專利名稱：用來在基片上安裝電氣元器件的抓取單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來在基片上安裝電氣元器件的抓取單元，其中抓取單元具有一個(gè)殼體、一個(gè)可旋轉(zhuǎn)支承在殼體中的用于元器件的夾具以及一個(gè)支承在殼體中的用于夾具的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其中夾具通過一個(gè)軸向上的柔性的耦合裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置不可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
這種類型的抓取單元例如由US 6178621 B中已知。這種類型的抓取單元是一個(gè)安裝自動(dòng)裝置的一個(gè)部分，其中電氣元器件被放置到一個(gè)輸送區(qū)域并且在一個(gè)安裝區(qū)域被安裝在一個(gè)電氣印刷電路板上。在轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和用于元器件的夾具之間設(shè)置了一個(gè)具有可變工作壓力的氣動(dòng)緩沖器。由此可能的是，可以按照不同的元器件將安裝力調(diào)節(jié)到不同的最大值。
此外由WO 03/001572 A中已知一種抓取單元，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置借助于一個(gè)可以側(cè)向偏轉(zhuǎn)并且在安裝方向上可壓縮的金屬波紋管與夾具不可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。夾具在其內(nèi)端上具有一個(gè)電樞件(Ankerteil)，其借助于具有可預(yù)調(diào)節(jié)磁力的電磁鐵加載。通過改變電磁鐵中的電流可以使得磁力與各種元器件允許的最大限度相匹配。此外夾具被導(dǎo)入一個(gè)構(gòu)成為氣體軸承的徑向?qū)蜉S承中，其沒有靜摩擦。在確定安裝力時(shí)不僅需要考慮磁力而且需要考慮金屬波紋管的彈性力以及夾具的自重。安裝力的限定對(duì)于小的壓力敏感的元器件而言很重要。
在由US 5029383中已知的抓取單元中，抓取單元的頂部鉸接地并且相對(duì)于夾具近乎無摩擦地支承在一個(gè)空心球形的氣體軸承中，從而抓取單元的頂部在安裝時(shí)與待安裝的元器件的形狀相配合。由此只有抓取單元的頂部的重力作用在元器件上。為了裝入元器件，氣體軸承和抓取單元的頂部被加載低壓，由此抓取單元的頂部與元器件一起被固定在夾具上。
特別是在具有很多接頭的元器件中也需要一定的最小力，以便確保所有的接頭被釬焊材料浸潤(rùn)。這意味著所允許的限度處于一個(gè)狹小的力區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的目的在于非常準(zhǔn)確地剎止直接作用在元器件上的安裝力。
所述目的通過本發(fā)明按照權(quán)利要求1來實(shí)現(xiàn)。通過分離耦合裝置確保了在元器件被安裝到基片上的耦合元件緊接著可靠地解除耦合。通過在安裝時(shí)刻將夾具與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置完全解除耦合可以從這一側(cè)來說不再有力作用在夾具上。由此出發(fā)，即元器件特別是在通常粘度的焊膏上安裝以后不再轉(zhuǎn)動(dòng)。在調(diào)節(jié)安裝力時(shí)不需要考慮耦合力或彈性力，這使得可以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確和快速的調(diào)節(jié)。特別是不需要其它的調(diào)節(jié)以便例如平衡增加的彈性力。轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可以例如構(gòu)成為發(fā)動(dòng)機(jī)軸的直接驅(qū)動(dòng)裝置或者也可以構(gòu)成為單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)軸，其例如通過一個(gè)傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)連接。
本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案存在于權(quán)利要求2-11中。
將元器件轉(zhuǎn)動(dòng)至安裝平面位置只需要很小的扭矩，其可以通過一個(gè)輕微預(yù)緊的摩擦耦合裝置可靠地傳遞。相應(yīng)的輕微預(yù)緊也使得轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與夾具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸解除耦合，從而夾具可以在不受轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置影響的情況下在自身的轉(zhuǎn)動(dòng)支承中準(zhǔn)確地導(dǎo)向。
通過按照權(quán)利要求3，4中的改進(jìn)方案可以快速地更換夾具。這種類型的夾具可以設(shè)置有不同的與元器件相配合的端面以用于直接待抓取的元器件。
也可能的是，借助于一個(gè)吸附吸移管來抓取元器件，所述吸附吸移管可以快速可更換地裝在夾具的接頭上。
通過按照權(quán)利要求6中的改進(jìn)方案，夾具的角度轉(zhuǎn)動(dòng)可以在元器件的鄰近處被控制。
通過按照權(quán)利要求7中的改進(jìn)方案，安裝設(shè)備的效率被顯著提高了。
通過按照權(quán)利要求8中的改進(jìn)方案，安裝力可以被更加準(zhǔn)確地控制?？招膱A柱形的薄壁的夾具可以構(gòu)造得如此輕，使得其自重遠(yuǎn)小于所需要的安裝力并且所出現(xiàn)的慣性力相應(yīng)地也較低，從而安裝力基本上通過可調(diào)節(jié)的壓力設(shè)備確定。通常在將元器件安裝到基片上后，將真空切換到一短暫的壓力脈沖，以便確保將元器件可靠地粘到基片上。此外通常將氣動(dòng)管路通過夾具的一個(gè)中心孔引導(dǎo)至吸附頂端。通過夾具內(nèi)腔的擴(kuò)大產(chǎn)生一個(gè)緩沖容積，其使得壓力脈沖的傳輸?shù)难舆t并且因此減小安裝功率。按照本發(fā)明在將氣動(dòng)管路與該內(nèi)腔分離后，內(nèi)腔的容積顯著減小，并且在夾具頂端的真空在很短時(shí)間內(nèi)切換到所要求的壓力脈沖。
按照權(quán)利要求9的本發(fā)明的目的是使得可以更精確地調(diào)節(jié)安裝力。氣體軸承不僅在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中而且在軸向移動(dòng)設(shè)備中都是完全沒有摩擦力以及沒有滯后的。夾具不需要其它的軸承元件，其會(huì)加大夾具質(zhì)量。借助于壓縮氣體(其表示為一個(gè)壓力設(shè)備)的軸向壓力控制不需要在夾具上有附加的耦合元件。氣體壓力在夾具的整個(gè)橫截面上均勻分布，從而力重心位于中心，并不會(huì)產(chǎn)生傾翻力矩?？梢栽诎惭b元器件之前通過一個(gè)壓力傳感器將氣體壓力精確地調(diào)節(jié)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值。在這種類型的組合下較小的夾具質(zhì)量成了唯一的干擾量，其然而可以通過抓取單元的一個(gè)調(diào)節(jié)的下降速度輕易地進(jìn)行控制。在非彈性設(shè)置的部件的質(zhì)量較大時(shí)，例如按照開頭提及的US6178621 B在安裝過程中需要一個(gè)壓力調(diào)節(jié)裝置，這種壓力調(diào)節(jié)裝置在本發(fā)明中被取消了。
通過按照權(quán)利要求10的通風(fēng)槽，氣體軸承被夾具的控制壓力氣動(dòng)地有效地解除耦合。
通過按照權(quán)利要求11的改進(jìn)方案，在夾具上方的壓力容積增加地如此大，從而在夾具在彈入時(shí)的壓力增加可以忽略不計(jì)。
下面借助于一個(gè)在附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。其中

圖1按照本發(fā)明的抓取單元在原始位置的縱向剖視圖，圖2抓取單元在一功能位置處的沿圖1的直線II-II的局部剖視圖，圖3抓取單元沿著圖2中的直線III-III的剖視圖。
按照?qǐng)D1、2和3，安裝頭2的支架1可以沿著兩個(gè)水平的坐標(biāo)軸方向X和Y平行于基片3移動(dòng)。該支架設(shè)有一個(gè)垂直的直線導(dǎo)軌4，在該直線導(dǎo)軌中抓取單元5借助于支架1的一個(gè)提升驅(qū)動(dòng)裝置28在另外一個(gè)坐標(biāo)軸方向Z上移動(dòng)。在抓取單元5的一個(gè)殼體6中裝入了一個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7，其以驅(qū)動(dòng)軸8嵌入到一個(gè)在下方同軸設(shè)置的用于電氣元器件10的活塞形夾具9中。夾具9可以在一個(gè)圓柱形的氣體軸承11中的轉(zhuǎn)動(dòng)地以及縱向移動(dòng)地導(dǎo)向。
基本上空心圓柱形的夾具9在其面對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7的一側(cè)具有一端壁12，驅(qū)動(dòng)軸8穿過該端壁12。在端壁12的背對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的一側(cè)在驅(qū)動(dòng)軸8上固定有一止動(dòng)盤13，其用側(cè)向葉片狀突出的翼緣包圍住端壁。在圖1中所示的功能位置中端壁12的下側(cè)在軸向預(yù)緊的情況下貼靠在止動(dòng)盤13的側(cè)向突出的翼緣上。摩擦力如此之大，從而其可以可靠地將轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳遞到夾具9上，從而元器件10可以在所要求的轉(zhuǎn)動(dòng)位置上被放置到基片3上。
所述端壁12有一個(gè)缺口15，其在輪廓上在留有一定間隙的情況下與止動(dòng)盤13相配合并且垂直于止動(dòng)盤13的縱向延伸。由此可能的是，驅(qū)動(dòng)軸8的端部以及固定在其上的止動(dòng)盤13可在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)90°之后的安裝位置上穿過端壁12導(dǎo)向。此后驅(qū)動(dòng)軸8相對(duì)于夾具9轉(zhuǎn)動(dòng)，直至止動(dòng)盤13的側(cè)向的翼緣貼靠在轉(zhuǎn)動(dòng)止檔14上(在圖1和圖3中未示出)，從而夾具9和驅(qū)動(dòng)軸以一種插接連接方式鎖止并且確保了不會(huì)在坐標(biāo)軸方向Z上掉落。
在端壁12的上方在抓取單元5中構(gòu)成一個(gè)封閉的空腔16，其與接通的壓縮氣體管路17連接。輸入的壓縮氣體形成了壓縮設(shè)備，其將端壁12壓向止動(dòng)盤13。端壁12和止動(dòng)盤13構(gòu)成一摩擦耦合裝置的耦合元件，其中它們相互面對(duì)的面作為耦合面18。所述耦合面在氣動(dòng)壓緊力的作用下被相互強(qiáng)烈地壓緊，使得它們可靠地傳遞用于使家具9跟隨元器件10一起轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的較小的扭矩。
氣體軸承11構(gòu)成在一個(gè)導(dǎo)向軸套19中，所述導(dǎo)向軸套一直延伸至空腔16的上方并且設(shè)有未示出的細(xì)小的與另外的壓縮氣體管路20連接的徑向孔。在所述區(qū)域和夾具9的上端之間在導(dǎo)向軸套19中設(shè)有一個(gè)環(huán)形的通風(fēng)槽27，其阻止兩個(gè)壓縮氣體區(qū)域之間的漏出氣體的不受控制的溢流，從而兩個(gè)區(qū)域彼此不受對(duì)方壓力影響。
夾具9在其導(dǎo)向區(qū)域內(nèi)構(gòu)成為薄壁的空心圓柱體，其具有相應(yīng)的空間很大的內(nèi)腔21，從而夾具9的質(zhì)量保持得很小。通過一個(gè)封閉底板將內(nèi)腔21與一個(gè)用來將元器件10吸附在夾具9上的真空管路22氣動(dòng)地隔開。夾具9在其底端上具有一個(gè)接頭23，在該接頭23上放置一個(gè)吸附吸移管24，其在功能上配備給夾具9。但是也可以的是，將夾具的頂部構(gòu)造成吸附吸移管的方式并且直接將元器件10吸附在其上。
在接頭23上方在夾具9上設(shè)有一個(gè)盤狀的角刻度盤25，其被一個(gè)設(shè)置在殼體6上的靜止的測(cè)量設(shè)備26讀取。由此夾具9由轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7引起的轉(zhuǎn)動(dòng)在元器件10的鄰近處被測(cè)量，從而可能出現(xiàn)的傳動(dòng)誤差不會(huì)產(chǎn)生影響。
按照?qǐng)D2抓取單元2通過提升驅(qū)動(dòng)裝置28在z方向上被降的如此低，使得元器件10位于基片3上。此刻夾具9被壓入空腔16中，其中所存在的氣體壓力決定了最大的安裝力。在此有利的是，可控制的氣體壓力在先前就可以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。不同的元器件需要不同的安裝力，其通過不同的加壓來實(shí)現(xiàn)。在夾具9彈入時(shí)，夾具就會(huì)停止并且被壓入剩余的抓取單元中。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以通過一個(gè)合適的傳感器探測(cè)到，其引起提升運(yùn)動(dòng)的立刻剎止。緊接著上述安裝之后，端壁12與止動(dòng)盤13完全分離，從而再也沒有慣性力以及耦合力作用在夾具9上。
附圖標(biāo)記列表x，y，z 坐標(biāo)軸方向1 支架2 安裝頭3 基片4 直線導(dǎo)軌5 抓取單元6 殼體7 轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置8 驅(qū)動(dòng)軸9 夾具10 元器件11 氣體軸承12 端壁13 止動(dòng)盤14 轉(zhuǎn)動(dòng)止檔15 缺口16 空腔17，20 壓縮氣體管路18 耦合面19 導(dǎo)向軸套21 內(nèi)腔22 真空管路23 接頭24 吸附吸移管25 角刻度盤26 測(cè)量設(shè)備27 通風(fēng)槽28 提升驅(qū)動(dòng)裝置
權(quán)利要求
1.用來在基片(3)上安裝電氣元器件(10)的抓取單元(5)，其中所述可垂直于基片移動(dòng)的抓取單元(5)具有一個(gè)殼體(6)、一個(gè)可旋轉(zhuǎn)支承在殼體(6)中的用于元器件(10)的夾具(9)以及一個(gè)支承在殼體(6)中的用于夾具(9)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，其中夾具(9)通過一個(gè)軸向上柔性的耦合裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)至少暫時(shí)不可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，其特征在于，耦合裝置是具有在軸向上可以解除耦合的耦合元件(12，13)的分離耦合裝置，夾具(9)通過一個(gè)可調(diào)節(jié)的壓力設(shè)備相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)在軸向上朝著元器件(10)被預(yù)緊，并且耦合元件(12，13)的耦合面(18)構(gòu)成了夾具(9)的一個(gè)軸向止檔并且耦合面(18)通過一個(gè)作用在夾具(9)上的、克服軸向預(yù)緊力的軸向安裝力相互分離。
2.如權(quán)利要求1所述的抓取單元，其特征在于，耦合裝置是摩擦耦合裝置，其具有垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸延伸的耦合元件(12，13)的耦合面(18)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的抓取單元，其特征在于，耦合裝置是可快速分離的并且夾具(9)可以更換。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的抓取單元，其特征在于，夾具(9)在殼體(6)中軸向可移動(dòng)地支承并且以一種插接連接方式與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(8)連接。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的抓取單元，其特征在于，夾具(9)具有一個(gè)接頭(23)，其用來可拆卸地安裝用于元器件(10)的吸附吸移管(24)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的抓取單元，其特征在于，夾具(9)設(shè)有一個(gè)角刻度盤(25)并且在殼體(6)上設(shè)置一個(gè)用于角刻度盤(25)的測(cè)量設(shè)備(26)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的抓取單元，其特征在于，多個(gè)相互平行的可單獨(dú)操作的抓取單元(5)被聚集在一個(gè)移動(dòng)的安裝頭(2)中。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的抓取單元，其特征在于，近乎空心圓柱形的夾具(9)在其外殼面上構(gòu)成為薄壁式的，并且一個(gè)真空管路(22)c在自由的夾具端部與夾具(9)的空心圓柱形的內(nèi)腔(21)氣動(dòng)地隔開。
9.用來在基片(3)上安裝電氣元器件(10)的抓取單元，所述抓取單元(5)具有一個(gè)殼體(6)、一個(gè)可旋轉(zhuǎn)支承在殼體(6)中的用于元器件(10)的夾具(9)以及一個(gè)支承在殼體(6)中的用于夾具(9)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，其中夾具(9)通過一個(gè)軸向上柔性的耦合裝置與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)不可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，特別是按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的抓取單元，其特征在于，中心軸承構(gòu)成為圓柱形的氣體軸承(11)，夾具(9)可在該氣體軸承中軸向移動(dòng)并且夾具(9)在面對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)的一側(cè)可以以壓力活塞的方式被壓力可調(diào)的氣體加載。
10.如權(quán)利要求9所述的抓取單元，其特征在于，在氣體軸承(11)的氣隙和夾具(9)的被氣體加載的區(qū)段之間設(shè)有一個(gè)環(huán)繞的通風(fēng)槽(27)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的抓取單元，其特征在于，夾具(9)的空心圓柱形的內(nèi)腔(21)氣動(dòng)地與夾具(9)的壓力側(cè)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抓取單元(5)，其具有一個(gè)用于電氣元器件(10)的可轉(zhuǎn)動(dòng)的夾具(9)，所述電氣元器件(10)可以被安裝在基片(3)上。所述夾具(9)通過一個(gè)具有在軸向上可以解除耦合的耦合元件(12，13)的分離耦合裝置與抓取單元的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)連接。在將元器件(10)安裝在基片(3)上時(shí)耦合裝置被完全分離，從而夾具(9)與轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)完全解除耦合。夾具(9)通過一個(gè)可調(diào)節(jié)的壓力設(shè)備在軸向上朝著元器件(10)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)被預(yù)緊，其中耦合面(18)通過一個(gè)作用在夾具(9)上的、克服軸向預(yù)緊力的軸向安裝力相互分離。由此安裝力及時(shí)在不同的元器件上也可單獨(dú)地更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H05K13/04GK1751549SQ200480004548
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者S·伯格 申請(qǐng)人:西門子公司