专利名称：部件安装机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及部件安装机器、安装头和安装部件的方法，其中采用了拾取和放置的技术。
背景技术：
用于在比如印刷电路板(PCB)或者用于系统级封装(SiP)部件的基板等基板上拾取和放置式(pick-and-place)地安装部件的机器，受到不同的经常是相互矛盾的要求的制约，比如安装速度、安装精度、尺寸、价格等。表述“拾取和放置”被本领域技术人员理解为描述这样的安装操作，其中安装头移动至部件供给区域，在这里安装头从一个或多个部件供给器拾取一个或多个部件，然后移动至安装区域，在这里安装头将所述一个或多个部 件放置到基板上。常规现有技术部件安装机器的一个主要示例在附图的图I中示出。它包括机器框体I ;部件供给装置3，包括多个部件供给器，并且配置在机器框体I的部件供给区域处；具有附接至机器框体I的第一梁或者X梁7和第二正交梁或者Y梁9的托台系统5;可移动地附接至X梁7的安装头11 ;和附接至机器框体I的板材传送系统13。部件供给装置3向安装头11提供电子部件。板材传送系统13在输送器线路与部件安装机器的工作区域之间传送基板。安装头11沿X梁7是可移动的，而X梁沿Y梁9是可移动的。由此，托台系统5使得能够在部件供给装置3与基板之间移动安装头11。此外，安装头11沿垂直方向是可移动的，并且还能够围绕垂直轴线旋转。它还包含抽吸装置。这使得能够通过激活抽吸装置从部件供给装置3拾取电子部件，传送它们至基板，并在精确位置处将它们释放到基板上。在从拾取向基板的传送期间，经过视觉对中装置15，以取得所拾取部件的精确位置。通常期望部件供给装置3具有大容量，即它应该能够在装置中装载许多不同的部件卷轴。这需要用于部件供给装置的相当大的空间。此外，希望托台系统和安装头两者均是快速和非常精确的。因此，期望使托台系统尽可能小，因为大系统将具有更大的质量，这需要更强的电机，这进而在系统中导致更多发热。发热使得难以取得非常精确的系统，因为来自热膨胀的影响有必要以某种方式得到处理。另一方面，在传统的拾取和放置机器中，托台系统有必要足够大，以便能够到达部件供给装置的所有部分。另一方面是安装头可能必须不时地更换拾取工具，以便能够拾取所有种类的部件，这些部件在尺寸、形状和重量上可能显著不同。
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现更灵活和高效的拾取和放置操作的解决方案。该目的通过所附权利要求中限定的部件安装头、部件安装机器和方法得以实现。因此，根据本发明的一个方面，提供了一种部件安装头，其配置成在拾取位置拾取部件并在安装位置放置部件。所述部件安装头包括多个管嘴，这些管嘴能够垂直地上下移动以能够进行所述拾取和放置。所述部件安装头配置成控制多种拾取操作，所述拾取操作至少包括以每个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴共同地(in common)拾取单个部件。由于具有使用多于一个的管嘴来拾取单个部件的可能性，管嘴的尺寸能够适配于小型部件，而不必在拾取大型部件前进行更换。因此，所述部件安装头实现了在不必更换例如管嘴工具末端或者管嘴等拾取工具的情况下处理尺寸显著不同的部件的能力，从而使部件安装机器的拾取和放置操作更灵活和高效。
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例，附图中图I示出了一种现有技术的部件安装机器；图2示意性地示出了本发明一个实施例的部件安装操作的一些部分；图3是本发明的安装头的一个实施例的示意性透视图；
图4是图3中的安装头的一部分的示意性截面图；图5-7示意性地示出了本发明的安装头的不同实施例和不同部件拾取状态；图8a_8d示出了由本发明的一个实施例的安装头进行的操作顺序；图9是本发明的部件安装机器的一个实施例的示意性透视图；图10-12是部件安装机器的一个实施例的示意性俯视图；图13是本发明的安装头的一个实施例的示意性透视图；而图14和15示意性地示出了其它部件拾取状态。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种能实现更灵活和高效的拾取和放置操作的解决方案。该目的通过所附权利要求中限定的部件安装头、部件安装机器和方法得以实现。本发明的灵活和通用的部件安装头配置成控制多种拾取操作，所述拾取操作至少包括以每个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴拾取单个部件。由于具有使用多于一个的管嘴来拾取单个部件的可能性，管嘴的尺寸能够适配于小型部件，而不必在拾取大型部件前进行更换。因此，所述部件安装头实现了在不必更换例如管嘴工具末端或者管嘴等拾取工具的情况下处理尺寸不同的部件的能力，从而使部件安装机器的拾取和放置操作更灵活和高效，以便通过增加机器的整体产出率实现通用操作。根据部件安装头的一个实施例，配置有管嘴末端冲击检测器来检测管嘴末端对表面的冲击，其中管嘴末端是管嘴的底端。根据部件安装头的一个实施例，它包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移动的管嘴引导器，其中所述管嘴末端冲击检测器附接至所述管嘴引导器并检测相对于所述管嘴引导器的管嘴移动。根据部件安装头的一个实施例，它进一步包括配置成检测每个管嘴末端的垂直位置的管嘴末端位置检测器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。根据部件安装头的一个实施例，它进一步包括管嘴组同步器，用于同步至少一个管嘴组的管嘴，所述管嘴组由至少两个管嘴构成，用于拾取单个部件。可能发生管嘴在例如管嘴的垂直移动或者与部件表面的距离的方面不完全同步的情况，或者发生表面不完全是平面的情况。于是，管嘴组同步器是有利的。
根据部件安装头的一个实施例，进行同步的一个方法是借助于每个相应管嘴的独立的垂直移动的伺服电机，和控制所述伺服电机的伺服控制器。根据部件安装头的一个实施例，它包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移动的管嘴引导器，其中所述管嘴被保持在非激活位置和激活位置之一，其中管嘴在处于激活位置时被弹簧向下偏置成抵靠所述管嘴引导器的底座。因此，弹簧偏置力推压管嘴跟随管嘴引导器向下移动，并且在冲击部件表面时，如果它继续向下移动，则弹簧偏置力允许管嘴从管嘴引导器回缩，从而消除损坏管嘴的风险。根据部件安装头的一个实施例，它包括部件夹持工具，所述部件夹持工具附接至多个管嘴末端，并且是对于垂直移动及对于夹持操作是可控的，所述夹持操作借助于控制管嘴末端附接至所述部件夹持工具的管嘴实现。该夹持工具有利于拾取具有不适于以抽吸管嘴拾取的奇特形状的部件。根据本发明的另一方面，提供了一种控制安装头的管嘴的方法，所述安装头配置 成在拾取位置处拾取部件并在安装位置处放置所述部件，所述方法包括-上下垂直地移动所述管嘴以进行所述拾取和放置，从而进行多个拾取操作中的一个或多个，所述拾取操作包括以一个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴共同地拾取单个部件。根据所述方法的一个实施例，它包括在完成了部件拾取后旋转所述安装头，并在向安装位置移动的期间经过视觉对中装置。这在数个部件被并排拾取时特别有利。通过旋转所述安装头，部件能够串联地而不是平行地经过视觉对中装置。根据本发明的再一方面，提供了一种部件安装机器，其包括部件供给区域；板材传送系统，配置成将基板保持在所述部件安装机器的工作区域内的大致固定位置处；如以上限定出的部件安装头；和托台系统，支撑所述安装头，并且配置成移动所述安装头以进行部件的拾取和放置。以下将借助于示例性实施例描述本发明的其它目的和优点。参考图3，部件安装头300的实施例包括安装头体301、可旋转地附接至安装头体301的真空控制器303、可旋转管嘴保持器305，以及被管嘴保持器305保持的多个管嘴313，所述可旋转管嘴保持器305包括附接至真空控制器303的管嘴选择单元307和被可垂直移动框体元件311可旋转地支撑的管嘴引导器309。管嘴引导器309是借助于框体元件311可垂直地移动的，而管嘴选择单元307是垂直地固定的。从图4可知，管嘴延伸穿过管嘴引导器309中的孔。各管嘴313的上端插入管嘴选择单元307中。各管嘴313设置有弹簧315，弹簧315在管嘴选择单元307的底面317与弹簧座319之间延伸，弹簧座319由环绕管嘴并位于管嘴选择单元307的底面与管嘴引导器309的顶面之间的凸缘321提供。管嘴313由于弹簧315而被弹簧偏置向管嘴引导器309，并且可以看作被偏置克服管嘴引导器309的底座的弹簧。在非激活状态，管嘴313被管嘴选择单元307保持。在激活状态，管嘴313从管嘴选择单元307得到释放。因此，当向下移动管嘴引导器309时，处于非激活状态的那些管嘴，比如图4中最左侧的管嘴，被管嘴选择单元307保持，而处于激活状态的那些管嘴313跟随管嘴引导器309向下移动。该管嘴移动实际上是由重力独自引起的，但是为了确保管嘴不被卡住，弹簧偏置沿同一方向推压管嘴313。此外，部件安装头300包括冲击检测器323，冲击检测器323配置成检测管嘴末端对一表面(通常是部件327的顶面)的冲击。在本实施例中，冲击检测器是管嘴移动检测器323，其例如安装在所述凸缘321处，或者管嘴引导器309处。各管嘴313具有包含其底端的管嘴末端或者工具末端325。工具末端325是可更换的，并且它通常是在被磨损后更换。当开始拾取部件时，可垂直移动框体元件311处于其上侧位置，这里，使用管嘴选择单元307选择管嘴313。在垂直移动以拾取部件前，管嘴保持器305旋转至期望角度。然后使用管嘴选择单元307沿垂直方向释放待使用的管嘴。通过独立的管嘴弹簧315迫使得到释放的管嘴313下降到管嘴引导器309上，所选出的管嘴将跟随可移动框体元件或者Z框体311的垂直移动。当Z框体向下移动时，移动 检测器323将检测随着管嘴313与管嘴引导器309之间的相对移动，任一管嘴313是否停止。Z框体311的向下移动将在一个或多个管嘴313与部件327取得机械接触时停止，取决于是否已确定一个或多个管嘴313将用于提升一个部件(或多个部件)327。当管嘴停止时，包括在真空控制器303中的相关真空阀启动，并且一个或多个部件被抽吸到一个或多个管嘴上。拾取多个部件可以同时进行，或者以独立的顺序进行。拾取一个部件327可以使用一个或多个管嘴进行，并且可以以管嘴组同步器来同步。当拾取完成时，安装头300在所有部件被垂直提升的状态下，水平地移动至基板(例如印刷电路板)329上方的放置区域。在该移动期间，对中装置，比如如图2所示的视觉对中装置203，将检测所拾取部件的位置，以取得每个部件的正确安装位置。安装以相似于拾取的方式进行。在上侧位置，在向下垂直移动到印刷电路板329上之前，选出并旋转待使用的管嘴。当部件327与印刷电路板329取得接触时，真空控制器303的真空阀停动，将部件327释放到印刷电路板329上。对于该多管嘴安装头300，每个被处理部件可以使用多个管嘴313。这将降低处理从小型部件到大型部件的宽部件范围所需的不同工具末端325的数量。通常，工具末端的尺寸有必要匹配于部件的尺寸。当以单个管嘴处理大型部件时，工具末端有必要将大小做成取得足够的真空作用力以及足够大的接触面积。真空作用力有必要能够移动和旋转部件。需要支承区域，来取得稳定的垂直移动，而没有使质量作用力引起部件倾斜然后失去抽吸的风险。工具末端不能过大，因为当使用大工具末端处理小型部件时，存在部件可能部分地进入工具末端中的真空孔的风险，这将使机器无法正确地放置部件。在拾取和放置机器中，更换工具末端需要时间，因此更换工具末端将降低机器的安装速度。如果需要大量不同的工具末端以便能够放置所有部件到印刷电路板上，则这对于放置还将增加额外的工具末端成本。因此，降低所需的工具数量从而降低所需的工具更换，对于增加安装速度和降低成本两者来说都是重要的。根据本发明，代替使用大型工具末端，能够使用具有小型工具末端的两个或更多个管嘴。通过使用若干小型工具末端，真空和支承面积将与具有较大工具末端的一个管嘴的相当。以一组管嘴来拾取单个部件，可以由管嘴组同步器同步。要使拾取加放置部件安装机器在较短时间中放置更多部件，可以使用多个管嘴。通过使用多个管嘴，能够在从部件拾取、经过视觉对中装置和部件放置的每个周期上拾取和放置多个部件。在每周期多个部件的情况下，每个部件所花费的时间得以减少，因此机器将更快地安装部件。当在拾取期间使用多个管嘴时，拾取部件的最快方法是同时拾取所有管嘴，从现在起将称为多重拾取。为了能够进行多重拾取，供给装置中的部件和管嘴之间的间隔有必要基本相同，并且部件供给装置中的部件和安装头管嘴的线路的取向有必要基本相同。传统上，当使大量安装头管嘴配置成用于多重拾取并使用线路传感器视觉装置时，线路传感器有必要足够长以捕捉所拾取的所有部件的轮廓线。这是因为部件供给装置中的部件的线路的取向垂直于从部件供给装置到印刷电路板的优选移动方向。具有长线路传感器是昂贵的且消耗空间的。根据本发明，管嘴的间隔能够被最小化，每个独立管嘴不需要单独的旋转机构，这节省了空间。另一优点是，与视觉对中装置中的线路传感器的取向相比，能够将管嘴旋转成垂直取向。通过该取向，当经过视觉对中装置时，捕捉所有部件的轮廓线所需的线路传感器长度得到最小化，或者最佳化以获得比目前的部件安装机器中可能的更多通用操作，节省空间并降低装置的成本。此外，当使用该取向时，视觉对中装置所使用的光照水平能够对于每个部件分别得到调节，这也有助于更灵活和更通用的部件安装机器的拾取和放置操作。这在图2中示出，其中安装头201在拾取位置207处拾取并排的数个部件，在经过视觉对中装置203前旋转90度，并在其去往印刷电路板205的途中以该旋转位置经过视觉对中装置，在印刷电路板205处将每个部件放置到安装位置209。这意味着所拾取的部件是串联地而不是平行地经过视觉对中装置203。共用旋转机构的优点是在安装头中存在更多空间并且成本得到降低。这些得到释 放的资源可以用于实现高精度和性能。例如 旋转位置编码器的更高分辨率 具有预载的大旋转轴承以避免机械游隙 进行旋转的较大的电机和齿轮总之，多管嘴安装头只有一个旋转移动，所有管嘴均围绕同一轴线旋转，并且不存在独立的管嘴旋转移动。管嘴的垂直移动可以由下列器件实施 独立的致动器 与管嘴选择单元组合的公用移动致动器 独立移动致动器和公用移动致动器的组合传统上，具有若干小间隔管嘴的多管嘴安装头适合于以高速和有限精度安装小型部件。如上所述，多管嘴安装头还可以用于以高精度放置大型部件。当采用多个管嘴来拾取和放置部件时，重要的是所使用的管嘴的高度波动低。如果管嘴高度的波动大，则管嘴与部件之间的吸引力将较低。参考图5，管嘴高度波动，即管嘴325由于一些不精确性而移动至不同高度，能够在管嘴325与部件327之间引起空气泄露，并且降低管嘴325与部件327之间的接触面积，这是因为在管嘴表面与部件表面之间存在角度误差。在最糟情况下，部件327在安装前脱落，或者不能拾取部件327。为了使这些负效应最小化，当使用提供机械管嘴同步的管嘴组同步器时，所使用的工具末端和管嘴长度上的机械公差必须高。当使用伺服同步管嘴移动时，伺服控制器必须以高精度被操作。伺服同步管嘴移动可以适配于管嘴或者部件上表面之间的任何机械差异，这与管嘴的机械同步相比是优点。通过伺服同步，能够补偿各管嘴长度、顶面具有不同高度的部件、具有不同长度的工具末端，并且补偿工具末端的磨损。可以在工具末端更换期间测量包括工具末端的管嘴，并且在进行同步拾取和放置时补偿任何差异。伺服同步是例如通过为各管嘴1303设置用于垂直移动的独立伺服电机1305，并且设置控制伺服电机1305的伺服控制器1307来获得的，如图13示意性地示出的。伺服电机1305配置在安装头的位于管嘴引导器1309上方某处的适当位置，其是垂直地固定的但仍然是可旋转的。在本实施例中，上述管嘴末端冲击检测器通常配置成检测管嘴操作的停止的到达。例如，伺服电机1305所经受的制动扭矩的突然增加能够被检测到，或者在驱动伺服电机1305的同时电机的输出轴的旋转的停止或者管嘴移动的停止能够被检测到。此外，为了增加管嘴移动控制，设置器件来检测错误条件等，管嘴末端位置检测器1313配置成检测每个管嘴末端的垂直位置。管嘴末端位置检测器在安装头的所有实施例中都是有用的。例如，在具有不同高度的部件表面部分的情况中，这些高度可以被预先编程，从而逐渐确保正确确定所有管嘴已到达相应表面部分并且已到达正确的表面部分。此外，借助于位置检测器，能够加速将管嘴移动成与部件接触的操作，因为该移动可以被分化成在远离部件时较快，而在接近部件时减慢。作为另一示例，对于使用伺服电机和伺服控制器的实施例，伺服控制器可以配置成借助于来自管嘴末端位置检测器1313的输入使至少两个管嘴末端彼此对齐。
现在参考图6，同步管嘴的另一方法是使一工具末端做成用于多个管嘴，这样，多个管嘴将经由公用工具末端得到同步。因此，例如两个管嘴601借助于二变一工具末端603组合成一个，即Y耦合的类型，其具有直径比被组合管嘴601大的输出管嘴605。因此，比起被两个组合管嘴601保持的情况，部件607被单个的但是较大的管嘴605保持。参考图7，为了拾取和放置奇形零件，可能需要夹持工具703。当使用具有伺服控制同步的多个管嘴701时，可以使用一些管嘴来控制夹持机构。例如，三个对齐管嘴701与具有从侧部夹持部件707的两个爪部705的夹持工具703 —起使用，并且借助于升高和降低两个外侧管嘴701得到操作。如图8a_8d所示，使用管嘴的垂直移动分别受控的夹持工具来拾取部件时进行的顺序如下I.打开工具。两个侧部管嘴801、803相对于中间管嘴802向下移动，该相对移动将打开夹持工具的爪部805。2.向下移动。然后所有三个管嘴同步地向下移动至能够夹持部件807的高度。3.闭合工具。侧部管嘴801、803相对于中间管嘴802向上移动，直到部件807被爪部805夹持。为了保持部件807，侧部管嘴801和803被持续地迫使向上移动，这向部件807的侧部上给予夹持作用力。在该步骤期间，中间管嘴802保持静止。4.与部件一起向上移动。所有三个管嘴801、802、803同步地向上移动。为了保持向部件807上的夹持作用力，侧部管嘴801和803仍然被迫使相对于中间管嘴802向上移动。根据部件安装头的另一实施例，如图14和15所示，它配置成拾取具有非平坦顶面的部件。这意味着不同管嘴在显著不同的高度处与部件接合。与上述实施例相对应，并且如图14所示，安装头包括可旋转管嘴保持器1405，和被管嘴保持器1405保持的多个弹簧偏置管嘴1411。管嘴保持器1405进而包括垂直地固定的管嘴选择单元1407和可垂直移动的管嘴引导器1409。在第一示例中，部件1415具有第一较低平坦表面部分1417、第二较高平坦表面部分1421和从较低平坦表面部分1417向较高平坦表面部分1421延伸的第三倾斜表面部分1419。假定部件的长度包含第一、第二和第三管嘴1423、1425、1427，它们在定位于拾取位置时，分别配置在各个表面部分1417、1419和1421的上方。为了拾取部件1415，第一管嘴1423和第三管嘴1427从管嘴选择单元1407释放，从而进入激活状态。为了使机器知道第二管嘴1425不应该被激活，由于导致良好夹持难度的倾斜表面，存在不同的解决方案。一个解决方案是使用不管怎样都被编程入机器中的包数据中的关于部件形状的数据。用户指示包的平坦表面作为包数据的一部分。因此，当向下移动管嘴引导器1409时，处于非激活状态的第二管嘴1425被管嘴选择单元1407保持，同时处于激活状态的第一和第三管嘴1423、1427跟随管嘴引导器1409向下移动，直到它们由于高度差而在不同时间与相应平坦表面部分1417、1421接合。然后，第一和第三管嘴1423、1425相对于管嘴引导器1409被锁定，以确保它们相对于彼此的高度位置。最后，通过向上移动管嘴引导器1409，使部件1415得到提升。在第二示例中，如图15所示，部件1430具有台阶表面，该台阶表面具有包含第一管嘴1423的第一较小表面部分1431和包含第二和第三管嘴1425、1427的第二较大表面部 分1432。当部件1430将被拾取时，所有三个管嘴1423、1425、1427均被释放，并且管嘴引导器下降直到所有三个管嘴与部件1430的顶面接合。然后，如上所述地提升和放置部件。根据部件安装机器的一个实施例，如图9-12所示，部件安装机器901包括机器框体903、移动托台系统905和附接至机器框体903的固定长形部件供给装置907。托台系统905被机器框体903支撑在线性引导器909a、909b上，在其上托台系统905能够沿X方向移动，即沿部件供给装置907的长度移动。因此，托台系统903在机器框体903的第一端或者板材接收端911与机器框体903的相反的第二端或者板材供给端913之间是可移动的。在本实施例中，托台移动是以包括滚珠丝杠917、滚珠组件919和电机921的托台系统移动装置915来实现的。托台移动同样可以使用其它类型的驱动机构来实现，比如线性电机、齿轮齿条、皮带传动等。图12示出了托台系统和部件供给装置的细节视图。在托台系统905中，存在有相机1209和安装头1207，它们沿X和Y方向是可移动的，但是它们相对于彼此具有固定的关系。相机1209和安装头1207的沿X/Y方向的移动是使用X和Y梁1203和1205实现的。Y梁1205附接至托台系统905的顶棚并且是不可移动的。在Y梁下，例如使用线性引导器附接有X梁1203。X梁1203能够例如借助于线性电机沿Y方向即沿Y梁1205移动。在X梁1203的前侧，例如通过使用线性引导器附接有支撑相机1209和安装头1207的X台车1208。X台车能够例如通过使用线性电机沿X方向移动。还可以使用滚珠丝杠和旋转电机而不是线性引导器和线性电机。应该注意的是，沿X和Y方向的移动能够同时进行，从而获得安装头1207沿X-Y平面的任意方向的移动。供给装置907保持供给台架1221，并且使得能够装载包含有位于部件贮槽1215中的电子部件1213的载带1211。载带1211还包含有转向孔1217，转向孔1217用于沿Y方向移动载带1211，从而移动其中的部件1213，以便它们能够被安装头1207拾取。相机1209沿垂直于X和Y方向的Z方向向下观看，并且用于定位印刷电路板上的基准标记，并且还用于定位部件供给装置中的物体，比如基准标记1219和部件1213。作为部件安装机器的操作一个示例，下面对于以下情况描述部件安装机器901的操作顺序即，当需要三个托台系统位置，即托台系统被暂停以进行部件安装的位置，来到达部件供给装置907的所有部分，以便能够拾取由其提供的所有部件中的任一个时的情况。当然，相似顺序适用于其它数量的停止位置。I.托台移动至最左侧托台系统位置la。2.位置4a处的印刷电路板1107从入进输送器1102在板材接收端911的板材接收位置处被接收，并借助于板材传送系统1105传送到托台系统905的工作区域中，至位置4b，使用的是入进输送器1102中和板材传送系统1105的内部输送器的传送带。3.印刷电路板在托台系统905内的精确位置借助于附接至X台车1208的相机1209确定。4.部件供给装置907的第一部分6a的位置是例如通过使用附接至X台车1208的相机1209相对于托台系统905确定的。
5.安装头1207将来自部件供给装置907的第一部分6a的所有部件传送至印刷电路板1107。6.托台系统905借助于托台系统移动装置915以不会改变印刷电路板1107与托台系统905之间的相对位置的方式移动至第二托台系统位置lb。7.部件供给装置的第二部分6b的位置是例如通过使用附接至X台车1208的相机1209相对于托台系统905确定的。8.安装头1207将来自部件供给装置的第二部分6b的所有部件传送至印刷电路板1107。9.托台系统905以不会改变印刷电路板1107与托台系统905之间的相对位置的
方式移动至第三位置lc。10.部件供给装置907的第三部分6c的位置是例如使用附接至X台车1208的相机1209相对于托台系统905确定的。11.安装头1207将来自部件供给装置907的第三部分6c的所有部件传送至印刷电路板1107。12.在托台系统905内位于位置4b处的印刷电路板1107借助于板材传送系统1105，在部件安装机器901的板材供给端913的板材供给位置处，从内部输送器1105传送至外出的外部输送器1103，至工作区域外的位置4c，使用的是内部输送器和外出的输送器中的传送带。移动托台发明借助于使整个托台系统可移动以便它能够在部件供给装置的不同部分之间移动，解决了托台系统的相冲突的需求，即快速、精确、大供给能力和经济有效的设计。整个托台系统的移动并非必须非常精确，并且并非必须非常快速。这比起由足够大以便能够到达整个部件供给装置的托台构成的传统解决方案，使托台移动机构性价比高得多。在部件安装机器的上述操作顺序的步骤4、7和10中，部件供给装置907的当前可达部分有必要相对于托台系统905定位。存在确定该关系的数种可能性I.使用附接至X台车1208的相机1209来定位供给器台架(feeder bank) 1221上的基准标记。2.使用附接至X台车1208的相机1209来定位供给器台架1221中各独立供给器1223上的基准标记1219。与方法I相比的差异是这里在基准标记与载带之间存在一一对应关系。在该情况下，还可以使用转向孔1217作为基准标记。
3.使用附接至X台车1208的相机1209来定位部件载带1211中的部件贮槽1215。4.使用足够精确的机械止动机构。5.使用线性刻度尺来确定可移动托台的停止位置。6.连接至托台的驱动机构的旋转位置传感器来确定可移动托台的停止位置。使用附接至X台车的相机的前三种方法具有低成本的优点，因为这种相机无论如何都是需要的，以定位待载置部件的印刷电路板上的基准标记。第一方法与方法2和3相比的优点是，它在部件供给器或者部件卷轴上不需要任何机器视觉可识别部分。这使得如果机器将处理许多不同非标准类型的供给器，则第一方法是优选的。另一方面，在供给器台架上为基准标记提供空间可能会不方便，这时方法2或3将是优选的。方法4、5和6与前三种方法相比的优点是，在可移动托台停止后，无需额外时间来 获取图像。另一方面，方法4、5和6与前三种方法相比需要额外的硬件，因此前三种方法可能具有成本优点。机械止动机构可以具有两个目的确定确切的停止位置和/或保持托台的位置固定。机械止动机构能够由以下中的任一个实现I.具有任意形状的移动部分，其在各部分一起移动时相对于另一部分形成互锁。2.可移动机械部分，其只在一个方向上用作止动件，并且使用驱动机构来保持托台固定到该止动件上。3.设计成传统制动器的基于摩擦的止动机构，和用于确定确切位置的位置传感器。视觉对中装置(203，图2)可以相对于可移动托台以不同方法配置I.视觉对中装置可以牢固地附接在可移动托台模块中。2.视觉对中装置1227可以独立于可移动托台模块沿X方向是可移动的。3.视觉对中装置相对于供给器台架处于固定位置。在该情况下，通常需要多于一个的视觉对中装置来获得良好的安装速度。内部输送器(1105,图11)可以是作为可移动托台的一部分的可移动短输送器,或者是相对于供给器台架固定的长输送器。如果内部输送器是固定的，则它必须足够长以便能够取出进入的印刷电路板并且留下外出的印刷电路板。具有可移动的或者固定的内部输送器之间的主要差异是I.固定的内部输送器必须更大，因此是性价比低的解决方案。2.对于固定输送器，印刷电路板有必要被紧固和定位数次，操作慢，因此将是耗时的。3.对于固定输送器，能够在比可移动托台长的印刷电路板上安装部件。4.对于固定输送器,能够米用所谓的双轨(Dual Lane)输送器。双轨输送器具有两个单独的轨线以减少随着时间推移的板材更换。基本的移动托台发明可以以数种方法得到改进，以节省时间，从而增加机器的吞
吐量。一些示例为I. 一种常见情形是当托台从一个停止位置移动至下一停止位置时，安装头将需要更换一个或多个安装工具，因为不同的供给器台架可能会包含不同的部件类型，这需要不同的安装工具来实现可靠的拾取。在该情形中，可以在可移动托台向下一停止位置移动的同时进行安装工具的更换。
2.如果有必要分析供给器台架上的基准标记或者参考标记以确定可移动托台的确切停止位置，则托台的XY轴可以与可移动托台同时移动。XY轴移动至这样的位置，以便在可移动托台停止时，附接至安装头的相机已经居中在基准或者参考标记之上。此外，如果相机具有需要在达到全光强前热起来的照明单元(比如灯泡)，则可以在可移动托台停止前激活该照明单元。3.当在某一停止位置处从供给器台架拾取了最后的部件时，托台可以立即开始朝下一停止位置移动。同时，安装头将传送最后的部件至对中的相机，然后将它们放置在印刷电路板上。因此，节省了时间，因为可移动托台在XYZ轴移动的同时移动。4.如果可移动托台使用上述方法4、5或6来确定可移动托台的停止位置,或者使用一些使得能够在后续没有耗时步骤的情况下移动可移动托台的其它方法来确定停止位置，则能够移动可移动托台比绝对必要更多的次数，以到达所有供给器位置。例如，在上述图11中，可移动托台可以在7个不同位置而不是所需的3个位置处停止。优点是有时在机器忙于对中部件和/或放置部件到印刷电路板上的同时可能发生小移动，由此使该小移动 基本是“自由的”，即它不会向完成在印刷电路板上安装所有部件所需的时间做出贡献。当然，这些小移动必须在安装顺序期间的正确时间发生，以便使安装头在正确时间访问供给器台架的所需部分。在计算如何并且在何时向安装顺序中插入小的可移动托台移动时，优选使用优化软件。从以上可知，通常，部件安装机器包括机器框体；由机器框体提供的长形部件供给器区域；和板材传送系统，配置成从板材接收位置传送基板穿过部件安装机器至板材供给位置，同时在部件安装机器的工作区域内的至少一个预定位置处暂停基板，部件在工作区域得以安装到基板上。机器进一步包括安装头，配置成在所述部件供给区域拾取部件，并放置部件到基板上，所述安装头沿第一轴线和沿垂直于第一轴线的第二轴线是可移动的；和托台系统，被所述机器框体可移动地支撑并且支撑所述安装头，其中所述托台系统配置成操作所述安装头，以进行部件的拾取和放置，包括沿所述第一和第二轴线移动所述安装头。此外，机器还包括托台系统移动装置，附接至所述机器框体并配置成沿平行于所述第一轴线的第三轴线在不同的托台系统位置之间移动所述托台系统，由此实现所述托台系统沿供给区域的移动；和托台系统定位装置。所述托台系统的安装头移动范围覆盖部件供给区域的一部分，其中托台系统位置被选择成使得供给区域的不同部分对于安装头变得是可达的，并且其中托台系统与基板之间的相互定位在不同托台系统位置处得到维持。通过使托台系统短于供给区域的长度并且设置托台系统移动装置，它具有容纳大量部件供给器的大型机器优点，同时它仍然具有质量较低和小尺寸托台系统的小型机器优点。根据所述部件安装机器的一个实施例，托台系统定位装置包括视觉单元。根据所述部件安装机器的一个实施例，托台定位装置包括设置在供给区域内的基准标记，其中视觉单元附接至安装头，并且其中托台系统配置成通过借助于视觉单元局部化基准标记而在托台系统位置中得到定位。基准标记可以配置在供给区域内的任意适当的部分处，比如在配置成保持供给器的供给器台架上，或者在供给器上。根据部件安装机器的一个实施例，视觉单元附接至安装头，部件设置在部件载带的部件贮槽中，部件载带设置在供给区域中，并且部件安装机器配置成借助于视觉单元定位部件贮槽。
根据部件安装机器的实施例，系统定位装置包括用于实现止动功能的不同类型的器件，比如机械止动机构；配置成确定托台系统位置的线性刻度尺和线性刻度尺检测器；或者与托台系统移动装置连接并且配置成确定托台系统位置的旋转位置传感器。根据部件安装机器的实施例，托台系统包括附接在固定位置处的视觉对中装置。根据部件安装机器的实施例，它包括可移动地附接至机器框体以便与所述第三轴线平行地移动的视觉对中装置。根据部件安装机器的实施例,板材传送系统包括板材接收部分、板材供给部分和托台系统部分，所述板材接收部分在机器的板材接收端配置于机器框体处，所述板材供给部分在部件安装机器的与所述板材接收端相反的板材供给端配置于机器框体处，所述托台系统部分被包括在托台系统中并且定位在所述板材接收端与板材供给端之间。此外，如从上方还显而易见的，通常，在部件安装机器(其包括托台系统、板材传送系统和设置有部件的长形供给区域，所述托台系统包括可移动安装头，其中托台系统的 安装头移动范围覆盖供给区域的一部分)中安装部件的方法包括-移动托台系统至第一托台系统位置；-在部件安装机器处接收基板并将基板传送到部件安装机器的部件安装区域中；-通过在用于拾取部件的供给区域与用于在其上放置部件的基板之间移动安装头来安装部件；-重复至少一次以下步骤-沿供给区域的长度将托台系统移动至下一托台系统位置，在这里供给区域的另一部分被安装头移动范围覆盖；和-安装部件；以及-将基板传送出部件安装区域。根据所述方法的一个实施例，它包括在由于部件差异而适宜时，在向下一托台系统位置移动托台系统的期间，更换安装头的至少一个安装工具。根据所述方法的一个实施例，它包括在向下一托台系统位置移动托台系统期间将安装头定位在基准标记读取位置，和借助于附接至安装头的视觉装置在所述下一托台系统位置处读取设置在供给区域内的基准标记。以上描述了本发明的装置和方法的优选实施例。它们应该仅仅被看作是非限制性示例。在权利要求限定出的本发明的范围内，能够进行多种变型。例如，根据部件安装机器的一个实施例，它包括不止一个安装头。
权利要求
1.一种部件安装头，配置成在拾取位置拾取部件并在安装位置放置部件，所述部件安装头包括多个管嘴，这些管嘴能够垂直地上下移动以能够进行所述拾取和放置，其中所述部件安装头配置成控制多种拾取操作，所述拾取操作至少包括以每个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴共同地拾取单个部件。
2.如权利要求I所述的部件安装头，包括与管嘴连接的真空控制器。
3.如权利要求I或2所述的部件安装头，包括配置成检测管嘴末端对表面的冲击的管嘴末端冲击检测器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。
4.如权利要求3所述的部件安装头，包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂直移动的管嘴引导器，其中所述管嘴末端冲击检测器附接至所述管嘴引导器并检测相对于所述管嘴引导器的管嘴移动。
5.如权利要求1、2或3所述的部件安装头，包括管嘴保持器，所述管嘴保持器包括可垂 直移动的管嘴引导器，其中所述管嘴被保持在非激活位置和激活位置之一，其中管嘴在处于激活位置时被向下弹簧偏置成抵靠所述管嘴引导器的底座。
6.如权利要求5所述的部件安装头，包括用于固定所述管嘴中的至少一个相对于所述管嘴引导器的垂直位置的锁定机构。
7.如权利要求1、2或3所述的部件安装头，包括用于每个相应管嘴的独立的垂直移动的伺服电机和控制所述伺服电机的伺服控制器。
8.如上述权利要求中任一项所述的部件安装头，包括配置成检测每个管嘴末端的垂直位置的管嘴末端位置检测器，其中所述管嘴末端是管嘴的底端。
9.如上述权利要求中任一项所述的部件安装头，包括用于同步至少一个管嘴组的管嘴的管嘴组同步器，所述管嘴组由至少两个管嘴构成，用于拾取单个部件。
10.如上述权利要求中任一项所述的部件安装头，包括部件夹持工具，所述部件夹持工具附接至多个管嘴末端，并且是可控的，以便于垂直移动和便于借助于控制管嘴末端附接至所述部件夹持工具的管嘴而实现的夹持操作。
11.如上述权利要求中任一项所述的部件安装头，包括管嘴末端互连器，所述管嘴末端互连器具有至少两个上侧开口和一个公用的下侧开口，所述上侧开口与相应数量的管嘴末端连接，所述下侧开口具有比管嘴末端的直径大的直径。
12.一种方法，用于控制安装头的管嘴，所述安装头配置成在拾取位置拾取部件并在安装位置放置所述部件，所述方法包括 -上下垂直地移动所述管嘴以进行所述拾取和放置，从而进行多个拾取操作中的一个或多个，所述拾取操作包括以一个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴共同地拾取单个部件。
13.如权利要求12所述的方法，包括 -在完成了部件拾取后旋转所述安装头，并在向安装位置移动的期间经过视觉对中装置。
14.如权利要求12或13所述的方法，包括借助于数个管嘴拾取具有高度不同的不同顶面部的部件，这是通过控制所述管嘴以与所述不同顶面部接合来实现的。
15.—种部件安装机器,包括 -部件供给区域；-板材传送系统，配置成将基板保持在所述部件安装机器的工作区域内的大致固定位置处； -如权利要求1-11中任一项所述的部件安装头；和 -托台系统，支撑所述安装头，并且配置成移动所述安装头以进行部件的拾取和放置。
16.如权利要求15所述的部件安装机器，其中，所述安装头沿水平面内的任意方向是可移动的。
全文摘要
一种部件安装头，配置成在拾取位置拾取部件并在安装位置放置部件，所述部件安装头包括多个管嘴，这些管嘴能够垂直地上下移动以允许所述拾取和放置，其中所述部件安装头配置成控制多种拾取操作，所述拾取操作至少包括以每个管嘴拾取单个部件和以至少两个管嘴共同地拾取单个部件。
文档编号H05K13/04GK102742378SQ201080061254
公开日2012年10月17日 申请日期2010年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者E.埃斯康, L.尼格伦, P.桑德斯特龙, R.乔纳森, R.阿克塞尔森 申请人:麦戴塔自动控制股份公司