元件安裝方法和設備的制作方法

專利名稱：元件安裝方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于將元件安裝在安裝物體上的元件安裝方法和設備，諸如用于將電子元件安裝在位于臨時安裝件或者實際安裝件中的電路板上、以便制造電子電路板的方法和設備。
背景技術：
圖9中示出了一種用于制造電子電路板的傳統的元件安裝設備。配備有可上下運動的吸嘴101、用于搬運電子元件的元件安裝頭102支撐在X-Y自動裝置103上，該裝置沿兩個垂直正交的X和Y方向移動，用于將元件安裝頭102移動到元件供給單元104和元件安裝單元105上。由元件供給單元104所提供的電子元件100由吸嘴101拾取后載送至位于元件安裝單元105中的電路板106上的一預定位置上，并安裝在該位置上。
吸嘴101可上下運動地安裝在元件安裝頭102上，以便拾取并安裝電子元件100。請參閱

圖10，與用于吸嘴101的支撐件113整體設置的螺母107螺合在滾珠絲杠108上，該滾珠絲杠由馬達109驅動沿兩個相反的方向轉動，以使吸嘴101上下運動。當由吸嘴101所吸附的電子元件100的取向不當時，通過馬達110來使吸嘴101繞其軸線轉動而校正吸附形態。
某些電子元件涉及到要將它們的部分插入到電路板中、從而將它們安裝到電路板106上。此類電子元件100的種類繁多，包括軸向元件、徑向元件、具有引腳或管腳的畸形元件、DIP(雙列式封裝)型IC芯片以及設有引腳的接插件等。
其中，可由上述吸嘴搬運的電子元件包括具有平面狀頂表面的DIP IC芯片和接插件。對于其它電子元件，則分別相應地采用具有尤其適用于那些元件的元件搬運工具的安裝裝置。
在任何情況下，電子元件100由吸嘴101或其它元件搬運工具來保持、拾取和搬運。當涉及到將元件插設安裝到電路板106上時，必須同時將電子元件100定位在電路板106的預定位置上，以使該電子元件100筆直地對準電路板106，此時，電子元件100側上的多個管腳、引腳或其它插入部分均準確地與電路板106側上的插孔112相對應，并施壓，以使它們相互接觸，從而將引腳111插入到插孔112中。
然而，此類位置關系并不是始終對齊的，有時，也會因為定位錯誤而導致失敗。為了很好地完成上述插設而不會有任何失誤，必須使電子元件100與電路板106相接觸，然后以預定的狀態將它推入到電路板中。然而，在由上述滾珠絲杠108進行驅動的情況下，由于當按壓電子元件100時只存在很小的阻力，因此無法精確地控制按壓力，而且按壓往往會變得過度。而且，還難以從插設操作的阻力等中辨別出引腳111是否已插入到插孔112中。另外，在螺合至螺母107的部分中還存在著將圓周運動轉變成直線運動的動作，而且還存在著由齒隙(backlash)所帶來的影響，因此無法采用適當的措施來確定插入狀態妥善與否。
由于這些問題，尤其當引腳111或者其它插設部分沒有準確地插入到電路板106的插孔112中時，容易發生過度按壓，因此無論是電子元件100還是電路板106、抑或兩者均會受到斷裂或破裂的損壞，從而導致電子元件和電路板的產量下降。
在必須將吸嘴101壓住電子元件100、或者必須向電子元件100施壓而將其安裝在電路板106上的其它情況下，由于無法充分地控制按壓力，因此會產生類似的問題。
本發明的目的在于提供一種用于安裝元件、而不會造成過度按壓的元件安裝方法和設備。
發明概述為了實現上述目的，本發明提供了一種元件安裝方法，其中，利用由移動機構所支撐、且移動至元件供給單元和元件安裝單元的元件搬運工具來拾取和輸送由元件供給單元所提供的元件，并將元件安裝在位于元件安裝位置上的安裝物體上，其特點在于元件搬運工具籍由線性馬達的反饋控制而作上下直線運動，用于執行元件的拾取和安裝動作，其中，當元件搬運工具須要向下移動、用以拾取元件或者將吸附在元件搬運工具上的元件安裝在安裝物體上時，控制線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，并且當元件搬運工具與元件、或者元件與安裝物體相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來拾取或者安裝元件。
因此，元件搬運工具籍由移動機構移動至元件供給單元或元件安裝單元，籍此，無論是在元件供給單元處執行元件拾取、還是在元件安裝單元處執行元件安裝，均可通過位于移動機構上的線性馬達的線性動作的上下移動來得以實現。在該線性馬達的反饋控制下，通過控制線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，使吸附元件之前的元件搬運工具和/或由元件搬運工具所吸附的元件接近元件和/或安裝物體，以便拾取或安裝該元件，并首先使兩者相接觸。當接觸時，由于已到達了目標位置，因而在控制信息中會發生變化。通過此刻控制信息中的變化可檢測出實際接觸的時間點。
因此，在控制信息發生變化的時間點上，線性馬達從下移操作轉換至按壓操作，并可以預定的按壓狀態來吸附或安裝元件。當此項工作完成時，可在預定的按壓下確切地吸附和/或安裝元件，同時又能防止接觸錯誤或懸空(floating)，而不會使元件或安裝物體由于受到過量的載荷而損壞或者斷裂。另外，在元件安裝涉及要插設到安裝物體側的情況下，通過上述預定的按壓操作可確定地完成安裝。因此，可提高元件和安裝物體的產量。
上述方法可通過采用一種元件安裝設備來得以實現，該元件安裝設備包括用于提供元件的元件供給單元；用于將元件安裝在安裝物體上的元件安裝單元；以及元件安裝機構，該元件安裝機構用于將元件搬運工具移動至元件供給單元和元件安裝單元，以便元件搬運工具拾取并輸送由元件供給單元所提供的元件，并將這些元件安裝在位于元件安裝單元中的安裝物體上，其特點在于元件安裝機構包括用于將元件搬運工具移動至元件供給單元和元件安裝單元的移動機構；用于使位于移動機構上的元件搬運工具在元件供給單元和元件安裝單元處上下直線運動、并使元件被拾取和安裝的線性馬達；以及用于反饋控制線性馬達的控制器，當元件搬運工具須要向下移動、用以拾取元件或者將吸附在元件搬運工具上的元件安裝在安裝物體上時，控制線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，并且當元件搬運工具與元件、或者元件與安裝物體相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來拾取或者安裝元件。
因此，上述元件安裝方法可根據預定的程序穩定且自動地進行。
根據本發明的另一個方面，元件安裝方法的特點在于元件搬運工具籍由線性馬達的反饋控制而作上下直線運動，用于執行元件的安裝動作，其中，控制線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，用于使由元件搬運工具所吸附的元件接近安裝物體，直到元件的插入部分已插入到安裝物體相應的孔中之后為止，并且當元件與安裝物體以預定狀態相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來安裝元件。
因此，可確定元件本體以預定的插設狀態與安裝物體實際接觸的時間點，在該時間點上，下移操作可轉換至按壓操作，并且可將元件以預定的按壓狀態確切地安裝，同時又能防止插入失敗。
該方法尤其適用于諸如接插件之類的、具有引腳的元件。控制器控制線性馬達，以使元件搬運工具下降，用以使由元件搬運工具所吸附的元件接近安裝物體、直到元件的插入部分觸及安裝物體為止，并進一步下降，直到插入部分已插入到安裝物體中之后為止。在檢測到當元件本體以預定的插入狀態與安裝物體相接觸時控制信息中的變化的同時，將線性馬達的控制轉換至按壓操作。
在安裝由元件搬運工具所吸附的元件的過程中，該裝置涉及上述情況中的插設安裝，基于元件的插入部分與安裝物體的插孔之間的位置差異，根據高度的異常，可從與之相對應的線性馬達的控制信息和位置中確定插設是否妥當。該項確定可由接收信息的確定裝置來自動完成。基于此項確定，當元件插入失敗時，可對同一個元件重新進行安裝操作，因此，可避免因不校正插設錯誤而強行進行插設操作致使接插件或安裝物體損壞，或者可避免將元件作為次品丟棄。
在參閱了下文中的詳細描述和附圖之后，本發明的其它目的和特征將會一目了然。可以單獨、或者多種組合的形式來利用本發明的諸項特點。
附圖簡介圖1是在本發明一個實施例中所用的控制器的方框連接圖；圖2是示出了由圖1所示控制器所控制的元件安裝操作中的基本動作的示意圖；圖3是示出了使用圖1所示控制器的元件安裝方法的一個實施例的示意圖；圖4是示出了使用圖1所示控制器的元件安裝方法的另一個實施例的示意圖；圖5A和5B示出了圖4所示實施例的元件安裝狀態，其中，圖5A示出了妥善安裝狀態，圖5B示出了不當安裝狀態；圖6是圖1-5所示的元件安裝設備的簡化結構圖；圖7是圖6所示設備中的元件安裝頭的主要部件的立體圖；
圖8是圖7所示元件安裝頭的主要部件的橫截面圖；圖9是一種傳統的元件安裝設備的簡化結構圖；以及圖10是圖9所示設備中的以及安裝頭的前視圖。
實施本發明的最佳模式現在將參照附圖來描述本發明元件安裝方法和設備的較佳實施例。
該實施例系這樣一種情況，即將如圖6所示的、具有多個引腳2的接插件3、或者如圖7所示的DIP型IC 3a作為一個元件搬運，以便安裝在電路板1上，并將該元件安裝在電路板1上，而無論是否涉及將引腳2插入到電路板1的插孔4中。然而，本發明并不僅限于該實施例、或者受其限制，它可應用在須要進行安裝的通常情況中，不論須安裝的多種元件是否涉及插設，以及是安裝單種元件、還是安裝不同類型的元件的多種組合。
下面將參照圖1-8所示的設備來描述該實施例中的元件安裝方法。如圖6所示，采用了一種元件搬運工具14，該工具由移動機構11所支撐，以便移動至、并定位于元件供給單元12和元件安裝單元13。該移動機構11可為任何機構而不管其沿什么路線移動，只要它能以此方式移動元件搬運工具14即可。在具備此類元件搬運工具14的情況下，由元件供給單元12所提供的接插件3、DIP型IC 3a或者其它元件被保持、拾取和搬運，并且該元件3被安裝在位于元件安裝單元13上的、諸如電路板1之類的安裝物體上。在該實施例中，吸嘴14a用于元件搬運工具14，以便吸附接插件3的平面狀頂表面或者DIP型IC 3a。但是，這并不會帶來任何限制，根據被搬運元件的形狀和形式，也可采用從任一側緊夾元件的夾頭、或者通過螺釘連接等來保持元件的連接裝置。因此，可采用以多種方式保持和搬運元件的硬件。還可采用根據元件類型變化或選用的幾種不同類型的搬運工具。
吸嘴14a籍由移動機構11上的線性馬達16的反饋控制以直線動作來執行接插件3的拾取和安裝動作。控制該線性馬達16，以便將吸嘴14a在吸附元件之前或之后向下移動，從而使該吸嘴14a接近接插件3或者電路板1。然后，當與之接觸而在控制信息中發生變化時，線性馬達16從下移操作轉換至按壓操作。于是，吸嘴14a以預定的按壓狀態吸附接插件3，或者將由吸嘴14a所吸附的接插件3安裝在電路板1上。
通過籍由移動機構11上的線性馬達16的作用而使吸嘴上下直線移動，可拾取位于元件供給單元12上的、諸如接插件3之類的元件，或者將接插件3安裝到位于元件安裝單元13中的電路板1上。在線性馬達16的反饋控制期間，當控制該線性馬達16、以使吸嘴向下移動、并使吸嘴14a或者由該吸嘴14a所吸附的接插件3移近接插件3或者電路板1時，在吸嘴或者接插件與元件或者電路板相接觸時，會由于到達了目標位置而在控制信息中發生變化。可通過實際接觸時控制信息中的變化來測定發生該實際接觸的時間點。
于是，在該控制信息發生變化的時間點上，線性馬達16從下移操作轉換至按壓操作，并且接插件3以預定的按壓狀態吸附或者安裝，因此，基于實際的接觸位置，可籍由按壓起動獲得一種既不過度、又很充分的按壓狀態。因此，可實現接插件3的吸附或拾取、及其安裝，而不會在預定的按壓下失敗，同時又能防止接觸錯誤，而不會因使接插件3、電路板1或吸嘴14a經受過量的載荷而使它們損壞或斷裂。不僅在電路板1中不涉及插設的情況中，而且在涉及將接插件3等插設安裝到電路板1側中的情況中，利用下移操作以接觸到預定位置、并利用來自那個預定位置上的接觸狀態的預定的按壓操作可確切地進行此類安裝，而無須采用額外的措施。因而，提高了接插件3或其它元件、以及電路板1的產量，并可延長吸嘴14a和其它元件搬運工具14的使用壽命。
較佳地，無論是否涉及插設，當吸嘴14a與由元件供給單元12所提供的接插件3相接觸、并從而吸附該接插件時，以及當由吸嘴14a所吸附的接插件3或其它元件安裝到電路板1上時，均由線性馬達16來進行控制。當然，只進行其中一項控制、或者采用其它控制也是同樣有效的。
現在請參閱圖6，為了實現上述方法，該實施例的元件安裝設備包括用于提供諸如接插件之類的元件3的元件供給單元12；用于將接插件3安裝在電路板1上的元件安裝單元13；以及用于移動吸嘴14a的元件安裝機構21，該吸嘴用作為用于吸附接插件3、并將其搬運至元件供給單元12和元件安裝單元13的元件搬運工具14，用吸嘴14a吸附并拾取由元件供給單元12所提供的接插件3，并將其搬運和安裝到位于元件安裝單元13中的電路板1上。
元件安裝機構21包括用于將吸嘴14a移動至元件供給單元12和元件安裝單元13的移動機構11；位于移動機構11上、用于使吸嘴14a在元件供給單元12和元件安裝單元13處作垂直直線運動、并拾取和安裝接插件3或其它元件的線性馬達16；以及一控制器22。該控制器22反饋控制線性馬達16的下移操作，以便在元件吸附、或者由吸嘴14a吸附接插件3之前，將吸嘴14a移近接插件3、或者移近電路板1并與之相接觸，在接觸瞬間、控制信息發生變化的時間點上，將線性馬達16從下移操作轉換至按壓操作、并以預定的按壓狀態來吸附或者安裝接插件3。因此，上述元件安裝方法可根據預定的程序穩定且自動地進行。
在移動機構11中，如圖6所示，配備有吸嘴14a的元件安裝頭23被支撐為可籍由Y平臺24和X平臺25在X和Y兩個方向內移動，籍此，吸嘴14a可吸附并拾取由元件供給單元12所提供的接插件3或者其它任何元件，將其搬運至元件安裝單元13，并將它安裝在設于其中的電路板1上。元件供給單元12具有諸如容納在托盤26中的接插件3或DIP型IC 3a之類的元件，例如，這些元件按元件類型、以多級疊置的結構位于該托盤中。因此，當需要某種類型的元件時，可抽出該所需類型的元件，將其放置到元件供給單元12中，這樣就能提供預定的元件。
為了使吸嘴14a能夠拾取位于一托盤26的所有位置上的元件，只要托盤26或者吸嘴14a可在至少兩個垂直正交的X和Y方向上移動就足夠了。但這并不會帶來任何限制，兩個方向上的移動也可被分開而置于設備的這兩個部件，或者兩者均可沿X和Y兩個方向移動。元件供給單元12還可提供按照元件類型而呈多種封裝形式的元件，并可采用與各種類型相匹配的供給機構。
元件安裝單元13具有用于接納電路板1的載入單元27；用于將所容納的電路板1設置在預定位置上、以備元件安裝的定位單元28；以及用于在元件安裝之后、將電子電路板傳送至下一道加工工序的載出單元29。定位單元28將電路板1定位在位于自載入單元27至載出單元29的傳送方向中的預定位置上，并且在吸嘴14a籍由移動機構11在X和Y兩個方向上移動的同時進行調整，以便于接插件3安裝在電路板1的任何位置上。然而，還可將結構制成為電路板1可在X和Y方向上移動，以便將吸嘴14a定位在一個位置上；或者，X和Y方向上的移動可被分開而置于電路板1和吸嘴14a，以便按元件安裝的需要來進行定位。
線性馬達16的結構如圖8所示。磁體43通過軸承42安裝于壓力軸41的中部，該壓力軸被連接和固定成可改變諸如吸嘴14a之類的元件搬運工具。沿著壓力軸41的軸向方向、環繞著磁體43設有線圈44，該線圈固定在元件安裝頭23上。壓力軸41由設于沿壓力軸41的軸向方向的諸位置上的保持單元45所保持，線圈44夾置于保持單元45之間。這些保持單元45通過軸承46固定在線性馬達16的外殼147上，并支撐壓力軸41，這樣該壓力軸就能沿其軸向方向滑動，并繞其軸線旋轉。因此，通過使線圈44通電激磁，壓力軸41可沿其軸向方向移經磁體43。
由于磁體43通過軸承42安裝在壓力軸41上，即使在壓力軸41轉動時，磁體43也不會繞軸旋轉。通過以此方式利用線性馬達16，可將接線固定到線圈44上。另外，如圖7所示，在壓力軸41上安裝有用于檢測吸嘴14a的位置及其移動速度的位置-速度檢測器47，該檢測器具有沿壓力軸41的軸向方向延伸的刻度桿48和使刻度桿48從中穿過的環形檢測頭49。
盡管圖中未示出，位置-速度檢測器47是固定在支撐線性馬達16的一構架上的。另外，在刻度桿48中沿其圓周方向設有多個磁化部分，這些磁化部分沿著刻度桿的軸向方向等間距設置。從而，當刻度桿48沿著其軸向方向移動并連同壓力軸41相對于不移動的檢測頭49移動時，磁化部分移動，于是，位置—速度檢測器47就能檢測出記錄在那些磁化部分中的信息。因此，就可從磁化部分的變化量中確定壓力軸41在軸向方向上的位置，并且還能確定壓力軸41的移動速度。如圖7和8所示，一馬達50連接在壓力軸41上、位于保持單元45之上，這樣，通過將吸嘴14a繞其軸線旋轉，就能校正由吸嘴14a所吸附的元件的形態、也就是元件相對吸嘴的軸線的角度。
如圖1所示，控制器22主要包括位置控制器61、速度控制器62、功率放大器63、接觸檢測器64、轉換單元65、轉矩控制器66和位置—加載(weighting)控制器67。位置—速度檢測器47連接至位置控制器61和速度控制器62的輸入側，并連接至位于功率放大器63的輸出側上的線性馬達16。通過位置控制器61和速度控制器62的處理進行傳送的第一轉矩命令T1和自轉矩控制器66傳送的第二轉矩命令T2被提供至轉換單元65的輸入側。轉換單元65基于來自于接觸檢測器64的接觸檢測信息將傳送至功率放大器63的轉矩命令從第一轉矩命令T1轉換至第二轉矩命令T2。相反地，來自位置-加載控制器67的轉換命令將第二轉矩命令T2轉換至第一轉矩命令T1。
當第一轉矩命令T1與第二轉矩命令T2之間進行轉換時，第一轉矩命令T1的值與第二轉矩命令T2的值之間不存在間隙，因此，在提供給線性馬達16的動作控制信息中這兩個命令之間就不會有差異。
現在將更詳細地來描述控制。將接插件3安裝在電路板1上。如圖2所示，吸嘴14a從它拾取接插件3時開始移動，并在吸附下一個接插件3之前，將該接插件安裝到電路板1上。在第一步驟#S1中，在吸附接插件3之后，吸嘴在定位控制下作高速下降，直到它緊挨在電路板1上方為止。在第二步驟#S2中，吸嘴14a以低于第一步驟#S1中的下降速度的恒定的低速繼續進一步下降。
在第三步驟#S3中，檢測在第二步驟#S2中接插件3經由吸嘴14a與電路板1之間的接觸。在第四步驟#S4中，接插件3籍由施加于其上的預定量的按壓力而安裝在電路板1中。然后，在第五步驟#S5中，在釋放了對接插件3的吸附之后，吸嘴14a上升。
在這些步驟中，接插件3在垂直方向上的位置、以及吸附著接插件3的吸嘴14a的移動速度是由設置在元件安裝頭23中的位置-速度檢測器47所檢測的。瞬間變化的位置信息被提供至設于位置控制器61的輸入側上的比較器71，而速度信息則被提供至設于速度控制器62的輸入側上的比較器72。與此同時，從位置—加載控制器67中發出一位置命令。該位置命令系表示時間與吸嘴14a的位置之間的關系的信息，直到到達Z方向或者垂直方向上的目標位置為止，接插件3被最終設置在這個位置上，該位置命令被預先設置在位置—加載控制器67中，并即刻被提供至比較器71。
比較器71根據位置信息和同時產生的位置命令找出其中的偏差。所找出的偏差信息被傳送至位置控制器61。該位置控制器61根據偏差信息確定速度命令，該速度命令即刻被傳送至比較器72。該比較器72找出速度信息與同時產生的速度命令之間的偏差，并將該偏差傳送至速度控制器62。該速度控制器62根據來自于比較器72的偏差信息確定第一轉矩命令T1。這樣，在第一步驟#S1中，吸嘴14a在位置控制和速度控制下下降。
當接插件3到達緊挨在電路板1上方的一位置時，第二步驟起動，于是，速度控制器62經由轉換單元65向功率放大器63發出一轉矩命令，因此，功率放大器63向線性馬達16提供電流。于是，吸嘴14a在位置控制下以恒定的低速進一步下降。在該步驟期間，由于速度恒定，因而傳送至線性馬達16的轉矩命令被控制在一較大或較小的固定值上。
接著，當接插件3與電路板1相接觸時，位置信息與提供至位置控制器61的位置命令之間的偏差、以及位置信息與提供至速度控制器62的位置命令之間的偏差變大，于是，來自于速度控制器62的第一轉矩命令T1的值增大。根據位置命令信息，提供分別用于各種類型的接插件3或者其它元件的不同的信息。接觸檢測器64檢測到第一轉矩命令T1中的增量，于是，轉換單元65將傳送至功率放大器63的轉矩命令從由速度控制器62所傳送的第一轉矩命令T1轉換至由轉矩控制器66所輸出的第二轉矩命令T2。
在進行了該項切換之后，轉矩控制器66根據線性馬達16的推力(thrust)常數計算與加載命令相對應的第二轉矩命令T2，該加載命令與將接插件3安裝在電路板1上所需的按壓力相匹配，并將該第二轉矩命令T2經由轉換單元65提供至功率放大器63。于是，在設定的時間段內、且在由線性馬達16所施加的設定的按壓力下，將接插件3安裝在電路板1上。預先設置用于各元件或者各種類型的元件的加載命令信息，并將它們儲存在存儲器內，并由位置-加載控制器67提供與正在安裝的接插件3相對應的信息。
此后，轉換單元65籍由位置-加載控制器67所發出的轉換命令被再次轉換至速度控制器62側，并使吸嘴14a在基于第一轉矩命令T1的控制下上升。
如上所述，設有吸嘴14a的壓力軸41在線性馬達16的驅動下沿其軸向方向運動，并通過線性馬達16的定位動作和用任意的力來按壓接插件3的加載動作將接插件3安裝在電路板1上。接插件3的安裝通常是由上述第一至第四步驟#S1-#S4來進行的。從而，可防止接插件3與電路板1接觸時的沖擊力，并可相對于提供至轉矩控制器66的加載命令任意地設置安裝時的按壓力，因此，可提高安裝精確度。
此外，接觸檢測器64被設置成當吸嘴14a或接插件3與電路板1相接觸時，吸嘴14a與電路板1之間的接觸是通過傳送至線性馬達16的轉矩命令中的變化進行檢測的。
當元件屬于必須將其一部分插入到電路板中的類型、諸如接插件3時，涉及到將作為插入部分的引腳2插入到電路板1中的插入動作。在該實施例中，為了以一種更能防止故障危害的方式來執行該動作，在接插件3的引腳2首先觸及電路板1的瞬間施加預定且恒定的按壓力，直到接插件3的本體3b與電路板1接觸為止，這樣引腳2就完全插入到電路板1上的插孔4之中。為了完滿地完成該動作，在引腳2與電路板1相接觸的位置上不進行接觸檢測，而是在接插件3的本體3b與電路板1相接觸的目標位置、即引腳2完全插入到插孔4中的位置上進行接觸檢測。當進行接觸檢測時，轉換至按壓動作。更確切地講，在接插件3處于完全插入狀態之后，轉換至按壓動作。
轉矩命令的值此時如圖3所示那樣進行變化。在401處，即接插件3的引腳2以上述第二步驟#S2中的某一速度狀態觸及電路板1，不進行接觸檢測，而且引腳2以此速度繼續進一步下降。與此同時，線性馬達16產生用于將接插件3的引腳2插入到電路板1的插孔4之中的按壓力402。接著，如圖5A所示，當引腳2完全插入、直到接插件3的本體3b與電路板1相接觸為止時，轉矩命令繼續增大成為大于當將接插件3的引腳2插入到電路板中的按壓力的某一設定值的接觸檢測加載值403。第三步驟#S3中的接觸檢測是以該加載值403為基礎的，并將吸嘴的下移運動轉換成第四步驟#S4中的按壓動作，這樣就能用所設定的按壓力404將接插件3安裝在電路板1上。最后，在釋放了對接插件3的吸附之后，吸嘴14a上升。
如圖5B所示，當受到某些或其它因素的影響而致使接插件3和電路板1的為止發生偏斜時，轉矩命令的值如圖4所示那樣發生變化。在這種情況下，由于定位失敗，因而轉矩命令在接插件3的引腳2與電路板1相接觸的同時持續增大，并將迅速增大到某一設定值的接觸檢測加載值403上。第三步驟#S3的接觸檢測就是在這個時間點上進行的，并將吸嘴的下移運動轉換成第四步驟#S4中的按壓動作。將不會產生如圖3所示的、系一預設值的按壓力402。接插件3的引腳2未處在電路板1的預定位置上，但由于僅僅施加了與所設定的加載相對應的按壓力，因此不會損壞接插件3和電路板1。
現在將參照圖5A和5B來描述另一個實施例。圖5A示出了妥善插入接插件3的情況，而圖5B則示出了因接插件3的引腳2和電路板1的插孔4的位置未對準而未能妥善插入的一個例子。如圖5A所示，由于接插件被插入在適當的位置中，因此當線性馬達16執行第三步驟#S3的按壓動作時，吸嘴14a的下端表面的位置到達高度P1。然而，在圖5B所示的情況中，在接插件3的引腳2與電路板1的插孔4之間發生位移，接插件3的引腳2未能插入到電路板1的插孔4之中，于是，當線性馬達16執行第四步驟#S4中的按壓動作時，吸嘴14a的下端表面的位置到達高度P2，該高度高于接插件的引腳2的標準長度。檢測該高度，以便確定接插件是否已妥善插入。此項確定可由作為控制器22的內部功能的確定裝置22a來自動完成。當然，控制器22和確定裝置22a的具體結構可有多種變化。
在如圖5B所示的、未能插入的情況中，將接插件3從元件安裝單元13中取回，同時在第五步驟#S5中使吸嘴14a仍然保持吸附狀態，于是，可重新校正接插件3和電路板1的位置。然后，重復第一至第五步驟#S1—#S5，以便妥善安裝接插件3。因此，可避免因不適當的插設強行進行插設操作而使接插件3、電路板1或吸嘴14a造成損壞，從而不得不丟棄已損壞的元件。因此，有效的利用易于帶來良好的工作效率，而無需重新吸附的時間和麻煩。通過上述控制器22的運作也可自動進行此類搬運。
工業實用性綜上所述，本發明提供了一種用于利用籍由線性馬達的反饋控制作上下直線運動的吸嘴來將元件安裝在電路板上的改進的方法和設備。該控制被做成為當檢測到吸嘴與元件之間、或者由吸嘴所吸附的元件與電路板之間的接觸時，將由線性馬達所帶動的吸嘴的下移操作轉換成其按壓操作，籍此以預定且有利的按壓狀態來拾取或安裝元件。從而可防止對元件和電路板造成損壞。因此，本發明可有利地廣泛運用于元件拾取-設置組件系統的領域中。
權利要求
1.一種元件安裝方法，其中，利用由移動機構(11)所支撐、且移動至元件供給單元(12)和元件安裝單元(13)的元件搬運工具(14)來拾取和輸送由所述元件供給單元(12)所提供的元件(3)，并將所述元件安裝在位于元件安裝位置上的安裝物體(1)上，其特征在于所述元件搬運工具(14)籍由線性馬達(16)的反饋控制而作上下直線運動，用于執行元件的拾取和安裝動作，其中，當元件搬運工具須要向下移動、用以拾取元件或者將吸附在元件搬運工具上的元件安裝在所述安裝物體上時，控制所述線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，并且當元件搬運工具與元件、或者元件與安裝物體相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來拾取或者安裝所述元件。
2.如權利要求1所述的元件安裝方法，其特征在于，所述元件的安裝涉及將元件的一部分插入在所述安裝物體中。
3.一種元件安裝方法，其中，利用由移動機構(11)所支撐、且移動至元件供給單元(12)和元件安裝單元(13)的元件搬運工具(14)來拾取和輸送由所述元件供給單元(12)所提供的元件(3)，并將所述元件安裝在位于元件安裝位置上的安裝物體(1)上，其特征在于所述元件搬運工具(14)籍由線性馬達(16)的反饋控制而作上下直線運動，用于執行元件的安裝動作，其中，控制所述線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，用于使由元件搬運工具所吸附的元件接近所述安裝物體，直到元件(3)的插入部分(2)已插入到安裝物體(1)相應的孔(4)中之后為止，并且當元件與安裝物體以預定狀態相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來安裝所述元件。
4.如權利要求3所述的元件安裝方法，其特征在于，所述元件系諸如接插件之類、設有引腳(2)的元件。
5.如權利要求4所述的元件安裝方法，其特征在于，當所述元件觸及所述安裝物體時，從與之相對應的所述線性馬達的控制信息和位置中來確定所述引腳(2)是否已妥善地插入在所述安裝物體(1)相應的孔(4)中。
6.如權利要求5所述的元件安裝方法，其特征在于，當所述元件的引腳插入失敗時，對同一個元件重新進行安裝操作。
7.一種元件安裝設備，包括用于提供元件(3)的元件供給單元(12)；用于將元件安裝在安裝物體(1)上的元件安裝單元(13)；以及元件安裝機構(21)，所述元件安裝機構用于將元件搬運工具(14)移動至所述元件供給單元和所述元件安裝單元，以便所述元件搬運工具拾取并輸送由所述元件供給單元所提供的元件，并將這些元件安裝在位于元件安裝單元中的安裝物體上，其特征在于所述元件安裝機構(21)包括用于將所述元件搬運工具(14)移動至所述元件供給單元(12)和所述元件安裝單元(13)的移動機構(11)；用于使位于所述移動機構上的所述元件搬運工具在所述元件供給單元和所述元件安裝單元處上下直線運動、并使所述元件被拾取和安裝的線性馬達(16)；以及用于反饋控制所述線性馬達的控制器(22)，當元件搬運工具須要向下移動、用以拾取元件或者將吸附在元件搬運工具上的元件安裝在所述安裝物體上時，控制所述線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，并且當元件搬運工具與元件、或者元件與安裝物體相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來拾取或者安裝所述元件。
8.一種元件安裝設備，包括用于提供元件(3)的元件供給單元(12)；用于將元件安裝在安裝物體(1)上的元件安裝單元(13)；以及元件安裝機構(21)，所述元件安裝機構用于將元件搬運工具(14)移動至所述元件供給單元和所述元件安裝單元，以便所述元件搬運工具拾取并輸送由所述元件供給單元所提供的元件，并將這些元件安裝在位于元件安裝單元中的安裝物體上，其特征在于所述元件安裝機構(21)包括用于將所述元件搬運工具(14)移動至所述元件供給單元(12)和所述元件安裝單元(13)的移動機構(11)；用于使位于所述移動機構上的所述元件搬運工具在所述元件供給單元和所述元件安裝單元處上下直線運動、并使所述元件被拾取和安裝的線性馬達(16)；以及用于反饋控制所述線性馬達的控制器(22)，控制所述線性馬達，以使元件搬運工具向下移動，用于使由元件搬運工具所吸附的元件接近所述安裝物體，直到元件的插入部分已插入到安裝物體相應的孔中之后為止，并且當元件與安裝物體以預定狀態相接觸時，此時檢測到線性馬達的反饋控制的控制信息中的變化，線性馬達的控制轉換至按壓操作，由此，以預定的按壓狀態來安裝所述元件。
9.如權利要求8所述的元件安裝設備，其特征在于，所述元件系諸如接插件之類、設有引腳(2)的元件。
10.如權利要求9所述的元件安裝設備，其特征在于，還包括用于從與之相對應的所述線性馬達的控制信息和位置中來確定所述元件的引腳(2)是否已妥善地插入在所述安裝物體(1)相應的孔(4)中的確定裝置(22a)。
11.如權利要求10所述的元件安裝設備，其特征在于，當所述元件插入失敗時，對同一個元件重新進行安裝操作。
全文摘要
元件搬運工具(14)藉由線性馬達(16)的反饋控制在移動機構(11)上上下直線運動,用于執行元件(3)的拾取和安裝動作。控制線性馬達,以使元件搬運工具向下移動,從而使元件搬運工具或者所吸附的元件接近元件或者安裝物體,在檢測到當元件或安裝物體發生接觸時控制信息中的變化的同時,線性馬達的控制轉換至按壓操作,藉此可以預定的按壓狀態吸附或者安裝元件。
文檔編號H05K13/04GK1325612SQ9981282
公開日2001年12月5日 申請日期1999年10月25日 優先權日1998年10月27日
發明者中尾修, 吉田典晃, 武田健 申請人:松下電器產業株式會社