专利名称：多安装头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将元器件安装到基体上的多安装头。
这类安装头在将元器件安装到印刷电路板的装置中得到特别的应用。所述装置具有至少一个带有多个用于元器件的容纳工具的可旋转多安装头。这种安装装置主要用在SMD-技术领域。
在电气元器件自动安装器领域中所谓的“抓起和装入”(“Pick-and-Place”)方法已广为使用。这种方法是说将元器件单个地接收、定心和定位，并且单个地安装到印刷电路板或者基体上。每个单个元器件都要进行这种过程。
例如DE 19654172以及EP 315799已公开了用于这种“抓起和装入”方法的多安装头。上述两个文献分别公开了至少一个具有多个用于元器件的容纳工具的可旋转的多安装头。为了能执行按照“抓起和装入”方法所要求的如接收、定心和安装等过程，已公开的多安装头的相应的各容纳工具分别按安装方向和与安装方向相反的方向可运动地设置，以及绕一个旋转轴线可旋转地支承。
为了对将要安装的电气元器件进行精确的定位要求对容纳工具上的元器件进行准确的角度指向，因为否则会导致错误的安装。
为此，在将元器件容纳到容纳工具中之后要借助一个外部装置对该元器件进行旋转，直到这个待安装的元器件在容纳工具中处于一个规定的角度位置。为此，在已公开的多安装头中要求具有一个从外部和容纳工具耦合、在旋转完毕后又重新分离的旋转装置。
此外，在已公开的多安装头中多次使用真空，为的是使待安装的元器件保持在容纳工具中。为此所要求的真空是在多安装头之外产生的，并且经过低压导管一直输送到容纳工具的尖端。为此需要大功率真空，因为导管很长。
因此，本发明的任务是提出一种能将电气元器件高准确和快速地安装到基体上的多安装头。根据本发明，这个任务通过一种具有按照权利要求1特征的多安装头得以完成。本发明的一些优选结构方案在从属权利要求中要求保护。
本发明提供了一种将元器件安装到基体上的多安装头。这种多安装头具有一个支架。该支架可绕一个旋转轴线可转动地设置，并且具有多个在与一个旋转轴线成角度的安装方向上可运动的容纳工具。这些容纳工具设置在支架上，并且元器件可被这些容纳工具接收。每个容纳工具设置有一个或者多个主动驱动装置和/或传感器。
这样就可不依赖外部执行元件进行安装，从而大大改进安装精度，因为不要求外部执行元件的耦合和分离。
特别是给每个容纳工具设置了一个单独的旋转驱动装置作为主动驱动装置，由该驱动装置使得被接收的元器件可分别绕一个与支架的旋转轴线成角度地设置的工具轴线进行旋转。这个旋转驱动装置例如可与一个传感器组成一个结构单元地一起设置。该传感器可检测旋转驱动装置的旋转运动，也可检测待安装的元器件的旋转运动。通过这一措施为待安装元器件的旋转创造了一个封闭的调节回路。因为不要求有耦合或者分离过程，因此也不会出现待安装元器件的旋转运动的与此相关的角度误差。此外也可节省掉一个外部执行元件的耦合和分离所需的时间。
根据本发明每个容纳工具可以具有一个真空发生器来作为用于将元器件保持在容纳元件中的主动驱动装置，所述真空发生器特别是作为文杜里管形成。在此，支架设置有一个空心轴，该空心轴与旋转轴线同轴延伸，并且在该空心轴上设置有容纳工具。通过支架的空心轴可对文杜里管提供压缩空气，这样才能产生用于接收待安装的元器件并将其保持在容纳工具中所需的真空。这种办法具有如下优点，即在真空发生器和容纳工具之间只需要很短的真空管，这样就可避免真空损失，并且能保持相应容纳工具上的真空级的恒定。此外给相应的容纳工具分别独自提供真空还具有下述优点，即当一个元器件从一个容纳工具中落下时并不改变其它容纳工具中的真空级。
除此之外还可通过对所有的容纳工具统一提供压缩空气来和环境空气压力进行适配。为此，给容纳工具的真空发生器的压缩空气提供装置设置一个比例阀，可由该比例阀根据环境压力对提供压力进行调节。环境空气压力越高，则选择的提供空气压力越低。这样做的结果主要是在海平面以上大大降低空气消耗。除此之外，由于空气压力保持一样，并且因此容纳工具中的真空级也保持一样，从而改进了安装可靠性。
除此以外，按照本发明的多安装头还具有一个鼓风-真空-装置，通过该鼓风-真空装置使得给位于支架的容纳-安装位置中的容纳工具在接收元器件时可提供真空，并且在安装元器件时可提供鼓风冲量。通过这一措施一方面可为接收元器件而在容纳工具处建立合适的真空级，并且另一方面也可借助鼓风冲量加速待安装元器件的安装。
例如该鼓风-真空装置可以具有一个文杜里管，它的排气端出口可借助一个阀门关闭。在短时间关闭这个文杜里管的排气端时该管不产生真空，而是排出鼓风冲量。此外在此还可设置一个压力传感器，它可以有调节地关闭文杜里管的排气端，这样，就可任意地调节压力级。
容纳工具例如可以具有一个作为空心轴设计的工具轴，该工具轴与工具轴线同心地延伸。通过这个空心轴，所述借助设置在容纳工具上的真空发生器和/或借助鼓风-真空装置在容纳工具中所建立起来的真空或者鼓风冲量可被引导到工具轴的远端区域。在那里例如设置一些真空吸管，通过这些真空吸管吸住待安装的元器件。
因为支架是可旋转地设置在多安装头上的，所以要求有旋转对称的能量和数据传输装置，从该装置可给主动驱动装置和/或传感器提供能量，以及由该装置传输传感器的数据。在此，一个第一传输部件固定地设置在多安装头的壳体上，一个第二传输部件固定地设置在可旋转的支架上。例如能量和数据传输装置设置至少一个汇流环(Schleifring)，通过该汇流环可传输能量以及数据。然而也可以分别设置一对电的例如电感传输器和一对电容传输器，这些传输器分别旋转对称地绕多安装头的旋转轴线设置，并且可由这些传输器无接触地传输能量和数据。这种做法具有无损耗的能量和数据传输的优点。
在这方面，电容传输器特别是分别作为板形天线形成在第一传输部件和第二传输部件上。电磁传输器可以在第一传输部件上具有一个环形设计的磁导体，且该磁导体具有U形的且朝支架方向开口的横截面，以及在第二传输部件上具有一个环形设计的磁导体，且该磁导体具有基本成矩形的横截面，该横截面如此地设置在第一传输部件的孔中，即用于能量输送的磁场方向基本上垂直于用于数据传输的电场方向。这种结构具有无接触地传输能量和数据且结构紧凑的优点，并且在该传输中基本不出现干扰场。
在多安装头的壳体上以及在支架上可以如此地分别设置研磨盘(Schliffscheibe)，即，可给容纳工具的所有位置或者给容纳工具的选择位置可旋转对称地输送压缩空气和真空。容纳工具的所选择的位置例如是容纳-安装位置。
在支架上设置至少一个控制装置，可由该控制装置控制主动驱动装置或者传感器。为此，可为一个或者多个主动驱动装置或传感器使用一个信号处理器。
通过这一措施可对控制数据或者传感器数据进行分散处理，这样，就减少了通过旋转对称的能量和数据传输装置将要进行传输的数据量。这样一来就可提高多安装头的速度。
为了使容纳工具在安装方向上运动，例如设置一个线性马达作为线性驱动装置，用这个线性驱动马达啮合到位于容纳-安装位置中的那个容纳工具中。这样，借助线性马达可以使位于容纳-安装位置中的容纳工具按安装方向运动。
采用线性马达使待安装元器件按安装方向运动，这具有定位更为准确、减少运动质量以及运行时间更短的优点。
在多安装头上还可附加地设置一个返回装置，该返回装置借助弹簧力给线性马达的转子施加预紧力以克服重力，并且当安装头工作时借助空气压力补偿这个预紧力。这样就保证了在能源供应发生故障时线性马达的转子无控制滑落下来，这样就能避免在多安装头运行时在安装平面上多安装头的损伤。
例如多安装头的旋转轴线向安装平面倾斜地设置，这样，位于安装位置上的容纳工具就垂直于安装平面地设置。由于容纳工具是锥形地设置在多安装头上的，所以元器件摄像机可以如此与安装位置对置地并且面朝安装位置地设置，使得元器件摄像机的光学机构的部分区域可以定位在位于安装位置上的容纳工具处所容纳的元器件的下面。这样既可以检测到在容纳工具上所接收的元器件的正确位置，也可以检测到元器件的高度。
下面参考附图对本发明进行更为详细的叙述。这些附图是
附
图1根据本发明的多安装头的一个优选的实施方式的侧面截面图，和附图2根据本发明的多安装头的所述优选实施方式的局部透视图。
从附图1和2可以看出，根据本发明的多安装头的优选实施例具有一个带有一个驱动轴110的旋转驱动装置100。按照优选的实施形式，该驱动轴沿支架200的旋转轴线D线延伸。在支架200和驱动轴110的连接区域上设置至少一对研磨盘150，250。其中，研磨盘150和旋转驱动装置100的外壳连接。研磨盘250设置在支架200的面向旋转驱动装置100的一侧上，为的是能将通过驱动轴110输送的压缩空气继续向一个或者多个容纳工具210输送。为了能将穿过驱动轴110的压缩空气向容纳工具210继续输送，驱动轴110作为空心轴构成，如附图1所示。
除此之外在支架侧的研磨盘250的上侧面上设置一些孔，通过这些孔可在支架200中分开地为每个容纳工具输送压缩空气，为的是能借助它的真空发生器为相应的容纳工具210产生真空。为此支架为每个容纳工具210具有一个文杜里喷嘴220，该文杜里喷嘴通过驱动轴110，研磨盘150和250供给压缩空气，为的是能产生真空和将此真空继续向相应的工具轴215输送。
在支架200的远离旋转驱动装置100的端部区域设置了一个帽235。多数文杜里喷嘴220的排出的气体被这个帽改变方向，并且为进行冷却而在容纳工具210旁流过。这样就可放弃一台在容纳工具210中用于冷却旋转驱动装置的分开的冷却装置。
支架基本为旋转对称结构，并且具有一个平截头圆锥体，其中，容纳工具210均匀分布地设置在该平截头圆锥的圆周表面上。分别借助一个线性导板使每个容纳工具210沿着与支架210的圆周表面相切的方向在安装方向上可线性运动地设置。容纳工具210分别设置一个随动元件212，该随动元件分别支承在与旋转轴线D同心设置的套圈120上。
套圈120固定地设置在多安装头的一个壳体上，这样，它可以用于对容纳工具210进行圆形导向。在容纳-安装位置A处由于随动元件212的宽度而使套圈120中断。这样，一个设置在多安装头壳体上的线性驱动装置500以一个固定设置在其转子520上的随动件510在随动元件212上啮合，并且位于容纳-安装位置(A)中的相应的容纳工具线性地在安装方向上运动，以便从输送装置中取出元器件300，和/或者将元器件300定位到基体上。元器件300例如借助真空被吸到真空吸管260上，该真空吸管固定在容纳工具210的各远端区域处。
每个容纳工具210都具有一个设计为空心轴构形的工具轴215。真空吸管260设置在该轴上。其中，真空吸管260分别在工具轴215的工具轴线的方向上弹动地和真空密封地设置在容纳工具210上。除此之外，每个容纳工具还有一个自身的并且和工具轴215连接的电动旋转驱动装置228，以及一个用于旋转驱动装置228的角度传感器217。该角度传感器217与旋转驱动装置228和一个同样设置在支架200上的分析电子装置230一起组成一个用于检测真空吸管260以及元器件300的旋转运动的封闭的调节回路。
为了在按照本发明的一个优选实施形式的多安装头的壳体和支架200之间传输能量和数据，可以一方面在旋转驱动装置100和支架200之间设置一个或者多个汇流汇流环(未示出)。
然而也可以在旋转驱动装置100和支架200之间设置一个无接触的能量和数据传输装置。正如附图1所示，为此在旋转驱动装置100上设置一个具有一个由导磁材料制成的环形体410的第一传输部件，该环形体具有U形横截面，其中，通过U形横截面产生的空腔向支架200开口地设计。此外，还设置了一个和环形体410处于电磁相互作用中的线圈(未示出)。除此之外还在旋转驱动装置100上、在环形体410的区域中设置一个板形的旋转对称天线415，该天线一定得设计为环形。
在支架200上设置了一个和驱动装置100的板形天线415相对应的天线425。除此之外，在支架上，在朝向旋转驱动装置100的区域设置了一个第二传输部件，该传输部件具有一个带有矩形横截面的环形磁导体420。该磁导体在通过环形体410的U形横截面形成的空腔中和板形天线420一起可相对于旋转驱动装置100旋转，并且固定地设置在支架200上。除此之外，在支架200上还设置了一个和环形体420电磁作用连接的线圈(未示出)。
因此，任何时候都可以与支架200相对于旋转驱动装置100的旋转运动无关地通过这些线圈和环形体410或420从旋转驱动装置100向支架200输送能量。除此之外，同样也可以与支架200相对于旋转驱动装置100的旋转运动无关地通过这两个天线415或者425在旋转驱动装置100和支架200之间在两个方向上交换数据。
所传输的数据与能量和容纳工具的旋转驱动装置以及容纳工具210的旋转传感器217相结合地用于控制容纳工具210的旋转驱动装置。为此，例如为每个容纳工具210设置一个控制装置230，该控制装置特别地具有一个数字信号处理器。然而，也可以在支架200上仅设置一个或者少量的控制装置230，并且分割多个容纳工具210或者所有容纳工具210分别借助一个唯一的数字信号处理器进行控制。
在容纳工具210借助随动元件212通过线性驱动装置500可在安装方向上运动的的容纳-安装位置A中，也可通过一个在这个位置中可穿过支架200上的相应的容纳工具210的、且设置在旋转驱动装置100和支架200之间的研磨盘(未示出)经过真空导管225附加地提供真空或者压缩空气。
为此使用了一个附加的真空发生器(未示出)。该真空发生器在容纳-安装位置中通过附加的研磨盘与那个位于容纳-安装位置中的容纳工具210的真空导管225连接。这个附加的真空发生器例如可以是一个文杜里管，该文杜里管在排气端可用一个比例阀关闭。当阀为不同开度时，在容纳工具210上可以实现任意的真空级。
这样可以可靠地从输送装置(未示出)中取出元器件300。为此，多安装头利用位于容纳-安装位置中的容纳工具210的真空吸管260运行到输送装置中的待取出的元器件300的上方，并且紧接着借助线性驱动装置下降到该元器件300上，通过接通附加的真空就可以可靠地取出该元器件。
在取下已容纳的元器件300时通过在容纳-安装位置中的附加的真空发生器可以给位于容纳-安装位置中的容纳工具210发送一股压缩空气冲量，这股压缩空气冲量使所建立的真空吹散，因此待安装的元器件300脱离容纳工具210而被挤压到一个待安装的基体(未示出)上。
权利要求
1.用于将元器件安装到基体上的多安装头，它-具有一个绕一个旋转轴线可旋转地设置的支架(200)，-具有多个沿着一个与旋转轴线(D)成角度的安装方向可运动的容纳工具(210)，这些容纳工具设置在支架(200)上，并且元器件(300)由可被该容纳工具容纳，其中，每个容纳工具(210)配设一个或者多个主动驱动装置(220，228)和/或传感器(217)。
2.按照权利要求1所述的多安装头，其中，每个容纳工具(210)具有一个自身的旋转驱动装置(228)，被容纳的元器件(300)由所述旋转驱动装置分别可绕一个与多安装头的旋转轴线(D)成角度设置的工具轴线(215)旋转。
3.按照权利要求1所述的多安装头，其中，每个容纳工具(210)具有一个真空发生器(220)。
4.按照权利要求3所述的多安装头，其中，真空发生器(220)为文杜里管，并且支架(200)具有一个与旋转轴线(D)同轴的空心轴(110)，容纳工具(210)就设置在该空心轴上，并且通过该空心轴(110)可对文杜里管提供压缩空气。
5.按照权利要求3或者4的任一项所述的多安装头，其中，文杜里管与一个用于压力调节的调节器连接。
6.按照权利要求1至5的任一项所述的多安装头，其中，设置了一个鼓风-真空装置，在一个可由位于容纳-安装位置(A)中的容纳工具(210)容纳或者安装元器件的容纳工具的一个容纳-安装位置(A)中，所述鼓风-真空装置和分别在容纳-安装位置(A)中的容纳工具(210)连接，并且可由该装置附加地给容纳工具(210)建立或者提供用于容纳元器件的真空，或者在安装元器件过程中给位于容纳-安装位置(A)中的容纳工具(210)附加地建立或者提供鼓风冲量。
7.按照权利要求1至6所述的多安装头，其中，容纳工具(210)分别具有一个构成为空心轴的、且与工具轴线同轴的工具轴(215)，并且其中每个容纳工具(210)具有一个旋转传感器(217)，由该旋转传感器可检测到工具轴(215)的角度位置。
8.按照权利要求7所述的多安装头，其中，工具轴(215)分别在它们的远端区域配设有真空吸管(260)。
9.按照权利要求1至8的任一项所述的多安装头，其中，在多安装头的支架(200)和一个壳体(100)之间设置一个旋转对称的能量和数据传输装置，从该装置可给主动驱动装置(220，228)和/或传感器(217)提供能量，并且从该装置能够传输传感器的数据，并且将数据传输给传感器，其中，一个第一传输部件固定地设在多安装头的壳体(100)上，一个第二传输部件固定地设置在可旋转的支架(200)上。
10.按照权利要求9所述的多安装头，其中，能量和数据传输装置具有至少一个汇流环。
11.按照权利要求9所述的多安装头，其中，能量和数据传输装置分别具有一对电磁传输器(410，420)和一对电容传输器(415，425)，该传输器分别旋转对称地绕多安装头的旋转轴线设置，并且可无接触地由这些传输器传输能量和数据。
12.按照权利要求11所述的多安装头，其中，电容传输器(415，425)分别作为板状天线形成在第一传输部件和第二传输部件上，并且其中电磁传输器在第一传输部件上具有一个环形构成的磁导体(410)，且该磁导体具有U形形状的朝支架方向开口的横截面；并且在第二传输部件上具有一个环形构成的磁导体(420)，且该磁导体具有基本为矩形的横截面，该磁导体如此地设置在第一传输部件的孔中，使得用于输送能源的磁场方向基本垂直于用于传输数据的电场的方向。
13.按照权利要求9至12的任一项所述的多安装头，其中，在壳体(100)和支架(200)上分别如此地设置至少一个研磨盘(150，250)，即该研磨盘(150，250)彼此紧靠地设置，这样，可从外部的真空发生器给支架的主动驱动装置(220)提供压缩空气和真空。
14.按照权利要求1至13的任一项所述的多安装头，其中，支架(200)具有至少一个用于控制和/或调节主动驱动装置(220，228)或者传感器(217)的控制装置(230)。
15.按照权利要求14所述的多安装头，其中，控制装置(230)具有至少一个数字信号处理器，该数字信号处理器可分别控制一个或者多个主动驱动装置(220，228)或传感器(217)。
16.按照前述权利要求的任一项所述的多安装头，其中，附加地设置一个线性马达(500)，只要线性马达(500)与容纳工具啮合，那么该线性马达就可使一个位于容纳-安装位置(A)中的容纳工具(210)按安装方向运动。
17.按照权利要求16所述的多安装头，其中，在每个容纳工具上设置一个随动元件(212)，该随动元件可与线性马达(500)的转子(520)的一个随动件(510)啮合。
18.按照权利要求16或17所述的多安装头，附加地具有一个和线性马达(500)共同起作用的返回装置，该返回装置借助弹簧力给线性马达的转子(520)施加预紧力以克服重力，其中，在安装头工作时借助空气压力补偿这个预紧力。
全文摘要
本发明涉及一种将元器件(300)安装到基体上的多安装头。该多安装头具有一个可绕一旋转轴线(D)可旋转地设置的支架(200)，具有多个以与旋转轴线(D)成角度的安装方向可运动地设置的容纳工具(210)，这些容纳工具设置在支架(200)上，并且可以容纳元器件(300)。因为每个容纳工具(210)都设置有一个或者多个主动驱动装置和/或传感器，所以保证了元器件(300)的快速定位，并且具有最高的准确性。
文档编号H05K13/04GK1742528SQ200480002778
公开日2006年3月1日 申请日期2004年1月19日 优先权日2003年1月24日
发明者G·约恩克, R·皮特歇利斯, R·施密德, U·施塔德勒, M·特里吉亚尼 申请人:西门子公司