CN1438835A - 电子元件安装装置以及电子元件的安装头单元 - Google Patents

电子元件安装装置以及电子元件的安装头单元 Download PDF

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Abstract

一种用于进行电子元件的拾取操作和装载操作的电子元件安装头单元，其可拆卸地连接到电子元件安装装置的头安装支架上。每个安装头单元设置有控制板，用于控制包括多个单元安装头的安装机构，每个单元安装头装有用于将电子元件保持住的吸附嘴。在安装操作中，基于来自控制所述电子元件安装装置的整个操作的主单元控制部的操作指令，控制板控制每个单元安装头的操作。用这样的方式，可容易地在更换安装头的过程中进行配线的更换，并且可去除信号处理中的时间延迟，从而实现高速的操作。

Description

电子元件安装装置以及电子元件的安装头单元
技术领域
本发明涉及一种用于在基板上安装电子元件的装置，以及电子元件的安装头单元。
背景技术
电子元件的安装装置设置有安装头，该安装头利用保持单元例如真空吸附来保持住从元件供给部拾取的电子元件，并将该电子元件移动并装在基板上。安装头设置有不同的执行器，例如上升/下降机构和吸附机构，用于上下移动吸附/保持电子元件的吸附嘴，还设置有传感器，用于检测操作这些执行器所必需的信号。控制部接收来自这些传感器的信号，并将驱动信号发送给执行器来进行安装操作，例如拾取和安装电子元件。通常，这种对安装头的操作的控制是借助于控制电子元件安装装置的整个操作的主单元控制部来实现。
但是，在上述电子元件安装装置中，上述信号的传送/接收必须在固定布置的主单元控制部和可移动的安装头之间进行，且许多配线，例如电源线和各种信号线利用电缆支承件和其它部件复杂地布置线路。因此，当将该安装头调换为其它安装头时，必须改变这些配线的连接。这使同一电子元件装置用不同的安装头来替代所述安装头很困难。
在上述元件安装装置的控制系统中，多个控制目标，例如多个安装头和基板传输机构都由主单元控制部控制。因此而产生的时间延迟会导致安装操作中的响应延迟，从而妨碍高速工作。
发明内容
本发明要提供一种用于电子元件的电子元件安装装置和安装头单元，能有助于安装头的更换和高速操作。
根据本发明的电子元件安装装置是一种用于从元件供给部取出电子元件并将该电子元件移动并装载到基板上的电子元件安装装置，该装置包括：基板定位部，用于使基板定位；安装头单元，可拆卸地安装在所述电子元件安装装置上，用于进行从元件供给部拾取和保持电子元件的拾取操作以及将该电子元件加载并由此固定在基板上的装载操作；以及主单元控制部，用于控制所述电子元件安装装置的整个操作。其中，所述安装头单元包括元件保持装置，用于将电子元件保持住；安装操作机构，用于使所述元件保持装置进行包括拾取操作和装载操作的安装操作；以及头控制部，基于来自所述主单元控制部的操作指令来控制所述安装操作机构。
根据本发明电子元件的安装头单元是在电子元件安装装置中进行从元件供给部拾取和保持电子元件的拾取操作以及将该电子元件加载并由此固定在基板上的装载操作的电子元件的安装头单元。所述安装头单元包括：元件保持装置，用于将电子元件保持住；安装操作机构，用于使所述元件保持装置进行包括拾取操作和装载操作的安装操作；以及头控制部，基于来自所述主单元控制部的操作指令来控制所述安装操作机构。并且该安装头单元可拆卸地安装在所述电子元件安装装置上。
根据本发明，可拆卸地安装在所述电子元件安装装置中的所述安装头单元包括：元件保持装置，用于将电子元件保持住；安装操作机构，用于使所述元件保持装置进行包括拾取操作和装载操作的安装操作；以及头控制部，基于来自所述主单元控制部的操作指令来控制所述安装操作机构，该主单元控制部用于控制所述电子元件安装装置的整个操作。在这样的配置中，可以容易地更换安装头，并能实现高速的安装操作。
附图说明
图1是根据本发明的电子元件安装装置的平面图。
图2A和2B是根据本发明电子元件安装装置的X轴工作台和安装头的平面图。
图3A和3B示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的结构。
图4A和4B示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的结构。
图5是框图，示出了根据本发明电子元件安装装置的控制系统的配置。
图6是框图，示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的配置。
图7是框图，示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的配置。
具体实施方式
下面参照附图给出对本发明不同实施例的说明。图1是根据本发明的电子元件安装装置的平面图。图2A和2B是根据本发明电子元件安装装置的X轴工作台和安装头的平面图。图3A、3B、4A和4B示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的结构。图5是框图，示出了根据本发明电子元件安装装置的控制系统的配置。图6和7是框图，示出了根据本发明电子元件安装装置的安装头单元的配置。
首先，参照图1说明电子元件安装装置1的整个配置。在图1中，该电子元件安装装置1包括两个相互联接的电子元件安装单元1A和1B。下面说明电子元件安装单元1A和1B的结构。由于电子元件安装单元1A和1B具有相同的结构，只对电子元件安装单元1A作解释。
在电子元件安装单元1A的中心处，传输通道2沿X方向布置。该传输通道2在电子元件的安装位置处传送和定位基板3。传输通道2用作基板的定位部。在传输通道2的两侧上布置有元件供给部4。每个元件供给部4设置有大量平行排布的给料带5。该给料带5存放保持在带上的电子元件，并以一定的间距进带，从而输送电子元件。
在电子元件安装单元1A的两端上布置有Y轴工作台6A和6B。两个X轴工作台7A和7B安装在Y轴工作台6A和6B上。通过驱动Y轴工作台6A，X轴工作台7A沿Y方向水平地移动。通过驱动Y轴工作台6B，X轴工作台7B沿Y方向水平地移动。每个X轴工作台7A和7B设置有安装头8和一体地向安装头8移动的摄像机9。
通过联合驱动Y轴工作台6A、X轴工作台7A、Y轴工作台6B、X轴工作台7B，安装头8水平地移动，从而借助于吸附嘴从相应的元件供给部拾取电子元件，并将这些元件安装到位于传输通道上的基板3上。摄像机9在基板3的上方移动，拍摄和识别基板3。在从元件供给部4到传输通道2的通路上设置生产线摄像机10。该生产线摄像机10从下面拍摄保持在相应的安装头8中的电子元件。
参照图2A至4B，将对安装头8进行说明。本发明实施例的电子元件安装装置设计能使用多种头单元。所述安装头单元是一种多重类型的安装头，包括多个安装头，每个安装头具有用于吸附/保持电子元件的吸附嘴。安装头单元可拆卸地安装在电子元件安装装置上。在这一实施例中，包括第一安装头单元8A和第二安装头单元8B的两种安装头单元能兼容安装，因此根据基板和要进行安装的电子元件相互替换这两种安装头单元。
如图2A和2B所示，在X轴工作台7A(7B)的头支架7a上装有第一安装头单元8A或第二安装头单元8B。
图3A示出了安装在头安装支架7a上的第一安装单元8A，图3B是沿图3A的线III-III截取的横截面图。图4示出了连接在头安装支架7b上的第二安装头单元8B的正视图，图3B是沿图4A的线IV-IV截取的横截面图。
如图3A到4B所示，滑动导向件7b固定在头安装支架7a的背面。该滑动导向件7b可沿设置在梁7f上的导轨7c水平滑动。通过利用X轴电机(未示出)来旋转拧在与头安装支架7a连接的螺帽部件7e上的进给螺钉7d，头安装支架7a沿X方向水平移动。因此，第一安装头单元8A或第二安装头单元8B沿梁7f水平地移动。
第一安装头单元8A是多重类型头单元，其中的安装机构部分8a包括8个单元安装头14，这些单元安装头14主要是用于每个具有常规化的大小和有限大小的电子元件。安装机构8a与基板13A相连。在这样的配置中，将大量的电子元件在第一安装头单元8A在元件供给部4和基板3之间行进的一个安装轮次中同时取出并安装在基板上，从而实现了高速和高效的安装操作。
在另一方面，第二安装头单元8B是多重类型的安装头，其中的安装机构部分8b包括三个单元安装头15，这些单元安装头15用于大范围的各种电子元件，从小元件到大元件。安装机构8b与基板13B相连。在这样的配置中，可利用同一安装头单元安装大范围不同的电子元件。另外，由于单元安装头15的大小没有严格地加以限制，可以加入不同的附加功能，例如如下文所述的能选择设定安装负载的加载部分。总之，第二安装头单元8B是能处理大范围不同的元件并配备有复杂功能的安装头单元。
附带地，用于安装基板13A和13B的螺栓孔的布置彼此相同。两个基板借助于螺栓连接协调一致地布置在X轴工作台7A(7B)的头安装支架7a上。
设计第一安装头单元8A和第二安装头单元8B，使利用单元安装头14和15来执行安装操作的安装机构8a和8b分别设置有控制板16A和16B。该控制板16A和16B具有控制如下所述的、控制相应安装机构部分8a和8b的功能，从而根据来自主单元控制部40的指令来控制第一安装头单元8A和第二安装头单元8B的操作(图5)。
安装机构部分8a和8b分别由来自相应的控制板16A和16B的控制信号控制，并用从电子元件安装装置体传送来的电力和空气作为驱动力。输送驱动力的电源线和空气管路与连接到控制板16A和16B的信号线一起连接到汇集连接器的头侧连接部11上。X轴工作台7A(7B)的移动梁同样设置有电源线/空气管路和信号线。这些管路和配线连接到梁侧连接部11上(见图6和图7中的信号线12a，电源线12b和空气管路12c)。
在第一安装头单元8A和第二安装头单元8B安装在X轴工作台7A(7B)的移动梁上的位置，基板13A和13B利用螺栓连接安装在头安装支架7a上，并且头侧连接部12和梁侧连接部11彼此连接。这样，完成了电源线、空气管路和信号线的连接。
参照图3A和3B，下面将说明第一安装头单元8A的结构。保持件21连接到基板13A的前表面上。8个单元安装头14竖直地由固定部件21固定在4×2的排列中。在每个单元安装头14上设置有管嘴升/降电机20。通过旋转该管嘴升/降电机20，相应的管嘴轴线(nozzle axis)22上升/下降。而且，第一安装头单元8A设置有管嘴θ角旋转电机23。该管嘴θ角旋转电机23的转动通过皮带24传递到轴线旋转机构25，进而将绕管嘴22的轴线中心使之转动的沿θ方向的旋转传递给每个管嘴轴线22。
吸附嘴26连接在管嘴轴线22的下端。通过打开/关闭连接到每个单元安装头14上的吸附阀27，吸附嘴26可以保持对电子元件29的吸附及取消吸附。通过将装有吸附嘴26的单元安装头14移动到元件供给部4，朝向给料带5降低吸附嘴26，以及通过打开/关闭吸附阀27而从吸附嘴26进行真空吸附，可借助于单元安装头14拾取电子元件29。
而且，通过利用管嘴θ角旋转电机23旋转保持电子元件29的单元安装头14的管嘴轴线22，可以将电子元件29旋转对齐。因此，通过将吸附嘴26降低到基板3上并打开/关闭吸附阀27来停止从吸附嘴26的真空吸附，可将所保持的电子元件29装载在基板3上。
即，吸附嘴26用作将电子元件保持住的元件保持单元。管嘴升/降电机20、管嘴θ角旋转电机23和吸附阀27构成了安装操作机构，该机构允许吸附嘴26进行安装操作，所述安装操作包括电子元件的拾取操作、旋转对齐操作和装载操作。附带地，可以采用真空吸附以外的其它技术作为电子元件的保持方法。例如，可采用机械地夹住并保持电子元件的方法。此外，管嘴θ角旋转电机23可从安装操作机构中省略。
参照图4A和4B，下面将说明第二安装头部件8B。在基板13B上，三个单元安装头15以相同排列间隔布置。每个单元安装头15具有装有管嘴升/降电机30的升/降台31。该升/降台31设置有其前表面与保持件35相连的升/降支架31a。
所述保持件35旋转固定管嘴轴线部分32，在该管嘴轴线部分32的下端装有吸附嘴36。管嘴θ角旋转电机33的旋转通过加载部分34和管嘴轴线部分32传递到吸附嘴36，因而绕轴线中心使吸附嘴36旋转θ角。所述加载部分34的功能是施加所需下压负载到吸附嘴36上，以设定适合于要安装的电子元件的安装负载。
每个单元安装头15设置有吸附阀37。通过打开/关闭该吸附阀37，进行从吸附嘴36的真空吸附及其释放，由此可利用吸附嘴36进行电子元件39的吸附保持及其释放。与单元安装头14一样，单元安装头15能进行从元件供给部4拾取电子元件39的拾取操作和将电子元件39装载在基板3上的装载操作。
即，吸附嘴36用作保持电子元件的元件保持装置。而且，管嘴升/降电机30、管嘴θ角旋转电机33和吸附阀37构成安装操作机构，该安装操作机构允许吸附嘴36进行安装操作，所述安装操作包括电子元件的拾取操作和装载操作。
参照图5，将给出电子元件安装装置的控制系统的说明。在图5中，主单元控制部40是控制电子元件安装装置1的整个操作的整体控制装置。这一主单元控制部40安装在与装置主单元连接的控制板中。该主单元控制部40包括CPU41、程序存储部42、数据存储部43、识别处理部44、机械装置控制部45和头操作指令部46。CPU41是计算装置，可执行存储在程序存储部42中的不同程序来控制以下各个部分，进而控制操作，如安装操作和计算操作。在执行程序的过程中，参考了存储在数据存储部43中的不同数据。
数据存储部43为每种安装头单元保存了安装数据，例如用于安装的基板的安装坐标数据和关于要被安装的电子元件的数据，还保存了控制安装头单元8A和8B所必需的控制参数。识别处理部44识别/处理从摄像机9拍到的图像来识别基板3的位置，并识别/处里从生产线摄像机10拍到的图像来识别由安装头8保持住的电子元件。机械装置控制部45控制机械装置部分的操作，例如传输通道2上的运送机构、X轴工作台7A、7B和Y轴工作台6A、6B。
头操作指令部46发出安装在X轴工作台7A、7B上的每个安装头单元8A(8B)的控制板16A(16B)的操作命令。该头操作指令部46为每个单元安装头14、15发出开始拾取操作和装载操作的计时信号和指示管嘴轴θ角旋转量的信号。
下面参照图6和图7，将给出对安装头单元8A和8B的控制系统的配置的说明。图6示出第一安装头单元8A的配置。控制板16A是基于来自主单元控制部40的操作指令来控制安装操作机构的头控制部，并包括微处理器(MPU)16a、存储器16b、电机驱动部16c、阀驱动部16d、信号检测部16e和通讯部16f。
连接到通讯部16f上的信号线12a与头侧连接部12和梁侧连接部11联接，因此通讯部16f和主单元控制部40相连。由于头侧连接部12和梁侧连接部11彼此相连，通过电源线12b供给第一安装头单元8A电力，通过空气管路12c供给第一安装头单元8A空气，用于驱动真空吸附源和断开真空。
MPU16a是计算装置，其基于存储在存储器16b中的程序和数据，根据通过通讯部16f从主单元控制部40传送来的操作指令来控制电机驱动部16c、阀驱动部16d和信号检测部16e。存储器16b存储对应于要控制的单元安装头14的程序和数据。通过这样的控制，可控制单个单元安装头14的安装操作。
特定地，当将来自主单元控制部40的操作指令传送到控制板16A时，电机驱动部16c驱动受控单元安装头14的管嘴旋转电机23和管嘴升/降电机20；阀驱动部16d驱动受控单元安装头14的吸附阀27，信号检测部16e检测来自检测部28，例如受控单元安装头14的传感器和附连在每个电机上的编码器，的信号。用这样的方式，安装操作的实施方法使吸附嘴26拾取电子元件，进行必要的θ角旋转并将该元件装载到基板上。
图7示出第二安装头单元8B。该第二安装头单元8B与图6所示的第一安装头单元8A的不同在于，每个单元安装头15单独设置有管嘴θ角旋转电机33。在这一示例中，头侧连接部12和梁侧连接部11也是彼此联接的，因此控制板16B与主单元控制部40相连。
控制板16B根据来自主单元控制部40的操作指令来控制管嘴θ角旋转电机33、管嘴升/降电机30、吸附阀37和检测部38。结合图6所作的说明，安装操作的实施方式使吸附嘴36拾取电子元件，进行必要的θ角旋转并将该元件装载到基板上。
通过应用如上构造的电子元件安装装置和安装头单元，可以获得如下的优越效果。首先，根据这一实施例的安装头单元可从电子元件的安装装置上自由地拆卸，也可容易地被另外的安装头单元替换。因此，通过准备这些多个安装头单元，相同的电子元件安装装置可以带有对应于所制造的基板的不同装置性能而被使用。特别地，当需要进行高速度/高效率的安装操作时，使用第一安装头单元8A，在将安装装置用作能处理大范围的各种元件并配备复杂功能的装置时，使用第二安装头单元8B。当然也可以使用具有其它性能的其它类型的安装头单元。
在安装头的更换过程中，在传统的电子元件安装装置中，连接到安装头上的执行器如电机和阀门、各种传感器等必须与固定布置的主单元控制部相连。因此，在更换安装头的过程中，每次必须进行大量的复杂的配线连接的更换。这样，通常实际上难以高频率地为同一电子元件安装装置更换不同类型的安装头。
在另一方面，在本发明的这一实施例中，由于每个安装头单元设置有专用的控制板，在更换安装头单元的过程中的配线和其它部件的更换中，只更换非常少量的如电源线、信号线和空气管路的配线和其它部件。这样，通过简单的连接器连接/拆开操作就能完成连接更换。
而且，在传统电子元件安装装置的控制系统中，大量的受控目标，如多个安装头和基板传输机构完全由单一的主单元控制部控制。因此，主单元控制部处理大量的用于并行控制它们的信号，因此在信号处理过程中的时间延迟是不可避免的。因此，导致吸附嘴的安装操作响应延迟，进而限制安装操作的加速。
在另一方面，在本发明的这一实施例中，安装操作机构例如管嘴升/降电机和吸附阀由每个安装头单元专用的控制板控制。由于这一原因，在信号处理过程中的时间延迟小，从而能实现高速的安装操作。
根据本发明，可拆卸地安装在电子元件安装装置中的所述安装头单元包括：元件保持装置，用于将电子元件保持住；安装操作机构，用于使元件保持装置进行包括拾取操作和装载操作的安装操作；以及头控制部，基于来自主单元控制部的指令来控制所述安装操作机构，该主单元控制部用于控制所述电子元件安装装置的整个操作。在这样的配置中，可以容易地更换安装头，并能实现高速的安装操作。

Claims (9)

1、一种用于从元件供给部取出电子元件并将该电子元件移动并装载到基板上的电子元件安装装置，包括：
基板定位部，用于使基板定位；
安装头单元，可拆卸地安装在所述电子元件安装装置上，用于进行从元件供给部拾取和保持电子元件的拾取操作以及将该电子元件加载并由此固定在基板上的装载操作；以及
主单元控制部，用于控制所述电子元件安装装置的全部操作，
其中，所述安装头单元包括：
    元件保持单元，用于将电子元件保持住；
    安装操作机构，用于使所述元件保持单元进行包括拾取操作和装
载操作的安装操作；以及
    头控制部，基于来自所述主单元控制部的操作指令来控制所述安
装操作机构。
2、如权利要求1所述的电子元件安装装置，其中，所述安装头单元具有多个安装头，并且每个安装头装有用于保持电子元件的所述电子元件保持单元。
3、如权利要求1所述的电子元件安装装置，其中，可以根据基板和要安装的元件更换使用所述安装头单元。
4、如权利要求1所述的电子元件安装装置，其中，还包括：
第一电源线；
第一空气管路；以及
第一信号线，
其中，所述安装头还包括：
    与第一电源线相连的第二电源线；
    与第一空气管路相连的第二空气管路；以及
    与第一信号线相连的第二信号线。
5、如权利要求1所述的电子元件安装装置，其中，所述主单元控制部包括用于存储每种类型的安装头单元的控制参数的数据存储部，以控制所述安装头单元的安装操作。
6、如权利要求1所述的电子元件安装装置，其中，所述主单元控制部包括头操作指令部，该头操作指令部将头操作指令发送到所述安装头单元的头控制部中。
7、一种电子元件的安装头单元，包括：
元件保持单元，用于保持电子元件；
安装操作机构，用于使所述元件保持单元进行包括拾取操作和装载操作的安装操作，拾取操作是从元件供给部拾取和保持电子元件，装载操作是将该电子元件装载在电子元件安装装置中的基板上；以及
头控制部，基于来自所述主单元控制部的操作指令来控制所述安装操作机构，该主单元控制部用于控制所述电子元件安装装置的全部操作，
其中，所述安装头单元可拆卸地安装在所述电子元件安装装置上。
8、如权利要求7所述的电子元件的安装头，其中，所述安装头单元具有多个安装头，并且每个安装头装有用于保持电子元件的所述电子元件保持单元。
9、如权利要求7所述的电子元件的安装头，其中，所述头控制部检测来自检测部的信号，该检测部包括单元安装头的传感器和附连在电机上的编码器。
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