专利名称：安装元件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装元件的方法和采用这种方法的元件安装器。更特别地，本发明涉及一种包括多个头单元的元件安装器，该头单元用于从元件供给装置接收各种元件，将它们传送到印刷电路板(PCB)的安装位置，并将它们安装到该PCB。
背景技术：
如图1所示，传统的元件安装器1包括一具有至少一个喷嘴5的头单元4，一X轴传送机构3，以及一Y轴传送机构2。喷嘴5垂直地移动以便吸收或分离电子元件并将它们安装到PCB P。X轴传送机构3和Y轴传送机构2将头单元4引导至一预定位置。
Y轴传送机构2在底座的两侧平行地设置。X轴传送机构3和携带印刷电路板(“PCB”)的输送器6与Y轴传送机构2成直角方向被设置。在该情形中，由于X轴传送机构3的两个端部不执行相对运动，因此它们保持与Y轴传送机构2成直角而沿Y轴方向移动。
因此，为了安装电子元件，X轴传送机构3的一个端部和另一端部，同时沿Y轴方向移动，并且头单元4沿X轴方向移动而分别安装到X轴传送机构3，而且每一头单元4被定位在与头单元4相应的PCBP上。此后，喷嘴5下降并将电子元件安装到该PCB。在该情形中，沿Y轴方向移动的X轴传送机构3的一个端部和另一端部沿Y轴方向处于相同的位置。即X轴传送机构3的一端部和另一端部不执行相对运动。
目前的元件安装器包括至少两个具有多个喷嘴5的头单元4。多个喷嘴5依次或者同时吸收多个电子元件，从输送器6处同时移动多个被吸收的电子元件，并将该移动的电子元件依次或者同时安装到PCB P，于是提高了安装该元件的效率。目前的趋势是根据头单元的数量，多个PCBs P被提供给输送器6。
但是，在元件安装器1中，当安装输送器6时，该输送器6不平行于X轴放置，或着当将PCB P放置在输送器6上时，多个PCBs P不平行于该输送器6放置，这将产生一个位置偏差。由于这种位置偏差，当另一个头单元4的Y轴位置被同样地调节到与该头单元4相应的PCB P的位置时，一个头单元4的Y轴位置将不同于与该头单元4相应的PCB P的Y轴位置。
从而，不可能通过同时降低提供给至少两个位于元件安装器上的头单元的喷嘴而将多个电子元件安装到PCB。
为了解决这种问题，沿Y轴方向的一部分输送器单元的位置可被修正。但是，由于轴的数量增加以及由于需要同时控制头单元的位置和输送器的位置而引起的位置精度的恶化，这种方法增加了材料成本。
发明内容
本发明的各种实施例提供了一种安装元件的方法，以及采用该方法的元件安装器，其中，分别设置于两个或多个头单元的喷嘴可同时吸收并安装电子元件而不增加轴的数量。
根据本发明的一实施例，提供了一种元件安装器，其包括底座，多个头单元，第一和第二Y轴传送机构，X轴传送机构，第一驱动单元，以及第二驱动单元。
一元件供给单元可提供电子元件。用于将至少两个PCBs传送到它们各自安装位置的输送器可安装到该底座。该头单元可设置有至少一个用于从元件供给单元拾取电子元件并将该元件安装到PCB的喷嘴。
第一和第二Y轴传送机构可沿着Y轴平行地安装到该底座。X轴传送机构的一端可安装到第一Y轴传送机构以便沿着Y轴传送机构移动，并且其另一端安装到第二Y轴传送机构以便沿着Y轴传送机构移动。
第一驱动单元可控制X轴传送机构的一个端部沿着Y轴的移动。第二驱动单元独立于第一驱动单元可控制X轴传送机构的另外一个端部沿着Y轴的移动。
第二驱动单元可通过与第一驱动单元互锁在一起而被驱动，以便X轴传送机构沿着Y轴移动而保持平行于X轴。第一驱动单元和第二驱动单元可以双伺服模式驱动第一Y轴传送机构和第二Y轴传送机构。
X轴传送机构和第一Y轴传送机构可通过旋转连接件连接在一起以用于它们在该两连接件之间的旋转。第一Y轴传送机构和第二Y轴传送机构也可以这种方式连接。
还可以设置用于沿X轴独立地移动头单元的头驱动单元。与一个头单元相应的至少两个一一对应的PCBs可被定位在输送器中。第二驱动单元可沿着Y轴移动X轴传送机构的另一端部以便第一虚线平行于第二虚线，其中第一虚线形成在多个PCBs上，并且连接与电子元件的特定安装位置相应的安装点，而第二虚线连接喷嘴，该喷嘴吸收将要被安装到特定安装位置的电子元件。
头单元可同时安装电子元件。
第一Y轴传送机构可进一步包括一连接到第一驱动单元的第一滚珠螺杆，其中第一滚珠螺杆根据第一驱动单元的驱动而旋转。第一滚珠螺杆可沿着Y轴设置，并且X轴传送机构的第一端部可连接到该第一滚珠螺杆。第二Y轴传送机构可进一步包括一连接到第二驱动单元的第二滚珠螺杆，其中第二滚珠螺杆根据第二驱动单元的驱动而旋转。第二滚珠螺杆可沿着Y轴设置，并且X轴传送机构的第二端部可连接到该第二滚珠螺杆。
通过参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征以及优点将变得更加明显，其中附图为图1是根据传统的元件安装器的Y轴传送机构和X轴传送机构的组合结构的示意性顶视图；图2是根据本发明一实施例的元件安装器的示意性透视图；图3是示于图2的第一和第二Y轴传送机构和X轴传送机构的一
具体实施例方式
参照图2和图3，其示出了一种根据本发明一实施例的元件安装器和提供给该元件安装器的传送结构，根据本发明一实施例的元件安装器10包括底座20，元件供给单元30，输送器40，至少两个头单元50，第一Y轴传送机构60，第二Y轴传送机构70，X轴传送机构80，第一驱动单元68，以及第二驱动单元78。
电子元件C由元件供给单元30提供，并且被安装在安装表面，例如设置在输送器上的PCB P。输送器40将至少一个PCB P传送到特定的安装位置。在一实施例中，多个PCB P被传送到安装位置并因此允许将电子元件C同时安装到多个PCBs P。
输送器40也可被安装到底座20。
在一实施例中，元件安装器10包括多个头单元50，该头单元具有至少一个用于从元件供给单元30拾取电子元件C并将它们安装到PCB P的喷嘴52。头单元50包括一用于垂直移动喷嘴52的Z轴操作机构和一转动喷嘴52的旋转机构(未显示)。因此，根据Z轴操作机构，旋转机构，第一和第二Y轴传送机构60，70，以及X轴传送机构80的操作，喷嘴52可从元件供给单元30拾取电子元件C，并将它们安装到设置于输送器40上的PCB P。
一相机54可提供给头单元50。相机54被安装以便其不会妨碍喷嘴52垂直移动并且执行对PCB P的基准点的常规摄影。
如图3所示，根据本发明一实施例的元件安装器10，可包括第一驱动单元68，其用于沿Y轴移动X轴传送机构80的第一端部；和第二驱动单元78，其用于沿Y轴移动X轴传送机构80的第二端部。
当需要平行移动X轴传送机构80的第一端部和第二端部时，只有用于移动X轴传送机构80的第一端部的第一驱动单元68被驱动。于是，X轴传送机构的第一端部和第二端部均可根据第一驱动单元68的驱动而被移动。而且，第二驱动单元78可独立于第一驱动单元68被驱动，从而独立地移动X轴传送机构的第二端部，以便X轴传送机构的第一端部和第二端部不会被置于水平线上。
第一驱动单元68和第二驱动单元78可被设置为以双伺服模式驱动。第一驱动单元68和第二驱动单元78也可被设置为独立地驱动。使用这种方法的实施例将通过参照图3来描述。第一Y轴传送机构60包括第一Y轴框架61，第一滚珠螺杆62，其安装到第一Y轴框架61以便沿Y轴方向延伸，以及与第一滚珠螺杆62平行设置的第一LM导轨(线性运动导轨)64。在一实施例中，第一驱动单元68，例如一伺服马达，被设置在第一滚珠螺杆62的一端并且驱动该第一滚珠螺杆62。
第二Y轴传送机构70，平行于第一Y轴传送机构60而被设置，包括第二Y轴框架71和第二滚珠螺杆62，其沿Y轴方向延伸到第二Y轴框架71，以及与第二滚珠螺杆72平行设置的第二LM导轨74。在一实施例中，第二驱动单元78，例如一伺服马达，被设置在第二滚珠螺杆72的一端并且驱动该第二滚珠螺杆72。
提供给X轴传送机构80的第三滚珠螺杆82的数量与安装到X轴框架81的头单元50的数量相等。而且，当头单元50沿X轴方向设置在不同位置时，它们可被安装到第三LM导轨84。
X轴传送机构80连接到第一Y轴传送机构60和第二Y轴传送机构70。特别地，连接到第一和第二滚珠螺杆62，72并且沿Y轴方向移动的第一和第二载体66，76，被设置在第一和第二Y轴传送机构60，70中。X轴传送机构80内的X轴框架81连接到第一和第二载体66，76。
在一实施例中，第一和第二Y轴驱动单元68，78可以双伺服模式来控制第一和第二Y轴传送机构60，70。第一和第二Y轴驱动单元68，78可分别独立地驱动第一Y轴传送机构60和第二Y轴传送机构70。从而，X轴传送机构80的两个端部可垂直地连接到第一Y轴传送机构60和第二Y轴传送机构70。通过独立地驱动第一Y轴传送机构60的第一滚珠螺杆62或第二Y轴传送机构70的第二滚珠螺杆72，第一和第二Y轴传送机构60，70沿Y轴方向移动并且可使X轴传送机构80倾斜于X轴而被设置。
优选的是，X轴传送机构80以及第一和第二Y轴传送机构60，70通过旋转连接件91，92连接以用于它们在该两连接件之间的旋转。例如，如图3所示，X轴传送机构80的X轴框架81和第一Y轴载体66可通过第一旋转连接件91连接在一起，X轴框架81和第二Y轴载体76可通过第二旋转连接件92连接在一起。在一实施例中，第一和第二旋转连接件91，92可以是对于较小的弹性位移或旋转接合的自适应元件，以便允许第一和第二Y轴载体60，70以及X轴框架81之间的相对旋转。在一实施例中，第一和第二旋转连接件91，92被包括以便使具有固定长度的X轴传送机构的扭应力最小化。
头单元50通过第一和第二Y轴传送机构60，70以及X轴传送机构80水平地移动。第一和第二Y轴传送机构60，70与Y轴平行地安装到底座20。X轴传送机构80平行于输送器40并被安装到第一和第二Y轴传送机构60，70以便沿Y轴移动。多个头单元50被提供给X轴传送机构80，并且头单元50安装到X轴传送机构80并可独立于X轴的方向可移动。
优选的是，为了提高元件安装器10的安装速度，多个头单元50同时下降并且提供给每一头单元50的喷嘴52同时安装电子元件。为此，与一个头单元50相应的至少两个一一对应的PCBs P可被定位到输送器40。
在一实施例中，如图4和5所示，X轴传送机构80的第一端部的Y轴位置值y5可能不同于X轴传送机构80的第二端部的Y轴位置值y6。也即，由于当输送器40被连接到底座20时所产生的安装公差，输送器40可能不平行于X轴而被设置，并且当PCB P在输送器40上移动时，X轴传送机构80可能不平行于输送器40而被定位。
因此，在本发明中，有可能需要根据特定安装位置的位置值来改变吸收电子元件的喷嘴52的位置值。为此，除了第一驱动单元68外，还提供了第二驱动单元78。第二驱动单元78允许X轴传送机构80相对手X轴倾斜以便使第一虚线L1平行于第二虚线，其中第一虚线形成在多个PCBs P上，并且连接与电子元件的特定安装位置相应的安装点Pm，而第二虚线连接喷嘴52a，该喷嘴吸收将要被安装到特定安装位置的电子元件C。这里，安装点Pm代表PCB或PCBs上的每一个元件的安装位置。安装点Pm的信息作为工作PCB的CAD数据通常被输入并存储在元件安装器上。因此，当不同的元件被同时安装在不同的PCBs上时，或者当不同的元件同时安装在PCB上时，通过判定连接安装点的第一虚线L1是否平行于第二虚线L2，可容易地发现安装位置的倾斜度。
特别地，安装到输送器40的多个PCB P的基准点Pm的Y轴位置值y3，y4可能互不相同，这是因为(i)输送器40与X轴倾斜预定的角度Φ或者(ii)由于一个PCB P倾斜地达到输送器，多个PCB P的Y轴位置值y3，y4可能互不相同。
因此，在本发明中，与PCBs相应的头单元50的喷嘴52a的Y轴位置值y1，y2与PCB P的Y轴位置值y3，y4是相同的，因为X轴传送机构80也与将PCB的安装点Pm连接到X轴的直线倾斜同样的角度Φ。
也即，由于输送器40的安装公差值和/或通过使X轴传送机构80从X轴弯曲少许而不改变其长度地将PCB P安装到输送器40上的安装公差，有可能不需增加与设置在输送器的不同X位置的PCB相应的轴，而简单的修正头单元的位置。
另一方面，元件安装器10可同时吸收设置在元件供给单元30上的多个电子元件C。在一实施例中，X轴传送机构80也可能倾斜同样的角度，其中由于第二驱动单元78独立于第一驱动单元68沿Y轴方向移动X轴传送机构的第二端部，电子供给单元30上的电子元件C倾斜于X轴。
在本发明中，有可能产生一个与相对于Y轴的直角不同的角度Φ，而不改变X轴方向的长度。即，如图5所示，如果假定X轴传送机构80的长度Lx为1000mm并且假定需要用来补偿在两个PCBs上的安装点的Y值偏差的y5和y6之间的最大偏差Ay为2mm，可以从方程式Lx’＝Sqrt(Lx2+Ay2)看出，X轴传送机构80的改变后的长度Lx’与X轴传送机构80的原始长度Lx的偏差(Lx’-Lx，ΔL)为2μm。因此，可从方程式F＝(A×E×ΔL)/Lx以及F×ΔL＝Es×Δy看出，第一和第二Y轴驱动单元68，78所需要的用于确保X轴传送机构80在X轴方向改变长度ΔL的额外力Fs为约1.198N。在该方程式中，A是X轴传送机构80的截面积，其值为约8681mm2，E为弹性模量，其值为69×103N/mm2。
在一实施例中，约1.198N的额外力不会使第一和第二Y轴驱动单元68，78的控制性能出现恶化。因此，有可能产生大于相对于Y轴为直角的角度Φ，而不改变X轴的长度。
根据本发明的一实施例，通过使用第一和第二Y轴驱动单元68，78而不增加例如输送器40的相分隔的轴的数量，根据输送器40的安装公差和PCB P的安装公差有可能调整头单元50的位置。因此，有可能同时将喷嘴52下降到两个或多个头单元50中，并且将电子元件C安装到PCB P，于是降低材料成本。
而且，为了根据PCB P的弯曲的位置而通过仅仅控制头单元50的位置，有可能增加头单元50的位置精度。
尽管本发明已通过参照示例性实施例被特定地示出和描述了，本领域普通技术人员可以理解，在不偏离由下述权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本发明可作出各种形式上和细节上的改变。
权利要求
1.一种安装元件的方法，该方法包括将头单元连接到主轴传送机构，其中该主轴传送机构的第一端部连接到第一副轴传送机构，并且该主轴传送机构的第二端部连接到第二副轴传送机构；在沿副轴的方向上移动主轴传送单元的第一端部；在沿副轴的方向上独立地移动主轴传送单元的第二端部；将元件安装到设置在靠近头单元的安装表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中主轴是X轴，而副轴是Y轴。
3.如权利要求1所述的方法，其中第一驱动单元被用于移动主轴传送单元的第一端部，而第二驱动单元被用于移动主轴传送单元的第二端部。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括沿着主轴移动头单元。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用输送器将多个安装表面传送至头单元。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用摄影装置来拍摄安装表面上的基准点。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括同时安装多个元件。
8.如权利要求3所述的方法，其中第一驱动单元和第二驱动单元以双伺服模式操作。
9.一种安装元件的装置，该装置包括底座；提供元件的元件供给单元；沿X轴方向连接到底座的输送器，该输送器将至少一个安装表面传送至安装位置；多个头单元，其中每一头单元包括至少一个用于从元件供给单元拾取元件并将该元件安装到安装表面的喷嘴；第一Y轴传送机构，其沿Y轴方向基本上平行于底座；第二Y轴传送机构，其沿Y轴方向基本上平行于底座；X轴传送机构，其中该X轴传送机构具有连接到第一Y轴传送机构的第一端部和连接到第二Y轴传送机构的第二端部；第一驱动单元，其用于控制X轴传送机构的第一端部沿Y轴的移动；以及第二驱动单元，其用于控制X轴传送机构的第二端部沿Y轴的移动，其中第二驱动单元控制X轴传送机构的第二端部独立于X轴传送机构的第一端部沿着Y轴移动。
10.如权利要求9所述的装置，其中通过元件供给单元提供的元件为电子元件。
11.如权利要求9所述的装置，其中安装表面是印刷电路板。
12.如权利要求9所述的装置，其中第一驱动单元和第二驱动单元以双伺服模式驱动第一Y轴传送机构和第二Y轴传送机构。
13.一种安装元件的装置，该装置包括主轴传送机构，该主轴传送机构具有第一端部和第二端部；至少一个连接到该主轴传送机构的头单元；第一副轴传送机构，其连接到主轴传送机构的第一端部；第二副轴传送机构，其连接到主轴传送机构的第二端部；驱动单元，其沿着副轴移动主轴传送机构，其中主轴传送机构的第一端部和第二端部中的一个沿副轴运行的距离大于另一个。
14.如权利要求13所述的装置，其中主轴是X轴，而副轴是Y轴。
15.如权利要求13所述的装置，其中驱动单元包括第一驱动单元，其连接到第一副传送机构以用于移动主轴传送机构的第一端部；和第二驱动单元，其连接到第二副传送机构以用于移动主轴传送机构的第二端部。
16.如权利要求15所述的装置，其中第二驱动单元与第一驱动单元互锁在一起，从而引起第一驱动单元驱动第二驱动单元。
17.如权利要求13所述的装置，进一步包括头单元驱动器，其连接到该头单元以用于沿着主轴移动该头单元。
18.如权利要求13所述的装置，进一步包括第一旋转连接件，其用于将第一副轴传送机构连接到主轴传送机构的第一端部；和第二旋转连接件，其用于将第二副轴传送机构连接到主轴传送机构的第二端部。
19.如权利要求15所述的装置，进一步包括沿副轴设置的第一滚珠螺杆，其中该第一滚珠螺杆连接到第一驱动单元以及主轴传送机构的第一端部；和沿副轴设置的第二滚珠螺杆，其中该第二滚珠螺杆连接到第二驱动单元以及主轴传送机构的第二端部。
20.如权利要求15所述的装置，其中第二驱动单元控制主轴传送机构的第二端部沿着副轴移动到一个位置，在该位置处，第一直线平行于第二直线，其中第一直线连接与安装表面上特定元件的安装位置相应的安装点，而第二直线连接多个头单元，所述头单元包括用于将元件置于安装表面上的喷嘴。
21.如权利要求13所述的元件安装装置，其中至少两个与一个头单元一一对应的印刷电路板被定位在一输送器上；和提供给至少一个头单元的喷嘴将电子元件同时安装到所述印刷电路板上。
22.如权利要求13所述的元件安装装置，其中至少一个头单元同时从元件供给单元安装电子元件。
全文摘要
提供了一种元件安装器。该元件安装器包括底座；元件供给单元；将至少两个印刷电路板传送至特定安装位置的输送器；多个具有至少一个喷嘴的头单元，该喷嘴用于从元件供给单元拾取电子元件并将其安装到印刷电路板；第一和第二Y轴传送机构；X轴传送机构，其中该X轴传送机构具有安装到第一Y轴传送机构的第一端部和安装到第二Y轴传送机构的第二端部；控制X轴传送机构的第一端部沿Y轴移动的第一驱动单元；以及独立于第一驱动单元控制X轴传送机构的第二端部沿Y轴的移动的第二驱动单元。
文档编号H05K3/30GK1805679SQ20051009148
公开日2006年7月19日 申请日期2005年8月12日 优先权日2005年1月14日
发明者李泰暎, 黄永洙 申请人:三星Techwin株式会社