CN1348680A - 元件安装设备和检测元件装定到基板上的装置 - Google Patents

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Abstract

一种元件安装设备和检测元件装定到基板的装置,其中,压电元件(1)安装到整弯杆(144),当切割和弯折已安装到形成在电路基板(102)的相应孔(102a)中的电子元件(100)的引脚(100a)时,该压电元件检测整弯杆中产生的应力－应变。检测到的电压d与从预置在装置中的多个阈值电压中选择的阈值电压比较。当检测到的电压d超过该阈值电压s时,插入检测部分输出一信号,表明引脚插入孔中已正常完成。

Description

元件安装设备和检测元件装定到基板上的装置
技术领域
本发明涉及将电子元件的引脚插入电路基板孔中从而将带有引脚的电子元件安装到电路基板的设备，还涉及检测带有引脚的电子元件装定到电路基板的方法和装置。
背景技术
安装带有引脚的电子元件到电路基板，如图9所示，可通过将电子元件20的引脚固定到电路基板22来进行。电子元件20的引脚21插入到形成在电路基板22的相应孔29中。包含有整弯杆25和整弯台26的整弯装置在已插有引脚的孔29的下方移动。已穿越到电路基板22反面的引脚21的端部通过整弯杆25朝着整弯台26的移动而切割成预定长度。通过整弯杆25的进一步的移动将引脚21贴着电路基板22整弯并加以固定。
压电元件1装定在整弯杆25上，用于检测整弯杆25在切割和整弯引脚21时产生的应力-应变。根据压电元件1检测到的应力-应变大小可检测电子元件20是否已正确地安装到电路板22。如果引脚未插入或未穿越孔29，或插入到孔中时已被弯曲，那么整弯杆25因而接收到很小的负载。相反，如果引脚恰当地插入孔中，那么整弯杆25在切割和整弯引脚时接收到大的负载，因而压电元件1检测到大的应力-应变。因此，检测到的整弯杆的应力-应变反映了电子元件20装定到电路板的质量，由此，可检测电子元件是否以良好的状态被安装。为此目的，压电元件1与图10所示的插入检测电路相连。
参看图10，压电元件1检测在整弯杆25中产生的应力-应变，差分放大器32放大与检测到的应力-应变成比例的电信号。对差分放大器32送来的电信号中的切割高频分量设置π型滤波器，用于滤除混在压电元件1中的噪声分量。已滤除噪声分量的电信号由可变增益放大器34放大，以便与带有阈值的电压比较器35比较，该阈值是一个基准电压，用于判断电子元件20的引脚21是否恰当地插入相应的孔中。电压比较电路35是一种为了将输入的电压与基准电压(阈值)相比较而设计的电路。作为基准电压的阈值可初始设定，以便来自可变增益放大器34的输入信号与其比较，并当该输入电压大于该阈值时，电压比较器35随之改变自己的输出电压。用电压比较器35输出电压中的这种变化作为触发信号，单稳多谐振荡器36输出脉冲，依次经过晶体管37从输出端38输入到电子元件安装设备。由此，该设备判断带有引脚的电子元件是否已正确地固定到基板。
目前，电子元件有显著的差异，带有引脚的元件也不例外。因此，引脚的直径和材料、和切割引脚所需剪切应力也随之带来很多变化。然而，在上面描述的传统插入检测电路中，电压比较器35作判断用阈值设置为固定电压。引脚的直径、材料或剪切应力变化时，整弯杆25中出现的应力-应变及压电元件1检测到的应力-应变大小随之变化。因此，电压比较器35的判断有时不正确。在诸如整弯杆25、整弯台26或压电元件1被替换、整弯杆25或整弯台26的形状发生变化、或具有适合于某种类型设备特性的压电元件1应用到不同类型设备的情况下，也会出现错误判断。
为了解决上述问题，需要改变压电比较器35中的阈值，或对可变增益放大器34的增益作调节。但是，改变这种设置是非容易之事，而且，要按照压电元件1检测到的应力-应变的变化来改变电路的设置是不现实的。不言而喻，如果同一电子元件上引脚的直径、材料或剪切应力发生变化，就更难解决。
本发明的目的是提供一种能够正确地判断带有引脚的电子元件随着它的引脚插入到电路基板的相应孔中是否恰当地被固定到电路基板上的方法和装置。
发明内容
为了实现上述发明目的，本发明提供一种将带有引脚的电子元件安装到基板的方法，其中，电子元件的引脚插入到形成在基板的对应的孔中，并用整弯装置整弯，使得电子元件固定在基板上，其特征在于，还包含下列步骤：
选择用于确定电子元件的引脚是否已插入到孔中的标准基准值，所述标准基准值根据代表带有引脚电子元件的诸如引脚的直径、材料或剪切应力的特征值加以选择；
检测所述整弯装置中产生的应力-应变；
将检测到的应力-应变与所选标准基准值进行比较，由此确定带有引脚的电子元件是否安装到基板。
按照本发明，将带有引脚的电子元件安装到基板的设备包含将电子元件的引脚插入到形成在基板的相应孔中的插入头、将插入到相应孔中的引脚整弯以便将电子元件安装到基板的整弯装置、检测整弯装置中产生的应力-应变的检测装置和根据检测装置检测的结果确定带有引脚的电子元件是否安装到基板的判定装置，其特征在于，
判定装置包括多个预置在其中的阈值，并包含能选择性地输出这些阈值中的一个作为检测电子元件装定到基板的标准基准值的阈值输出装置、按照要安装到基板的带有引脚的电子元件的类型选择阈值之一的阈值选择装置和将检测装置获得的检测结果与所选阈值比较的插入检测部分。
本发明还提供检测带有引脚的电子元件装定到基板的方法，其中，电子元件的引脚插入到形成在基板的相应孔中，并用整弯装置整弯，以便电子元件固定在基板上，其特征在于，还包含下列步骤：
选择用于确定电子元件的引脚是否已插入到孔中的标准基准值，所述标准基准值根据代表带有引脚电子元件的特征值加以选择；
检测所述整弯装置中产生的应力-应变；
将检测到的应力-应变与所选标准基准值进行比较，由此确定带有引脚的电子元件是否紧固地装定到基板。
按照本发明检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，包含：
阈值输出部分，其中，预置多个阈值作为标准基准值，用于判断引脚插入到孔中是否成功，且该阈值输出部分能有选择地输出阈值中的一个；
选择阈值中的一个的阈值选择装置；
检测阈值输出部分，用于输出检测到的代表整弯装置中应力-应变的从检测装置输出的值；和
插入检测部分，用于将检测到的值与所选阈值进行比较，并当检测到的值超过阈值时输出插入检测信号。
按照本发明的方法和装置，标准基准值或阈值电压可根据引脚的不同直径、材料或剪切应力适当选择。代表整弯杆中出现的应力-应变的检测电压与该基准值比较，用于判断电子元件的引脚是否成功地插入到电路板。因此，能正确地确定带有引脚的电子元件装定到电路板。
附图说明
图1是示出电子元件安装设备中主要部分的立体视图；
图2是示出带有引脚的电子元件粘接在带上的平面图；
图3是示出电子元件安装设备中插入头结构的剖视图；
图4A和图4B是用整弯装置怎样将带有引脚的电子元件固定到电路板的说明图；
图5是因检测电压变化导致错误工作的说明图；
图6是示出插入检测装置的结构框图；
图7是示出插入检测装置结构的电路图；
图8是示出将带有引脚的电子元件类型分组的图表；
图9是说明带有引脚的电子元件的插入操作的剖视图；
图10是示出传统插入检测装置结构的电路图。
实施本发明的最佳形式
下面，参照附图说明本发明具体例的较佳实施例。应当看到，下面所示实施例是实施本发明的一个例子，并不限定本发明的技术范围。
首先，参照图1说明本发明电子元件安装装置的结构。
图1中，参考号101是通过使用带馈送粘带状态的具有引脚的电子元件的元件馈送机。参考号102是电子元件安装其上的电路板。参考号103是将电子元件从元件馈送机101取走并将元件的引脚插入电路板102的孔中的插入头。交流伺服电动机104、向插入头103提供驱动动力的驱动源直接连接到插入头103的驱动轴103a。驱动轴103a设有编码器105，检测驱动轴103a的旋转位置。凸轮103b是插入头103的一部分，安装在驱动轴103a上，驱动杆103c跟随凸轮103b的运动，由此，使插入头103工作。参考号106是安装头，配置成通过电路板102与插入头103相对。安装头106切割和弯折已插入到电路板102的孔中的电子元件的引脚并将电子元件安装到电路板102。交流伺服电动机107提供驱动源，向安装头106提供驱动动力。交流伺服电动机107直接耦连到安装头106的驱动轴106a。编码器108配置给驱动轴106a，检测其旋转位置。凸轮106b是安装头106的一部分，安装到驱动轴106a，驱动杆106c跟随凸轮106b的运动，由此，使安装头106工作。插入头103的编码器105和安装头106的编码器106的输出信号输入到控制单元110。控制单元110进行控制，使得插入头103的交流伺服电动机104和安装头106的伺服电动机107以同步方式驱动。参考号109a是手动杆，用来将插入头103的编码器105设置到原点，参考号109b是手动杆，用来将安装头106的编码器108设置到原点。
插入头103由交流伺服电动机104的驱动力驱动并工作，使得带有引脚的电子元件从元件馈送头101的带上取出并将它们的引脚插入到相应孔中安装到电路板102上。同时，安装头106由交流伺服电动机107的驱动力驱动工作，使得插入到形成在电路板102的孔中的引脚被切割和弯折，确保元件安装到电路板102。插入头103和安装头106分别由凸轮103b和106b驱动。凸轮103b和106b分别安装到驱动轴103a、106a，编码器105、108直接耦连到交流伺服电动机104、104，驱动驱动轴103a、106a的交流伺服电动机104、107的旋转由控制单元110根据编码器105、108的输出信号控制得相互同步。于是，插入头103和安装装置106同步工作。插入头103和安装头106的编码器105、108通过各自的手动杆109a、109b将它们带到各自的原点。如上所述，分别为插入头103和安装头106提供驱动力，因而，驱动电动机在尺寸上可做得小，停止和起动电动机所需时间也缩短。
下面参照图2-图4来描述利用上述元件安装设备将带有引脚的电子元件紧固装定到电路板102的操作。
图2示出带有引脚的电子元件(电阻)100粘接到带140上的状态。元件以这种状态从元件馈送机101供给插入头103。插入头103包含推料杆143和接收杆141，它们以夹心方式将带有引脚的电子元件100保持在其间。于是，电子元件100的引脚100a从带140上分离出来并借助插入导轨142被弯折。然后，插入导轨142移动到与电路板102接触，接收杆141收缩，推料杆143向前推，使得电子元件100的引脚100a插入到形成在电路板102的相应孔102a中。
安装头106与插入头103的这种运作同步运作，使得已经穿越电路板102中孔102a的引脚100a如图4A和图4B所示那样弯折，确保电子元件安装到电路板102。具体而言，当引脚100a插入到图4A所示的孔102a中时，安装头106中包含整弯杆144和整弯台145的整弯装置上升。整弯杆144朝着整弯台145移动，由此将已穿越电路板102中孔的引脚切割成预定长度，同时如图4B所示，将引脚100a弯折。于是，电子元件100紧固装定到电路板102。
压电元件(检测装置)1安装到整弯杆144，用于检测整弯杆144切割和整弯引脚100a时产生的应力-应变。检测到的应力量用来确定电子元件100是否已固定安装到电路板102上。
在该实施例中，压电元件用作检测装置，但也可用其它装置，如应变仪实现同样的作用。
当利用整弯杆144和整弯台145切割和整弯已穿越电路板102中孔的带有引脚的电子元件的引脚100a的端部时，与传统方法类同，压电元件1检测整弯杆144中出现的应力-应变大小。代表应力-应变的检测到的电压被放大，与阈值(标准基准值)比较，判断插入的质量。
但是，本实施例的插入检测装置的构成使得上面提到的阈值电压能够按照电子元件引脚100a的诸如直径、材料或引脚的剪切应力等特征来改变。
如上所述，当电子元件100的引脚100a有不同直径或取决于电子元件类型而用不同材料制作时，它们的剪切应力会作相应变化。也就是说，带有引脚的电子元件有符合其类型的特征，这些特征能用它们的诸如引脚直径、引脚材料或引脚剪切应力等的特征值来代表。整弯杆144中出现的应力-应变大小随这些特征值而变，压电元件1检测到的应变量也作同样变化。
参照图5，如前面所述，压电元件1检测到的表示应力-应变的电压d被放大并与阈值电压s比较，当检测到的电压d大于阈值电压s时，就确定为电子元件已恰当地安装到电路板上。但是，当电子元件的特征值按照电子元件的类型变化时，检测到的电压d就会变化，如图5中虚线所示。也即，如果引脚100a直径变小，或如果引脚100a由软性材料制作而剪切应力变小时，那么由压电元件1检测到的应力-应变所代表的电压d1就会比图2所示的阈值电压s低。结果是，虽然电子元件102已正确地安装，但是判断为电子元件装定到电路板不成功。相反，如果引脚100a的直径变大，或如果引脚100a由硬性材料制作而有大的剪切应力，那么由压电元件1检测到的电压d2会大于阈值电压s，结果是，即便电子元件的引脚实际上以不好状态插入孔中，也判断为电子元件的装定成功。
在本发明的元件安装设备中，所提供的结构即便处理具有不同引脚特征的各不同类型的电子元件100，也能判断元件是否已正确地安装。
图6是一结构例，用于确定对应于要安装的电子元件100的变化特征值确定电子元件是否装定成功。在电子元件安装设备中预置有安装程序，在该程序中确定按照电子元件的类型安装电子元件的顺序。电子元件安装设备中的控制器(未示出)对判定装置52输出鉴别信号，指定要安装的带引脚电子元件的类型。用于各类型带引脚电子元件100的多个阈值预先存储在阈值存储部分154。于是，阈值选择部分153从阈值存储部分154读出阈值，该阈值对应于输入鉴别信号确定的带有引脚的电子元件的类型。阈值选择部分153选择的阈值输入到阈值输出部分152，后者又将该阈值输入到插入检测部分151，作为标准基准值。
其间，电子元件安装设备执行操作，通过将引脚插入相应孔中并将其弯折，从而将指定的电子元件紧固安装到电路板上。该实施例中的检测装置51或压电元件1检测整弯杆144中产生的应力-应变，并将相应的检测信号输入到插入检测部分151。插入检测部分151将该检测信号与所选基准值比较，检测元件安装到电路板是否成功。其结果输出到控制单元110和显示装置54。如果判断为元件安装良好，则控制单元110继续控制，安装下一个带有引脚的电子元件。相反，若判断结果安装不好，则在显示装置54上显示出错信号，同时，控制单元110执行操作，重新安装或修复该电子元件。例如，检测到出错信号时，如果检测装置测量的值小于阈值，则控制单元110对插入头进行控制，再次弯折引脚，或如果检测装置没有信号输出，则再次进行电子元件的插入操作。如果显示出错信号，同时经观察或某种检查方法确认电子元件实际上已安装到基板上，则这种情况表明：切割已安装的电子元件的引脚时在整弯杆中产生的应力-应变实际上小于判定装置中预置的阈值。因此在这种情况下，阈值可通过某输入装置按照所检测的电压加以改变。另外，可根据这种情况改变代表电子元件类型的鉴别信号再次进行判断。而且，如果确认是故障，则显示装置54通过显示一个符号向操作者报告这种情况，表明必须要维修。
图7是作上述判断的电路设计具体例。为了解决由于电子元件的特征变化而导致压电元件1检测到的整弯杆144中应力-应变的变化，事先对具有不同引脚直径、不同引脚材料和不同剪切应力的带有引脚的电子元件测量压电元件1检测的应变量。根据确定电子元件的装定是否成功将这些值分成允许范围的组。例如，先针对要安装的每类电子元件的引脚测量切割和弯折引脚时在整弯杆中的应力-应变。参见图8，如果类型001-003的电子元件100有规定范围内的应力-应变，则它们放在组A中。同样，按照整弯杆中应力-应变的范围，类型004-006的带有引脚100a的电子元件100放在组B中，类型007-009的带有引脚的电子元件100放在组C中。对应带有引脚的电子元件的这些组的数据以数据表7的形式存储在前面提到的阈值存储部分154。图7中参考数字9表示电子元件安装设备，数据表7存储在例如电子元件安装设备9的控制器(未示出)中。
在电子元件安装设备9中预置有安装程序，在该程序中确定要安装的电子元件的顺序，该顺序中连续指定电子元件的类型。因此，电子元件安装设备9中的控制器对数据表7输出信号，指定要安装的电子元件的类型。数据表7对应于电子元件的输入类型将组鉴别信号a-c输出到阈值电压输出部分11。
整弯杆144进行操作，将电子元件100的引脚插入相应的孔，而压电元件1检测整弯杆144中产生的应力-应变。检测到的应变量对应的电信号输出到检测电压输出部分10。检测电压输出部分10用可变增益放大器2放大输入电信号。该电信号包含压电元件接收电子元件安装设备9工作时产生的振动引起的噪声分量，因而利用有源低通滤波器3的通路滤除电信号中的高频分量，即噪声分量。然后，该信号作为检测到的电压d输出到插入检测部分12。可变增益放大器2的放大系数可调节，因而可变增益放大器2能调节检测到的电压2的电压电平。有源低通滤波器3可做成对应于电子元件安装设备9插入节拍的加速具有良好的响应特性。
输入鉴别信号的阈值电压输出部分11，利用标准电压转接开关13将标准基准电压转接到鉴别信号对应的值。标准电压转接开关13具有将标准电压转接到图8所示组A、B、C的鉴别信号a、b、c对应的电压I、II、III的功能。例如，鉴别信号a输入到标准电压转接开关13时，标准电压I输出到阈值电压输出器8。阈值电压输出器8将输入标准电压I作为阈值电压s1输出到插入检测部分12。
插入检测部分12用电压比较器4将输入检测电压d与阈值s1比较。当检测电压d超过阈值电压s1时，输出端的电压电平反相。用该反相的电压电平作为触发信号，单稳多谐振荡器5输出方波。方波通过输出电阻14从输出端6输出。该输出端6来的输出信号输入到电子元件安装设备9，当有输出信号时，电子元件安装设备9确定带有引脚的电子元件的装定操作正常完成。相反，没有输出信号时，即便插入操作完成，装定操作也判断为不正常，电子元件安装设备指明插入出错并呼叫重新插入或维修。
按照上述方法，阈值电压s1-s3随引脚直径、引脚材料或引脚剪切应力而变，因此，即便当不同类型的带有引脚的电子元件(其中，引脚100a有不同的直径、材料或不同的剪切应力)插入到单块电路板102中孔中时，在判断插入是好还是坏方面也不会出现差错。
在上面描述的实施例中，插入检测的阈值电压是根据代表带有引脚的电子元件的特征，如引脚的直径、材料或剪切应力等来建立的。但是，当整弯杆144的设计方式变化时应力-应变也会变化。而且，当压电元件1的类型变化时，应力-应变也会随其特性变化而变化。检测电压中的这种变化也可用本发明的方法，即通过如上所述改变标准电压转接开关13的电压电平来解决。
而且，如在上述实施例中，压电元件1可以安装在整弯台145上以代替安装在整弯杆144上。电子元件100装定到电路板上同样能根据整弯台中产生的应力-应变来判别。在该实施例中，虽然压电元件1作为检测装置加到为电子元件引脚对设置的整弯装置对中的一个，但该检测装置当然可加到整弯杆对的两者中。在这种情况下，两检测装置的检测结果可分别用来判断元件是否恰当地装定到基板，标准基准值可分别为各检测装置设置。另外，可根据两检测装置获得的结果的平均值来进行判断。
而且，用户可选择任何阈值电压的输入装置也可设置成从阈值电压输出部分11选择多个阈值电压输出中的一个的装置。
另外，在上述实施例中，通过举例的方式描述了检测电子元件装定到基板上的情况，但是本发明的方法和装置通过以同样方式预置多个标准基准值也可很好地用于检测引脚的切割。本发明的方法和装置当然可同时应用于检测电子元件装定到基板和引脚的切割两者。
工业上的可应用性
如上所述，按照本发明的方法和装置，检测电子元件装定到基板的基准电压值可按照代表整弯杆中应力-应变的变化而变化。因此，本发明能很好地应用到电子元件安装技术领域，其中，带有引脚的元件通过它们的引脚插入到相应孔中而安装到基板上。

Claims (10)

1.一种安装带有引脚的电子元件的方法，其中，电子元件(100)的引脚〔100a〕插入到形成在基板(102)的孔(102a)中，并由整弯装置(144)加以整弯，使得电子元件安装到基板上，其特征在于，所述方法包含下列步骤：
选择用于确定电子元件的引脚是否已插入到孔中的标准基准值，所述标准基准值根据代表带有引脚电子元件的诸如引脚的直径、材料或剪切应力的特征值加以选择；
检测所述整弯装置中产生的应力-应变；
将检测到的应力-应变与所选标准基准值进行比较，由此确定带有引脚的电子元件是否安装到基板。
2.一种将带有引脚的电子元件安装到基板的设备，包含将电子元件(100)的引脚(100a)插入到形成在基板的相应孔(102a)中的插入头(103)、将插入到相应孔中的引脚整弯以便将电子元件安装到基板的整弯装置(144)、检测整弯装置中产生的应力-应变的检测装置(51)和根据检测装置检测的结果确定带有引脚的电子元件是否安装到基板的判定装置(52)，其特征在于，
判定装置包括多个预置在其中的阈值，并包含能选择性地输出这些阈值中的一个作为检测电子元件装定到基板的标准基准值的阈值输出装置、按照要安装到基板的带有引脚的电子元件的类型选择阈值之一的阈值选择装置(153)和将检测装置获得的检测结果与所选阈值比较的插入检测部分(151)。
3.一种检测带有引脚的电子元件装定到基板的方法，其中，电子元件(100)的引脚(100a)插入到形成在基板(102)的相应孔(102a)中，并用整弯装置(144)整弯，以便电子元件安装在基板上，其特征在于，还包含下列步骤：
选择用于确定电子元件的引脚是否已插入到孔中的标准基准值，所述标准基准值根据代表带有引脚的电子元件的特征加以选择；
检测所述整弯装置中产生的应力-应变；
将检测到的应力-应变与所选标准基准值进行比较，由此确定带有引脚的电子元件是否紧固地装定到基板。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，多个标准基准值按照要安装到基板的电子元件的引脚的直径、材料或剪切应力加以预置。
5.一种检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其中，电子元件(100)的引脚(100a)插入到形成在基板(102)的相应孔(102a)中，用装定到整弯装置(144)的检测装置(51)检测整弯装置中产生的应力-应变，其特征在于，所述检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置包含：
阈值输出部分(154)，其中，预置多个阈值作为标准基准值，用于判断引脚插入到孔中是否成功，且该阈值输出部分能有选择地输出阈值中的一个；
选择阈值中的一个的阈值选择装置(153)；
检测阈值输出部分(152)，用于输出检测到的代表整弯装置中应力-应变的从检测装置输出的值；
插入检测部分(151)，用于将检测到的值与所选阈值进行比较，并当检测到的值超过阈值时输出插入检测信号。
6.如权利要求5所述的检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，其中，检测装置包含压电元件(1)，并输出代表整弯装置中应力-应变的电压。
7.如权利要求5所述的检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，其中，阈值选择装置是用户可任意选择阈值的输入装置。
8.如权利要求5所述的检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，其中，阈值选择装置包含存储在检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置中的数据表(7)，该数据表包含按照电子元件的引脚的特征分组的多组不同类型的电子元件的数据，当获得代表要装定到基板的电子元件类型的信号时，阈值选择装置确定所述电子元件隶属的组并输出代表所确定组的鉴别信号，并且
阈值输出部分响应该鉴别信号输出对应该鉴别信号的阈值。
9.如权利要求5所述的检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，其中，阈值可根据整弯装置的形状的变化而改变。
10.如权利要求5所述的检测带有引脚的电子元件装定到基板的装置，其特征在于，其中，阈值可根据检测装置的特征的变化而改变。
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