元件吸持头、元件装配装置及元件吸持方法

摘要

在元件吸持头6所具有的旋转轴13上,设置沿轴向驱动该旋转轴的音圈马达21,还设有检测该旋转轴移动的检测装置,根据该检测装置的检测结果,控制对该音圈马达的通电,以此来控制向所述旋转轴的轴向移动。因此,可正确地把握向上述旋转轴的轴向移动。

说明书

本发明涉及在电子电路板上装配电子元件的元件吸持头、具有该元件吸持头的元件装配装置，以及利用该元件装配装置进行元件吸持的方法。

在向电子电路基板上自动装配电子元件的元件装配装置所具有的元件吸附头部，具有吸附所述电子元件并向所述电子电路板上装配用的吸嘴。近年来，在吸附及装配所述电子元件时，精密地控制所述吸嘴与所述电子元件的接触已成为提高所生产的电子电路板质量的重要因素之一。以下参照图4，说明已有的电子产品装配装置的一例。

图4示出了在已有的电子元件的装配装置中包括所述吸嘴的所述元件的吸附头部101，用所述吸嘴吸附所述电子元件的吸引装置103，使头部101沿X、Y方向移动的X、Y机械手102，以及控制头部101、X、Y机械手102和吸引装置103动作的控制装置104。头部101具有如下结构。还有，在图4中只示出了头部101的主要构成元件，例如，头部101主体部等的图示被省略了。图4中符号135表示为花键轴，在其一端的135a设置有通过吸引动作吸附电子元件138的吸嘴136，而在其另一端部135b则设置有旋转轴承143。还有，通过吸引装置103进行上述的吸引动作，空气通过吸嘴136及花键轴135内而被导入吸引装置103。在花键轴135上，沿该轴135的轴向，两个螺母131、134沿所述轴向，以可滑动的方式装配该花键轴135。还有，这样的螺母131、134分别通过轴承132、133而被保持在头部101的末图示的主体部上。因此，花键轴135对所述主体部，是可沿所述轴向移动的，而且是可沿花轴键135的圆周方向旋转的。

还有，花键轴135向所述圆周方向的旋转是通过马达142进行的。即是说，在花键轴135上嵌合有与花键轴135一起旋转的皮带轮139。还有，花键轴135对皮带论139是可沿轴向移动的。另一方面，在马达142的驱动轴上装配皮带轮141，通过皮带140连接皮带轮139与皮带轮141，因此，由于以马达412来旋转皮带轮141，所以通过皮带140及皮带轮139，花键轴135沿其圆周方向旋转。

还有，花键轴135向所述轴向的移动是通过马达149进行的。即是说，滚珠丝杠145与螺母146螺合，其中所述的滚珠丝杠是通过连轴节148与马达149的驱动轴相连接的，而螺母146则是在前端设置了与所述旋转轴承143形成的槽143a相锁合的辊144的杠杆147上突出设置的。因此，通过由马达149旋转滚珠丝杠145，在所述辊144锁合在旋转轴承143的状态下，杠杆147沿所述轴向移动，因而花键轴135沿所述轴向移动。

下面说明具有上述构成的已有元件装配装置的工作情况。

通过控制装置104的控制动作，启动了X、Y机械手102，头部101向电子元件的吸附场所，即元件的吸附位置移动。然后，通过控制装置104的控制来驱动马达149，花键轴135，即吸嘴136下降，而且驱动吸引装置103，由吸嘴136吸附电子元件。其次，通过马达149使滚珠丝杠145逆向旋转，使吸嘴136上升。然后，为了校正已吸附的电子元件的装配方向，通过控制控制装置104来驱动马达142使吸嘴136旋转到最佳位置。其次，再驱动X、Y机械手使头部101移动到电子电路板上的元件装配位置之后，再驱动马达149，使吸嘴136下降，将电子元件138装配在电子电路板上。

然而，在已有的元件装配装置的上述构成中，存在着下列问题。

即是说，在最近的元件装配的装置中，不仅有用树脂材料封装形成电子电路的硅板的电子元件，也还有裸露的IC等装配。在裸露的IC装配中，为防止该裸露的IC的损伤，装配时，吸嘴136需要对给予所述裸露的IC施加的装配压力进行管理。因此，在X、Y方向上正确管理对所述裸露的IC装配加压力的同时，根据使吸嘴136升降的马达149转距，管理吸嘴136给予所述裸露的IC的压力。在这样的元件装配装置中，为了正确地测量在X、Y方向及升降方向上的吸嘴136的位置，在吸嘴自身直接设置传感器是理想的，但是，如上所述，在沿所述轴向及圆周方向移动的花键轴上设置传感器是不可能的。因此，以马达419内所具有的旋转式编码器150输出的信息为基础，管理了在所述升降方向上的吸嘴136的位置。

然而，如上所述，花键轴135向轴向移动是通过旋转轴承143及辊144等进行的，而旋转轴承143及辊144等为非刚性材料是困难的，起因于向滚珠丝杠145的轴向移动精度并正确掌握花键轴135的轴向的位置，是困难的。因而，已有的电子元件装配装置存在着难于正确地控制吸嘴前端的动作，进而产生了妨碍装配质量提高的问题。

本发明是为解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种可提高元件向被装配体装配的装配质量的元件吸持头和具有该元件吸持头的元件装配装置，以及利用该元件装配装置实行元件吸持的方法。

为达到上述目的，本发明构成如下。

本发明的第一种方式提供了一种元件吸持头，在一端部具有元件的吸持的吸嘴并具有沿该轴向驱动的旋转轴；在所述旋转轴上，于所述旋转轴的圆周面上固定磁铁的同时，在所述旋转轴的周围设置线圈，构成使所述旋转轴沿其轴向驱动的音圈马达，通过控制对所述音圈马达通电来控制向所述旋转轴的轴向移动。

本发明的第二种形式提供了如第一种形式中所述的元件吸持头，在所述旋转轴上还具有设置在所述旋转轴上、检测所述旋转轴的轴向移动的检测装置，根据该检测装置的检测结果，控制向所述音圈马达的所述旋转轴的轴向移动量。

本发明的第三种形式提供了如第二种形式中所述的元件吸持头，所述检测装置具有被检测组件和传感器，其中所述的被检测组件是延伸在所述旋转轴与同心轴上，并直接地装配在所述旋转轴的另一端部，在向所述旋转轴的轴向移动的同时，向所述的轴向移动的，而所述的传感器则是检测所述被检测组件移动的。

本发明的第四种形式提供了第三种形式中所述的元件吸持头，所述检测装置的所述被检测组件是磁尺，在与所述磁尺非接触的状态下，设置透射传感器，通过该透射传感器检测磁尺的前端有无遮光，检测所述旋转轴移动的原点位置。

本发明的第五种形式提供了如第二种形式中所述的元件吸持头，所述检测装置具有传感器和被检测的组件，其中所述的传感器是在所述旋转轴向其圆周方向驱动时防止同所述旋转轴一起转动，通过轴承，直接地设置在所述旋转轴的另一端部，并在向所述旋转轴的轴向移动的同时，向所述轴向移动的，而所述的检测组件是在沿所述旋转轴的轴向平行地延伸并利用所述传感器检测的。

本发明的第六种形式提供了一种元件装配装置，该装置具有上述第一至第五种形式中所述的元件吸持头，并进行所述元件的装配。

本发明的第七种形式提供了如第六种形式中所述的元件装配装置，还具有在所述旋转轴上设置的、检测向所述旋转轴的轴向移动的检测装置，同时还具有根据所述检测装置的检测结果来控制向音圈马达的所述旋转轴的轴向移动量的控制装置。

本发明的第八种形式提供了如第六或第七种形式中所述的元件装配装置，对于所述音圈马达的箱体可移动式地设置所述旋转轴，在所述箱体上装配所述吸嘴用的吸引管，同时贯通所述旋转轴并使与所述吸嘴连通的贯通孔的开口在所述箱体内开口，在所述箱体内使所述配管与所述贯通孔的开口连通。

本发明的第九种形式提供了一种元件吸持方法，该方法是使用在一端部具有元件吸持的吸嘴并具有沿其轴向驱动的旋转轴的元件吸持头，使用在所述旋转轴上，于所述旋转轴的圆周面上固定磁铁，同时在所述旋转轴的周围设置线圈，构成使所述旋转轴沿其轴向驱动的音圈马达的元件吸持头进行元件吸持方法，在这种方法中使用在所述旋转轴上设置的检测装置来检测向所述音圈马达的所述旋转轴的轴向的移动；根据所述检测装置的检测结果，控制向所述音圈马达的通电以控制向所述旋转轴的轴向的移动量来吸持所述元件。

本发明的第十种形式提供了如第九种形式所述的元件吸持方法，所述检测装置的所述被检测组件是磁尺，在与所述磁尺非接触的状态下设置透射传感器，通过该透射传感器来检测磁尺的前端有无遮光，并检测所述旋转轴移动的原点位置。

以下对附图作简单说明。

本发明的上述特征与其他发明目的特征可根据以下的附图并结合理想的实施例来说明，以便更清楚地了解。在这些附图中，

图1为表示本发明一实施例元件吸持头构成图。

图2为表示具有图1元件吸持头的元件装配装置的透视图。

图3为图1所示的检测装置另一实施例的图。

图4为表示已有的元件吸持头构成图。

图5为驱动控制上述实施例元件吸持头的音圈马达的框图。

图6为使用线性马达的已有的元件装配装置。

在继续说明本发明之前，对附图中相同元件加相同的参考符号。

以下参照附图，详细说明本发明实施例1。

首先参照附图说明本发明实施例的元件吸持头、具有该元件吸持头的元件装配装置，以及利用该元件装配装置实行元件吸持方法。还有，包括上述说明已使用过的图4在内的各附图中，对相同的构成部分加了相同的符号，故其说明从略。还有，起着元件吸持头功能的实施例相当于元件吸附头部6。此外，还有采用了分别将电子元件作为元件的一例，将电子电路板作为被装配体的例子。

图2为表示本实施例装配元件装置整体略图。2是输入、输出电子电路板1或生产时保持电路板1的输送部。3及4都是收容并供给装配在电路板1上的电子元件的电子元件供给部。电子元件供给部3是将电子元件收容在卷盘中的卷盘式电子元件供给部，而电子元件供给部4则是将电子元件收容在盘中的盘式电子元件供给部。具有吸附电子元件的吸嘴8并进行该吸嘴8的升降和旋转动作等的元件吸附的头部6，装配在沿x、y方向使该头部6移动的X、Y机械手5上。在电子元件吸附时，利用X、Y机械手5将头部6，即吸嘴8向电子元件供给部3或4的吸持电子元件的位置移动，然后使吸嘴8下降而吸附电子元件。吸附后，使吸嘴8上升。由吸嘴8所吸附的电子元件吸附状况，可由元件识别摄象机7摄影，然后根据摄影信息来判断：在向电子电路板1上装配之前，是否需要对电子元件吸附角度的校正等。由吸嘴8所吸附的电子元件通过X、Y机械手5的磁头6的移动，沿X、Y方向移动，直至移动到电子电路板1上的给定位置。然后，通过磁头部6的动作，使吸嘴8下降，将电子元件向电子电路板1上的给定的装配元件的位置装配，解除电子元件的吸附。通过上述的反复动作，各电子元件由电子元件供给部3或4向电子电路板1上装配。

图1中示出了具有上述吸嘴8的元件吸附头部6，上述X、Y机械手5，由吸嘴8吸引上述电子元件的吸引装置103，以及对元件吸附头部6和X、Y机械手5以及吸引装置103的动作进行控制的控制装置11。还有，在图1上，为方便起见，X、Y机械手5以直接驱动具有吸嘴8的花键轴13的形式示出的。但是，如上所述，通过X、Y机械手5可使头部6移动。

以下详细说明。与已有例相比，在本实施例中，为了使在前端部13a设置的吸嘴8的花键轴13沿该轴向移动，在该花键轴13上装配有音圈马达，尤其，为了检测向花键轴13的轴向的移动量，在花键轴13上设置了检测装置。其他的构成因为与已有的头部101的构成相同，故对其相同构成部分的说明从略。

在花键轴13上，沿该轴13的轴向，两个螺母131、134以使该花键轴13可沿上述轴向滑动的方式装配。尤其，这样的螺母131、134分别通过轴承132、133受到元件吸附的头部6的末图示的主体部分支撑。因此，花键轴13对所述主体部可沿上述轴向移动，而且可沿花键轴13的圆周方向旋转。还有，花键轴13向圆周方向的旋转，是由该元件吸附的头部6上所具有的马达142通过皮带140进行的。还有，马达142与控制装置11相连接，花键轴13向圆周方向的旋转角度，可根据马达142上装配的编码器输出的信号由控制装置11运算。然后根据该运算结果，通过反馈控制来控制马达142的动作。还有，在花键轴13的前端部13a，为了在吸引时防止灰尘的侵入，设置在内部具有过滤器137而吸附电子元件138的吸嘴8。还有，由花键轴13的前端部13a至如后所述的音圈马达21的内部，在花键轴13的内部沿其轴向形成有作为通过过滤器137吸引空气的通路的空气孔27，在所述音圈马达21的内部24中，上述空气孔27通过花键轴13的直径方向上的旋转轴开口27a与音圈马达21的内部24连通。

在花键轴13上，在元件吸附头部6的主体部可旋转支撑花键轴13的轴承132与133所夹持的部分，设置有将花键轴13作为驱动轴的音圈马达21。即是说，在花键轴13的周围固定磁铁23。还有，在音圈马达21的箱体21a内，在花键轴13的轴向移动范围内，沿着花键轴13的轴向而且在与磁铁23非接触的状态下在磁铁23的周围设置音圈22。上述这种音圈马达21与该元件装配装置上所具有的控制装置11相连接并由该控制装置11控制其动作。也即是说，通过向音圈22通电的方法使音圈马达21的磁铁23在上升位置12a与下降位置12b之间移动，从而花键轴13及吸嘴8沿轴向移动。还有，作为音圈马达21的结构，在花键轴13的圆周面上固定音圈，在花键轴13的移动范围内，沿着花键轴13的轴向，而且在与所述音圈非接触的状态下在所述音圈周围，也可设置磁铁。

还有，为了通过花键轴13内部的空气孔27及轴承开口27a将流入音圈马达21的内部24的空气向音圈马达21的外部吸引，在音圈马达21的箱体21a设置孔26。在箱体21a的表面、孔26的开口部分设置空气连接部25。该空气连接部25通过软管而与该元件吸附的头部6或该装配元件装置所具有的吸引装置103相连接。还有，吸引装置103通过控制装置11进行动作控制。因此，由于吸引装置103的吸引动作，通过孔26、音圈马达21的内部24、轴承开口27a、空气孔27以及过滤器137，由吸嘴8的前端吸引空气，从而在吸嘴8的前端吸附电子元件138。

以下详细说明这样设置的吸引装置103的效果。

过去曾提出如图6所示的使用线性马达的元件装配装置。在图6中，401为永磁铁，402、403、404、405、406为透磁率很大的材料轭铁，407为构成由永磁铁与轭铁产生一定磁场的磁路的空隙。408是卷绕线材的卷绕管，是通过电流的流动而产生推力的，在这个卷绕管408上固定有滑动轴410。在这个滑动轴410的下端固定有元件吸附用的真空吸嘴413。416是在轭铁402上装配的检测上下运动位置用的线型电位器，用以检测滑动轴410的原点及所在的位置。

在这种装置中存在着下列问题，即连接真空吸嘴413与真空发生装置的连接管414从滑动轴410的上端突出，在滑动轴410的上下动和水平移动的同时，管414也移动，而且管414移动时，与其他元件接触而使摩擦阻抗变大，从而妨碍吸嘴413顺利地上下移动。

对此，在本实施例中，由于吸引用的配管固定在音圈马达21的箱体21a上，所以就不产生由于吸嘴8的上下动及水平面的移动而发生移动，不发生如已有装置那样的摩擦阻抗和驱动阻抗，从而可使吸嘴8顺利地上下动。还有，详细地说，如后所述，只有不带布线的磁尺28与花键轴13一起移动，而带有布线的磁传感器29一侧不移动，因此，与上述吸引用的配管相同，不发生象已有装置那样的因布线而产生的摩擦阻抗和驱动阻抗，可顺利地使吸嘴8上下动。

在花键轴13的另一端部13b，在与花键轴13的同心轴上沿轴向，装配有棒型磁尺28。还有，磁尺28以及如后所述的磁尺20是相当于起着被检测组件功能的实施例的。该磁尺28是沿着该轴向，S极和N极相互以一定的间隔磁化的。还有，将磁尺28设置在花键轴13的同心轴上等理由在于，花键轴13通过马达142沿圆周方向旋转，由于可防止磁尺28随之以画圆的形式旋转，因此可利用如后所述的磁传感器29很容易地进行磁检测。

为了检测磁尺28的磁，在与磁尺28非接触状态下磁传感器29被固定在该元件吸附的头部6上。因此，由磁传感器29检测出伴随花键轴13向轴向移动而向磁尺28的上述轴向移动所发生的磁变化，该检测信息由磁传感器29向控制装置11输出。还有，为了检测花键轴13移动的原点，在磁尺28的前端部分，在与磁尺28非接触状态下，透射传感器30被固定在该元件吸附头部6上。透射传感器30是具有发光元件与受光元件的光传感器，检测磁尺28的前端有无遮光，并将其检测结果输送至控制装置11。还有，所述的磁尺28、磁传感器29以及透射传感器30相当于起检测装置功能的实施例。

因此，控制装置11根据由透射传感器30供给的检测结果，如图5所示，通过原点检测部301将有无遮光的变化时点作为所述原点进行判断，进而再根据由磁传感器29供给的、在磁尺28上磁化的磁极变化信息，在位置检测部302通过运算部303运算花键轴13的移动量。根据该运算结果，由驱动部305控制对音圈马达21的通电，以控制音圈马达21的动作。还有，根据需要，将运算部303的运算结果等记录在存储器304中。

还有，在图6的已有装置中还存在下列问题，即为了由电位器416检测滑动轴410的原点，作为原点信号需要在上下轴的周围形成给定幅度的原点检测带，但是，在这种情况下原点不能由一点决定，由于成为具有幅度的，所以不可能高精度地检测原点位置，而且难于在圆周方向同一位置上形成原点检测用的带域。

针对这一问题，在本实施例中，如上所述，在磁尺28的前端部分，在与磁尺28非接触的状态下设置透射传感器30。通过该传感器30来检测磁尺28的前端有无遮光，检测原点位置，因此，与过去相比，可高精度地进行检测。还有，由于只是检测磁尺28的前端有无遮光，所以与过去相比，可在圆周方向或相同位置上均可高精度地检测原点位置。

还有，与本实施例中上述检测装置的结构相比虽有些复杂，但作为上述检测装置的其他构成例，例如可考虑图3所示的结构。即是说，在花键轴13的另一端部13b，通过轴承17固定着与上述磁传感器29相同的磁传感器18。采用这样结构的理由，是因为要防止磁传感器18伴随着花键轴13向圆周方向的旋转而旋转。再有，可将磁传感器18沿花键轴13的轴向移动，但不能沿上述圆周方向旋转，该磁传感器18的一部分被固定在该元件吸附头部6上，并与沿上述轴向平行延伸止转旋转轴19相锁合。因此，磁传感器18在上述圆周方向上以不旋转的状态可沿上述轴向移动。沿着这样的磁传感器18的移动范围并在与磁传感器18非接触状态下，与上述磁尺28相同的磁尺20被固定在该吸附元件部6上。还有，磁传感器18与控制装置11相连接。

还有，用于检测花键轴13的移动量的上述检测装置不局限于上述的磁尺28、20和磁传感器29、18以及透射传感器30，也可以使用能够测定花键轴13移动量的已知的器具。

以下说明具有上述构成的本实施例中元件吸附头部6的元件装配装置的动作。

首先，通过控制控制装置11，输送部2将电子电路板由前一工序输入，在装配位置上支承。另一方面，在元件吸附头部6上所具有的透射传感器30在由磁尺28的前端遮光的时点来检测花键轴13的移动原点。将该原点检测信息从透射传感器30向控制装置11输出。

其次，通过控制控制装置11，X、Y机械手5将元件吸附头部6向卷盘式电子元件供给部3或盘式电子元件供给部4的元件吸持位置移动。

再次，通过控制控制装置11，利用向音圈马达21通电的方法使花键轴13下降，而且此时根据伴随磁尺28的下降而磁传感器29的输出信息，控制装置11控制花键轴13的下降量。通过音圈马达21的驱动，花键轴13及吸嘴8下降，这时，通过控制装置11的控制，由吸引装置103开始吸引动作。因此，通过空气连接部25、孔26、音圈马达21的内部24、旋转轴开口27a空气孔27以及过滤器137，由吸嘴8的前端吸引空气。因此，吸嘴8的前端在与卷盘式电子元件供给部3或盘式电子元件供给部4所收容的电子元件128相接近或者接触时，由吸嘴8的前端吸附电子元件138。

通过控制控制装置11，在吸附电子元件138之后，驱动音圈马达21使音圈马达21的磁铁23达到上升装置12a，这时吸嘴8便上升。此后，通过控制控制装置11，X、Y机械手5将元件吸附头部6移动至识别元件摄象机7上，识别元件摄象机7将吸附在吸嘴8上的电子元件138的吸附姿势进行摄影，然后将该摄影信息向控制装置11输送。控制装置11根据该摄影信息，在认为必要时，驱动马达142通过皮带140使花键轴13沿其圆周方向旋转，这样，就可以进行上述吸附姿势的位置校正。

再其次，通过控制控制装置11，X、Y机械手5将元件吸附头部6移动至电子电路板上。然后，控制装置11 再次向着音圈马达21通电，使花键轴13及吸嘴8下降，将已吸附的电子元件138向电路板1的装配元件的位置上装配。

如上所述，若使本实施例的元件吸持头、具有该元件吸持头的装配元件装置，以及利用该元件装配装置进行元件吸持方法，则可通过在花键轴13上设置的音圈马达21进行花键轴13的移动和通过控制装置11来控制向音圈马达21的通电，就可以正确地进行花键轴13的移动。因此，在利用吸嘴8吸附电子元件138时，以及在将吸附的电子元件138装配在电路基板1上时，通过控制供给音圈马达21的电力，就可以控制吸嘴8给予电子元件138的加压力。

再有，将检测花键轴13移动的磁尺直接地与刚性体的花键轴连结，而吸嘴8也直接地与刚性体的花键轴13连结。因此，伴随着向花键轴13的轴向移动的磁尺28的移动量，与向吸嘴8的上述轴向的移动量是完全一致的。从采用这样的结构来看，通过检测磁尺28的移动量就可以正确地检测使花键轴13下降而使吸嘴8的前端与电子元件138相接触时的、以及使吸嘴8上吸附的电子元件138装配在电子电路板1上时的花键轴13的移动量。

因此，根据本实施例可谋求电子产品装配质量的提高，例如，可在装配误差范围由1μm到0.5μm的范围内谋求电子产品装配质量的提高。

还有，在本实施例中，虽然具有吸嘴8的花键轴13是沿垂直方向移动的，但是，花键轴13的移动方向并不局限于这种方向，也可以结合元件供给部及电路板的方向设定。

还有，在本实施例中，作为元件是采用以电子元件为例的，但不局限于电子元件，而作为装配元件的被装配体则采用了电子电路板，但也不局限于这种电子电路板。

如前所述，若使用本发明第一种形式的元件吸持头和第二种形式的元件装配装置，通过在旋转轴上具有的直接驱动该旋转轴的音圈马达，并控制对该音圈马达的通电来控制向所述旋转轴的轴向的移动，就可正确地把握向上述旋转轴的轴向的移动，可正确地控制在上述旋转轴的一端部所具有的吸嘴的移动，进而可谋求装配质量的提高。

还有，若根据本发明的第三种形式的元件吸持方法，通过在旋转轴上具有直接驱动该旋转轴的音圈马达及检测旋转轴移动的检测装置，根据上述检测装置的检测结果，控制对上述音圈马达的通电来控制上述旋转轴的移动量，就可正确地把握向上述旋转轴的轴向的移动，可正确地控制在上述旋转轴的一端部所具有的吸嘴的移动，进而可谋求装配质量的提高。

本发明包括了1996年12月25日申请的日本专利申请(第8-345069号)公开的全部内容，其中包括其说明书、权利要求书、附图及摘要作为参考，均收入其中。

本发明虽然参照附图已充分地记述了有关最佳实施例，但对本技术熟练的人来说很容易进行各种变形或修改。这样的变形或修改应理解为属于本发明权利要求范围之内，并包括在其中。