CN1751549A - 用来在基片上安装电气元器件的抓取单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抓取单元(5)，其具有一个用于电气元器件(10)的可转动的夹具(9)，所述电气元器件(10)可以被安装在基片(3)上。所述夹具(9)通过一个具有在轴向上可以解除耦合的耦合元件(12，13)的分离耦合装置与抓取单元的转动驱动装置(7)连接。在将元器件(10)安装在基片(3)上时耦合装置被完全分离，从而夹具(9)与转动驱动装置(7)完全解除耦合。夹具(9)通过一个可调节的压力设备在轴向上朝着元器件(10)相对于转动驱动装置(7)被预紧，其中耦合面(18)通过一个作用在夹具(9)上的、克服轴向预紧力的轴向安装力相互分离。由此安装力及时在不同的元器件上也可单独地更准确地调节。

Description

用来在基片上安装电气元器件的抓取单元
本发明涉及一种用来在基片上安装电气元器件的抓取单元，其中抓取单元具有一个壳体、一个可旋转支承在壳体中的用于元器件的夹具以及一个支承在壳体中的用于夹具的转动驱动装置，其中夹具通过一个轴向上的柔性的耦合装置与转动驱动装置不可转动地连接。
这种类型的抓取单元例如由US 6178621 B中已知。这种类型的抓取单元是一个安装自动装置的一个部分，其中电气元器件被放置到一个输送区域并且在一个安装区域被安装在一个电气印刷电路板上。在转动驱动装置和用于元器件的夹具之间设置了一个具有可变工作压力的气动缓冲器。由此可能的是，可以按照不同的元器件将安装力调节到不同的最大值。
此外由WO 03/001572 A中已知一种抓取单元，其中一个转动驱动装置借助于一个可以侧向偏转并且在安装方向上可压缩的金属波纹管与夹具不可转动地连接。夹具在其内端上具有一个电枢件(Ankerteil)，其借助于具有可预调节磁力的电磁铁加载。通过改变电磁铁中的电流可以使得磁力与各种元器件允许的最大限度相匹配。此外夹具被导入一个构成为气体轴承的径向导向轴承中，其没有静摩擦。在确定安装力时不仅需要考虑磁力而且需要考虑金属波纹管的弹性力以及夹具的自重。安装力的限定对于小的压力敏感的元器件而言很重要。
在由US 5029383中已知的抓取单元中，抓取单元的顶部铰接地并且相对于夹具近乎无摩擦地支承在一个空心球形的气体轴承中，从而抓取单元的顶部在安装时与待安装的元器件的形状相配合。由此只有抓取单元的顶部的重力作用在元器件上。为了装入元器件，气体轴承和抓取单元的顶部被加载低压，由此抓取单元的顶部与元器件一起被固定在夹具上。
特别是在具有很多接头的元器件中也需要一定的最小力，以便确保所有的接头被钎焊材料浸润。这意味着所允许的限度处于一个狭小的力区域内。
本发明的目的在于非常准确地刹止直接作用在元器件上的安装力。
所述目的通过本发明按照权利要求1来实现。通过分离耦合装置确保了在元器件被安装到基片上的耦合元件紧接着可靠地解除耦合。通过在安装时刻将夹具与转动驱动装置完全解除耦合可以从这一侧来说不再有力作用在夹具上。由此出发，即元器件特别是在通常粘度的焊膏上安装以后不再转动。在调节安装力时不需要考虑耦合力或弹性力，这使得可以实现更准确和快速的调节。特别是不需要其它的调节以便例如平衡增加的弹性力。转动驱动装置可以例如构成为发动机轴的直接驱动装置或者也可以构成为单独的驱动轴，其例如通过一个传动装置与驱动马达连接。
本发明的有利的改进方案存在于权利要求2-11中。
将元器件转动至安装平面位置只需要很小的扭矩，其可以通过一个轻微预紧的摩擦耦合装置可靠地传递。相应的轻微预紧也使得转动驱动装置的转动轴与夹具的转动轴解除耦合，从而夹具可以在不受转动驱动装置影响的情况下在自身的转动支承中准确地导向。
通过按照权利要求3，4中的改进方案可以快速地更换夹具。这种类型的夹具可以设置有不同的与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，借助于一个吸附吸移管来抓取元器件，所述吸附吸移管可以快速可更换地装在夹具的接头上。
通过按照权利要求6中的改进方案，夹具的角度转动可以在元器件的邻近处被控制。
通过按照权利要求7中的改进方案，安装设备的效率被显著提高了。
通过按照权利要求8中的改进方案，安装力可以被更加准确地控制。空心圆柱形的薄壁的夹具可以构造得如此轻，使得其自重远小于所需要的安装力并且所出现的惯性力相应地也较低，从而安装力基本上通过可调节的压力设备确定。通常在将元器件安装到基片上后，将真空切换到一短暂的压力脉冲，以便确保将元器件可靠地粘到基片上。此外通常将气动管路通过夹具的一个中心孔引导至吸附顶端。通过夹具内腔的扩大产生一个缓冲容积，其使得压力脉冲的传输的延迟并且因此减小安装功率。按照本发明在将气动管路与该内腔分离后，内腔的容积显著减小，并且在夹具顶端的真空在很短时间内切换到所要求的压力脉冲。
按照权利要求9的本发明的目的是使得可以更精确地调节安装力。气体轴承不仅在转动设备中而且在轴向移动设备中都是完全没有摩擦力以及没有滞后的。夹具不需要其它的轴承元件，其会加大夹具质量。借助于压缩气体(其表示为一个压力设备)的轴向压力控制不需要在夹具上有附加的耦合元件。气体压力在夹具的整个横截面上均匀分布，从而力重心位于中心，并不会产生倾翻力矩。可以在安装元器件之前通过一个压力传感器将气体压力精确地调节到一个预先设定的值。在这种类型的组合下较小的夹具质量成了唯一的干扰量，其然而可以通过抓取单元的一个调节的下降速度轻易地进行控制。在非弹性设置的部件的质量较大时，例如按照开头提及的US6178621 B在安装过程中需要一个压力调节装置，这种压力调节装置在本发明中被取消了。
通过按照权利要求10的通风槽，气体轴承被夹具的控制压力气动地有效地解除耦合。
通过按照权利要求11的改进方案，在夹具上方的压力容积增加地如此大，从而在夹具在弹入时的压力增加可以忽略不计。
下面借助于一个在附图中示出的实施例对本发明进行详细阐述。其中：
图1按照本发明的抓取单元在原始位置的纵向剖视图，
图2抓取单元在一功能位置处的沿图1的直线II-II的局部剖视图，
图3抓取单元沿着图2中的直线III-III的剖视图。
按照图1、2和3，安装头2的支架1可以沿着两个水平的坐标轴方向X和Y平行于基片3移动。该支架设有一个垂直的直线导轨4，在该直线导轨中抓取单元5借助于支架1的一个提升驱动装置28在另外一个坐标轴方向Z上移动。在抓取单元5的一个壳体6中装入了一个电动转动驱动装置7，其以驱动轴8嵌入到一个在下方同轴设置的用于电气元器件10的活塞形夹具9中。夹具9可以在一个圆柱形的气体轴承11中的转动地以及纵向移动地导向。
基本上空心圆柱形的夹具9在其面对转动驱动装置7的一侧具有一端壁12，驱动轴8穿过该端壁12。在端壁12的背对转动驱动装置的一侧在驱动轴8上固定有一止动盘13，其用侧向叶片状突出的翼缘包围住端壁。在图1中所示的功能位置中端壁12的下侧在轴向预紧的情况下贴靠在止动盘13的侧向突出的翼缘上。摩擦力如此之大，从而其可以可靠地将转动驱动装置7的转动运动传递到夹具9上，从而元器件10可以在所要求的转动位置上被放置到基片3上。
所述端壁12有一个缺口15，其在轮廓上在留有一定间隙的情况下与止动盘13相配合并且垂直于止动盘13的纵向延伸。由此可能的是，驱动轴8的端部以及固定在其上的止动盘13可在一个转动90°之后的安装位置上穿过端壁12导向。此后驱动轴8相对于夹具9转动，直至止动盘13的侧向的翼缘贴靠在转动止档14上(在图1和图3中未示出)，从而夹具9和驱动轴以一种插接连接方式锁止并且确保了不会在坐标轴方向Z上掉落。
在端壁12的上方在抓取单元5中构成一个封闭的空腔16，其与接通的压缩气体管路17连接。输入的压缩气体形成了压缩设备，其将端壁12压向止动盘13。端壁12和止动盘13构成一摩擦耦合装置的耦合元件，其中它们相互面对的面作为耦合面18。所述耦合面在气动压紧力的作用下被相互强烈地压紧，使得它们可靠地传递用于使家具9跟随元器件10一起转动所需要的较小的扭矩。
气体轴承11构成在一个导向轴套19中，所述导向轴套一直延伸至空腔16的上方并且设有未示出的细小的与另外的压缩气体管路20连接的径向孔。在所述区域和夹具9的上端之间在导向轴套19中设有一个环形的通风槽27，其阻止两个压缩气体区域之间的漏出气体的不受控制的溢流，从而两个区域彼此不受对方压力影响。
夹具9在其导向区域内构成为薄壁的空心圆柱体，其具有相应的空间很大的内腔21，从而夹具9的质量保持得很小。通过一个封闭底板将内腔21与一个用来将元器件10吸附在夹具9上的真空管路22气动地隔开。夹具9在其底端上具有一个接头23，在该接头23上放置一个吸附吸移管24，其在功能上配备给夹具9。但是也可以的是，将夹具的顶部构造成吸附吸移管的方式并且直接将元器件10吸附在其上。
在接头23上方在夹具9上设有一个盘状的角刻度盘25，其被一个设置在壳体6上的静止的测量设备26读取。由此夹具9由转动驱动装置7引起的转动在元器件10的邻近处被测量，从而可能出现的传动误差不会产生影响。
按照图2抓取单元2通过提升驱动装置28在z方向上被降的如此低，使得元器件10位于基片3上。此刻夹具9被压入空腔16中，其中所存在的气体压力决定了最大的安装力。在此有利的是，可控制的气体压力在先前就可以准确地调节。不同的元器件需要不同的安装力，其通过不同的加压来实现。在夹具9弹入时，夹具就会停止并且被压入剩余的抓取单元中。这种相对运动可以通过一个合适的传感器探测到，其引起提升运动的立刻刹止。紧接着上述安装之后，端壁12与止动盘13完全分离，从而再也没有惯性力以及耦合力作用在夹具9上。
     附图标记列表
x，y，z     坐标轴方向
1           支架
2           安装头
3           基片
4           直线导轨
5           抓取单元
6           壳体
7           转动驱动装置
8           驱动轴
9           夹具
10          元器件
11          气体轴承
12          端壁
13          止动盘
14          转动止档
15          缺口
16          空腔
17，20      压缩气体管路
18          耦合面
19          导向轴套
21          内腔
22          真空管路
23          接头
24          吸附吸移管
25          角刻度盘
26          测量设备
27          通风槽
28          提升驱动装置

Claims (11)

1.用来在基片(3)上安装电气元器件(10)的抓取单元(5)，其中所述可垂直于基片移动的抓取单元(5)具有一个壳体(6)、一个可旋转支承在壳体(6)中的用于元器件(10)的夹具(9)以及一个支承在壳体(6)中的用于夹具(9)的转动驱动装置(7)，其中夹具(9)通过一个轴向上柔性的耦合装置与转动驱动装置(7)至少暂时不可转动地连接，其特征在于，耦合装置是具有在轴向上可以解除耦合的耦合元件(12，13)的分离耦合装置，夹具(9)通过一个可调节的压力设备相对于转动驱动装置(7)在轴向上朝着元器件(10)被预紧，并且耦合元件(12，13)的耦合面(18)构成了夹具(9)的一个轴向止档并且耦合面(18)通过一个作用在夹具(9)上的、克服轴向预紧力的轴向安装力相互分离。
2.如权利要求1所述的抓取单元，其特征在于，耦合装置是摩擦耦合装置，其具有垂直于转动轴延伸的耦合元件(12，13)的耦合面(18)。
3.如权利要求1或2所述的抓取单元，其特征在于，耦合装置是可快速分离的并且夹具(9)可以更换。
4.如权利要求1至3之一所述的抓取单元，其特征在于，夹具(9)在壳体(6)中轴向可移动地支承并且以一种插接连接方式与转动驱动装置(7)的一个驱动轴(8)连接。
5.如上述权利要求中任一项所述的抓取单元，其特征在于，夹具(9)具有一个接头(23)，其用来可拆卸地安装用于元器件(10)的吸附吸移管(24)。
6.如上述权利要求中任一项所述的抓取单元，其特征在于，夹具(9)设有一个角刻度盘(25)并且在壳体(6)上设置一个用于角刻度盘(25)的测量设备(26)。
7.如上述权利要求中任一项所述的抓取单元，其特征在于，多个相互平行的可单独操作的抓取单元(5)被聚集在一个移动的安装头(2)中。
8.如上述权利要求中任一项所述的抓取单元，其特征在于，近乎空心圆柱形的夹具(9)在其外壳面上构成为薄壁式的，并且一个真空管路(22)c在自由的夹具端部与夹具(9)的空心圆柱形的内腔(21)气动地隔开。
9.用来在基片(3)上安装电气元器件(10)的抓取单元，所述抓取单元(5)具有一个壳体(6)、一个可旋转支承在壳体(6)中的用于元器件(10)的夹具(9)以及一个支承在壳体(6)中的用于夹具(9)的转动驱动装置(7)，其中夹具(9)通过一个轴向上柔性的耦合装置与转动驱动装置(7)不可转动地连接，特别是按照上述权利要求中任一项所述的抓取单元，其特征在于，中心轴承构成为圆柱形的气体轴承(11)，夹具(9)可在该气体轴承中轴向移动并且夹具(9)在面对转动驱动装置(7)的一侧可以以压力活塞的方式被压力可调的气体加载。
10.如权利要求9所述的抓取单元，其特征在于，在气体轴承(11)的气隙和夹具(9)的被气体加载的区段之间设有一个环绕的通风槽(27)。
11.如权利要求9或10所述的抓取单元，其特征在于，夹具(9)的空心圆柱形的内腔(21)气动地与夹具(9)的压力侧连接。
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