2的角位置在达到装配位置4时保持不变。元件抓持器的这种绕其旋转轴A的转动优选与转子13的转动同时进行。
图7、图8和图9显示的是同时在衬底2上安装两个元件的装配方法的实施方案。图7所示的装配头5的相应元件抓持器14(阴影圆)上抓持有两个元件。每个元件均分配有一个布置在衬底2上的装配位置4(用箭头表示)。在所示实施例中，两个装配位置4之间的距离B1与固定在两个元件抓持器上的元件之间的距离B2相同。图7所示的装配头5的元件抓持器14或转子13相对于定子12或装配位置4处于第一起始位置。在转子13不发生转动，即保持在第一起始位置上的情况下，须依次将这些元件一个接一个地安放到位于衬底2上的相应装配位置4上。
从图7所示的第一起始位置出发，通过使用本发明的装配方法可显著提高装配效率。为此，如图8所示，需使这两个将要把元件安放在相应装配位置4上的元件抓持器14相对于定子12转过旋转角β从第一起始位置(参见图7)转动到第一工作位置。处于第一工作位置的元件抓持器14与相应装配位置4之间的距离D1′、D2′小于处于第一起始位置的元件抓持器14与这些装配位置4之间的距离D1、D2(参见图7)。在第一工作位置上，所述元件抓持器14相对于各装配位置4的所处位置使其可同时将复数个元件安放在衬底2上。到达装配位置4后，这些元件被同时安放在各装配位置4上。图9对此进行了图示。
通过装配方法的这种实施方案可在两方面提高装配效率。其一，装配头5到达装配位置4之前所需移动的距离大幅缩短，通过将图7与图8进行对比可明确说明这一点。其二是可同时安装两个元件。
此处的元件抓持器14也可在其自有旋转驱动装置(未作图示)的作用下绕其旋转轴A以与转子13相反的旋转方向转动相同的旋转角|β|。借此可使元件相对于衬底2的角位置在到达装配位置4时保持不变。
如果将图4和图6进行对比，就可发现所述装配方法的另一优点。在装配头5朝装配位置4移动的过程中，如果转子13不发生相应转动，装配头5的移动范围在衬底尺寸相同的情况下就必然大于使用本发明的装配方法时的移动范围。由此产生的缺点是，在衬底尺寸相同的情况下须大幅增大定位系统(由定位臂6和支架7构成)的尺寸，这会增大自动装配机1的尺寸，从而使成本上升。
如图1所示，自动装配机的边侧布置有用于提供电气元件的给料设备9。这个给料设备通过确定的取料位置10为装配头5提供元件。因此，上文借助图3至图9加以说明的装配方法也可以相同的方式转用到取料过程上。其中，转子13使下一个将要从给料设备9的取料位置10上拣取元件的元件抓持器14从第二起始位置转动到第二工作位置，第二工作位置与取料位置10之间的距离小于第二起始位置与取料位置10之间的距离。可以类似于图3至图9所示的处理步骤的方式从给料设备9上拣取元件。其中，可将图3至图9所示的衬底2视为给料设备9，将用圆点表示的装配位置4视为取料位置10。
如果给料设备9通过不同的取料位置10同时提供多个元件，并且两个取料位置10之间的距离与装配头5上的将要拣取元件的元件抓持器14之间的距离完全相同，就可同时进行元件的拣取。为此须以类似于图7至图9所示的装配过程的方式使转子13转动到相对于取料位置10的位置，在这个位置上可同时拣取两个元件。通过将所述装配方法的应用范围以上述方式扩展到取料过程上，可进一步提高自动装配机1的效率。

Claims (14)

1. 为衬底(2)配备电气元件的方法，用于一种自动装配机(1)，在所述自动装配机中，待装配衬底(2)布置在一个装配平面内，所述自动装配机具有一个可平行于所述装配平面进行移动的装配头(5)，所述装配头具有一个定子(12)、一个可相对于所述定子(12)转动的转子(13)和至少两个元件抓持器(14)，所述元件抓持器在所述转子(13)上的布置方式使其位于一个平行于所述装配平面的平面内；其中，所述方法的特征在于，所述转子(13)将下一个将要把元件安放在所述衬底(2)上的装配位置(4)上的元件抓持器(14)从第一起始位置转动到第一工作位置，所述第一工作位置与所述装配位置(4)之间的距离小于所述第一起始位置与所述装配位置(4)之间的距离。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述转子(13)的转动方式使得至少有两个元件抓持器(14)可同时将各自的元件安放在所述衬底(2)上。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述转子(13)将下一个将要从用于提供元件的给料设备(9)的取料位置(10)上拣取元件的元件抓持器(14)从第二起始位置转动到第二工作位置，其中，所述第二工作位置与所述取料位置(10)之间的距离小于所述第二起始位置与所述取料位置(10)之间的距离。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述转子(13)的转动方式使得至少有两个元件抓持器(14)可同时从所述给料设备(9)上拣取各自的元件。
5. 根据权利要求1至2中之一所述的方法，其中，在所述装配头(5)朝所述装配位置(4)移动的过程中，所述转子(13)使所述元件抓持器(14)发生转动。
6. 根据权利要求3至4中之一所述的方法，其中，在所述装配头(5)朝所述取料位置(10)移动的过程中，所述转子(13)使所述元件抓持器(14)发生转动。
7. 根据权利要求1、2和5中之一所述的方法，其中，所述元件抓持器(14)在一个旋转驱动装置的作用下绕自身纵轴以与所述转子(13)相反的旋转方向相对于所述转子(13)转动相同的旋转角度。
8. 用于为布置在一装配平面内的衬底(2)配备电气元件的自动装配机(1)，包括：
一个可平行于所述装配平面进行移动的装配头(5)，所述装配头具有一个定子(12)、一个可相对于所述定子(12)进行转动的转子(13)和至少两个元件抓持器(14)，其中，所述元件抓持器(14)在所述转子(13)上的布置方式使其位于一个平行于所述装配平面的平面内，以及
一个控制设备(8)，在所述控制设备的作用下，所述转子(13)将下一个将要把元件安放在所述衬底(2)上的装配位置(4)上的元件抓持器(14)从第一起始位置转动到第一工作位置，所述第一工作位置与所述装配位置(4)之间的距离小于所述第一起始位置与所述装配位置(4)之间的距离。
9. 根据权利要求8所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式可使所述转子(13)发生转动，且其转动方式使得至少有两个元件抓持器(14)可同时将元件安放在所述衬底(2)上。
10. 根据权利要求8所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式使得：所述转子(13)将下一个将要从用于提供元件的给料设备(9)的取料位置(10)上拣取元件的元件抓持器(14)从第二起始位置转动到第二工作位置，所述第二工作位置与所述取料位置(10)之间的距离小于所述第二起始位置与所述取料位置(10)之间的距离。
11. 根据权利要求10所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式可使所述转子(13)发生转动，且其转动方式使得至少有两个元件抓持器(14)可同时从给料设备(9)上拣取元件。
12. 根据权利要求8至9之一所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式使得：在所述装配头(5)朝所述装配位置(4)移动的过程中，所述转子(13)使所述元件抓持器(14)发生转动。
13. 根据权利要求10至11之一所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式使得：在所述装配头(5)朝所述取料位置(10)移动的过程中，所述转子(13)使所述元件抓持器(14)发生转动。
14. 根据权利要求8、9和12之一所述的自动装配机(1)，其中，所述控制设备(8)的建构方式可使所述元件抓持器(14)在一个旋转驱动装置的作用下绕自身纵轴以与所述转子(13)相反的旋转方向相对于所述转子(13)转动相同的旋转角度。
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