CN1096223C - 元件安装设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供多个元件安装设备，它用安装头吸取多个元件并依次装在位于电路板设置部的电路板上。配置相互平行排列的元件安装设备和电路板传送通道，使该通道穿过元件安装设备。即使待装在电路板上的元件数增加，按对它们的分配将其装在元件安装设备的元件供应台上，因此，整个设备尺寸并不增大。固定安装元件供应台因而无振动，安装头完成多个元件的吸取和安装。所以，可显著增加元件安装操作速度。

Description

元件安装设备和方法

本发明涉及自动安装各种元件例如将安装在印刷电路板等上的电子元件的元件安装设备和方法，以及包括该设备的元件安装装置。

通常，电子元件安装设备中，在元件供应台上相互平行地安装大量元件供应装置。在元件安装架上，按照安装元件的顺序依次将元件供应装置设置在指定元件供应位置上，同时沿着元件供应装置平行排列的方向移动元件供应台。然后，用安装头吸取，将元件供应装置上的各元件取出，并将其传送至电路板，该电路板设置于要进行元件安装工艺步骤的电路板位置区中。

参照图6和图7将描述这种常规元件安装设备，图6是该设备的透视图，图7是其平面略图。图6中，在设备机身正面设置，将从电路板供应装置2供应的电路板p定位于安装位置中的电路板设置区，在电路板设置区4中安装有所要求元件的电路板p，由电路板送出装置3送出。另一方面，在设备机身1的后部设置元件供应区7，如图7所示，在元件供应区7与前述电路板设置区4之间设置旋转型安装头8。

元件供应区7中，在导轨9上设有可水平移动的两相互独立的元件供应台10和11。元件供应台10和11装有大量的元件供应装置12，它们沿元件供应台10和11移动的方向相互平行地排列。还示出了一般称为零件盒的元件供应装置12，下面将简要说明。即，在传送带上以规定的间隔排列同类型的电子元件进行存储，同时绕在滚筒13上，用覆盖带覆带。从滚筒13拉出传送带，并按等于元件存储间隔的间距运送，抬起覆盖带，位于前端的电子元件定位于正对着安装头8的元件吸取头14的元件供应处A。

此外，如图7所示，在绕竖轴可旋转地设置的旋转台(未示出)的同一圆上，按等角度间隔地配置多个元件吸取头14，以此构成安装头8。各元件吸取头14设计成能用真空吸取装置吸取元件。依靠周期性地转动旋转台，使它同步停在元件供应位置A和元件安装位置B，以便同时完成接收来自元件供应装置12的各元件和将各元件安装在电路板p上的工作。当一个元件供应台10供应元件时，待用位置中的另一个元件供应台再次变换元件供应装置12和加满元件，作好准备，使元件安装设备能不间断地工作。

近年来，所制造的电路板p的种类和安装于电路板p上的元件的种类都有不断增加的趋势。为对付上述问题。可以考虑增加装配在元件供应台10和11上的元件供应装置12的数量。然而，这种情况下，按照增加的要安装的元件供应装置12的数量，将使元件供台10和11向侧面放大。结果，整个元件供应区7的长度变得很长，致使空间利用率降低，按场地的生产率减小。

更重要的原因是元件供台10和11按与安装头8取出元件一致的节拍馈送，因而产生下面的麻烦。也就是说，随着元件供应台10和11长度的增加，它们的重量增加，因而不仅需要较大驱动力来移动元件供应台10和11，而且元件供应台10和11的惯性力增加。因此，按节拍输送元件供应台10和11中的振动明显增加。因而不可能增加元件供应速率、或增加元件安装操作速度。

因此，本发明的目的在于提供一种元件安装设备和方法，即使电路板的种类和要安装于各电路板的元件数量增加，该设备和方法也能增加元件安装操作速度而勿需增大整个设备的尺寸，以及提供一种使用该设备的元件安装装置。

按照本发明第一方案，实现这些和其它目的所提供的元件安装设备包括：  一对盛装元件的元件供应台，该元件供应台排列在设置电路板的电路板安装位置的两侧；第一元件安装头，该第一元件安装头包含设置在环绕一个旋转部件的吸取嘴，该旋转部件可转动地支持在环绕一个转轴上，该吸取嘴依次拾取该元件供应台中之一个供应台上的元件，然后，该吸取嘴依次将拾取的元件装在电路板上；和第二元件安装头，该第二元件安装头包含设置在环绕一个旋转部件的吸取嘴，该旋转部件可转动地支持在环绕一个转轴上，该吸取嘴依次拾取该元件供应台中之另一个供应台上的元件，然后，该吸取嘴依次将拾取的元件装在电路板上，该第二元件安装头相对于该第一元件安装头独立地进行操作。

按照本发明第二方案，提供如第一方案所述的元件安装设备，其特征在于工作中按照时序相互控制第一和第二安装头，按该时序，当一个安装头进行从元件供应台拾取元件的元件拾取操作时，另一个安装头进行将拾取的元件装在电路板上的元件安装操作。

按照本发明第三方案，提供如第一方案所述的元件安装设备，其特征在于第一和第二元件安装头中的一个具有一次吸住多个元件的元件吸取嘴。

按照本发明第四方案，提供如第二方案所述的元件安装设备，其特征在于第一和第二元件安装头中的一个具有一次吸住多个元件的元件吸取嘴。

按照本发明第五方案，提供一种元件安装装置，包括：

多个元件安装设备，各元件安装设备如第一方案所述，

其特征在于设有电路板传送通道，电路板传送装置沿该通道将电路板提供给设备的电路板安装位置上，并从设备的电路板安装位置取走，电路传送通道连着元件安装设备的电路板安装位置，元件安装设备的元件供应台排列在电路板传送通道中的电路板安装位置的两侧上。

按照本发明第六方案，提供一种元件安装装置，包括：

多个元件安装设备，各元件安装设备如第二方案所述，

其特征在于设有电路板传送通道，电路板传送装置沿该通道将电路板供给设备的电路板安装位置上并从设备的电路板安装位置取走，电路板传送通道连着元件安装设备的电路板安装位置，元件安装设备的元件供应台排列在电路板传送通道中的电路板安装位置的两侧上。

按照本发明第七方案，提供一种如第五方案所述的元件安装设备，其特征在于将待装在单个电路板上的元件全部按类分组，并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上。

按照本发明第八方案，提供一种如第六方案所述的元件安装设备，其特征在于将待装在单个电路板上的元件全部按类分组，并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上。

按照本发明第九方案，提供一种元件安装方法，包括下列步骤：

一种元件安装方法，包括下列步骤：利用第一元件安装头从装有元件的一对元件供应台中之一个元件供应台拾取元件，该元件供应台排列在设置电路板的电路板安装位置的两侧，第一元件安装头依次拾取一台元件供应台上的元件；然后，将利用第一元件安装头拾取的元件依次装在电路板上；利用第二元件安装头从一对元件供应台中的另一个元件供应台拾取元件，第二元件安装头依次拾取另一个元件供应台上的元件；和将利用第二元件安装头拾取的元件依次装在电路板上，其特征在于：第一元件安装头的拾取和安装步骤与第二元件安装头的拾取和安装步骤相互独立地进行。

按照本发明第十方案，提供如第九方案该的元件安装方法，其特征在于同时进行第一安装头的拾取和第二安装头的安装步骤，同时进行第一安装头的安装和第二安装头的拾取步骤。

按照本发明第十一方案，提供如第九方案该的元件安装方法，其特征在于元件安装装置包括多个元件安装设备，各元件安装设备包括第一和第二安装头部、以及一对元件供应台，在元件供应台之间设置电路板传送通道，沿此通道运送电路板至设备的电路板安装设备，并用电路板传送装置从设备的电路板安装位置取走，电路板传送通道连着元件安装设备的电路板安装设备，元件安装设备的元件供应台排列在电路板传送通道中的电路板安装位置的两侧上，

第一安装头的拾取和安装步骤与第二安装头的拾取和安装步骤依顺序进行。

按照本发明第十二方案，提供如第十一方案所述元件安装方法，其特征在于第一安装头的各拾取步骤和相应的第二安装头的各安装步骤同时进行，第一安装头的各安装步骤和相应的第二安装头的各拾取步骤同时进行。按照本发明第十三方案，提供用于第十一方案所述元件安装方法的安装装置，其特征在于将待装在单个电路板上的元件全部按类分组，并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上。

按照本发明第十四方案，提供用于第十二方案所述元件安装方法的安装装置，其特征在于将待装在单个电路板上的元件全部按类分组，并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上。

按上述配置，固定地安装元件供应台，因此，不论可安装在其上的元件供应装置的数量多少，它都不会振动。安装头是遥控型的，它一次从元件供应台吸取多个元件，随后依次装在电路板的指定部分上。因此，尽管待装在电路板上的元件数增加，比起随旋转型安装头按节拍馈送元件供应台的常规设备来说，元件安装操作速度可显著增加。

此外，可用第一和第二安装头这两个部分将元件安装在设置于单一电路板安装位置中的电路板上，因而可进一步提高元件安装操作速度。

按上述第五、第六、第十一和第二方案的配置，在装配于各元件安装设备的元件供应台上安装不同元件，元件供应台必然沿电路板传送通道排列在它的两侧，即使待安装在电路板上的元件数增加。因此，该装置的整体尺寸并没增大，沿电路板传送通道方向也没明显扩大。并且，元件安装设备的安装头以高速进行操作，元件供应台被固定地装配，因此能增加元件安装操作速度。

按上述第十三和第十四方案的配置，当电路板种类增加时，仅仅用装有需要的那种元件的元件供应台替换装在相应的元件安装设备的元件供应台中的指定供应台就能解决这一问题。

根据参照附图结合最佳实施例所进行的下列描述，将明了本发明的这些和其它的目的和特征，其中：

图1是本发明实施例的元件安装装置的平面示意图；

图2是本发明元件安装设备的实施例的透视图，该设备是上述装置的一部分；

图3是上述设备的工作机构部分的平面图；

图4是上述设备的流程图；

图5是执行设备的控制操作的结构的框图；

图6是常规元件安装设备的透视图；和

图7是上述常规设备的平面略图。

在描述本发明结果前，应指出，整个附图中用相同的参考数字表示相同的部分。

下面参照图1至4描述本发明实施例。

图1是本发明实施例元件安装设备(元件安装线)的平面示意图。图中，沿电路板传送通道21配置四个元件安装设备27A-27D，在沿电路板传送通道21的水平方向上设置四个用于元件安装设备27A-27D的电路板传送装置22，各电路板传送装置22将待安装元件的电路板供给元件安装设备之一的电路板安装位置处，并从该处将电路板送出。元件安装设备27A-27D有相同的基本结构，因而下面将参照图23以元件安装设备27D为例进行说明，图2是元件安装设备27D的透视图，图3是其操作机构部分的平面图。

示于图2的元件安装设备27D中，沿电路板传送通道21相互平行地水平排列一对倒U形支承架29，同时允许电路板传送通道21穿过它们。两个支承架29之间相互平行地排列两穿过支承架29的工作架30，它们在垂直于电路板传送通道21的方向上被分别移动地支承着。将安装头31沿工作架30可移动地装在其上。安装头31上，绕旋转部件32以规定间隔(90°间隔)设置四个元件吸取嘴33，旋转部件32绕水平轴可旋转地支着。以等于元件吸取嘴33各间距的间隔转动旋转部件32，选择元件吸取嘴33，然后使其朝向下方，从元件供应台28A吸取元件34，再将吸取的元件34安装在电路板37上，该电路板37位于电路板安装位置，定位于电路板设置区24中。

用小脚轮40移动元件供应台28A，将其从两支承架29之间的两纵向侧面插入，然后将它们固定装配于指定位置。元件供应台28A设有包括配有前述滚筒13的零件盒的元件供应装置。除此之外，如图1所示，元件供应台28B装有条形架元件供应装置28，储于其上的导管部件中的元件依次送至吸取位置，其上放置大批元件39的元件供应台28C和盘形元件供应台28D装在元件安装设备27A-27D上。应指出，盘形元件供应台28D设有安装头59，该安装头59带有旋转臂，用于取出元件。

图3中，各工作架30在其中装有安装头设置机构41，用于沿电路板传送通道21的长度方向移动安装头31。

安装头设置机构41由螺杆43、步进马达47和移动件49组成，螺杆43可旋转地支在固定于各工作架30两端的一对支承板42上，步进马达47通过连接装置44旋转地驱动螺杆43，移动件49内部固定与螺杆43啮合的螺母48，并随螺杆43的旋转移动移动件49。安装头31通过安装头固定器固定于移动件49上，安装头固定器50内部设有已知的垂直移动安装头31的提升机构51。

各支承架29内装安装头运送机构52，它通过各工作架30在垂直于电路板传送通道21的方向上移动安装头设置机构41。安装头运送机构52由螺杆5A、步进马达57、移动件57和导杆58组成，螺杆54可旋转地支在一对固定于各支架29两端的支承板53上，步进马达56通过连接装置55旋转驱动螺杆54，移动件57固定于各工作架30的端部，同时与螺杆54啮合，并随螺杆54的旋转移动工作架30，导杆58固定于支承板53上，滑动支承工作架30同时允许导杆58穿过工作架30的另一端。因控制器100与设备27A-27D和电路板传送装置22相连，因而控制器100控制它们的工作，如图5所示，图5中以设备27B为例，示出其连接结构。设备27A、27C和27D的连接结构类似于设备27B。

下面参照图4的流程图将描述前述元件安装设备的工作。元件安装设备27A-27D中，按照工作周期控制安装头31，该周期内，一个安装头部31从元件供应台28A-28D中之一吸取元件34，另一个安装头31将元件34安装在电路板37上。由于两个安装头31执行相同操作，只是工作周期改变，因此下面仅描述一个安装头31的操作。

首先，安装头31移动到元件供应台28A-28D中之一台上的待吸取的元件34的位置之正上方，然后定位(步骤S1)。即沿需要的旋转方向转动安装头设置机构41的步进马达47至指定角度，通过与步进马达47一体地转动的螺杆43使移动件49在电路板传送通道21的长度方向上移动，安装头31移至元件供应台28A-28D中之一上指定的取出元件位置。该步中，对于除盘形元件供应台28D之外的其它元件供应台28A-28C，在沿电路板传送通道21延伸的直线上设置取出元件位置。因此，直到这样的零件盒或朝向安装头31的架子中的零件都取出之后，定位于该位置中的安装头31才移动。

安装头31定位时，安装头提升机构51动作，使安装头31向下移动，元件吸取嘴33吸住元件34，然后安装头提升机构51使安装头31稍稍上移(步骤S2)。接着，安装头31的旋转部件32转动一个间距，使下一个元件吸取嘴33正对取元件位置(步骤S3)。该步骤中，应确定安装头31是否已吸取了指定数量的元件34(本实施例中为四个)(步骤S4)。如果已经完成，将重复以上相同的操作，吸取指定数量的元件34。

已经吸取过指定数量的元件34之后，同时驱动安装头运送机构52的步进马达56和安装头设置机构41的步进马达47，将安装头31随螺杆54的转动通过工作架30移到电路板设置24，用安装头设置机构41使它处于电路板37的指定元件安装处(步骤S5)。然后，驱使安装头提升机构51将被元件吸取嘴33已吸住的元件安装在电路板37上(步骤S6)。在安装头提升机构51稍稍上移安装头31之后，安装头31就移至电路板37的下一个元件安装位置之上，通过安装头设置机构41和安装头运送机构52的动作使它定位，并且旋转部件32转过一个间距，以使待安装的下一个元件朝向元件安装位置(步骤S7)。

该步骤中，应确定是否安装头31吸住的所有元件34都已装完(步骤S8)。如果已经装完，将重复与上相同的操作，将所有元件34都安装在电路板37的指定位置上。

在步骤S8已完成指定数量元件的操作时，应确定是否装完分布在元件安装设备27A-27D上用于定位于电路板设置部24中的电路板37上的所有元件34(步骤S9)。若都已装完，又在元件供应台28A-28D上移动安装头31，按照与上述相同的方式重复进行从元件供应台28A-28D吸取元件34、再将元件34装在电路板37上，直到将所有元件34都装在电路板37上为止。将所有元件34都装在电路板37上之后，转动指定的间距运送设置于电路板传送通道21中的各电路板37至元件安装设备27A-27D的电路板设置部24，用于下一步工艺(步骤S10)，并将重复与上相同的操作。

上述元件安装装置中，在沿电路板传送通道21相互平行设置的多个(本实施例中为四个)元件安装设备27A-27D的元件供应台28A-28D上可装相互不同的元件。因此，待安装于电路板37上的元件34的种类和数量增加时，按类分组将这些元件装在元件供应台28A-28D上。按照这种排列，用仅用相应组的元件装在元件供应台28A-28D上，该台的尺寸因而不增加。并且，因元件供应台28A-28D垂直于电路板传送通道21地装在元件安装设备27A-27D上，因而该设备的整体尺寸并不增加，在电路板传送通道21的方向上也没明显膨胀。

此外，因只操作元件安装设备27A-27D的安装头31，元件供应台28A-28D被固定地装配，因此，不论安装的元件供应装置12和38的数量有多大，这些台子都变得无振动。并且，在同一时刻，安装头31从元件供应台28A-28D吸取多个元件34，并依次装在电路板37的指定部位上。元件安装设备27A-27D各设有一对安装头31，并控制安装头部31，以便当一个安装头吸住元件34时，在其上吸着元件34的另一个安装头将该元件34装在电路板37上。同上述配置，即使待装在电路板37上的元件种类和数量增加，比起随旋转型安装头按节拍馈送元件供应台的常规设备来说，也能够显著地增加元件安装操作速度。

若电路板37种类增加，仅仅用装有需要的元件34的元件供应台28A-28D代替装在元件安装设备中的一对元件供应台28A-28D就能解决这一问题。应指出，也能单独使用元件安装设备27A-27D。

按照上述本发明，提供了遥控型(robot type)安装头，本发明中固定地装配元件供应台，一次从元件供应台吸取多个元件，随后转至依次将它们装在电路板的指定部分上。由于这种设置，即使待装在电路板上的元件数量增加，比起随旋转型安装头按节拍馈送元件从应台的常规结构来说，也能显著增加元件安装操作速度。并且，由于工作中按定时周期同时控制横向设置的一对第一和第二安装头，当一个安装头定位于元件供应台时，另一个安装头就固定于电路板设置部位上。由于这种设置，用多个安装头可将元件安装在单板电路板上，因此，可进一步增加元件安装操作速度。

此外，按照本发明的元件安装设备，在相互平行排列的元件安装设备的元件供应台上安装彼此不同的元件，即使待安装在电路板上的元件种类和数量增加，作为整体的设备尺寸并不增加，沿电路板传送通道方向的尺寸也没显著扩大。并且能进一步增加元件安装操作速度。这种情况下，可提供这种结构，将所有待安装在单个电路板上的元件按类分组，再将各组元件装在指定安装在相应元件安装设备上的元件供应台。由于这种设置，电路板种类增加时，仅用装有需要元件的元件供应台替换元件安装设备的部分元件供应台就能解决这个问题。

虽然参照附图结合最佳实施例已充分描述了本发明，但应指出，本领域的技术人员显然还可进行各种变化和改型。应该明白，这种变化和改型尽管与所附权利要求形式不同，但都包括在如 所限定的本发明范围中。

Claims (11)

1.一种元件安装设备，包括：

一对盛装元件(34)的元件供应台(28A-28D)，所述元件供应台排列在设置电路板(37)的电路板安装位置的两侧；

第一元件安装头(31、59)，所述第一元件安装头(31、59)包含设置在环绕一个旋转部件(32)的吸取嘴(33)，所述旋转部件(32)可转动地支持在环绕一个转轴上，所述吸取嘴依次拾取所述元件供应台中之一个供应台上的元件，然后，所述吸取嘴依次将拾取的元件装在电路板上；和

第二元件安装头(31、59)，所述第二元件安装头(31、59)包含设置在环绕一个旋转部件(32)的吸取嘴(33)，所述旋转部件(32)可转动地支持在环绕一个转轴上，所述吸取嘴依次拾取所述元件供应台中之另一个供应台上的元件，然后，所述吸取嘴依次将拾取的元件装在电路板上，所述第二元件安装头相对于所述第一元件安装头独立地进行操作。

2.如权利要求1所述的元件安装设备，其特征在于：在工作中，按照时序相互控制所述第一元件安装头和所述第二元件安装头，在所述时序中，当一个元件安装头进行从所述元件供应台拾取元件的元件拾取操作时，另一个元件安装头进行将拾取的元件装在电路板上的元件安装操作。

3.如权利要求1所述的元件安装设备，其特征在于：所述第一元件安装头和所述第二元件安装头中的一个元件安装头具有在一时刻吸住多个元件的元件吸取嘴(33)。

4.如权利要求2所述的元件安装设备，其特征在于：所述第一元件安装头和所述第二元件安装头中的一个元件安装头具有在一时刻吸住多个元件的元件吸嘴(33)。

5.如权利要求1所述的元件安装设备，其特征在于：所述第一元件安装头和所述元件安装头(31、59)包含所述吸取嘴(33)以规则的间隔设置在环绕所述旋转部件(32)，而所述旋转部件(32)可转动地支持在环绕一个水平转轴上。

6.一种元件安装方法，包括下列步骤：

利用第一元件安装头(31、59)从装有元件(34)的一对元件供应台(28A-28D)中之一个元件供应台拾取元件(34)，所述元件供应台排列在设置电路板(37)的电路板安装位置的两侧，第一元件安装头(31、59)依次拾取一台元件供应台上的元件；

然后，将利用第一元件安装头拾取的元件依次装在电路板上；

利用第二元件安装头(31、59)从一对元件供应台(28A-28D)中的另一个元件供应台拾取元件(34)，第二元件安装头(31、59)依次拾取另一个元件供应台上的元件；和

将利用第二元件安装头拾取的元件依次装在电路板上，

其特征在于：第一元件安装头的拾取和安装步骤与第二元件安装头的拾取和安装步骤相互独立地进行。

7.如权利要求6所述的元件安装方法，其特征在于：同时进行利用第一元件安装头的拾取和第二元件安装头的安装步骤，同时进行第一元件安装头的安装和第二元件安装头的拾取步骤。

8.如权利要求6所述的元件安装方法，其特征在于：元件安装装置包括多个元件安装设备，各元件安装设备包括第一元件安装头和第二元件安装头、以及一对元件供应台，在元件供应台之间设置电路板传送通道(21)，沿此通道(21)运送电路板至设备的电路板安装位置，并用电路板传送装置(22)从设备的电路板安装位置取走，电路板传送通道连着元件安装设备的电路板安装设备，元件安装设备的元件供应台排列在电路板传送通道中的电路板安装位置的两侧上，

第一元件安装头的拾取和安装步骤与第二元件安装头的拾取和安装步骤依顺进行。

9.如权利要求8所述的元件安装方法，其特征在于：第一元件安装头的各拾取步骤和相应的第二元件安装头的各安装步骤同时进行，第一元件安装头的各安装步骤和相应的第二元件安装头的各拾取步骤同时进行。

10.如权利要求9所述的元件安装方法，其特征在于：其还包括将待装在单个电路板上的元件全部按类分组并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上的步骤。

11.如权利要求10所述的元件安装方法，其特征在于：其还包括将待装在单个电路板上的元件全部按类分组并将分组的元件装在指定的元件安装设备的元件供应台上的步骤。

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