CN1223258C - 在基板插装机中检查电气元件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在基板插装机中检查电气元件的方法和装置，其中，在电气元件的拿取和安放阶段中借助光学的扫描器(7)来检查吸持器(2)的底面。在这里规定了，扫描器与控制装置连接，扫描器能在一个吸持该电气元件之前的阶段内和在一个吸持该电气元件之后的阶段内被起动，控制装置根据该扫描器的扫描值识别在该吸持器上是否有所述电气元件，该控制装置视在所述的吸持该电气元件之前的阶段和所述的吸持该电气元件之后的阶段之间保持不变的扫描值为操作错误，并根据所述保持不变的扫描值判定该吸持器上没有所述电气元件。

Description

在基板插装机中检查电气元件的方法和装置
技术领域
本发明涉及在基板插装机中检查电气元件的方法和装置，所述元件通过插装机的插装头来装卸，使该插装头在一个工作平面内移动，使在插装头中的一个元件吸持器借助一个升降驱动机构垂直于工作平面地在一个输送位置和一个功能位置之间移动，所述元件被吸持到吸持器底面上并且通过该吸持器使元件从一个拿取位置升到该输送位置并且在插装头移入一个被插装到基板上的插装位置之后下降到该功能位置，通过该插装头的一个光学的扫描器来检查所述元件与该吸持器的位置关系。在这里，该位置关系不仅指该元件在吸持器上的相对位置，而且指在该吸持器上是否有元件。
背景技术
从US5660519中知道了这样的装置。对此，插装头扫描器分别由一列发送二极管和接收二极管构成，它们在位于输送位置上的元件高度上构成了一个垂直于升降方向的扫描平面。当插装头移向在基板上的插装点时，可以通过使吸嘴绕升降轴线转动来扫描元件的侧轮廓，由此可以计算出元件中心与吸持器轴线的位置偏差。当拿取或安放元件时，通过扫描吸管的吸气压力来识别在吸持器上是否有元件。当然，在光学测量时，也可以确定是否有元件。
另外，由JP11-154797A公开了一种插装机，它具有一个固定不动的步进循环式转台，一块印制电路板可以在该转台下在两个坐标方向上移动。给转塔状的转台装配了许多个元件吸持器，它们经过步进分开的工站并且把元件从一个拿取位置送往一个对置的安放位置。在拿取前，吸持器的自由端经过一个具有成光栅形式的垂直一列光学发送二极管和接收二极管的控制站，由此可以测定吸持器的高度位置。在拿走元件后，该吸持器端带着元件经过另一个具有垂直一列二极管的光学控制站，从而可以测定元件底面的高度位置并进而测定其结构高度。当插装头可以在两个坐标方向上移动时，吸持器必须在拿取了元件后经过这个位置固定的控制站，以便能够进行相应的测量，而这通常与在拿取位置与安放位置之间的不可接受的绕弯路有关。
另外，例如从US4875285中知道了这样的技术，即成转塔状地将插装头设计成具有多个环绕设置于一个转子上的吸持器，其中一个定子同时具有沿吸持器的环绕轨迹而设的元件加工站，所述元件在这些工站中被定心、接通并接受电、光或机械测量，如根据其第2页的第65行。此时，一般借助CCT摄象机来确定元件在吸持器上的位置，所述CCT摄象机测量元件，尤其是垂直照射地测量接触面的位置。可以在一个后续转动站内修正元件的角度位置。通过相应地修正插装头的目标坐标，考虑x-y位移。
越来越小的如边缘长为0.25毫米的元件的发展趋势的前提是吸持器中的吸气通道很狭窄，这种狭窄的吸气通道尤其是在有脏东西时使得真空应答变困难了。另外，因拿取位置不精确而出现了元件未完全覆盖住吸气通道，由于这种遗漏，真空应答结果是不可靠的。因而，例如在转塔头等的情况下，只能在插装阶段中的光学站内注意到元件缺失。而备用件的拿取又需要花费相当长的额外时间。
发明内容
本发明的任务是在检查元件时获得更高的可靠性。
本发明提供一种在基板插装机中检查电气元件的方法，该电气元件通过该插装机的一个插装头来装卸，使该插装头在一个工作平面x-y内移动，使在该插装头中的一个用于吸持该电气元件的吸持器借助一个升降驱动机构垂直于该工作平面x-y地在一个输送位置和一个功能位置之间移动，所述电气元件被吸持到该吸持器的底面上并且该电气元件通过该吸持器从一个拿取位置被升高到该输送位置，并且在该插装头移入一个在该基板上方的插装位置后，使该吸持器下降到该功能位置以便将所述电气元件安置到该基板上，通过该插装头的一个光学的扫描器来检查该电气元件与该吸持器的位置关系，该电气元件通过该吸持器的升降运动而到达该扫描器的至少一条横向于该吸持器的升降方向的探测射束的工作区，在该输送位置上的该吸持器的底面位于该探测射束的上方，该插装头具有一个控制该吸持器的升降位置的控制装置，其特征在于，该扫描器与该控制装置连接，该扫描器在一个吸持该电气元件之前的阶段内和在一个吸持该电气元件之后的阶段内被起动，该控制装置根据该扫描器的扫描值识别在该吸持器上是否有所述电气元件，该控制装置视在所述的吸持该电气元件之前的阶段和所述的吸持该电气元件之后的阶段之间保持不变的扫描值为操作错误，并根据所述保持不变的扫描值判定该吸持器上没有所述电气元件。
探测射束可以紧贴在升起的吸持器的底面下方，这样，在吸持器降向待吸持元件之前能检查吸持器底面。在正常情况下，光栅的光路不被遮断。随后，吸持器降向待吸持元件并吸取和提起元件。随后，能通过新的探测脉冲确定吸持器是否吸持住元件。通常，元件是在传送带凹槽中送来的。当传送带输送时，元件可能因震颤而跳出凹槽或者改变位置，但这样的差错可能导致吸持器没有抓住元件。通过紧接着进行的扫描，可以马上开始重新吸持，此时传送带移动了一个凹槽间距，因此，吸持器能吸住另一元件。这无需移动插装头就能做到，因而浪费的时间很短。就在把元件安放到基板上之前，再进行一次扫描以确定元件还在吸持器上。就元件例如因插装头的震颤、加速或减速而在安放前已丢失来说，这是有利的。在这种情况下，吸持器不进行安放动作。就吸持器底面会被安放到位于印制电路板上的焊膏上并由此污染该底面并造成吸口明显缩小或完全堵塞来说，这是有意义的。如果元件在位，则将元件安插到基板上并借助脉动压缩空气使元件脱离底面。但如果元件很小，则粘在被弄脏的底面上的粘附作用很强，以至元件附着在吸持器上。这可以通过就在吸持器升起后进行的扫描来确认，因此，吸持器在插装头离开安放位置之前可以又一次尝试把元件安放到基板上。这样，获得了很高的拿取插装可靠性。
根据本发明的另一个有利改进方案，该扫描器在拿取该元件和安放该元件时被起动。
这样一来，在所有工作阶段中全面监测吸持器底面。
根据另一个改进方案，在该输送位置上的电气元件底面被升高到狭窄聚焦的该探测射束的水平高度上方，在功能位置上的吸持器的底面移动到该探测射束的水平高度下方，该升降驱动机构具有一个用于确定该吸持器的升降位置的位移测量装置，该位移测量装置与该控制装置相连，该升降驱动机构在该电气元件升高和/或降低时被起动，该控制装置根据电气元件或吸持器的底面与探测射束相交时的扫描值变化并根据吸持器的各自升降位置来求出该吸持器或该电气元件的底面的高度位置。
这样，不仅检查是否有元件，而且确定元件高度，由此还能获得关于元件类型的信息。例如，可以在一面吸住放在传送带凹槽内的元件，因而它被吸持器竖着吸住。因此，这已经能在拿取时作为拿取头被识别出来。这样的元件在一定的位置上被丢下，因而不是杂乱无章地摆放到基板上。
本发明还提供一种在基板插装机中检查电气元件的装置，该插装机具有一个能在工作平面x-y内移动的且装卸所述电气元件的插装头，在该插装头中的一个用于吸持该电气元件的吸持器借助一个升降驱动机构垂直于该工作平面x-y地在一个输送位置和一个功能位置之间移动，通过该吸持器使该电气元件从一个拿取位置升高到该输送位置，并且在该插装头移入一个在该基板上方的插装位置后，使该吸持器下降到该功能位置以便将所述电气元件安置到该基板上，该插装头具有一个检查在该吸持器上的所述电气元件的光学的扫描器，该扫描器接收至少一条横向于该吸持器的升降方向的且在升降方向上细窄的探测射束，在该输送位置上的该吸持器的底面位于该探测射束的上方，该插装头具有一个控制该吸持器的升降运动的控制装置，其特征在于，该扫描器与该控制装置连接，该扫描器能在一个吸持该电气元件之前的阶段内和在一个吸持该电气元件之后的阶段内被起动，该控制装置能根据该扫描器的扫描值识别在该吸持器上是否有所述电气元件，该控制装置视在所述的吸持该电气元件之前的阶段和所述的吸持该电气元件之后的阶段之间保持不变的扫描值为操作错误，并根据所述保持不变的扫描值判定该吸持器上没有所述电气元件。在这里，也可以全面监测吸持器底面的情况，因此，相应提高了插装可靠性。
根据该装置的另一实施形式，该探测射束在该电气元件的所述输送位置上位于该电气元件的底面下方，在功能位置上的该吸持器底面位于清晰聚焦的该探测射束的下面，该升降驱动机构具有一个用于确定该吸持器的升降位置的位移测量装置，该位移测量装置与该控制装置相连，该升降驱动机构可在该电气元件的升高和/或降低时被起动，该控制装置可以根据该吸持器底面或电气元件底面与探测射束相交时的扫描值变化并根据该吸持器的各自升降位置求出该吸持器底面或该该电气元件底面的高度位置并由此算出该电气元件的高度。
这样的装置可以精确监测在升降方向上的元件高度，由此能准确推断出元件的类型和安装位置。
本发明装置的另一实施例规定，该扫描器被设计成具有一个用于功能部件如发送二极管或接收二极管的弓形座的分叉光栅的形式，该探测射束通过转向机构而位于该扫描器的面向该基板的底面的附近。
在这种情况下，扫描器被组装在一个构架中，由此能在功能部件之间产生精确的几何关系。靠近底面的转向机构例如能由棱镜构成，它把探测射束斜向上地转向一个发送二极管。
根据另一实施例，上述插装头是成转塔状的插装头，该成转塔状的插装头具有一个定子，一个转子能步进转动地支承在该定子上，该转子配备有多个环绕分布的附加的吸持器来代替该吸持器，所述附加的吸持器能通过另一升降驱动机构在该成转塔状的插装头的一个升降站内升降，固定在该定子上的另一扫描器配属于该升降站，该成转塔状的插装头的定子除了固定在该定子上的所述另一扫描器外还配备有一个用于确定该电气元件在所述附加的吸持器上的位置的镜组站，所述镜组站位于该升降站外。
在这里，转塔状插装头可以具有如12个吸持器，它们呈星状沿循环的环行轨道布置。转子是步进驱动的，因此，吸持器可以先后转入拿取位置，以便紧接着拿取元件。但这意味着，这些元件在其可以光学监控之前已至少经过许多工站，直到到达镜组站。在这段时间里，如果没有本发明的扫描器，就无法光学监控这些元件。部分元件只在安放阶段里经过镜组站并接受检查。这样，无法通过真空询问发现的拿取错误只在一个稍后的阶段里被发现并由此浪费了一些时间。根据本发明，直接与拿取过程相关地检查所有吸持器，因此，如果出现拿取错误，则吸持器可以重新尝试拿取，而转子不会在此期间里转动。通常，镜组站为了测量多个工站中的元件位置被布置在安放站之前并且使在下一个工站里的吸持器转入所需的安装位置。在转子和吸持器转动时，在光学测量后还是可能出现元件损失，如果安放站里没有扫描器，这就无法被发现了。所以，安放过程中的光学扫描显著提高了检查可靠性。
根据另一实施例，该探测射束沿该电气元件的环行轨迹的切线方向定向。
这样，分叉光栅可以从定子侧起整体作用到元件移动路线中。
附图说明
以下，结合附图示意所示的实施例来详细描述本发明。
图1示出了具有一吸持器和一控制装置的插装头的截面。
图2是图1所示插装头的局部俯视图。
图3示出了在开始拿取阶段时的具有一条元件传送带和电气元件的插装头的局部。
图4示出了后续阶段内的图3所示部分。
图5表示在后续阶段内的没有元件传送带的图3的部分。
图6表示在拿取阶段结束时的图5所示部分。
图7表示在拿取阶段结束后的图6所示部分。
图8表示在把元件安放到基板上时的图7所示部分。
图9表示在元件安放好后的图9所示部分。
图10另一个带有元件和基板的转塔状插装头的侧视图。
图11是图10所示部分的侧视图。
具体实施方式
根据图1，一个可在水平工作平面X-Y的两个坐标方向X、Y上移动的插装头1配备有一个吸持器2，它可借助其升降驱动机构3垂直于工作平面地移动。吸持器2在其朝下的头端上具有一个用于要吸取的工件的吸口4。升降驱动机构3具有一个位移测量装置5，可通过它来确定吸持器的各升降位置并且该位移测量装置通过一条数据线与插装装置的一控制装置6相连。在吸持器2的底侧区域内，在插装头1上固定着一个成分叉光栅形式的扫描器7，它配备有一个发送二极管8和一个接收二极管9。这些二极管是如此布置和相互取向的，即一个在它们之间经过的且锐利集束的探测射束22与吸持器轴线垂直交叉。扫描器7通过另一条数据线也与控制装置6相连。
在所示的输送位置上，吸持器2处于其最上方的升降位置，在这个位置上，吸持器2的底面位于由二极管限定的扫描高度的上方。控制装置6接收位移测量装置5的位置测量值。扫描器在吸持器2的升降阶段中被起动。由接收二极管接收的信号也被传递给控制装置6。在接收二极管9所接收的亮度值超过一阈值的时刻，将刚测得的吸持器2的升降位移存储起来，以备继续使用。
图2是扫描器7的俯视图，在这里，用虚线表示吸持器2头部和一个要被吸持于其上的电气的元件10的位置。
在图3-图9中，示出了与扫描器7有关的插装周期各阶段的顺序。
如图3所示，插装头以其吸持器2位于一个要拿取的元件10的上方并且插装头已经从其如图1所示的起始位置下降了这样的程度，即其空闲的底面与扫描器7的探测射束22交叉。由控制装置存储相应的吸持器位置。可以在每次更换吸持器后进行这样的扫描并且将如此求得的标准值与在空吸持器下降时的各测量值进行比较。因而，相当大的偏差可意味着在吸持器前头上的缺陷，这例如可以归咎于不干净或元件有粘性。
如图4所示，吸持器2底面已经安放到被放在传送带12的凹槽11中的元件并且吸持所述元件。
根据图5，使吸持器2上移这样的程度，即其底面位于探测射束22的上方并且被吸走的元件10隔断了探测射束22。此刻，已可以根据存储值来确定要获得的元件是否在吸持器2上。
根据图6，吸持器2和所吸持的元件10一起上移这样的程度，即元件10底面离开探测射束22。控制装置6(图1)识别到这种状态变化并且它把位移测量装置5的相应扫描值存储起来。此刻，已经可以将早先存储的值与这个实际值进行比较，在这里，升降位置的高度差是元件10高度的尺度。如果这两个扫描值保持不变，则这意味着，元件10没有被充分地吸住并抬起。另外，控制装置从元件程序库中知道了元件数据。高度值差可能意味着，提供了一种错误的元件，或者元件被吸持在一个错误的位置上。这样的元件可以通过一卸料位置被取下来。在吸持嘴离开拿取位置前，缺失检查可起动一个重新的拿取操作。
根据图7，吸持器2升高到其上输送位置，在这个位置上，元件位于扫描高度上方。现在，插装头1可以移入元件10插装位置。
根据图8，吸持器2和元件10在下降阶段内精确地位于在一基板13上方的插装位置上。此时，根据图5来检查元件是否还在吸持器2上。这种也可能与重新测量高度相关的检查使得可靠判断元件存在成为可能。如果元件在输送途中丢失了，则不继续降低吸持器2，因而其头部没有沾染上在基板13上的焊膏。
根据图9，元件10已经被安放到基板13上并且使吸持器2的空底面升高到扫描水平高度的上方。在这个过程中，连续监测接收二极管9的状态，从而可以确定元件是否已真正地离开吸持器2。
根据图10、11，成转塔形状地形成另一个插装头14并且它可以在工作平面内沿两个坐标方向x、y移动。它具有一个定子15，一个转子16可步进转动地支承在定子上。有变化的吸持器17成星星状突出地并且环绕地设置在转子上。这样一来，在拿取阶段中，成列地给整个吸持器17加装元件，随后插装头移到基板13上方。一个扫描镜组18沿吸持器17的环行轨迹设置，通过该扫描镜组，可以精确地测量元件10的底面。这意味着，不需要扫描器，就可以先在这个阶段中可靠地检查是否有元件10以及元件类型。因此，可以紧接在下一个拿取周期中改正拿取错误。
给一升降站20配备了另一个带有位移测量装置5的升降驱动机构19并且它与所属吸持器17暂时相互作用。另一个扫描器21如此被固定在定子15上，即探测射束22在上方有少量地指向元件10环行轨迹的切线方向。通过这种结构，也可以把扫描器设计成具有一体式弓形座的分叉光栅的形式，其底部在环行轨迹的一侧上被固定在定子15上。在这个插装头14中，进行对应于图3-图9的扫描步骤。

Claims (8)

1、在基板(13)插装机中检查电气元件(10)的方法，该电气元件(10)通过该插装机的一个插装头(1)来装卸，使该插装头在一个工作平面x-y内移动，使在该插装头(1)中的一个用于吸持该电气元件(10)的吸持器(2)借助一个升降驱动机构(3)垂直于该工作平面x-y地在一个输送位置和一个功能位置之间移动，所述电气元件(10)被吸持到该吸持器(2)的底面上并且该电气元件(10)通过该吸持器(2)从一个拿取位置被升高到该输送位置，并且在该插装头(1)移入一个在该基板(13)上方的插装位置后，使该吸持器(2)下降到该功能位置以便将所述电气元件安置到该基板(13)上，通过该插装头(1)的一个光学的扫描器(7)来检查该电气元件(10)与该吸持器(2)的位置关系，该电气元件(10)通过该吸持器(2)的升降运动而到达该扫描器(7)的至少一条横向于该吸持器(2)的升降方向的探测射束(22)的工作区，在该输送位置上的该吸持器(2)的底面位于该探测射束(22)的上方，该插装头(1)具有一个控制该吸持器(2)的升降位置的控制装置(6)，其特征在于，该扫描器(7)与该控制装置(6)连接，该扫描器(7)在一个吸持该电气元件(10)之前的阶段内和在一个吸持该电气元件(10)之后的阶段内被起动，该控制装置(6)根据该扫描器(7)的扫描值识别在该吸持器(2)上是否有所述电气元件(10)，该控制装置(6)视在所述的吸持该电气元件之前的阶段和所述的吸持该电气元件之后的阶段之间保持不变的扫描值为操作错误，并根据所述保持不变的扫描值判定该吸持器上没有所述电气元件。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该扫描器(7)在拿取该电气元件(10)和安放该电气元件时被起动。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在该输送位置上的所述电气元件(10)底面被升高到狭窄聚焦的该探测射束(22)的水平高度上方，在功能位置上的该吸持器(2)的底面移动到该探测射束(22)的水平高度下方，该升降驱动机构(3)具有一个用于确定该吸持器(2)的升降位置的位移测量装置(5)，该位移测量装置(5)与该控制装置(6)相连，该升降驱动机构在该电气元件(10)升高和/或降低时被起动，该控制装置(6)根据该吸持器(2)的底面或该电气元件(10)的底面与该探测射束相交时的扫描值变化并根据该吸持器(2)的各自升降位置来求出该吸持器(2)或该电气元件(10)的底面的高度位置。
4、在基板(13)插装机中检查电气元件(10)的装置，该插装机具有一个能在工作平面x-y内移动的且装卸所述电气元件(10)的插装头(1)，在该插装头(1)中的一个用于吸持该电气元件(10)的吸持器(2)借助一个升降驱动机构(3)垂直于该工作平面x-y地在一个输送位置和一个功能位置之间移动，通过该吸持器(2)使该电气元件(10)从一个拿取位置升高到该输送位置，并且在该插装头(1)移入一个在该基板(13)上方的插装位置后，使该吸持器(2)下降到该功能位置以便将所述电气元件安置到该基板(13)上，该插装头(1)具有一个检查在该吸持器(2)上的所述电气元件(10)的光学的扫描器(7)，该扫描器(7)接收至少一条横向于该吸持器(2)的升降方向的且在升降方向上细窄的探测射束(22)，在该输送位置上的该吸持器(2)的底面位于该探测射束(22)的上方，该插装头(1)具有一个控制该吸持器(2)的升降运动的控制装置(6)，其特征在于，该扫描器(7)与该控制装置(6)连接，该扫描器(7)能在一个吸持该电气元件(10)之前的阶段内和在一个吸持该电气元件(10)之后的阶段内被起动，该控制装置(6)能根据该扫描器(7)的扫描值识别在该吸持器(2)上是否有所述电气元件(10)，该控制装置(6)视在所述的吸持该电气元件之前的阶段和所述的吸持该电气元件之后的阶段之间保持不变的扫描值为操作错误，并根据所述保持不变的扫描值判定该吸持器上没有所述电气元件。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，该探测射束(22)在该电气元件(10)的所述输送位置上位于该电气元件的底面下方，在功能位置上的该吸持器(2)的底面位于清晰聚焦的探测射束(22)的下面，该升降驱动机构(3)具有一个用于确定该吸持器(2)的升降位置的位移测量装置(5)，该位移测量装置(5)与该控制装置(6)相连，该升降驱动机构能在该电气元件(10)的升高和/或降低时被起动，该控制装置(6)能根据底面相交时的扫描值变化并根据该吸持器(2)的各自升降位置求出该吸持器(2)或该电气元件(10)的底面的高度位置并由此算出该电气元件(10)的高度。
6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，该扫描器(7)被设计成具有一个用于发送二极管(8)和接收二极管(9)的弓形座的分叉光栅的形式，该探测射束(22)通过转向机构而位于该扫描器(7)的面向该基板(13)的底面的附近。
7、如权利要求4-6之一所述的装置，其特征在于，所述插装头(1)是成转塔状的插装头(14)，该成转塔状的插装头(14)具有一个定子(15)，一个转子(16)能步进转动地支承在该定子上，该转子(16)配备有多个环绕分布的附加的吸持器(17)来代替该吸持器(2)，所述附加的吸持器(17)能通过另一升降驱动机构(19)在该成转塔状的插装头(14)的一个升降站(20)内升降，固定在该定子(15)上的另一扫描器(21)配属于该升降站(20)，该成转塔状的插装头(14)的定子(15)除了固定在该定子(15)上的所述另一扫描器(21)外还配备有一个用于确定该电气元件(10)在所述附加的吸持器(17)上的位置的镜组站(18)，所述镜组站位于该升降站(20)外。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，该探测射束(22)沿该电气元件(10)的环行轨迹的切线方向定向。
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