一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置，包括Z向进给模块、传动模块、气路模块、花键轴模块和吸嘴模块，其中Z向进给模块用于带动背板上下运动；气路模块中的真空发生器用于产生真空，并通过气管、快接接头和花键轴联接，在花键轴内部产生真空环境；传动模块用于保证吸取的芯片在贴装时姿态的精准度；花键轴模块用于传递旋转运动和提供缓冲作用；吸嘴模块则通过吸嘴头与吸嘴杆内嵌的密封垫产生不同的配合，控制不同组合的通气孔的开闭，进而使吸嘴头产生不同尺寸的真空域。通过本发明，应能够仅采用一种吸嘴即可适应大范围尺寸变化的芯片，同时具备结构紧凑、便于操控和整个贴片操作流畅精准等特点。
【专利说明】 一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置
【技术领域】
[0001]本发明属于表面贴装设备【技术领域】，更具体地，涉及一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置。
【背景技术】
[0002]表面贴装技术是一种将无引脚或短引线表面组装元器件安装在印制电路板的表面或其它基板的表面上，并通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。表面贴装技术作为第四代电子装联技术，其优点是元器件安装密度高，易于实现自动化和提高生产效率，降低成本。
[0003]然而，现有的表面贴装机中吸嘴对芯片尺寸的适应性很差，吸嘴往往只能适应于特定规格或者较小尺寸范围内的芯片，当拾取对象(譬如，芯片)发生变化时，需要更换吸嘴，并造成生产效率降低和操作上的极大不便。例如，CN03230777.2公开了一种吸嘴装置，其中当吸取对象更换为了大尺寸、大质量的芯片时，就需要更换大口径的橡胶吸嘴，以便产生足够的吸力；又如，CN200620023171.7中公开了一种阵列式的贴装头，但当拾取转移对象多样化时，其同样也需要更换橡胶吸嘴，相应会带来存储、管理和维护不同型号的橡胶吸嘴的麻烦。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置，其中通过对其整体构造的组成和工作方式、以及关键组件如吸嘴模块、传动模块、花键轴模块和气路模块等的结构及其设置方式进行研究设计，相应能够仅采用一种吸嘴即可适应大范围尺寸变化的芯片，可通过检测真空度来检测掉片现象，同时具备结构紧凑、便于操控和整个贴片操作流畅精准等特点。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置，该拾取装置包括Z向进给模块、传动模块、气路模块、花键轴模块和吸嘴模块，其特征在于:
[0006]所述Z向进给模块包括Z向驱动电机和背板，其中该背板沿着竖直方向设置，并通过传动模组与该Z向驱动电机的输出轴相连以执行上下移动；
[0007]所述传动模块包括基板、第一皮带轮、第二皮带轮、回零挡片、回零传感器和传动电机，其中该基板沿着水平方向设置，并固定安装在所述背板的底部；该传动电机竖直固定在所述基板上，其输出轴与水平设置在该基板下表面一侧的所述第一皮带轮相连并带动其旋转；该第二皮带轮水平设置在所述基板下表面的另外一侧，并通过传动皮带与所述第一皮带轮相连以执行同步旋转；此外，该回零挡片和回零传感器均设置在所述基板的上表面，其中回零传感器用于检测回零挡片的位置，并对所述传动电机的位置执行归零；
[0008]所述气路模块包括真空发生器、三通快速接头、旋转气管接头和真空检测器，其中该真空发生器设置在所述背板的上侧，并经由所述三通快速接头和真空管道与所述旋转气管接头相连；该真空检测器通过固定件安装在所述基板的上表面，并同样与所述三通快速接头管路相连，由此对气路模块真空管路的内部真空度执行实时监测；
[0009]所述花键轴模块包括中空的花键杆和花键槽本体，其中该花键杆竖直方向设置，并通过轴承与所述基板配合安装，它的上端固定连接于所述传动模块的第二皮带轮，并与所述气路模块的旋转气管接头相连通，由此在第二皮带轮的带动下产生旋转，同时在其下端开口处产生负压；该花键杆的下端外部套设有花键杆上盖，并在此花键杆上盖的下侧继续通过中间垫片与所述花键槽本体配合相连，由此将花键杆的下端共同嵌合其中；此外，在所述花键杆上盖与所述轴承之间还安装有回位弹簧；
[0010]所述吸嘴模块通过花键联接件整体嵌合安装在所述花键杆的下端，并包括中空吸嘴杆、吸嘴联接件、密封垫片和吸嘴头，其中该中空吸嘴杆的上端与所述花键杆的下端相连通，它的外部套有吸嘴杆上盖，并在此吸嘴杆上盖的下侧继续通过调压垫片与所述吸嘴联接件配合相连，由此将中空吸嘴杆的下端共同嵌合其中；所述吸嘴头同样安装在所述吸嘴联接件的内部，并通过密封垫片与所述中空吸嘴杆的下端保持相连，其中密封垫片上开设有U型通槽，吸嘴头的底面具有同心凹槽，该同心凹槽的正中央部位开设有第一通气孔，最外圈的凹槽中开设有第二通气孔，中间的凹槽中开设有第三通气孔和第四通气孔，这四个通气孔各自连接有纵向通道，并且第一、第二和第三通气孔同于喷嘴头底面的同一直径上；此外，所述吸嘴联接件的侧面均匀设置有多个沿着径向方向分布的球头柱塞，所述中空吸嘴杆的下端侧面则开设有对应的多个球型凹槽；以此方式，当相对于中空吸嘴杆来旋转吸嘴联接件时，这些球头柱塞与所述球型凹槽配合，进而形成以下的三种工作档位:第一种工作档位是仅使得所述第一通气孔与所述U型通槽相连通，由此用于吸取小尺寸面积的芯片；第二种工作档位是使得所述第一通气孔、第四通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取中等尺寸面积的芯片；第三种工作档位则是使得所述第一、第二和第三通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取大尺寸面积的芯片。
[0011]作为进一步优选地，所述传动模块还包括调节滑块，该调节滑块设置在所述基板一侧并可相对于基板改变调节滑块在其上的相对位置，由此便于在使用所述吸嘴模块之前，对吸嘴模块执行调节安装，避免不同的人操作或同一人在不同时间操作时使吸嘴头与密封垫边贴合的松紧度不一致。
[0012]作为进一步优选地，所述传动模块的基板上还开设有安装孔，该安装孔用于放置装有橡胶吸嘴的另外一个吸嘴杆，并通过安装孔侧面的球头柱塞来执行固定。
[0013]作为进一步优选地，所述密封垫片呈方形结构，它通过所述吸嘴杆下端的方孔嵌入在吸嘴杆内，并且其底面要比吸嘴杆的底面高于0.8mm?1.5mm。
[0014]作为进一步优选地，所述第三通气孔和第四通气孔处于所述吸嘴头底面的同一周向上，并且彼此之间呈120°分布。
[0015]作为进一步优选地，所述吸嘴头底面上还开设有标记槽，用于显示和对准喷嘴头的初始位置；所述花键槽本体的侧面同样刻有工作档位标识，以便于操作吸嘴到需要位置并对当前所吸取芯片的规格予以显示。
[0016]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0017]1、通过对吸嘴模块尤其是吸嘴头和密封垫片的结构进行研究设计，能够以高精度、便于操控的方式实现对多种规格的不同芯片的拾取操作，有效避免现有技术中需要频繁更换吸嘴头的不利，显著提高了工作效率；
[0018]2、通过对吸嘴模块、花键轴模块以及传动模块彼此之间的连接方式进行改进，能够以尽可能紧凑的空间来执行安装，同时确保整个贴片操作的流畅性和精准度；此外，通过对气路模块进行配套设计并增加真空检测器，测试表明能够在出现掉片现象时及时予以报警，避免气路的真空度过度下降影响贴片；
[0019]3、通过对传动模块及其相关组件的设置方式进行改进，能够在提供高精度旋转纠姿的同时，便于其他模块及相关组件的配套安装，此外，由于传动模块的基板上增设了调节滑块和装有橡胶吸嘴的吸嘴杆，能够避免在预装吸嘴模块时产生吸嘴头与密封垫片贴合松紧度不一致的情况，同时在特定场合便于直接对吸嘴模块进行更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是按照本发明优选实施例的拾取装置的整体结构示意图；
[0021]图2是图1中所示吸嘴模块的结构剖视图；
[0022]图3是图1中所示吸嘴模块的结构立体图；
[0023]图4是吸嘴模块中的吸嘴头的结构立体图；
[0024]图5是吸嘴模块中的吸嘴头的结构剖视图；
[0025]图6是吸嘴模块中的吸嘴头的底面示意图；
[0026]图7是用于显示吸嘴头与密封垫片之间不同工作档位时的相互配合关系示意图；
[0027]图8是图1中所示传动模块的结构示意图；
[0028]图9是图1中所示花键轴模块的结构示意图；
[0029]图10是用于显示共同安装在基板上的花键轴模块和吸嘴模块的结构示意图；
[0030]图11是图1中所示Z向进给模块的结构示意图；
[0031]图12是图1中所示气路模块的结构示意图；
[0032]图13是用于显示利用调节滑块来组装吸嘴头的示意图；
[0033]图14是用于显示安装在基板上的装有橡胶吸嘴的另一吸嘴杆的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]图1是按照本发明优选实施例的拾取装置的整体结构示意图。如图1中所示，该拾取装置主要包括Z向进给模块10、传动模块30、气路模块20、花键轴模块40和吸嘴模块50等组件，下面将逐一进行具体解释和说明。
[0036]参见图11，Z向进给模块10包括Z向驱动电机11和背板13，其中该背板13沿着竖直方向设置，并通过传动模组12与该Z向驱动电机11的输出轴相连以执行上下移动；其中背板13还用于固定后面将要说明的真空发生器21、三通快速接头22和传动模块30等。
[0037]参见图8，所述传动模块30包括基板31、第一皮带轮、第二皮带轮、回零挡片37、回零传感器38和传动电机39等，其中基板31沿着水平方向设置，并固定安装在背板13的底部；该传动电机39譬如通过螺钉竖直固定在所述基板31上，其输出轴与水平设置在该基板31下表面一侧的第一皮带轮相连并带动其旋转；该第一皮带轮继续通过传动皮带34与水平设置在基板31下表面的另外一侧的第二皮带轮相连，由此执行同步旋转，并带动花键杆41旋转对贴装芯片进行纠姿；此外，旋转气管接头24下端固定有回零挡片37，其中回零传感器38通过检测回零挡片37来对电机39的位置进行归零；滑块32侧边突出部分嵌入到基板31的滑槽内，滑块32由螺钉来调节位置，当调节到需要的位置时，由紧定螺钉对其进行固定。
[0038]参见图12，所述气路模块20包括真空发生器21、三通快速接头22、旋转气管接头24和真空检测器26等组件，其中真空发生器21设置在背板13的上侧，并经由三通快速接头22和真空管道与旋转气管接头24相连，最终在吸嘴模块50处产生负压；该真空检测器26譬如通过固定件25安装在所述基板31的上表面，并同样与三通快速接头22管路相连，
由此对气路模块真空管路的内部真空度执行实时检测,并可以在真空度过低时发出声光报
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目O
[0039]参见图9和图10，所述花键轴模块40包括中空的花键杆41和花键槽本体48等组件，其中花键杆41通过轴承44与基板31配合安装，它的上端固定连接于所述传动模块30的第二皮带轮，并与所述气路模块20的旋转气管接头24相连通，由此在第二皮带轮的带动下产生旋转，同时在其下端开口处产生负压；该花键杆41的下端外部套设有花键杆上盖46，并在此花键杆上盖46的下侧继续通过中间垫片47与花键槽本体48配合相连，由此将花键杆的下端共同嵌合其中；此外，在花键杆上盖46与轴承44之间还安装有回位弹簧45用于花键槽本体48的回位，并在轴承44上设有端盖42防止轴承44的轴向窜动，以上设计可确保有效避免贴装芯片时的冲击力对喷嘴头的损坏。
[0040]参见图2和图3，显示了本发明最为关键改进之一的喷嘴模块。该吸嘴模块50通过花键联接件49整体嵌合安装在花键杆41的下端，并包括中空吸嘴杆51、吸嘴联接件54和吸嘴头56等组件，其中该中空吸嘴杆51的上端与花键杆41的下端相连通，它的外部套设有吸嘴杆上盖52，并在此吸嘴杆上盖52的下侧继续通过调压垫片53与吸嘴联接件54配合相连，由此将中空吸嘴杆51的下端共同嵌合其中。
[0041]对于吸嘴头56而言，它同样安装在所述吸嘴联接件54的内部，并通过密封垫片55与中空吸嘴杆51的下端保持相连由此产生真空。其中，其中密封垫片55譬如为方形的垫片，它的上面纵向开设有整体譬如呈两端圆弧、中间为长方形的U型通槽，并优选通过吸嘴杆51上的方孔嵌入在吸嘴杆内，密封垫片55底面要比吸嘴杆的底面高出0.8mm?
1.5mm,譬如1mm。吸嘴头56的底面具有同心凹槽,该同心凹槽的正中央部位开设有第一通气孔561，最外圈的凹槽中开设有第二通气孔562，中间的凹槽中开设有第三通气孔563和第四通气孔564，这四个通气孔各自连接有纵向通道4(它的直径优选与U型通槽的中间长方形的宽度相等)，并且第一、第二和第三通气孔同于喷嘴头底面的同一直径上，而第四通气孔与第三通气孔均处于中间凹槽中也即位于吸嘴头底面的同一周向上，并且优选以120度的角度分布；此外，吸嘴联接件54的侧面均匀设置有多个沿着径向方向分布的球头柱塞58 (譬如三个，它们在同一周向上呈120度的角度分布)，中空吸嘴杆51的下端侧面则开设有对应的多个球型凹槽.
[0042]通过以上设计，参见图4-7，当相对于中空吸嘴杆来旋转吸嘴联接件时，所述球头柱塞58与所述球型凹槽配合，用于确定旋转后的所需位置，进而形成以下的三种工作档位:第一种工作档位是仅使得所述第一通气孔与所述U型通槽相连通，由此用于吸取小尺寸面积的芯片(具体可参见图7中的工位三)；第二种工作档位是使得所述第一通气孔、第四通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取中等尺寸面积的芯片(具体可参见图7中的工位二)；第三种工作档位则是使得所述第一、第二和第三通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取大尺寸面积的芯片(具体可参见图7中的工位一)。
[0043]再次参见图4-7，更为具体显示了吸嘴模块执行气路切换的方案。由于吸嘴模块中吸嘴头56开有同心槽，最外圈的槽开有I个通气口，中间的凹槽开有2个通气口且这两个通气口呈120°分布；密封垫片55是方形的，其上开有U型通槽，槽的宽度与吸嘴头上的通气口通道的直径相同；吸嘴杆51下端开有方形槽与密封垫片55配合；吸嘴杆51上有3个呈120°均布的球形凹槽，用于和吸嘴联接件54上的球头柱塞58配合产生档位感；旋转吸嘴联接件54从而带动吸嘴头56端面开孔与密封垫片55上的U型槽形成3种配合状态，进而形成3种工作状态:第一、仅仅开通中心通孔，使内圈充当吸嘴，吸取小面积芯片；第二、同时开通中心通孔和第二圈的通孔，使内圈和第二圈同是充当吸嘴，吸取中等尺寸面积的芯片；第三、同时开通3个通孔，使3圈同时充当吸嘴，吸取大面积的芯片；整个装置结构简单、便于操控。
[0044]下面将参照图2、3和图13来具体说明吸嘴模块的安装过程。
[0045]吸嘴头56、吸嘴联接件54、上盖52和吸嘴杆51上都开有标记槽，用于初始安装的对准定位；在安装时，首先将上盖套52在吸嘴杆51上，然后用螺钉将调压垫片53和吸嘴联接件54固联，然后将吸嘴头56放入吸嘴联接件54内，调整好位置；然后如图13中所示，将整体都放入传动模块的基板31上的卡槽(由吸嘴组件安装滑块32和基板31所形成)内部，再锁紧紧定螺钉57，最后安装柱塞58。通过此种安装方式，可以避免不同的人操作或同一人在不同时间操作时，出现吸嘴头与密封垫片贴合的松紧度不一致的现象。
[0046]参见图8和图14,显不了将装有橡I父吸嘴的另一吸嘴杆35预存在基板31上的情形。此吸嘴杆用在一些需要橡胶吸嘴的场合，将原吸嘴组件和它更换即可。其中，另一吸嘴杆35上开设有多个譬如球型的凹槽，这些凹槽用于与侧面的球头柱塞36相配合，由此对吸嘴杆35起到限位作用。
[0047]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置，该拾取装置包括Z向进给模块(10)、传动模块(30)、气路模块(20)、花键轴模块(40)和吸嘴模块(50)，其特征在于: 所述Z向进给模块(10)包括Z向驱动电机(11)和背板(13)，其中该背板(13)沿着竖直方向设置，并通过传动模组(12)与该Z向驱动电机(11)的输出轴相连以执行上下移动； 所述传动模块(30)包括基板(31)、第一皮带轮、第二皮带轮、回零挡片(37)、回零传感器(38)和传动电机(39)，其中该基板(31)沿着水平方向设置，并固定安装在所述背板(13)的底部；该传动电机(39)竖直固定在所述基板(31)上，其输出轴与水平设置在该基板(31)下表面一侧的所述第一皮带轮相连并带动其旋转；该第二皮带轮水平设置在所述基板(31)下表面的另外一侧，并通过传动皮带(34)与所述第一皮带轮相连以执行同步旋转；此外，该回零挡片(37)和回零传感器(38)均设置在所述基板(31)的上表面，其中回零传感器(38)用于检测回零挡片(37)的位置，并对所述传动电机(39)的位置执行归零；所述气路模块(20)包括真空发生器(21)、三通快速接头(22)、旋转气管接头(24)和真空检测器(26)，其中该真空发生器(21)设置在所述背板(13)的上侧，并经由所述三通快速接头(22)和真空管道与所述旋转气管接头(24)相连；该真空检测器(26)通过固定件(25)安装在所述基板(31)的上表面，并同样与所述三通快速接头(22)管路相连，由此对气路模块真空管路的内部真空度执行实时监测； 所述花键轴模块(40)包括中空的花键杆(41)和花键槽本体(48)，其中该花键杆(41)竖直方向设置，并通过轴承(44)与所述基板(31)配合安装，它的上端固定连接于所述传动模块(30)的第二皮带轮，并与所述气路模块(20)的旋转气管接头(24)相连通，由此在第二皮带轮的带动下产生旋转，同时在其下端开口处产生负压；该花键杆(41)的下端外部套设有花键杆上盖(46)，并在此花键杆上盖(46)的下侧继续通过中间垫片(47)与所述花键槽本体(48)配合相连，由此将花键杆的下端共同嵌合其中；此外，在所述花键杆上盖(46)与所述轴承(44)之间还安装有回位弹簧(45)； 所述吸嘴模块(50)通过花键联接件(49)整体嵌合安装在所述花键杆(41)的下端，并包括中空吸嘴杆(51)、吸嘴联接件(54)、密封垫片(55)和吸嘴头(56)，其中该中空吸嘴杆(51)的上端与所述花键杆(41)的下端相连通，它的外部套设有吸嘴杆上盖(52)，并在此吸嘴杆上盖(52)的下侧继续通过调压垫片(53)与所述吸嘴联接件(54)配合相连，由此将中空吸嘴杆(51)的下端共同嵌合其中；所述吸嘴头(56)同样安装在所述吸嘴联接件(54)的内部，并通过密封垫片(55)与所述中空吸嘴杆(51)的下端保持相连，其中密封垫片(55)上开设有U型通槽，吸嘴头(56)的底面具有同心凹槽，该同心凹槽的正中央部位开设有第一通气孔(561)，最外圈的凹槽中开设有第二通气孔(562)，中间的凹槽中开设有第三通气孔(563)和第四通气孔(564)，这四个通气孔各自连接有纵向通道，并且第一、第二和第三通气孔同于喷嘴头底面的同一直径上；此外，所述吸嘴联接件(54)的侧面均匀设置有多个沿着径向方向布置的球头柱塞(58)，所述中空吸嘴杆(51)的下端侧面则开设有对应的多个球型凹槽；以此方式，当相对于中空吸嘴杆旋转吸嘴联接件时，球头柱塞(58)与所述球型凹槽配合，进而形成以下的三种工作档位:第一种工作档位是仅使得所述第一通气孔与所述U型通槽相连通，由此用于吸取小尺寸面积的芯片；第二种工作档位是使得所述第一通气孔、第四通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取中等尺寸面积的芯片；第三种工作档位则是使得所述第一、第二和第三通气孔均与所述U型通槽相连通，由此用于吸取大尺寸面积的芯片。
2.如权利要求1所述的表面贴装机拾取装置，其特征在于，所述传动模块(30)还优选包括调节滑块(32)，该调节滑块(32)设置在所述基板(31) —侧并可相对于基板改变相对位置，由此便于在使用所述吸嘴模块(50)之前对吸嘴模块执行调节安装，避免不同的人操作或同一人在不同时间操作时使吸嘴头与密封垫边贴合的松紧度不一致。
3.如权利要求1或2所述的表面贴装机拾取装置，其特征在于，所述传动模块(30)的基板(31)上还开设有安装孔，该安装孔用于放置装有橡胶吸嘴的另外一个吸嘴杆，并通过安装孔侧面的球头柱塞来执行固定。
4.如权利要求1-3任意一项所述的表面贴装机拾取装置，其特征在于，所述密封垫片(55)呈方形结构，它通过所述吸嘴杆(51)下端的方孔嵌入在吸嘴杆内，并且其底面优选要比吸嘴杆的底面高于0.8mm?1.5mm。
5.如权利要求4所述的表面贴装机拾取装置，其特征在于，所述第三通气孔(563)和第四通气孔(564)处于所述吸嘴头(56)底面的同一周向上，并且彼此之间优选呈120°分布。
6.如权利要求1-5任意一项所述的表面贴装机拾取装置，其特征在于，所述吸嘴头(56)底面上还开设有标记槽，用于显示和对准吸嘴头的初始位置；所述花键槽本体(48)的侧面同样刻有工作档位标识，以便于操作吸嘴到需要位置并对当前所吸取芯片的规格予以显不O
【文档编号】H05K3/30GK104411109SQ201410611696
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】陈建魁, 尹周平, 李秀鹏, 洪金华 申请人:华中科技大学