电子元件安装装置 【技术领域】
本发明涉及电子元件安装装置，用于识别印刷电路板上的特定位置的标记，以及在印刷电路板上安装电子元件。
背景技术
众所周知，电子元件安装装置，用于在印刷电路板上安装电子元件，在安装操作期间，使用比如CCD摄像机或传感器识别印刷电路板上的标记和所安装的电子或其它元件的位置。在物体识别期间，使用照明设备向物体发射光或向物体附近发射光，从而照亮物体。
图12显示常规照明设备的一个实例。照明设备50有一个CCD摄像机51，用于识别位于外壳57顶部中心的物体59；照明源单元52，它包括在CCD摄像机51下面的多个光源53(例如灯泡或LED)。孔径52a形成在照明源单元52的中部，以收集物体反射的光。
如图12实线箭头所示，按照这种常规配置的照明设备50，从照明源单元52的每一个光源53发射的部分光照射到物体59，从该物体反射的光通过孔径52a，并由CCD摄像机51收集。应当注意，按照这种常规的照明设备50，照明单元52中的所有光源53在使用时都被接通，以致光不均匀地发射到物体59。
近年来，不同表面状况的材料被用于电子元件以及在印刷电路板上作为物体的标记，并进行了各种表面处理。因此，对照明设备也进行了各种改进，从而能够满意地识别具有不同表面状况地物体的变体。
图13显示另一种常规配置的照明设备中的照明源单元62。在这种照明源单元62中，许多光源63排列成多个不同直径圆圈(即共中心)的形式，以便相同圆圈的光源63形成光源组，光量可由每一个光源组调节。每一个单元圆圈的光量按照物体的表面状况调节，从而为物体识别提供了最佳的亮度。
然而，即使具有如上所述的照明源单元62的照明设备，如果所选被接通光源的光量不是足够的，就不能够获得所需物体识别的亮度，识别率降低或出现检测误差。
此外，因为所有光源63都设在相同方向的相同面上，光的照射角取决于光源63的方向性，所以，难于在所要求的照射角上获得足够的亮度是。因为这个问题，通过譬如增加光源63的数量或增加每一个光源63的光量增加亮度是可能的。但是，这可能导致增加电流消耗的问题，还导致光源发射的热量增加，降低亮度稳定性，缩短光源63的使用寿命。
也可以改变光源63的照射角，从而可以按要求设定照射角。但是，在这种情况下，设备的结构变得复杂，体积也较大，并引起了成本的增加。此外，在实际应用中，调整照射角是很复杂的工作，并不是很容易，所以，实际应用中不采用这种方案。
如上所述，具有常规照明设备的电子元件安装装置发射适当的照度以识别不同表面状况的物体并获得满意的物体识别是非常困难的。
发明简述
根据上述的技术问题，本发明的目的是提供一种电子元件安装装置，用于完成可靠的物体识别和安装任务，包括照射源单元，利用简单的配置，向物体发射适当的照射光，而不增加光源的数量或每个光源的光量。
按照本发明，提供一种电子元件安装装置，用于在印刷电路板上识别特定位置的标记，并在所述印刷电路板上安装电子元件，包括具有光路调节部件的照明设备，作为一种用于照亮物体识别的标记的设备。至少所述光路调节部件的光入射侧或发射侧被分成为具有各自不同折射率的多个分区，其中光路调节部件被放置在由发射光照量的物体和在所述物体的方向发射光的照明源单元之间。利用从照射源单元发射的入射光，从每一个具有不同折射率的分区，光路调节部件收集包括所述物体的特定区域发射的光。
最好至少将光入射侧或所述光路调节部件的发射侧分成为多个形成共中心圆圈的带状分区，当带状分区靠近中心时，在每一个带状分区的发射侧上的折射率可能减少。所述光路调节部件中的多个分区的光发射表面最好还可以是曲线表面的弧形段，每一个分区中的弧形段的曲率是不同的。
光路调节部件的光入射侧和发射侧两者都可以被分成为多个分区，每一个分区具有不同的折射率，每一个分区的两个光发射表面是凸起的曲线表面的弧形段。每一个分区的光发射表面可以按毛玻璃表面的形状形成。
此外，照明源单元可包括多个指向每一个光路调节部件分区的光源，可以选择性地接通所述各光源。每一个光源可以向印刷电路板或标记的颜色发射具有互补色的光，并可包括多个不同颜色的光发射单元。
本发明电子元件安装装置的第一个优点是这种安装装置能够向物体发射适当的照明光，因此，令人满意地实现物体识别和安装操作。作为识别印刷电路板上标记的设备，该装置包括放置在照明源单元之间的具有光路调节部件的照明设备，用于照亮物体，并将光发射到该物体上，其中，光路调节部件的光入射侧或照射侧至少被分成为多个分区，每一个分区具有不同的折射率，通过以不同的折射率从照明源单元发射的入射光，收集包括物体的特殊区域上发射的光。
此外，本发明电子元件安装装置的第二个优点是通过每一个分区的照明光可以向着照明光的中心方向被聚集，因为光路调节部件的光入射侧或照射侧至少被分成为多个形成共中心圆圈的分区，当它靠近中心时，每一个分区段的照射侧的折射率就减少。
而且，本发明电子元件安装装置的第三个优点是照明源单元的光被折射，并在每一个光发射表面的所有点上指向物体，因此，可以精确地聚集物体上的光，因为在光路调节部件中的多个分区的光发射表面是曲线表面的弧形段；每一个分区的曲线表面的曲率是不同的。
再有，本发明电子元件安装装置的第四个优点是使用光路调节部件两侧的折射，可以获得显著的光聚集结果，因为光路调节部件的光入射侧和照射侧被分成为多个分区，每一个分区具有不同的折射率，每一个分区的两个光发射表面是凸起的曲线表面的弧形段。
此外，本发明电子元件安装装置的第五个优点是照明源单元的光可以散射，并被发射到包括物体的特定区域，而没有降低每一个具有特殊折射率的光发射表面的光聚集效果，因为每一个分区的光发射表面按毛玻璃表面的形状形成。
另外，本发明电子元件安装装置的第六个优点是，当选择性地接通照明源单元的光源时，加强了标记和形成背景的印刷电路板之间的对比度，因而得到清晰的图像，改善了装置识别标记的精度，因为照明源单元包括多个指向每一个光路调剂部件分区的光源，可以选择性地接通所述的光源。
还有，本发明电子元件安装装置的第七个优点是整个照明源单元可以向印刷电路板和标记发射适应于与印刷电路板和标记颜色互补的照明光，标记和印刷电路板之间的对比度可以被加强，并可得到清晰的图像，可以改善装置识别标记的精度，因为每一个光源可以发射补充印刷电路板和标记颜色的光。
本发明电子元件安装装置的第八个优点是每一个光源可以内部地产生与印刷电路板和标记颜色的互补色，互补色的照度可以直接从每一个光源发射，并可以发射不规则颜色的照明光，因为每一个光源包括多个不同颜色的光发射单元。结果，标记和印刷电路板之间的对比度根据任何印刷电路板或标记的表面状况可靠地加强了。此外，对每一种颜色不需要提供不同的光源，例如，红、绿和蓝，在包括这样光源的照明源单元中，可以减少光源的数量，并可以减少照明源单元的尺寸和重量。
附图的简要说明
图1是本发明优选实施例安装装置整体配置的斜视图；
图2是上面安装装置中设置的照明设备的剖面图；
图3是照明设备的斜视图；
图4是在照明设备中的照明源单元的平面图；
图5A是照明设备中光路调节部件的平面图；图5B是光路调节部件的斜视图；图5C是沿图5AX-X线的剖面图；
图6显示了在照明设备照射期间，聚集在物体上的光的剖面图。
图7A是照明源单元的示意图，其中按照标记的镜面状况选择性地接通光源；图7B是照明源单元的示意图，其中按照印刷电路板的镜面状况选择性地接通光源；
图8是光路调节部件的局部剖面图，每个分区包括曲面光发射表面；
图9是在两侧将光路调节部件分成为多个分区的剖面图；
图10是本发明另一个实施例的照明源单元的平面图；
图11本发明又一实施例的照明电路的电路图；
图12是常规照明设备照射期间，聚集在物体上的光的剖面图；
图13是常规照明设备中照明源单元的平面图。
实现本发明的最好方式
下面参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是本发明优选实施例安装装置1整体配置的斜视图。这个电子元件安装装置1识别印刷电路板14上特定位置提供的标记9，并在印刷电路板14上安装电子元件。安装装置1包括在标记识别操作期间照明标记9的照明设备10。应当注意，被识别的物体的表面状况(即标记9)可以是各种各样的。例如，所述表面可由焊料涂敷(被称为焊料标记)。
照明设备10与CCD摄像机一起被包括在顶部单元15内，用于对标记9成象。顶部单元15由X轴驱动单元17控制，Y轴驱动单元18A和18B沿Y轴方向移动X轴驱动单元，它们是双轴(X-Y)机器人的部件。因此，当顶部单元15被驱动时，照明设备10自由地在印刷电路板14上移动。
图2和图3分别是纵向剖面图和局部暴露的斜视图，分别表示照明设备10的整体配置。采用这种照明设备10，用于物体识别的CCD摄像机11放置在圆筒外壳12的顶部中心，在CCD摄像机11的下面，具有多个光源3的照明源单元2被放置在基板4上。与照明源单元2相对并在其发射侧上，用螺钉13把用于调节光源3发射光路的光路调节板5固定在外壳12的下部。在这个优选实施例中，光路调节板5靠近照明源单元2放置，为的是有效地聚集来自光源3的光。用来透过自标记(未示出)反射的光的孔径4a和5a形成于光路调节板5和照明源单元2的基板4内，在安装操作期间，标记被提供在印刷电路板上作为由照明光照明的物体。应当注意，图3中省略了一些光源3，为的是免得使附图太复杂。
采用如此构成的照明设备10，照明源单元2中每个光源3的部分光照射印刷电路板，反射光透过孔径4a和5a，并由CCD摄像机11收集。该CCD摄像机11连接到图像识别装置16。由CCD摄像机11收集的物体反射光作为电信号被传递到图像识别装置16，并被识别为特殊图像识别处理结果的图像。
照明源单元2中的多个光源3的配置显示在图4中。在这个优选实施例中，可以使用譬如白光LED作为光源3。从附图可知，这些光源3以不同直径的多个圆圈排列在圆形基板4上(即同心圆)，于是，形成四组光源3A、3B、3C、3D。最靠近内圆的光源组3A布置在基板4中心的孔径4a的周围，最外侧圆上的光源组3D沿基板4的外侧圆周布置。包括光源组3A到3D的光源3与基板4垂直布置，并指向安装在照明源单元2下面的光路调节版5。
应当注意，在照明源单元2内，光源3以同心圆的形式排列，所以，关于CCD摄像机11的光轴从所有方向发射具有均匀照度的照射光。然而，可以采用任何排列获得均匀照度的照射光。
作为本优选实施例中所用的光路调节板5显示在图5A到5C。图5A到5C分别是光路调节板5的平面图、斜视图和剖面图。此光路调节板5由透明的丙烯酸树脂制成圆盘形。光路调节板5的发射侧被分成为形成同心圆的三个带状分区6、7、8，与光路调节板5的平面方向形成不同角度的光发射表面6a、7a和8a形成在每一个带状分区6、7、和8内。光路调节板5的圆面上还提供向着光路调节板5中心的开口5b，当光路调节板5安装到外壳时，开口5b容纳螺钉13(见图2)。
在光路调节板5的发射侧最内侧圆周的带装分区6的光发射表面6a基本上与光路调节板5的平面方向平行，而位于带装分区6外侧的带装分区7和8的光发射表面7a和8a以一个特定的角度与光路调节板5的平面方向倾斜。本优选实施例中，带装分区7内的光发射表面7a的倾斜角小于外侧带状分区8内的光发射表面8a的倾斜角。
应当注意，本优选实施例中，除最内侧圆周的带状分区6外，带装分区7和8的最大深度和最大宽度分别设定为1毫米和接近3毫米。此外，虽然把透明丙烯酸树脂用为光路调节板5，但本发明并不受此限制，例如，可以替换使用透明或半透明的玻璃或塑料作为光路调节板。
上述照明设备10的光路调节板5的光收集作用将参考附图6描述。
如图6所示，当接通所有照明源单元2中的光源3时，在光路调节板5的最外侧位置上来自右上分区6C的入射光在光发射表面6c折射一个角度，其由照明设备10的实线箭头所显示。来自右上分区6B的入射光在光发射表面6b折射一个角度。如上所述，因为光发射表面6b的倾斜角小于光路调节板5的外侧的光发射表面6c的倾斜角，所以，光发射表面6b的折射角小于光发射表面6c的折射角。
此外，在光路调节板5的最内侧圆周来自右上分区6A的入射光通过光路调节板5，而不被光发射表面6a折射(即折射角是0°)。
结果，来自已通过光路调节板5的照明源单元2的光被聚集在相对于照明设备10表面上的特定区域。即聚集通过光路调节板5的来自照明源单元2的光，当把印刷电路板14和标记9放置在相对于照明设备10的CCD摄像机11的光轴上时(见图2)，照明设备10可用适当光量照射印刷电路板14和标记9。此外，在这个优选实施例中，因为光路调节板5靠近照明源单元2放置，所以，可以有效地收集特定数量或光量的光源3的光，并将其集中在标记9上。
因此，按照本发明优选实施例，照明设备10可以适合于物体识别的光量在印刷电路板14上暴露标记9，而不增加光源数量或每一个光源的输出，也不要求复杂的结构调整光路。
还应当注意，根据印刷电路板14或标记9的表面状况，可以为照明设备10提供特殊的照度控制装置(未在图中示出)，以调节光源3的输出，或在相对光路调节板5的照明源单元2中只部分地接通光源3。图7A和图7B是照明设备10的剖面图，图中根据不同的表面状况，选择性地接通部分光源3。
如果标记9的表面是镜面，例如，在陶瓷印刷电路板14上的标记被涂以焊料，当光按对CCD摄像机11光轴成钝角的方向发射时(见图2)，照射光将全反射，基本上没有光进入CCD摄像机11。在这种情况下，最内侧圆周的属于光源组3A的光源3被接通(见图4)，如图7A所示，照射光在标记9的表面全反射，并由CCD摄像机11收集。
此外，如果印刷电路板14的表面是近似镜面，例如铜标记形成在玻璃环氧树脂制成的印刷电路板上，如图7B所示，在外侧圆周上属于光源组3C和3D(见图4)的光源3被接通。在这种情况中，入射到印刷电路板14的光全被反射，基本上没有光进入CCD摄像机。另一方面，入射到标记9的光无规则地反射，部分光进入CCD摄像机11。结果，所看到的标记9比背景印刷电路板14亮。
根据印刷电路板14和形成的标记的表面状况，选择性地接通照明源单元2的光源3，加强了标记9和背景印刷电路板14之间的对比度，通过CCD摄像机获得了清晰的图像，并改善了装置识别标记9的精度。
在这个优选实施例中，光路调节板5的发射侧被分成为三个分区6、7和8，不过本发明并不局限于此。例如，光路调节板5的发射侧可以被分成为两个分区或多于三个分区。特别是，当分区超过三个时，照明源单元的光可以更有效地集中在物体上，例如，通过对印刷电路板和标记设置不同的折射角，用于每一个分区的光发射表面，以便来自照明源单元的光在每一个光发射表面以不同的折射角折射。结果，发射适当的照明光用于物体识别。
另一种光路调节板5示于图8中。这个光路调节板25包括多个按同心圆形式形成的分区26。每个分区26的光发射表面26a是一个曲线表面的弧形段，每个分区26中弧形段的曲率是不同的。随着它靠近中心，每个分区26的折射率减小。因此，当使用如此构成的光路调节板25时，照明源单元的光在每个光发射表面26a的每一点上被折射，使得它指向物体，如印刷电路板和标记。结果，照明源单元的光可以精确地聚集在印刷电路板和标记上。
又一种光路调节板5被示于图9中。采用这种光路调节板27，光路调节板27的光入射侧和发射侧被分成为形成同心圆的带状分区28、29和30。每个分区具有光发射表面28a、29a和30a，各有不同的曲率。它们中间的光发射表面29a和30a是凸出的曲线弧形段。随着它靠近中心，每个分区28、29和30的折射率减小。这个光路调节板的光聚集效果大于只在板的一侧形成分区的光路调节板的聚集效果，并能有效地把光聚集在印刷电路板和标记上。
尽管没有特别显示在附图中，可以把这个光路调节板的光发射表面处理成梨皮表面(即粗躁的毛玻璃表面)。在这种情况下，照明源单元的光被发射到包括物体的特定区域，同时散射该光到该范围，从而保持了具有特定折射率的每一个光发射表面的光聚集效果。
还应当注意，虽然上述优选实施例使用白光LED作为照明源单元2的光源3，但本发明并不局限于此。例如，可以使用发射红、绿和蓝光的LED作为光源。图10显示了包括这种光源的照明源单元42。
在这种照明源单元42中，光源43按同心圆的形式排列，每个光源43包括能够发射红、绿和蓝光的LED。照明源单元42能够产生由三原色(RGB)构成颜色的光，通过控制供给每个光源43的电流调节该光的亮度和色度。结果，照明源单元42可发出多种颜色的光。
例如，当识别标记是在绿色的印刷电路板上时，可使用发射“红”光的照明源单元，即具有对绿色为互补色的光(即只接通红色光源)，因而使印刷电路板变暗，其形成标记的背景。在标记的范围内不呈现绿色，照射标记的“红”光将被CCD摄像机收集，所以，在印刷电路板和标记之间可以得到对比度加强的清晰图像。
此外，如果印刷电路板上的标记是红色的，在这个实施例中，同样可接通绿和蓝光源，控制供给每个光源的电流，产生“蓝-绿”光，即具有对红色为互补色的光，从而使印刷电路板变暗，形成标记的背景。
通过对标记的颜色形成互补色，并使标记变暗，可增强印刷电路板和标记之间的对比度。例如，如果黄色的标记粘在白色的印刷电路板上，接通照明源单元42的红色和蓝色光源，控制供给到光源的电流，形成蓝-紫光，即对黄色以互补色的光。结果，标记被变暗，而发射到印刷电路板的蓝-紫光由CCD摄像机收集，结果，增强了印刷电路板和标记之间的对比度。
如上所述，采用包含RGB光源43的照明源单元42，通过控制供给到光源43的电流，可以产生对印刷电路板或标记的互补色颜色，从而，增强了印刷电路板和标记之间的对比度。结果，CCD摄像机可以收集到清晰的图像，并可以改善装置识别标记的精度。
照明源单元还选择性地包括能够发射多种颜色的光源，例如，三合一类型的LED，作为光源用于产生对印刷电路板或标记的颜色的互补色。这种三合一LED包括RGB三种颜色LED，并能够单独发射多种颜色的光，可以控制每一种颜色的电流调节亮度和色度。
图11是包括这种三合一LED照明电路的电路图。提供在这个照明电路45中的多个三合一LED按照颜色排列成行的RGB LED构成。在这个电路45中，所有的三合一LED串联连接。对于每一种颜色的LED，流到这些三和以LED47的电流由这个照明电路45中的照明控制器49控制。采用上述以串联形式连接各LED的照明电路45，可相对地降低功耗。
如图10所示的照明源单元40，每一个光源43只发射一种颜色，红、绿和蓝，来自光源43的不同颜色的光在印刷电路板或标记上混合，以形成互补色。如果印刷电路板或标记的表面不平坦，则可以导致从印刷电路板或标记的表面反射的颜色不规则或五彩缤纷，因为以不同角度发射的不同颜色相应地按不同角度反射。
照明源单元包括三合一LED47光源，可以驱动每一个光源发射早已经适应补充印刷电路板或标记颜色的光。因此，可以发射没有颜色不规则的照明光，结果，根据印刷电路板或标记的表面状况，可靠地增强了印刷电路板和标记之间的对比度。
此外，如上所述的具有三合一LED47的照明源单元，没有必要为每一种颜色提供光源，只需要相对少的光源，所以照明源单元的尺寸和重量可以减小。
在本发明上述实施例中，荧光灯或白炽灯可以用作为照明源单元的光源。光源也可以是一种发射不同颜色或波长的光。在选择光源时，选择适应印刷电路板或标记的表面状况的颜色或波长的光源，以便CCD摄像机能够收集清晰的图像。
此外，当滤光器放置在照明源单元和物体之间时，例如，印刷电路板和标记，为获得具有所要求颜色或波长的照明光的目的，这个滤光器可以与光路调节部件一起使用。
本发明已经参考某些优选实施例进行了详细的描述，但应当理解，在本发明的精神和范围内可以进行各种修改。