CN112867386A - 自动贴片装置及其吸嘴和自动贴片方法 - Google Patents

自动贴片装置及其吸嘴和自动贴片方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种自动贴片装置及其吸嘴和贴片方法,所述吸嘴上设有用于吸取物料的吸取口、连接外部负压的负压口、及连通所述吸取口和负压口的气流通道;所述吸嘴还设有参考模板,所述参考模板上设有参考标记;所述参考标记上面和/或下面设有通光结构,使得所述自动贴片装置均可从所述吸嘴上方和下方获取所述参考标记的位置。本申请在吸嘴上增加了参考标记,使得在贴装过程中可实时反馈待贴装双方的相对位置信息并及时调整,以降低贴装精度对设备部分硬件精度的依赖,可有效提高贴装精度。

Description

自动贴片装置及其吸嘴和自动贴片方法
技术领域
本申请涉及自动贴片技术领域,尤其涉及自动贴片装置及其吸嘴和自动贴片方法。
背景技术
随着电子行业的发展,产品为了获得更高的性能,更低的功耗,体积逐步朝着小、轻、薄的趋势发展,外形和封装也趋于标准化。一方面,标准化产品为自动化贴装提供了便利,另一方面,产品变小又对自动化贴装精度提出了更高的要求。
其中,核心器件(如芯片、光学器件等)的贴装要求更高,受效率、精度、产品尺寸和工艺等因素的制约。在特殊情况下,某些类型的器件需要采用倒装工艺,即安装后工作面或者包含位置基准元素的面朝下方或朝向背离吸嘴的一侧。
对于需要倒装的贴片工艺,常规方案为分别拍摄被贴双方,通过软件计算出被贴双方相对位置,再通过运动机构移动,一次性贴装到位。由于温度、压力等各方面因素影响,在贴装过程中对准的被贴双方的相对位置会产生微小的漂移,高精度贴装需要在贴装过程中及时反馈被贴双方的相对位置变化,以及时给予修正。该方案较为依赖运动机构的重复定位精度、重复运动一致性和软件的标定补偿,在贴装过程中也无法反馈被贴双方水平面内的位置信息。影响该过程精度的主要原因有:设备安装精度、定位精度、运动机构重复定位精度、视觉系统及软件的测量和计算精度等,影响因素众多,一次贴装到位的精度较低,达到高精度贴装要求则需要花费大量的人力物力。
发明内容
本申请的目的在于提供一种自动贴片装置及其吸嘴和自动贴片方法,降低了对设备部分硬件精度的依赖,可有效提高贴装精度。
为了实现上述目的之一,本申请提供了一种自动贴片装置用的吸嘴,所述吸嘴上设有用于吸取物料的吸取口、连接外部负压的负压口、及连通所述吸取口和负压口的气流通道;
所述吸嘴还设有参考模板,所述参考模板上设有参考标记;
所述参考标记上面和/或下面设有通光结构,使得所述自动贴片装置均可从所述吸嘴上方和下方获取所述参考标记的位置。
作为实施方式的进一步改进,所述吸嘴还包括上表面和下表面,所述吸取口位于下表面上;所述通光结构为贯穿所述上表面和下表面的视窗;所述参考标记位于所述视窗内。
作为实施方式的进一步改进,所述视窗为通孔或通槽。
作为实施方式的进一步改进,所述参考模板位于所述上表面上;
或者,所述下表面包括第一台阶面和第二台阶面,所述吸取口位于所述第一台阶面上,所述参考模板位于所述第二台阶面上,所述第一台阶面凸出于所述参考模板。
作为实施方式的进一步改进,所述参考标记为规则的几何图形。
作为实施方式的进一步改进,所述参考标记包括至少两个圆形,或者至少一个三角形、矩形或其它多边形。
作为实施方式的进一步改进,所述参考模板包括朝上的顶面和朝下的底面;
所述参考标记贯穿所述参考模板的顶面和底面,或者,所述顶面和底面相同位置具有相同的所述参考标记。
作为实施方式的进一步改进,所述参考模板为透明平板,所述参考标记设于所述透明平板的顶面和/或底面。
本申请提供的一种自动贴片装置,包括:控制系统、载物台、吸嘴、设于所述载物台上方的第一图像获取装置、设于所述吸嘴下方的第二图像获取装置,以及第一运动模组、第二运动模组和升降机构;其中,吸嘴为上述任一实施例所述的吸嘴;
所述第一运动模组与所述吸嘴连接以驱动所述吸嘴活动;
所述第二运动模组用于驱动所述载物台移动;
所述升降机构用于调节所述第一图像获取装置的高度;
所述第二图像获取装置用于获取所述吸嘴吸取的待贴装物料与所述参考模板上参考标记的相对位置,并将所获取的信息传送到所述控制系统;
所述第一图像获取装置用于获取所述载物台上待贴装基板与所述参考模板上参考标记的相对位置,并在贴装过程中反馈所述待贴装基板与所述参考标记的相对位置,将所获取的信息传送到所述控制系统;
所述控制系统根据获取的待贴装物料和待贴装基板分别与所述参考标记的相对位置数据判断待贴装物料与待贴装基板的相对位置,并控制所述第一运动模组带动所述吸嘴活动实现待贴装物料与待贴装基板的对准和贴装。
本申请还提供了一种自动贴片方法,采用上述的自动贴片装置,包括如下步骤:
通过所述第二图像获取装置获取吸嘴上吸取的待贴装物料与参考标记的位置,根据获取的所述待贴装物料和参考标记的位置计算二者的相对位置;
通过所述第一图像获取装置获取载物台上待贴装基板的位置;
移动所述吸嘴至所述待贴装基板上方;
通过所述第一图像获取装置获取所述参考标记的位置,并根据所获取的待贴装物料与参考标记的相对位置、所述待贴装基板的位置、参考标记的位置,计算所述待贴装物料与所述待贴装基板的相对位置;
根据所述待贴装物料与所述待贴装基板的相对位置,移动所述吸嘴使所述待贴装物料与所述待贴装基板对准并贴装在一起。
作为实施方式的进一步改进,在通过所述第一图像获取装置获取载物台上待贴装基板的位置的步骤之后,所述待贴装基板保持不动,所述第一图像获取装置在与所述待贴装基板的上表面平行的水平方向上保持不动。
本申请的有益效果:在吸嘴上增加了参考标记,使得在贴装过程中可实时反馈待贴装双方的相对位置信息并及时调整,以降低贴装精度对设备部分硬件精度的依赖,可有效提高贴装精度。
附图说明
图1为本申请自动贴片装置系统示意图;
图2为本申请自动贴片装置的吸嘴局部剖视图;
图3为图2中局部剖视图A区域的放大视图;
图4为吸嘴局部立体图;
图5为本申请参考模板平面示意图;
图6为待贴装物料与参考标记相对位置测量示意图;
图7为第一图像获取装置视野中待贴装物料与参考标记示意图;
图8为待贴装基板位置测量示意图;
图9为贴装过程示意图;
图10为局部吸嘴及参考模板俯视图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
在本申请的各个图示中,为了便于图示,结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大,因此,仅用于图示本申请的主题的基本结构。
另外,本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时,其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层,或者可以存在中间元件或层。
如图1所示,本申请的自动贴片装置包括控制系统、载物台、吸嘴、设于载物台上方的第一图像获取装置、设于吸嘴下方的第二图像获取装置,以及第一运动模组、第二运动模组和升降机构。如图2-4所示,其中,吸嘴100上设有用于吸取待贴装物料200的吸取口11、连接外部负压的负压口12、及连通吸取口11和负压口12的气流通道13。吸嘴100上还设有参考模板50,参考模板50上设有参考标记51,在参考标记51上面和/或下面设有通光结构40,使得自动贴片装置均可从吸嘴100上方和下方获取参考标记51的位置。该实施例中,吸嘴100设有上表面20和下表面30,吸取口11位于下表面30上,通光结构40为设在吸取口11附近、贯穿上述上表面20和下表面30的视窗。该视窗包括上端口和下端口,该实施例中,上述参考模板50设在视窗的下端口处,在其它实施例中,参考模板50也可以设在视窗的上端口处,即吸嘴的上表面上。这里,视窗为一通孔,在其它实施例中,视窗也可以是一通槽。这里,通槽指在吸嘴的侧壁上设置的连通上表面和下表面的槽。
上述第一图像获取装置可通过上述通光结构40获取参考模板50上参考标记51的位置作为参考基准。第二图像获取装置用于获取吸嘴100所吸取的待贴装物料200与参考模板50上参考标记51的相对位置,并将所获取的信息传送到控制系统。上述第一图像获取装置用于获取载物台上待贴装基板与参考模板上参考标记的相对位置,并在贴装过程中实时反馈参考模板上参考标记的位置,将所获取的信息传送到控制系统,结合之前获取的待贴装基板的位置以及待贴装物料与参考标记的相对位置、实时反馈的参考标记的位置计算出待贴装物料与待贴装基板的相对位置。这里“相对位置”包括待贴装物料与参考标记、待贴装基板与参考标记或待贴装物料与待贴装基板在系统坐标上的相对位置和水平方向上的相对角度,水平方向指与待贴装物料和待贴装基板表面相互平行的方向。第一运动模组用于驱动载物台移动,第二运动模组与吸嘴连接以驱动吸嘴活动,升降机构与第一图像获取装置连接以驱动第一图像获取装置升降使第一图像获取装置对焦到不同平面上。控制系统根据获取的待贴装物料和待贴装基板分别与参考标记的相对位置数据判断待贴装物料与待贴装基板的相对位置,并控制第二运动模组带动吸嘴活动实现待贴装物料与待贴装基板的对准和贴装。
该实施例中,如图2-4所示,吸嘴100的下表面30包括第一台阶面31和第二台阶面32,上述吸取口11位于第一台阶面31上,参考模板50位于第二台阶面32上,第一台阶面31凸出于参考模板50,即参考模板50相对吸取口11凹进设置,不在同一平面上,以给待贴装物料让位,避免参考模板碰到吸取口吸取的待贴装物料,影响吸嘴的吸取效果。
该实施例中,如图4和5所示,待贴装物料200以光学透镜阵列为例,相应的,为了便于与透镜圆心相对应,同时由于圆心标记更容易被设备识别,这里采用圆形阵列作为参考标记51。该圆形阵列的参考标记51贯穿参考模板50的顶面和底面,方便第一图像获取装置透过吸嘴100的通光结构40从上面获取参考标记51的图像,同时第二图像获取装置也可以从下方获取参考标记51的图像。这里,参考模板50的顶面指的是参考模板50面向通光结构40的一面,底面指的是参考模板背向通光结构40的一面。当然,在其他实施例中,也可以是在参考模板的顶面和底面的相同位置设置相同形状的参考标记,或者将参考模板设为透明平板,参考标记设于透明平板的顶面和/或底面。只要使得第一图像获取装置和第二图像获取装置分别从参考模板的上方和下方可以获取到相同的参考标记的位置即可。
采用该贴片装置的贴装方法包括:通过第二图像获取装置获取吸嘴上吸取的待贴装物料与参考标记的位置,根据所获取的待贴装物料和参考标记的位置计算二者的相对位置;通过第一图像获取装置获取载物台上待贴装基板的位置,结合获取的参考标记的位置即可计算待贴装基板与参考标记的相对位置;之后保持待贴装基板不动,移动吸嘴至待贴装基板上方;通过第一图像获取装置获取参考标记的位置,并根据所获取的待贴装物料与参考标记的相对位置、待贴装基板的位置、参考标记的位置,计算待贴装物料与待贴装基板的相对位置;根据待贴装物料与待贴装基板的相对位置,移动吸嘴使待贴装物料与待贴装基板对准并贴装在一起。上述对准过程包括获取参考标记与待贴装基板的相对位置,判断待贴装物料是否与待贴装基板对准;如待贴装物料与贴装基板对准,则移动吸嘴将待贴装物料贴装到待贴装基板上;如待贴装物料未与贴装基板对准,则微调吸嘴直至待贴装物料与待贴装基板对准。
上述获取载物台上待贴装基板的位置之后保持待贴装基板不动,保持第一图像获取装置在水平方向上不动,第一图像获取装置的高度可调。上述获取参考标记的位置的方法为移动吸嘴使参考标记位于上述第一图像获取装置的视野内,调节第一图像获取装置的高度使其对焦到参考标记上以在贴装过程中获取参考标记的位置。该方法中,获取参考标记的位置以进行待贴装物料与待贴装基板对准的过程中,保持第一图像获取装置在水平方向上不动,使得参考标记和待贴装基板都处于第一图像获取装置的同一视野内的不同焦面上,无需反复移动图像获取装置或待贴装物料等,即对准过程中机构不需要重复定位,降低了重复定位精度对贴装精度的影响,减少了设备对硬件精度的依赖。
该自动贴片装置具体的工作过程如下:如图6和7所示,第二图像获取装置300可以固定不动,当然,在其它实施例中第二图像获取装置300也可以是位置可调的;控制系统控制第二运动模组带动吸嘴100将所吸取的待贴装物料200移动到第二图像获取装置300上方,并调节吸嘴100到第二图像获取装置300的高度,使得第二图像获取装置300在同一视野内分别对焦到吸嘴100所吸取的待贴装物料200上和参考模板50的参考标记51上。例如,先对焦到参考标记51上,获取参考标记51的图像P1,并标记为计算基准点和参考基准线发送给控制系统;再调节吸嘴100的高度使第二图像获取装置300对焦到待贴装物料200上,获取待贴装物料200的图像P2,并将待贴装物料200上的标记位置发送给控制系统,控制系统根据获取的数据计算待贴装物料200与参考模板50上参考标记51的相对位置和水平方向的相对角度。同时,如图8所示,控制系统还控制第一运动模组驱动载物台500移动,将其上的待贴装基板600移动到第一图像获取装置400的下方,并通过升降机构调节第一图像获取装置400的高度,使其对焦到待贴装基板600上,获取待贴装基板600上的标记位置发送给控制系统。
如图9和10所示,控制系统根据获取的数据计算待贴装基板600与参考模板50上参考标记51的相对位置和水平方向的相对角度,从而计算出待贴装物料200与待贴装基板600的相对位置和水平方向的相对角度,并根据计算结果控制第二运动模组带动吸嘴100将待贴装物料200移动到待贴装基板600上方,并控制升降机构调节第一图像获取装置400的高度,使吸嘴100处于第一图像获取装置400的下方,并使第一图像获取装置400通过吸嘴10的视窗40对焦到参考模板50的参考标记51上,以获取此时参考标记51的位置,并传送给控制系统。即,使参考标记51与待贴装基板600处于第一图像获取装置400的同一视野内,以在贴装过程中实时获取参考标记51的位置,这里指的是待贴装基板600和参考标记51在不同的时间先后出现在第一图像获取装置400的同一视野内。控制系统可根据之前获取的待贴装基板600的位置、实时获取的参考标记51的位置以及之前获取的待贴装物料200与参考标记51的相对位置和相对角度,计算出待贴装物料20与待贴装基板600的实时相对位置和水平方向的相对角度,并根据计算结果控制第二运动模组及时调整吸嘴100所吸取的待贴装物料200的位置和角度,使待贴装物料200与待贴装基板600精确对准再贴装。该装置在吸嘴上增加了参考标记,使得在贴装过程中可实时反馈待贴装双方的相对位置信息并及时调整,不受设备安装精度和运动模组重复定位精度的影响,降低了贴装精度对设备硬件精度的依赖,有效提高了贴装精度。
如图7所示,上述计算待贴装物料200与参考标记51的相对位置和水平方向的相对角度的方法如下:第二图像获取装置获取参考模板50上两个圆的圆心,以其中一个圆心作为计算基准点,连接两个圆心的直线作为参考基准线;测量同一视野里的待贴装物料200上两个透镜210的圆心分别到参考原点的相对位置(△X1,△Y1)和(△X2,△Y2),根据两个透镜210圆心分别与参考原点的相对位置差的比值,即可计算出待贴装物料200与参考标记51在水平方向的相对角度α,参考如下公式计算即可得出相对角度α,tanα=∣(△X1-△X2)/(△Y1-△Y2)∣。贴装过程中,待贴装基板与参考标记的相对位置和水平方向的相对角度的计算与该计算方法相同,不再赘述。
该实施例中采用圆形阵列作为参考标记,为了测量水平方向的相对角度,圆形阵列包括至少两个圆形,以其中一个圆心作为计算基准点,以两个圆心的连线作为参考基准线。在其它实施例中,参考标记也可以是其它规则的几何图形,这里,几何图形要求是位置信息明确的几何图形,具有清晰的边、角或中心和间距等信息,便于快速判断位置。例如可以采用至少一个三角形、矩形或其它多边形作为参考标记,以适应待贴装物料上不同形状的标记。上述实施例中,参考模板与吸嘴是分开制作后再将参考模板安装到吸嘴上,在其它实施例中,参考模板也可以跟吸嘴为一体成型结构。第一图像获取装置和第二图像获取装置可以采用摄像头等高清图像获取设备。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本申请的保护范围,凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种自动贴片装置用的吸嘴,所述吸嘴上设有用于吸取物料的吸取口、连接外部负压的负压口、及连通所述吸取口和负压口的气流通道;其特征在于:
所述吸嘴还设有参考模板,所述参考模板上设有参考标记;
所述参考标记上面和/或下面设有通光结构,使得所述自动贴片装置均可从所述吸嘴上方和下方获取所述参考标记的位置。
2.根据权利要求1所述的吸嘴,其特征在于:
所述吸嘴还包括上表面和下表面,所述吸取口位于下表面上;
所述通光结构为贯穿所述上表面和下表面的视窗;
所述参考标记位于所述视窗内。
3.根据权利要求2所述的吸嘴,其特征在于:所述视窗为通孔或通槽。
4.根据权利要求2所述的吸嘴,其特征在于:
所述参考模板位于所述上表面上;
或者,所述下表面包括第一台阶面和第二台阶面,所述吸取口位于所述第一台阶面上,所述参考模板位于所述第二台阶面上,所述第一台阶面凸出于所述参考模板。
5.根据权利要求1所述的吸嘴,其特征在于:所述参考标记为规则的几何图形。
6.根据权利要求5所述的吸嘴,其特征在于:所述参考标记包括至少两个圆形,或者至少一个三角形、矩形或其它多边形。
7.根据权利要求1-6任一项所述的吸嘴,其特征在于:所述参考模板包括朝上的顶面和朝下的底面;
所述参考标记贯穿所述参考模板的顶面和底面,或者,所述顶面和底面相同位置具有相同的所述参考标记。
8.根据权利要求1-6任一项所述的吸嘴,其特征在于:所述参考模板为透明平板,所述参考标记设于所述透明平板的顶面和/或底面。
9.一种自动贴片装置,其特征在于,包括:控制系统、载物台、吸嘴、设于所述载物台上方的第一图像获取装置、设于所述吸嘴下方的第二图像获取装置,以及第一运动模组、第二运动模组和升降机构;所述吸嘴为权利要求1-8任一项所述的吸嘴;
所述第一运动模组与所述吸嘴连接以驱动所述吸嘴活动;
所述第二运动模组用于驱动所述载物台移动;
所述升降机构用于调节所述第一图像获取装置的高度;
所述第二图像获取装置用于获取所述吸嘴吸取的待贴装物料与所述参考模板上参考标记的相对位置,并将所获取的信息传送到所述控制系统;
所述第一图像获取装置用于获取所述载物台上待贴装基板与所述参考模板上参考标记的相对位置,并在贴装过程中反馈所述待贴装基板与所述参考标记的相对位置,将所获取的信息传送到所述控制系统;
所述控制系统根据获取的待贴装物料和待贴装基板分别与所述参考标记的相对位置数据判断待贴装物料与待贴装基板的相对位置,并控制所述第一运动模组带动所述吸嘴活动实现待贴装物料与待贴装基板的对准和贴装。
10.一种自动贴片方法,其特征在于:采用如权利要求9所述的自动贴片装置,包括如下步骤:
通过所述第二图像获取装置获取吸嘴上吸取的待贴装物料与参考标记的位置,根据获取的所述待贴装物料和参考标记的位置计算二者的相对位置;
通过所述第一图像获取装置获取载物台上待贴装基板的位置;移动所述吸嘴至所述待贴装基板上方;
通过所述第一图像获取装置获取所述参考标记的位置,并根据所获取的待贴装物料与参考标记的相对位置、所述待贴装基板的位置、参考标记的位置,计算所述待贴装物料与所述待贴装基板的相对位置;
根据所述待贴装物料与所述待贴装基板的相对位置,移动所述吸嘴使所述待贴装物料与所述待贴装基板对准并贴装在一起。
11.根据权利要求10所述的自动贴片方法,其特征在于:
在通过所述第一图像获取装置获取载物台上待贴装基板的位置的步骤之后,所述待贴装基板保持不动,所述第一图像获取装置在与所述待贴装基板的上表面平行的水平方向上保持不动。
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