CN1106035C - 元件装配装置 - Google Patents

Abstract

一元件装配装置，把一组元件台上放置的元件装配到印刷电路板上，元件装配装置包括：安装好并能在元件台和印刷电路板之间移动的装配头，具有拾取元件的吸取装置和修正所支撑元件位置的位置测定夹头；在装配头移动范围内的摄像装置，有接收吸取装置支撑元件图像的摄像机；及在装配头移动范围内安装的遮光罩，可拆下地安装在装配头上，装配头由位置测定夹头夹住，其中吸取装置支撑元件的位置可通过位置测定夹头或处理摄像机接收的图像数据来有选择地修正。

Description

元件装配装置

                        技术领域

本发明涉及一种元件装配装置，特别是涉及一种自动地把象半导体器件这样的电子元件装配在印刷电路板上的装置。

                        背景技术

称为装配机的元件装配装置用于把象半导体器件、二极管、电容器或电阻器这样的电子元件装配在构成整套组件板的印刷电路板上。该装配装置包括一导轨，该导轨用于引导印刷电路板设定在一预定位置上，并用于构成一电路板支撑台；一元件台，用于支撑要装配在印刷电路板上的各种元件；以及一装配头，该装配头可水平移动，运载来自元件台的电子元件，并把这些电子元件装配在该印刷电路板上。

一组吸嘴或吸头，用于利用真空吸力拾取电子元件，这些吸头安装在装配头上，从而能相对电路板支撑台和元件台上下移动。

装配头具有一个位置测定夹头，即一个位置测定机构，用于测出由吸头拾取和支撑的状态中所拾取的电子元件所处的位置，从而使该电子元件在相对吸头的一预定位置上定位，目前已存在这种夹头。随着吸头的上举，位置测定夹头利用位置测定规把电子元件放在旁边。在由上述机构确定元件位置后，不需要装配高精度的电子元件就被装配在一印刷电路板上。

同时，根据电子元件的型号，需要在以高精度用吸头拾取元件时把元件装配在印刷电路上。在这种情况下，采用光学检测法确定电子元件是否已经在吸头的预定位置上被拾取。即，用一摄像机测定电子元件的中心是否对准吸头的中心以及有多少电子元件相对该吸头转动，从而确定电子元件的位置。

处理摄像机的图像数据，并测定在水平方向上相对于吸头的基准位置而言被拾取的电子元件的偏差量。然后，在把所拾取的电子元件放到印刷电路板的装配位置上的过程中修正该偏差量，从而使电子元件准确地安装在印刷电路板上。这种通过图像处理的位置修正比所述位置修正要占用较多的时间，但能更精确地完成位置测定。

用于采用摄像机接收元件图像数据的方式有二种方式，一种为后置光型或透视型，光源被安置在摄像机的对侧，使光照穿过电子元件透射，另一种为前置光型，或反射型，光源被安置在摄像机侧，使光照从电子元件反射后由摄像机接收。

在现有技术中，摄像机安装在装配装置的底部，光源安装在装配头上，从而构成后置光型的图像处理。在这种情况下，当安装在装配头上的吸头拾取电子元件之后，通过处理由摄像机接收的电子元件的图像数据，确定电子元件是否相对于吸头在预定位置上被拾取。当光源被安装在如上所述装配头上时，多个装配头中的任一个可作为专用于图像的头。因此相对于同一尺寸的装配头，将减少装在其上的吸头数，降低了元件的装配速度和工作效率。

然而，其所拾取的位置被图像处理精确确定的元件仅占安装到印刷电路板的众多电子元件中的一小部分，所以，相对于众多的电子元件不能完成位置测定过程，因此，当在安装头上装配一光源，使安装头的一部分成为专用于图像处理的头时，必定减少吸头数量，降低了整体装配速度和工作效率。

当把摄像机安装在装配装置的底部时，在电路板支撑台和元件台之间安装摄像机。在从元件台上所拾取的电子元件被运载到电路板支撑台时，接收到图像。如果在电路板支撑台和元件台之间安装摄像机，元件装配装置水平方向上的尺寸必须做得较大，因此，由于电子元件的运动轨迹加长了，则降低了装配速度。

如上所述，在吸头上安装位置测定夹头的情况下，当使用前置光型(反射型)摄像机时，不仅电子元件的图像，而且位置测定夹头的钩部的图像也被接收，以致于由装配头拾取元件的有关图像不能得到处理。

                       发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种元件装配装置，它能在较短时间内在一块印刷电路板上装配多个电子元件，从而改善电子元件的装配效率。

因此，为了达到上述目的，在此提供一种元件装配装置，把由一组元件台上支撑的元件装配在一块印刷电路板上，该元件装配装置包括：

一个安装在元件台和印刷电路板之间可移动的装配头，该装配头具有一吸取装置，该吸取装置用于拾取元件，还具有一位置测定夹头，该夹头用于修正所支撑元件的位置；

一个安装在装配头移动范围内的摄像装置，它具有一个用于接收由吸取装置支撑元件图像的摄像机，以及；

一个安装在装配头移动范围内的遮光罩，它可拆开地安装在装配头上，并被位置测定夹头夹住。

其中，可利用位置测定夹头，或摄像机所接收的图像数据有选择地修正吸取装置所支撑元件的位置。

                        附图说明

参照相应的附图，通过对最佳实施例的详细描述，本发明的目的和优点将变得更加明了。

图1是一平面视图，它表述根据本发明一个实施例的一种元件装配装置的结构；

图2是图1所示的元件装配装置的正视图；

图3A和3B分别表示图1和2所示装配头端头的透视图和平面视图；

图4表示一摄像装置的正视图；

图5A和5B分别为图4所示摄像装置的左、右侧视图；

图6为图4所示摄像装置的纵截面图；

图7是沿图6VII-VII剖视图；

图8A和8B分别为表示遮光罩的透视图和截面侧视图；

图9A到9D为解释根据本发明由吸头拾取元件过程的截面图；及

图10A到10D为解释根据本发明在印刷电路板上装配元件过程的截面图。

                     具体实施方式

图1表示根据本发明一个实施例的一种元件装配装置。图2是图1的正视图。该元件装配装置包括两个水平支撑件1和2，这二个支撑件平行布置，两个导轨3和4分别被固定到水平支撑件1和2上，如图2所示。横担5与水平支撑件1和2正交伸延，其端部与导轨3和4连接。横担5可沿水平支撑件1和2由导轨3和4引导在Y方向移动。头部单元6被安装横担5上，可沿横担5由其引导在X方向移动。

为了在Y方向上驱动横担5，由电机7驱动的丝杠8安装到水平支撑件2上并可转动，而丝杠8与横担5的端部螺旋联结。在端部具有小齿轮11和12的啮合轴10与横担5平行地安装，小齿轮11和12与齿条13和14相啮合，齿条13和14分别被固定到水平支撑件2和1上。齿条13定位在图2所示的导轨4上。因此，当电机7驱动丝杠8时，横担5在Y方向移动，从而，分别与齿条13和14啮合的齿轮11和12转动，从而使横担5在水平支撑件1和2正交的Y方向移动。

另外一个丝杠15安装在横担5上并可转动，丝杠15沿X方向驱动头部单元6，丝杠15与头部单元6螺旋联结。电机通过一同步带驱动丝杠15，该同步带连接安装在电机16轴上的皮带轮(未示出)及丝杠15的皮带轮(未示出)上。

在水平支撑件1和2的下部，安装了两个相互平行伸延的导引件21和22，它们与水平支撑件1和2正交。导引件21和22构成一个用于在X方向运载印刷电路板20的传送装置。由引导件21和22引导的印刷电路板20被运载到印刷电路板台的预定位置上，对应印刷电路板20的尺寸，一个导引件21可与另一个导引件22合并或分开。

在导引件21和22构成的传送装置两侧，安装支撑电子元件(W)的多个元件台23。为了把每个元件台23的电子元件装配在印刷电路板20上，在头部单元6上安装一组装配头24。

如图2所示，每个装配头24具有一吸头25，即吸嘴，它能上下移动。所以，吸头25可拾取一个元件台23上的电子元件(W)，并在横担5沿水平支撑件1和2在Y方向移动的同时，装配头24沿横担5在X方向移动时，把电子元件(W)装配到印刷电路板20上。即，吸头25下降到元件台23处，拾取电子元件(W)，然后带着所拾取的元件上移并移动到印刷电路板20的预定位置上。然后，吸头25在该预定位置上下降，使电子元件(W)装配到印刷电路板20上。吸头25有一空腔26，它连接到一真空泵27，该真空泵27产生拾取电子元件的真空。

图3A和3B表示一位置测定装置，即，一个安装在装配头24端头的位置测定夹头24a。如图所示，吸头25安装在装配头24上并能上下移动，位置测定规30围绕吸头25的四个方向，径向安装在装配头24的位置测定夹头24a上。每个位置测定规30可径向移向吸头25的中心或从其移开，每个位置测定规30有一个用于小元件的内钩30a和用于大元件的外钩30b。位置测定夹头24a能相对装配头24上下移动。

吸头25拾取的电子元件(W)被其端部支撑，并当吸头25退回到装配头24时这些元件被从元件台23举起。这时候，位置测定夹头24a的每个位置测定规30向吸头25径向移动。因此，虽然所拾取的元件可在偏离吸头25中心的位置上或转动，但均可由位置测定规30的移动实现电子元件的位置调节，由此电子元件可定位在吸头24a的正中心并可修正其转动偏差。

如图1所示，一组元件台23被布置在由导引件21和22构成的传送装置的任一侧，元件卷(未示出)被布置在每个元件台23上，元件卷是以卷绕粘合带的形式以预定间距粘合起来的电子元件。另外，电子元件也可根据元件种类由一托盘支撑。

如图4-7所示的摄像装置31替代元件卷装配在这组元件台23的任意位置上。在每个元件台23上，安装具有垂直和水平部32a和32b的支撑框32，如图6所示，在垂直和水平部32a和32b上分别有安装孔33和安装缺口34。一个插入安装孔33的定位销36被安装在摄像装置31的元件35的侧面上，另一个插入安装缺口34的定位销37安装在底面上。

为了把摄像装置31可拆卸地安装到支撑架32上，把一接合螺丝38可转动地固定到机体35上。接合螺丝38的一端由支撑件41支撑，支撑件41与机体35用螺丝接合，旋钮42被固定到接合螺丝的另一端。接合螺母43与接合螺丝38接合，并由接合件44固定钩住，接合件44被固定到支撑架32上。接合件44由一棒形件构成，该棒形件沿直线被固定到全部元件台23上。

因此，为了将摄像装置31与支撑架32相接合，接合螺母43通过旋钮42的转动移动到由图6的假想线所指示的位置。然后，当定位销36和37分别插进安装孔33和安装缺口34之后，接合螺母43通过旋钮42的转动移动到图6实线所指示的位置。同时，利用反向转动旋钮42，可从支撑架32上拆卸摄像装置31。

具有一转动镜头单元和图像接收单元的摄像机45在台座40外被固定到摄像装置31上。在摄像装置31中，镜片46被固定在可转动镜头的前方，因此，电子元件的图像通过镜片46以90°角的反射到达摄像机45的图像接收单元。

对应镜片46，图像引导件47被固定到摄像装置31上，一组由LED构成的光源48被排列在图像引导件47下部的内圆周上。因此，通过由吸头25拾取的电子元件(W)在图像引导件47上的定位，可以测定相对于吸头25的电子元件(W)(图2)的位置。标号49代表防尘玻璃，使尘埃不落到镜片46上。

工具板50安装在摄像装置31上，遮光罩51放在其上。如图8A和8B所示，遮光罩51具有带4个钩指52的钩形辅助板53及遮光板55，遮光板有一孔54。板53和55结合成一体。

如图6所示，用于支撑的凹进部56在工具板50内形成，在这个位置上放置遮光罩51，接收帽部的凹槽57在凹进部56的中心部形成。在接收帽部的凹槽57中，设有一帽部58，当遮光罩51安装在装配头24上时，该帽部用来提升遮光罩51。

根据本发明的元件装配装置的操作包括以下步骤。如图9A到9D，10A到10D所描述的，把遮光罩连接到装配头上，然后通过吸头拾取元件，把元件装配到印刷电路板上，例如摄像装置31安装在图1中的元件台23a上。

参照图9A到9D，在图1和2所示的头部单元6上安装的三个装配头24之一最初移动到放置在工具板50上的遮光罩51上方。这样的话，横担5(见图1)沿Y方向移动，同时头部单元6沿X方向移动。在这种状态下，装配头24的吸头25下降并接触如图9A所示的帽部58的表面，因为图2中所示的真空泵27被连接到吸头25上，所以由吸头25拾取帽部58。

然后，当吸头25向上后退，由帽部58举起的遮光罩51上升到如图9B所示的位置测定夹头24a。在该位置上，如图9C所示，当位置测量规30通过位置测定夹头24a的操作接触到遮光罩51的钩指52时，由位置测定夹头24a夹住遮光罩51。

当由位置测定夹头24a的夹紧完成时，如图9D所示，吸头25下降到工具板50的帽部接收凹座57，然后，通过停止吸头25的真空吸引，从吸头25上释放帽部58。因此，完成了把遮光罩51安装到装配头24的位置测定夹头24a下部的工作。

然后，在提升吸头25之后，或提升之时，吸头25水平移过图1所示的元件台23b。图10A表示直接定位在元件台23b的电子元件(W)之上的吸头25。如图10B所示，吸头25下降，使得吸头25的端头能接触到电子元件(W)的一个表面。同时，由吸力来拾取元件。

同样，当提升吸头25之后，或提升之时，吸头水平移过摄像装置31，摄像装置31安装在元件台由标号23a(图1)所示的位置上，如图10C所示，为了直接在图像接收单元47之上定位所拾取的电子元件。在这种状态中，当前置灯型的摄像机45(见图6)工作时，因为位置测定规30被遮光罩51盖住，则仅仅有元件的图像数据被输入给摄像机45。最好是，遮光罩51的底表面是黑色的且没有抛光，使来自光源48的光不由其反射。

根据图像数据输入获得电子元件(W)偏离吸头25的偏差量，从所得到的结果，能计算出相对电路板20上装配位置的元件(W)的修正值。因此，修正在X和Y方向上装配头的移动量，同时修正吸头25的转动。

在图10D中，根据修正值把电子元件(W)移到印刷电路板正上方，吸头下降把元件装配在印刷电路板20的预定位置上。当完成元件(W)的装配后，利用带有遮光罩51的摄像机45继续装配其它的元件，遮光罩51由位置测定规30夹住。

同时，当不用摄像机45进行电子元件的装配时，由位置测定规30夹住的遮光罩51被放回到工具板50的凹部56。如在图9A到9D所示的相反步骤能完成把遮光罩51放回凹部56的过程。即，如图9D所示，由吸头25拾取帽部接收凹座57支撑的帽部58之后，吸头25退回，使帽部58能接触到遮光罩51，如图9C所示。然后，如图9B所示，在位置测定夹头24a的位置测定规30从钩指52上释放开之后，如图9A所示吸头下降，同时把帽部58放在帽部接收凹座57上，把遮光罩51放在凹部56上。

在不利用摄像机45把电子元件(W)装配到印刷电路板20上的情况下，通过位置测定夹头24a修正由吸头25提升元件(W)的位置偏差。

当随着吸头25拾取电子元件(W)而操作位置测定夹头24a时，如图3所示的四个位置测定规30靠近电子元件(W)。因此，由于通过位置测定规30在其四个侧边紧靠电子元件(W)加压，来修正电子元件的位置和旋转偏差。在位置修正之后，或正在修正时，装配头24水平移到印刷电路板20的预定位置上，吸头25下降，借此，把元件装配到印刷电路板20上。

在装配电子元件时，根据所装配的元件类型做出测定，从而决定是否要利用摄像机45接收元件的图像数据来修正元件的装配位置，或者利用位置测定夹头24a机械修正由吸头25拾取的元件位置。最好是，由操作者按照电子元件的类型操纵控制板来选择摄像机45的使用与否，该控制板用于控制装配装置的运行。

如上所述，根据本发明的元件装配装置中，因为包含光源的摄像装置固定到元件装配装置的底部，并被布置在装配头的相对位置处，位于装配头的水平移动范围内。没有必要在装配头侧安装一个专用于图像的机头，由此可节省空间用于装配头。结果，能安装更多的装配头，从而提高装配效率。

同样，通过在一组元件台的一侧装摄像装置，则没有必要在元件台和电路板支撑台之间安装摄像机。因此，元件装配装置的尺寸可达最小，同时，因为缩短了装配头的移动距离，提高装配效率。

同样，因为在由吸头支撑的元件状态下，借助于位置测定规可迅速修正元件的位置。

进一步讲，通过机械测定由吸头拾取的电子元件位置，而采用位置测定规支撑遮光罩，在背景图像完全移走状态下，利用具有高精度的前置光型摄像机，可接收元件的图像数据。

此外，因为可通过位置测定规修正元件位置的方法，或由摄像机接收元件图像修正的方法，所以可提高根据电子元件类型把其装配在印刷电路板上的装配效率。

Claims (7)

1、一种元件装配装置，用于把由一组元件台上放置的元件装配到一印刷电路板上，所述的元件装配装置包括：

一个安装好的可在所述元件台和所述印刷电路板之间移动的装配头，它具有一个用于拾取元件的吸取装置和用于修正所支撑元件位置的位置测定夹头；

一在所述装配头移动范围内的摄像装置，它具有一个用于接收所述吸取装置支撑元件图像的摄像机；以及

一在所述装配头移动范围内的遮光罩，它可拆下地安装在所述装配头上，并由所述位置测定夹头夹住，其中当所述遮光罩安装在装配头上时，其覆盖所述位置测定夹头；并且

其中，所述吸取装置支撑元件的位置可通过使用所述的位置测定夹头或通过处理所述摄像机接收的图像数据有选择地实现修正。

2、如权利要求1所述的元件装配装置，其中，所述吸取装置在所述遮光罩安装在所述装配头上的方式下拾取元件。

3、如权利要求2所述的元件装配装置，进一步包括一用于支撑所述遮光罩的帽部，当所述吸取装置拾取和提升时，把所述遮光罩装在所述装配头上。

4、如权利要求2所述的元件装配装置，其中，所拾取元件的位置及旋转偏差可通过处理所述摄像机接收的图像数据来修正。

5、如权利要求2所述的元件装配装置，其中，用于支撑所述遮光罩的工具板在所述摄像装置上形成。

6、如权利要求1所述的元件装配装置，其中，所述位置测定夹头靠近所述拾取的元件，并用其侧边抵靠元件施加压力，由此来修正元件的位置和旋转偏差。

7、如权利要求1所述的元件装配装置，其中，所述摄像装置包括一机体，该机体有一装在其上的摄像机及在其上表面上的图像引导件，和一个用于变换光路而装在所述图像引导件和所述摄像机之间的镜体。

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