电子元器件的贴装工作头单元的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电子元器件的贴装工作头单元，包括工作头本体、R轴方向的传动机构、θ轴方向的传动机构、Z轴方向上的传动机构、正压气源与负压气源及控制机构，所述R轴方向的传动机构与工作头本体连接，θ轴方向的传动机构分别与R轴方向的传动机构、及工作头本体连接，所述Z轴方向上的传动机构分别与工作头本体、R轴方向的传动机构、θ轴方向的传动机构连接。本发明结构简单、紧凑，重量轻，贴装速度高、惯量低，可靠性高，提高了设备的使用寿命。
【专利说明】电子元器件的贴装工作头单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子贴装领域中贴装工作头，尤其涉及一种可在水平面内进行旋转并可拾取和贴装多个元器件的电子元器件的贴装工作头单元。
【背景技术】
[0002]在表面贴装技术(SMT)领域中，现有技术的电子元件表面安装装置、例如贴装工作头单元从元器件供给部拾取元器件，在视觉系统的辅助下将元器件放置到印制电路板(PCB)的特定位置上，完成贴装工作。而为了提高产能，需要将多个贴装工作头单元相邻配置来实现，这种布置方式存在的缺陷是，贴装设备整体的体积庞大、占地面积大；其次，多个相邻配置的贴装工作头单元超出了一台摄像机的摄像范围，还需要配置多个相机识别单元，增加了控制结构和控制成本。另外，有的电子元件表面安装装置使用可以从元件供给装置中同时拾取和同时贴装、并可用一台元件识别相机识别全部元器件的贴装工作头单元，但是使用这种工作头单元时，要实现产能增加的就需要增加吸嘴枢轴的数量，而吸嘴枢轴的数量的增加存在的问题是贴装工作头的体积和重量都增大，同时机构更复杂、容易出现故障，不便于使用操作和维护。
【发明内容】
[0003]本发明就是为了解决上述存在的问题；提供一种电子元器件的贴装工作头单元；本发明结构简单、紧凑，重量轻，贴装速度高、惯量低，可靠性高，提高了设备的使用寿命。
[0004]本发明解决技术问题的技术方案为:
[0005]一种电子元器件的贴装工作头单元，包括工作头本体、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构、Z轴方向上的传动机构、正压气源与负压气源及控制机构，所述R轴方向的传动机构与工作头本体连接，Θ轴方向的传动机构分别与R轴方向的传动机构、及工作头本体连接，所述Z轴方向上的传动机构分别与工作头本体、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构连接。
[0006]所述R轴方向的传动机构包括第一伺服马达、R轴马达齿轮、R轴齿轮、旋转壳体、第一旋转主轴、以及第二旋转主轴；所述第一伺服马达固定安装在工作头本体上，旋转壳体通过中间贯通孔与第一旋转主轴进行配合并与第一旋转主轴的下端通过螺栓进行联接，第一旋转主轴的上端与工作头本体通过轴承连接，所述第二旋转主轴的内孔与第一旋转主轴的外圆柱面配合、第二旋转主轴的外圆面与旋转壳体中心贯通孔的内圆柱面配合，中空的第二旋转主轴与第一旋转主轴的外圆周表面配合；所述第一旋转主轴、及第二旋转主轴分别在上下两端的接触面上设有O型圈，使得由第一旋转主轴和第二旋转主轴之间组成密封的腔室；所述R轴马达齿轮与第一伺服马达的轴端连接，R轴齿轮与旋转壳体的外圆周端面连接。
[0007]所述Θ轴方向的传动机构包括第二伺服马达、Θ轴马达齿轮、Θ轴齿轮组件、吸嘴轴、以及吸嘴轴齿轮，所述Θ轴齿轮组件包括齿轮轴上端的上端齿轮、下端的下端齿轮；所述第二伺服马达固定联接在工作头本体上，其轴端固定联接Θ轴马达齿轮，Θ轴齿轮组件通过轴承单元嵌套在第二旋转主轴的外周面上，吸嘴轴安装在旋转壳体的垂直孔中，吸嘴轴通过轴承单元与旋转壳体上的安装孔连接，端面设有贯通孔的吸嘴轴齿轮嵌套在吸嘴轴的外圆周端面上并固定；所述第二伺服马达的回转运动通过Θ轴马达齿轮和Θ轴齿轮组件中上端齿轮的配合将旋转运动传动到下端齿轮，下端齿轮通过与每个吸嘴轴顶端的吸嘴轴齿轮啮合，伺服马达的旋转运动最终转化为每个吸嘴轴绕着自身轴线的旋转运动。
[0008]所述上端齿轮与下端齿轮嵌套在一起并通过弹簧销在圆周方向固定，所述上端齿轮与下端齿轮齿数相同，由齿轮及齿轮所形成的Θ轴齿轮组件通过轴承单元嵌套在第二旋转主轴的外周面上的。
[0009]所述Z轴方向上的传动机构包括音圈电机、吸嘴轴弹簧,音圈电机固定在工作头本体上，吸嘴轴安装在旋转壳体的垂直孔中，吸嘴轴的外周面上安装有吸嘴轴弹簧，所述音圈电机的轴端与吸嘴轴的顶端配合，音圈电机的轴端直接作用在吸嘴轴的顶端，音圈电机将转到其轴端正下方的吸嘴轴不断地向下按压。
[0010]所述正压气源与负压气源及控制机构包括步进马达、机械阀杆、偏心轴凸轮，所述步进马达固定联接在工作头本体上，偏心轴凸轮固定在步进马达的轴端，机械阀杆及吸嘴轴围绕旋转壳体的中心轴线旋转，所述机械阀杆的上下两端分别设有上端块、下端块，偏心轴凸轮与机械阀杆的上下两个内端面配合，上端块、下端块将偏心轴凸轮卡合在上端块、下端块的内端面之间，偏心轴凸轮将马达的回转运动作用在机械阀杆的顶端、对机械阀杆的升降控制，所述吸嘴轴、机械阀杆、旋转壳体与密封装置构成腔室，所述正压气源、或者负压气源在机械阀杆上下运动的控制下通过过滤单元、及旋转壳体内部进入腔室，通过吸嘴轴上端的孔进入到吸嘴轴内部，然后进入吸嘴轴末端的吸嘴上。
[0011]所述机械阀杆、吸嘴轴分别设于旋转壳体上两个不同直径的圆周上，机械阀杆和吸嘴轴数量相等，机械阀杆与吸嘴轴位置一一对应，即每一个机械阀杆控制着相邻吸嘴轴的气源的供给。
[0012]所述旋转壳体上与装吸嘴轴配合的垂直孔为贯通孔，安装机械阀杆的垂直孔是盲孔；旋转壳体上设有壳体贯通孔，第一旋转主轴与壳体贯通孔配合联接，第一旋转主轴通过壳体贯通孔延伸到旋转壳体的底部、与旋转壳体通过螺栓固定相连。
[0013]本发明的有益效果:
[0014]1.本发明结构简单、紧凑，贴装速度高、惯量低，可靠性高，提高了设备的使用寿命；其中伺服马达的轴端直接和齿轮做成一体，并依靠齿轮进行传动，结构简单，传动效率高，可靠性高；将影响头单元高度的伺服马达设置在头单元侧面，贴装头整体高度降低，结构紧凑；采用行星轮系的齿轮传动，可拾取和贴装多个元件，贴装速度高、贴装精确度高。
[0015]2.本发明联接主轴采用空心结构，在不影响使用刚度的前提下使得头单元重量降低，惯量低，拾取和贴装运行稳定。
[0016]3.齿轮传动轮系中有相对滑动的齿轮间，在不影响导向的前提下减小了齿宽，使得齿轮间的摩擦减少，提高了设备的使用寿命
[0017]4.本发明的一个伺服马达工作时，旋转壳体外圆周端面的齿轮带动旋转壳体及其上的机械阀杆和吸嘴轴杆绕旋转壳体的中心轴线转动，完成工作头单元上的所有吸嘴完成拾取和贴装工作；另一个伺服马达工作时，第二旋转主轴上的齿轮带动旋转壳体上的所有吸嘴轴绕自身轴线旋转，用以校正每个吸嘴轴上所吸附元件的贴装角度偏差，拾取和贴装定位精度高。
[0018]5.头单元还配有吸嘴轴升降机构和正负压气源控制机构，吸嘴轴升降机构在音圈电机的驱动下，直接作用在吸嘴轴杆的顶端，完成对吸嘴轴的下压，动作迅速、准确，效率高，能够快速完成工作头单元完成对元器件的拾取和贴装。
[0019]6.通过正压气源、负压气源控制机构保证在吸嘴轴在拾取和贴装的过程中完成对所需正压和负压的切换和保持工作，快速、精确地完成对机械阀杆的升降控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明结构示意图。
[0021]图2为本发明的水平旋转的头单元除去工作头本体后显示的R轴传动机构结构示意图。
[0022]图3为本发明的水平旋转的头单元除去工作头本体后显示的Θ轴传动机构结构示意图。
[0023]图4为水平旋转的头单元除去工作头本体后显示的Z轴传动机构结构示意图。
[0024]图5为水平旋转的头单元除去工作头本体后显示的正压气源与负压气源及控制机构结构示意图。
[0025]图6为水平旋转的头单元除去本体及电机后的旋转单元的俯视图。
[0026]图7为水平旋转的头单元除去本体及电机后的旋转单元的仰视图。
[0027]图8为正压气源在除去本体及电机后的旋转单元内部走向的剖视图。
[0028]图9为正压气体由机械阀杆至吸嘴轴内部的走向在垂直于旋转轴线方向上的剖视图。
[0029]图10为负压气源在除去本体及电机后的旋转单元内部走向的剖视图。
[0030]图11为负压气体在机械阀杆至吸嘴轴内部走向在平行于旋转轴线方向上的剖视图。
【具体实施方式】
[0031]为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
[0032]一种电子元器件的贴装工作头单元，如图1所示，是一种能够在水平面内进行旋转并可拾取和贴装多个电子元器件的贴装工作头单元，包括工作头本体1、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构、Z轴方向上的传动机构、正压气源与负压气源及控制机构，所述R轴方向的传动机构与工作头本体I连接，Θ轴方向的传动机构分别与R轴方向的传动机构、及工作头本体I连接，所述Z轴方向上的传动机构分别与工作头本体1、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构连接。
[0033]所述R轴方向是指旋转壳体6绕自身中心轴线旋转的方向，Θ轴方向是指单个吸嘴轴12绕自身中心轴线旋转的方向，Z轴方向是指沿着吸嘴轴及音圈电机4中心轴线的上下竖直方向。
[0034]图2为R轴方向的传动机构，所述R轴方向的传动机构包括第一伺服马达2、R轴马达齿轮13、R轴齿轮14、旋转壳体6、第一旋转主轴15、以及第二旋转主轴16 ;所述第一伺服马达2固定安装在工作头本体I上，而旋转壳体6利用中间的贯通孔与第一旋转主轴15进行配合并与第一旋转主轴15的下端通过螺栓进行固定联接，第一旋转主轴15的上端与工作头本体I通过轴承单元可动联接，所述第二旋转主轴16的内孔与第一旋转主轴15的外圆柱面配合、第二旋转主轴16的外圆面与旋转壳体6中心贯通孔的内圆柱面配合，中空的第二旋转主轴16是嵌套在第一旋转主轴15的外圆周表面上的。所述第一旋转主轴15与第二旋转主轴16上下两端的接触面上设有O型圈作为密封结构，使得由第一旋转主轴15和第二旋转主轴16之间组成密封的腔室；所述R轴马达齿轮13固定联接在第一伺服马达2的轴端，R轴齿轮14与旋转壳体6的外圆周端面固定相连，第一伺服马达2的回转运动通过R轴马达齿轮13及R轴齿轮14将动力传递至旋转壳体6，旋转壳体6带动其上的第一旋转主轴15、第二旋转主轴16。
[0035]图3为Θ轴方向的传动机构，所述Θ轴方向的传动机构包括第二伺服马达3、Θ轴马达齿轮8、Θ轴齿轮组件11、吸嘴轴12、以及吸嘴轴齿轮9，所述Θ轴齿轮组件11包括齿轮轴上端的上端齿轮11A、下端的下端齿轮IlB ;所述第二伺服马达3固定联接在工作头本体I上，其轴端固定联接Θ轴马达齿轮8，Θ轴齿轮组件11通过轴承单元嵌套在第二旋转主轴16的外周面上，吸嘴轴12安装在旋转壳体6的垂直孔中，吸嘴轴12通过轴承单元与旋转壳体6上的安装孔连接，端面设有贯通孔的吸嘴轴齿轮9嵌套在吸嘴轴12的外圆周端面上并固定；所述第二伺服马达3的回转运动通过Θ轴马达齿轮8和Θ轴齿轮组件11中上端齿轮IlA的配合将旋转运动传动到下端齿轮11B，下端齿轮IlB通过与每个吸嘴轴12顶端的吸嘴轴齿轮9啮合，伺服马达3的旋转运动最终转化为每个吸嘴轴12绕着自身轴线的旋转运动。
[0036]所述上端齿轮IlA与下端齿轮IlB嵌套在一起并通过弹簧销在圆周方向固定，所述上端齿轮IlA与下端齿轮IlB齿数相同，由齿轮IlA及齿轮IlB所形成的Θ轴齿轮组件11通过轴承单元嵌套在第二旋转主轴16的外周面上的。
[0037]图4显示的是Z轴方向上的传动机构，结合图2、图3，Z轴方向是指沿着吸嘴轴及音圈电机4中心轴线的上下竖直方向，所述Z轴方向上的传动机构包括音圈电机4、吸嘴轴弹簧7，音圈电机4固定在工作头本体I上，吸嘴轴12安装在旋转壳体6的垂直孔中，吸嘴轴12的外周面上安装有吸嘴轴弹簧7，所述音圈电机4的轴端与吸嘴轴12的顶端配合，音圈电机4的轴端直接作用在吸嘴轴12的顶端，音圈电机4将转到其轴端正下方的吸嘴轴12不断地向下按压。Z轴传动机构在音圈电机4轴端的直接驱动下、完成对吸嘴轴13的下压，协助吸嘴轴末端的吸嘴完成取料或者贴装。
[0038]结合图5至图11，图5显示的是本发明的水平旋转头单元上的正压气源与负压气源及控制机构，所述正压气源与负压气源及控制机构包括步进马达5、机械阀杆10、偏心轴凸轮17，所述步进马达5固定联接在工作头本体I上，偏心轴凸轮17固定在步进马达5的轴端，机械阀杆10及吸嘴轴12围绕旋转壳体6的中心轴线旋转，所述机械阀杆10的上下两端分别设有上端块、下端块，偏心轴凸轮17与机械阀杆10的上下两个内端面配合，上端块、下端块将偏心轴凸轮17卡合在上端块、下端块的内端面之间，偏心轴凸轮17将马达的回转运动作用在机械阀杆12的顶端、对机械阀杆12的升降控制，所述机械阀杆12、旋转壳体6与密封装置构成腔室，与机械阀杆12连接的正压、负压气源进入到由机械阀杆12和旋转壳体6及密封装置所组成的腔室后，在机械阀杆上下运动的控制下通过转壳体6内部进入到腔室中，然后通过吸嘴轴上端的孔进入到吸嘴轴内部，并最终通向安装在吸嘴轴末端的吸嘴上。步进马达6旋转时带动偏心轴凸轮17往复回转，偏心轴凸轮17回转时不断地交替作用在机械阀杆10的上下两个内端面上，从而不断地将机械阀杆10向上抬起或者向下按压，通过正压气源、负压气源控制机构，保证在吸嘴轴在拾取和贴装的过程中完成对所需正压和负压的切换和保持工作。
[0039]图6显示的是水平旋转的贴装工作头单元上的旋转单元的俯视图。所述机械阀杆
10、吸嘴轴12分别设于旋转壳体6上两个不同直径的圆周上，机械阀杆10和吸嘴轴12数量相等，机械阀杆10与吸嘴轴12位置一一对应，即每一个机械阀杆10控制着相邻吸嘴轴12的气源的供给。
[0040]图7显示的水平旋转的贴装工作头单元上的旋转单元的仰视图。所述旋转壳体6上与装吸嘴轴12配合的垂直孔为贯通孔，安装机械阀杆10的垂直孔是非贯通的盲孔；旋转壳体6上设有壳体贯通孔，第一旋转主轴15与壳体贯通孔配合联接，第一旋转主轴15通过壳体贯通孔延伸到旋转壳体6的底部、与旋转壳体通过螺栓固定相连。
[0041]图8，图9，图10及图11显示的正、负压气源在水平旋转的贴装工作头单元内部尤其是旋转单元内部的气路走向。工作头本体I与正压气源和负压气源连接，由工作头本体I引入的正压气源和负压气源通过第一旋转主轴、第二旋转主轴进入到旋转壳体6内部，并在机械阀杆10的控制下进入到吸嘴轴12内部，最终流入到吸嘴；其中，正压气源由第一旋转主轴15上端的孔进入到主轴内部，通过主轴下端的孔进入到旋转壳体6内部，然后进入到由旋转壳体6和机械阀杆10所组成的腔室中，机械阀上下运动时将气源供给到吸嘴轴12内，并最终输送至吸嘴；其中负压气源在机械阀杆10流入到吸嘴轴内部的路径相似，不同的是负压气源是由第二旋转主轴16上端的孔进入到第一旋转主轴15和第二旋转主轴16所组成的腔室中，并在旋转壳体6的上部进入到机械阀杆12和旋转壳体6所组成的腔室中。
[0042]上述虽然结合附图对发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，包括工作头本体、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构、Z轴方向上的传动机构、正压气源与负压气源及控制机构，所述R轴方向的传动机构与工作头本体连接，Θ轴方向的传动机构分别与R轴方向的传动机构、及工作头本体连接，所述Z轴方向上的传动机构分别与工作头本体、R轴方向的传动机构、Θ轴方向的传动机构连接。
2.如权利要求1所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述R轴方向的传动机构包括第一伺服马达、R轴马达齿轮、R轴齿轮、旋转壳体、第一旋转主轴、以及第二旋转主轴；所述第一伺服马达与工作头本体连接，旋转壳体通过中间贯通孔与第一旋转主轴配合、并与第一旋转主轴的下端连接，第一旋转主轴的上端与工作头本体通过轴承连接，所述第二旋转主轴的内孔与第一旋转主轴的外圆柱面配合、第二旋转主轴的外圆面与旋转壳体中心贯通孔的内圆柱面配合，中空的第二旋转主轴与第一旋转主轴的外圆周表面配合；所述第一旋转主轴、及第二旋转主轴分别在上下两端的接触面上设有O型圈；所述R轴马达齿轮与第一伺服马达的轴端连接，R轴齿轮与旋转壳体的外圆周端面连接。
3.如权利要求1或者2所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述Θ轴方向的传动机构包括第二伺服马达、Θ轴马达齿轮、Θ轴齿轮组件、吸嘴轴、以及吸嘴轴齿轮，所述Θ轴齿轮组件包括齿轮轴上端的上端齿轮、下端的下端齿轮；所述第二伺服马达与工作头本体连接，其轴端与Θ轴马达齿轮连接，Θ轴齿轮组件通过轴承与嵌套在第二旋转主轴的外周面连接，吸嘴轴设于旋转壳体的垂直孔中，吸嘴轴通过轴承与旋转壳体上的安装孔连接，端面设有贯通孔的吸嘴轴齿轮与吸嘴轴的外圆周面连接；所述第二伺服马达的回转运动通过Θ轴马达齿轮、及上端齿轮的配合传动到下端齿轮，下端齿轮通过与每个吸嘴轴顶端的吸嘴轴齿轮啮合、将伺服马达的旋转运动转化为每个吸嘴轴绕着自身轴线的旋转运动。
4.如权利要求3所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述上端齿轮与下端齿轮嵌套在一起、并通过弹簧销在圆周方向固定，所述上端齿轮与下端齿轮齿数相同，Θ轴齿轮组件通过轴承嵌套在第二旋转主轴的外周面上的。
5.如权利要求1或者2所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述Z轴方向上的传动机构包括音圈电机、吸嘴轴弹簧，音圈电机与工作头本体连接，吸嘴轴设于旋转壳体的垂直孔中，吸嘴轴的外周面上设设有吸嘴轴弹簧，所述音圈电机的轴端与吸嘴轴的顶端配合，音圈电机的轴端与吸嘴轴的顶端配合，音圈电机将转到其轴端下方的吸嘴轴向下按压。
6.如权利要求1或者2所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述正压气源、负压气源及控制机构包括步进马达、机械阀杆、偏心轴凸轮，所述步进马达与工作头本体连接，偏心轴凸轮与步进马达的轴端连接，机械阀杆及吸嘴轴围绕旋转壳体的中心轴线旋转，所述机械阀杆的上下两端分别设有上端块、下端块，偏心轴凸轮与机械阀杆的上下两个内端面配合，上端块、下端块将偏心轴凸轮卡合在上端块、下端块的内端面之间，所述吸嘴轴、机械阀杆、旋转壳体与密封装置构成腔室，所述正压气源、或者负压气源在机械阀杆上下运动的控制下通过过滤单元、及旋转壳体内部进入腔室，通过吸嘴轴上端的孔进入到吸嘴轴内部，然后进入吸嘴轴末端的吸嘴上。
7.如权利要求6所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述机械阀杆、吸嘴轴分别设于旋转壳体上两个不同直径的圆周上，机械阀杆和吸嘴轴数量相等，机械阀杆与吸嘴轴位置一一对应，即每一个机械阀杆控制着相邻吸嘴轴的气源的供给。
8.如权利要求6所述的电子元器件的贴装工作头单元，其特征是，所述旋转壳体上与装吸嘴轴配合的垂直孔为贯通孔，安装机械阀杆的垂直孔是盲孔；旋转壳体上设有壳体贯通孔，第一旋转主轴与壳体贯通孔配合联接，第一旋转主轴通过壳体贯通孔延伸到旋转壳体的底部、与旋转壳体通过 螺栓固定相连。
【文档编号】H05K3/30GK103889163SQ201410126561
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】李子军, 孙宇, 丁士新, 祁玉斌 申请人:山东日发纺织机械有限公司