專利名稱：元件安置頭及元件安置方法
技術領域：
本發明涉及一種元件安置頭和元件安置方法，所述元件安置頭和元件安置方法具有多個元件保持部件，捕獲由每一個元件保持部件保持的元件的圖像，識別元件的保持姿態并且根據識別的結果將元件安置在電路板上。
背景技術：
近年來，市場對電子裝置的小型化、高性能及成本降低越來越增加了需求，所述電子裝置包括由作為多個元件的電子元件在電路板上的安置形成的電子電路。
在電子元件安置裝置中，所述電子元件安置裝置具有作為元件安置頭示例的頭，多個電子元件由此頭安置在被保持在臺上的電路板上，進而制成這種電子電路。在這種電子元件安置裝置中，由頭所保持的電子元件的保持姿態、在電路板上電子元件的安置位置等通過使用設在臺或頭等上的圖像拾取裝置識別，且電子元件根據識別的結果被安置到電路板上(例如，見日本未審查專利出版物No.9-307297)。
另一方面，為了滿足市場的需要，這種電子元件安置裝置已經期望符合電子元件和電路板的持久的微型化并在電路板上執行電子元件的高密度和高精度的安置，并且期望實現在安裝上需要的時間間隔的縮短以便實現高效率安置和在電子電路的制造成本上的降低。
下面將參考圖7所示的頭200的局部放大示意示例圖說明在這種傳統電子元件安置裝置中設在頭200內的圖像拾取裝置210。頭200具有作為元件保持部件的示例且布置成排的八個吸嘴201，圖7為沿垂直于布置方向的平面截取的頭200的截面圖。
如圖7所示，頭200具有八個吸嘴201，所述八個吸嘴201能夠在嘴的末端抽吸和保持電子元件1，每一個吸嘴201由頭框架202支撐以便能夠沿嘴的中心軸(在圖7的垂直方向)向上和下移動且能夠繞中心軸旋轉。
如圖7所示，圖像拾取裝置210具有照相機211，在附圖中所述照相機211設置至吸嘴201的左側，并且能夠通過設置在照相機的光軸上的兩個反射鏡212和213的媒介從附圖中的電子元件的下側捕獲由吸嘴201抽吸和保持的電子元件的圖像。圖像拾取裝置210也具有線性導軌214，所述線性導軌214沿吸嘴201的排列方向設置至附圖中吸嘴201的左上側，并且固定至頭框架202，照相機211由頭框架202通過線性導軌214的媒介支撐以便能夠沿著線性導軌214，即沿吸嘴201的排列方向滑動。用于沿線性導軌214滑動照相機211的滑動裝置215在線性導軌214安裝的位置附近固定至頭框架202。
當由吸嘴201所保持的電子元件1的圖像由圖像拾取裝置210捕獲，當照相機211沿線性導軌214被滑動裝置215滑動時，由每一個吸嘴201所保持的電子元件1的圖像通過反射鏡212和213從下側連續地被捕獲。用這種方式捕獲的每一個圖像在設在頭200內的控制單元或類似部件中經受識別處理并被識別為每一個電子元件1相對每一個吸嘴201的抽吸保持姿態。然后，抽吸保持姿態利用吸嘴201的旋轉等校正，從而識別的抽吸保持姿態與相對電路板的安置姿態一致，并且隨后電子元件1被安置在電路板上。
然而，在具有上述結構的頭200中，由吸嘴201所保持的電子元件1的圖像從電子元件1的下側捕捉，因此，不可能相對于沿吸嘴201的中心軸的方向(即，圖7中的垂直方向)識別電子元件1的抽吸保持姿態。例如，是作為芯片元件的微小電子元件的電子元件1易于在與吸嘴201的末端成對角的位置(被稱為對角位置)被抽吸和保持，根據從下側所捕捉的圖像難以識別這種位置，通過這種未被識別的位置在電路板上的安置可引起電子元件1在電路板上的安置錯誤或可引起即使安置錯誤被避免但不能解決電子元件的高精度安置的問題。
在頭200中，滑動裝置215在線性導軌214和照相機211的附近設置在頭框架202上，因此伴隨滑動裝置215的操作的振動易于通過線性導軌214傳遞至照相機211上，這引起被振動影響的照相機211不能捕捉電子元件1的高精度圖像的問題。為了使電子元件1的安置所需要的時間間隔減少的目的，由滑動裝置215滑動的照相機211的滑動速度的增加強化了被傳遞的振動，并使上述問題更加明顯，然而，為了減小振動而降低滑動速度不能使安裝所需的時間間隔的減少，也不能使安置電子元件的操作有效率。
在頭200中，所述頭200設置有用于識別電子元件1在電路板上的安置位置等的板識別裝置，例如電子元件1能夠通過電路板上的安置位置的可靠的識別而安置；然而，板識別裝置所要求的識別精度不同于被安置的電子元件1的安置精度。雖然，設置有具有高識別精度的板識別裝置以便進行電子元件1的高精度安置的頭200能夠進行高精度的安置，但是所述裝置較窄的可識別視野例如引起這樣的問題，不需要高精度安置的電子元件1的安置大大增加了識別所需的時間間隔并可降低了安置效率。
為了進行這種電子元件的高精度安置，捕捉由吸嘴抽吸和保持的元件的安置表面的清晰圖像是必要的。雖然通過元件的安置表面的照明圖像的簡單捕捉可以進行傳統普通目的的元件的圖像捕捉，但是對應微型化的元件、具有多種形狀的元件等的簡單捕捉可引起在它們具有微型化形狀、特定形狀等的安置表面上的不一致照明，并由此引起元件的圖像不能被清晰地捕捉和該電子元件不能被高精度安置的問題。
因此，本發明的目的是解決上述問題并提供一種元件安置頭和元件安置方法，所述元件安置頭和元件安置方法具有多個元件保持部件，捕捉由每個元件保持部件所保持的元件的圖像，識別元件的保持姿態，根據識別的結果在電路板上安置元件，元件安置頭和元件安置方法能夠執行高效率和高精度的識別。
發明內容
在完成這些和其它方面中，根據本發明的第一方面，提供一種元件安置頭，所述元件安置頭具有多個用于可釋放地保持元件的元件保持部件，所述元件保持部件排列成排，且所述元件安置頭能夠將由元件保持部件保持的多個元件放置到電路板上，所述元件安置頭包括第一元件圖像拾取單元，所述第一元件圖像拾取單元能夠從沿元件保持部件的中心軸的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像；第二元件圖像拾取單元，所述第二元件圖像拾取單元能夠從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像；支撐部件，所述支撐部件用于支撐第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元，以便允許它們在元件保持部件的排列方向上的運動；移動裝置，所述移動裝置用于在被布置在所述排的兩端的元件保持部件之間沿元件保持部件的排列方向移動第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元；和控制單元，所述控制單元使第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，同時通過移動裝置在所述元件保持部件的排列的方向上移動第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元，并且能夠根據由第一元件圖像拾取單元所捕捉的元件的圖像和由第二元件圖像拾取單元所捕捉的元件圖像識別元件保持部件上的元件的保持姿態，其中所述元件能夠根據控制單元識別的元件的保持姿態被安置在電路板上。
根據本發明的第二方面，提供一種元件安置頭，所述元件安置頭具有多個用于可釋放地保持元件的元件保持部件，所述元件保持部件排列成排，所述元件安置頭能夠將由元件保持部件保持的多個元件安裝在電路板上，所述元件安置頭具有第一元件圖像拾取單元，所述第一元件圖像拾取單元具有與元件保持部件一一對應的多個圖像拾取元件且圖像拾取元件之中的位置關系固定，所述圖像拾取元件能夠從沿元件保持部件的中心軸的方向上捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，且具有反射器，所述反射器定位在元件保持部件的中心軸上，以便從沿中心軸的方向反射由元件保持部件保持的元件的圖像且使圖像沿圖像拾取元件上的相應的圖像拾取元件的光軸入射；第二元件圖像拾取單元，所述第二元件圖像拾取單元能夠從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，支撐部件，所述支撐部件用于支撐第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元的反射器，以便允許它們在元件保持部件的排列方向的運動；移動裝置，所述移動裝置用于在布置在所述排的兩端的元件保持部件之間沿元件保持部件的排列方向移動所述反射器和第二元件圖像拾取單元；和控制單元，所述控制單元使圖像拾取元件通過反射器順序地捕捉由相應元件保持部件保持的元件的圖像，且使第二元件圖像拾取單元順序捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，同時通過移動裝置在排列方向上移動所述反射器和第二元件圖像拾取單元，并且能夠根據由第一元件圖像拾取單元捕捉的元件圖像和由第二元件圖像拾取單元捕捉的元件圖像識別元件保持部件上的元件的保持姿態，其中所述元件能夠根據控制單元識別的元件的保持姿態被安置在電路板上。
根據本發明的第三方面，提供一種如第一方面限定的元件安置頭，其中控制單元能夠基于由第一元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像識別元件保持部件上的元件相對于通常垂直于元件保持部件的中心軸的方向的保持姿態，和其中控制單元能夠基于由第二元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像識別元件保持部件上的元件相對于通常沿元件保持部件的中心軸的方向的保持姿態。
根據本發明的第四方面，提供一種如第三方面所限定的元件安置頭，其中第二元件圖像拾取單元是線性傳感器，所述線傳感器具有光發送器和光接受器，所述光發送器和光接受器布置成彼此面對且布置成排的元件保持部件插入其間，且所述線傳感器能夠通過在光接收器上接收從光發送器朝著由元件保持部件保持的元件投射的光捕捉元件的圖像且所述光的一部分被元件所中斷，和其中控制單元可操作以便基于從線性傳感器獲得的捕捉結果信息識別元件相對于沿中心軸的方向的保持姿態，利用圖像捕捉探測由移動裝置沿元件保持部件的排列方向移動的線傳感器的位置，且基于探測結果從所述元件中辨認其保持姿態已經被識別的元件。
根據本發明的第五方面，提供一種如第一方面限定的元件安置頭，
其中移動裝置具有驅動電動機，所述驅動電動機用于在元件保持部件的排列方向上移動第一元件圖像拾取單元，和其中驅動電動機設置為與第一元件圖像拾取單元相對且元件保持部件位于它們之間。
根據本發明的第六方面，提供一種如第五方面限定的元件安置頭，其中驅動電動機設置為與第二元件圖像拾取單元并相對且元件保持部件位于它們之間。
根據本發明的第七方面，提供一種如第一方面限定的元件安置頭，其中第一元件圖像拾取單元具有圖像拾取元件，所述圖像拾取元件使用不同于元件保持部件的中心軸軸作為其光軸，所述圖像拾取元件能夠捕捉沿光軸入射的、由元件保持部件保持的元件的圖像；反射器，所述反射器用于從元件保持部件的中心軸的方向反射元件的圖像，且由此使圖像沿圖像拾取元件的光軸入射到圖像拾取元件上；水平光投射單元，所述水平光投射單元用于在通常水平的方向上直接將光線投射至元件成像平面，所述元件成像平面垂直于元件保持部件的中心軸且其中將被捕捉的元件的圖像被獲得；垂直光投射單元，所述垂直光投射單元用于通常沿光軸投射光線，使光線被反射器反射且沿中心軸的方向傳播，并將光線在通常垂直的方向上投射至元件成像平面；和傾斜光投射單元，所述傾斜光投射單元用于將以在水平方向和垂直方向之間的中間角傾斜的光線直接投射至元件成像平面上，和其中控制單元使圖像拾取元件在其中水平光投射單元、垂直光投射單元和傾斜光投射單元同時將光線投射至由元件保持部件保持的元件的元件成像平面上的狀態下捕捉元件的圖像。
根據本發明的第八方面，提供一種如第七方面限定的元件安置頭，其中傾斜光投射單元具有用于傾斜光的多個照明部分，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對，其中水平光投射單元具有用于水平光的多個照明部分，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對，和其中照明部分被布置在一個區域的周邊附近，其中來自垂直光投射單元通常垂直方向上的光線穿過所述區域并且所述區域形成在元件保持部件的中心軸上和元件保持部件的中心軸的周圍。
根據本發明的第九方面，提供一種如第八方面限定的元件安置頭，其中傾斜光投射單元具有兩對用于傾斜光的照明部分，其中水平光投射單元具有兩對用于水平光的照明部分，和其中用于傾斜光的照明部分和用于水平光的照明部分以45度角的角間距在沿元件的元件成像平面延伸的平面上交替地定位。
根據本發明的第十方面，提供一種如第七部分確定的元件安置頭，其中垂直光投射單元具有遮蔽板，所述遮蔽板設在連接垂直光投射單元和元件的成像平面的虛直線上，并且中斷從垂直光投射單元沿虛直線投射至元件成像平面上的光線。
根據本發明的十一方面，提供一種如第一至第十方面任何之一限定的元件安置頭，進一步包括板圖像拾取單元，所述板圖像拾取單元能夠捕捉電路板表面上的特定位置的圖像，其中板圖像拾取單元具有兩種類型的板圖像拾取單元，所述兩種類型的板圖像拾取單元具有用于捕捉的不同視野和不同的分辯能力，第一板圖像拾取單元比所述板圖像拾取單元中剩余一個具有較窄的視野和較高的分辯能力，和第二板圖像拾取單元比第一板圖像拾取單元具有較寬的視野和較低的分辯能力，和其中控制單元可操作以便根據電路板上元件安置的精度選擇板圖像拾取單元中的第一板圖像拾取單元和第二板圖像拾取單元中的任一個，使被選擇的板圖像拾取單元捕捉電路板表面上的特定位置的圖像，并根據被捕捉的圖像識別特定位置。
根據本發明的第十二方面，提供一種元件安置方法，包括通過排成一排的多個元件保持部件中的多個元件保持部件的每一個可釋放地保持元件；從沿元件保持部件的中心軸的方向順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，并順序地從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉元件的圖像；基于從沿中心軸的方向捕捉的圖像和沿通常垂直于中心軸和排列方向的方向捕捉的圖像識別元件保持部件上的元件的保持姿態；和基于被識別的元件的保持姿態將元件安置在電路板上。
根據本發明的第十三方面，提供一種如第十二方面限定的元件安置方法，其中相對于通常垂直于中心軸的方向元件保持部件上的元件的保持姿態能夠基于從沿元件保持部件的中心軸的方向捕捉的圖像來識別，和其中相對于沿中心軸的方向元件保持部件上的元件的保持姿態能夠基于從通常垂直于中心軸和元件保持部件排列方向的方向捕捉的圖像來識別。
根據本發明的第一方面，元件安置頭具有第一元件圖像拾取單元，所述第一元件圖像拾取單元用于從沿元件保持部件中心軸的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，并且進一步具有第二元件圖像拾取單元，所述第二元件圖像拾取單元用于從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件排列方向的方向捕捉元件的圖像。因此元件的圖像能夠從彼此垂直的兩個方向上被捕捉，元件保持部件上的元件的保持姿態能夠可靠地基于從兩個方向上捕捉的圖像被識別。
在每個元件的圖像從沿中心軸的方向被捕捉用于識別其保持姿態的條件下，像在傳統元件安置頭中，基于從沿中心軸的方向捕捉的圖像識別作為小芯片元件的這種微小元件且被保持具有與元件保持部件的末端成對角姿態(這種情況經常發生)的元件的保持姿態是困難的。相反，在第一方面的元件安置頭中，每一個元件的圖像從垂直于沿中心軸的方向和從沿中心軸的方向被捕捉，元件的保持姿態也基于通常垂直的方向被識別，從而以對角姿態保持的元件的保持姿態能夠被可靠地識別。因此，每一個元件保持部件上的元件的保持姿態能夠可靠而精確地被識別，每個元件能夠基于識別結果安置在電路板上，且能夠進行元件的高精度安置。
此外，第一元件圖像捕捉部件和第二元件圖像捕捉部件由支撐部件支撐并且設在元件安置頭上，以便能夠沿設置在元件放置頭內的元件保持部件的排列方向移動，因此，由元件保持部件保持的元件的圖像能夠隨著第一元件圖像捕捉部件和第二元件圖像捕捉部件由移動裝置引起的、在排列方向上的移動而順序地被從兩個方向捕捉。因此，在具有多個元件保持部件的元件安置頭中，元件的圖像能夠有效地被第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元從兩個方向捕捉，且能夠更有效地進行圖像捕捉。
根據本發明的第二方面，除了第一方面的效果外，能夠獲得如下效果。
首先，多個圖像拾取元件與元件保持部件一一對應地設在第一元件圖像拾取單元內，且圖像拾取元件之中的位置關系固定，從而圖像拾取元件在圖像捕捉過程中能夠是靜止的且沒有被移動。因此，在通過第一元件圖像拾取單元進行的圖像捕捉中，能夠防止發生諸如振動等的圖像拾取元件移動的影響，且能夠實現高精度的圖像捕捉。
此外，圖像拾取元件與設在元件安置頭內的元件保持部件一一對應地設置且圖像捕捉元件之中的位置關系固定，因此，元件保持部件和圖像拾取元件之間的位置關系總是能夠被確保穩定，從而能夠實現穩定的圖像捕捉。
此外，元件保持部件和圖像拾取元件之間的位置關系是固定的，因此，如果能夠被移動的反射器的反射面的大體中心的附近被定位在元件保持部件的中心軸上，則能進行圖像捕捉。因此，由移動裝置產生的反射器的高精度移動是必要的，且能夠消除高精度移動裝置的必要性。結果，高精度圖像捕捉能夠通過簡化構造的裝置而實現。
通過一一對應設置的圖像拾取元件，相關圖像數據能夠輸出用于控制單元，識別處理等能夠在圖像捕捉操作在每一個圖像拾取元件內完成之后立即開始。因此圖像的識別處理能夠在所有圖像的捕捉完成之前在控制單元內開始，從而從圖像捕捉到識別處理的時間間隔能夠被縮短。結果，能夠實現元件的有效圖像捕捉和有效的安裝。
另外，被移動裝置移動的元件能限定為反射器和第二元件圖像拾取單元，因此能夠減少移動裝置的動力，移動的速率能夠被增加以獲得元件的有效圖像捕捉和有效安置。
根據本發明的第三方面，在元件安置頭中，基于從兩個方向的圖像來識別元件的保持姿態的控制單元能夠基于由第一元件圖像拾取單元捕捉的圖像識別相對于通常垂直于元件保持部件的中心軸的方向的元件保持部件上的元件的保持姿態，并且控制單元能夠基于由第二元件圖像拾取單元捕捉的圖像識別相對于沿元件保持部件的中心軸的方向的元件保持部件上的元件的保持姿態。因此，能夠設置元件安置頭，所述元件安置頭能夠可靠而精確地從兩個方向識別元件的保持姿態并且能夠基于識別結果高精度地在電路板上安置元件。
根據本發明的第四方面，由光發射器和光接收器組成的線傳感器被用做第二元件圖像拾取單元，所述光發射器和光接收器布置成彼此面對并在期間插入元件保持部件，因此元件的圖像能夠通過從光發射器朝向光接收器投射的光在光接收器上的接收且一部分光被元件中斷而被捕捉，因此，相對于沿中心軸的方向的元件的保持姿態能夠基于作為捕捉結果信息的光的中斷的條件而被可靠且精確地識別。另外，使用線傳感器，第二元件圖像拾取單元的結構能夠被簡化，第二元件圖像拾取單元的成本能夠減少。
另外，在控制單元中，保持姿態基于從線傳感器獲得的捕捉結果信息而被識別，由移動裝置沿排列方向移動的線傳感器的位置利用圖像捕捉而被探測，因此，其保持姿態已被識別的元件能夠基于探測的結果從元件中被辨認，且能夠可靠地識別元件的保持姿態。
根據本發明的第五方面，移動裝置具有驅動電動機，所述驅動電動機用于在排列方向上移動第一元件圖像拾取單元，驅動電動機設置成與第一元件圖像拾取單元相對且且元件保持部件位于它們之間，因此通過驅動電動機的驅動從驅動電動機傳遞的振動在第一元件圖像拾取單元內能夠被減小。結果，能夠減小由第一元件圖像拾取單元進行元件圖像的捕捉過程產生的振動的影響，能夠高精度地捕捉元件的圖像，且能夠高精度地識別元件的保持姿態。
根據本發明的第六方面，驅動電動機設置成與第二元件圖像拾取單元相對且元件保持部件位于它們之間，因此通過驅動電動機傳遞的振動在第二元件圖像拾取單元內能夠被減小。結果，能夠減小由第二元件圖像拾取單元進行元件圖像的捕捉過程產生的振動的影響，能夠高精度地捕捉元件的圖像，且能夠高精度地識別元件的保持姿態。
根據本發明的第七方面，第一元件圖像拾取單元具有水平光投射單元，所述水平光投射單元用于將通常水平方向上的光直接投射至元件成像平面，在所述元件成像平面內獲得將被捕捉圖像的元件的圖像；垂直光投射單元，所述垂直光投射單元用于將通常垂直方向的光線投射至元件成像平面；傾斜光投射單元，所述傾斜光投射單元用于將以在水平方向和垂直方向上之間的中間角傾斜的光線直接投射至元件成像平面，因此元件的圖像能夠在水平光投射單元、垂直光投射單元和傾斜光投射單元同時將光線投射至元件上的狀態下被圖像拾取元件捕捉。因此，從不同方向來的光線能夠被投射到具有不同形狀的元件的元件成像平面上，從而在元件成像平面上的非均勻照明能夠被減小。因此，元件的圖像能夠被第一元件圖像拾取裝置高精度地捕捉，且能夠實現高精度的安置。
根據本發明的第八方面和第九方面，傾斜光投射單元具有用于傾斜光的多個照明部分，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對；水平光投射單元具有用于水平光的多個照明部分，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對，和照明部分被布置在一個區域的周圍附近，其中來自垂直光投射單元的通常垂直方向上的光線通過所述區域并且所述區域形成在元件保持部件的中心軸上和其周圍，因此投射單元的排列和構造能夠成為更緊湊。另外，傾斜光投射單元具有用于傾斜光的兩對照明部分，水平光投射單元具有用于水平光的兩對照明部分，并且用于傾斜光的照明部分和水平光的照明部分交替地在沿元件的元件成像平面延伸的平面上以45度角的角間距定位。因此，能夠獲得更緊湊的排列和構造，從照明部分投射的光線能夠均勻地投射到元件的元件成像平面上。因此，第一元件圖像拾取單元能夠被做成更緊湊，能夠減小在元件成像平面上非均勻照射的程度，具有多種形狀的元件的圖像能夠高精度且有效地被捕捉。
根據本發明的第十方面，垂直光投射單元具有遮蔽板，所述遮蔽板設在連接垂直光投射單元和元件的成像平面的虛直線上，并且中斷從垂直光投射單元沿虛直線投射至元件成像平面的光線，并且由此從垂直光投射單元所泄漏的光被防止在元件成像平面上引起非均勻的照射，從能夠獲得高精度的圖像捕捉。
根據本發明的第十一方面，根據第一至第五方面任何之一限定的元件安置頭具有兩種類型的板圖像拾取單元，所述兩種類型的板圖像拾取單元具有用于捕捉的不同視野和不同的分辯能力，所述板圖像拾取單元能夠捕捉電路板的表面上的特定位置的圖像，板圖像拾取單元中的任一個能夠根據在其圖像將被捕捉的電路板上的安置精度來選擇使用，因此能夠有效地捕捉板的圖像。即，元件安置頭具有第一板圖像拾取單元，所述第一板圖像拾取單元具有比板圖像拾取單元中剩余一個較窄的視野和較高分辯能力；且具有第二板圖像拾取單元，所述第二板圖像拾取單元具有比第一板圖像拾取單元寬的視野和較低的分辯能力；并且控制單元根據在電路板上的元件安置精度選擇第一板圖像拾取單元和第二板圖像拾取單元中的任一個，使被選擇的板圖像拾取單元捕捉在電路板的表面上的特定位置的圖像，并根據被捕捉的圖像識別特定位置。因此，元件安置頭能夠設置成其能夠有效地識別電路板上的特定位置。
根據本發明的第十二方面，從沿元件保持部件的中心軸的方向順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，并順序地從沿通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向上捕捉元件的圖像；因此元件的圖像能夠從通常彼此垂直的兩個方向被捕捉，元件保持部件上的元件的保持姿態能夠可靠地根據從兩個方向捕捉的圖像來識別。
即，如傳統元件安置方法中，在每一個元件的圖像從沿中心軸方向被捕捉以識別其保持姿態的條件下，基于沿中心軸方向捕捉的圖像識別作為小芯片元件的這種微小元件且被保持具有與元件保持部件的末端成斜對姿態(這種情況經常發生)的元件的保持姿態是困難的。相反，在第十二方面的元件安置方法中，每一個元件的圖像從垂直于中心軸方向的方向和從沿中心軸的方向被捕捉，元件的保持姿態也基于從通常垂直方向的圖像被識別，從而被保持具有對角姿態的元件的保持姿態能夠可靠地被識別。因此，元件安置方法能夠被提供，其中每一個元件保持部件上的元件的保持姿態能夠可靠而精確地被識別，每個元件能夠基于識別結果被安置在電路板上，且能夠進行元件的高精度安裝。
根據本發明的第十三方面，基于從兩個方向上捕捉的圖像，元件保持部件上的元件相對于通常垂直于中心軸的方向的保持姿態能夠基于從沿元件保持部件的中心軸方向上捕捉的圖像來識別，和元件保持部件上的元件相對于沿元件的中心軸方向的保持姿態能夠基于從沿通常垂直于中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉的圖像來識別。因此元件安置方法能夠被提供，其中每一個元件的保持姿態能夠可靠而精確地從兩個方向被識別，其中每個元件能夠基于識別結果被安置到電路板上且具有高精度的安置位置。
從下面參考如下附圖結合優選實施例的描述中，本發明的這些和其它的方面和特征將變得更加清楚，其中圖1是根據本發明第一實施例的頭的示意側截面圖；圖2是圖1沿垂直于吸嘴排列方向剖切的頭的示意截面圖；圖3是頭中的元件安置表面圖像拾取裝置的局部放大示意截面圖；圖4是頭中元件厚度圖像拾取裝置的示意說明圖；圖5是頭中沿吸嘴排列方向移動的元件厚度圖像拾取裝置的示意說明圖；圖6是設置有第一板圖像拾取照相機和第二板圖像拾取照相機的頭的局部放大示意圖；圖7是在傳統頭中的圖像拾取裝置的示意說明圖；圖8是元件安置表面圖像拾取裝置的局部放大側面圖；圖9是根據圖8中的箭頭A-A看去的元件安置表面圖像拾取裝置的水平光投射單元和主投射單元的視圖；圖10是根據圖8中的箭頭B-B看去的元件安置表面圖像拾取裝置的垂直光投射單元的視圖；圖11是根據本發明第二實施例的頭的示意側截面圖；圖12是圖11沿垂直于吸嘴排列方向剖開的頭的示意截面圖；圖13是具有圖11所示的頭的元件安置裝置的局部示意平面圖。
具體實施例方式
在本發明的描述進行前，需要指出的是在全部附圖中相同的部件用相同的標號表示。
下面將參考附圖詳細描述本發明的實施例。
(第一實施例)圖1為根據本發明第一實施例的元件安置頭的示例的頭100的示意側視圖(部分為剖視圖)。
如圖1所示，頭100具有作為元件保持部件示例的多個(例如，八個)吸嘴11，所述吸嘴11能夠可釋放地將作為元件示例的電子元件1抽吸和保持在管嘴末端的保持面11a上，并且以一致的間距排列成排。
頭100設在電子元件安置裝置(未示出)內的XY機器人或類似裝置上，從而能夠將電子元件安置在位于電子元件安置裝置的臺上的電路板上。具體地，由電子元件安置裝置的電子元件供給部分所供給的多個電子元件1被頭110所具有的吸嘴11抽吸和保持，頭100被XY機器人移動至電路板之上，被頭100的吸嘴11抽吸和保持的電子元件1與電路板上的電子元件1的安置位置對準，吸嘴11隨后被頭100降低，因此，電子元件1能夠被安置在電路板上的安置位置上。
在這種電子元件1的安置中，由頭100的每一個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像由設在頭100內的元件圖像拾取單元捕捉，每一個電子元件1的抽吸保持姿態被識別，抽吸保持姿態和電子元件1將被安置在電路板上的姿態之間的位置移動基于識別結果而校正，然后電子元件1被安置在電路板上。
下面將在元件圖像拾取單元的結構上主要詳細描述頭100的結構。圖2是沿垂直于吸嘴11排列方向上的平面剖切頭100的示意截面圖。
在頭100中，如圖1和2所示，八個軸51被以一致的間距排列成排，吸嘴11可拆卸地設在每個軸51的末端。每個軸51通過花鍵螺母、軸承等由剛性體制成的頭框架52支撐，從而能夠沿軸的中心軸上和下移動并繞中心軸旋轉。頭100具有用于上下移動每個軸51的提升裝置53和用于旋轉每個軸51的旋轉裝置54，每個提升裝置53和每個旋轉裝置54被固定至頭框架52。對于提升裝置53可用傳統應用于這種頭中的機構，例如，由滾珠螺旋桿和螺母組成(本實施例所使用的機構)的機構、使用汽缸的機構等。對于旋轉裝置54可使用利用帶旋轉軸51(本實施例使用此機構)的機構、直接旋轉軸51的機構等。
如圖1和2所示，設在頭100內的每一個吸嘴11處于這樣的狀態，在所述狀態，管嘴末端的保持表面11a在頭框架52的底部從下框架52a露出。在下框架52a上設有作為元件圖像拾取單元且作為第一元件圖像拾取單元的示例的元件安置表面圖像拾取裝置20，第一元件圖像拾取單元能夠捕捉安置表面的圖像，所述安置表面在由吸嘴11保持的電子元件1的下側并將面對電路板。圖3為元件安置表面圖像拾取裝置20的局部放大截面圖。
如圖3所示，元件安置表面圖像拾取裝置20具有作為圖像拾取元件示例的照相機23，所述照相機23設在附圖中吸嘴11的左側，并能夠通過放置在照相機23光軸上的兩個反射鏡21和22的媒介在附圖中從下側捕捉被抽吸和保持在吸嘴11的保持表面11a上的電子元件1的圖像，即能夠捕捉電子元件1的安置表面(作為元件成像平面的示例)的圖像。元件安置表面圖像拾取裝置20具有作為支撐部件示例的成像框架24，所述成像框架24設置為圍繞吸嘴11且不干擾吸嘴11，并且具有通常字母“U”形的橫截面，照相機23和反射鏡21和22被固定至成像框架24同時保持它們之間的位置關系。
如圖3所示，照相機23被設置成在圖中吸嘴11的一側向下指向吸嘴11的中心軸且其光軸相對于吸嘴11的中心軸通常傾斜40度。設在圖中左側作為反射器示例的反射鏡21具有在光軸上的反射面，所述反射面通常朝著吸嘴11相對于管嘴的中心軸通常以65度角傾斜，并且設在圖中右側的作為反射器示例的反射鏡22具有反射面，所述反射面在與反射鏡21的反射面相對的一側相對于管嘴的中心軸通常以45度傾斜并在吸嘴11的中心軸上被定位在吸嘴11下面。
如圖1和3所示，元件安置表面圖像拾取裝置20具有兩個線性導軌25(線性導軌25也是支撐部件的示例)，所述線性導軌25成形為薄的長桿并固定至下框架52a的下表面，以便沿頭100具有的吸嘴11的排列方向延伸并且彼此面對，且吸嘴11位于它們之間。每一個線性導軌25接合線性導向滑動器26(線性導向滑動器26也是支撐部件的示例)，所述線性導向滑動器26固定至通常為“U”形的成像框架24的橫截面的每一個上端，并具有通常象方括號形的橫截面。當與線性導軌25接合時線性導向滑動器26能夠沿線性導軌25的縱向(即，吸嘴11的排列方向)滑動。即，固定并支撐照相機23和反射鏡21和22的成像框架24通過導向滑動器26和線性導軌25由下部框架52a支撐，并且在由線性導軌25導向時能夠在吸嘴11的排列方向上滑動。
如圖1和3所示，元件安置表面圖像拾取裝置20具有作為移動裝置示例的滑動驅動單元27，所述滑動驅動單元27通過線性導軌25的導向在吸嘴11的排列方向上滑動成像框24。滑動驅動單元27具有驅動電動機28，并且成像框架24在排列方向上的滑動(往復運動)能夠通過驅動電動機28在旋轉的正常方向或相反的方向上的驅動實現。如圖1所示，驅動電動機28固定至頭框架52上，在圖3中，(驅動電動機28在圖3中未示出)，固定的位置可與照相機23相對，并且吸嘴11位于它們之間。即，在圖3中，照相機23定位并固定在圖中吸嘴11的左側，并且驅動電動機28定位并固定在圖中吸嘴11的右側，從而驅動電動機28安裝的遠離照相機23所安裝的位置。
如圖1和3所示，滑動驅動單元27具有驅動帶29，所述驅動帶29與驅動電動機28的驅動軸接合并能夠通過驅動電動機28的旋轉驅動而行進。驅動帶29沿吸嘴11的排列方向設置，帶的一部分固定至臂24a上，所述臂24a是成像框架24在圖3中右上側向上突出的一部分。在圖3中，利用這種構造，成像框架24的滑動驅動能夠通過驅動帶29和臂24a由驅動電動機28的旋轉驅動而實現。通過與驅動電動機28的安置位置相同的方式，驅動帶29和臂24a被設置成與照相機23相對，且吸嘴11位于它們之間。
由滑動驅動單元27驅動的成像框架24的滑動運動范圍在圖1中左側所示出的成像框架24的位置和圖1中右側所示出的成像框架24的位置(虛線所示)之間。即，成像框架24的滑動運動能夠實現，從而設在頭100內的所有八個吸嘴11可穿過通常為字母“U”形的成像框架24的橫截面的內部。
成像框架24能夠以這樣的方式滑動，從而固定至成像框架24上的照相機23和反射鏡21和22能夠與成像框架24一起如上所述滑動，同時保持它們的位置關系。利用這種布置，被抽吸和保持在頭100所具有的這八個吸嘴11的保持表面11a上的每一個電子元件1的圖像能夠由照相機23通過反射鏡21和22的媒介從每個元件1的下側(即，從沿吸嘴11中心軸的方向)捕捉。
元件安置表面圖像拾取裝置20設置有多個照明單元，所述多個照明單元能夠沿照相機23的光軸投射光以用光照射吸嘴11抽吸和保持的電子元件1，且利用照明單元的照射捕捉每一個電子元件1的圖像。
頭100具有作為元件圖像拾取單元的另一個示例的元件厚度圖像拾取裝置30，所述元件厚度圖像拾取裝置30是第二元件圖像拾取單元的示例。為了捕捉電子元件1的安置表面的圖像，元件安置表面圖像拾取裝置20從每一個元件的下側從沿吸嘴11中心軸的方向捕捉抽吸和保持在每個吸嘴11上的電子元件1的圖像，而元件厚度圖像拾取裝置30從與每個吸嘴11的中心軸和排列方向相垂直的方向捕捉每一個電子元件1的圖像。即，裝置30能夠從橫側面捕捉電子元件1的圖像。
如圖1所示，元件厚度圖像拾取裝置30固定至元件安置表面圖像拾取裝置20的成像框架24上，從而能夠在排列方向上隨著成像框架24的滑動運動而滑動。作為元件厚度圖像拾取裝置30的結構的示意圖，圖4示出了從與在圖3中看頭100的方向相同的方向看去的示意圖，圖5示出了從與在圖1中看頭100的方向相同的方向看去的示意圖。圖4和5的主要目的是說明元件厚度圖像拾取裝置30的結構，因此元件安置表面圖像拾取裝置30的照相機23等被省略了。
如圖4所示，元件厚度圖像拾取裝置30具有線性傳感器33，所述線性傳感器33包括光發送器31和光接受器32，所述光發送器31和光接受器32彼此面對地布置并且排列成排的每一個吸嘴11插入它們之間，并且光發送器31和光接受器32固定至成像框架24同時保持所述排列。更確切地，線性傳感器33內的光發送器31和光接受器32安置的高度，優選地通常處于相同的高度位置，在本實施例中，處于其中其上電子元件的圖像能夠被捕捉的狀態下的每個吸嘴11的保持表面11a處于上述相同高度位置之間的中點處的高度位置的附近。光發送器31和光接受器32被布置并固定至成像框架24，從而用于在光發送器31內投射光的光投射表面31a和用于在光接受器32內接受所投射光的光接收表面32a彼此面對并平行。利用光發送器31和光接受器32的這種布置，光能夠從光發送器31的光投射表面31a投射至位于在線性傳感器33內的光發送器31和光接受器32之間的(被吸嘴11抽吸和保持的)電子元件1上，并且投射的光能夠被光接受器32的光接收表面32a面接收同時一部分光被電子元件1中斷(例如，根據從其厚度方向看的一個形狀)。
如上所述，線性傳感器33被固定至成像框架24，從而線性傳感器33能夠在排列方向上隨著成像框架24通過滑動驅動單元27在排列方向上的滑動而滑動。即，如圖5所示，線性傳感器33能夠在圖中所示的左端位置(由實線所示)和圖中所示的右端位置(由虛線所示)之間在排列方向上滑動和往復運動。通過其中線性傳感器33能夠如上述滑動的排列，在排列方向上線性傳感器33的滑動運動使從與管嘴的中心軸和排列方向垂直的方向上捕捉由設在頭100內的八個吸嘴11中的吸嘴11保持的電子元件1的圖像成為可能，所述電子元件1的保持表面11a定位在光發送器31和光接受器32之間，即，所述圖像為允許從電子元件1的厚度方向看去的電子元件1的形狀能夠被識別的圖像。
如圖1所示，頭100具有用于控制元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30操作的控制單元9。對于元件安置表面圖像拾取裝置20，控制單元9能夠控制照相機23的圖像捕捉操作，圖像捕捉操作包括每一個照明單元的開/關操作控制和圖像捕捉定時控制，并且能夠控制滑動驅動單元27的操作，滑動驅動單元27的操作包括驅動電動機28的驅動操作和在線性導軌25上在成像框架24的滑動運動內的位置的探測。對于元件厚度圖像拾取裝置30，控制單元9能夠控制線性傳感器33的圖像捕捉操作，線性傳感器33的圖像捕捉操作包括光發送器31的投射光操作和在光接收器32上接收所投射光的操作。
在圖3中成像框架24的右側安裝電纜支架55，所述電纜支架55包括用于在控制單元9和元件安置表面圖像拾取裝置20之間和在控制單元9和元件厚度圖像拾取裝置30之間等發送控制信號的多個電纜。電纜支架55通常像字母“U”倒向一側的形狀，并且彎曲成字母“U”倒向一側的形狀的電纜容納于電纜支架55中以便不影響成像框架24的滑動運動。
下面將參考圖8、圖9和圖10說明照明單元的構造，所述照明單元設在元件安置表面圖像拾取裝置20內并發射電子元件1的圖像捕捉所需要的光，圖8是元件安置表面圖像拾取裝置20的示意局部放大截面圖，圖9是根據圖8中的箭頭A-A看去的視圖，圖10是根據圖8中的箭頭B-B看去的視圖。
如圖8所示，元件安置表面圖像拾取裝置20具有照相機23，所述照相機23使用不同于設置在頭100中的每個吸嘴11的中心軸的軸(即，不與中心軸重合的軸)作為光軸T，且所述照相機23從沿中心軸S的方向捕捉由每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像，所述圖像被反射鏡22和反射鏡21反射，由此沿光軸T指向并沿光軸T入射。
至于由每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1，作為用于在電路板上安置的表面Q的底面(可以是與中心軸S垂直的平面和可以是作為元件安置平面的示例的安置平面)的圖像被照相機23所捕捉，在捕捉中，為了給安置表面Q提供捕捉所需要的照明，光被從多個方向投射。元件安置表面圖像拾取裝置20具有用于作為投射這種光的照明單元的水平光投射單元61，所述水平光投射單元61將相對于水平方向稍微傾斜的光線(通常水平的光線)直接投射至電子元件1的安置表面Q上且沒有通過反射鏡21和22等；垂直光投射單元60，所述垂直光投射單元60通常沿光軸T從照相機23附近投射光線，使光線被反射鏡21和22反射并沿光軸S的方向傳播，將光線通常垂直地投射至電子元件1的安置表面Q上；作為傾斜光投射單元示例的主投射單元62，主投射單元62將通常以在水平方向和垂直方向之間的中間角傾斜的光線直接投射至電子元件1的元件成像表面Q上且沒有通過反射鏡21和22等。水平光投射單元61能夠將例如以10-20度角的等級傾斜的光線投射至安置表面Q上，垂直光線投射單元60能夠將例如以70-80度角的等級傾斜的光線投射至安置表面Q上，主投射單元62能夠將例如以40-50度角的等級傾斜的光線投射至安置表面Q上。如圖8所示，水平光投射單元61和主投射單元62安裝并固定至成像框架24上以便被定位在安置表面Q附近，垂直光投射單元60安裝并固定至成像框架24上以便被定位在照相機23附近。
如圖8和9所示，主投射單元62具有多個照明部分62a(例如，由LED等組成)，所述多個照明部分62a布置成與作為對稱軸的準備好用于圖像捕捉的吸嘴11的中心軸S對稱并相對；水平光投射單元61具有多個照明部分61a(例如，由LED等組成)，所述多個照明部分61a布置成與作為對稱軸的中心軸對稱并相對。如圖9所示，照明部分61a和62a布置在來自垂直光投射單元60的通常垂直的光通過其中的區域U的周圍附近，所述區域U形成在吸嘴11的中心軸上和周圍，換句話說，電子元件1的安置表面Q的圖像通過所述區域U。具體地，例如，如圖9所示，主投射單元62例如具有兩對對稱并相對的照明部分62a(即，總共四個照明部分62a)；水平光投射單元61例如具有兩對對稱并相對的照明部分61a(即，總共四個照明部分61a)。在沿安裝面Q延伸的平面上，主投射單元62的每對照明部分沿圖中X軸和Y軸的每個方向布置，水平光投射單元61的每對照明部分61a沿與圖中X軸成45度角的每個方向布置。即，主投射單元62的照明部分62a和水平光照明單元61的照明部分61a交替地以45度角的間距定位。在圖9中，沿圖中X軸方向布置的照明部分62a的上末端的高度位置低于由準備好用于圖像捕捉的吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的安置表面的高度位置，從而，元件安置表面圖像拾取裝置20和每個吸嘴11之間在圖中X軸方向上的相對移動不引起在每個電子元件1和每個照明部分62a之間的干擾。換句話說，電子元件1可以定義為這樣的電子元件，所述電子元件的圖像能夠被元件安置表面圖像拾取裝置20捕捉并具有一個形成高度(形成厚度)，從而避免與元件安置表面圖像拾取裝置20的干擾。
如圖10所示，垂直光投射單元60具有形成在其中心部分內的孔60b，從而沿光軸T的圖像可通過孔60b，并且多個照明部分60a(例如，由LED等組成)沿孔60b周圍設置。在圖8中，反射鏡21和垂直光投射單元60的鏡像圖像由圖中成像框架24下面的虛線所示(鏈狀雙虛線)。放射鏡21和22能夠均勻地反射由垂直光投射單元60所投射的光，并尺寸形成為能夠均勻地反射電子元件1的安置表面Q的反射圖像。
如圖8和9所示，垂直光投射單元60具有遮蔽板63，所述遮蔽板63設在連接垂直光投射單元60和安置表面Q的虛直線V上，并沿虛直線V中斷從垂直光投射單元60所投射的光。遮蔽板63安裝在成像框架24上，從而定位在設在圖9中左端處的主投射單元62的左端附近。遮蔽寬度通常與圖10中的垂直光投射單元60的形成寬度尺寸相同，所述遮蔽寬度是遮蔽板63的形成寬度。因此，由遮蔽板63沿虛直線V從垂直光投射單元60泄漏并投射的光的中斷防止光投射到電子元件1的安置表面Q上，和防止在光投射中導致的不均勻性。
在控制單元9中，每個吸嘴11上的電子元件1相對于通常垂直于吸嘴11中心軸的方向的抽吸保持姿態的識別過程能夠基于由元件安置表面圖像拾取裝置20所捕捉的電子元件1的圖像進行；每個吸嘴11上的電子元件1相對于通常沿吸嘴11中心軸的方向的抽吸保持姿態的識別過程能夠基于由元件厚度圖像拾取裝置30所捕捉的電子元件1的圖像進行。控制單元9能夠控制設在頭100中的每個提升裝置53的提升操作和每個旋轉裝置54的旋轉操作。在圖像捕捉中，控制單元9能夠控制與移動圖像框架24的操作有關的由水平光投射單元61、主投射單元62和垂直光投射單元61所投射光的開/關操作。
下面將描述在具有上述構造的頭100中將電子元件1抽吸和保持在每個吸嘴11上、通過元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30捕捉每個電子元件1的圖像、基于圖像識別每個電子元件1的抽吸保持姿態，和基于識別結果將每一個電子元件1安置在電子板上的操作。下面將描述的頭100中的每個操作都由控制單元9所控制。
在設置有頭100的電子元件安置裝置(未示出)中，最初，頭100被XY機器人移動至電子元件供給部分上面，頭100的每個吸嘴11的保持表面11a通過XY機器人與電子元件1對準，所述電子元件1包含在電子元件供給部分中，從而準備被取出。對準之后，每個吸嘴11通過每個軸51的媒介由頭100中的每個提升裝置53降低，因此，每個電子元件1的頂表面與保持表面11a接觸并被抽吸和保持，然后，每個電子元件1利用每個吸嘴11的提升通過抽吸而被從電子元件供給部分取出。這些操作導致這樣的狀態，在所述狀態中，電子元件1被設在頭100中的每個吸嘴11的每個保持表面11a抽吸和保持。電子元件1的抽吸保持對所有設在頭100中的吸嘴11可同時或可交替進行，或可順序進行。抽吸保持之后，頭100向固定在臺上的電路板上面的移動通過XY機器人開始。
在頭100的移動過程中，被抽吸和保持的每個電子元件1的抽吸保持姿態的圖像被設在頭100中的元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30捕捉。
其中電子元件1以這種方式已經被每個吸嘴11抽吸和保持的頭100處于圖5所示的局部示意圖所示的狀態下。在圖5中，設在頭100中的八個吸嘴11在圖中從左至右分別稱為第一吸嘴11-1、第二吸嘴11-2、...、和第八吸嘴11-8。
如圖5所示，頭100中的元件安置表面圖像拾取裝置20的成像框架24處于圖中線性導軌25左末端附近的位置，所述位置是在圖中沿吸嘴11的排列方向上滑動運動范圍的左端位置。在這種狀態下，滑動驅動單元27的驅動電動機28被驅動運行，因此，成像框架24沿圖中箭頭所示方向的滑動運動通過驅動帶29和臂24a的媒介開始。例如，由滑動驅動單元27驅動的成像框架24的移動速度設定在950mm/s。
通過滑動移動的開始，被第一吸嘴11-1抽吸和保持的電子元件1最初通過固定至成像框架24上的線性傳感器33的光發送器31和光接受器32之間，然后電子元件1通過成像框架24的內部，且通過被反射鏡22向上折射的照相機23的光軸。通過成像框架24的持續滑動，被第二吸嘴11-2抽吸和保持的電子元件1最初通過線性傳感器33，然后電子元件1通過成像框架24的內部，并通過被反射鏡22向上折射的照相機23的光軸。隨后，其它電子元件1順序地以相同的方式通過，因此所有八個電子元件1都被推定通過。
在電子元件1的通道上滑動運動開始之后，在由第一吸嘴11-1抽吸和保持的電子元件1進入光發送器31和光接受器32之間的位置之前，元件厚度圖像拾取裝置30處于其中光被持續地從光發送器31投射至光接收器32的狀態。投射開始的定時通過將線性導軌25上的成像框架24的探測位置輸入控制單元9、由控制單元9測量從滑動運動開始起已經過去的時間等而被控制。
當光被投射到線性傳感器33內時，每個電子元件1通過在光發送器31和光接收器32之間的空間。在每個通道內，從光發送器31投射的一部分光臨時地被正在通過的電子元件1中斷，一部分已經被中斷的光被光接收器32接收。在所有電子元件1通過之后，由光發送器31投射的光的投射被停止。投射停止的定時由控制單元9以與投射開始的定時相同的方式控制。
在元件安置表面圖像拾取裝置20中，在電子元件1的通道內滑動運動開始之后被第一吸嘴11-1抽吸和保持的電子元件1通過成像框架24內部的情況下由反射鏡22向上折射的照相機23的光軸與第一吸嘴11-1的中心軸通常重合之前，安裝在成像框架24上的照明部分60a、61a和62a被照亮以將光均勻地投射到電子元件1的安置表面Q上。當其后光軸與第一吸嘴11-1的中心軸通常重合時，電子元件1的圖像例如使用電子快門功能等由照相機23通過反射鏡22和反射鏡21的媒介捕捉。當第二吸嘴11-2的中心軸與照相機23的光軸通常重合時，被第二吸嘴11-2抽吸和保持的電子元件1的圖像由照相機23以相同方式捕捉。利用成像框架24的連續運動，每個電子元件1的圖像順序地由照相機23捕捉。在所有電子元件1的圖像被捕捉之后，照明部分60a、61a、和62a被關閉。
在元件安置表面圖像拾取裝置20中的圖像捕捉的定時通過將線性導軌25上的成像框架24的被探測位置輸入至控制單元9、由控制單元9測量滑動移動開始的時間等而被控制。
對于這種位置的探測，如圖3所示，沿吸嘴11的排列方向設置的長盤形線性標尺71和設在成像框架24的左上部分(圖中)上以便與線性標尺71面對且接近(但不接觸)的位置讀取頭72設在下部框架52a的左側面(圖中)上，所述下部框架52a在圖中的左上側設置有線性導軌25。位置讀取頭72隨著成像框架24的滑動移動而滑動同時保持面對并接近線性標尺71，因此，能夠探測框架的位置，并且能夠為控制單元9輸出位置。
當在所有電子元件1的圖像被捕捉之后，成像框架24來到圖5中的線性導軌25的右端附近的位置時，所述位置是圖中滑動運動范圍的右端位置，在滑動驅動單元27內的驅動電動機28的運行驅動和成像框架24的滑動移動停止。
在成像框架24的滑動運動過程中或運動完成之后，被元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30以這種方式捕捉的每個圖像作為用于控制單元9的捕捉結果信息的示例的圖像數據被順序地輸出，且在每次圖像捕捉時關于成像框架24在線性導軌25上的位置的位置數據順序地輸出用于控制單元9。
控制單元9順序地進行每個被輸入的圖像數據的識別處理，相對于已經從位置讀取頭72輸入的關于成像框架24的位置的位置數據檢驗每個圖像數據，并識別被吸嘴11保持的哪一個電子元件1對應每個圖像數據。
因此，控制單元9基于元件安置表面圖像拾取裝置20所捕捉的每一個電子元件1的圖像識別每一個吸嘴11上的電子元件1相對于大體垂直于吸嘴11的中心軸的方向的抽吸保持姿態，并基于由元件厚度圖像拾取裝置30捕捉的每一個電子元件1的圖像(即，由光中斷所獲得的圖像)識別每一個吸嘴11上的電子元件1相對于沿吸嘴11中心軸的方向的抽吸保持姿態。
以這種方式識別的相對于每個方向的每個電子元件1的抽吸保持姿態和預先被輸入控制單元9的電子元件1的安置姿態在控制單元9中被比較，從而識別兩種姿態之間的偏差。
之后，被XY機器人移動的頭100移動至電路板上面以便將由吸嘴11抽吸和保持的、將被操作用于首先放置的電子元件1與電路板上的安置位置對準。在對準中，頭100的旋轉裝置54例如基于在控制單元9中識別的偏差的量相對于繞吸嘴11中心軸的旋轉方向矯正偏差，并且XY機器人相對于平行于電路板的安置表面的方向矯正偏差。隨后，頭100的提升裝置53降低吸嘴11以將電子元件1放置在安置位置，在降低過程中，提升裝置53相對于吸嘴11中心軸的方向矯正偏差。對于其它吸嘴11，每一個電子元件1被放置在電路板上同時根據相同的步驟基于偏差組合進行矯正。
由頭100的吸嘴11抽吸和保持的一些電子元件1可能具有不正常的抽吸保持姿態，且由此即使進行了矯正也可能導致在電路板上的錯誤安置。這種問題隨著電子元件1的微型化而越來越明顯。例如，在圖5中所示的頭100中，電子元件1被第五吸嘴11-5抽吸和保持，并且其安置表面具有較大的傾斜，所述安置表面將被沿大體垂直于第五吸嘴11-5中心軸的方向定位。另一個電子元件1被第八吸嘴11-8抽吸和保持，且其安置表面與第八吸嘴11-8中心軸的方向平行，即具有被保持面11a抽吸和保持的電子元件1的側面。
對于控制單元9，僅通過由元件安置表面圖像拾取裝置20從其下側捕捉的電子元件1的圖像來識別在這種狀態下被抽吸和保持的電子元件1的抽吸保持姿態的不正常可能是困難的，因此，這種電子元件1可能沒有進行姿態的矯正就被放置，且可能引起錯誤的安置。
然而，除了通過元件安置表面圖像捕捉裝置20從下側進行的圖像捕捉外，通過元件厚度圖像拾取裝置30從其橫側面進行的電子元件1的圖像捕捉使得控制單元9可以基于從兩個方向，即從下側和橫側，的圖像來識別電子元件1的抽吸保持姿態。在從兩個方向的圖像中的任何一個有反常的情況下(且抽吸保持姿態不能被矯正)，該布置能夠使控制單元9判斷在電子元件1的抽吸保持姿態種的反常存在并通過取消在這種情況下電子元件1的安置操作等來防止錯誤的安置。當探測到電子元件1的抽吸保持姿態中的反常等時，通過控制單元9可以給電子元件安置裝置的操作者輸出警報。
頭100設置有板圖像拾取單元，所述板圖像拾取單元捕捉板標記(作為在電路板上特定位置的示例)等作為用于確定電子元件1在電路板上的安置位置的參考，并且能夠基于捕捉的板標記的圖像識別安置位置。在頭100中設置這種板圖像拾取單元使得能夠可靠地識別電路板上的板標記并可靠地在安置位置安置其抽吸保持姿態已經被識別的電子元件1。圖6是設置有這種板圖像拾取單元的頭100的局部放大示意圖。圖6主要目的是說明板圖像拾取單元的構造，因此被制成示意圖，其中設在頭100內的元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖形拾取裝置30被省略了。在圖1所示的頭100的示意圖中，板圖像拾取單元類似地被省略了。
如圖6所示，第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42被固定并安裝在圖中頭100的頭框架52的左右兩端，所述第一板圖像拾取照相機41是第一板圖像拾取單元的示例，所述第二板圖像拾取照相機42是第二板圖像拾取單元的示例。
第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42安裝在頭框架52上以便具有通常平行于設在頭100內的吸嘴11的中心軸，即通常垂直于被保持在電子元件安置裝置的平臺上的電路板的安置表面的光軸，且以便能夠捕捉設在圖中下側的電路板的圖像。
安裝在圖6中左側的頭框架52上的第一板圖像拾取照相機41比安裝在圖中右側的頭框架上的第二板圖像拾取照相機42具有用于圖像捕捉的窄的的視野和高的分辯率。相反，第二板圖像拾取照相機42比第一板圖像拾取照相機41具有用于圖像捕捉的寬的視野和低的分辯率。
即，第一板圖像拾取照相機41優選地使用其較窄的視野和高分辯率的性能用于從電路板捕捉圖像，所述電路板需要高的安置精度(例如，在±25um的公差內的安置精度)用于待安置的電子元件1。例如，第一板圖像拾取照相機41可以用于圖像捕捉，所述圖像捕捉用于電路板上的板標記等的識別，所述電路板將經受電子元件的窄間距安裝，所述窄間距安裝是作為具有待安置電子元件1的窄安置(安裝)節距的高密度安裝，所謂的C4安裝，所述C4安裝是倒裝法安置方法，其中在電子元件1的電極上用高熔化焊料形成凸起，且其中凸起用低共溶的焊料結合至電路板等上的電極。
第二板圖像拾取照相機42使用其寬的視野和低的分辯率的性能用于從電路板的圖像捕捉，所述電路板對待安裝的電子元件1不需要高安置精度并且在其制造中不需要高精度。即，第二板圖像拾取照相機42優選地被用于在電路板等上的安置位置的識別過程的穩定性優于電子元件1的安置精度的條件下。例如，第二板圖像拾取照相機42用于傳統的電路板等，所述傳統的電路板不經受作為窄間距安裝和C4安裝的這種高精度安置(安裝)。雖然這種制造精度不高的傳統的電路板可被保持為傾斜的姿態或其保持位置在電子元件安置裝置中有偏差，但是，在這種情況下，第二板圖像拾取照相機42的寬的視野使得能夠通過圖像捕捉識別板標記。
如圖6所示，第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42的圖像捕捉操作能夠由控制單元9控制。作為將被供給設置有頭100的電子元件安置裝置內的電路板所需要的電子元件1的安置精度的這種數據被預先輸入控制單元9或與供給同時輸入控制單元9，第一板圖像拾取照相機41或第二板圖像拾取照相機42基于所述數據而被選擇，從而控制在被選擇的板圖像拾取照相機內在圖像捕捉操作上進行。
控制單元9能夠基于由第一板圖像拾取照相機41或第二板圖像拾取照相機42所捕捉的板標記的圖像識別電子元件安置裝置上的電路板的實際安置位置，并基于識別結果識別在電路板上的每個電子元件1的安置位置。
在設置有第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42的頭100中，基于第一板圖像拾取照相機41所捕捉的圖像的板標記的識別精度在±4um的等級內，基于第二板圖像拾取照相機42所捕捉的圖像的板標記的識別精度是在±10um的等級內。
在實施方6的變型中，例如，元件厚度圖像拾取裝置30可具有類似于元件安置表面圖像拾取裝置20的照相機23，以代替由光發送器31和光接收器32組成的線傳感器33。這是因為這種變型仍允許照相機通過成像框架24的滑動運動驅動沿吸嘴11的排列方向上移動，并因為每個電子元件1的圖像能夠在運動過程種被捕捉。在此變型中，優選地，照相機的光軸通常垂直于吸嘴11的中心軸和其排列方向，光軸的高度通常與每個電子元件1被抽吸和保持的高度相同。
例如，照相機23和線傳感器33可分別由單獨的驅動電動機驅動而滑動，以便代替通過同一驅動電動機28而滑動。這種構造增加了設置的驅動電動機的數量，但增強了在頭100中元件的排列和設計的靈活性。
根據第一實施例，能夠獲得多種如下效果。
通過這種具有元件安置表面圖像捕捉裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30的頭100，所述元件安置表面圖像捕捉裝置20從沿吸嘴11的中心軸方向捕捉由每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像，所述元件厚度圖像拾取裝置30從沿垂直于吸嘴11的中心軸和其排列方向的方向捕捉電子元件1的圖像，每個電子元件1的圖像能夠從兩個彼此垂直的方向被捕捉，吸嘴11上的每個電子元件1的抽吸保持姿態能夠可靠地基于從這些方向上捕捉的圖像而被識別。
在為了識別抽吸保持姿態，以與在傳統頭中相同的方式，從沿中心軸方向，例如從電子元件1的下側，捕捉每個被抽吸和保持的電子元件1的圖像的條件下，基于從下側捕捉的圖像識別這種電子元件1的抽吸保持姿態是困難的，所述電子元件1是作為小芯片元件的微小的電子元件并且以與吸嘴的末端成對角的姿態被抽吸和保持(這種能情況經常發生)。
相反，在本實施例的頭100中，每個電子元件1的圖像從垂直于中心軸的方向(即，從橫側方向)和從沿中心軸的方向被捕捉，且電子元件1的抽吸保持姿態也基于從橫側方向的圖像被識別，從而以對角的姿態抽吸和保持的電子元件1的抽吸保持姿態能夠被可靠地識別。因此，每個吸嘴11上的電子元件1的抽吸保持姿態能夠被可靠而精確地識別，每個電子元件1能夠基于識別結果放置在電路板上，且能夠獲得電子元件的高精度安置。
元件安置表面圖像捕捉裝置20和元件厚度圖像捕捉裝置30由下框架52通過成像框架24和線性導軌25支撐，并被設在頭100中，從而能夠沿設在頭100中的吸嘴11的排列方向移動。因此，元件安置表面圖像捕捉裝置20和元件厚度圖像捕捉裝置30在排列方向上的移動使得能夠從所述方向捕捉每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像捕捉。在電子元件1在電子元件供給部分內被頭100的吸嘴11抽吸并拾取之后，在頭100的移動過程中，這種圖像捕捉操作能夠與由XY機器人引起從電子元件供給部分上面至電路板上面的頭100的移動同時進行。結果，能夠減少圖像捕捉操作對對安置電子元件的操作的影響，且能夠獲得電子元件的有效安置。
通過使用作為元件厚度圖像拾取裝置30、由光發送器31和光接收器32組成的線性傳感器33，所述光發送器31和光接收器32彼此面對布置并插入由吸嘴11保持的電子元件1且他們固定至成像框架24，從光發送器31朝著光接收器32投射的光能夠被光接收器32接收以利用被電子元件1中斷的一部分光而捕捉電子元件1的圖像，因此電子元件1的抽吸保持姿態能夠可靠而精確地從橫向方向基于光的中斷作為圖像捕捉的結果而被識別。線性傳感器33的使用使得元件厚度圖像拾取裝置30構造簡單且成本低。
在頭100中，其中元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30的線性傳感器33被一起固定至一個成像框架24，照相機23和線性傳感器33能夠一體地隨著成像框架24的滑動運動而移動，且被每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像能夠通常幾乎同時被照相機和線性傳感器33捕捉。這降低了圖像捕捉需要的時間間隔，以便提供有效的圖像捕捉，且使同時從兩個方向捕捉一個電子元件1的圖像成為可能，從而能夠更可靠地識別電子元件1的抽吸保持姿態。
在圖像捕捉過程中，在成像框架24的滑動運動中的位置通過使用線性標尺和位置讀取頭72探測，探測結果輸出用于控制單元9，因此，其抽吸保持姿態已經被識別的電子元件1能夠被控制單元9辨認，進而，能夠可靠地識別每個電子元件1的抽吸保持姿態。
能夠探測這種在滑動運動過程中的位置的位置讀取頭72設在元件安置表面圖像拾取裝置20的照相機23的附近，因此，照相機23的位置能夠被高精度地探測。
包含控制單元9和元件安置表面圖像拾取裝置20之間和控制單元9和元件厚度圖像拾取裝置30之間電纜的電纜支架55比被包含的電纜具有較大的重量。如圖3所示相對于吸嘴11在與照相機23相對的位置上設置這種重物體使得在成像框架24上具有滿意的重量平衡，穩定了成像框架24的滑動運動，并使得可靠地捕捉電子元件1的抽吸保持姿態的圖像成為可能。
在頭100中，用于滑動成像框架24的滑動驅動單元27的驅動電動機28不設在照相機23附近而設在相對于吸嘴11與照相機23相對的位置，其中元件安置表面圖像拾取裝置20固定至成像框架24，并且驅動電動機28安裝在頭框架52上遠離照相機23的位置。至于在電子元件1的圖像捕捉過程中，即在成像框架24的滑動運動中，引起的驅動電動機28內的振動，上述構造能夠抑制將振動傳遞至照相機23，并能夠減少被傳遞的振動。結果，減小了振動對由照相機23捕捉電子元件1圖像的影響，電子元件1的圖像能夠高精度地捕捉，電子元件1的抽吸保持姿態能夠高精度地被識別。例如，由元件安置表面圖像拾取裝置20進行的圖像捕捉過程中的重復精度(所謂的3σ)在5um等級內，這與用傳統圖像拾取裝置的圖像捕捉的30um等級的重復精度相比有了很大的提高。
例如，在具有類似于元件安置表面圖像拾取裝置20的照相機23的照相機以便代替由光發送器31和光接收器32組成的線性傳感器33的元件厚度圖像拾取裝置30中，元件厚度圖像拾取裝置30的照相機的設置在元件厚度圖像拾取裝置30中也獲得振動減小的效果并提高識別頭100中電子元件1的抽吸保持姿態的精度，所述元件厚度圖像拾取裝置30與驅動電動機28隔開并相對于吸嘴11與電動機相對。
代替具有能夠成像并識別電路板上的板標記的一個板圖像拾取照相機，頭100具有兩個具有不同性能的板圖像拾取照相機，因此，兩個照相機的任何一個能根據供給電子元件安置裝置的電路板的特性(例如電子元件的安置精度)而被選擇性地使用，且在不惡化識別板標記的精度的情況下能夠進行有效的識別。
具體地，頭100設置有第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42，所述第一板圖像拾取照相機41具有較窄的視野和較高的分辯率，所述第二板圖像拾取照相機42具有較寬的視野和較低的分辯率，控制單元9基于預先輸入的電路板上的板數據判斷哪一個板圖像拾取照相機被使用，以選擇最適宜于被供給的電路板的板圖像拾取照相機，且電路板上的板標記的圖像能夠通過選擇的板圖像拾取照相機可靠而有效地被捕捉。即，對于需要高識別精度的電路板，為了捕捉高識別精度的板標記圖像，第一板圖像拾取照相機41可被選擇。對于需要可靠且穩定的識別而不是識別精度的電路板，為了穩定地捕捉具有寬的識別視野的板標記圖像可選擇第二板圖像拾取照相機42。因此，在板標記識別過程中，根據識別精度能夠有效地進行識別過程。
通過使用第一板圖像拾取照相機41和第二板圖像拾取照相機42、根據識別精度使用板標記的有效和穩定的識別的結合，和利用元件安置表面圖像拾取裝置20和元件厚度圖像拾取裝置30進行的電子元件1的抽吸保持姿態的有效和穩定的高精度識別，頭100能夠更精確更有效地安置電子元件1。
在具有水平光投射單元61、垂直光投射單元60和垂直光投射單元60的元件安置表面圖像拾取裝置20中，所述水平光投射單元61通常將水平光線投射至由吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的安置表面Q，所述垂直光投射單元60通常將光線垂直地投射至安置表面Q，所述主投射單元62將通常以45度傾斜的光線投射至安置表面Q，在投射單元將光線投射到電子元件1的安置表面上情況下由照相機23進行圖像捕捉，從而安置表面Q的圖像能夠清晰地被捕捉。對微型化電子元件，具有多種形狀等的電子元件，特別地，從不同方向將光線投射到具有這種元件的微型化形狀、特定形狀等的安置表面Q上防止了非均勻照明的發生。
在主投射單元62和水平光投射單元61中，所述主投射單元62和水平光投射單元61設在由吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的附近，照明部分62a和61a彼此面對并交替地在沿安置表面Q延伸的平面上以45度角的角間距定位。因此，來自不同方向的光能夠均勻地投射到電子元件1的安置表面上并且能夠更可靠地防止非均勻照明的發生。此外，主投射單元62和水平光投射單元61的構造能夠更緊湊，且在每個這種吸嘴11的垂直行程降低的情況下能夠進行元件的有效安置。
垂直光投射單元60具有遮蔽板63，所述遮蔽板63設在連接垂直光投射單元60和電子元件1的安置表面Q的虛直線V上并沿虛直線V中斷從垂直光投射單元60投射的光。因此，沿虛直線V從垂直光投射單元60所泄漏和投射的光能夠被遮蔽板63中斷，從而能夠防止利用所述光照射電子元件1的安置表面Q和造成的光投射中的不均勻。
在由傳統圖像拾取裝置(相應于第一實施例的元件安置表面圖像拾取裝置20的圖像拾取裝置)進行的每個電子元件的圖像捕捉過程中，傳統圖像拾取裝置相對吸嘴11沿吸嘴的排列方向移動，使用滾珠螺旋軸和旋在其上的螺母的滾珠螺旋機構被用做產生這種移動的移動裝置。然而，通過從驅動電動機傳遞至滾珠螺旋軸上的熱，所述驅動電動機驅動并旋轉滾珠螺旋軸，滾珠螺旋軸的熱膨脹可能發生并阻止在滾珠螺旋軸上的螺母位置，即圖像拾取裝置的位置，的精確探測。這種情況產生的問題是通過傳統圖像拾取裝置不能進行精確捕捉和識別每個元件的圖像且不能進行元件高精度安置。
相反，用于移動第一實施例的元件安置表面圖像拾取裝置20的滑動驅動單元27通過具有硬橡膠等作為主要材料的驅動帶29引起成像框架24的移動，因此從驅動電動機28通過驅動帶29至成像框架24的熱傳遞能夠被阻止。因此，能夠被防止熱對照相機23等的影響。
在這種構造中，其中使用驅動帶29的機構被用做滑動驅動單元27，線性標尺71和面對標尺的位置讀取頭72被設置在下框架52a上，以便沿吸嘴11的排列方向延伸并且確保成像框架24的位置的可靠探測，因此，可靠而精確的圖像捕捉能夠在減小熱影響的條件下進行。
(第二實施例)本發明不限于上述實施例而可在其它多種方式下實施。例如，圖11為頭300的示意側視圖(部分截面)，所述頭300是根據本發明第二實施例的元件安置頭的示例。
如圖11所示，頭300具有不同于第一實施例的頭100的結構的元件安置表面圖像拾取裝置320，其它結構類似于頭100的結構。因此，在下述說明中，僅說明不同的結構。對于類似于第一實施例的頭100的那些頭300的元件，將使用相同的標號以方便元件說明的理解。圖12為沿垂直于吸嘴11的排列方向的平面切開的頭300的截面圖。
如圖11和12所示，頭300具有排成一排的八個吸嘴11。在頭框架52底部的下框架52a上設置了元件安置表面圖像拾取裝置320作為第一元件圖像拾取單元的示例，所述元件安置表面圖像拾取裝置320捕捉由吸嘴11保持的電子元件1的安置表面的圖像。元件安置表面圖像拾取裝置320具有八個照相機323作為多個圖像拾取元件的示例，所述八個照相機323固定至下框架52a，與八個吸嘴11一一對應，以代替在第一實施例的元件安置表面圖像拾取裝置20中在成像框架24上具有一個照相機23。照相機323平行于吸嘴11的排列方向排成一排。除了省略了照相機23，成像框架324具有與元件安置表面圖像拾取裝置20相同的結構，所述成像框架324由下支撐5框架2a支撐以能夠在吸嘴11的排列方向上移動，如第一實施例的元件安置表面圖像拾取裝置20的情況。即，作為反射器示例的反射鏡321和322，照明部分325(水平光投射單元、主投射單元和垂直光投射單元共同地稱為照明部分325)被固定至成像框架324并由其支撐同時保持與第一實施例中的位置關系相同的位置關系。
如圖11和12所示，元件安置表面圖像拾取裝置320具有滑動驅動單元27，所述滑動驅動單元27在吸嘴11的排列方向上滑動成像框架324，并且反射鏡321和322及照明部分325與成像框架324一起能夠隨相對于照相機323和吸嘴11的滑動而滑動。
當固定至成像框架324的反射鏡322的大體中心部分通過由滑動驅動單元27導致的成像框架324的滑動移動而移到吸嘴11中心軸上的位置時，吸嘴11的中心軸能夠被反射鏡322和321反射并折射，從而與相應于吸嘴11的照相機323的光軸一致。即，這個位置產生與第一實施例的元件安置表面圖像捕捉裝置20內的照相機23、反射鏡21和22等的位置關系相同的位置關系。因此，反射鏡322能夠通過滑動驅動單元27引起的成像框架324的滑動運動而順序地定位在每個吸嘴11的中心軸上，從而由每個吸嘴11抽吸和保持的電子元件1的圖像能夠被每個照相機323順序地捕捉。
成像框架324和每個照相機323設置成彼此不干擾，所述像框架324隨著滑動移動而被移動，所述每個照相機323固定至下框架52a。
如圖12所示，通過由剛性元件制成并在X軸方向上延伸的X軸橫梁13a，吸嘴11沿所述X軸方向排列，頭300通過頭框架52被支撐從而能夠在X軸方向上移動。頭300能夠在X軸方向上被X軸機器人13往復移動，所述機器人13是使用滾珠螺旋軸和旋在其上的螺母的機構。
下面將參考圖13說明元件安置表面圖像拾取裝置320的圖像捕捉操作，圖13為具有上述構造的頭300的元件安置裝置400的局部示意平面圖。
如圖13所示，元件安置裝置400具有X軸橫梁13a，通過所述橫梁13a頭300被支撐，從而能夠在圖中X軸方向上移動；X軸機器人13，所述X軸機器人13在圖中X軸方向上移動頭300，和Y軸機器人14(未示出)，所述Y軸機器人14在圖中Y軸方向上移動X軸橫梁13a。元件安置裝置400具有元件供給部分6，所述供給部分6包含多個電子元件1，從而能夠供給元件；和臺15，所述臺15可釋放地保持電子元件1將被放置到其上的電路板3。
在圖13中，頭300的每個吸嘴11被X軸機器人13和Y軸機器人最初移動至元件供給部分6上面。移動之后，每個吸嘴11被降低以抽吸和保持電子元件1，然后提升以從元件供給部分6取出電子元件1。
如圖13所示，隨后，頭300從元件供給部分6移動至保持在臺15上的電路板3上面的移動通過X軸機器人13和Y軸機器人開始。通過移動的開始，圖中在頭300左側的成像框架324在滑動驅動單元27的作用下，開始沿圖中X軸方向向右滑動。
通過滑動運動的開始，固定至成像框架324上的照明部分325被照亮。隨后，當固定至成像框架324上的反射鏡322的通常中心軸移到設在圖中左端的吸嘴11的中心軸上的位置時，電子元件1的安置表面的圖像通過照相機323上的反射鏡322和321被入射以便通過電子快門等的使用而被捕捉，所述電子元件1被吸嘴11抽吸和保持并具有用來自照明部分325的光照射的安置表面。通過成像框架的滑動運動，反射鏡322順序地定位在每個吸嘴11的中心軸上，因此，每個電子元件1的圖像被能夠每個相應的照相機323捕捉。由每個照相機323捕捉的圖像數據順序地在每個圖像捕捉操作之后立即被輸出用于控制單元9，每個圖像的識別過程在控制單元9中同時進行。當在所有電子元件1的圖像捕捉被完成之后成像框架324移至圖中頭300右側的位置時，由滑動驅動單元27引起的成像框架324的移動停止。
當隨后頭300到達上面的電路板3時，將進行初始安置的吸嘴11與電路板3上的安置位置對準，并且電子元件1的安置基于在控制單元9內的識別過程的結果順序地進行。
雖然上面已省略了說明，但是成像框架324設置有元件厚度圖像拾取裝置30，如第一實施例的情況，并且通過每個電子元件1的安置表面的圖像的捕捉，每個電子元件1的抽吸保持姿態也被元件厚度圖像拾取裝置30識別。
對于每個照相機323可使用所謂的快門照相機，所述快門照相機特征在于圖像捕捉需要的時間間隔短。例如，這種快門照相機是根據NTSC技術規范的CCD照相機。在這種使用電子快門的快門照相機中，圖像在CCD中被捕捉的時間段被電控制，CCD僅在用于圖像捕捉的時間段內暴露于光。永遠暴光的光量是用在照明部分325內的LED的發射強度和發射時間的積分。在暴光過程中相對照相機的用于圖像捕捉的物體的移動通過一定量的移動模糊了捕捉的圖像。例如，在作為用于圖像捕捉的物體的電子元件1如在第一實施例中以950mm/s速度相對移動的情況下，50us的暴光使被捕捉的圖像的界限模糊大約50um。然而，已經發現具有50um等級的圖像模糊的圖像捕捉不影響電子元件1的放置精度。在第一實施例中，為了可靠地確保暴光的光量，在暴光前和暴光后的時間段內也允許從LED發射光，從LED的光發射持續在100us的等級內。通過電子快門的使用，暴光時間能夠通過用大量光對物體進行瞬時照射而減少，以滿足精確的圖像捕捉；然而，這種LED的發射強度與LED的使用壽命成反比。
在第二實施例中，相反，在每個吸嘴11和每個照相機323之間的相對位置是固定的，從而暴光時間允許照明部分325內的LED的發射強度降低的情況下被延長。例如，每個圖像能夠在200us的暴光時間、LED的發射強度被縮小至在第一實施例中的1/4和300us的照射時間條件下被捕捉。
代替上述這種構造，可使用其他傳統的照相機。這種照相機使用的優點在于這種照相機的成本小于快門照相機的成本和傳統照相機不需要閃光型照相機需要的圖像拾取的這種高瞬時照射，并且允許LED的發射強度進一步降低，因此延長照明部分325的使用壽命。
根據第二實施例，其中照相機23被固定至頭300的下框架52a，照相機323沒有在圖像捕捉過程中移動而是靜止的。因此，諸如振動額照相機3234的移動的影響能夠被防止發生，并能夠獲得高精度圖像捕捉。
照相機323與設在頭300內的吸嘴11一一對應地設置，因此吸嘴11和照相機323之間的位置關系總是能夠被穩定地確保，從而能夠獲得穩定的圖像捕捉。
吸嘴11和照相機323之間的位置關系被固定，因此如果只有固定至成像框架324的反射鏡322的通常中心部分定位在吸嘴11的中心軸上，也能夠進行圖像捕捉。因此，由滑動驅動單元27驅動的成像框架324的高精度滑動運動是不必要的，并且能夠省略高精度線性標尺71。例如，線性標尺等可僅具有在一定程度上確保位置探測的這種精度等級，或線性標尺本身可以被省略。
利用一一對應設置的照相機323，相關數據能夠被輸出用于控制單元9，且在圖像捕捉操作在每個照相機323中被完成之后立即開始識別過程。因此，在所有圖像捕捉的完成之前在控制單元中能夠開始圖像的識別過程，因此從圖像捕捉到識別過程的時間間隔能夠被縮短。結果，能夠獲得電子元件的有效安裝。
此外，不移動的照相機323消除了移動連接至照相機323上的控制電纜等的必要性。特別地，稱作屏蔽線的重且厚的電纜被用作用于EMC(電磁兼容性)的控制電纜，并且電纜移動的消除使得滑動驅動單元27的動力減少。
從成像框架324去除照相機323使滑動驅動單元27的動力減少并為了有效的圖像捕捉使框架的速率增大，所述成像框架324由滑動驅動單元27驅動而滑動。
上述不同實施例以外的任何實施例的適宜組合都能夠達到組合實施例具有的效果。
雖然參考附圖結合優選實施例充分描述了本發明，但是需要指出的是，對于本領域的技術人員而言，多種變化和修改是明顯的。在不脫離本發明權利要求限定的保護范圍內上述變化和修改是可以理解的。
權利要求
1.一種元件安置頭(100)，所述元件安置頭具有多個元件保持部件(11)，所述元件保持部件用于可釋放地保持元件(1)且排列成排，所述元件安置頭能夠在電路板上放置由元件保持部件保持的多個元件，所述元件安置頭包括第一元件圖像拾取單元(20)，所述第一元件圖像拾取單元能夠從沿元件保持部件的中心軸的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像；第二元件圖像拾取單元(30)，所述第二元件圖像拾取單元能夠從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像；支撐部件(24、25、26)，所述支撐部件用于支撐第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元以便允許它們在元件保持部件的排列方向上的移動；移動裝置(27)，所述移動裝置用于在布置在所述排的兩端的元件保持部件之間、在元件保持部件的排列方向上移動第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元；和控制單元(9)，所述控制單元使第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，同時通過移動裝置在元件保持部件的排列方向上移動第一元件圖像拾取單元和第二元件圖像拾取單元，并且能夠根據由第一元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像和由第二元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像識別元件保持部件上的元件的保持姿態，其中所述元件能夠根據由控制單元識別的元件的保持姿態被安置在電路板上。
2.一種元件安置頭(300)，所述元件安置頭具有多個用于可釋放地保持元件(1)的元件保持部件(11)，所述元件保持部件排列成排，所述元件安置頭能夠將由元件保持部件保持的多個元件安置在電路板上，所述元件安置頭具有第一元件圖像拾取單元(320)，所述第一元件圖像拾取單元具有與元件保持部件一一對應多個圖像拾取元件(323)且圖像拾取元件之中的位置關系固定，所述圖像拾取元件能夠地從沿元件保持部件的中心軸的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，并且所述第一元件圖像拾取單元具有反射器(321、322)，所述反射器定位在元件保持部件的中心軸上以便從沿中心軸的方向反射由元件保持部件保持的元件的圖像且以便使圖像沿相應圖像拾取元件的光軸入射到圖像拾取元件上；第二元件圖像拾取單元(30)，所述第二元件圖像拾取單元能夠從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像；支撐部件(324)，所述支撐部件用于支撐第一元件圖像拾取單元的反射器和第二元件圖像拾取單元，以便允許它們在元件保持部件的排列方向上的移動；移動裝置(27)，所述移動裝置用于在布置在所述排的兩端的元件保持部件之間在元件保持部件的排列方向上移動反射器和第二元件圖像拾取單元；和控制單元(9)，所述控制單元使圖像拾取元件通過反射器順序地捕捉由相應元件保持部件保持的元件的圖像，且使第二元件圖像拾取單元順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，同時通過移動裝置在排列方向上移動反射器和第二元件圖像拾取單元，并且所述控制單元能夠根據由第一元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像和由第二元件圖像拾取單元捕捉的元件的圖像識別元件保持部件上的元件的保持姿態，其中所述元件能夠根據控制單元識別的元件的保持姿態被安置在電路板上。
3.根據權利要求1的元件安置頭，其中控制單元能夠基于由第一元件圖像拾取單元捕捉的元件圖像，識別相對于通常垂直于元件保持部件的中心軸的方向的元件保持部件上的元件的保持姿態，和其中控制單元能夠基于由第二元件圖像拾取單元捕捉的元件圖像，識別相對于沿元件保持部件的中心軸的方向的元件保持部件上的元件的保持姿態。
4.根據權利要求3的元件安置頭，其中第二元件圖像拾取單元是線性傳感器(33)，所述線傳感器具有光發送器(31)和光接受器(32)，所述光發送器和光接受器布置成彼此面對且排列成排的元件保持部件插入其間，所述線傳感器能夠通過從光發送器朝著由元件保持部件保持的元件投射的光在光接收器上的接收且所述光的一部分被元件中斷而捕獲元件的圖像，和其中控制單元可操作以便基于從線性傳感器獲得的捕捉結果信息識別相對于沿所述中心軸的方向的元件的保持姿態，利用圖像捕獲探測通過移動裝置沿元件保持部件的排列方向移動的線性傳感器的位置，和基于探測結果從所述元件中辨認其保持姿態已經被識別的元件。
5.根據權利要求1的元件安置頭，其中移動裝置具有驅動電動機(28)，所述驅動電動機用于在元件保持部件的排列方向上移動第一元件圖像拾取單元，和其中驅動電動機設置為與第一元件圖像拾取單元相對且元件保持部件位于它們之間。
6.根據權利要求5的元件安置頭，其中驅動電動機設置為與第二元件圖像拾取單元相對且元件保持部件位于它們之間。
7.根據權利要求1的元件安置頭，其中第一元件圖像拾取單元具有圖像拾取元件(23、323)，所述圖像拾取元件將不同于元件保持部件的中心軸(S)的軸用作其光軸(T)，且所述圖像拾取元件能夠捕捉沿光軸入射的、由元件保持部件保持的元件的圖像；反射器(21、22、321、322)，所述反射器用于從沿元件保持部件的中心軸的方向反射元件的圖像，且由此使圖像沿圖像拾取元件的光軸入射到圖像拾取元件上；水平光投射單元(61)，所述水平光投射單元用于將通常水平方向上的光線直接投射至元件成像平面(Q)，所述元件成像平面垂直于元件保持部件的中心軸且其中獲得將被捕捉的元件的圖像；垂直光投射單元(60)，所述垂直光投射單元用于通常沿光軸投射光線，使光線被反射器反射和沿中心軸方向傳播，且將通常垂直方向上的光線投射至元件成像平面；和傾斜光投射單元(62)，所述傾斜光投射單元用于將以水平方向和垂直方向之間的中間角傾斜的光線直接投射至元件成像平面，和其中控制單元使圖像拾取元件在水平光投射單元、垂直光投射單元和傾斜光投射單元同時將光線投射至由元件保持部件保持的元件的元件成像平面上的狀態下捕捉元件的圖像。
8.根據權利要求7的元件安置頭，其中傾斜光投射單元具有用于傾斜光的多個照明部分(62a)，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對，其中水平光投射單元具有用于水平光的多個照明部分(61a)，所述多個照明部分被布置成相對于作為對稱軸的元件保持部件的中心軸彼此對稱且相對，和其中所述照明部分被布置在一個區域(U)的周邊附近，其中來自垂直光投射單元的通常垂直方向上的光線通過所述區域并且所述區域形成在元件保持部件的中心軸上和元件保持部件的中心軸的周圍。
9.根據權利要求1的元件安置頭，其中傾斜光投射單元具有用于傾斜光的兩對照明部分(62a)，其中水平光投射單元具有用于水平光的兩對照明部分(61a)，和其中用于傾斜光的照明部分和用于水平光的照明部分以45度角的角間距交替地定位在沿元件的元件成像平面延伸的平面上。
10.根據權利要求7的元件安置頭，其中垂直光投射單元具有遮蔽板(28)，所述遮蔽板設在連接垂直光投射單元和元件的成像平面的虛直線(V)上，并且中斷從垂直光投射單元沿虛直線投射至元件成像平面上的光線。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的元件安置頭，進一步包括板圖像拾取單元(41和42)，所述板圖像拾取單元能夠捕捉電路板的表面上特定位置的圖像，其中作為具有用于捕捉的不同視野和不同分辯能力的兩種類型的板圖像拾取單元，所述板圖像拾取單元具有，第一板圖像拾取單元(41)，第一板圖像拾取單元(41)比板圖像拾取單元中剩余一個板圖像拾取單元具有較窄的視野和較高分辯能力，和第二板圖像拾取單元(42)，第二板圖像拾取單元(42)比第一板圖像拾取單元具有較寬的視野和較低的分辯能力，和其中控制單元可操作以便根據元件在電路板上的安置精度選擇板圖像拾取單元中的第一板圖像拾取單元和第二板圖像拾取單元中的任一個，使被選擇的板圖像拾取單元捕捉電路板表面上的特定位置的圖像，并根據被捕捉的圖像識別特定位置。
12.一種元件安置方法，包括通過排列成排的多個元件保持部件中的多個元件保持部件的每一個可釋放地保持元件(1)；從沿元件保持部件的中心軸的方向順序地捕捉由元件保持部件保持的元件的圖像，并從通常垂直于元件保持部件的中心軸和元件保持部件的排列方向的方向順序地捕捉元件的圖像；基于從沿中心軸的方向捕捉的圖像和從通常垂直于中心軸和排列方向的方向捕捉的圖像，識別元件保持部件上的元件的保持姿態；和基于被識別的元件的保持姿態將元件安置在電路板上。
13.根據權利要求12的元件安置方法，其中元件保持部件上的元件相對于通常垂直于中心軸的方向的保持姿態能夠基于從沿元件保持部件的中心軸的方向捕捉的圖像來識別，和其中元件保持部件上的元件相對于沿中心軸的方向的保持姿態能夠基于從通常垂直于中心軸和元件保持部件的排列方向的方向捕捉的圖像來識別。
全文摘要
一種元件安置頭(100)具有第一元件圖像拾取單元(20)，所述第一元件圖像拾取單元(20)能夠從沿元件保持部件的中心軸的方向上捕捉由元件保持部件(11)保持的元件(1)的圖像；和第二元件圖像拾取單元(30)，所述第二元件圖像拾取單元(30)能夠從垂直于元件保持部件的中心軸的方向捕捉被保持的元件的圖像，元件的圖像由第一元件圖像拾取單元(20)和第二元件圖像拾取單元(30)從彼此垂直的兩個方向捕捉，元件的保持姿態基于所述圖像被識別。
文檔編號H05K13/04GK1679385SQ0382075
公開日2005年10月5日 申請日期2003年9月10日 優先權日2002年9月12日
發明者奧田修, 田中陽一, 齋藤廣能, 巖本羽生 申請人:松下電器產業株式會社