CN101641008A - 为基板装配元件的自动装配机 - Google Patents

Abstract

一种用于为基板装配元件的自动装配机，包括：门架臂，具有可沿其在X方向移动的第一和第二装配头，为装配区域中的基板装配元件；门架导向装置，其中门架臂可沿门架导向装置在γ方向移动；传送基板的第一和第二传送通道，传送通道平行地在Y方向延伸；提供元件的第一和第二供给区域，第一供给区域直接与第一传送通道相邻和第二供给区域直接与第二传送通道相邻；以及控制单元，其这样配置与设计，即自动装配机可以同步装配模式操纵，在该装配模式下，在位于第一传送通道上的第一基板由第一装配头装配第一元件期间，在相同时间段内，特别是与第一基板同类型的第二基板在第二传送通道上由第二装配头装配第二元件，特别是与第一元件同类型的第二元件。

Description

为基板装配元件的自动装配机

技术领域

本发明涉及一种用于为基板装配元件的自动装配机，包括：-门架臂，具有沿门架臂在X方向上可移动的装配头以用于为位于自动装配机的装配区域中的基板装配元件；门架导向装置，其中门架臂沿门架导向装置在Y方向上是可移动的；用于传送基板的传送通道，其中传送通道在Y方向上延伸；用于提供元件的供给区域，其中供给区域直接与传送通道相邻。

背景技术

这样的自动装配机在现有技术中是已知的。例如日本的公布文献JP 2007-317995A指出了用于为电路板装配电子元件的自动装配机的不同的实施方式。在此，每个自动装配机具有多个门架臂，门架臂各自带有装配头，其中，门架臂各自在平行于各自在自动装配机中的电路板传送通道的方向上是可移动的。

所述的现有技术的缺点在于，不同的门架臂在装配位于自动装配机的装配区域中的基板时也许会相互妨碍，或者说一个门架臂必须等待，直到另一个门架臂从所述第一个门架臂的工作区域中离开。由此，在装配基板时可能会出现延迟，这导致了在装配基板时时间的损失或者说在装配基板时装配率的降低。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种自动装配机，其与现有技术相比能够实现改进的装配率。

该目的通过一种用于为基板装配元件的自动装配机来实现，这种自动装配机包括：

-门架臂，具有沿门架臂在X方向上可移动的第一和第二装配头以用于为位于自动装配机的装配区域中的基板装配元件，

-门架导向装置，其中门架臂沿门架导向装置在Y方向上是可移动的，

-用于传送基板的第一和第二传送通道，其中传送通道彼此平行地基本上在Y方向上延伸，

-用于提供元件的第一和第二供给区域，其中第一供给区域直接与第一传送通道相邻和第二供给区域直接与第二传送通道相邻，

-其中，自动装配机包括控制单元，控制单元这样配置与设计，即自动装配机以同步装配模式是可操纵的或被操纵，在该装配模式下，在位于第一传送通道上的第一基板由第一装配头装配期间，在相同的时间段内，第二基板，特别是与第一基板相同的第二基板，在第二传送通道上由第二装配头装配或可装配。

利用上面所述的自动装配机同步地在两块基板上能进行装配或进行装配，由此自动装配机的利用率得到明显提升，并且因此其每块基板的装配率与来自现有技术的已知的类似的自动装配机相比也得到明显提升。

特别有利的是同步装配两块同类型的基板，这是因为以这种方式，例如通过各自同步地装配到各自基板的相应的装配位置上，可实现同步化的提高和减少装配头相互的等待时间。

基板可以例如是用电子元件或光电元件(例如所谓的“印刷电路板”(PCB))来装配的具有电路的电路板，或也可以是用于电子元件、光电元件、光学元件或例如也是机械的或微机械的元件的类似的基板。相应地，元件可以例如是电子的、电力的、光电的、光学的或也可以是机械的或微机械的零件或元件。

装配头例如可以设计为具有一个用于捡取和传送元件的机械手单元(Greifeinheit)的简单装配头。此外，装配头也可以设计为分别具有多个用于捡取、传送和放置元件的机械手的多装配头。此外，多个机械手例如可以相互平行地布置成所谓的矩阵头或也可以作为所谓的转塔头安装在可旋转地固定在装配头上的机械手单元上。此外，机械手，例如所谓的抽吸式或真空式机械手，例如可以定向为垂直于、倾斜于或也可以平行于可旋转的机械手单元的旋转轴线。

自动装配机的装配区域是这样的区域，在该区域中基板可以由至少一个装配头来装配。

传送通道基本上在Y方向上延伸，例如这可以意味着，传送通道在标准的调整精度的范围内平行于Y方向延伸。此外，传送通道例如也可以具有与Y方向最大为20度的角度偏差，优选为最大10度，进一步优选为最大5度。

第一和第二供给区域例如可以设计成具有多个供给单元(例如是所谓的“供料器”，例如用于在元件带中包装的元件或安置在托架(所谓的“托盘”)上的元件)的所谓的供料器架(Feederbank)或包括这样的供料器架。此外，每个该供给区域例如也可以设计成所谓的晶片供料器以用于从已制造的半导体电路晶片中直接取下半导体元件或包括这样的晶片供料器。两个供给区域的每一个例如可以设计成各自简单关联的区域或由多个部分区域组成的区域。

第一供给区域直接与第一传送通道相邻，例如这意味着，在第一供给区域与第一传送通道之间没有其它传送通道。但是仍然可以设有附加的自动装配机组件，例如用于观察位于装配头上的元件的摄像机或也可以是用于装配头的机械手的转换单元。第二供给区域直接与第二传送通道相邻，例如这同样意味着，在第二供给区域与第二传送通道之间没有其它用于基板的传送通道。如前面已提到地，当然一定可以在第二供给区域与第二传送通道之间存在自动装配机的附加单元，例如像前述的元件摄像机或已述的机械手转换单元。

在利用装配头来装配基板的情况下意味着这样的过程，在该过程中，在装配头上的携带元件的机械手单元相对于基板下降，和随后机械手单元松开元件，并且将元件放置在基板上的为此预定的位置上。

在相同的时间段内，不仅第一基板由第一装配头装配，而且第二基板由第二装配头装配，例如这意味着，上面所述的装配过程在一个时间窗(Zeitfenster)内完成。利用第一装配头装配第一基板如由第二装配头装配第二基板一样在相同的时间段内进行，这也可以进一步地或可替换地(alternativ)意味着，在门架臂相对于门架导向装置的位置保持不变的情况下，利用第一或第二装配头分别把元件装配在第一或第二基板上来完成装配过程。也就是说，门架臂相对于门架导向装置在该时间段内没有移动，在这样的时间段内两个装配头的每一个分别放置一个元件。

此外，同步装配模式可以这样设计：在位于第一传送通道上的第一基板由第一装配头装配第一元件期间，在相同的时间段内，同类型的基板在第二传送通道上由第二装配头装配另一个元件。

进一步地，同步装配模式可以这样设计：在位于第一传送通道上的第一基板由第一装配头装配第一元件期间，在相同的时间段内，与第一基板同类型的相同的基板在第二传送通道上由第二装配头装配与第一元件同类型的另一个元件。

在后一种情况中，自动装配机的每块基板的装配率可以特别有利地得到提高，这是因为通过在同类型的基板上同步装配同类型的元件，在两块基板上的装配过程可以特别好地与门架臂的移动协调一致，并且因此，对于单个装配头的停止-或等待时间可以特别有利地减少。

在一个有利的设计方案中，自动装配机的同步装配模式这样设计：在第一装配头从第一供给区域中捡取元件期间，在相同的时间段内，第二装配头从第二供给区域中捡取第二元件。

在一个特别有利的设计方案中，在第一装配头从第一供给区域中捡取元件时，在相同的时间段内，第二装配头从第二供给区域中捡取与第一元件同类型的第二元件。通过拾取过程的协调，也就是说，通过同时拾取元件，可以进一步优化装配过程。特别有利的是，当能够在相同的时间段内分别拾取同类型的元件时，实现了每块基板的装配率的改进。在拾取过程中，“相同的时间段”概念的相关含义按意义适用于前述在相同的时间段内关于放置的实施例。

进一步地，自动装配机的同步装配模式可以这样设计：第一和第二基板以及第一和第二元件分别是同类型的，并且在第一元件由第一装配头放置在第一基板的第一装配位置上期间，在相同的时间段内，第二元件由第二装配头放置在第二基板的与第一装配位置对应一致的装配位置上。在此，在两块同类型的基板上对应一致的装配位置是各自相应的装配位置。例如这意味着，在上下重叠地放置基板的情况下，该对应一致的装配位置是上下重叠的。

在自动装配机的这种设计方案中，特别有利地改进了自动装配机对于每块被处理的基板的装配率。通过在同类型的基板的相同的位置上应用相同的元件而尽可能地使装配同步化，由此能够尽可能地避免或明显减少一个装配头对于另一个装配头的工作步骤的等待时间。

同步装配模式可以特别有利地这样设计：在第一和第二元件前也这样同步地实施拾取过程，即，在第一元件由第一装配头从在供给区域中的第一拾取位置拾取期间，在相同的时间段内，由第二装配头在第二供给区域中的与第一拾取位置相应的拾取位置上拾取与第一元件同类型的第二元件。以这样的方式，拾取过程和装配过程都能同步地实施，这促成了每块基板的装配率的特别有利的改进。在此，相应的拾取位置例如是第一和第二供给区域的位置，在门架臂未移动的情况下各自的装配头可到达该位置。特别地，相应的拾取位置可以具有在Y方向上基本上相同的位置。

在一个有利的设计方案中，自动装配机可以进一步地这样设计：装配头分别具有至少一个机械手以用于捡取和传送元件，并且这样地设计至少一个该装配头，即至少一个在装配头上的机械手在Y方向上是可移动的。通过至少一个机械手在Y方向上的这种移动能够实现，例如在各自的供给区域中两块基板或拾取位置的偏差通过机械手的这种移动来补偿，而不必使装配头位于其上的那个门架臂移动。

在Y方向上的这种可移动性例如可以由此实现：至少一个机械手位于一个机械手支架上，该机械手支架再可移动地设置在装配头上，也就是说相对于门架臂在Y方向上可移动。此外，至少一个机械手可以例如偏心地安装在可旋转地设置在装配头上的机械手支架上。在这种情况下，机械手的纯粹的Y移动，例如可以通过机械手支架的旋转与在门架臂上的装配头的移动的组合来实现。

装配头例如可以分别设计成水平旋转的转塔头，其中，每个装配头具有至少一个在Z方向上可移动的、用于捡取和放置元件的机械手，并且至少一个机械手偏心地安装在围绕在Z方向上的旋转轴线可旋转地安装在装配头上的机械手支架上。如同前面已阐述的，例如可以利用这种水平旋转的转塔头来实现至少一个机械手在Y方向上相对于门架臂的附加移动。

在一个有利的设计方案中，每个装配头包括多个机械手，在另一个有利的设计方案中分别包括相同数量的机械手。以这种方式可以对元件的拾取过程以及基板的装配过程进行进一步的改进。特别是例如在第一步骤中，两个装配头的所有机械手具有分别同类型的在装配头上的来自于供给区域的相应的位置的元件的布置。在此优选地，可以在门架臂的位置保持不变的情况下由两个装配头分别拾取元件。相应地，也可以在两块基板的相应的位置上以相同的装配顺序进行基板的同步装配，从而由两个装配头完成完全同步的拾取和装配。以这种方式可以几乎完全避免或明显减少装配头相互之间的等待时间。

前述的目的同样由一种用于利用根据前面的描述的自动装配机为基板装配元件的方法来实现，其中，在位于第一传送通道上的第一基板利用第一装配头进行装配期间，在相同的时间段内，第二基板，特别是与第一基板同类型的第二基板，在第二传送通道上由第二装配头装配。有关本说明书描述的装配头和基板的流程、同步性以及布置的实施例在意义方面适用于这里所述的装配过程。所以，该方法也具有在前面的描述中已阐述的有关自动装配机的优点。

该方法可以进一步地这样设计：第一和第二基板是同类型的，并且第一和第二装配头同步地，特别是在门架臂相对于门架导向装置的位置固定的情况下，分别把同类型的元件放置到第一和第二基板的相应的位置上。有关同步装配的实施例，如其在前述描述中已进行地，在此按意义也是适用的。

此外，在第一装配头从第一供给区域中捡取元件期间，在相同的时间段内，第二装配头也可以从第二供给区域中捡取第二元件，特别是与第一元件同类型的第二元件。前述描述的实施例按意义也适用于所述方法的这种设计方案，也特别是与前面所述的同步装配的组合。

在此，在拾取元件的情况下在Y方向上在第一和第二供给区域中的同类型的元件的位置的偏差，和/或在Y方向上在第一和第二基板上的同类型的装配地点的位置的偏差也可以通过在至少一个装配头上的至少一个机械手在Y方向上相对于门架臂的移动是可补偿的或被补偿。同样如前面所实施地，通过机械手在Y方向上相对于门架臂的位置的这种修正可能性，在第一和第二基板上的装配地点或在第一和第二供给区域中的拾取位置的偏差能够得到补偿，而不必在装配头的拾取过程和/或装配头的装配过程期间进行许多非必要的门架臂的移动。

本发明示例性地描述了一种自动装配机，其通过两个安装在门架臂上的装配头实现了从两个拾取区域中拾取元件或将元件装配到两块基板上的基本上完全的同步化。由此，与现有技术相比可以改进对于每块基板的为基板装配元件的装配率(Bestückrate)。

附图说明

下面参照附图进一步地说明本发明。图中示出：

图1以俯视图示出了在门架上带有两个装配头的自动装配机；

图2示出了在图1中所示的自动装配机在拾取元件的情况下的详细视图；

图3示出了在图1中所示的自动装配机在放置元件的情况下的详细视图。

具体实施方式

图1示出了具有机架102的自动装配机100，其中，在机架上安装了用于引导门架臂140的右导向轨142和左导向轨144。门架臂140能够沿导向轨142，144在图1中所示的Y方向上移动。此外，自动装配机100包括右传送通道210，其包括用于位于自动装配机中的右基板220的两条传输轨210。此外，自动装配机100包括左基板传送通道110，其同样包括用于位于自动装配机中的第二左基板120的两条传输轨110。

在图1中，弹簧桌150位于左传送通道110的左侧，多个在图1中未单独示出的用于电子元件的供料单元位于该弹簧桌上，左基板120应被装配或者说被装配电子元件。完全一样地，右供料器架250位于右传送通道210的右侧上，其同样具有多个在图1中未示出的用于电子元件的供料单元，右基板220应被装配或者说被装配电子元件。

图2示出了在图1中所示的自动装配机100的详细视图，其中附图标记是分别对应的。在此，图2也示出了带有右、中和左吸管238，236，234的右装配头230的详细的设计方案，这些吸管安装在图2中平行于所示平面的可旋转的支承单元232上。机械手238，236，234从转盘向下向基板120，220的方向延伸，并且在图2中通过黑点象征性地示出。转盘232围绕圆形的转盘的中心旋转。以相应的方式设计了左装配头130，带有在转盘132上的三个吸管138，136，134，该转盘可围绕设计成圆形的转盘132的中心旋转。

此外，右供料器架250具有用于电子元件A至H的单独的供料单元，其作为水平的区段在图2中示出且用相应的元件标号A至H标出。相应地，左供料器架150也具有用于元件A至H的供料单元，其中，用于一类元件的供料单元在供料器架150，250上总是位于相同的高度，也就是说在Y方向上位于相同的位置上。在图2中同样示出了Y方向。在右基板220上，用于元件A的拾取位置用“A”标出，用于元件C的拾取位置用“C”标出和用于元件D的拾取位置用“D”标出。相应地，在左基板120上在相应的位置上设置用于元件A，C和D的装配位置。右和左基板220，120是同类型的基板，从而使装配位置的地点分别对应。当然，基板120，220的地点在Y方向上具有一个偏差121，从而使各自相应的装配位置在Y方向上相互移位了该偏差121。

图2示出了在通过右和左装配头230，130分别用各自装配头230，130的右吸管238，138来拾取A类元件的情况下的自动装配机100。由于用于A类元件的供料单元在供料器架250，150中具有在Y方向上相同的位置，两个装配头230，130能够在相同的时间段内和在门架臂140的固定位置上拾取元件。随后就以相同的方式，用各自中间吸管236，136拾取元件C以及用左吸管234，134拾取元件D。因此，首先门架臂分别移动，然后各自的转盘232，132和各自的装配头230，130移动，从而能够使相应的元件由相应的吸管来拾取。在拾取过程中，门架臂140在Y方向上的位置在这里也总是保持不变。

图3示出了在通过右和左装配头230，130放置元件A的情况下的自动装配机100。在此，门架臂140移动从而使在左转盘132的位置固定的情况下，左装配头130的右吸管138将用右吸管138(与图2的说明相对应)所捡取的元件A放置在左基板120上设置用于元件A的装配位置上。

为了补偿右基板220在Y方向上相对于左基板的偏差121，使右吸管载体232逆时针地旋转，直至使由右装配头230的右吸管238所捡取的元件A在门架臂140不移动的情况下也可放置到在移位的右基板220上用于元件A的装配位置上。分别位于中和左吸管236，136，234，134上的元件C和D也能够以这种方式被放置到在基板220，120上的相应的装配位置上。在门架臂140的位置固定的情况下，将同类型的元件再次同步地放置在基板220，120的相应的装配位置上，其中，基板220，120在Y方向上的偏差121通过右装配头230的吸管载体232的相应的旋转和也可能是左装配头130的吸管载体132的旋转以及装配头230，130在门架臂140上的相应的定位得到补偿。

以这样的方式在所示为相同的基板220，120上可以使装配过程完全同步化，从而使两个一类的元件在门架臂140的位置上在相同的时间段内可由两个装配头230，130捡取。同样地，在相同的时间段内门架臂140的位置总是保持不变的情况下，将相同的元件放置到同类的基板220，120的相应的装配位置上。

Claims (9)

1.一种用于为基板装配元件的自动装配机(100)，包括：

门架臂(140)，具有沿所述门架臂(140)在X方向上可移动的第一和第二装配头(130，230)以用于为位于所述自动装配机的装配区域中的基板(120，220)装配元件，

门架导向装置(142，144)，其中所述门架臂(140)沿所述门架导向装置(142，144)在Y方向上是可移动的，

用于传送基板的第一和第二传送通道(110，210)，其中所述传送通道(110，210)彼此平行地基本上在Y方向上延伸，

用于提供元件的第一和第二供给区域(150，250)，其中所述第一供给区域(150)直接与所述第一传送通道(110)相邻和所述第二供给区域(250)直接与所述第二传送通道(210)相邻，

其中，

所述自动装配机(100)包括控制单元，所述控制单元这样配置与设计，即所述自动装配机(100)以同步装配模式是可操纵的或被操纵，在所述装配模式下，在位于所述第一传送通道(110)上的第一基板(120)由所述第一装配头(130)装配第一元件期间，在相同的时间段内，第二基板(220)，特别是与所述第一基板同类型的第二基板(220)，在所述第二传送通道(210)上由所述第二装配头(230)装配或可装配第二元件，特别是与所述第一元件同类型的第二元件。

2.根据权利要求1所述的自动装配机，其特征在于，在所述自动装配机的所述同步装配模式下，在所述第一装配头(130)从所述第一供给区域(150)中捡取元件期间，在相同的时间段内，所述第二装配头(230)从所述第二供给区域(250)中捡取第二元件，特别是与所述第一元件相同的第二元件。

3.根据权利要求1或2所述的自动装配机，其特征在于，在执行所述同步装配模式的情况下，所述第一和第二基板(120，220)以及所述第一和第二元件是分别相同的，并且在所述第一元件由所述第一装配头(130)放置在所述第一基板(120)的第一装配位置上期间，在相同的时间段内，所述第二元件由所述第二装配头(230)放置在所述第二基板(220)的与所述第一装配位置对应一致的装配位置上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动装配机，其特征在于，所述装配头(130，230)分别具有至少一个机械手(134，136，138，234，236，238)以用于捡取和传送元件，并且这样地设计至少一个所述装配头(130，230)，即所述至少一个在所述装配头上的机械手(134，136，138，234，236，238)在Y方向上是可移动的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动装配机，其特征在于，所述装配头(130，230)分别设计成水平旋转的转塔头，并且每个所述装配头(130，230)具有至少一个在Z方向上可移动的、用于捡取和放置元件的机械手(134，136，138，234，236，238)，并且所述至少一个机械手(134，136，138，234，236，238)偏心地安装在围绕在Z方向上的旋转轴线可旋转地安装在所述装配头(130，230)上的机械手支架(132，232)上。

6.一种用于利用根据前述权利要求中任一项所述的自动装配机为基板装配元件的方法，其特征在于，在位于所述第一传送通道(110)上的所述第一基板(120)利用所述第一装配头(130)进行装配期间，在相同的时间段内，所述第二基板(220)，特别是与所述第一基板同类型的第二基板(220)，在所述第二传送通道(210)上由所述第二装配头(230)装配。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一和第二基板(120，220)是同类型的，并且所述第一和第二装配头(130，230)同步地，特别是在所述门架臂(140)相对于所述门架导向装置(142，144)的位置固定的情况下，分别把同类型的元件放置到所述第一和第二基板(120，220)的相应的位置上。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述第一装配头(130)从所述第一供给区域(150)中捡取元件期间，在相同的时间段内，所述第二装配头(230)从所述第二供给区域(250)中捡取第二元件，特别是与所述第一元件同类型的第二元件。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，在拾取元件的情况下在Y方向上在所述第一和第二供给区域(150，250)中的同类型的元件的位置的偏差，和/或在Y方向上在所述第一和第二基板(120，220)上的同类型的装配地点的位置的偏差(121)通过在至少一个所述装配头(130，230)上的至少一个机械手(134，136，138，234，236，238)在Y方向上相对于所述门架臂(140)的移动是可补偿的或被补偿。

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