电子器件安装装置 本发明涉及一种用来将电子器件自动地安装到印刷电路板上的装置。
一种已知的电子器件安装装置包括：一电子器件供给部；一安装头；以及一安装部。一印刷电路板放置在所述安装部的内部。所述安装头可将各电子元件(电子器件)从所述电子器件供给部运送到安装部，并将各电子元件安装在所述印刷电路板上。所述安装部设置有一XY工作台，用来使所述印刷电路板在一水平平面内的两个垂直方向移动。所述XY工作台是可旋转的。
在这种已知的电子器件安装装置中，当由所述安装头所保持住的一电子元件的实际状态与一理想状态有所不同时，或者当需要将一电子元件倾斜地安装到所述印刷电路板上时，所述XY工作台可从一通常位置开始旋转。具体地说，在由所述安装头所保持住的电子元件的实际状态与理想状态有所不同时，是将所述电子元件运送到所述安装部内的所述印刷电路板上方的位置上，但其实际状态仍不同于所述理想状态。这时，使所述XY工作台从其通常位置旋转，以补偿由安装头所保持住的电子元件的状态误差。然后，使所述安装头朝着所述印刷电路板的方向下降，并藉助所述安装头将电子元件安装在其上。
使XY工作台旋转来补偿状态误差的这样一种作法将使得安装每一电子元件需花费较长一段安装时间。需花费较长安装时间的原因如下所述。所述XY工作台较大且较沉重。因此，XY工作台开始旋转和其停止旋转之间的时间间隔就相对较长。在XY工作台停止旋转之后，安装头就开始朝着印刷电路板下降。因此，这种已知的电子器件安装装置的安装速度或速率通常都较低。
本发明的一目的在于提供一种具有高安装速度或速率的电子器件安装装置。
本发明的第一方面提供了一种电子器件安装装置，它包括：一电子器件供给部；一用来将各电子器件从电子器件供给部运送出去的安装头，所述安装头包括多个能分别保持住各电子器件的吸嘴；一能使所述安装头将各电子器件安装到一电路板上的电子器件安装部；用来使每一吸嘴旋转地第一装置；以及用来使每一吸嘴向上和向下移动的第二装置。
本发明的第二方面以其第一方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，所述第一装置包括：一设置在每一吸嘴的外圆周表面上的小齿轮，以及一与所述小齿轮相啮合的齿条。
本发明的第三方面以其第2方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，所述齿条包括：一第一齿条板；一可滑动地叠置在第一齿条板上的第二齿条板；以及用来将第二齿条板相对于第一齿条板朝着平行于第一齿条板的方向推的装置。
本发明的第四方面以其第三方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，它还包括用来将每一吸嘴朝着吸嘴旋转方向推的第三装置。
本发明的第五方面以其第二方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，各吸嘴的位置分别与齿条齿的齿节的整数倍相对应。
本发明的第六方面是以其第一方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，每一吸嘴均包括：一外筒、一保持件、用来将所述外筒可旋转地支承在保持件上的装置；一伸入外筒内并能相对于外筒向上和向下移动的内筒；一设置在所述外筒上的小齿轮，并还包括一与所述小齿轮相啮合的齿条；以及用来将所述齿条可滑动地支承在所述保持件上的装置。
本发明的第七方面以其第六方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，每一吸嘴均包括一设置在所述外筒和所述保持件之间的螺旋形弹簧。
本发明的第八方面以其第一方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，所述第二装置包括一流体工作式致动器，所述致动器具有一与每一吸嘴的上端相啮合的柱塞。
本发明的第九方面以其第八方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，它还包括：一可与所述柱塞的下端相啮合的限制板，用来确定所述柱塞的下限位置；一用来将所述柱塞向下推的第一弹簧；以及一将所述吸嘴向上推的第二弹簧。
本发明的第十方面提供了一种电子器件安装装置，它包括：一电子器件供给部；一用来将各电子器件从电子器件供给部运送出去的安装头，所述安装头包括多个能分别保持住各电子器件的吸嘴；一能使所述安装头将各电子器件安装到一电路板上的电子器件安装部；用来使每一吸嘴旋转的第一装置；一用来使每一吸嘴向上和向下移动的流体工作式致动器，所述流体工作式致动器具有一与每一吸嘴的上端相啮合的柱塞；一可与所述柱塞的下端啮合的限制板，用来确定所述柱塞的下限位置；一用来将所述柱塞向下推的第一弹簧；一用来将所述吸嘴向上推的第二弹簧；以及用来使限制板向上和向下移动的第二装置。
本发明的第十一方面提供了一种电子器件安装装置，它包括：一电子器件供给部；一用来将各电子器件从电子器件供给部运送出去的安装头，所述安装头包括多个能分别保持住各电子器件的吸嘴；一能使所述安装头将各电子器件安装到一电路板上的电子器件安装部；用来使每一吸嘴旋转的第一装置；一用来使每一吸嘴向上和向下移动的流体工作式致动器，所述流体工作式致动器具有一与每一吸嘴的上端相啮合的柱塞；一可与所述柱塞的下端啮合的限制板，用来确定所述柱塞的下限位置；一用来将所述柱塞向下推的第一弹簧；一用来将所述吸嘴向上推动的第二弹簧；用来对由各吸嘴所保持住的各电子器件的高度进行检测的第二装置；以及用来根据由所述第二装置所检测到的高度使所述限制板向上和向下移动的第三装置。
本发明的第十二方面以其第八方面为基础，并提供了一种电子器件安装装置，其中，所述第二装置包括一用来使所述柱塞和每一吸嘴的上端可旋转地连接的轴承。
图1是本发明第一实施例的电子器件安装装置的立体图。
图2是图1所示电子器件安装装置的俯视图。
图3是图1所示电子器件安装装置的前视图。
图4是图1所示一安装头的立体图，为了清晰起见作了局部剖视。
图5是图4所示安装头的前视图。
图6是图4和图5所示的一吸嘴的剖视图。
图7是图4所示的一齿条齿轮副的平面图。
图8是图7所示齿条的剖视图。
图9是图7所示齿条的俯视图。
图10是图4所示安装头的前视图。
图11是图10所示安装头的剖视图。
图12是图10所示安装头的剖视图，其中一吸嘴处于较高位置。
图13是图10所示安装头的剖视图，其中吸嘴处于较低位置。
图14是图4所示安装头中的一凸轮和一中间板的前视图，其中凸轮处于一第一极限位置。
图15是图4所示安装头中的所述凸轮和所述中间板的前视图，其中凸轮处于一第二极限位置。
图16是图1所示电子器件安装装置的电子部分的方框图。
图17是本发明第二实施例的电子器件安装装置中的一安装头的一部分的剖视图。
现请参阅图1、图2和图3，本发明第一实施例的电子器件安装装置包括一主体1，它是一金属的框架。一电子器件安装部2设置在主体1的中心部分上。电子器件供送部3和4被支承在主体1上。电子器件供给部3和4分别在电子器件安装部2的左侧和右侧延伸。
安装头5和6可移动地支承在主体1上。安装头5用来将各电子元件(电子器件)从电子器件供送部3运送到电子器件安装部2。安装头6用来将各电子元件(电子器件)从电子器件供送部4运送到电子器件安装部2。电子器件安装部2设置有一Y工作台7。所述Y工作台7可以相对于主体1朝着水平方向，也就是朝着Y方向作移动。一印刷电路板放置在Y工作台7上。
电子器件供送部3包括诸个可将电子元件(电子器件)供送到安装头5的卷带盘8(taping reel)。电子器件供送部4包括诸个可将电子元件(电子器件)送该处供送到安装头6的盒子9。
安装头5和6具有相似的结构。因此，下面将仅对安装头5进行具体描述。如图4和图5所示，安装头5包括十个设置成一列的吸嘴10。而且，安装头5还包括一用来使各吸嘴10圆周旋转的电动机11。此外，安装头5还包括一用来对各吸嘴10作垂直移动时的下限位置进行控制的电动机12。
如图6所示，每一吸嘴10均包括一外筒(一外套筒)13和一内筒(一内套筒)14。内筒14通过外筒的上端同轴地伸人外筒13内。外筒13和内筒14借助一诸如销钉-狭缝联接或键联接之类的适当连接使内筒14能随外筒13一起作圆周旋转并相对于外筒13作轴向滑动。外筒13藉助上、下轴承16而可旋转地支承在一保持件15上。外筒13可以朝着圆周方向旋转。外筒13的一上端形成有一小齿轮17。小齿轮17与一齿条18相啮合。齿条18由保持件15可滑动地支承。
如图7、图8和图9所示，齿条18包括都形成有齿的上板19和下板20。上板19叠置在下板20上。下板20可以相对于保持件15作水平移动。上板19薄于下板20。上板19可以相对于下板20作水平滑动。
从图7和图8中可以最清楚地看到，上板19具有诸个孔21，诸销子22可分别穿过这些孔而延伸。销子22固定于下板20。孔21的内径大于销子22的外径，以使上板19能相对于下板20向左或向右作水平滑动。
从图8中可以清楚地看到，臂杆23固定于下板19的一端。弹簧24的一端与臂杆23相贴合，而弹簧24的另一端紧抵在上板19的一端上。弹簧24将上板19向右推，如图7、图8和图9所示的那样。
如图4、图7和图8所示，一小齿轮25与上板19的齿相啮合，并与下板20的齿相啮合。从图7中可以最清楚地看到，弹簧24将上板19的一齿27紧压在小齿轮25的齿26的左侧上，从而将小齿轮25的齿26的右侧紧压在下板20的齿28上。因此，小齿轮25的齿26被可靠地保持在上板19的齿27和下板20的齿28之间。这样，齿条18(包括上板19和下板20)和小齿轮25之间的啮合就不会有齿隙游移现象。
小齿轮25安装在电动机11的一输出轴上。小齿轮25随着电动机11的输出轴的旋转而旋转。正如前文已指出的那样，小齿轮25与齿条18相啮合。齿条18根据小齿轮25的旋转而向右、向左移动。因此，齿条18可藉助电动机11而水平移动。
再请回过来参阅图6，一螺旋形弹簧29围绕吸嘴10的外筒13延伸。弹簧29的一端固定于保持件15，而其另一端与外筒13相连。正如前文已指出的那样，外筒13上形成有与齿条18相啮合的小齿轮17。如图6和图7所示，弹簧29将外筒13相对于保持件15圆周地推动，从而将小齿轮17的齿30的一侧压紧在齿条18的齿28上。这样，齿条18和小齿轮17之间的啮合就不会有齿隙游移。
当齿条18水平移动时，小齿轮17旋转。因此，外筒13可随着齿条18的水平移动而旋转。由于齿条18可以藉助电动机11而水平移动，因此，外筒13可以藉助电动机11而旋转。吸嘴10的一工作部分(下部)藉助一诸如销子-狭缝联接或键联接之类的适当联接而与外筒13相连，从而使吸嘴10的所述工作部分可以随外筒13一起作周向旋转，同时还可以相对于外筒13垂直移动。吸嘴10的所述工作部分可以吸住并保持住一电子元件。由吸嘴10的工作部分保持住的所述电子元件可以藉助电动机11而旋转。
十个吸嘴10以选定的相等间距而设置，从而使各吸嘴10上的各小齿轮17相对于齿条18的齿在齿的相应(teeth phase)(角齿位)上是彼此相等的。例如，各吸嘴10的位置分别与齿条18的齿的齿节的整数倍相对应。因此，十个吸嘴10的角位置彼此是相等的。各吸嘴10的角位置随着齿条18的水平移动而相等地变动，也就是，随着小齿轮25的旋转而相等地变动。
如图6所示，内筒14通过外筒13的一上端伸入外筒13内。内筒14可以相对于外筒13作轴向滑动。换言之，内筒14可以相对于外筒13向上、向下移动。吸嘴10的所述工作部分(下部)与内筒14相连或与之成一体，从而使吸嘴10的工作部分可以随内筒14一起移动和旋转。
下面将对十个吸嘴10中的一个吸嘴进一步进行描述。
如图10和图11所示，内筒14的一上端与一致动器柱塞31的大直径下端32相接触。致动器柱塞31可滑动地伸入一致动器缸体33内。致动器柱塞31可以相对于致动器缸体33轴向移动。换言之，致动器柱塞31可以相对于致动器缸体33向上、向下移动。一弹簧34设置在外筒13的一上端和内筒14上的一凸缘之间。弹簧34将内筒14相对于外筒13向上推。一设置在致动器缸体33内的弹簧35在致动器缸体33的一上壁和致动器柱塞31的一上端之间延伸。弹簧35将致动器柱塞31相对于致动器缸体33向下推。弹簧34和35可使得内筒14的上端和致动器柱塞31的大直径下端32彼此接触。
可以将诸如空气之类的工作流体供给到在致动器柱塞31上方延伸的致动器缸体33内部的一工作腔中或将其从该工作腔中抽吸出来。当将所述工作流体供给到致动器缸体33内部的所述工作腔时，致动器柱塞31向下移动。当将所述工作流体从致动器缸体33内部的所述工作腔中抽吸出来时，致动器柱塞31则向上移动。
现请参阅图4和图11，致动器柱塞31的大直径下端32可以碰到一限制板36。所述限制板36具有十个分别与十个吸嘴10相对应的半圆形凹部37，内筒14可移动地延伸穿过限制板36内的对应凹部37。当将所述工作流体供给到致动器缸体33内部的所述工作腔时，致动器柱塞31向下移动，一直到其大直径下端32碰到限制板36为止。换言之，致动器柱塞31的向下移动被限制板36所阻止。因此，限制板36可确定致动器柱塞31的下限位置。限制板36还可以确定吸嘴10的所述工作部分的下限位置。在致动器柱塞31的大直径下端32到达限制板36的情况下，即使继续将所述工作流体供给到致动器缸体33内部的工作腔，柱塞31也将保持在其下限位置。从下文可以清楚地理解，柱塞31的下限位置是可变的或者是可动的。
限制板36可以向上和向下移动。在将工作流体供给到致动器缸体33内部的工作腔而使得致动器柱塞31的大直径下端32与限制板36相接触的情况下，由于限制板36向上和向下移动，因此，致动器柱塞31和内筒14向上和向下移动，而致动器柱塞31的大直径下端32仍保持与限制板36以及内筒14的上端相接触(参见图12和图13)。因此，在这种情况下，内筒14是随着限制板36的移动而向上和向下移动的。吸嘴10的工作部分与内筒14相连，从而能随着内筒14的移动而向上和向下移动。吸嘴10的工作部分的向下移动被用来按下述方式获取电子元件38。在吸嘴10的工作部分随着其向下移动而接触到电子元件38之后，吸嘴10的一下端即可吸住并拾取电子元件38。随后，吸嘴10的工作部分向上移动，同时保持住电子元件38(参见图12和图13)。在吸嘴10的工作部分随着限制板36的向下移动而作向下移动的过程中，致动器柱塞31的大直径下端32仍保持与限制板36以及内筒14的上端相接触，从而可以防止发生不希望有的振动或不希望有的噪声。
如图4、图14和图15所示，限制板36固定于一中间板39上，所述中间板上可旋转地安装有两个辊子40。两辊子40以预定间距彼此纵向隔开。一可旋转凸轮的有效部分41夹设在两辊子40之间。凸轮41与电动机12的输出轴相连，从而可以使凸轮41藉助电动机12而旋转。凸轮41设计成凸轮41的旋转移动可以使得中间板39向上和向下移动。限制板36与中间板39一起向上和向下移动。因此，限制板36可藉助电动机12向上和向下移动。
下面将对安装头6的工作原理进行具体描述。安装头6设置在电子器件供给部4上方。在安装头6内，限制板36可藉助电动机12向下移动。吸嘴10的工作部分(下部)向下移动，以根据限制板36的移动来接近电子器件供给部4的相应盒子9内的电子元件38。随后，吸嘴10的下端从相应盒子9(参见图11和图13)中吸取一电子元件38。然后，凸轮41在电动机12的作用下旋转，从图15所示的位置旋转到图14所示的位置，从而使吸嘴10的工作部分向上移动，同时使吸嘴10的下端继续保持住所示电子元件38。以此方式，吸嘴10可吸起电子元件38。然后，安装头6藉助一适当的驱动机构沿着一运送路径而移动(在图1中是向左)到电子器件安装部2。
当安装头6沿着所示运送路径移动时，位于所述运送路径下方的一图象传感器或一摄像机42对由吸嘴10所保持住的电子元件38的图象进行拍摄。如图16所示，图象传感器42与一包括一CPU(中央处理机)在内的控制器44电气连接。当安装头6沿着所述运送连接移动时，一位于所述运送连接附近的高度传感器43对由吸嘴10所保持住的电子元件38的高度进行检测。如图16所示，高度传感器43与控制器44电气相连。此外，电动机11和12与控制器44电气连接。而且，一存储器45与控制器44电气连接。存储器45将代表每一吸嘴10所保持住的电子元件的理想状态的数据存储起来。电子元件的理想状态包括：电子元件的理想倾斜度，以及其理想角度。控制器44根据图象传感器42及高度传感器的输出信号以及根据存储在CPU内部的一ROM中的程序而从存储器45输出的数据对电动机11和12进行驱动。所述程序设计成能完成下述作业。
控制器44根据图象传感器42的输出信号，对吸嘴10所保持住的电子元件38的实际状态进行计算。控制器44将所计算的实际状态与来自存储器45的输出数据所反映的理想状态进行对照，由此计算出由吸嘴10所保持住的电子元件38的状态误差。所计算出的状态误差包括一计算出的角误差。控制器44从由吸嘴10保持住的电子元件39的计算所得的角误差对电动机11进行驱动。当电动机11被驱动时，外筒13即旋转，并由此使由吸嘴10所保持住的电子元件38也作旋转运动。电子元件38的旋转运动对其角误差进行校正。因此，由吸嘴10所保持住的电子元件38的实际状态可被校正到与其理想状态相一致。
安装头6将各电子元件运送到电子器件安装部2，并随后将它们安装到一放置在Y工作台7上的印刷电路板上。由于电子元件的角误差已按上述方式得到校正，因此，可以将它们准确地安装到印刷电路板上。
当安装头6将电子元件38向电子器件安装部2运送时，控制器44从高度传感器48的输出信号中得到由吸嘴10所保持住的电子元件38的高度。控制器44根据所得到的电子元件38的高度来驱动电动机12。当电动机12被驱动时，限制板36就垂直移动。限制板36的垂直移动设计成能在电子器件安装作业过程中防止吸嘴10将电子元件38过紧地压紧在印刷电路板上。应予注意的是，限制板36是可确定吸嘴10的工作部分的下限位置的。
存储器45可以将反映电子元件高度的数据存储起来。控制器44可以根据由存储器45输出的高度数据来驱动电动机12。
第二实施例
图17示出了本发明第二实施例，除了下述设计变化之外，该实施例与本发明第一实施例是相同的。每一致动器柱塞31的大直径下端32均设置有一轴承46，一内筒14的上端可借助所述轴承与致动器柱塞31相联或相连。轴承46可以使内筒14相对于致动器柱塞31作圆周旋转。因此，当内筒14旋转时，轴承46可以防止致动器柱塞31旋转，而致动器柱塞的旋转会损坏致动器柱塞31和致动器缸体33的组合。