TWI814083B - 基本上呈平面狀的工件的夾持方法及執行夾持方法的印刷機 - Google Patents

Abstract

描述了一種夾持基本上呈平面狀的工件的同時提供厚度變化提供補償 的方法。在該過程中，在施加夾緊力之前將工件過驅動至夾緊構件中，並測量夾緊構件在施加夾緊力前後的位置。然後使用上述測量值控制工裝台的補償運動並可選地控制輸送軌道的最終提升。

Description

基本上呈平面狀的工件的夾持方法及執行夾持方法的印刷機

本發明涉及一種基本上呈平面狀的工件的夾持方法和一種在印刷操作中向基本上呈平面狀的工件施加印刷介質的印刷機。

通常，工業絲網印刷機通過使用斜角刮刀或刮板將導電印刷介質塗遍張緊的印刷絲網(有時稱為掩膜或範本)中的開孔圖案，將諸如焊膏、銀漿或導電油墨之類的導電印刷介質施加到諸如電路板之類的平面狀工件上。同樣的機器也可用於將諸如膠水或其他黏合劑之類的某些非導電介質印刷到工件上。

為了在印刷過程中固定工件並最大限度地減少移動，可以從“頂部夾緊”該工件，使得工件的前邊緣和後邊緣被結合在輸送系統內的頂板上的彈簧鋼箔夾持。

通常，採用氣動缸將頂板向下局部驅動至工件的頂部上，並採用電子壓力調節來控制施加到其上的夾緊壓力。

然後，將工件向上驅動至印刷高度，使得工件接觸印刷絲網的下側，然後可以開始印刷操作，其中經由印刷絲網將印刷介質施加到工件上。

然而，這種已知系統存在一個問題，即工件厚度的變化可能對印刷過程產生不利影響。舉例來說，由於製造公差，板件供應商通常會遵循標稱厚度±10%變化。比該標稱厚度更薄的工件最終可能會位於略低於最佳印刷高度的豎直位置，從而產生通常所說的“印刷間隙”。比標稱厚度厚的工件最終可能會 位於略高於最佳印刷高度的豎直位置，從而產生通常所說的“負印刷間隙”。一般，“負印刷間隙”的存在優於印刷間隙，因為在負印刷間隙的情況下，工件和印刷絲網之間至少存在接觸。然而，在不對印刷品質和產率產生不利影響並且不對工件和印刷絲網中的至少一個可能造成損壞的情況下，可以使用多大的負印刷間隙是有限制的。

工件厚度的微小變化可以使用偏移進行補償，以促成負印刷間隙，從而將工件少量地過驅動(overdriven)至範本中，以確保在印刷絲網下側和工件上表面(稱為“上側”)之間形成襯墊。例如，1.0mm的標稱工件厚度將只會發生±0.1mm的變化，使用這種負印刷間隙將可能適應這種變化。

然而，隨著標稱工件厚度的增加，變化量也會增加，因為公差以百分比計算。例如，6.0mm的標稱工件厚度將會出現±0.6mm的相對較大的變化，使用負印刷間隙無法適應這種變化。

因此，較大變化的工件厚度可能會導致不良的印刷間隙控制，進而造成產率不良。

本發明試圖解決這一問題，從而實現可以適應不同厚度的工件的印刷技術。

根據本發明，上述目標是通過將傳統的工件夾緊技術調整為包括“過驅動”步驟而實現的，這一步驟是通過在夾緊過程中測量夾緊支架和軌道支架的相對高度進行控制。

根據本發明的第一方面，提供了一種基本上呈平面狀的工件的夾持方法，該方法包括以下步驟：i)提供工件支撐和夾持元件，該工件支撐和夾持元件包括以下部件： 工裝，其包括工裝台和至少一個接合構件，該至少一個接合構件具有適於支撐工件下側的上表面，第一軌道和第二軌道，其包括用於從傳送系統接收工件的相應的第一輸送機和第二輸送機，以及第一夾緊支架和第二夾緊支架，其包括用於向工件施加夾持力的相應的第一接觸邊緣和第二接觸邊緣，上述部件全部都能夠相對於其他部件豎直(vertically)移動；ii)將工件定位在第一輸送機和第二輸送機上，其中，工裝位於工件的下方；iii)升高工裝台，從而將工件從輸送機抬起並與該接觸邊緣的下側接觸；並且iv)經由第一接觸邊緣和第二接觸邊緣向工件施加向下的夾持力，其中，在步驟iii)中，在工件與該接觸邊緣接觸之後，在向上的方向上過驅動工裝台以將夾緊支架抬離軌道。

根據本發明的第二態樣，提供了一種用於執行第一方面所述方法的印刷機。

根據本發明的第三態樣，提供了一種用於在印刷操作中向基本上呈平面狀的工件上施加印刷介質的印刷機，該工件具有相對的第一主表面和第二主表面，在使用中第一主表面朝上並且第二主表面朝下，印刷機包括用於在印刷機內傳送工件的軌道單元，該印刷機包括：第一夾緊支架和第二夾緊支架，其包括相應的第一接觸邊緣和第二接觸邊緣以及頂板，第一接觸邊緣和第二接觸邊緣用於在使用中接觸工件的第一主表面，頂板包括佈置在水平X-Y平面中用於在使用中接觸印刷絲網的下側的基本上呈平面的上表面， 第一軌道和第二軌道，其包括在使用中用於從傳送系統接收工件相應的第一輸送機和第二輸送機，工裝台，其在使用中用於在其上支撐工裝接合構件，Z軸致動器，其可操作成沿著與X-Y平面正交的Z軸相對於第一軌道和第二軌道移動第一夾緊支架和第二夾緊支架，以及測量裝置，其用於測量第一夾緊支架和第二夾緊支架相對於第一軌道和第二軌道沿Z軸的位置。

本發明的其他具體方面和特徵在所附申請專利範圍中進行闡述。

1:工件支撐和夾持組件

2:工裝台

3:接合構件

4:接合構件上表面

5A、5B:第一支撐支架和第二支撐支架

6A、6B:第一軌道和第二軌道

7A、7B:第一輸送機和第二輸送機

8:硬止動件

9A、9B:第一夾緊支架和第二夾緊支架

10A、10B:第一頂板和第二頂板

11A、11B:第一接觸邊緣和第二接觸邊緣

12:磁性編碼器

13、15、16:軸承

14:壓縮彈簧

17A、17B:第一中間塊和第二中間塊

18A、18B:第一貼靠表面和第二貼靠表面

W:工件

圖1至圖8以沿Y-Z平面的截面側視圖示意性地示出了根據本發明實施例的頂部夾緊技術中的一系列步驟。

如上所述，圖1至圖8以沿Y-Z平面的截面側視圖示意性地示出了根據本發明實施例的頂部夾緊技術中的一系列步驟。

i)初始設置

首先參見圖1，示出了工件支撐和夾持組件1，僅出於示例的目的，工件支撐和夾持元件1可以位於印刷機內(印刷機主體未示出)。所示的工件W基本上呈平面狀，並且可以例如包括電路板或晶片。在該實施例中，工件支撐和夾持元件1包括以下部件：

i)工裝，其包括可在豎直(Z方向)上被驅動、位於工件W下方並且具有平坦的上表面的工裝台2。該工裝還包含至少一個接合構件3，該接合構件具有適於支撐工件W下側的上表面4。如圖所示，接合構件3包括工裝塊、整體塊，該整體塊的上表面4可以成形為使得工件W下側上的任何突出件(諸如 先前放置的電子元件(未示出))都可以收容在工裝塊內的適當尺寸和形狀的凹陷中，以避免在後續操作期間被損壞。如本領域中已知的，有各種類型的可以位於工裝台2上的接合構件，諸如，例如多個工裝銷、或高度可調銷的矩陣陣列(諸如申請人的“GridLok”系統)。在該實施例中，工裝還包括第一支撐支架5A和第二支撐支架5B，如下文將更詳細描述的，第一支撐支架和第二支撐支架起到夾緊板的作用並直接與工件W的側邊緣部分接合。根據接合構件3的設計以及下面描述的其他部件，例如，如果接合構件3的上邊緣表面足夠靠近工件W的側邊緣以使其可以適當地夾緊到工件W上，則這些支撐支架5A、5B可以是可選的。

ii)第一軌道6A和第二軌道6B，其包括用於從諸如傳送輸送機之類的傳送系統(未示出)的輸入部分接收工件W的相應的第一輸送機7A和第二輸送機7B，該傳送輸送機在所示的X方向上將工件平移到印刷機中的印刷區域，這在本領域本身是公知的。例如，輸送機7A、7B可以包括皮帶或輥子，並且可操作成從傳送系統接收工件W，將工件W定位在工裝上方，並且在完成印刷操作之後，同樣在所示的X方向上將經印刷的工件W移動至傳送系統的出口部分。第一軌道6A和第二軌道6B包含硬止動件8，硬止動件以物理方式限定第一軌道6A和第二軌道6B與相應的第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B之間所示的豎直或Z方向上的最小距離(見下文)；和

iii)第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B，其包括用於向工件W施加夾持力的相應的第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B。如圖所示，第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B相對較薄，並且由諸如彈簧鋼箔之類的彈性可變形材料製成。第一接觸邊緣和第二接觸邊緣以懸臂的方式由相應的柔性頂板10A、10B支撐，並且接觸邊緣10A、10B的薄度使得其基本上與相應頂板的上表面共平面，從而在印刷操作過程中，印刷頭可以越過頂板和接觸邊緣而不 會出現明顯的高度不連續，高度不連續可能會對印刷操作產生不利影響。在所示的實施例中，頂板10A、10B經由軸承13連接到夾緊支架9A、9B的相應的第一中間塊17A和第二中間塊17B，使得頂板10A、10B可以相對於中間塊17A、17B橫向(即沿著所示的Y軸)移動。如果工件支撐和夾持元件1具有貼靠功能，即通過經由第一貼靠表面和第二貼靠表面向工件的側邊緣施加橫向力(即沿著所示的Y軸)來夾持工件，則這種橫向運動是有用的，如下文將更詳細描述的。然而，如果工件支撐和夾持元件1僅具有頂部夾緊功能，即通過經由第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B向工件的頂表面施加向下的夾緊力來夾持工件，則頂板10A、10B和相應的中間塊17A、17B可以一體形成，或者至少不允許進行這種橫向移動。

所有這三個部件都可以相對於其他部件豎直移動(即沿著所示的Z軸)，其中第一支撐支架和第二支撐支架經由軸承16連接到第一軌道6A和第二軌道6B，並且第一軌道6A和第二軌道6B經由軸承15連接到第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B。工裝台2和接合構件3不直接連接到第一支撐支架5A和第二支撐支架5B、第一軌道6A和第二軌道6B或第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B。提供了用於在豎直方向上，即沿著所示的Z軸，獨立地驅動工裝台2的致動器(未示出)，該致動器優選地包括電動機，但可替代地可以使用氣動致動器。提供了用於在豎直方向上，即沿著所示的Z軸，獨立地驅動第一軌道6A和第二軌道6B的至少一個其他致動器(未示出)，該致動器優選地包括一個或多個電動機，但可替代地可以使用一個或多個氣動致動器。此外，工件支撐和夾持組件1包含相應的氣動致動器(未示出)，該氣動致動器可操作成向第一夾緊支架和第二夾緊支架提供向下方向的頂部夾緊力，如下文更詳細描述的。這些氣動致動器可以方便地位於第一軌道6A和第二軌道6B處。另外，還提供了用於在貼靠操作過程中橫向移動接觸邊緣11A、11B的致動器(未示出)。所有這些致 動器都由控制系統(未示出)控制，該控制系統可以由運行合適的嵌入式或可下載的軟體的電腦、處理器或其他處理裝置構成。

除了限制第一軌道6A和第二軌道6B與相應的第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B之間所示的豎直或Z方向上的最小距離的硬止動件8之外，壓縮彈簧14位於相應的第一軌道6A和第一夾緊支架9A之間以及相應的第二軌道6B和第二夾緊支架9B之間，該壓縮彈簧14用於相對於第一軌道6A和第二軌道6B向下偏置第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B。

如前所述，該裝置類似於目前在本申請人製造的印刷機中使用的裝置。

根據本發明，提供了用於測量第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B相對於第一軌道6A和第二軌道6B的沿著Z軸的位置的測量裝置。如圖所示，該測量裝置包括磁性編碼器12，該磁性編碼器設置在第一軌道6A以及第二軌道6B上。該磁性編碼器可操作成向控制系統提供位置回饋，從而控制接觸邊緣11A、11B沿著Z軸的位置。

在圖1中，工件支撐和夾持元件1以初始配置示出，其中工件W剛剛從輸入傳送系統裝載到第一輸送機7A和第二輸送機7B上。工裝台2和支撐在其上的接合構件3處於縮回的豎直位置，這是整個後續夾持過程中最低的豎直位置。第一支撐支架5A和第二支撐支架5B由第一軌道6A和第二軌道6B支撐，但不與工裝台2接觸。第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B被壓縮彈簧14向下偏置到第一軌道6A和第二軌道6B的硬止動件8上。

ii)提升以拾取支撐支架

在夾持過程的下一階段，如圖2示意性地所示，工裝台2因控制系統而向上移動，即在如箭頭所示的正Z方向上移動，以便在工裝台2向上驅動時接觸並接著提升第一支撐支架5A和第二支撐支架5B。

iii)提升以拾取工件

在夾持過程的下一階段，如圖3示意性地所示，繼續向上驅動工裝台2，從而通過第一支撐支架5A、第二支撐支架5B和接合構件3從第一輸送機7A和第二輸送機7B抬起工件W。

iv)提升到接觸邊緣

在夾持過程的下一階段，如圖4示意性地所示，繼續向上驅動工裝台2，進而將工件W的上表面驅動至第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B的下側中。磁性編碼器12用於監測第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B相對於第一軌道6A和第二軌道6B的位置，並且該位置資訊被傳遞至控制系統。

v)過驅動和位置測量

在夾持過程的下一階段，如圖5示意性地所示，繼續向上驅動工裝台2，從而將工件W過驅動至第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B中。過驅動距離，即在工件W與第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B抵接後(如圖4所示)將工裝台2升高的距離，是根據工件W的厚度公差預先確定的。更詳細地，過驅動距離被設置為足以夾緊“允許的最薄工件”同時在硬止動件8上方留出與第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B的間隙(即“夾緊間隙”)的距離。“允許的最薄工件”是公稱厚度減去厚度公差之一，厚度公差即根據IPC規範4101C或其後續規範為公稱厚度(nominal thickness)的10%，具體取決於工件的基材。如圖所示，過驅動導致第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B被抬起，並遠離第一軌道6A和第二軌道6B，從而在硬止動件8上方形成與第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B之間的間隙。過驅動本身是由控制系統使用從磁性編碼器12獲得的位置資訊進行控制的，磁性編碼器12監測第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B相對於第一軌道6A和第二軌道6B的新位置，即移動的距離，其中，將該位置資訊傳遞至控制系統。

vi)頂部夾緊壓力和重新測量位置

在夾持過程的下一階段，如圖6示意性地所示，施加頂部夾緊壓力。氣動致動器由控制系統操作成向下驅動第一夾緊支架和第二夾緊支架，即在箭頭所示的負Z方向上向下驅動第一夾緊支架和第二夾緊支架，使得工件W被牢固地夾持或夾緊在第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B與第一支撐支架5A和第二支撐支架5B之間。在施加該頂部夾緊壓力之後，應當注意，第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B通過工件W而不是通過硬止動件8被支撐，換言之，在硬止動件8與第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B之間存在間隙。磁性編碼器12再次用於監測第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B相對於第一軌道6A和第二軌道6B的新位置，即移動的距離，並且該位置資訊被傳遞至控制系統。應當注意，施加的向下壓力對於每個待夾持的工件是預定的且恒定的，並且被設置為能夠為恰當或最佳厚度的工件提供最佳夾緊的壓力。由於工件W與第一接觸邊緣11A和第二接觸邊緣11B之間的反作用，如果被夾緊的工件W的厚度比最佳厚度小，則第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B隨後的向下移動將大於預期，而如果工件W的厚度比最佳厚度大，則第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B隨後的向下移動將小於預期。

vii)工裝台的補償運動

如上所述，第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B相對於第一軌道6A和第二軌道6B的位置資訊在過驅動之後並接著在夾緊之後獲得。然後，可以通過控制系統確定這些獲得的測量值之間的差，從而確定工件厚度。如果控制系統確定工件過厚或過薄而無法滿足印刷要求，則此時可以丟棄工件W，儘管如以下步驟viii)所述，仍然可以調適此類工件通過該過程中的附加和可選步驟。然而，如果工件W具有這些極值之間的厚度，則偏離其公稱厚度的任何厚度變化均可以通過沿著Z軸將工裝台2向上或向下移動與該變化相對應的量進 行補償，以便補償該變化並使工件W的上表面相對於第一頂板10A和第二頂板10B達到預定的最佳高度以用於隨後的印刷操作。

viii)軌道的可選提升

如圖8示意性地所示的夾持過程的下一階段是可選的，並且只在上一步之後的技術狀態導致夾緊間隙不足時才執行，如果如上一步的討論中所述工件W的厚度由控制系統確定為過厚或過薄而無法滿足印刷要求，則可能是這種情況。在該可選的步驟中，第一軌道6A和第二軌道6B被沿著如箭頭所示的正Z方向豎直向上驅動至已知的參考位置，從而使硬止動件8移動得更接近但仍然未接觸第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B。這是有利的，因為這確保了第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B在隨後的印刷操作過程中可以僅向下偏轉極小的量，其中印刷頭可以向頂板10A、10B上施加相當大的向下的力。該驅動由控制系統使用來自磁性編碼器12的回饋進行控制。

本領域技術人員將理解，以上概述的基於工件厚度公差將工裝台2過驅動預定距離、在過驅動和隨後的施加頂部夾緊壓力之後測量第一軌道6A和第二軌道6B與第一夾緊支架9A和第二夾緊支架9B的相對位置、然後根據這些測量的位置控制第一軌道6A和第二軌道6B的提升的步驟，使得能夠在夾持過程中補償工件厚度的變化。

上述過程僅使用頂部夾緊。然而，根據本發明，也可以以類似方式操作僅貼靠、或實際上組合式頂部夾緊和貼靠系統。例如，對於僅貼靠過程，以上關於圖1至圖6概述的步驟不變，因此以類似方式對工件W的厚度進行測量和補償。然而，在這些步驟之後，至少一個軌道6A、6B朝向另一軌道6B、6A移動，使得第一貼靠表面18A和第二貼靠表面18B與工件的側壁接觸，以便從側面將水平夾持力施加到工件W上。同時，第一頂板10A和第二頂板10B接著橫向縮回(即在遠離工件W的方向上沿著Y軸縮回)以防止其干擾隨後的印刷 操作，可選地結合在正Z方向上提升頂板10A、10B以避免對工件W造成摩擦損壞。

上述實施例僅為示例性的，在本發明範圍內的其他可能方案和替代方案對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。例如，雖然上面特別參考印刷技術描述了本發明，但本發明並不限於此。例如，上述夾緊過程可用於其他技術，例如夾緊一個工件以用於所謂的拾放機中的部件放置技術中，或者實際上用於其中需要夾緊基本上呈平面狀的工件的各種其他技術中。

2:工裝台

6A:第一軌道

6B:第二軌道

9A:第一夾緊支架

9B:第二夾緊支架

11A:第一接觸邊緣

11B:第二接觸邊緣

12:磁性編碼器

W:工件

Claims (14)

1. 一種基本上呈平面狀的工件的夾持方法，所述方法包括以下步驟：i)提供工件支撐和夾持元件，所述工件支撐和夾持元件包括以下部件：工裝，其包括工裝台和至少一個接合構件，所述至少一個接合構件具有適於支撐工件下側的上表面，第一軌道和第二軌道，其包括用於從傳送系統接收工件的相應的第一輸送機和第二輸送機，以及第一夾緊支架和第二夾緊支架，其包括用於向所述工件施加夾持力的相應的第一接觸邊緣和第二接觸邊緣，所述部件全部都能夠相對於其他部件豎直移動；ii)將所述工件定位在所述第一輸送機和所述第二輸送機上，其中，所述工裝位於所述工件的下方；iii)升高所述工裝台，從而將所述工件從所述第一輸送機和所述第二輸送機上抬起並與所述第一接觸邊緣和第二接觸邊緣的下側接觸；並且iv)經由所述第一接觸邊緣和所述第二接觸邊緣向所述工件施加向下的力，其中，在步驟iii)中，在所述工件與所述第一接觸邊緣和第二接觸邊緣接觸之後，在向上的方向上過驅動所述工裝台以將所述第一夾緊支架和第二夾緊支架抬離所述第一軌道和所述第二軌道。
2. 如請求項1所述之方法，其中，在步驟iii)中，所述工裝台在向上的方向上被過驅動預定距離。
3. 如請求項2所述之方法，其中，所述過驅動預定距離是通過測量所述第一軌道和所述第二軌道與所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架的相對豎直位置進行控制的。
4. 如請求項1所述之方法，其中，所述向下的力是氣動施加的。
5. 如請求項1所述之方法，其中，所述向下的力是通過測量所述第一軌道和所述第二軌道與所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架的相對豎直位置進行控制的。
6. 如請求項1所述之方法，所述方法還包括以下步驟：v)升高或降低所述工裝台以使所述工件達到預定高度。
7. 如請求項6所述之方法，其中，所述升高或降低所述工裝台是通過以下方式進行控制的：在步驟ii)之後以及在步驟iv)之後，測量所述第一軌道和所述第二軌道與所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架的所述相對豎直位置，比較獲得的測量值，並根據所述測量值的差升高或降低所述工裝台。
8. 如請求項1所述之方法，所述方法還包括以下步驟：vi)將所述第一軌道和所述第二軌道升高至參考位置，所述升高至少部分地通過測量所述第一軌道和所述第二軌道與所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架的相對豎直位置進行控制。
9. 如請求項1所述之方法，其中，在步驟ii)結束時，所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架擱置在所述第一軌道和所述第二軌道的相應部分上。
10. 如請求項1所述之方法，所述方法包括朝向所述相應的第一軌道和第二軌道向下偏置所述第一夾緊支架和所述第二夾緊支架。
11. 如請求項1所述之方法，其中，在步驟iv)之後保持在步驟iv)中施加的所述向下的力以夾持所述工件。
12. 如請求項1至10中任一項所述之方法，在步驟iv)之後，所述方法包括以下步驟：經由所述第一軌道和所述第二軌道中的至少一個向所述工件的橫向邊緣施加水平夾持力，以夾持所述工件。
13. 如請求項1所述之方法，所述方法用於在印刷機內夾持基本上呈平面狀的工件以在其上執行印刷操作。
14. 一種用於執行如請求項13所述之方法的印刷機。