CN1201651C - 零件安装设备的头部组件 - Google Patents

Abstract

零件安装设备的头部组件包括一个壳体；多个安装得可相对于壳体升降的杆壳；多个固定于壳体、能够升降有关杆壳的音圈电机；多个主轴电机，每个具有在其端部安装得能相对于有关杆壳转动且按照杆壳的升降一起升降的一个零件拾取装置；多个安装于有关音圈电机用于检测和控制每个杆壳的升降位置的直线位置变量器；一个安装在主轴装置外周面上以转动主轴装置的第一小齿轮；一个与第一小齿轮啮合并相对于壳体往复移动的齿条；一个安装在壳体一侧使齿条直线往复移动的齿条驱动的电机；以及连接于齿条驱动电机转轴并与齿条啮合的第二小齿轮。

Description

零件安装设备的头部组件

技术领域

本发明涉及零件安装设备，更具体来说，涉及具有多个主轴装置的零件安装设备的头部组件。

背景技术

具有快速而精确的安装功能的零件安装设备已经根据各种电子装置的高集成、高功能，以及小而轻的需要而研制出来。零件安装设备的性能是由各种因素决定的，特别是根据装有吸取零件的吸嘴的头部可以迅速、精确地移动且定位在预定位置上的情形而决定的。为了迅速、精确地将头部定位在需要的位置上，头部需要减小尺寸和重量。为了精确地抓取零件，也已经研制出许多方法和设备。

一般来说，头部同时进行垂向抬升运动和旋转运动。为了这两种运动，定时皮带、齿轮或滚珠丝扛用作动力传递机构。也就是说，在传统的零件安装设备中，安装在头部的主轴被提升、下降及转动，以便将零件安装在印刷电路板上。这里，电机的动力是通过动力传递机构如定时皮带、齿轮或滚珠丝扛传递至主轴，从而安装零件的。

但是，在具有上述动力传递机构的零件安装设备中，从电机驱动轴产生的动力，由于定时皮带的松垂或齿轮的间隙而不能精确地传递至主轴，因此，不能保证零件安装的精度。具体来说，定时皮带的张力根据温度的变化而变化，因而电机的转动力不能精确地传至主轴以进行升降和转动。另外，皮带本身的热及机械耐用度也得不到保证。另外，头部的结构复杂、重量增加，因而头部难于进行迅速、精确的位置选择，同时难于维修和保养设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种零件安装设备的头部组件，其中，多个吸嘴和主轴安装在一个壳体内，使许多零件可以同时被抓取和安装。

本发明的另一个目的是提供一种零件安装设备的头部组件，它具有简单的结构、小而轻，同时可以进行高效率的零件安装操作。

因此，为了实现上述目的，提供一种零件安装设备的头部组件，它包括：一个壳体；多个安装得可相对于所述壳体升降的杆壳；多个固定在所述壳体上可升降有关杆壳的音圈电机；多个主轴装置，每个具有在其端部的零件拾取装置，该拾取装置安装得可相对于有关杆壳转动，并按照杆壳的升降一起升降；多个直线位置变量器，其安装在有关的音圈电机上，用于检测和控制每个杆壳的升降位置；以及相对于有关杆壳转动每个主轴装置的装置，其中，所述转动每个主轴装置的装置包括：一个第一小齿轮，其安装在每个所述主轴装置的外周面上，用于转动每个主轴装置；一个齿条，其与所述第一小齿轮啮合，并相对于所述壳体直线往复移动；以及一个驱动装置，其安装在所述壳体的一侧，用于驱动所述齿条以便直线往复移动。

在本发明中，所述驱动装置最好是一个安装在壳体一侧的电机，一个安装在该电机转轴上的第二小齿轮与所述齿条啮合。

在本发明中，所述驱动装置最好是直线电机，其安装得使所述齿条作直线运动。

在本发明中，所述壳体最好包括一个上部和一个体部，在所述上部形成用于插入所述直线位置变量器的插孔，在所述体部形成用于插入所述主轴装置的插孔，在所述上部和体部之间形成安装所述齿条的齿条导承安装表面。

在本发明中，每个杆壳最好包括成对的第一杆壳和第二杆壳，在每个杆壳的上部形成连接于音圈电机的活动部分的连接表面和用于插入所述主轴装置的一个插孔，在第一和第二杆壳中形成所述插孔沿直线布置，而所述连接表面则分离设置彼此分开。

在本发明中，上述第一和第二小齿轮最好分别具有第一和第二齿轮，第一和第二齿轮具有至少一对凸起和槽，一个弹簧弹性地和可转动地支承在第一和第二齿轮之间。

在本发明中，在音圈电机中最好形成一个中空部分，所述直线位置变量器插入所述中空部分，直线位置变量器和一侧连接于音圈电机的活动部分，因而使音圈电机活动部分的位置受到检测和控制。

在本发明中，所述直线位置变量器最好在吸嘴到达一个零件或一个印刷电路板上方的一个设定的位置时受到操纵以改变音圈电机的下降速度。

附图说明

现在对照以下附图详述本发明的推荐实施例，进一步阐述本发明的上述的目的和优点。

图1是按照本发明的头部组件的立体图；

图2是头部组件一部分的分解立体图；

图3是第一杆壳的立体图；

图4是表示第一和第二杆壳组装状态的立体图；

图5是头部组件的前侧视图；

图6是沿第一杆壳截取的剖视图；

图7是沿第二杆壳截取的剖视图；

图8是表示主轴装置的分解图；

图9是表示处于轴承装配状态的主轴装置的前侧视图；

图10是表示音圈电机和直线位置变量器的局部剖开的视图；

图11和12是表示小齿轮的分解立体图。

具体实施方式

现在参阅图1，按照本发明的零件安装设备的头部组件包括一个壳体11、多个安装在壳体11内的第一和第二杆壳21和22、多个为第一和第二杆壳21和22提供驱动力的音圈电机14、多个安装在第一杆壳上的主轴装置40(图2)、多个通过音圈电机14的内孔安装、用于控制主轴装置40提升位置的直线位置变量器17、一个安装在主轴装置外周面上以转动主轴装置40的小齿轮16(图2)、一个与小齿轮16啮合的齿条15和一个具有安装小齿轮52(图5)以驱动齿条15的转轴的电机51(图5)。在另一个附图未画出的推荐实施例中，电机51可由一直线电机替代。当使用直线电机时，为了直线电机的精确的位置控制，设置一个编码器或一个附加直线位置变量器，因而能够控制齿条的直线往复运动。当使用直线电机时，可以防止齿轮齿间可能产生的间隙。(在另一个推荐实施例中，主轴装置40的转动可以通过使用皮带轮和皮带替代齿条15和小齿轮16来实现)

如图1所示，12个直线位置变量器17安装在壳体11的上部，相应于直线位置变量器17的数目的主轴装置40(图2)可以安装在一个壳体11中，也就是说，6个第一杆壳21和6个第二杆壳22包括相应数目的音圈电机14和主轴装置，因而总数为12个主轴装置可以安装于壳体11。

图2是图1所示头部组件一部分的分解立体图。现在参阅图2，壳体11包括一个上部23、一个体部24和一个下部25，在上部23形成多个用于插入直线位置变量器17的孔28，在体部24形成多个主轴插孔29，下部25在体部24的下部形成。在上部23中形成的直线位置变量器插孔28分两排形成，每排沿直线布置6个插孔28。另外，在上部23的上表面形成一个为座32而设置的安装表面12，在所述座上安装直线位置变量器17。用于插入主轴装置40的12个主轴插孔29沿直线布置在体部24上。在附图中，在体部24的前表面上形成一个安装表面27，在其上安装直线导承38的座37，以便引导杆壳21和22。形成6个安装表面27。

一个齿条导承安装表面26在壳体11的上部23和体部24之间形成。直线导承30安装在齿条安装表面26上。支座31沿直线导承30往复直线运动。齿条15安装在直线导承的前表面上。因此，齿条15可以在水平方向上相对于壳体11往复直线运动。

安装在壳体11上的12个主轴装置40中，6个主轴装置40由第一杆壳21保持，另6个主轴装置40由第二杆壳22保持。每个第一和第二杆壳21和22形成一对，因而共有6对第一和第二杆壳21和22。

图3表示处于拆开状态的第一杆壳21。现参阅图3，在第一杆壳21的上部形成一个电机连接表面36，该表面上可设置一个电机，一个主轴插孔35在杆壳一侧形成。另外，一个滑动支座39可固定在第一杆壳21的另一侧，滑动支座39沿直线导承38升降。第一杆壳21随滑动支座39上、下移动。

图4表示彼此连接的第一杆壳21和第二杆壳22。现在参阅图4，当组装一对第一和第二杆壳21和22时，分别在第二和第一杆壳22和21上形成的主轴插孔33和35彼此紧密沿直线布置。另外，可以看出，电机连接表面36和34彼此分开布置。这是由于电机连接表面34是在第二杆壳22的上部水平延伸的，如图2所示。

现在再参阅图2，音圈电机14设置在每个第一和第二杆壳21和22的上表面上。在图2中，只画出设置在第一杆壳21上的音圈电机14。音圈电机14的一个活动部分形成得具有一个中空部分，直线位置变量器插过音圈电机14的中空部分。

第一和第二杆壳21和22安装得能够通过音圈电机14的驱动力相对于壳体11上、下移动。也就是说，直线导承座37安装在壳体11的座安装表面27上，直线导承38安装在直线导承座37的两个表面上。滑动支座39可沿直线导承38升降，固定在滑动支座39上的第一和第二杆壳21和22可以升降。音圈电机14安装在壳体11的上部23内形成的空间中，音圈电机14的活动部分72使第一和第二杆壳21和22升降。

主轴装置40的上部安装得能够相对于第二和第一杆壳22和21的主轴装置插孔33和35转动。另外，小齿轮安装在主轴装置40中部的外周面上，小齿轮16与齿条15啮合。主轴装置40的中部可转动地插入壳体11的体部24上形成的主轴插孔29中。

一个吸嘴41安装在主轴装置40的下部，吸嘴41可借助作用其上的真空抓住一个零件C。主轴装置40可以借助第一和第二杆壳21和22的升降操作而升降一个预定的距离，并且可借助装在主轴装置40外周面上的小齿轮16和与其啮合的齿条15的相互作用而转动。

图5表示图2所示的头部组件的前侧面。现在参阅图5，使齿条15直线往复运动的电机51安装在壳体11的左侧。小齿轮52安装在电机51的转轴上，并与齿条15啮合。从图5可看出第一杆壳21和第二杆壳22的组装状态。安装零件的印刷电路板(B)设置在吸嘴41之下。

图6是沿第一杆壳21截取的壳体11的剖视图。现参阅图6，音圈电机14安装在壳体11的上部内。直线位置变量器17插装在音圈电机14的中空部分中。音圈电机14的活动部分72连接于第一杆壳21上部上形成的电机连接表面36。直线位置变量器17由装在壳体11上部的座32保持。主装电机40的上部可转动地相对于第一杆壳21安装，并可以随第一杆壳21的升降而升降。

图7是沿第二杆壳22截取的壳体11的剖视图。现在参阅图7，一个延伸部78在第二杆壳22的上部水平地形成。电机连接表面34在延伸部78的上部形成，如图2所示。主轴装置40插入第二杆壳22的主轴装置插孔33，然后插入壳体11的体部24上形成的主轴插孔29中。音圈电机14在壳体11的上部内设置在其后部，这与图6所示情形不同。在图7中，通过音圈电机中空部分插入的直线位置变量器17未画出。

图8是主轴装置的分解视图。现在参阅图8，一滚珠花键(ballspline)87安装在主轴84外周面上。主轴管85套在滚珠花键87上，小齿轮16装配在主轴管85的外周面上、一个嘴套86安装在主轴84下端部上。嘴套86支承图2所示吸嘴41，将吸嘴保持在主轴84的下端部上。安装在主轴管85的外周面上的小齿轮16由第一齿轮81、第二齿轮82和一个弹性地支承在第一齿轮81和第二齿轮之间的弹簧83构成。小齿轮16的上述结构可防止工作中产生间隙，这将在下文详述。

图9表示安装在主轴装置40外部的滚珠丝杠。第一轴承91安装在主轴装置40上端，可相对于第一和第二杆壳21和22的主轴装置插孔33和35转动，如图2所示。另外，第二和第三轴承92和93安装在主轴装置40中部，使主轴装置40能够在壳体11的体部24中形成的主轴插孔29中转动。从图6和7中可看出第一至第三轴承91，92和93的安装状态。

图10的剖视图表示音圈电机和直线位置变量器之间的相对关系。现在参阅图10，中空式音圈电机14安装在壳体11的上部23内。直线位置变量器17插在音圈电机14的中空部分内，并固定在壳体11的上部23上。活动部分72安装在音圈电机14上，并包括一个插在音圈电机14的圆筒形外壳中的圆柱形部分和一个连接于圆柱形部分底面的圆形部分。活动部分72用于按照音圈电机14的驱动进行升降运动。

直线位置变量器17设有一个活动部分17a，它插在直线位置变量器17的整体形成为圆筒的外壳中，如图2所示，并可在其中升降。直线位置变量器17的活动部分17a借助螺钉71相对于音圈电机14的活动部分72的底面固定。因此，当音圈电机14的活动部分72上、下移动时，直线位置变量器17的活动部分17a可以上、下一起移动。

大家知道，直线位置变量器17是一种微传感器，它能够以微米为单位测量按照直线位置变量器17的活动部分17a的运动的线性位移的变化。直线位置变量器17的基本原理和结构公开在美国专利第5,345,206号中。音圈电机14的活动部分72以超高速上、下移动。当设定初始位置时，一个信号按照每个零件的位置和高度发送至直线位置变量器17。音圈电机14的活动部分72按照直线位置变量器17的控制以高速垂直向下移动。例如，直线位置变量器17在一个零件的顶部上方1mm处减少音圈电机14的活动部分72的速度，使吸嘴41能够以低速趋近于零件。当零件被抓住时，上述操作以相反的顺序进行。当将零件安装在电路板上时，进行这样的操作。当吸嘴41的下降速度在吸嘴41趋近零件的位置上被减小时，可以避免吸嘴41对零件的冲击。由吸嘴41吸取的电子零件能够防止由于主轴84的突然上升或下降而从吸嘴41的端部松脱。另外，当音圈电机的工作速度在非减速期的位置上可以更快时，进行零件的吸取和安装。

直线位置变量器17检测音圈电机14的活动部分72的运动量，并在预定的位置上控制音圈电机14的速度。也就是说，音圈电机14的工作由直线位置变量器17自动阅读，音圈电机14的加速和减速是在设定的位置上进行的。

图11表示安装在主轴管85外周面上的小齿轮16。现在参阅图11，小齿轮16包括第一齿轮81和第二齿轮82。一个弹簧83安装在第一和第二齿轮81和82之间。一个凸起85在第一齿轮81的底面上形成，一条槽86在第二齿轮82的上表面上形成。使凸起85可插入槽86中。由于槽86的周长制得大于凸起85的周长，因而第一和第二齿轮81和82可彼此独立地转动一个预定的距离。弹簧83的一端和另一端分别固定在第一齿轮81和第二齿轮82上。

在具有上述结构的小齿轮16中，第二齿轮82固定在图8所示的主轴管85上，而第一齿轮81则不直接固定在主轴管85上。标号88代表一个孔，其用于在将小齿轮16固定在主轴管85上时插入螺钉。小齿轮16与图2所示齿条15啮合。当小齿轮16正或反转期间在齿条15和小齿轮16之间产生间隙时，这种间隙可被弹簧83的弹力补偿。

图12表示连接于图5所示齿条驱动电机51的转轴上的小齿轮52。现在参阅图12，小齿轮52的总体结构类似于图11所示小齿轮16的总体结构。也就是说，小齿轮52包括第一齿轮121、第二齿轮122和一个安装在第一和第二齿轮121和122之间的弹簧123。在小齿轮52中，一条槽128在第一齿轮121上形成，而一个凸起127在第二齿轮122上形成。槽128的周长制得大于凸起127的周长。第一齿轮121固定在驱动电机51的转轴上。标号126代表一个通孔，一螺钉穿过该通孔，以便固定在驱动电机51的转轴上。标号125代表一个插孔，弹簧123的一端插入该孔中。虽然在图中未画出，但是在第二齿轮122上形成另一插孔以便插入弹簧123的另一端。由于上述结构，小齿轮52和齿条15之间可防止产生间隙。

在按照本发明的零件安装设备的头部组件的工作中，本发明的头部组件受到典型的直线反复式驱动机械手操纵。头部组件在放置零件的托盘(未画出)和印刷电路板B(见图5)之间往复运动，将零件安装在印刷电路板的表面上。

当头部组件达到零件托盘或印刷电路板的上部时，音圈电机14的工作使杆壳21和22下降，直线导承38和滑动支座39引导杆壳21和22的升降。按照杆壳21和22的下降运动，图8所示主轴84相对于滚珠花键87下降。这里，直线位置变量器17检测和控制音圈电机14的位置和速度。

当吸嘴41到达放在零件托盘上的一个零件的上方时，真空形成使零件可被吸嘴41吸取。相反，当由吸嘴41吸取的零件到达零件在印刷电路板上的安装位置时，真空状态消除使零件可以安装在印刷电路板上。

为了设定零件位置及对准零件，安装在壳体11侧面上的齿条驱动电机51被驱动以便转动吸嘴41。当安装在齿条驱动电机端部上的小齿轮52转动时，齿条15由滑动支座31和直线导承30引导作往复运动。这里，由于安装在每个主轴装置40上的小齿轮16与齿条15啮合，因而当齿条往复运动时，主轴装置40转动。因此，吸嘴41可以转动。这里，安装在主轴装置40外面的轴承91，92和93使吸嘴41可以转动。上面参阅图11和12所述的结构可以防止齿条15和小齿轮16及52之间产生间隙。

按照本发明的零件安装设备的头部组件具有下述优点。

首先，由于多个主轴电机同时运转，因而能够迅速安装零件。

第二，由于主轴装置的升降是由中空式音圈电机和直线位置变量器检测和控制的，因而零件可迅速和精确地安装。

第三，由于主轴装置的转动是由小齿轮和齿条实现的，因而提供了机械耐用度。

第四，由于直线位置变量器控制音圈电机的工作，安装零件时产生的对零件的冲击被消除，防止了对零件的损坏。

应当注意的是，本发明并不局限于上述的推荐实施例，本专业技术人员显然可在权利要求书所限定的本发明的范围内进行各种修改和变化。

Claims (7)

1.一种零件安装设备的头部组件，它包括：

一个壳体；

多个安装得可相对于所述壳体升降的杆壳；

多个固定在所述壳体上可升降有关杆壳的音圈电机；

多个主轴装置，每个具有在其端部的零件拾取装置，该拾取装置安装得可相对于有关杆壳转动，并按照杆壳的升降一起升降；

多个直线位置变量器，其安装在有关的音圈电机上，用于检测和控制每个杆壳的升降位置；以及

相对于有关杆壳转动每个主轴装置的装置，

其中，所述转动每个主轴装置的装置包括：

一个第一小齿轮，其安装在每个所述主轴装置的外周面上，用于转动每个主轴装置；

一个齿条，其与所述第一小齿轮啮合，并相对于所述壳体直线往复移动；以及

一个驱动装置，其安装在所述壳体的一侧，用于驱动所述齿条以便直线往复移动。

2.如权利要求1所述的头部组件，其特征在于：所述驱动装置是一个电机，安装在所述壳体的一侧上，一个安装在所述电机的转轴上的第二小齿轮与所述齿条啮合。

3.如权利要求1所述的头部组件，其特征在于：所述驱动装置是直线电机，其安装得使齿条进行直线运动。

4.如权利要求1所述的头部组件，其特征在于：所述壳体包括一个上部和一个体部，在所述上部形成用于插入直线位置变量器的插孔，在所述体部形成用于插入主轴装置的插孔，在所述上部和所述体部之间形成用于安装齿条的齿条导承安装表面。

5.如权利要求1所述的头部组件，其特征在于：每个杆壳包括成对的一个第一杆壳和一个第二杆壳，在每个杆壳的上部形成连接于音圈电机的活动部分的连接表面和用于插入主轴装置的一个插孔，在第一和第二杆壳中形成的所述插孔沿直线布置，而所述连接表面分离布置，彼此分开。

6.如权利要求2所述的头部组件，其特征在于：所述第一和第二小齿轮分别具有第一和第二齿轮，第一和第二齿轮具有至少一对凸起和槽，一弹簧弹性地和可转动地支承在第一和第二齿轮之间。

7.如权利要求1所述的头部组件，其特征在于：一个中空部分在音圈电机中形成，所述直线位置变量器插入中空部分，直线位置变量器的一侧连接于音圈电机的活动部分，因而音圈电机的活动部分的位置受到检测和控制。

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