用于为衬底装配元件的自动装配机的制作方法

专利名称：用于为衬底装配元件的自动装配机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于为衬底装配元件的自动装配机，其包括 一一个装配区，用于安放至少一个需要装配元件的衬底， 一 一个可沿一 Y方向移动的第一悬臂，所述第一悬臂带有一个可在所
述第一悬臂上沿一 X方向移动的第一装配头，所述第一装配头用于在所述装
配区内对衬底进行装配，
一 一个可沿所述Y方向移动的第二悬臂，所述第二悬臂带有一个可在
所述第二悬臂上沿所述X方向移动的第二装配头，所述第二装配头用于在所
述装配区内对衬底进行装配，
其中，在所述自动装配机的一种并行工作模式下，设置有一个第一装配
分区和一个与所述第一装配分区不重叠的第二装配分区，在所述并行工作模
式下，所述第一装配头只将元件放置在所述第一装配分区内，所述第二装配
头只将元件放置在所述第二装配分区内。
背景技术：
这类自动装配机属于现有技术。举例而言，美国专利申请公幵案US2004/0128827 Al揭示了一种具有两个平行输送轨道的自动装配机，这两个 输送轨道具有数个用于装配衬底的相应附属工作区。准备装配装置(确切而 言是为装配装置配备两个独立输送轨道)时，对需要在不同工作区内进行装 配的衬底进行虚拟概括，并在生产软件中像处理一件产品那样对这些衬底进 行处理。当一个装配装置出现故障，如由于一个装配头出现问题而须打开这个装 配装置时，必须使整个装配装置或整条装配线停止工作。而这会严重影响生 产进度。此外，在用两个装配头进行衬底装配的情况下，装配头有可能在待 装配衬底的某些特定区域内发生碰撞。因此，通常需要使其中一个装配头避 开或等待另一装配头，这就会影响衬底装配的进度。发明内容因此，本发明的目的是减轻生产进度因一个装配头失灵而受到的影响， 从而对整个元件装配过程进行改善。这个巨的通过一种用于为衬底装配元件的自动装配机而达成，该自动装配机包括——个装配区，用于安放至少一个需要装配元件的衬底，一 一个可沿一 Y方向移动的第一悬臂，该第一悬臂带有一个可在该第 -一悬臂上沿一 X方向移动的第一装配头，这个第一装配头用于在所述装配区 内对衬底进行装配，一 一个可沿所述Y方向移动的第二悬臂，该第二悬臂带有一个可在该 第二悬臂上沿所述X方向移动的第二装配头，这个第二装配头用于在所述装 配区内对衬底进行装配，其中，在自动装配机的一种并行工作模式下，设置有一个第一装配分区，和与该第一装配分区不重叠的一个第二装配分区，在这种并行工作模式下， 第一装配头只将元件放置在该第一装配分区内，而第二装配头也只将元件放 置在该第二装配分区内，其中，在所述并行工作模式下，第一装配头和第二装配头彼此独立地进 行工作，特定而言是彼此独立地依次为数个衬底进行装配，并且，第一装配头和第二装配头位于所述第一悬臂和所述第二悬臂彼此靠近 的边侧，特定而言由所述第一悬臂和所述第二悬臂彼此靠近的边侧导引。由于第一装配头和第二装配头在所述并行工作模式下彼此独立地进行 工作，因而可为自动装配机采用如下设计，即当其中一个装配头发生故障时， 另一装配头可以不受影响地继续工作。借此可减轻生产进度所受到的影响， 因为机器的至少一部分仍可继续工作。此外在装配头彼此独立地进行工作的 情况下，不会产生对于单个装配头而言可能出现的等待时间或避开运动。"装配头彼此独立地进行工作"指的是其中一个装配头可以在不注意另 一装配头的位置的情况下进行工作，以及/或者其中一个装配头在其工作过程 中无需考虑另一装配头的位置和运动，或者说根本无需知道另一装配头的存 在。也就是说，自动装配机在并行工作模式下设定为，无论装配头在并行工 作模式下进行何种运动和/或处于哪个停留位置，装配头之间都不存在碰撞危 险，或者说装配头不会发生碰撞。第一装配分区和第二装配分区不重叠这一事实可使两个装配头彼此独 立地进行工作这一情况得到改善。因为在此情况下，并不存在可能由两个装 配头同时放置元件的区域。通过将第一装配头和第二装配头布置在相应悬臂彼此靠近的边侧，可使 自动装配机的结构更紧凑，进而縮短装配头在为衬底装配元件时所需行走的 距离。其原因主要在于，由于悬臂具有一定宽度，如果将装配头以其他方式 安装在悬臂上，就须使装配分区之间或装配分区与元件供给单元之间保持更 大距离，才能确保两个装配分区内的独立装配。而这会导致装配头在为衬底进行装配时必须行走更长的距离。因此，通过这种设计可使衬底的元件装配 得到加速和改善。本发明主要基于以下认识通过为第一装配分区内的装配工作进行独立 的配置优化，可将自动装配机的第一装配分区视为一个分离且独立的第一装 配单元。这样就可对这个第一装配单元进行独立控制，因此，即便对由一个 第二输送轨道输送并在所述第二装配分区内进行装配的那些第二电路载体 实施换批时，也无需中断第一装配分区内的装配工作。通过这种由不同的非 重叠装配分区而定义的装配装置的分割，可以最佳的配置分别对两个不同的 衬底进行完全相互独立的有效装配。需要指出的是，无论配置优化软件还是配置支持软件和整个生产设备软 件，均可将这两个非重叠装配分区的空间分割考虑在内。还需进一步指出的是，这种配置优化不只包括一个单一的装配装置。在 --条装配线上包括有数个且有时互不相同的自动装配机，且这些自动装配机 沿一个或数个平行输送轨道成行布置的情况下，所述配置优化也可包括这些 数个自动装配机，或包括该整条装配线。此外，在批量较小的情况下，进行 配置优化时还可将改装时间、试装配和试运行一并考虑在内。优选在实施配 置优化时对时间-路径进行优化，其中也可对定位系统的动力加以考虑。也 就是说，特别在装配头(a) 从元件供给单元的不同给料轨道上拣取元件(b) 将元件输送至自动装配机的工作区或装配区以及 (C)将元件放置在相应衬底上时所需运动的距离较短的情况下，可在实施配置优化时将装配头的加速 过程和制动过程考虑在内。这种将一个装配装置虚拟分割成至少两个彼此独立的不同装配单元的 方案的优点在于，借助一个装配装置几乎就可实现多个装配装置的功能。其 中，上述具有至少两个非重叠装配分区的自动装配机的所需投入和安装时的占地面积远远小于相应数量的独立装配装置。所述第一装配头和第二装配头例如可设计为一个具有一单独的元件抓 持器的单一装配头，或者也可设计为具有多个元件抓持器的多重装配头。其 中，所述抓持器可设计为机械抓持器和/或吸管。多重装配头可设计为所谓的矩阵头。此外，该多重装配头还可包括一个 可旋转单元，所述多个抓持器即布置在这个可旋转单元上。该可旋转单元可 采用可绕一轴垂直、倾斜或平行于衬底表面进行旋转的安装方式。自动装配机的第一和第二装配头在功能上采用如下设计和布置方式每 个装配头均至少原则上可在整个装配区内放置元件。所述衬底可以是用于电子电路的印制电路板，或者也可以是用于承载元 件的机械载体。所述元件可以是带外壳或不带外壳的电子、光学、光电子或 机械元器件。所述第一悬臂和第二悬臂均可由至少一个导轨导引。这些悬臂既可由一 个支架导引，也可由两个支架导引，即一端或两端导引。第一悬臂可由至少 一个导轨导引，第二悬臂同样可由这至少一个导轨导引。两个悬臂由同一个 导轨或相同的几个导轨导引，这一点可简化自动装配机的设计，使其具有紧 凑结构。其中，各悬臂可设计为一端导引，另一端简单支承或悬空。此外， 两个悬臂均可进行两端导引。根据一种特别有利的设计方案，第一悬臂和第二悬臂均只是一端导引。 而且，该第一悬臂和该第二悬臂可由同一个导轨导引。特别是在两个悬臂的 一端由同一个导轨导引，而另一端采取悬空设计的情况下，自动装配机可实 现极其紧凑的结构。此外，借此还可使从悬臂悬空端到自动装配机的装配区 或到位于这些装配区内的模块和元件的可及性更好。对悬臂和悬臂上的装配头的驱动可通过一个旋转轴驱动装置或一个直 线电动机而实现。另外所述自动装配机可采用如下设计，即第一和/或第二装配头可更换成至少一个其他的装配头。通过这种方式可对故障装配头进行快速更换，以便 尽量减小生产进度因此而受到的影响。通过这种方式还可对具有不同特性 (例如精度、抓持器数量和/或抓持器布置方式方面的特性)的装配头加以使用。为尽量縮短由此产生的更换时间，可特别在自动装配机内设置一个存储 设备，所述存储设备用于存储待使用或刚投入使用的其他装配头的数据(例 如校准数据、识别数据、几何数据)。借此可縮短改装时间，因为至少不需 要对一个刚投入使用的装配头进行完整的校准和/或测量。此外，可更换装配头可各包括一个存储单元，这个存储单元内存储有或 可存储有关可更换装配头的数据。举例而言，这类有关可更换装配头的数据 可以是一个装配头的识别数据、 一个装配头的校准数据或装配头的至少部分 校准数据和/或装配头的至少部分几何数据，例如关于抓持器布置的数据(例 如有关抓持器相对于装配头紧固机构的相对布置的数据)。为能使第一装配头和/或第二装配头高效而紧凑，可将第一和/或第二装 配头设计为具有一倾斜于衬底表面的旋转轴的可旋转多重装配头。借助这种 倾斜位姿可相对减小元件抓持器的运动区域(进而减小惯性矩)，但仍可通 过一个摄像机或一个安装在装配头上的光学系统对所述元件及其触点进行 光学检测。可旋转多重装配头指的是一种具有至少一个可旋转单元、且该可旋转单 元上安装有多个元件抓持器的装配头。其中，旋转轴与衬底的表面法线之间可存在一个自2度至88度的角度。此外，旋转轴与衬底表面法线之间的角 度范围也可介于5度和85度之间或介于5度和30度之间。由于更紧凑的结 构使多重装配头的质量和惯性矩有所减小，借此可利用该多重装配头在为衬 底装配元件的过程中实现更高的速度，进而縮短装配时间。 根据另一设计方案，所述自动装配机包括一一个第一衬底输送装置，用于将衬底输送至第一装配分区，以及用于将这些衬底运离该第一装配分区，以及——个第二衬底输送装置，用于将衬底输送至第二装配分区，以及用 于将这些衬底运离该第二装配分区，其中，每个衬底输送装置均包括一个内侧输送导轨和一个外侧输送导 轨，那些待装配或已装配衬底在所述内侧输送导轨和外侧输送导轨之间被导 引。两个衬底输送装置均采用内侧导轨相邻的布置方式。也就是说，内侧输 送导轨之间不存在由第一衬底输送装置和/或第二衬底输送装置输送的衬底。 但内侧输送导轨之间可以存在自动装配机的其他模块，例如一个摄像机、一 个吸管更换器或一个第三衬底输送装置。根据另一设计方案，内侧输送导轨直接相邻，也就是说，第一和第二衬 底输送装置的内侧输送导轨之间不存在其他模块，例如摄像机、吸管更换器 或一个或数个其他输送导轨。其中，自动装配机和两个内侧输送导轨可采用使两个内侧输送导轨具有 可拆卸性和可更换性的设计和布置方式。通过这种方式可进一步提高自动装 配机的灵活性，因为必要时可直接在这两个衬底输送装置的外侧输送轨道之 间输送大尺寸的印制电路板，并用其中一个或两个装配头对这些印制电路板 进行装配。为此可将内侧输送导轨拆除，并于一个稍晚的时间点再度安装这 些内侧输送导轨或将其更换成采用其他设计的内侧输送导轨。第一衬底输送装置的内侧输送导轨和/或外侧输送导轨和第二衬底输送 装置的内侧输送导轨和/或外侧输送导轨设计为，能够以可拆卸的方式进行安 装和/或可进行移动。这种移动可垂直于一个相应的输送导轨方向进行。自动 装配机特定而言采用使两个内侧输送导轨和/或两个外侧输送导轨均可进行 这种移动的设计。在此情况下，衬底的输送可与各种衬底灵活匹配，从而使 自动装配机的灵活性和对不同衬底的装配得到改善。需要指出的是，本发明绝不局限于只具有两个衬底输送装置的自动装配机。只要所用的自动装配机配有相应数量的输送轨道，自然也可对三个或三 个以上的不同衬底进行独立装配和/或用所述自动装配机对这些衬底进行输送。根据所述自动装配机的另一设计方案，设置有——个与第一衬底输送装置的外侧输送导轨相邻的第一元件供给装 置，以及一一个与第二衬底输送装置的外侧输送导轨相邻的第二元件供给装置，其中，在所述并行工作模式下，第一装配头只从第一元件供给装置上拣 取元件，第二装配头只从第二元件供给装置上拣取元件。借此可进一步縮短 自动装配机的装配时间，进而使其的装配工作得到进一步改善，因为通过这 种方式可縮短相应装配头在元件拣取位置和元件放置位置之间所需行走的距离。举例而言，所述元件供给装置可以是一个布置在一共用支架上的具有一 个或数个元件传送带供给单元或"晶片给料器"的阵列。此外，该元件供给 装置也可设计为一个单独的立式"晶片给料器"或一个盘式给料器(即所谓 的"华夫盘式给料器")。借助元件传送带供给单元进行的所述元件供给可通过所谓的巻装而实 现，即将元件封装在输送带的凹槽内，以已知方式输送至装配装置的元件拣 取位置，供装配头拣取。元件供给装置与外侧输送导轨"相邻"指的是，各元件供给装置和相应 外侧输送导轨之间虽不存在其他衬底输送装置，但有可能存在自动装配机的 其他模块，例如一个摄像机、 一个吸管更换器或一个卸料槽。不过，各元件供给装置和相应外侧输送导轨也可直接相邻。在此情况下， 二者间则不存在其他模块。其中，各元件供给装置与相应外侧输送导轨之间 的距离可由常规机械公差或安全间距规定。此外，各元件供给装置也可与相应外侧输送导轨直接接触。借此可进一步縮短相应装配头进行衬底装配时所 需行走的距离，这一点可使自动装配机的衬底装配工作得到改善和加速。此外，第一衬底输送装置和第二衬底输送装置的外侧输送导轨设计为可 进行移动，并且第一元件供给装置可平行于所述第一衬底输送装置的外侧输 送导轨移动，第二元件供给装置可平行于所述第二衬底输送装置的外侧输送 导轨移动。借此可进一步縮短相应装配头为衬底装配元件所需行走的距离， 从而使自动装配机的装配工作得到改善和加速。在此情况下，可在调节其中 一个衬底输送装置的宽度时，以"跟踪"这一宽度调节的方式对相应的元件 供给装置进行相应调节。借此可避免元件供给装置和相应衬底输送装置之间 的不必要的距离移动。此外，所述自动装配机还可采用如下设计当外侧输送导轨移动时，相 应的元件供给装置也发生移动，使得其与该外侧输送导轨之间的距离在移动 前后基本保持一致。此外还可设置一个使外侧输送导轨和相应元件供给装置 同步移动的移动机构。根据另一有利设计方案，在所述并行工作模式下，第一衬底输送装置的 外侧输送导轨与所述第一元件供给装置直接相邻，第二衬底输送装置的外侧 输送导轨与所述第二元件供给装置直接相邻，其中，在自动装配机的至少一 种其他工作状态下，在两个衬底输送装置的外侧输送导轨和相应的元件供给 装置之间均布置有至少一个辅助模块。通过这种方式可提高自动装配机的灵活性。在此情况下，自动装配机可 在并行工作模式下达到尽可能高的装配速度或元件装配率，其实现方法是尽 可能縮短相应装配头所需行走的距离。此外，自动装配机还可在所述至少一 种其他工作状态下与另一装配标准或需要采用一个辅助模块(例如一个摄像 机、 一个吸管更换器或一个卸料槽)的另一所用装配头相匹配。通过这种方 式可使自动装配机更灵活地与待装配衬底及其装配材料相匹配，从而使自动 装配机的装配工作得到改善。如上所述，这类辅助模块可以是用于为一元件或元件触点摄制图像的一 个摄像机、 一个吸管更换器和/或一个卸料槽。"直接相邻"在此指的是，输 送导轨和元件供给装置之间既不存在上述辅助模块，也不存在自动装配机的 其他重要系统元件。另外，所述自动装配机还可在一种同步化并行工作模式下进行工作，在 这种工作模式下，装配头至少部分越过两个装配分区。举例而言，分配给第 二装配分区的第二装配头可在原本分配给第一装配头的第一装配分区内装 配电子元件。为能可靠地避免所述第二装配头和第一装配头在此过程中发生 碰撞，只有在第一装配头正从分配给第一装配分区的第一元件供给装置上拣 取元件的情况下，该第二装配头才在第一装配分区内进行装配。反之，这一 点也同样适用于第一装配头在第二装配分区内装配电子元件的情况。通过装配装置的这种同步化工作方式，即两个装配头交替地拣取和装配 元件，可确保装配装置的高效率。但这种高效率也会使自动装配机的灵活性 受到限制。但通过在该同步化并行工作模式和所述并行工作模式之间对装配 装置进行简单的重新配置，就可将这种限制减小至最低程度，在采取重新配 置的情况下，各装配分区内的装配工作如上所述完全相互独立进行。通过对 所用生产软件进行简单修改，即可实现这种重新配置。此外还可为所述自动装配机设置一种联合装配模式，即第一和第二装配 头将元件放置在装配区内的同一个衬底上。其中，由这两个装配头实施的元 件放置可同时或也可交替进行，交替意即总是只有其中一个装配头将元件放 置在衬底上。另外，也可在衬底装配过程中将两种处理方式结合起来，也就 是说，在某些时间内进行同时放置，而在其他时间内进行交替放置。此外，可在自动装配机具有两个上述衬底输送装置的情况下，将两个衬 底输送装置的内侧输送导轨设计为可拆卸式和/或可更换式，在所述联合装配 模式下，将内侧输送导轨拆除，并在两个衬底输送装置的两个外侧输送导轨 之间将那些待装配衬底输送至装配区或运离装配区。通过这种方式可进一步提高自动装配机的灵活性，因为通过采用所述联 合装配模式，并结合使用可拆卸的内侧输送导轨，也对其他装配标准(例如 装配精度或装配灵活度)进行了考虑。也就是说，自动装配机在这种联合装 配模式下可对较大尺寸的印制电路板进行装配，和/或实施相比装配速度而言 更注重装配精度的装配工作。后者也适用于上述至少一种其他装配模式。本文所用的"可拆卸"、"可更换"等概念指的是，所述部件(例如装配 头、摄像机、吸管更换器、输送导轨或其他部件)可以较少耗费的方式进行 拆卸和再安装。"可拆卸"或"可更换"在此主要是指，在自动装配机被整 合在生产线上的情况下，这种拆卸或更换行为只需对生产过程中断相对较短 的时间，特别是无需对自动装配机进行大规模拆卸。其他有利设计方案可从各从属权利要求中获得。


下面借助附图对本发明进行示范性说明，其中图1为采用本发明实施例的装配装置的俯视图；以及图2为图1所示的装配装置的截面图。
具体实施方式
在此需要指出的是，在附图中，相同或相当元部件的参考符号的区别仅 在于第一个数字和/或末尾字母。图1显示的是一个采用本发明一实施例的装配装置ioo的俯视图。该装 配装置100具有一个框架102，所述框架上成形或安装有一个固定式导引元 件104。该导引元件104上以可移动的方式安装有总共四个定位臂llla、lllb、 112a和112b。每个定位臂llla、 lllb、 112a、 112b上同样以可移动的方式 各安装有一个装配头H6a、 116b、 117a、 117b。定位臂llla、 lllb、 112a和112b可在附图未作图示的驱动装置的驱动下沿一 y方向在导引元件104 上运动。装配头116a、 116b、 117a、 117b则可在同样未作图示的其他驱动装 置的驱动下在定位臂llla、 lllb、 112a和112b上移动。在此情况下，每个 装配头116a、 116b、 117a、 117b均可在元件供给装置121a、 121b、 122a、 122b和相应的工作区136a、 136b、 137a、 137b之间运动。
元件供给装置121a、 121b、 122a和122b各具有多个给料轨道123，借 助这些给料轨道相应可为装配过程提供一种类型的元件150。其中，这些元 件150被依次输送到元件拣取位置上，相应的装配头116a、 116b、 117a、 117b 可从这些元件拣取位置上拣取所述元件，并将其放置在电子电路载体141、 142上。
装配装置IOO还具有一个电路载体输送系统，其包括两个输送轨道，即 一个第一输送轨道131和一个第二输送轨道132。在此处所示的实施例中， 第一电路载体141由所述第一输送轨道131输送至第一工作区136a和136b。 在装配过程中，相关的第一输送轨道131停止运动，这样就可将元件150放 置在一个静止的第一电路载体141上。相应地，第二电路载体142由所述第 二输送轨道132输送至第二工作区137a和137b。该第二输送轨道132也会 在装配过程中停止运动。
在本发明此处所示的实施例中，第一电路载体141的装配完全独立于第 二电路载体142的装配。这意味着，两个输送轨道131和132也是单独受到 控诺)J。这一点也同样适用于装配头116a和117a、 116b禾n 117b所进行的二维 运动。整个装配流程由一个控制单元或一个处理器190控制。其中，为每个 定位臂llla、 lllb、 112a和112b分配一个限定的移动范围，这样就可避免 装配头116a和117a之间以及装配头116b和117b之间发生碰撞。
此处需要指出的是，对单个定位臂llla、 lllb、 112a和112b的运动限 制也可通过常规的机械限制措施(例如借助止动元件)而实现。但通过对控 制自动装配机100的软件进行相应参数化来实现运动限制这一方案的优点在于，可以简单的方式使自动装配机ioo在此处所示的完全非同步的工作模式
和一种同步工作模式之间进行转换。
当装配装置100处于一种同步工作模式时，装配头116a和117a、 116b 和117b进行交替运动。也就是说，当第一装配头116a从第二元件供给装置 122a上拣取至少一个元件150时，第二装配头117a可在第一工作区136a和 /或第二工作区137a内对第一电路载体141和/或第二电路载体142进行装配。 相应地，当第二装配头117a从第一元件供给装置121a上拣取至少一个元件 150时，第一装配头116a可在第一工作区136a和/或第二工作区137a内对 第一电路载体141和/或第二电路载体142进行装配。
这种将第一电路载体141和第二电路载体142的装配工作完全分离的方
案的优点在于，借助一个装配装置ioo几乎即可实现多个装配装置的功能。
可以在其中一个输送轨道131或132上处理某项装配任务的同时，在另一输 送轨道132或131上试制样品或在分配给另一输送轨道132或131的元件供 给装置122a和122b上为新的批次做配置工作。通过这种方式，无论换批次 数和样品装配情况如何，借助装配装置100均可实现电子模块的连续生产。
这种将装配装置100虚拟分割成多个独立工作的不同装配单元的方案的 另一优点是，可以縮短发生故障时的有效停车时间，进而提高装配装置ioo 或整条装配线的总通过量。在所需制造的电路载体种类繁多、件数又较少的 情况下，装配装置100的这种虚拟分割就显得特别有利。
在本发明的这个实施例中，配置装配装置100的方法如下分别为两个 电路载体141和142确定将元件150的类型分配给不同给料轨道123的最佳 分配方案。根据待装配电路载体141、 142的设计方案在处理器190中确定 所需时间最短的路径，这些路径分别是相应装配头U6a、 116b、 l口a和117b
(a) 从不同给料轨道上拣取元件150的运动路径，
(b) 将元件150输送至相关工作区136a、 136b、 137a、 137b的运动路径，
以及(c)将元件150放置在相应电路载体141、 142上的运动路径。
其中，也可将装配头116a、 116b、 117a、 117b的加速过程和制动过程考
虑在内。
此处需要指出的是，这种配置优化不一定只局限于一个单一的装配装置 100。其也可包括具有数个不同装配装置100的整条装配线。
配置优化的结果由一个连接在处理器190下游的监测器191加以显示， 操作人员可从这个监测器上读取各给料轨道123的元件类型的分配情况。
配置过程结束后，操作人员可通过配置检验对各给料轨道的实际元件类 型分配进行检验。这种配置检验可以已知方式借助条码和条码阅读器或通过 现代RFID技术而实现。
举例而言，关于图1的说明中所涉及的元件供给装置121a/b、 122a/b就 是一种如上所述的元件供给装置。上述悬臂可对应于关于图1的说明中所涉 及的可移动定位臂111a/b、 112a/b。图1中的第一工作区136a/b是上述第一 装配分区的一个示例，图1中的第二工作区137 a/b是上述第二装配分区的 一个示例。此外，图1中的第一和第二输送轨道131、 132是上述第一和第
二衬底输送装置的一个示例。
图2显示的是图1所示的装配装置100的上半部分的截面图，装配装置 100在图2中的参考符号为200。从附图中可以看到上面安装有两个输送轨 道231和232的框架。输送轨道231和232的宽度可变，这样就可将不同尺 寸(确切而言是不同宽度)的电路载体241、 242输送至相应的工作区236a、 237a，并在此处对其进行装配。输送轨道231和232各具有一个固定式输送 导轨233和一个可沿y轴移动的输送导轨234。输送导轨234的可移动性用 双向箭头235表示。
如图2所示，第一工作区236a分配有一个第一装配头216a，所述第一 装配头具有至少一个设计为吸附式抓持器的元件抓持装置218。装配头216a 通过一个定位系统进行移动，图2只对这个定位系统的可移动定位臂211a进行了图示。借助装配头216a可将电子元件250从一个元件供给装置221a 输送至工作区236a，并将其放置在电路载体241上。
第二工作区237a同样分配有一个第二装配头217a，所述第二装配头同 样具有至少一个用于暂时抓持元件250的吸管218。第二装配头217a通过一 个定位系统进行移动，图2只对这个定位系统的可移动定位臂212a进行了 图示。借助装配头217a可将电子元件250从一个元件供给装置222a输送至 工作区237a，并将其放置在电路载体242上。
如上所述，在本发明的这个实施例中，两个工作区236a和237a中的装 配工作完全独立进行。为避免两个装配头216a和217a在这种非同步工作模 式下发生碰撞，这两个装配头216a和217a的运动范围受到相应限制。这种 限制可借助机械止动件或优选通过对装配装置200的控制软件进行适当参数 化而实现。
装配装置200由一个控制单元控制，确切而言是由处理器290控制。在 此处所示的实施例中，处理器290也用于为装配装置200计算适用于所述完 全非同步工作模式的最佳配置方案。当然也可借助其他计算单元来进行这种 配置优化。这一点特别适用于不单只为自动装配机200计算最佳配置方案、 而且也为整条非同步工作的装配线计算最佳配置方案的情况。
两个工作区236a和237a被一个设计为间壁的隔离元件270隔开。为能 将装配装置200迅速改装成同步工作的自动装配机，该间壁270采用可拆卸 的安装方式，可在需要时以简单方式加以拆除。上文己对装配装置200的这 种借此可实现的同步装配模式进行过说明。
间壁270所采用的设计可防止装配装置200开启(即附图未显示的护盖 被拆除或处于开启状态)时，操作人员因疏忽而将肢体伸入装配装置200正 在工作的装配单元中。当操作人员为排除装配单元内的故障而打开装配装置 200时，借此可避免伤害事故的发生。
在本发明的这个实施例中，设置有两个用于进一步提高装配装置运行安全性的安全系统，即一个分配给第一工作区236a的第一安全系统271和一 个分配给第二工作区237a的第二安全系统272。这两个安全系统271和272 可具有不同的传感器，特定而言可具有光学传感器(如光栅)或诸如此类的 传感器。
也可将这两个安全系统271和272设计成共用安全系统。这一点特别适 用于下述情况通过拆除间壁270对上述装配装置200进行改装，使可其处 于使两个装配头216a和217a的运动范围重叠的一种同步装配模式。
可移动定位臂211a和212a、元件供给装置221a和222a以及第一和第 二输送轨道231和232适用上述有关图1的说明中的相应内容。
根据图2所示的自动装配机的另一设计方案，也可将内侧输送导轨234 固定，例如固定在图2中用虚线表示的位置上，将外侧输送导轨233设计成 可沿箭头方向235移动。此外，在这个实施例中，相应的元件供给装置221a、 222a也设计成可沿箭头方向235进行运动。在这个实施例中，框架202仅具 有一水平板，不具有如图2所示的垂直侧壁。在此情况下，第一输送轨道和 第二输送轨道231、 232的外侧输送导轨233可与被输送的印制电路板241、 242的宽度相匹配，其中，可对相应元件供给装置221a、 222a进行校正，以 便尽量縮短外侧输送导轨233和相应元件供给装置221a、 222a之间的距离。
通过这种方式可实现极紧凑的装配装置，使用这种装配装置时，特别是 在拆除间壁270的情况下，还可实现迅速将电路载体241、 242分开进行的
装配过程整合成由一个装配头进行的跨装配轨道的装配，举例而言，这一点 适用于个别不常使用的元件。
还需指出的是，此处所说明的实施方式仅是对本发明的可行实施方案的 一种有限选择。因此，可以适当方式对个别实施方式的特征进行组合，由此
产生的大量不同实施方式可以视为已向专业人士公开揭示。
上述说明提供了一种优化装配装置200的配置的方法，其中，装配装置
200具有至少两个输送轨道231、 232，借助这两个输送轨道可将电路载体241、 242输送至装配装置200的规定工作区236a、 237a。这种方法指的是 输入一个用于第一电路载体241的第一设计方案，所述第一电路载体被分配 给第一输送轨道231;输入一个用于第二电路载体242的第二设计方案，所 述第二电路载体被分配给第二输送轨道232;在该第一设计方案基础上计算 出多个适用于装配装置200的不同配置的第一装配时间，所述第一装配时间 是装配第一电路载体241所需的时间；选出装配第一电路载体241所需装配 时间最短的那个第一配置。其中，这种选择不受所述第二设计方案的影响。 在第一电路载体241的装配和第二电路载体242的装配彼此完全不相关的情 况下，可将装配装置200理解成两个虚拟分离的装配单元，借此可縮短装配 装置200的有效停车时间。
通过本发明可对自动装配机进行速度优化，在自动装配机中实现各种设 计，特别是尽可能缩短装配头的移动距离(例如通过在相应悬臂的相对两侧 安装装配头)，以及/或者一个装配头独立于另一装配头单独在一个分区内进 行装配。自动装配机仍保持其灵活性，因而需要时也可对其他装配标准(例 如装配精度或衬底尺寸的灵活度)加以考虑，而无需釆取极其耗时的大规模 的改装措施，且自动装配机也不会出现长时间的停车。
如果使用两个可旋转多重装配头，这两个装配头在一装配区的两个分区 内彼此独立地实施装配工作，且可动地位于悬臂彼此靠近的相对两侧或由这 两侧导引，其中，用于提供装配用元件的给料装置直接与输送装置，确切地 说与用于输送那些待装配印制电路板的输送装置邻接，就可达到高得出人意 料的装配速度或装配率。通过使用具有倾斜旋转轴的可旋转多重装配头，可 进一步提高效率，因为这种装配头的质量相对而言有所减小。如果结合上述 特征再使用多个由共用支架导引、 一端采取悬空设计的悬臂，可使自动装配 机具有极高的装配效率，同时又易于操作和触及。参考符号表
100 装配装置/自动装配机
102 框架
104 固定式导引元件
llla/b 可移动定位臂
112a/b 可移动定位臂
116a/b 装配头
117a/b 装配头
121a/b 元件供给装置/给料器
122a/b 元件供给装置/给料器
123 给料轨道
131 第一输送轨道
132 第二输送轨道 136a/b 第一工作区 137a/b 第一工作区
141 第 一 电路载体/第 一 印制电路板
142 第二电路载体/第二印制电路板 150 电子元件
190 处理器/控制单元
191 监测器
200 装配装置/自动装配机
202 框架
211a 可移动定位臂
212a 可移动定位臂
216a 第一装配头217a第二装配头
218抓持装置/吸附式抓持器/吸管
221a元件供给装置/给料器
222a元件供给装置/给料器
231第一输送轨道
232第二输送轨道
233固定式输送导轨
234可移动输送导轨
235移动方向
236a第一工作区
237a第二工作区
241第一 电路载体/第一 印制电路板
242第二电路载体/第二印制电路板
250电子元件
270隔离元件(可拆卸)
271第一安全系统
272第二安全系统
290处理器/控制单元
权利要求
1.一种用于为衬底(141，142，241，242)装配元件(150，250)的自动装配机(100，200)，该自动装配机包括一个装配区，用于安放至少一个需要装配元件(150，250)的衬底(141，142，241，242)，一个可沿一Y方向移动的第一悬臂(111a/b，211a)，所述第一悬臂带有一个可在所述第一悬臂上沿一X方向移动的第一装配头(116a/b，216a)，所述第一装配头用于在所述装配区内对所述衬底(141，142，241，242)进行装配，一个可沿所述Y方向移动的第二悬臂(112a/b，212a)，所述第二悬臂带有一个可在所述第二悬臂上沿所述X方向移动的第二装配头(117a/b，217a)，所述第二装配头用于在所述装配区内对所述衬底(141，142，241，242)进行装配，其中，在所述自动装配机(100，200)的一种并行工作模式下，设置有一个第一装配分区(136a/b，236a)和一个与所述第一装配分区不重叠的第二装配分区(137a/b，237a)，在所述并行工作模式下，所述第一装配头(116a/b，216a)只将所述元件(150，250)放在所述第一装配分区(136a/b，236a)内，所述第二装配头(117a/b，217a)只将所述元件(150，250)放在所述第二装配分区内(137a/b，237a)，其特征在于，在所述并行工作模式下，所述第一装配头(116a/b，216a)和所述第二装配头(117a/b，217a)彼此独立地进行工作，特定而言是彼此独立地依次为复数个衬底(141，142，241，242)进行装配，所述第一装配头(116a/b，216a)和所述第二装配头(117a/b，217a)位于所述第一悬臂(111a/b，211a)和所述第二悬臂(112a/b，212a)彼此靠近的边侧，特定而言由所述第一悬臂和所述第二悬臂彼此靠近的边侧导引。
2. 根据权利要求1所述的自动装配机，其特征在于，所述第一悬臂(111a/b， 211a)由至少一个导轨导引，所述第二悬臂 (112a/b， 212a)同样由所述至少一个导轨导引。
3. 根据权利要求1或2所述的自动装配机，其特征在于， 所述第一悬臂(111a/b， 211a)和所述第二悬臂(112a/b， 212a)均只是--端导弓l，特定而言第一悬臂(llla/b， 211a)和所述第二悬臂(112a/b， 212a)由同一个导轨导引。
4. 根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的自动装配机，其特征在于，所述自动装配机(100, 200)采用如下设计，即所述第一装配头(116a/b， 216a)和/或所述第二装配头(117a/b， 217a)可更换成至少一个其他装配头。
5. 根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的自动装配机，其特征在于，所述第一装配头(116a/b， 216a)和/或所述第二装配头(117a/b， 217a)设计为可旋转多重装配头，所述可旋转多重装配头具有一条倾斜于所述衬底 表面的旋转轴。
6. 根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的自动装配机，其特征在 于还包括一个第一衬底输送装置(131， 231)，用于将所述衬底(141， 241)输 送至所述第一装配分区(136a/b， 236a)以及用于将所述衬底运离所述第一 装配分区，以及一个第二衬底输送装置(132， 232)，用于将所述衬底(142， 242)输 送至所述第二装配分区(137a/b， 237a)以及用于将所述衬底运离所述第二 装配分区，其中，每个衬底输送装置(131， 231， 132， 232)均包括一个内侧输送 导轨(234)和一个外侧输送导轨(233)，所述衬底(141， 142， 241， 242)在所述内侧输送导轨和所述外侧输送导轨之间受导引。
7. 根据权利要求6所述的自动装配机，其特征在于，所述自动装配机(100， 200)和所述两个内侧输送导轨(234)采用使 所述两个内侧输送导轨(234)具有可拆卸性和可更换性的设计和布置方式。
8. 根据权利要求6或7所述的自动装配机，其特征在于， 所述第一衬底输送装置(131， 231)的所述内侧输送导轨(234)和/或所述外侧输送导轨(233)和所述第二衬底输送装置(132， 232)的所述内 侧输送导轨(234)和/或所述外侧输送导轨(233)设计为以可拆卸的方式安 装和/或可进行移动，特定而言可垂直于相应的输送导轨方向进行移动。
9. 根据权利要求6至8中任一项权利要求所述的自动装配机，其特征在于，设置有一个与所述第一衬底输送装置(131， 231)的所述外侧输送导轨(233) 相邻的第一元件供给装置(121a^， 221a)，以及一个与所述第二衬底输送装置(132， 232)的所述外侧输送导轨(233) 相邻的第二元件供给装置(122a/b， 222a)，其中，在所述并行工作模式下，所述第一装配头(116a/b， 216a)只从 所述第一元件供给装置(121油，221a)上拣取所述元件，所述第二装配头 (117a/b， 217a)只从所述第二元件供给装置(122a/b， 222a)上拣取所述元 件。
10. 根据权利要求8或9所述的自动装配机，其特征在于， 所述第一衬底输送装置(131， 231)和所述第二衬底输送装置(132，232)的所述外侧输送导轨(233)设计为可移动式，所述第一元件供给装置 (121a/b， 221a)设计为可平行于所述第一衬底输送装置(131， 231)的所述 外侧输送导轨(233)移动，所述第二元件供给装置(122a/b， 222a)设计为 可平行于所述第二衬底输送装置(32， 232)的所述外侧输送导轨(233) 移动。
11. 根据权利要求9或IO所述的自动装配机，其特征在于，在所述并行工作模式下，所述第一衬底输送装置(131， 231)的所述外 侧输送导轨(233)与所述第一元件供给装置(121a/b， 221a)直接相邻，所 述第二衬底输送装置(132， 232)的所述外侧输送导轨(233)与所述第二 元件供给装置(122a/b， 222a)直接相邻，在所述自动装配机的至少一种其 他工作状态下，在所述两个衬底输送装置(131， 231， 132， 232)的所述外 侧输送导轨(233)和相应的元件供给装置(121a/b， 221a， 122a/b， 222a) 之间分别布置有至少一个辅助模块。
12. 根据上述权利要求中任一项权利要求所述的自动装配机，其特征在于，所述自动装配机(100， 200)还具有一种联合装配模式，在所述联合装 配模式下，所述第一装配头(116a/b， 216a)和所述第二装配头(117a/b， 217a)将所述元件(150， 250)放置在所述装配区内的同一个衬底(141， 142， 241， 242)上。
13. 根据权利要求12和权利要求6至11中任一项权利要求所述的自动装 配机，其特征在于，所述两个衬底输送装置(131，231， 132，232)的所述内侧输送导轨(234)设计为可拆卸式和/或可更换式，在所述联合装配模式下，所述内侧输送导轨 (234)被拆除，在所述两个衬底输送装置(131， 231， 132， 232)的所述两 个外侧输送导轨(233)之间将待装配衬底输送至所述装配区或运离所述装配区。
全文摘要
本发明涉及一种用于为衬底(141，142，241，242)装配元件(150，250)的自动装配机(100，200)，其包括一个装配区，用于安放至少一个需要装配元件(150，250)的衬底(141，142，241，242)；一个可沿一Y方向移动的第一悬臂(111a/b，211a)，所述第一悬臂带有一个可在所述第一悬臂上沿一X方向移动的第一装配头(116a/b，216a)，所述第一装配头用于在所述装配区内对所述衬底(141，142，241，242)进行装配；一个可沿所述Y方向移动的第二悬臂(112a/b，212a)，所述第二悬臂带有一个可在所述第二悬臂上沿所述X方向移动的第二装配头(117a/b，217a)，所述第二装配头用于在所述装配区内对所述衬底(141，142，241，242)进行装配；其中，在所述自动装配机(100，200)的一种并行工作模式下，设置有一个第一装配分区(136a/b，236a)和一个与所述第一装配分区不重叠的第二装配分区(137a/b，237a)，在所述并行工作模式下，所述第一装配头(116a/b，216a)只将所述元件(150，250)放置在所述第一装配分区(136a/b，236a)内，所述第二装配头(117a/b，217a)只将所述元件(150，250)放置在所述第二装配分区内(137a/b，237a)，在所述并行工作模式下，所述第一装配头(116a/b，216a)和所述第二装配头(117a/b，217a)彼此独立地进行工作，特定而言是彼此独立地依次为多个衬底(141，142，241，242)进行装配，所述第一装配头(116a/b，216a)和所述第二装配头(117a/b，217a)位于所述第一悬臂(111a/b，211a)和所述第二悬臂(112a/b，212a)彼此靠近的一侧，特定而言由所述第一悬臂和所述第二悬臂彼此靠近的一侧导引。
文档编号H05K13/04GK101578931SQ200780046130
公开日2009年11月11日 申请日期2007年11月12日 优先权日2006年12月12日
发明者维尔纳·利格尔 申请人:西门子电子集成系统有限责任两合公司