具有两个相对于杆部可移动的顶尖座套筒组的装配头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在应用所谓的收集&放置原理(Collect&PlacePrinzips)的情况下用电子元件来装配元件载体的技术领域。本发明尤其涉及一种用来用电子元件装配元件载体的装配头，其具有许多元件-止动装置，该保持装置能够分别暂时固定电子元件。本发明还涉及一种自动装配机，并且涉及一种在应用装配头的情况下用电子元件来自动装配元件载体的方法。
【背景技术】
[0002]由于电子组件变得越来越微型化，所以对现代装配装置或自动装配机的装配精度提出了很高的要求。此外由于电子工业中的价格压力很大，自动装配机必须具有很高的装配效率，因此电子组件能够在短时内且因此成本低廉地制成。概念“装配效率”在此上下文中指电子元件的数量，它们能够在每个时间单位内由相关的自动装配机安放在一个元件载体或多个元件载体上。
[0003]但在实践中为了成本低廉地制造电子组件，不是只有自动装配机的装配效率是重要的。自动装配机的最为重要的效率特征是每个表面的装配效率，该表面在制造电子组件的工厂中由自动装配机装载。借助高功率-自动装配机能够实现每个表面的高的装配效率，它们将表面安装元件(surfacemountdevices, SMD)只通过所谓的收集&放置原理放置在元件载体上。在收集&放置的工艺循环中首先由装配头接纳元件-供应系统的多个元件，该装配头具有多个元件-止动装置来接纳和固定分别一个元件。然后，将多个接纳的元件由装配头传输到装配区域中，待装配的元件载体位于该装配区域中。然后，该输送的元件依次这样安放在元件载体的上侧上，使得位于元件下侧上的元件-接口与相应的连接面或连接垫接触，该连接面或连接垫设置在元件载体的上侧上。然后在该工艺循环结束时，装配头再次沿着提取区的方向行驶，元件-供应系统位于该提取区中。然后，通过重新接纳其它的电子元件来开始新的工艺循环。
[0004]为了既在从元件-供应系统接纳元件时，也在将元件安放在元件载体上时，整个装配头不必都沿着垂直于装配平面的Z-方向运动，所谓的由几部分组成的装配头的止动装置能够相对于装配头的机架沿着Z-方向移动。为了实现该Z-推移，例如能够应用直线电动机。在此，为多个止动装置设置共同的直线驱动装置，或为每个止动装置设置单独的直线驱动装置。为了能够以正确的角度位置将元件安放在待装配的元件载体上，止动装置还典型地分别围绕着其纵轴线可旋转。
[0005]如同前面所述的一样，收集&放置工艺循环包含以下四个重要的工艺阶段:(I)提取元件；(2)输送元件；(3)用元件来装配元件载体；以及(4)将装配头送回。通过优化工艺阶段(I)和(2)最有效地提高自动装配机的每个表面的装配效率。
[0006]JP2012-164881A公开了一种圆柱一六角转头(所谓的转塔一装配头)，它具有两个圆柱形的转子，它们能够相互独立地来围绕着共同的旋转轴线旋转，该旋转轴线在装配时垂直于待装配的元件载体的表面。在每个转子上设置有八个构成为吸管的元件-止动装置。此外每个转子都配备有两个所谓的Z-驱动装置，借助它们能够使八个吸管中的两个相对于圆柱一六角转头的壳体沿着Z-轴运动，该Z-轴与共同的旋转轴线平行地定向。通过改变一个转子相对于另一转子的旋转角度，能够调节第一转子的第一吸管和第二转子的第二吸管之间的间距。如果该间距相当于两个待提取的电子元件(其已由元件-供应系统提供)的距离，则这两个元件能够同时由圆柱一六角转头接纳。
[0007]US20120036711A1公开了一种具有多个吸管的装配头，这些吸管的间距能够相互调节。在提取元件时，该间距能够与由元件-供应系统提供的两个电子元件之间的预先设定的间距相匹配。
[0008]JP2009295608A公开了一种具有多个吸管的转塔一装配头，这些吸管设置在两个不同的分度盘上，使得吸管的位置相当于矩阵布局。
[0009]DE10006918A1公开了一种装配头，它具有分别两个具有两个吸管的吸管模块。这两个吸管模块在线性轨道上能够沿着通过线性轨道的纵向方向预先给定的方向移动。因此，这两个吸管模块之间的间距以及因此分别两个吸管之间的间距能够沿着预先给定的方向进行调节。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是，创造一种装配头，借助它能够缩短用于收集&放置一装配过程的工艺循环的时间间隔。
[0011]此目的通过独立权利要求的内容得以实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利的实施例。
[0012]按本发明的第一角度，描述了一种装配头，其用来用元件自动地装配元件载体。所述的装配头具有(a)机架和(b)转子，该转子相对于机架来围绕着旋转轴线可旋转地支承着。该转子具有:(bl)第一模块，该第一模块具有至少两个第一顶尖座套筒(Pinolen)，它们相对于第一模块沿着平行于旋转轴线的方向可移动地支承着；和化2)第二模块，该第二模块具有至少两个第二顶尖座套筒，它们相对于第二模块沿着平行于旋转轴线的方向可移动地支承着，其中第一顶尖座套筒和第二顶尖座套筒这样构成，即能够分别将元件一止动装置带到各顶尖座套筒的端部上；以及(b3)线性引导器，它配置得用来引导这两个模块中的至少一个，以便沿另一方向推移该模块，该另一方向垂直于所述与旋转轴线平行的方向。该装配头还具有(C)中央的旋转驱动装置，它与机架和转子机械地耦合，并且配置得用来驱动转子，以便相对于机架围绕着旋转轴线来转动该转子。
[0013]所述装配头是以下述理念为基础的，即如果这两个模块之间的间距能够沿着垂直于旋转轴线的方向自由调节，则第一顶尖座套筒或设置在它上面的第一元件一止动装置和第二顶尖座套筒或设置在它上面的第二元件一止动装置之间的间距是可自由调节的。转子的旋转轴线能够尤其沿着装配头的内部Z-方向进行定向。装配头的内部Z-方向尤其能够与自动装配机的其余的内部Z-方向协调一致。此外，两个顶尖座套筒或元件-止动装置之间的连接线之间的角度位置能够通过适当地激活中央的旋转驱动装置调节。在此文献中描述的装配头允许两个元件-止动装置的自由定位，既用来同时从元件一供应系统的两个预定的提取位置提取两个元件，也用来同时将两个元件安放在两个在元件载体上预先设定的装配位置上。
[0014]该用于所述装配头的迪卡尔坐标系统能够这样选择，即旋转轴线沿着Z-轴延伸。与之垂直的xy_平面通过X-轴和与X-轴垂直的1-轴绷成。该至少一个模块的推移运动在xy-平面中进行，其中根据由中央旋转驱动装置决定的角度位置，沿着X-轴、y_轴或沿着既具有X —分量也具有y-分量的方向进行推移。
[0015]直观地表达是，在所述装配头中两个顶尖座套筒组分别从属于一个模块。通过这两个模块中的至少一个相对于转子旋转轴线的线性运动，能够改变这两个顶尖座套筒组的间距。因此，两个任意的顶尖座套筒(其分别源自两个顶尖座套筒组中的一个)之间的间距能够有目的地变化。此外，这两个顶尖座套筒组能够与转子一起围绕着旋转轴线旋转，它能够指装配头的中间杆部的纵轴线(Z-轴)。
[0016]如果装配头安装在具有两个自由度(X-方向、y_方向)的表面定位系统上，则该系统具有用来实现平行的提取和装配所需的总共四个自由度。这四个自由度通过(i)机架的X-位置、(ii)机架的y-位置、(iii)转子或两个模块的角度位置的自由调节性以及(iv)这两个模块中的至少一个线性位移给出，该角度位置取决于中央旋转驱动装置的控制。
[0017]所述装配头的重要优点在于，(i)通过这两个模块围绕着旋转轴线的可旋转性以及(ii)通过至少一个模块的线性移动性，能够自由地调节第一顶尖座套筒和第二顶尖座套筒在xy-平面中的空间位置。与所用的定位系统(其具有所述的装配头)的移动区域相比，由于在宽的范围内改变顶尖座套筒的xy-位置，扩大了顶尖座套筒或设置在它上面的元件-止动装置的有效的工作范围。
[0018]旋转轴线优选设置在机架的中间或整个装配头的对称点中。该点优选至少几乎与整个装配头的重心重合。由此以简单且有利的方式避免了装配头的不平衡性，如果转子与这两个模块一起相对快地围绕着旋转轴线旋转，则该不平衡性是尤其不利的。
[0019]“电子元件”或“元件”这一概念在此文献中可理解为所有可装配的元件，它们能够定位在元件载体上。元件尤其能够是两极或多极的SMT-元件或其它高度集成的平面的、圆形的或其它形状的元件，例如球栅阵列、裸芯片和倒装焊芯片。此外，“元件”这一概念还可包含机械部件，例如连接销钉、插头、插座或类似物体或光电构件，例如发光二极管或光电二极管。此外，“元件”这一概念还可包含用于所谓收发器的所谓的RFID芯片，它用于所谓的应答器。
[0020]“元件载体”这一概念在此文献中可理解为各种可装配的物体，尤其是电路板。元件载体能够是刚性亦或挠性的。此外，元件载体能够既具有刚性区域，也具有挠性区域。
[0021]在此文献中“相对于机架”能够指，装配头的相应部件设置在机架上，并且尤其设置在机架的内部。在该至少一个在线性引导器上可移动的模块中，该模块能够在机架的内部相对于机架推移。但“设置在机架上”也可指，相应的部件设置在机架之外。在该至少一个在线性引导器上可移动的模块中，该模块能够在机架的外部相对于机架推移。此外，该至少一个可在线性引导器上推移的模块还能够根据其当前的位移位置(i)位于机架的内部且
(ii)局部地位于机架的内部和外部或者(iii)位于机架的外部。
[0022]这两个模块都能够设置在所述的线性引导器上。在这种情况下，线性引导器是这两个模块的共同的引导器。但是，该装配头也可具有另一线性引导器，其中上面介绍的线性引导器从属于这两个模块中的一个，并且另一线性引导器从属于这两个模块中的另一个。
[0023]按本发明的实施例，装配头还具有直线驱动装置，其机械地与这两个模块中的至少一个耦合，并且该直线驱动装置配置得用来使这两个模块中的至少一个相对于另一模块沿着线性引导器移动。在此优选能够将至少两个模块设置在机架的内部。因此，装配头能够实现为紧凑的部件。然后当装配头在自动装配机中运行时，装配头的重要部件通过机架保护，以避免来自装配头周围环境的机械影响。
[0024]所述的直线驱动装置能够具有直线电动机。该直线驱动装置也能够具有简单的旋转马达以及齿轮和心轴，因此在激活旋转马达时以已知的方式产生至少一个模块的线