CN111527386B - 负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器 - Google Patents

负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种负载传感器，其能够准确地检测施加在对象物上的按压力的负载。该负载传感器用于多轴执行器(10)，所述多轴执行器(10)具有：驱动杆(12)，其以收纳于外壳(11)的状态沿着轴线方向直线移动；及吸附杆(22)，其与驱动杆(12)平行地配置，并与驱动杆(12)同时沿着轴线方向直线移动，且当吸附芯片时，前端部(22a)被压在芯片上，负载传感器包括连结构件(30)，其用于连结驱动杆(12)与吸附杆(22)，连结构件(30)包括：第1连结部(31)，其用于连结驱动杆(12)；第2连结部(32)，其用于连结吸附杆(22)；及颈部(33)，其设置在第1连结部(31)与第2连结部(32)之间，且相对于第1连结部(31)及第2连结部(32)形成得较细，颈部(33)包括安装在其表面的应变仪(41)～(44)。

Description

负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器
技术领域
本发明涉及一种负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器(multi-axisactuator)，例如，涉及一种检测按压力(负载)的负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器，所述按压力是在作为将电子零件(芯片)安装到基板上的芯片安装机而使用的多轴执行器中，在形成为中空的轴状构件的前端以按压状态吸附芯片并将其安装到基板时，对芯片施加的按压力(负载)。
背景技术
以往，作为组入芯片安装机的多轴执行器有直线电机执行器。该直线电机执行器是使用直线电机产生的直线推力，而使轴状构件沿着轴线方向直线运动的构件(例如参考专利文献1)。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：JP2014-18072A号公报。
发明内容
(发明要解决的问题)
但是，在上述专利文献1记载的直线电机执行器中，在将芯片按压于形成为中空的轴状构件的前端时，通过真空发生器抽吸空气，从而吸附该芯片，但如果按压力不足则可能会失去吸力，而如果按压力过大，则可能会损坏芯片。即，在直线电机执行器中，需要准确地检测按压力(负载)，以便能够以适当的按压力按压芯片。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确地检测对象物承受的按压力的负载的负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器。
(用于解决问题的方案)
为了达成上述目的，本发明的负载传感器用于多轴执行器，该多轴执行器包括：第1轴状构件，其以收纳于外壳的状态沿着轴线方向直线移动；及第2轴状构件，其与所述第1轴状构件平行地配置，并与所述第1轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，且当吸附规定对象物时，前端部被压在所述对象物上，所述负载传感器包括连结构件，该连结构件连结所述第1轴状构件与所述第2轴状构件，所述连结构件包括：第1连结部，其用于连结所述第1轴状构件；第2连结部，其用于连结所述第2轴状构件；及颈部，其设置在所述第1连结部与所述第2连结部之间，并且相对于所述第1连结部及所述第2连结部形成得较细，所述颈部包括安装在其表面的应变仪。
在本发明中，所述应变仪优选粘贴在所述颈部中的面朝与所述第1轴状构件及所述第2轴状构件的所述轴线方向垂直的方向的所述表面上。
本发明中，在所述颈部优选形成有贯穿该颈部的贯穿孔。
本发明的负载传感器一体式多轴执行器包括：第1轴状构件，其以收纳于外壳的状态沿着轴线方向直线移动；第2轴状构件，其与所述第1轴状构件平行地配置，并与所述第1轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，且当吸附规定对象物时，前端部被压在所述对象物上；及连结构件，其将所述第1轴状构件与所述第2轴状构件连结，以便所述第1轴状构件及所述第2轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，所述连结构件包括：第1连结部，其用于连结所述第1轴状构件；第2连结部，其用于连结所述第2轴状构件；及颈部，其设置在所述第1连结部与所述第2连结部之间，并且相对于所述第1连结部及所述第2连结部较细形成，所述颈部包括安装在其表面的应变仪。
(发明效果)
根据本发明，可实现能够准确检测对对象物施加的按压力负载的负载传感器及负载传感器一体式多轴执行器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的负载传感器一体式多轴执行器的整体构成的外观立体图。
图2是表示本发明实施方式涉及的连结构件的外观构成的示意性放大立体图。
图3是表示本发明实施方式涉及的连结构件的外观构成的俯视图及侧视图。
图4是表示本发明实施方式涉及的连结构件的颈部弯曲的状态的放大立体图。
图5是表示粘贴在本发明实施方式涉及的连结构件的颈部上的应变仪的配置的俯视图。
具体实施方式
＜实施方式＞
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式涉及的负载传感器一体式多轴执行器的整体构成的外观立体图。图2是表示本发明实施方式涉及的连结构件的外观构成的示意性放大立体图。图3是表示本发明实施方式涉及的连结构件的外观构成的俯视图及侧视图。图4是表示本发明实施方式涉及的连结构件的颈部弯曲的状态的放大立体图。图5是表示粘贴在本发明的实施方式涉及的连结构件的颈部上的应变仪的配置的俯视图。
＜负载传感器一体式多轴执行器的整体构成＞
如图1所示，负载传感器一体式多轴执行器10通过组装到芯片安装机中进行使用，所述芯片安装机例如用于将电子零件(芯片)等对象物安装在基板上。
负载传感器一体式多轴执行器10主要包括：外壳11，在其内部例如配置三相电机(未图示)；作为第1轴状构件的驱动杆12，其通过该三相电机而沿着轴线方向相对地直线移动；作为第2轴状构件的吸附杆22，其与该驱动杆12平行地配置，并利用前端吸附芯片；以及作为负载传感器的连结构件30，在其前端侧一体连结驱动杆12与吸附杆22，并且能够检测吸附杆22的前端按压芯片时的负载。
外壳11是内置上述三相电机的、由金属或树脂等制成的框体，并保持驱动杆12使其处于能够沿着轴线方向相对地直线移动的状态。另外，外壳11经由保持板24(后述)而保持驱动杆12。
实际上，在外壳11的内部，在驱动杆12周围配置有包括U相、V相及W相的三相线圈(未图示)，当该三相线圈中流过电流时，驱动杆12相对于外壳11沿着轴线方向直线移动。
驱动杆12是沿着轴线方向延伸并由金属或树脂等制成的圆柱状的棒状构件，在经由保持板24而被外壳11保持的状态下，在规定行程范围内直线移动。
吸附杆22是沿着轴线方向延伸并由金属或树脂等制成的中空的圆筒状构件，其与驱动杆12平行地配置，当吸附芯片时，前端部22a被压在芯片上。吸附杆22经由保持板24而被安装在壳体26上。
吸附杆22的外径是与芯片尺寸相应的大小，其小于驱动杆12的外径。但是，并不限定于此，吸附杆22的外径可以大于驱动杆12的外径，也可以基本上相等。
该吸附杆22通过软管等连接于未图示的真空泵等。此外，在吸附杆22的前端部22a上也可以安装有用于吸附芯片的吸附垫(未图示)。
壳体26由金属或树脂等制成，并形成有以沿着轴线方向可相对移动的方式支撑吸附杆22的贯穿孔26a，随着驱动杆12沿着轴线方向的移动，以可沿着轴线方向移动的方式支撑吸附杆22。
保持板24由金属或树脂等形成并具有长方体形状，一体地安装在外壳11及壳体26两者上。保持板24支撑驱动杆12及吸附杆22，使其可沿着轴线方向移动，并且在保持两者位置关系的状态下，防止吸附杆22以驱动杆12为中心而转动。
如图2所示，连结构件30是由金属或树脂等形成的大体长方体形状的板状构件，其将驱动杆12的前端部及吸附杆22的前端部连结并固定。连结构件30防止使驱动杆12相对于连结构件30沿着轴线方向相对移动，并且防止使吸附杆22相对于连结构件30沿着轴线方向相对移动。
连结构件30包括驱动杆连结部31、吸附杆连结部32以及颈部33，并且三者一体形成，所述驱动杆连结部31作为第1连结部，在其表面31a一体连结并固定驱动杆12的前端部，所述吸附杆连结部32作为第2连结部，以从其表面32a贯穿的状态一体连结并固定吸附杆22，所述颈部33一体连结驱动杆连结部31与吸附杆连结部32。
驱动杆连结部31是位于驱动杆12的轴线方向的延长线上的连结构件30的一部分，吸附杆连结部32是位于吸附杆22的轴线方向的延长线上的连结构件30的一部分，颈部33是将驱动杆连结部31与吸附杆连结部32一体连结的、连结构件30的一部分，该部分不位于驱动杆12及吸附杆22的轴线方向的延长线上，而是沿着与轴线方向垂直的方向延伸。该连结构件30可以通过注射成型或切削而形成。
驱动杆连结部31是具有大体立方体形状，并将驱动杆12的前端部固定的固定部。该固定方法可以是螺钉固定或根据过盈配合的嵌合等各种方法。
吸附杆连结部32是具有大体长方体形状，并将吸附杆22的前端部22a以贯穿状态固定的固定部。该固定方法与驱动杆连结部31类似，可以是螺钉固定或根据过盈配合的嵌合等各种方法。
如图2及图3所示，颈部33是粗度比驱动杆连结部31及吸附杆连结部32细且用于连结驱动杆连结部31与吸附杆连结部32的颈状构件。在下文中，将连结构件30的长边方向设为长度L，将连结构件30的短边方向设为宽度W，将连结构件30的驱动杆12及吸附杆22的轴线方向设为高度T进行说明。
颈部33的长度L3短于驱动杆连结部31的长度L1及吸附杆连结部32的长度L2。颈部33的宽度W3短于驱动杆连结部31的宽度W1及吸附杆连结部32的宽度W2。
颈部33的高度T3低于驱动杆连结部31的高度T1及吸附杆连结部32的高度T2。进而，颈部33在其表面中，沿着与驱动杆12及吸附杆22的轴线方向垂直的宽度方向，具有规定内径的贯穿孔33h。
即，如图4所示，颈部33比驱动杆连结部31及吸附杆连结部32细，且由于贯穿孔33h的存在，该颈部33比驱动杆连结部31及吸附杆连结部32更容易弯曲。
如图5(A)及(B)所示，颈部33在其表面中的上侧面33a贴附有应变仪41、42，所述上侧面33a面向存在外壳11及壳体26的上侧方向，并且在下侧面33b贴附有应变仪43、44，所述下侧面33b面向存在作为吸附对象的芯片的下侧方向。
应变仪41～44利用如下原理：通过使内部设置的电阻元件与颈部33所产生的弯曲(应变)一同伸缩，从而电阻值发生变化，并构成所谓的电桥电路。在电桥电路中，可基于应变仪41～44的电阻元件带来的电压变化，测定与弯曲(应变)相应的负载。
这种情况下，与按压驱动杆12发生连动，吸附杆22与连结构件30一起被压下，并且将吸附杆22的前端部22a按压在芯片上，此时，芯片对吸附杆连结部32施加的反作用力(负载)就变成对颈部33的负载。
此时，如图4所示，只有颈部33因为芯片的反作用力而弯曲，因此在该弯曲部分贴附应变仪41～44。该弯曲部分通过颈部33的贯穿孔33h而使壁厚变薄，并作为应变产生体部发挥作用。
另外，在颈部33中，不限于在上侧面33a贴附有应变仪41、42，并在下侧面33b贴附有应变仪43、44，也可以将应变仪41～44全部贴附在上侧面33a或者下侧面33b，只要能准确地测定对吸附杆连结部32施加的负载，应变仪41～44在颈部33上的贴附位置并无特别限定。并且，贴附在颈部33上的应变仪的个数并不一定是四个，只要在上侧面33a或者下侧面33b上至少贴附一个即可。
在以上构成中，负载传感器一体式多轴执行器10包括作为负载传感器的连结构件30，并在颈部33的表面贴附应变仪41～44，所述颈部33将所述连结构件30的驱动杆连结部31与吸附杆连结部32连结，且比该驱动杆连结部31及该吸附杆连结部32细。
连结构件30的颈部33的刚性低于驱动杆连结部31及吸附杆连结部32，因此，如图4所示，当吸附杆22的前端部22a压在芯片上时，只有颈部33因为芯片对吸附杆连结部32的反作用力(负载)而弯曲。
尤其是，通过颈部33的贯穿孔33h而使壁厚变薄的部位最容易弯曲，由于在该弯曲部分(应变产生体部)贴附有应变仪41～44，因此负载传感器一体式多轴执行器10可以通过连结构件30的应变仪41～44，准确地测定吸附杆22对芯片的按压力(负载)。
＜其它实施方式＞
另外，在上述实施方式中，对在连结构件30的颈部33形成有贯穿孔33h的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，颈部33并非必须形成有贯穿孔33h，也可以不形成贯穿孔33h，只要形成得较细，当芯片的反作用力施加到吸附杆连结部32时，颈部33比驱动杆连结部31及吸附杆连结部32先弯曲即可。
在上述实施方式中，对大体立方体形状的驱动杆连结部31及大体长方体形状的吸附杆连结部32进行了说明，但并不限定于此，只要颈部33先弯曲即可，也可以是圆柱形状等其它各种形状。
在上述实施方式中，颈部33的长度L3短于驱动杆连结部31的长度L1及吸附杆连结部32的长度L2，颈部33的宽度W3短于驱动杆连结部31的宽度W1及吸附杆连结部32的宽度W2，颈部33的高度T3低于驱动杆连结部31的高度T1及吸附杆连结部32的高度T2。但本发明并不限定于此，只要颈部33的高度T3低于驱动杆连结部31的高度T1及吸附杆连结部32的高度T2即可，颈部33的长度L3可以与驱动杆连结部31的长度L1及吸附杆连结部32的长度L2大体相同或者更长，颈部33的宽度W3可以与驱动杆连结部31的宽度W1及吸附杆连结部32的宽度W2大体相同或者更大。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式涉及的负载传感器一体式多轴执行器10及连结构件30，而是包含本发明的构思及权利要求所含的所有形态。并且，也可以适当地选择各构成进行组合，以实现上述课题及效果的至少一部分。例如，可以根据本发明的具体使用形态，适当地变更上述实施方式的各构成要素的形状、材料、配置、尺寸等。
附图标记说明
10负载传感器一体式多轴执行器；11外壳；12驱动杆(第1轴状构件)；22吸附杆(第2轴状构件)；22a前端部；24保持板；26壳体；26a贯穿孔；30连结构件；31驱动杆连结部(第1连结部)；32吸附杆连结部(第2连结部)；33颈部(应变产生体部)；33a上侧面；33b下侧面；33h贯穿孔；L1～L3长度；W1～W3宽度；T1～T3高度；41～44应变仪。

Claims (4)

1.一种负载传感器，其用于多轴执行器，所述多轴执行器具有：第1轴状构件，其以收纳于外壳的状态沿着轴线方向直线移动；及第2轴状构件，其与所述第1轴状构件平行地配置，并与所述第1轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，当吸附规定对象物时，所述第2轴状构件的前端部被按压在所述对象物上，
所述负载传感器包括用于连结所述第1轴状构件与所述第2轴状构件的连结构件；
所述连结构件具有：第1连结部，其用于连结所述第1轴状构件；第2连结部，其用于连结所述第2轴状构件；及颈部，其设置在所述第1连结部与所述第2连结部之间，且其宽度比所述第1连结部及所述第2连结部的宽度窄，其高度比所述第1连结部及所述第2连结部的高度低，
所述颈部包括安装在其表面的应变仪。
2.根据权利要求1所述的负载传感器，其中，
所述应变仪在所述颈部被粘贴在面向与所述第1轴状构件及所述第2轴状构件的所述轴线方向垂直的方向的所述表面上。
3.根据权利要求1或2所述的负载传感器，其中，
在所述颈部形成有贯穿该颈部的贯穿孔。
4.一种负载传感器一体式多轴执行器，其包括：
第1轴状构件，其以收纳于外壳的状态沿着轴线方向直线移动；
第2轴状构件，其与所述第1轴状构件平行地配置，并与所述第1轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，且当吸附规定对象物时，前端部被按压在所述对象物上；及
连结构件，其用于连结所述第1轴状构件及所述第2轴状构件，以使所述第1轴状构件及所述第2轴状构件同时沿着所述轴线方向直线移动，
所述连结构件包括：第1连结部，其用于连结所述第1轴状构件；第2连结部，其用于连结所述第2轴状构件；及颈部，其设置在所述第1连结部与所述第2连结部之间，且其宽度比所述第1连结部及所述第2连结部的宽度窄，其高度比所述第1连结部及所述第2连结部的高度低，
所述颈部包括安装在其表面的应变仪。
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