CN107671854B - 拾取和放置设备中的无线信号传输 - Google Patents

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Abstract

一种拾取和放置设备具有旋转转台和布置在旋转转台上用于在拾取和放置操作期间拾取和放置电子装置的多个拾取臂。一种无线传输系统包括：安装到旋转转台上的传输定子和传输转子，在传输定子与传输转子之间有气隙，使得传输转子能够相对于传输定子旋转。用于在拾取和放置操作期间致动至少一个拾取臂的至少一个电动机与传输转子可操作地耦合。传输定子和传输转子被配置成越过气隙无线地传输数据信号，用于驱动至少一个电动机以致动至少一个拾取臂。

Description

拾取和放置设备中的无线信号传输
技术领域
本发明涉及用于拾取和放置电子装置的拾取和放置设备，特别涉及拾取和放置设备中的无线通信，例如电信号和/或电力的传输。
背景技术
在面向降低成本和减小形状因数的发光二极管（“LED”）封装设计的快节奏发展中，芯片级封装（“CSP”）的开发越来越普遍，它们是倒装芯片接合LED裸片，在封装底部有露出的PN结，并且通过5面硅磷光体涂层发光。
传统的LED装置处理程序需要从晶圆框架中拾取LED单元、检查、对准、然后将这些LED单元放置在载带上。在这种过程中，有必要避免LED单元上的机械压力导致硅磷光体的变形，这将潜在地影响其光学性质。还有必要避免在取向期间将LED单元放置在对准模块上，这将有可能划伤LED单元的底表面并损坏暴露的PN结。因此，转台上的多个拾取臂有利于校正LED单元的角度对准而无需外部机械接触，其中每个拾取臂具有独立旋转能力。
现有设计采用不同的方法来避免损坏LED单元。一种方法是使用滑环模块传送电信号和电力，以通过物理传导接触来控制多个电动机通道。然而，由于操作中的摩擦，存在滑环组件的寿命缩短的不利影响，滑环组件也难以更换。另一种方法是使电动机与齿轮的接合和分离使LED单元定向。在执行保持在拾取臂上的LED单元的x、y和θ位置偏移的光学检查之后，转台臂将转位到具有齿轮和电动机的下一个工作站以接合拾取臂，以便校正LED单元的θ位置。但是，这种方法会严重降低机器的吞吐量。
引入有助于避免现有技术方法的上述缺点的无线传输系统将是有益的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是寻求提供一种适于无线地将通信发送到末端执行器的拾取和放置系统的无线传输系统。
因此，本发明提供一种拾取和放置设备，包括：旋转转台和布置在旋转转台上的用于在拾取和放置操作期间拾取和放置电子装置的多个拾取臂；安装在旋转转台上的传输定子和传输转子，以及传输定子和传输转子之间的气隙，使得传输转子相对于传输定子可旋转；以及用于在拾取和放置操作期间致动至少一个拾取臂的至少一个电动机，所述至少一个电动机和所述至少一个拾取臂可操作地耦合到所述传输转子；其中所述传输定子和所述传输转子被构造成越过所述气隙中无线地传输数据信号，以驱动所述至少一个电动机来致动至少一个拾取臂。
以下通过参照示出本发明的具体优选实施例的附图更详细地描述本发明将是方便的。附图和相关描述的特殊性不应被理解为取代由权利要求限定的本发明的广泛识别的一般性。
附图说明
现在将参考附图描述根据本发明的拾取和放置设备的示例，如下所述。
图1是根据本发明优选实施例的转台电动机组件的等距视图。
图2是图1的转台电动机组件的剖视侧视图。
图3A和3B分别是包括在图1的转台电动机组件中的拾取臂组件的侧视图和等距视图。
图4示出了包括无线传输系统的转台电动机组件的主要部分。
图5是根据本发明的优选实施例的无线传输模块的侧视图。
图6是强调无线传输模块的主要部分的功能图。
图7是无线传输模块的仅定子侧的等距视图。
图8是无线传输模块的仅转子侧的等距视图。
图9是表示无线传输模块的各个电力和信号传输部的功能框图。
图10是表示无线传输模块中包含的印刷电路板的功能的功能框图。
图11是表示可以与本发明的优选实施例一起使用的匹配电路的电路图。
具体实施方式
图1是根据本发明的优选实施例的转台电动机组件10形式的拾取和放置设备的等距视图。转台电动机组件10通常包括旋转转台和旋转电动机12，旋转电动机12以单向旋转运动驱动布置在旋转转台上的多个拾取臂14。拾取臂14可操作以在拾取和放置操作期间拾取和放置电子装置。在所示的实施例中，示出了六个旋转拾取臂14。
可以是步进电动机16的形式的电动机和拾取臂夹头18安装在每个拾取臂14上。拾取臂夹头18位于拾取臂14的远端并适于保持电子装置并将电子装置定位到沿着拾取臂夹头18的旋转路径定位的各个处理站。每个步进电动机16可操作以致动对应的拾取臂14。特别地，每个步进电动机16驱动拾取臂14上的拾取臂夹头18旋转以调节其所保持的电子装置的取向。
无线传输模块20安装在旋转转台的旋转电动机12的顶部，并且被配置为将电信号和数据信号无线地传输到步进电动机16。电信号和数据信号的无线传输允许旋转拾取臂14单向旋转，而没有使用物理电缆和电线所面临的局限性，例如不必要的缠结。
图2是图1的转台电动机组件10的剖视侧视图。具体地，示出了转台电动机组件10的信号传输路径。无线传输模块20包括传输定子22和传输转子24，传输转子24构造成相对于传输定子22可旋转。步进电动机16和旋转拾取臂14可操作地耦合到传输转子24上以便与传输转子24一起旋转。电力和数据信号首先输入到传输定子22中，并且由传输转子24无线地接收。依次地，传输转子24通过传输电缆26电连接到相应的步进电动机16，传输电缆26将所述电力和数据信号传输到步进电动机16，用于驱动步进电动机16。通过驱动步进电动机16，在相应的拾取臂14的端部处的拾取臂夹头18可以被致动以旋转，以便调节由拾取臂夹头18保持的电子装置的取向。
图3A和3B分别是包括在图1的转台电动机组件10中的拾取臂组件的侧视图和等距视图。步进电动机带轮28附接到步进电动机16上，夹头带轮30附接到拾取臂夹头18上。同步带32可操作地连接步进电动机带轮28和夹头带轮30。当步进电动机带轮28与步进电动机16串联旋转时，它驱动同步带32移动并驱动夹头带轮30旋转，从而相应地旋转拾取臂夹头18。
图4示出了包括无线传输系统的转台电动机组件10的主要部分。无线传输模块20具有电源转换器34形式的电源和分别从外部源（未示出）接收电力和信号输入的数据输入/输出模块36。这种电力和信号输入首先由传输定子22接收，传输定子22然后将其无线传输到传输转子24。位于传输转子24中的步进驱动器和控制器42用于驱动和控制多个步进电动机16。
图5是根据本发明的优选实施例的无线传输模块20的侧视图。传输定子22包括定子侧变压器46，传输转子24包括转子侧变压器48，各变压器46,48被构造成通过传输定子22和传输转子24之间的气隙52传输电力。可以是空气电容器50形式的电容器也分别位于传输定子22和传输转子24两者上，用于越过气隙52无线地传输数据。
用于上述无线电力和信号通信的关键元件具有两个主要部分，分别包括变压器46,48和空气电容器50。每个变压器46,48被配置成使得其可以具有高达50W的功率传递能力。
空气电容器50用于电信号通信。差分电容耦合用于形成往返路径。两对差分电容耦合路径用于全双工通信。低阻抗差分输入接收器用于共模噪声抑制和增强信号完整性。电容耦合路径还用作传输定子22和传输转子24之间的隔离屏障，这进一步改善了信号与环境共模噪声（如电动机噪声）的隔离。
定子侧和转子侧之间的气隙52被设计在大约0.65mm的间隔距离处，从而可以确保闭环电磁耦合路径。此外，它确保电能可以以最大工作电压48V成功耦合到转子铁芯。
图6是强调无线传输模块20的主要部分的功能图。电力被输入到功率转换器34，然后输入到全桥逆变器56。匹配电路58适于将电力输送到包括在定子侧变压器46中的圆形铁氧体罐式磁芯变压器60，匹配电路58被配置为使功率传递的效率最大化。
每个变压器46,48由圆形铁氧体罐式磁芯变压器60,80形成。使用李兹线绕组优化线圈绕组方法，以使由于邻近效应引起的交流（“AC”）电阻最小化，并使对于低操作谐振频率漏电感最大化，这也允许由于其在低频下的操作而导致的较低的AC电阻。谐振模式与附加电容器一起使用，以提高电力传递效率，并产生低EMI噪声。此外，为了最大化无线传输系统的能量传递效率，优选将两个磁芯之间的同心度控制在+/- 0.5mm内。
另外，数据输入/输出模块36连接到微处理器54，微处理器54以差分发送器62以及全桥逆变器56的形式向信号发送器提供命令信号。除了通过差分发送器62发送数据信号外，微处理器54还从差分接收器64接收数据反馈信号。空气电容器50中包括一系列无线链路66,68，用于通过气隙52无线地发送数据信号。无线链路66,68耦合到差分发送器62和差分接收器64。相应地，包括位于定子侧铁氧体罐式磁芯变压器60中的初级线绕组和位于转子侧铁氧体罐式磁芯变压器80中的次级线绕组的李兹线绕组78配合以产生电磁相互作用，这使得由于通过铁氧体罐式磁芯变压器60,80产生的磁通线而通过气隙52产生电力。
在传输转子24上，差分接收器70形式的信号接收器和差分发送器72形式的信号发送器被配置成分别从差分发送器62和差分接收器64接收和发送数据信号。这样的数据信号被发送到另一个微处理器74，该另一个微处理器74产生单独的数据输入/输出76，其可以由传输定子22中的微处理器54用作反馈信号。无线接收/发送的其他数据可以用于安装在需要它们的转台电动机组件10上的其它电气部件，例如位置编码器。
在传输转子24的铁氧体罐式磁芯变压器80中，经由李兹线绕组78产生电流。电流被馈送到匹配电路81以及连接到电动机驱动器84的全桥整流器82。电动机驱动器84可操作以根据从差分接收器70接收的数据输入信号来驱动和控制多个步进电动机16。不用于步进电动机16的多余的电力输出86可用于需要它的、安装在转台电动机组件10上的其他电气部件，例如检查相机（未示出）。
图7是仅位于无线传输模块20的定子侧的传输定子22的等距视图。其示出了定子侧变压器46和空气电容器50分别同心地布置在用于发送电力和数据信号的传输定子22上。空气电容器50包括彼此间隔开用于全双工通信的金属环形式的两对差分电容耦合路径，从而提高共模噪声抗扰度。
图8是仅位于无线传输模块20的转子侧的传输转子24的等距视图。类似地，示出了转子侧变压器48和空气电容器50分别同心地布置在传输转子24上用于接收电力和数据信号。传输转子24上的空气电容器50的两对差动电容耦合路径与布置在传输定子22上的那些成镜像。
图9是示出无线传输模块20的各个电力和信号传输部分的功能框图。在该视图中，传输定子22和传输转子24已经相对于前面的图示顺时针旋转，以示出各个传输部分。在电力方面，功率转换器34将电力输入传送到全桥逆变器56和匹配电路58。定子侧罐式磁芯变压器60和转子侧罐式磁芯变压器80由气隙52隔开。安装在各个罐式磁芯变压器60,80中的李兹线绕组78允许在转子侧罐式磁芯变压器80中产生电力，然后将其传输到传输转子24上的匹配电路81和全桥整流器82。电力输出86通过传输电缆26传导，以为步进电动机16和需要电力供电的其它电气部件供给电力。
关于数据信号，数据输入/输出模块36连接到微处理器54，微处理器54将数据命令发送到差分发送器62并从差分接收器64接收数据。差分发送器62和差分接收器64耦合到包括在空气电容器50中的无线链路，用于通过气隙52无线地发送信号。传输转子24上的差分接收器70和差分发送器72分别从差分发送器62接收数据并将数据分别发送到传输定子22上的差分接收器64 。
微处理器74处理数据并用于向电动机驱动器84发送命令以驱动步进电动机16，并且还被配置为提供数据输入/输出76，其可以由传输定子22的微处理器54用作反馈。
图10是示出在无线传输模块中所包括的多个印刷电路板88,90,92,94,96的功能的功能框图。如图10所示，包括功率转换器34、全桥逆变器56和匹配电路58的第一印刷电路板88和包括微处理器54、差分发送器62和差分接收器64的第二印刷电路板90安装在传输定子22上。
包括差分接收器70和差分发送器72的第三印刷电路板92和包括微处理器74和电动机驱动器84的第四印刷电路板94安装在传输转子24上。此外，包括匹配电路81和全桥整流器82的第五印刷电路板96也安装在传输转子24上。以分层结构布置多个印刷电路板88,90,92,94,96利于无线传输模块20的更紧凑和整齐的设计，同时能够容纳多个操作部件。
图11是可以与本发明的优选实施例一起使用的匹配电路的电路图。示出匹配电路图具有定子侧匹配电路58和转子侧匹配电路81以及分离它们的气隙52。匹配的变压器由全桥逆变器56驱动。
每个匹配电路58,81包括与相应的李兹线绕组78串联连接的电容器C1，C2。为了提高耦合效率，选择这种串联-串联匹配拓扑。每组李兹线绕组78具有漏电感，初级侧为Lp，次级侧为Ls。李兹线绕组78具有直流和交流电阻，初级侧为R1，次级侧为R2。
为了增加李兹线绕组78中的漏电感Lp，Ls，李兹线绕组故意以半匝而不是全匝缠绕。当匹配的变压器以频率fres运行时，漏电感的阻抗被电容器C1，C2中的阻抗消除，使得LpC1 = LsC2。换句话说，全桥逆变器56驱动具有磁化电感Lm的理想变压器。耦合系数对气隙52不敏感。即使气隙52由于组装时的振动或不对准而发生变化，这可能在传输转子24上引入输出电压变化，这种拓扑结构有助于减少耦合到转子侧匹配电路81的全桥整流器82整流后的输出电压变化。
变压器的工作频率优选设计在30-60kHz内，以在低电磁辐射下提高功率传递效率，而没有可听见的噪声。
因此，应当理解，根据本发明优选实施例的旋转转台组件10利用分别具有相关联的硬件的变压器46,48和空气电容器50来产生电力和电信号到步进电动机16和电动机驱动器84的传输以及从步进电动机16和电动机驱动器84的传输，从而独立地控制多个拾取臂夹头18。由于在LED工业中重要的是在将LED单元放置在用于下游工艺的载带上之前检查和校正LED单元的位置，因此电力和数据信号的这种无线传输能够使旋转具有多个拾取臂14的转台组件10以单向方式旋转，以实现多站并行处理能力。
此外，应当理解，根据本发明的优选实施例的无线传输设计避免了电缆扭曲或电缆断裂的风险，并且还延长了无线传输模块20的使用寿命。LED单元的角度调整可以是在转台转位期间实时执行，从而可以实现最佳机器吞吐量和载带上的精确放置。
本文描述的发明易于进行除了具体描述的之外的变化、修改和/或添加，并且应当理解，本发明包括落在上述描述的精神和范围内的所有这样的变化、修改和/或添加。

Claims (17)

1.一种拾取和放置设备，其特征在于，包括：
旋转转台和布置在所述旋转转台上的用于在拾取和放置操作期间拾取和放置电子装置的多个拾取臂；
安装在所述旋转转台上的传输定子和传输转子，并且所述传输定子与所述传输转子之间的气隙使得所述传输转子能够相对于所述传输定子旋转；和
用于在所述拾取和放置操作期间致动至少一个拾取臂的至少一个电动机，所述至少一个电动机和所述至少一个拾取臂与所述传输转子可操作地耦合；
其中所述传输定子和所述传输转子被配置成越过所述气隙无线地发送数据信号，用于驱动所述至少一个电动机以致动所述至少一个拾取臂。
2.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述至少一个电动机包括步进电动机，并且每个拾取臂由单个步进电动机致动。
3.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括安装到每个拾取臂上用于保持和定位所述电子装置的拾取臂夹头，其中所述电动机可操作以驱动所述拾取臂夹头相对于所述拾取臂旋转，从而调节由所述拾取臂夹头保持的电子装置的取向。
4.如权利要求3所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括同步带，所述同步带可操作地连接所述电动机和所述拾取臂夹头，用于通过所述电动机驱动所述拾取臂夹头的旋转。
5.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述至少一个电动机和所述至少一个拾取臂被配置成与所述传输转子一起旋转。
6.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括将所述至少一个电动机和所述传输转子连接以在所述传输转子与所述电动机之间传输所述数据信号的传输电缆。
7.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括分别位于所述传输定子和所述传输转子上用于越过所述气隙无线地传输数据的空气电容器。
8.如权利要求7所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述空气电容器利用彼此间隔开以用于全双工通信的金属环的形式的两对差分电容耦合路径来耦合。
9.如权利要求7所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括与所述传输定子连接的、提供命令信号到所述空气电容器且从所述空气电容器接收命令信号的数据输入/输出模块和微处理器。
10.如权利要求9所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括耦合在所述微处理器与所述空气电容器之间的差分接收器和差分发送器。
11. 如权利要求7所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括：
微处理器，其与所述传输转子连接，向所述空气电容器提供命令信号以及从所述空气电容器接收命令信号；以及
差分接收器和差分发送器，耦合在所述微处理器与所述空气电容器之间。
12.如权利要求11所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述微处理器可操作以发送命令到所述至少一个电动机来驱动所述电动机，并且提供发送到所述传输定子的数据输出以用作反馈。
13.如权利要求1所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括电源，所述电源与所述传输定子连接，用于越过所述气隙向所述至少一个电动机供给电力。
14.如权利要求13所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述传输定子还包括定子侧变压器，所述传输转子还包括转子侧变压器，所述定子侧变压器和所述转子侧变压器被配置成通过电磁相互作用越过所述气隙传输电力。
15.如权利要求14所述的拾取和放置设备，其特征在于，所述定子侧变压器和所述转子侧变压器各自包括具有李兹线绕组的圆形铁氧体罐式磁芯变压器。
16.如权利要求14所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括与所述传输定子相关联的定子侧匹配电路和与所述传输转子相关联的转子侧匹配电路，所述定子侧匹配电路和所述转子侧匹配电路的组合能够用于减小越过所述气隙传输的电力的输出电压变化。
17.如权利要求16所述的拾取和放置设备，其特征在于，还包括与所述转子侧匹配电路耦合的全桥整流器。
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