CN86105532A - 挠性真空夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于表面、形状和尺寸不规则的诸如布居后的印刷电路板的真空捡拾转移器。器械中有若干向下伸的真空导管，下端上有扩大唇片。还有一个无微孔柔软薄膜，在各导管之间横向松垂伸展，导管从膜中穿出，使其下端和膜下的区域相通。捡拾器向电路板下移，抽吸真空，使膜与电路板的不规则表面，尺寸，形状相随，形成密封。有控制装置调节捡拾器的活动和真空抽吸。于是把电路板移至要求地点，解除真空时释放电路板。

Description

关于不规则表面和/或不同尺寸或形状的物件，诸如布居（populated）的印刷电路板（PWB）等，明显可以看到，或已感觉到需要一种适当的捡拾转移器。“布居”一词指的是布居电子元件的线路板。于是，在下文中，将叙述一种结合这种PWB使用的捡拾转移器，然而凡擅长本技者将能看到：发明的范围并不因此而受局限。

典型实例中，一块母板用自动化装配线一部分的一个X-Y轴切割机，切成若干独立印刷电路板。这种切割系统在1985年4月15日提交的、同时待准美国专利申请第723，418号中已有叙述，该申请案已转授本申请案的同受授人，其内容在本文中转述以作参考。前述申请中叙述了一种喷流切割系统，把一块母板切成独立的线路板，并有解释说，可用喷流便利地切割布居的母板。母板元件布居并清理等后才把母板切割，便可能实行标准化加工和其他的降低成本的措施。

把布居后的印刷电路板，自动捡拾，从一条生产线转移动另一条生产线是很需要的;但是到现在为止还没有任何成功的作商品生产的器械，可以可靠地执行这个劳力密集的任务。尤其缺乏的器械是在操作者的最少量干预下，捡拾必须处理各种不同的表面特征和形状的线路板。并且，线路板转移后，保持线路板的配准，便利下流环节的操作也是很重要的。

早先关于各种尺寸和形状的布居后的印刷电路板，在捡拾方面的试探，仅限于机械夹持器。但是机械夹持器必须放在待转移的线路板的边缘。当若干板从一块母板上切下时，并且需要从工作台上运开时，有的边缘被相邻的板块相邻边缘阻挡。并且夹持器的动作必须改变，以适应各个板块的形状和尺寸的变化，在从一个生产流程转变到另一个生产流程时，就会发生这种变化。

真空“夹持器”比较机械夹持器灵活，因为受到板块边缘具体位置的影响较小。在理论上，真空夹持器只要和板块表面的任何地方接触，便可以把它拾起。虽然真空器械可一般用于捡拾和搬运物件，但在已有技术领域中，要求真空器（典型为吸盘）吸盘的全部边缘接触需夹持的物件，作成适当的密封，以保持对物件的持执。当边缘有部分不密封时，例如，受到元件的边缘阻碍时，造成的泄漏便将减弱持执力，因而物件不能被拾起，或在到目的地前下落。因此，虽然对真空夹持器有高度的需求，但仅限于在无布居的印刷电路板，或相似的有平滑表面的物件上使用。

本发明考虑的是对表面，尺寸和形状不规则的物件，诸如布居后的印刷电路板等，作可靠而反覆的捡拾和转移。在图示的设备中，有一个捡拾组合件，其中有若干大致向下伸的真空导管，从一块大致水平伸展的膜状挠性无细孔薄片中通过。薄片在导管之间伸展，并在导管之间松驰下垂，伸到导管高度的下面。有装置保持薄片离开导管，从而防止薄片阻挡导管。

把捡拾组合件在待捡拾的不规则表面物件的上方，近距离放置，通过导管抽吸真空。膜状片对物件的表面，例如对一块邻近的印刷电路板的表面和形状柔顺适应并吻合。

在用于布居后的印刷电路板时，薄片柔顺适应在径向上与导管相似的PWB元件的部分，而和线路板形成密封。在实际上，薄片沿真空导管径向外侧的大致连续的不规则边缘，和线路板形成密封。这边缘密封相应形成一个包围一个导管的真空腔或室，而真空腔中包括部分过去妨碍密封的线路板元件。

这样，线路板就由捡拾组合件持执，并被送到需要的远处位置上。真空在这远处的位置上解除，把线路板松开。动作和真空可用微处理器控制装置控制。

可以注意到能够使用若干这种导管，同时捡拾并转移相同数目的线路板，而无损于线路板的位置和方向。在这种设计形式中，薄片可以适应若干真空腔，各包围一个相应的导管，为了实现真空捡拾和转移，真空腔可以有需要的不规则形将。

本发明其他特点和细节，在下文并于理想实施方案的说明中有所陈述，附图即为说明书的一个部分。

图1为X-Y轴切割系统透视;

图1B为用图1A中的系统切割的若干有代表性的完全布居后的、表面，形状和尺寸不规则的个体印刷电路板简略透视;

图2是按本发明制造的捡拾转移器简略俯视图，该器械用于捡拾转移表面，尺寸和形状不规则的物件，诸如图1B所示的布居后的印刷电路板。

图3是图2中器械活动夹持器部分的简略透视;

图4是图3夹持器的简略侧视;

图5是图3及4中的夹持器四分之一部分的底视。

图1A是利用喷流作切割介质的类型的多工位输送器型X-Y轴切割系统10的透视。系统10在本技艺领域中为已知，不形成本发明的一部分，在本文之解说仅作为本发明的一个背景。

筒而言之，切割系统10有大致为矩形的工作台12。工作台用一个输送带或输送链，沿一个上操作水平段和一个下返回水平段，作有级的移动。工作台在水平段中从一个加载工位13，移动到一个卸载工位14。在这两工位之间设有一个切割工位19。有一个喷嘴17安装在X-Y轴台19上，位于切割工位的上方，在工作台上方作两方向的移动。当承载母板的工作台在切割工位上停留，对母板切割时，后面的工作台上装载工位上装载，卸载工位上的工作台则卸载。

每一个工作台的典型尺寸是承放四块母板。虽然，为了易于了解起见，只绘出一个切割工位上的喷嘴，但按典型则在切割工位上有四个喷嘴，因而可以同时切割四块母板。因此，每一个工作台支持有四个挖空部分的加工板21，也就是四个四分部分21a-d，和若干精确定位的加工销23。母板有精确定位的插销孔，容纳加工销，并把每一块母板在四个四分部分的相应一个上精确定位。

图1B是切割后的母板透视图。母板被切成若干各别的印刷电路板27。图中还示出周围的废料29。母板，也就是各别的印刷电路板上已布居了电子元件，元件体从线路板的上表面向上伸出，形成不规则的表面特征。表面特征不规则是一个重要的方面，下文中将进一步讨论。

按本发明制造的捡拾转移器20，在图1至5中表明。图2为俯视图。如图2所示，这器械有一个大致为矩形的自支撑框架22，放置在卸载工位14处（图1）。图2左侧所示工作台12作定向。其运动方向为了便利称为“纵向”如图中箭头所示。

框架22有纵向互相间隔的承轨24，在卸载工位的上面。承轨24在卸工位两侧伸出。有一个活动捡拾组件30，由承轨24在卸载工位和一个横向上的远处位置之间作侧向活动。

活动捡拾组合件30在图3中示其透视。组合件30有一个上载行器40，在承轨24上活动，有一个可垂直活动的下捡拾部分50，用四根竖直的滚珠丝杠52，悬挂在上载行器40上。

下捡拾部分50有一个大致的矩形开敞方框架结构，其上端53由两个边侧件54和两个端部件56互相固定形成。滚珠丝杠52放在矩形的角上，在上支承部分40和下捡拾部分的上端部件53之间伸展。

每一个滚珠丝杠52，在下捡拾部分50的上端部件53的一个角上，和相应的螺母（图未示）接合。滚珠丝杠是技术领域中已知者，其螺纹为双螺旋形。双螺纹之间的空间尺寸，适合容纳若干轴承滚珠，关闭在对接的螺母双螺纹中。滚珠作为丝杠和螺母之间的界面，当丝杠在螺母中旋转时减少摩擦。

旋转滚珠丝杠52时，把捡拾部分50相对于上载行器40升降。因此，每一根滚珠丝杠52通过上载行器40向上伸，到一个皮带轮55处为止。有适当的皮带（图未示）围绕皮带轮55伸展，用每一皮带轮附近的相应惰轮57，保持和皮带与皮带轮接触。皮带用安装在上载行器40上的可逆电机59驱动。皮带向一个方向驱动时，滚珠丝杠52旋转，把捡拾部分50下降;皮带向相反方向驱动时，滚珠丝52的旋转使捡拾部分上升。

下捡拾部分50底部的朝向工作台的部分，有真空器的四个部分，其尺寸适合于分别放在加工板的四个四分部分上面（图1）。真空器的每一个四分部分，有一个集流器65和四个歧管67，下文中有更详细的叙述。

真空器由下捡拾部分50的结构支承，下捡拾部分有四根垂直伸展的角柱61。捡拾部分50的底表面63，有一个大致为矩形的框架，由两个边侧件64和两个端部件66形成。有两个交叉的中间件68，分别在边侧件和端部件中点之间伸展，把底表面分成四个区域，或四个四分部分。

在每一个开敞的四分区域的上方，有一个真空集流器65横向固定。每一个集流器的上表面上，有一个输入孔65a，和底表面上的四个输出孔之间，有流体接通。每一个集流器支持四个歧管67，每一个歧管横贯集流器的伸展方向（也就是在纵向上伸展）。每一根歧管67在上面上有一个输入孔形成，并有四个有纵向间隔的输出孔，在底表面上形成。每一个歧管的输入孔和输出孔由内流道接通。

图4是捡拾组合件50的简略前视图，表示每一个歧管67支持四个有纵向间距的吸盘形真空件80。每一个集流器67，用导管69和装在捡拾部分上的相应真空泵71连接。泵71最好是文丘里型空气驱动泵，和活塞驱动泵比较，结构相当紧凑，可靠性高，重最轻。因此，文丘里型泵较容易随载行器40上活动。采用四个真空泵71各自连接四个集流器65中的一个，就可以把和四个四分部分中的各个接通的真空，在需要时分别按选择作控制或切断。

每一个吸盘80，从歧管上向下伸，并有垂直伸展的内流道，和歧管里的相应输出孔接通。每一个吸盘的底表面有一个孔，把歧管输出孔和吸盘下面的区域之间的流体接通。

每一个图示的真空吸盘80，有一个外螺纹上管形导管部分82，拧在歧管输出部分上形成的配合螺纹中。在歧管上还可以设另外的螺纹孔，作吸盘改换位置用。没有被真空吸盘占用的孔，用适当的塞柱81堵塞。

每一个真空吸盘件80的下端，形成一个径向扩大的环形凸缘86。凸缘86虽然可以保持它的形状，但是带有几分挠性，可以方便地用橡胶或塑料制造。凸缘的厚度可以从中心向外逐渐减低。1/2英寸直径的凸缘可以取得良好效果。

有一个挠性无细孔片状薄膜90、沿捡拾组合件50底表面横过四分部分。薄膜用适当的固定装置，固定在四分部分的周边上。每一个四分部分可以用一个分别的膜，或者用一片膜片横过全部四个四分部分，在捡拾组合件50的周边上固定。

薄膜90至少一部分由真空吸盘80的扩大凸缘86支持，使横过四分部分的膜有下垂的帘幕形式，宽松垂到吸盘的高度以下。薄膜相应有若干吸盘容纳通孔，其截面小于凸缘的截面。由于凸缘有几分挠性，故可在径向上被压缩，使膜片围绕凸缘向上伸。放松时X凸缘便复正常的形状和截面尺寸，防止薄膜滑下。

把滚珠丝杠52旋转（图3），真空吸盘80的薄膜90便降到印刷电路板上。通过真空吸盘抽真空时，宽松的挠性膜90，倾向于和附近的电路板及元件的不规则表面特征吻合，共同形成一个密封。密封沿一条大致连续的不规则边缘伸展，这边缘围绕真空吸盘的径向外侧。

可以注意到真空吸盘的大致为环形的外伸凸缘86，用于固定薄膜位置，使之不遮挡导管。首先把薄膜保持在真空抽吸导管的上方。其次，是把薄膜的附近部分限制在吸盘孔以外，防止抽吸真空时把薄膜吸入真空导管84。图5为捡拾部分的底视，表示所示真空吸盘凸缘的安排和结构形式。

如前文所述，薄膜薄而柔软，并无微孔。并且能耐受元件锐利边缘，接线脚等的撕裂。还应留意的，是接触薄膜的锐利物件，在一个生产流程中，都在每一块印刷电路板上的同一位置上，从而对薄膜的同一位置反复接触。

在实践中，用厚度约为0.006英寸的乳胶膜可以取得非常满意的效果。这种薄膜已有出售，供牙科医生敷设在病人牙齿的周围。这种材料虽然能抵抗撕扯，但非常柔软，无微孔，可以把无件之间的很小的空间，和电路板的表面密封，也就是在应用于本发明中时，可以和表面特征良好吻合。

再看图2，说明的是执行夹持组合件沿承轨24活动的机构。有一个可逆电机驱动装置45，安装在框架22上，驱动附近的一个皮带轮43，该皮带轮位于框架22顶部、纵向后方的一个角上。有一条皮带圈，围绕皮带轮43和其他三个皮带轮;其他皮带轮中之一个41，在框架的侧向上相对的角上，而其他两个皮轮在滑轮43，41垂直方向的下方，因此未在俯视图中示出。

在相似的驱动皮带系统，设置在框架22的纵向前侧。电机驱动装置45，又通过驱动轴28，相应连接框架22顶部的纵向前方角上的皮带轮47。

上载运器30支承在承轨24上作侧向活动，并用相应的连接器42和两条传动则带连接。起动电机装置45，便使载运器作侧向活动，相应使捡拾组合件40活动。

器械20的控制和同步，可以利用用适当电缆102（图3）和载运器连接的适当的预编程序或可编程序微处理器。当载有被切割的个体印刷电路板的工作台12，到达卸载工位时，上载运器30，被电机装置57沿承轨横向移动，到达工作台上方的位置。于是上载运器30的电机起动，旋转滚珠丝杠，捡拾器便向下朝平板移动。

于是，吸盘80和膜90被放到需要捡拾的线路板上，由泵77通过吸盘80的中间孔抽成真空。膜90适应下面的电路板的表面特征，造成膜和电路板之间的真空腔，其表面的形状，适应板上面的元件。

当电机59逆向起动时，滚珠丝杠逆向旋转，从而把捡拾组合件向上载行器提升。印刷电路板也相应被提升，而保持它们的方向和互相间的间距关系不变。上载行器侧向离开工作台，捡拾组合件向着诸如生产输送带之类的电路板支承结构下降，于是真空被切断，把电路板释放。

可以看到凡擅长本技艺者，借助本发明书的揭示，可以对揭示的实施方案作各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。因此本发明人的意图，是发明的界限以文后的权利要求书为定，并且权利要求应按先有技术领域所容许，作尽可能广义的解释，使一切相等的器械和方法都能包括在内。

Claims (23)

1、一种用于不规则表面的真空型捡拾转移器，其特征为包括以下各项：

a)无微孔柔性材料薄片；

b)若干流体导管通过薄片大致向下伸；

c)按选择用导管从薄片下方抽吸空气的装置；

d)把薄片移向待捡拾物件的装置；

上述材料可以变形和不规则表面吻合，当从薄片下方抽吸空气时，形成材料和表面之间的密封。

2、特别适用于诸如布居后的印刷电路板等表面不规则的物件的真空型捡拾转移器械，该器械的特征为包括下列各项：

a）可作大致的水平活动的捡拾组合件;

b）可作大致的垂直活动的捡拾部分，支持在上述组合件上;

c）若干安装在该捡拾部分上的真空装置，每一个该装置有一根形成真空吸孔的导管，大致向下伸展，该装置等以互相间隔的关系放置;

d）与该器械配合运转的装置，对该捡拾组合件的侧向活动，和该捡拾部分的垂直活动，作可选择的控制;并把该组合件在待捡拾物件直接上方的捡拾位置，和离开该捡拾位置的远处位置之间移动;

e）和真空装置连接作运转的装置，通过上述孔抽吸真空;

f）在该装置等之间，大致水平宽松布置的柔性无微孔薄膜，该真空装置导管穿过该膜，伸到该膜的下面，因此，当该装置和膜放到一个待捡拾的物件的直接上方，并通过该孔抽吸真空时，该膜柔软地和待捡拾物件形成一个大致连续周边上的不规则的密封，从而物件在捡拾组合件上作可释放的固定。

3、如权利要求第2项中之器械，特征为导管有膜保持装置，保持膜离开导管端的开口。

4、如权利要求第3项中之器械，特征为膜保持装置，至少在一些导管上，有一个凸缘，凸缘有相对扩大的截面尺寸，把膜的一部分保持在导管开口的上方。

5、如权利要求第4项中之器械，特征为膜有若干通孔，其截面尺寸小于凸缘的尺寸，

凸缘可作可逆变形，使其截面变小，以便穿过膜上的孔。

6、如权利要求第2项中之器械，特征为该膜在导管之间，下垂到导管高度的下面。

7、如权利要求第一项中之器械，特征为该膜稍有弹性。

8、如权利要求第1项中之器械，特征为该膜用乳胶片制成。

9、如权利要求第8项中之器械，特征为该膜的厚度约为0.006英寸。

10、如权利要求第3项中之器械，特征为该突缘为环形。

11、如权利要求第10项中之器械，特征为该凸缘稍有柔性，但可保持其形状。

12、如权利要求第2项中之器械，但有承轨组合件，其上安装侧向活动捡拾组合件，作朝向和背离卸载工位的活动。

13、如权利要求第2项中之器械，但另有丝杠装置支承捡拾部分，和捡拾载行器离开一个可控制的调节距离。

14、如权利要求第13项中之器械，特征为丝杠装置中有若干滚珠丝杠，可在旋转时把该捡拾部分作可控制的升降。

15、如权利要求第2项中之器械，特征为该真空抽吸装置，安装有一个文丘里型真空泵，随该载行器活动。

16、一种捡拾和移动表面，尺寸和/或形状不规则的物件的真空方法，物件如布居后的印刷电路板，其特征为有如下的步骤：

a）设置若干大致向下伸的导管，作真空吸口工作，设一个大致水平伸展的无微孔柔性薄膜，在导管之间宽松伸展，导管从膜中穿过;

b）把导管组移动到不规则物件直接上方的一个位置上，通过上述真空吸口抽吸真空，使柔性膜和物件的不规则表面吻合，接触物件，和物件形成大致连续的不规则周边密封，把物件持执;

c）把持执物件的组合件移动到所要求的，与物件原来位置有距离的位置上;

d）释放真空，从而把物件从组合件上释放。

17、如权利要求第16项中之方法，但另有一个步骤，在每一个真空导管的下端，设置一个向外伸的屏蔽，对膜作限制。

18、一种捡拾有不规则上表面的物件的真空捡拾装置，其特征为有下列各项：

a）一个支座

b）若干真空抽吸器安装在支座上，每一个抽吸器有一根导管，形成一个真空吸口，并有一个扩大的屏蔽，从它的前端上的孔口，径向向外伸展;

c）支座上的装置，和导管连接运转，按选择通过真空吸口抽吸真空;

d）在屏敞后方的导管之间，有无微孔柔性薄膜寞松伸展，当通过吸口抽吸真空时，和物件的不规则表面作吻合的密封接触。

19、如权利要求第18项中之器械，特征为该屏蔽各有一个大致连续的环形凸缘。

20、如权利要求第18项中之器，特征为该膜稍有弹性。

21、如权利要求第20项中之器械，特征为该膜用乳胶片制成。

22、如权利要求第21项中之器械，特征为该膜的厚度约为0.006英寸。

23、如权利要求第15项中之器械，特征为该凸缘从该吸口径向向外伸出，并稍有柔性，但能保持形状不变。

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