CN1099227C - 电子元件安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提高包含图像识别用线型传感器的电子元件安装装置的生产效率和安装精度。为达到该目的，移送头20沿印刷电路板输送方向横向按行配置多个吸附口21a、21b、21c。移送头20按多个吸附口21a、21b、21c排列方向直线移动经过识别单元30线型传感器33的上方，通过由该线型传感器33连接获取各个吸附口21a、21b、21c所吸着的多个电子元件(芯片)12的图像，对芯片12进行位置识别。接下来按照识别结果修正多个芯片12X方向、Y方向、θ方向位移，依次将多个芯片12装在印刷电路板3规定座标位置。

Description

电子元件安装装置
本发明涉及利用移送头的吸附口取放器件给送器准备的电子元件，将它装在印刷电路板上的电子元件安装装置和电子元件安装方法，尤其涉及用线型传感器取得吸附口保持的电子元件的图像，对其位置进行识别的技术。
将电子元件(以下称为芯片)装在印刷电路板上的电子元件安装装置，取放时使器件给送器准备的芯片真空吸着在移送头吸附口的下端部分，并移送装在印刷电路板规定座标位置上。这时，真空吸着在吸附口下端部分的芯片在X方向、Y方向、和θ方向(旋转方向)上有位移，因而要靠识别单元检测该位移，在对所检测出的位移进行修正的基础上装在印刷电路板上。
已知识别单元用线型传感器。线型传感器是CCD等感光元件直线排列而成的，优点在于，在与其纵向正交的方向上移送芯片，同时用线型传感器对它摄像，从而可以按面信息形式获取芯片图像，而且解像度高，因而可以高精度检测芯片位移。
接下来说明现有线型传感器进行芯片识别的方法，图13是现有电子元件安装装置中芯片识别方法的说明图，按平面图示出在电子元件安装装置的线型传感器上方移动芯片，对其位置进行识别的情形。
具体来说，图13中101是芯片，真空吸着在移送头吸附口102的下端部分。移送头是将器件给送器所准备的芯片101真空吸着在吸附口102的下端部分，进行取放、移送并装在印刷电路板上的，但在这种移送当中，使之移动经过线型传感器103上方，靠线型传感器103取得芯片101图像，由图像识别装置根据该图像对芯片101进行位置识别，检测其在X方向、Y方向和θ方向上的位移。
但组装有采用线型传感器的识别单元的现有电子元件安装装置存在这样的问题，由于用1个移送头的吸附口102取放1个芯片101，使移送头吸附口102经过线型传感器103，往来于器件给送器与印刷电路板之间，逐个将芯片101装在印刷电路板上，因而作业效率不够顺畅，高速性能方面较差。
而且，图13中芯片101的移送方向N1与线型传感器103的纵向N2必须正交，但有时如图所示，与移送方向N1垂直的直线K相对中心倾斜角度θ。另外，该角度θ在本说明书中称为旋转角度。存在这样的问题，线型传感器103象这样倾斜的话，线型传感器103获取的芯片101图像便失真，有识别误差产生，因而芯片101安装在印刷电路板上的安装精度提不高。
因而，本发明第一目的在于提供一种解决上述现有问题，可以高速度地将电子元件装在印刷电路板上的电子元件安装装置和电子元件安装方法。
而且，本发明第二目的在于提供一种可以检测线型传感器旋转角度，通过修正，将电子元件高精度地安装在印刷电路板上的电子元件安装装置和电子元件安装方法。
为了达到该目的，本发明的电子元件安装装置，包括：
一输送印刷电路板的印刷电路板输送装置；
一包括沿一预定轴对齐的多个吸附口的移送头；
一用于使所述移送头沿该预定轴基本上平行输送的X轴平台；
一用于使所述移送头与所述预定轴基本上正交输送的Y轴平台；
在所述印刷电路板输送装置侧面设置的多个器件给送器；以及
一与所述印刷电路板输送装置和所述多个器件给送器相邻设置的线型传感器，所述线型传感器其纵轴沿与所述预定轴基本上正交的方向延伸，所述线型传感器其上表面与所述电子元件所安装的印刷电路板表面相平行，所述线型传感器接收一在所述上表面入射的信号，
其特征在于，沿预定轴在所述线型传感器上方输送所述移送头来对所述吸附口真空吸附的电子元件顺序摄取图像，所述线型传感器可用于对所述电子元件摄取所述图像以便对所识别的所述电子元件定位，所述线型传感器在对所述电子元件摄像时处于静止状态，所述移送头根据所识别的所述电子元件在所述印刷电路板上的位置输送，所述吸附口真空吸附的所述电子元件安装到所述印刷电路板规定座标位置上。
本发明的电子元件安装方法包括下列工序：其纵向朝向印刷电路板输送方向相正交方向配置在印刷电路板输送装置与器件给送器之间的线型传感器的上方，沿多个吸附口排列方向移动移送头，以连续获取各个吸附口所吸着电子元件的图像的工序；根据该图像识别各个吸附口所吸着电子元件的位置的工序；根据电子元件位置使移送头在印刷电路板上方移动，将各个吸附口所吸着的电子元件依次装在印刷电路板规定座标位置上的工序。
本发明的电子元件安装装置包括：对器件给送器准备的电子元件由吸附口真空吸着进行取放、移送并且装在印刷电路板上的移送头；设置在该移送头移动路径上的线型传感器；装在移送头上的夹具；调整上述线型传感器旋转角度的旋转角度调整装置。
本发明的电子元件安装方法包括下列工序：移送头装上夹具，在线型传感器上方移动该夹具，由线型传感器获取该夹具上形成的目标，进行图像识别，以检测线型传感器旋转角度的工序；通过水平旋转该线型传感器，将线型传感器旋转角度修正为相对移送头移动方向正交的工序；由旋转角度经修正的线型传感器观察移送头吸附口下端部分真空吸着的电子元件，根据该线型传感器获取的图像，识别电子元件位置，将它装在印刷电路板上的工序。
本发明的电子元件安装方法包括下列工序：移送头装上夹具，在线型传感器上方移动该夹具，由该线型传感器识别该夹具上形成的目标，以检测该夹具旋转角度的工序；根据该检测出的旋转角度水平旋转夹具，修正夹具旋转角度的工序；在线型传感器上方再度移动旋转角度经修正的夹具，识别目标，以检测线型传感器旋转角度的工序；通过水平旋转线型传感器，将线型传感器旋转角度修正为相对上述移送头移动方向正交的工序；由旋转角度经修正的线型传感器观察移送头吸附口下端部分真空吸着的电子元件，根据该线型传感器获取的图像，识别电子元件位置，将它装在印刷电路板上的工序。
本发明因上述结构具有下述作用。
具体来说，由移送头横向按行保持的各个吸附口依次取放电子元件，使之在多个吸附口排列方向(印刷电路板输送方向)上移动经过与多个吸附口排列方向相正交方向配置的线型传感器的上方，连续获取各个电子元件的图像，根据该图像识别电子元件位置后，依次装在印刷电路板上，因而可以将多种品种的电子元件高速度地装在印刷电路板上。
本发明可以检测线型传感器相对电子元件移送方向的旋转角度，对它进行修正，因而可以对电子元件正确进行位置识别，高精度地安装在印刷电路板上。
图1是本发明一实施例电子元件安装装置的斜视图。
图2是该装置的平面图。
图3是该装置移送头与线型传感器的斜视图。
图4是该装置识别单元的斜视图。
图5是该装置识别单元的截面图。
图6是该装置驱动系统的框图。
图7是该装置吸附口与夹具的侧视图。
图8是该装置夹具的仰视图。
图9是该装置线型传感器旋转角度调整方法的说明图。
图10是该装置线型传感器旋转角度调整方法的流程图。
图11是该装置电子元件装配方法的流程图。
图12是该装置线型传感器获取图像的说明图。
图13是现有电子元件安装装置电子元件(芯片)识别方法的说明图。
以下参照附图说明本发明实施例。图1是本发明一实施例电子元件安装装置的斜视图，图2是其平面图，图3是其移送头与线型传感器的斜视图，图4是其识别单元的斜视图，图5是其识别单元的截面图，图6是其驱动系统的框图，图7是其吸附口与夹具的侧面图，图8是其夹具的仰视图，图9是其线型传感器旋转角度调整方法的说明图，图10是其线型传感器旋转角度调整方法的流程图，图11是其电子元件装配方法的流程图，图12是其线型传感器获取图像的说明图。
图1和图2中，基台1的上面配置有下述组成部分。具体来说，基台1上面的中央配置有导轨2，沿X方向输送印刷电路板3。另外，导轨2相当于印刷电路板输送装置，导轨2的两侧沿例如印刷板之类印刷电路板3的输送方向(X方向)排列设置有多个备有例如芯片元件之类电子元件(以下称为芯片)的器件给送器4，其前端的芯片取出位置排在X向的直线P上。
如图1所示，基台1的两侧在与输送方向相正交方向上设有两个Y轴平台5，Y轴平台5上架设有与Y轴平台5相正交方向上配置的X轴平台6。X轴平台6与印刷电路板3输送方向平行，其两端部可以沿Y轴平台5的纵向自由移动结合在Y轴平台5上。X轴平台6上可沿X轴平台6自由移动地装有移送头20。
如图2所示，Y轴平台5的内部设有Y向通孔螺杆7与导轨8，Y轴电动机9驱动，通孔螺杆7旋转，X轴平台6便在Y方向上移动。X轴平台6的内部设有X方向的通孔螺杆10，X轴电动机11驱动，通孔螺杆10旋转，移送头20便在X方向即多个吸附口横向排列方向上移动。通过X轴电动机11与Y轴电动机9的驱动，移送头20在X方向和Y方向上水平移动。
图1和图3中，移送头20包括真空吸着芯片12的多个(本例为3个)吸附口21a、21b、21c。27为竖直旋转轴，其下端包括吸附口夹持器28。吸附口夹持器28脱卸自如地保持吸附口21a、21b、21c。如图7所示，吸附口21a(21b、21c)中背面板26与卡合部29形成为一体，可以通过将卡合部29拨出插入吸附口夹持器28来自由替换吸附口21a(21b、21c)。另外，这种吸附口替换机构是熟知技术。
图3中，22是Z轴电动机，为了让吸附口21a、21b、21c上下动作，使螺合在螺母23a上的垂直输送螺杆23b旋转。该螺母23a可自由旋转地连有旋转轴27。24是靠皮带25使旋转轴27以其轴心为中心旋转角度θ用的θ电动机。因而，Z轴电动机22驱动时，吸附口21a、21b、21c分别升降，θ电动机24驱动时，吸附口21a、21b、21c水平旋转。而且，3个吸附口21a、21b、21c在印刷电路板3输送方向(X方向)横向排成一列保持在移送头20上。
如图1和图2所示，导轨2与器件给送器4之间设有识别单元30，现参照图3-图5说明识别单元30的构造。
31是圆筒形镜筒，其内部设有透镜系统32与线型传感器33。镜筒31的上面开有使光入射至线型传感器33用的光缝34。镜筒31的侧部具有监视电视用的摄像机35，内部设有半透过反射镜，使得从光缝34入射至内部的光导向监视电视用摄像机35。镜筒31的两侧设有副壳36，副壳36设有照明用光源37。
镜筒31设置在转台38上，转台38通过轴承40旋转自如地设在支持筒39上。从转台38延伸出悬臂41。悬臂41的前端连有转子42。转子42嵌合在爪43之间。爪43设置在螺母44上。螺母44螺合有水平通孔螺杆45。电动机46驱动，通孔螺杆45旋转时，螺母44便沿着通孔螺杆45和导轨47移动，由此，转台38旋转，镜筒31也以其轴心线NA为中心水平旋转。由此可调整线性传感器33的旋转角度。具体来说，加有标号41-47的组成部分成为精密调整线型传感器33旋转角度的旋转角度调整装置。
接下来参照图7和图8说明夹具，60为夹具，由圆板构成。夹具60的中心竖立设置有杆61。杆61的上端形成有卡合部62。该卡合部62脱卸自如地嵌在吸附口夹持器28中。
如图8所示，夹具60的底面设有第一目标M1、M1和第二目标M2、M2。第一目标M1、M1的连线A与第二目标M2、M2的连线B正交。如后面所述，由线型传感器33识别第1目标M1、M1与第二目标M2、M2，由此对线型传感器33的旋转角度进行调整。第一目标M1、M1只要是指示移送头20移动方向的标记，形状、颜色、大小、个数等与本实施例有所不同也可以。同样，对于第二目标M2、M2，只要是指示与移送头20移动方向相正交方向的，并不限于本实施例。
图6是驱动系统的框图，图中48是控制电子元件安装装置整体的CPU，49是CPU48处理所需的各种程序和数据的存储部。50是识别部，由线型传感器33得到的图像数据对吸附口21a(21b、21c)所吸着的芯片12和夹具60的姿势和位置进行识别。51是驱动X轴电动机11、Y轴电动机9、Z轴电动机22、θ电动机24、电动机46的电动机驱动电路，根据CPU48的指令驱动各个电动机。
如现有技术中说明的，本实施例中的线型传感器33相对与芯片12移动方向正交的方向倾斜角度θ的话，芯片12的位置识别就有失真产生，安装精度没有提高。因而，必须对线型传感器33的倾斜加以修正，使其纵向与芯片12的移送方向正交。
因此，接下来参照图7、图9、图10说明使得线型传感器33的纵向与芯片12的移送方向相正交用的线型传感器33旋转角度调整方法。
首先，在图7中从吸附口夹持器28取下吸附口21a(21b、21c)，将夹具60装到吸附口夹持器28上。接下来，驱动X轴平台6和Y轴平台5，在认为与线型传感器33的纵向相正交方向上移动夹具60，使之通过识别单元30光缝34的上方(ST1)，由线型传感器33获取夹具60的图像(ST2)。
图9中，工序1的1-A示出的是此时夹具60的状态，1-B示出的是线型传感器33的状态，1-C示出的是由线型传感器33获得的夹具60的图像。如1-A所示，夹具60M1-M2方向相对移送头20移动方向N1倾斜旋转角度a，并且如1-B所示，线型传感器33相对与移送头20移送方向N1相正交方向也倾斜旋转角度b。因而，可以观察，步骤ST2获得的图像当中第一目标M1、M1的连线如1-C所示相对移送头20行进方向N1倾斜旋转角度c。该旋转角度c与夹具60的旋转角度a大致相同。
接下来由识别部50识别该旋转角度a(ST3)。接着，通过驱动移送头20内置的θ电动机24，旋转夹具60角度c，对夹角60的旋转角度即相对移送头20的装配角度进行修正(ST4)。2-A示出这样修正后的夹具60，第一目标M1、M1的连线与移送头20的移动方向N1相一致。接下来在线型传感器33上方沿箭头N1方向再次移动夹具60，再次获取夹具60图像(ST5、ST6)。2-C是由此获得的夹具60的图像。2-C中，第一目标M1、M1的连线与移送头20的移动方向相一致。第二目标M2、M2相对与移送头20移动方向N1相正交方向倾斜旋转角度d。该旋转角度d与线型传感器33相对移送头20移动方向N1正交方向的旋转角度b(倾斜)没有不同。因此，由识别部50识别该旋转角度d(ST7)，驱动图4所示的电动机46，使载置于转台38的线型传感器33水平旋转，修正旋转角度d(ST8)。由此，线型传感器33的旋转角度b如3-B所示得到修正，线型传感器33的纵向相对移送头20行进方向N1正确地正交。
接下来再次使夹具60移动经过识别单元30的上方，由旋转角度修正结束的线型传感器33获得夹具60的图像(ST9、ST10)。接着，由识别部50根据步骤ST10所获取的图像确认旋转角度的修正是否合适(ST11)，不合适的话重新再从步骤ST1开始。3-C示出的是旋转角度修正正确后的线型传感器33所获得的夹具60的图像。
如上所述这样结束线型传感器33旋转角度修正的话，就在图7中从吸附口夹持器28上取下夹具60，将吸附口21a(21b、21c)装到吸附口夹持器28上。
接下来，参照图11流程图说明芯片的安装方法。首先驱动Y轴电动机9，使吸附口21a、21b、21c定位于芯片12取出位置的直线P上(ST12)。接下来驱动X轴电动机11，使吸附口21a、21b、21c在X方向上移动经过直线P的上方(ST13)，使这次移动停止在器件给送器4的上方，因此，驱动Z轴电动机22，使任何吸附口21a、21b、21c都下降上升，使芯片12真空吸着(吸附)在吸附口21a、21b、21c下端部分进行取放(ST14)。同样，重复步骤ST13、ST14，由另外的吸附口21a、21b、21c依次取放芯片12(ST15)。另外取放第一个芯片12时，也可以同时进行步骤ST1和ST2的动作。
接下来，驱动X轴电动机11和Y轴电动机9，将移送头20移动至识别单元30的上方(ST16)。接着通过驱动X轴电动机11，使各个吸附口21a、21b、21c在光缝34上方沿X方向直线移动，由线型传感器33依次获得各个芯片12的图像(ST17)。图12示出3个吸附口21a、21b、21c所吸着的各类品种的芯片12a、12b、12c的识别动作。各个吸附口21a、21b、21c所吸着的芯片12a、12b、12c其大小不同，3个吸附口21a、21b、21c是沿X方向横向排成一行的，因而，可通过在线型传感器33的上方沿X方向直线移动移送头20，连续获得3个芯片12a、12b、12c的图像。这时移送头20的移动仅仅由X轴平台6的X轴电动机11进行。因此，可以使Y轴电动机一直停止，因而控制简单。
接下来根据所获得的图像，由识别部50识别各个芯片12的位置(ST18)。接着根据步骤ST18的识别结果，驱动X轴电动机11、Y轴电动机9、θ电动机24，修正芯片12X方向、Y方向、θ方向位移，在此基础上将各个芯片12依次装在印刷电路板3规定座标位置上(ST19)。通过重复上述动作，依次将多种芯片12依次装在印刷电路板3上。
由于如上所述对线型传感器33旋转角度进行角度调整，因而线型传感器33的纵向相对芯片12移送方向完全正交，因而可以由线型传感器33获得芯片12无失真、正确的图像，正确检测出芯片1的位移，从而可以将芯片12高精度地装在印刷电路板3上。
综上所述，按照本发明，由横向按行保持在移送头上的各个吸附口依次取放电子元件，通过在吸附口排列方向(印刷电路板输送方向)上移动经过朝向与吸附口排列方向相正交方向配置的线型传感器的上方，对各个电子元件连续获取图像，根据该图像识别电子元件位置，然后依次装在印刷电路板上，因而可以将多种电子元件高速度装在印刷电路板上。
而且，按照本发明，可以检测线型传感器相对电子元件移送方向的旋转角度并对它进行修正，因而可以正确地对电子元件进行位置识别，高精度地安装在印刷电路板上。
不用说本发明除此之外各种变形例也可以。例如可以以较高位置精度将夹具60装配在移送头20上，夹具60装配位置误差在允许误差范围内的话，就不需要步骤ST1～ST4。因而，这时可以仅进行步骤ST5以后的工序。而且，旋转线型传感器33的旋转角度调整装置不用上述电动机46，也可以手动旋转线型传感器33，不用说其具体构成并不限于上述实施例。此外，夹具60的装配位置除吸附口夹持器28以外也可以，若为与吸附口夹持器28一起在水平方向上移动的位置，也可以装在移送头20任意位置。这时夹具60不必脱卸自如。
而且，步骤ST13的动作最好是在Y轴电动机9停止的状态下进行，但器件给送器4的芯片取出口偏离直线P，或吸附口21a、21b、21c未正确排列在与X方向平行的直线上时，只在X方向上移动移送头20，就有可能误取放芯片12。因而，在这种时候，也可以驱动Y轴电动机9，一面修正吸附口21a、21b、21c Y向位置，一面取放芯片12。此外，也可以设置两个识别单位30，分别设置在导轨2的两侧。本发明实质和范围内的变形例全部由权利要求的保护范围所覆盖。

Claims (2)

1.一种电子元件安装装置，包括：
一输送印刷电路板的印刷电路板输送装置；
一包括沿一预定轴对齐的多个吸附口的移送头；
一用于使所述移送头沿该预定轴基本上平行输送的X轴平台；
一用于使所述移送头与所述预定轴基本上正交输送的Y轴平台；
在所述印刷电路板输送装置侧面设置的多个器件给送器；以及
一与所述印刷电路板输送装置和所述多个器件给送器相邻设置的线型传感器，所述线型传感器其纵轴沿与所述预定轴基本上正交的方向延伸，所述线型传感器其上表面与所述电子元件所安装的印刷电路板表面相平行，所述线型传感器接收一在所述上表面入射的信号，
其特征在于，沿预定轴在所述线型传感器上方输送所述移送头来对所述吸附口真空吸附的电子元件顺序摄取图像，所述线型传感器可用于对所述电子元件摄取所述图像以便对所识别的所述电子元件定位，所述线型传感器在对所述电子元件摄像时处于静止状态，所述移送头根据所识别的所述电子元件在所述印刷电路板上的位置输送，所述吸附口真空吸附的所述电子元件安装到所述印刷电路板规定座标位置上。
2.如权利要求1所述的电子元件安装装置，其特征在于，还包括：
一通过旋转所述线型传感器使所述线型传感器其所述纵轴与所述预定轴平行，用于调整所述线型传感器以便补偿所述线型传感器相对于所述预定轴的偏差的旋转角度调整装置。
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