CN1008681B - 电路元件安装系统 - Google Patents

Abstract

一个电路元件安装系统能利用来自CAD装置的数据，允许在印刷电路板上高密度地安装电路元件。该系统包括一个在其上抓牢电路元件的安装头部，并将电路元件安装在印刷电路板上，此外，该系统还包括一个控制系统，依靠输入到其上的电路元件安装数据，控制安装头部移动到印刷电路板上某一预定位置的操作，从而促使安装头部以正确的方式将电路元件安装在印刷电路板上。

Description

本发明涉及一种电路元件安装系统，更具体地说，本发明涉及一种适于控制电路元件安装头部的系统，借助从计算机辅助设计装置馈送的电路元件安装数据，无需变换数据，就可以有效地在一块基板上安装电路元件。

常规的做法是根据网格方法，在一块基板上或印刷电路板上进行电路元件，例如电容器、电阻器、晶体三极管等的安装。更具体地说，网格方法是在一块印刷电路板上，设想是一张相应于集成电路管脚间距的网格，而在网状物的交点上安装电路元件。可惜网格方法有一个缺点，即，由于只是在交点上安装电路元件，故在印刷电路板上显著地产生出无用空间，而无法进行高密度安装。

此外，在常规安装操作中，借助计算机辅助设计装置（此后称为“CAD装置”），依靠电路形成条件，例如根据电路图形的印刷电路板面积、电路元件类型、电路元件数目等等，将一个印刷电路或电路元件、导体图案，等等在印刷电路板上的安排 的自动设计步骤已经付诸实施;另一个步骤，借助自动安装设备，将电路元件安装在与导体图案一起形成的印刷电路板上，由于上述两个步骤是分开进行的，使得安装时不能充分利用从CAD装置得到的数据。

于是，非常希望发展一种电路元件安装系统，它能利用来自CAD装置的数据，在一块印刷电路板上安装电路元件和设计一个印刷电路。

简单地说，本发明提供了一种在印刷电路板上安装电路元件的方法。在该方法中，一个抓着电路元件的安装头部，根据CAD装置所提供的电路元件安装数据，移动到定位的印刷电路板上的预定位置，然后，依靠该数据，将该电路元件安装在印刷电路板上的预定位置。从CAD装置产生的数据可以包括一个用X和Y坐标表示的电路元件安装位置、一个用旋转角θ表示的电路元件安装状态、电路元件的配置和尺寸，等等。

本发明也提供了一种电路元件安装系统。该系统包括一个安装装置，它包括一个安装头部，用以抓住其上的电路元件，并将电路元件安装在印刷电路板上，该系统还包括一个控制系统，依靠输入到其上的电路元件安装数据控制安装头部使其移动到印刷电路板上的预定位置，促使安装头部按照预定的方式将电路元件安装在印刷电路板上。

因此，本发明的一个目的是要提供一种在印刷电路板上安装电路元件的方法，它能利用来自CAD装置的数据来安装和设计印刷电路，以完成高密度的安装。

本发明的另一个目的是要提供一种电路元件安装系统，它能利用来自CAD的数据来设计印刷电路和安装电路元件，从而完成高密度的安装。

本发明再一个目的是要提供一种电路元件安装系统，它能根据任意的方法，在印刷电路板上进行安装电路元件。

本发明还有另外一个目的是要提供一种电路元件安装系统，它能有效地消除印刷电路板上安装电路元件的误差。

本发明尚有另一个目的就是要提供一种电路元件安装系统，它能以极高的密度在印刷电路板上安装电路元件。

本发明仍然再一个目的是要提供一种电路元件安装系统，它能以简单的结构完成上述目的。

本发明还有的其它目的和优点部分是显而易见的，这部分则容易从说明书加以了解。

因此，本发明包括了诸步骤和一个或多个这些步骤中的相互关系，本发明的系统体现了结构的特点、元件的组合和适于进行这些步骤的部件安排，所有这些都作为例子在下列详述中加以公开，而本发明的范围将在权利要求中指出。

为了更全面地了解本发明，可连同附图一起参阅下列说明，图中：

图1是方框图，说明本发明一个电路元件安装系统实施例中所用的控制系统;

图2是安装部件的平面示意图;

图3是安装头部平面示意图;以及

图4是本发明电路元件安装系统操作方式的流程图。

现将参考附图，在下文叙述本发明的电路元件安装系统。

图1是可在本发明的电路元件安装系统中使用的控制系统的一个实例。图1中说明的控制系统包括一个CAD装置10，它所具有的电路形成条件，是在预定的输入CAD装置中的电路形成方案的基础上确定的，因此，它可以用来产生一个电路元件安装数据，用以在例如一块印刷电路板一类的基板上自动设定电路元件的安装位置和状态。这些条件包括例如一块印刷电路板的面积、电路元件类型、电路元件数目，等等。

CAD装置10在电气上连到一个程序控制器12，使得由CAD装置10产生的电路元件安装数据可以加到程序控制器12。该数据包括，例如一个用X和Y坐标表示的电路元件安装位置、一个用旋转角θ表示的电路元件安装状态、电路元件的配置和大小，等等。旋转角θ可以表示为从所得参考状态，例如，将电路元件以平行于电路板长边的方式安装在一块印刷电路板上作为参考状态的旋转角。已经从CAD10将上述数据加到其上的程序控制器12，根据电路元件安装秩序，产生一位置数据，例如各电路元件安装位置的X和Y坐标的值、各电路元件的一个旋转角度，等等。

程序控制器12然后连到一个操作顺序控制部件14以控制与图2所示的安装部件18有联系的驱动机构16的操作顺序，控制图3所示的安装头部，等等，使得从程序控制器12产生的位置数据 可以加到操作顺序控制部件14。驱动机构16包括，例如一个气缸、一个旋转轴，等等。此外，程序控制器12还连到位置校正操作电路22，然后将它连到一个X方向驱动控制部件24、一个Y方向驱动控制部件26和一个θ角驱动控制部件28，上述三个部件装在安装部件18里并用来控制马达M1、M2和M3，以分别驱动安装部件18的一个X方向驱动轴、一个X方向驱动轴和一个θ角驱动轴，使得从程序控制器12产生的数据可以通过位置校正操作电路22而加到控制部件24、26和28。

图1中所示的控制系统也包括一个连到位置校正操作电路22的基板位置读出部件。在说明的实施例中，基板位置读出部件包括一个连到电路22的数据处理器30和一个连到数据处理器30的光传感器32。光传感器32的作用是读出印刷电路板上的一个位置。使用传感器32所读出的数据，使数据处理器30适以判断在基板或印刷电路板上电路元件安装位置处是否备有足够安装电路元件的地方或空间。可以用数据的图形处理或类似方法作出判断。该判断被加到位置校正操作电路22。

此外，图1的控制系统包括一个也被连到位置校正操作电路22的电路元件位置读出部件，在已说明的实施例中，该读出部件包括一个连到电路22的数据处理器34和一个连到数据处理器34的光传感器36。光传感器36的作用是检测吸牢在安装头部20的电路元件状况。数据处理器34适以通过图形处理等对传感器36读出的数据进行处理。然后将数据处理器的一个输出加到位置校正操作电路22。

考虑到从基板位置读出部件和电路元件位置读出部件所供应的数据，位置校正操作电路22判断何时要校正由程序控制器12加到其上的位置数据，并在需作任何校正数据时校正位置数据。然后将位置数据或校正过的数据起码加到X方向驱动控制部件24、Y方向驱动控制部件26和θ角驱动控制部件28中的一个部件上。

在图1中，参考数字38表示操作程序控制器12用的控制盘。

如图2所示的安装部件18包括一个装在底座40上的X-Y工作台，并在其上装有一个X方向驱动部件42和一个Y方向驱动部件44，安装部件也包括安排在X-Y工作台上的安装头部20。在安装部件18附近，安置着一个电路元件馈送部件46，它包括一个部件馈送器、一个送带器、一个储料匣，等等，此外，沿着安装部件18的底座40，也安置着一个基板运载部件48，用来将印刷电路板P各按它们的顺序和位置送到安装部件18，使各块印刷电路板都处于要在其上安装电路元件的位置。

在被说明的实施例中的安装头部20被制成具有读出电路元件和印刷电路板二者位置的功能。更具体地说，如图3所示的安装头部20包括一个电路元件抓牢装置50，它能在其上吸牢电路元件，并随一间歇旋转轴52间隙地旋转，该安装头部还包括一个基板位置读出器54，它构成图1中所示的光传感器32，并随旋转轴52旋转。

电路元件抓牢装置50包括一个调整角度用的角度调整轴56，将电路元件以这个角度安装在印刷电路板上，并随间歇旋转轴52间歇地旋转。抓牢装置50适于在位置A处在其上吸牢电路元件，并将元件在位置C处安装在印刷电路板上。

基板位置读出装置54或传感器32包括一个照明设备58和一个传感头60，并适于在电路元件抓牢装置50之前随旋转轴52间歇地旋转，以读出印刷电路板上在位置C处的电路元件安装位置。

安装头部20也包括一个构成图1所示的光传感器36并固定在位置B处的电路元件位置读出装置62。电路元件位置读出装置62包括一个照明设备64和一个传感头66，并适以读出旋转到位置B的电路元件抓牢装置50的电路元件抓牢状态。

旋转轴52的间隙旋转是借助换挡马达（indexmotor）68来实现的。

现要参看图1至4在下文说明如上述结构的电路元件控制系统操作方式。

例如，一个以X和Y坐标表示其电路元件安装位置、以旋转角θ表示其电路元件安装状态、电路元件的配置和尺寸上的以及由CAD装置10产生的诸如此类的数据，被加到程序控制器12。然后，程序控制器依靠要安装的电路元件类型，在由CAD装置10所供应的数据加到其上的基础上，产生一个位置数据，例如电路元件安装位置的X和Y坐标值和旋转角θ的一个值，等等。于是， 将这样产生的位置数据加到安装部件18上。

已在其上馈入位置数据的安装部件18然后根据例如图4所示步骤进行安装操作。更具体地说，安装头部20的电路元件抓牢装置50在其上抓着一个由程序控制器12所指定的并由电路元件馈送部件46在位置A以吸入方式所供应的电路元件。

然后，安装头部20的旋转轴52旋转了90度的角度，促使电路元件抓牢装置50移至位置B，在该处的电路元件位置读出装置62或光传感器36读出检测抓牢装置50的电路元件抓牢状况。

借助基板运载机构48，将运到安装部件18的一块印刷电路板P在一预定地方停下来定位。基板位置读出装置54或光传感器32判断或检测这样运来的印刷电路板P在其上的一个电路元件安装位置处是否提供了足够的地方或空间，以便在其上安装抓在电路元件安装部件上的电路元件。

根据基板和电路元件位置读出装置54和62的输出，位置校正操作电路22判断何时需要校正各个电路元件和印刷电路板的位置状况，在需要校正时，就进行校正位置状况的计算，使得安装头部可以在位置上加以控制，以便获得的最终位置数据包括校正过的电路元件安装位置的X和Y坐标值、电路元件旋转角，等等在内。然后将安装头部20的旋转轴52旋转90度的角度，促使电路元件抓牢装置50处于位置C，降低在该处的抓牢装置，将电路元件安装在印刷电路板P上。

之后，升起电路元件抓牢装置50，然后再将旋转轴52旋转180度，促使抓牢装置50返回到位置A。

在说明过的实施例中，将位置A、B和C设定位在90度的间隔。但这些位置也可以设定在其他适合的，例如45度的角度间隔。

从上述可以看出，本发明的电路元件安装系统要做得使安装头部可以依靠CAD装置所提供的电路元件安装数据移动到基板或印刷电路板上的预定位置。因此，本发明允许将常规网格方法变换为任意的方法，在常规网格法中，进行电路元件安装位置在交点处的检测和控制受到限制。反之，本发明促使电路元件在任一位置、任一状态或任一旋转角θ下进行安装，并促使安装位置根据CAD装置的工作面控制进行检测和控制。更具体地说，本发明在印刷电路板上安装电路元件是根据工作面控制确认电路元件在板上的位置后进行的，使得重复安装和元件间的接触可以有效地加以消除，以完成高可靠性的安装。此外，本发明的另一个优点是，电路元件即使超出其容限时，也可以防止任一故障发生，这是因为，要在印刷电路板上安装电路元件的尺寸和地方，在安装前已经检测过。

此外，正因为要在印刷电路板上安装电路元件的地方是事先检测过的，故本发明有效地防止任一安装上的误差，使得可以使用一种非变换的方法或归纳推理法而能自动避免安装误差。

另外，本发明允许对印刷电板上的电路元件安装位置检测，使得安装可在最小距离进行。

此外，如上所述，本发明的电路形成条件，例如印刷电路板的面积、电路元件的类型、电路元件数等等是根据电路图形输入到CAD装置的，故CAD装置能促使电路元件安装位置自动设置在印刷电路板上，并在检查安装步骤后开始安装工作，使极高密度的安装得以完成。

于是，可以理解上面提出的目的（它们当中已从先前的叙述搞清楚）实际上是可以达到的，而且，因为可以在不偏离本发明的精神和范围下改变上述结构，其意图是使包含在上面叙述的或附图所示的所有事物理解为解释用的而不是限制性的事物。

也要理解的是，下列权利要求是要把本文所叙述的本发明所有一般和具体的特点包罗在内，而且要把本发明范围的所有论点（在行话上说成是属于范围内的发明）包罗在内。

Claims (4)

1、一种电路元件安装系统，包括：

一个安装装置，包括一个在其上抓牢电路元件并将电路元件安装在印刷电路板上用的安装头部；

以及

一个控制系统，依靠输入到其中的电路元件安装数据，控制所说安装头部移动到所说印刷电路板上的预定位置，促使所说安装头部将所说电路元件安装在所说印刷电路板上；

其特征在于，所说安装头部包括：

一个电路元件抓牢装置，通过彼此按顺序隔开一角度的一个第一位置、一个第二位置和一个第三位置，可间歇地旋转，所说电路元件抓牢装置在所说第一位置将所说电路元件抓住，在所说第三位置将所说电路元件安装在所说印刷电路板上；

一个固定在所说第二位置的电路元件位置读出装置，在所说第二位置检测所说电路元件抓牢装置的电路元件抓牢状况；以及

一个基板位置读出装置，在所说电路元件安装在所说印刷电路板上之前，借助所说电路元件抓牢装置，检测在第三位置处所说印刷电路板上电路元件安装位置。

2、如权利要求1所规定的系统，其特征在于，所说控制系统包括：

一个CAD装置，依靠预定的电路形成方案，产生一个电路元件安装数据;

一个连到所说CAD装置的程序控制器，从所说CAD装置接收所说数据，所说程序控制器依靠来自所说CAD装置的所说数据，产生一个为在所说印刷电路板上安装所说电路元件所必需的位置数据;

一个控制所说安装装置的驱动机构用的操作顺序控制部件，所说操作顺序控制部件被连到所说程序控制器，以便从所说程序控制器接收所说位置数据;

一个连到所说程序控制器的位置校正操作电路，以便从程序控制器接收所说位置数据;

一个连到所说位置校正操作电路的基板位置读出部件，所说基板位置读出部件，依靠来自所说安装头部的所说基板位置读出装置的数据，判断在所说印刷电路板上的所说预定位置，是否为所说印刷电路板提供了安装所说电路元件的足够地方，并将判断结果提供给所说位置校正操作电路;

一个连到所说位置校正操作电路的电路元件位置读出部件，所说电路元件位置读出部件依靠来自所说电路元件位置读出装置的数据，检测所说安装头部的所说电路元件抓牢装置的电路元件抓牢状况，并将它提供给所说位置校正操作电路;

所说位置校正操作电路，考虑到由所说基板位置读出部件和所说电路元件位置读出部件提供的输出，判断何时需要校正由所说程序控制器所提供的所说位置数据，在需要时，就校正所说位置数据;以及

一个驱动控制部件，除了连到所说位置校正操作电路以在其上接收一个输出外，还连到所说安装装置以便依靠所说输出去控制它。

3、如权利要求2所规定的系统，其特征在于，由所说CAD装置所产生的所说数据包括一个用X和Y坐标表示的电路元件安装位置和一个用旋转角θ表示的电路元件安装状态。

4、如权利要求1所规定的系统，其特征在于，所说安装头部包括一个在所说印刷电路板上检测一个电路元件安装地方的传感器。

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