CN101048058B - 部件放置单元和包含这种部件放置单元的部件放置装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将部件放置在基底上的部件放置单元，该部件放置单元包括至少一个绕中心轴线旋转的喷嘴，通过该喷嘴来拾取部件并将其放置在基底上。该部件放置单元进一步包括至少一个用于确定该部件相对于喷嘴的方位的传感器。至少一个光学元件布置在所述传感器和所述喷嘴之间。该光学元件的第一焦平面与喷嘴的中心轴线至少基本上重合，同时第二焦平面与传感器重合，其中由传感器产生的图像是该部件的轮廓图像。

Description

部件放置单元和包含这种部件放置单元的部件放置装置

技术领域

本发明涉及一种用于将部件放置在基底上的部件放置单元，其中，该部件放置单元包括至少一个可以绕中心轴线旋转的喷嘴，利用该喷嘴可以拾取部件并将其放置在基底上，该部件放置单元进一步包括至少一个用于确定该部件相对于喷嘴的方位的传感器，以及至少一个布置在所述传感器和所述喷嘴之间的光学元件，其中，该光学元件的第一焦平面与喷嘴的中心轴线至少基本上重合，同时，第二焦平面与该传感器基本上重合，并且其中由传感器产生的图像是该部件的轮廓图像。

本发明还涉及一种部件放置装置，其包括至少一个基底送进/送出装置、至少一个部件进给器和至少一个部件放置单元。

背景技术

这种部件放置单元可以从US-A-5559727中获知，其用于部件放置装置中，在该部件放置装置中，利用该喷嘴来拾取部件，并且接着将该部件移动到基底上的期望位置。当部件被移动时，通过传感器来确定该部件相对于喷嘴的方位。然后，部件被定位在基底上的期望位置。由于当部件放置单元从部件进给器向基底移动的过程时，确定了部件相对于喷嘴的方位，只需要花费最少量的时间来拾取并放置该部件。

这种已知部件放置单元的缺点在于，必须使用分离装置，以获得关于部件放置在基底上精确位置的信息。

发明内容

本发明的目的就是提供一种部件放置单元，由该部件放置单元可以精确、快速、可靠地确定部件相对于喷嘴的方位以及部件在基底上的期望位置。

该目的根据本发明的部件放置单元来实现，在于也可以通过传感器产生基底的至少一部分的图像，其中部分的第一焦平面与该喷嘴的中心轴线至少基本上重合，并且部分的第一焦平面与基底至少基本上重合。

这样，由传感器产生部件的图像，以确定部件相对于喷嘴的方位，也可以产生基底的至少一部分的图像。优选的是，所述部分是在基底上放置部件的部分。通过产生基底的图像，可以用一种简单的方式确定喷嘴相对于基底的方位。确定部件相对于喷嘴的位置通常称为“部件校准”(component alignment，CA)，同时确定喷嘴相对于基底的位置也称为“板校准”(board alignment，BA)。

因为可以利用传感器实现部件校准以及板校准，所以不需要为板校准使用单独的传感器。这不仅可以节省额外传感器的费用，而且额外地，使用单个传感器用于部件校准和板校准，由于不需要对两个传感器的相互校准，使得结果更精确。

由于喷嘴的中心轴线和基底都位于第一焦平面上，在传感器上可以获得部件和基底的更清晰的图像。偏转元件布置在光学元件和中心轴线之间，举例说明，该光轴横向于基底延伸。这使得不使用移动部件而产生部件以及基底的图像成为可能。

应注意的是，从英国专利申请No.2183820中已知的部件放置单元，由喷嘴拾取的部件绕中心轴线旋转，同时光束由多个光源发射到部件上。由光源发出的光束被探测器接收。所述光束被部件隔断，以便部件在探测器上投射出阴影。从这些阴影图像和存储在计算机中的与喷嘴相关的旋转位置，可以用一种原有的已知方式来确定部件相对于喷嘴的方位。

这种已知部件放置单元的缺点在于：为了尽可能地在探测器上产生部件的清晰阴影，对光源提出了相对较高的要求。部件放置单元对环境光线相对比较敏感，因为这种光线也可以引起阴影效应。而且，与部件上的其他物质相比，传感器对灰尘颗粒比较敏感。此外，利用传感器仅仅可以确定该部件一个截面的外部尺寸。

由于根据本发明的部件放置单元，部件的轮廓直接成像在传感器上，部件相对于喷嘴的位置可以直接地从已生成图像上得到。由于没使用到阴影，根据本发明的部件放置单元对环境光线不太敏感。此外，传感器对部件和/或光学元件上的灰尘也不太敏感。

根据本发明的部件放置单元的一个实施例，其特征在于，光学元件的光轴平行于喷嘴的中心轴线延伸，一偏转部件布置在光学元件和中心轴线之间，利用该偏转部件，由喷嘴拾取的部件的至少一个轮廓可以成像在传感器上。

相比于该光学元件和传感器在横向于光轴方向上的尺寸，两个焦平面之间的间隔相对较大，通过让该中心轴线与该光轴彼此平行延伸，可以获得比较紧凑的部件放置单元。

根据本发明的部件放置单元的另一实施例，其特征在于，光学元件是远心的。

由于该光学元件是远心的，只有平行于光轴的光线用于生成图像，因此出现透视效应的可能性最小。结果是，当部件不处于光学元件的焦平面上时，尤其传感器上的轮廓位置不受影响。

根据本发明的部件放置单元的还一实施例，其特征在于，光学元件具有远心放大光学***。

使用这种远心放大光学***使得可能产生相对小的部件和相对大的部件的图像。在该部件放置单元设计的过程中，放大光学***的放大率可适合于由该部件放置单元所放置的最大部件的尺寸。

根据本发明的部件放置单元的还一实施例，其特征在于，远心放大光学***包括柱面透镜和/或球面透镜。

这种柱面透镜和球面透镜可以用玻璃或塑料材料相对容易地制造。使用球面透镜的优点在于，在彼此横向延伸的两个方向上聚焦该部件比在使用柱面透镜的情形下更容易，例如也允许在z方向上测量该部件或喷嘴而不需要z方向的移动

柱面透镜的优点在于，位置公差可以相对不精确，不过同时可以产生优质的图像。此外，这种柱面透镜相对比较容易制造，以致于这种柱面透镜相对便宜。

根据本发明的部件放置单元的还一实施例，其特征在于，利用传感器产生该部件的二维图像。

利用这种传感器，可以获得部件的整体轮廓的图像，以便能更精确地确定部件相对于喷嘴的位置。如果与此同时还产生基底的图像，产生图像的时间被缩短，从而测量速度被加快。此外，还可以进行不同截面高度的测量。当使用单个传感器时，这可以提高耐用性。

根据本发明的部件放置单元的还一实施例，其特征在于，该部件放置单元包括位于该焦平面的远离传感器的一侧的光源。

实际上，该光源可以是任何光源，其把部件照的足够亮，并且在每个可视位置以基本相同的方式照亮，以获得在传感器上部件的轮廓的清晰图像。为了获得对该部件的均匀照明，光源可以具有散射体，该散射体对从对从光源发出的光线在传感器方向以透射或反射的方式进行散射。

根据本发明的部件放置单元的还一实施例，其特征在于，光轴和中心轴线相交。

这样由喷嘴拾取的部件基本上在光轴的任一侧以基本相同的距离延伸。光轴任一侧的差值决定了部件的中心相对于喷嘴中心轴线的偏差。这种光轴相对于中心轴线的方位尤其适合用于较小的部件，其中部件的整个轮廓可以利用光学元件成像在传感器上。

如果要确定相对较大部件的轮廓，需要光轴和中心轴线交叉。这样仅仅位于中心轴线一侧的部件的轮廓的图像可以由传感器生成。不过，可以通过绕着中心轴线旋转该部件并生成多个图像，从而获得部件的整个轮廓的图像。

附图说明

下面参考附图对本发明进行更为详细的描述，其中：

图1是根据本发明的部件放置装置的一部分的透视图；

图2是根据本发明的用于图1的部件放置装置的部件放置单元的侧视图；

图3是图2所示的部件放置单元光路的展开平面图；

图4是根据本发明的部件放置单元的一个替代实施例光路的展开平面图；

图5是根据本发明的部件放置单元的另一替代实施例光路的展开平面图；

图6是根据本发明的部件放置单元的还一替代实施例光路的展开平面图；

图7是根据本发明的还一替代部件放置单元的侧视图；

图8是根据本发明的部件放置单元的另一实施例的侧视图，其可以用在图1所示的部件放置装置中；

图9是图8所示的部件放置单元光路的展开平面图；

图10是用在图8所示的根据本发明的部件放置单元中的远心放大光学***的另一实施例的透视图；

图11是根据本发明的部件放置单元的另一实施例的侧视图；

图12是根据本发明的部件放置单元的另一实施例的平面图。

图中相同的数字表示相同的部件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的部件放置装置1的部分透视图，其包括基底送进/送出装置2和三个部件放置单元3。每个部件放置单元3包括：长的U形框架4；第一滑动件5，其可以相对于框架4沿双箭头Y指示的方向进行移动；以及第二滑动件6，其可以相对于第一滑动件5沿双箭头X指示的方向进行移动。第二滑动件6具有喷嘴7，其可以相对于第二滑动件6沿双箭头Z指示向进行移动。如图2清晰地示出，喷嘴7沿双箭头指示的方向绕着中心轴线8旋转，该中心轴线平行于Z方向延伸。另外第二滑动件6具有成像装置9，其光轴10平行于中心轴线8延伸。成像装置9包括传感器11、布置在其前面的透镜12和13、在透镜13前面局部布置的偏转镜14以及光源15。偏转镜14与光轴10成45度角。透镜12和13构成远心光学元件，其第一焦平面16与喷嘴7的中心轴线8重合。第一焦平面16还与由基底送进/送出装置2支撑的基底17重合。由透镜12和13构成的光学元件的第二焦平面18与传感器11重合。

光源15位于光学元件12和13的远离焦平面16的一侧，并提供对喷嘴7所拾取的部件19的漫射照明，该喷嘴例如通过应用真空来拾取该部件。

该部件19由喷嘴7从部件提供位置20处拾取。为此，喷嘴7以已知的方式在箭头X和Y指示的方向上进行移动。

当将部件19从部件提供位置20移动底17上的期望位置21时，附着有部件19的喷嘴7按照双箭头

指示的方向绕着中心轴线8进行旋转。在所述旋转过程中，在预先已知的多个旋转位置处，由传感器11产生在焦平面16中的部件19的轮廓的图像。根据所述的轮廓图像，部件19相对于喷嘴7的位置和方位可以通过运算单元来确定。此外，在基底17上的位置21的一个和多个图像利用传感器11产生。根据所述的图像(这些图像是在滑动件6相对于框架4的一个位置处产生的，该位置存储在运算单元中)，可以确定该位置21相对于喷嘴7的位置，并因此确定该部件19相对于位置21的位置。随后，部件19可以被精确地放置在期望位置21处。

由于透镜12和13位于中心轴线8的旁边，那么不必移动成像装置9的各部件就可以将部件19放置在基底17上。这样，可以保证该部件放置单元的不同元件之间彼此保持正确的定位。

由于部件19的轮廓由传感器11检测，部件19相对于喷嘴7的位置和方位就可以用一种相对简单的方式确定。由于该光学元件是远心的，可以获得该部件19的清晰图像。

在图3所示的情况中，中心轴线8与光轴10相交。这种中心轴线8的位置尤其适用于相对小的部件19，其整个轮廓可以成像在传感器11上。在大部件19的情况下，建议中心轴线8的远离光轴10一定距离，且中心轴线8仍然位于焦平面16中。在这样的位置处，只有靠近光轴10的部件19的一侧成像在传感器11上。然而，通过使得该部件19围绕中心轴线8旋转，在该部件充分旋转之后，以及在产生部件19的轮廓的多个图像之后，仍然可以确定部件19相对于中心轴线8的位置。

滑动件6还可以具有两个成像装置9，一个用于产生部件19的图像；另一个用于产生基底21的图像。图4-8中示出了这种替代实施例。

图4表示了一种替代实施例的光路，其中中心轴线8和光轴10交叉并且间隔距离d。这种中心轴线的位置尤其适用于相对较大件19，通过按照箭头指示的方向旋转部件19，其整个轮廓可以成像在传感器11上。

图5表示了一个替代实施例，其与图3所示实施例的不同之处在于，两个棱镜部件22和23布置在透镜12、13和中心轴线8之间，结果是该光轴与中央轴线8不是相交(intersect)而是交叉(cross)。这样，也可能只将部件19的一侧成像在传感器11上，同时，通过按照箭头

指示的方向围绕中心轴线8旋转部件19可以获得有关部件19的整个轮廓的信息。

图6表示的是另一替代实施例，其与图5所示实施例的不同之处在于，仅仅使用单个棱镜22。在该实施例中，焦平面16不是横向于传感器11和透镜13之间的光轴延伸，而是与该光轴成一个钝角。在该实施例中，该光轴也与中心轴线8交叉，并且可能产生部件19一侧的图像。

图7表示的是包括滑动件26的部件放置装置的一个替代实施例。滑动件26与图2所示的滑动件6的不同之处在于，光束移动器27布置在偏转镜14和喷嘴7之间。这种光束移动器27包括图5所示的棱镜22和23，例如或者包括图6所示的棱镜22。

如果要确定相对小的部件19的轮廓，由喷嘴7将部件19定位在光路28上，并且仅将偏转镜14布置在部件19和透镜13之间。如果要放置相对大的部件19，利用喷嘴7在Z方向向上移动所述部件19，并且将部件19定位在光路29上。在这种情况下，不仅偏转镜14而且光束移动器27被布置在部件19和透镜13之间。这样，根据所要放置的部件19的尺寸，有可能将部件的整个轮廓或者部件19一侧的轮廓直接成像在传感器11上。另外还可以通过旋转该部件并产生多个图像来获得关于整个部件的信息。

图8表示了根据本发明的包括滑动件46的部件放置装置的还一实施例。滑动件46与图2所述的滑动件6的不同之处在于，光学元件47除了包括透镜12、13之外，还包括远心放大光学***48。另外正如图2-8清楚示出的，档板49布置在透镜12和13之间，其中该档板具有相对小的通路50。

正如图9中更清楚地示出，该远心放大光学***48包括两个球面透镜51和52。偏转镜14布置在透镜51和52之间。该远心放大光学***48使得利用喷嘴7能拾取相对大的部件19，该部件19的至少一侧可以在传感器11上成像。在该实施例中，部件19比如图4所示的实施例大的多。如果要利用喷嘴7拾取相对较小的部件19，利用图8和9所示的实施例可以将整个部件19成像在传感器11上。

图10表示的是远心放大光学***58的替代实施例，其包括两个柱面透镜59和60。柱面透镜59的底侧磨成45°的角，由此获得了用作偏转镜的平面61。这种偏转镜的优点在于，该远心放大光学***58对于灰尘不太敏感，由于该***的光学表面暴露的较少。

透镜12、13以及透镜51、52、59和60可以由塑料或玻璃制成。

球面透镜51、52的优点在于部件19的图像可以聚焦在彼此横向延伸的两个方向上，以便有可能在z方向上对部件19或喷嘴7进行测量，而不必在z方向上移动该部件19。

透镜13和焦平面16之间的远心放大光学***48、58的放大因子可以由设计者以简单的方式来确定，其取决于由部件拾取单元拾取并放置的最大部件19。

当使用远心放大光学***48、58时，一个重要的因素在于中心轴线8位于第一焦平面16处，其中部件19按照箭头

指示的方向上围绕中心轴线8旋转。优选的是，这样的中心轴线与光学轴线10并不重合，从而可能通过传感器11可以检测相对小的部件19以及相对大的部件19。为了获得部件19的完整图像，小部件19仅仅需要旋转180°。优选的是，为了检测相对较大的部件19的所有侧面，该相对较大的部件19必须旋转360°。

在图8所示的实施例中，用于检测该期望位置21的光学***不必是远心的。然而，为了能充分检测该部件19，需要放置具有相对较小通路50的档板49，以及对部件19的成像必须由远心装置来进行。

根据另一种可能性，该远心放大光学***可以包括反射镜而不是透镜。

优选的是，滑动件46上的所有部件集成为一体，从而可以获得具有精确的制造公差的相对较小的滑动件46。此外，还可能在线路连接中集成用于控制各种部件的电子元件和用于处理从传感器11处获得的信息的电子元件。这样，进一步降低了成本。

图11表示的是根据本发明的部件放置单元71的侧视图，其与图8所示的部件放置单元不同之处在于，包括位于光轴10两侧的喷嘴7’、7”，并在双箭头4’、4”指示的方向上围绕平行于z’、z”方向延伸的中心轴线8’、8”旋转。该部件放置单元71进一步包括两个光源15’、15”，每个光源用于照明由喷嘴7’、7”拾取的部件19’、19”。部件放置单元71包括传感器11、布置在传感器前面的透镜12和13、布置在传感器11和透镜12、13之间的档板49、以及布置在透镜13和相应光源15’、15”之间的远心放大光学***48’、48”。与远心放大光学***48类似，该远心放大光学***48’、48”具有透镜51’、52’、51”、52”以及布置在这些透镜之间的偏转镜14’、14”。通过该部件放置单元71可以对两个部件同时或顺序地拾取和放置，同时，部件19’、19”可以同时被传感器11检测。基底17的位置21的图像可以在对部件19’、19”进行所述检测时同时产生。光轴10’、10”可以与中心轴线8’、8”相交或交叉。

图12是部件放置单元81的平面图，其与部件放置单元71的不同之处在于，包括四个而不是二个喷嘴7，还包括相关的光源15和远心放大光学***48。在图12中，四个单元的各个部件分别用’、”、”’和””表示。部件放置单元81使得可能同时生成四个部件19的图像以及基底17上的位置21的图像。图12所示的部件放置单元81中，光轴10’、10”、10”’、10””与中心轴线8’、8”、8”’、8””相交。

当然光轴10也可以如图8的实施例中那样与中心轴线8交叉。当然也可以在四个位置中的一个或多个中省去远心放大光学***48，例如在用特殊的喷嘴7获得相对较小的部件的情况下。

Claims (8)

1.一种部件放置单元(1)，用于将部件(19)放置在基底(17)上，所述部件放置单元(1)包括：

至少一个绕中心轴线(8)旋转的喷嘴(7)，用于拾取所述部件(19)并将其放置在所述基底(17)上；

至少一个相对于所述中心轴线(8)处于固定位置的传感器(11)，用于产生所述部件(19)的轮廓图像，以确定所述部件(19)相对于所述喷嘴(7)的方位；以及

至少一个布置在所述传感器(11)和所述喷嘴(7)之间的光学元件；

其特征在于，

所述基底(17)的至少一部分的图像也能利用所述传感器(11)产生，而且

所述光学元件的光轴(10)平行于所述中心轴线(8)延伸，所述基底(17)横向于所述中心轴线(8)延伸，一偏转部件布置在所述光学元件与所述中心轴线(8)之间，使得所述光学元件的一部分的第一焦平面(16)与所述喷嘴(7)的中心轴线(8)基本上重合，而另一部分的第一焦平面(16)与所述基底(17)基本上重合，所述光学元件的第二焦平面(18)与传感器(11)基本上重合，由此，所述光学元件布置在离所述中心轴线的固定距离处使得在使用中所述光学元件不会妨碍将所述部件(19)放置在所述基底(17)上。

2.根据权利要求1的部件放置单元(1)，其特征在于，所述光学元件是远心的。

3.根据权利要求2的部件放置单元(1)，其特征在于，该光学元件具有远心放大光学***。

4.根据权利要求3的部件放置单元(1)，其特征在于，该远心放大光学***包括柱面透镜和/或球面透镜(12，13)。

5.根据权利要求1的部件放置单元(1)，其特征在于，该部件放置单元(1)包括光源(15)，该光源(15)布置在该第一焦平面(16)的远离传感器(11)的一侧。

6.根据权利要求1的部件放置单元(1)，其特征在于，所述光学元件的光轴(10)经所述偏转部件偏转后与所述中心轴线(8)相交。

7.根据权利要求1的部件放置单元(1)，其特征在于，所述光学元件的光轴(10)经所述偏转部件偏转后与所述中心轴线(8)交叉并且间隔距离(d)。

8.一种部件放置装置，包括：至少一个基底(17)送进/送出装置、至少一个部件进给器、以及至少一个如上述权利要求中任意一项所述的部件放置单元(1)。

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