(57)【要約】【課題】スピンドルを縦軸に沿って移動させる装置を提供すること。【解決手段】該装置には、スピンドルと、第１方向の縦軸に沿った移動範囲にわたってスピンドルを移動させる駆動部材と、第１力を第２力と組み合わせて、第１方向にスピンドルに加えるためのばねと、第２力を解除するように配置された停止要素とを有し、スピンドルが、移動範囲の第１部分内にあるとき、第１力が、第２力と組み合わされてスピンドルに加えられ、スピンドルが移動範囲の第２部分内にあるとき、第１力のみがスピンドルに加えられるように、第２力が解除される。【選択図】図２
2004282010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルと、
前記スピンドルを、第１方向に向けて縦軸に沿った移動範囲にわたって移動させる駆動部材と、
第１力を第２力と組み合わせて、前記スピンドルに対して第１方向に加える手段と、
前記第２力を解除するように構成された停止要素とを有し、
前記スピンドルが前記移動範囲の第１部分内にあるときには、前記第１力が前記第２力と組み合わされて前記スピンドルに加えられ、前記スピンドルが前記移動範囲の第２部分内にあるときには前記第１力のみが前記スピンドルに加えられるように、前記停止要素が前記第２力を解除するようになっているスピンドルを縦軸に沿って移動させる装置。
【請求項２】
請求項１において、
駆動部材が、２０ｇを超える加速度で前記スピンドルを移動させる装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記スピンドルが、前記第１力のみによる変位によって静止したままでいることができる装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１力による変位が、スピンドルが静止しているという機械による読取り可能な信号を生成する装置。
【請求項５】
請求項３において、更に、
前記第１力により変位したときに、機械による読取り可能な信号を生成するためのひずみゲージを有している装置。
【請求項６】
スピンドルと、
移動範囲を経由して第１位置から第２位置まで移動させるために取り付けられたスピンドル駆動部材と、
第１力で直接または間接に前記スピンドルを押す第１ばねと、
スピンドル駆動アセンブリの前記スピンドルを直接または間接に第２力で押す第２ばねと、
前記第２ばねの力を解除するように構成された停止要素とを有し、
前記駆動部材が前記移動範囲の第１部分にあるときには、前記第１ばねおよび前記第２ばねが前記スピンドルを押圧し、前記駆動部材が前記移動範囲の前記第２部分にあるときには、前記第２ばねによって前記スピンドルに加えられる力が前記停止要素によって解除され、
前記駆動部材の移動により前記スピンドルが駆動されるようになっているスピンドル駆動アセンブリ。
【請求項７】
請求項６において、
前記移動範囲の前記第１部分において、２０ｇを超える加速度で前記スピンドルが加速する装置。
【請求項８】
縦軸に沿った移動範囲の第１部分を移動中において、スピンドルを加速して移動させ、
前記縦軸に沿った前記移動範囲の第２部分を移動中において、前記スピンドルを減速して移動させ、
前記スピンドルを加速することに対する抵抗に対抗するために、前記スピンドルの加速中に、第１力および第２力を前記スピンドルに直接または間接に加え、
前記第２力を解除し、
前記スピンドルの減速中に、直接または間接に前記第１力のみを前記スピンドルに加える
スピンドルを縦軸に沿って移動させる方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記スピンドルが、前記移動範囲の前記第１部分において、２０ｇを超える加速度で移動する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピック・アンド・プレイス装置と該装置を使用する方法に関し、より詳細には、スピンドルを高速において高精度で駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、限定はしないが、主に電子機器組立て業界でピック・アンド・プレイス機械として知られている機械に関する。ピック・アンド・プレイス機械では、ピック・アンド・プレイス・ヘッドに取り付けられたスピンドルを、ダイまたは部品をピック・アップするためにダイまたは他の電子部品と接触させる。次いで、スピンドルアセンブリを他の位置に移動させ、そこで、スピンドルによってピック・アップしたダイまたは部品を組立てに適切な位置に配置する。組立て時間を最小限に抑えるために、スピンドルアセンブリを可能な限り高速でＺ軸、すなわち垂直軸の方向に移動させることが望ましい。
【０００３】
従来の機械では、スピンドルが、Ｚ方向への移動が速すぎると、スピンドルが、ダイまたは部品を損傷する危険性のある速度でダイまたは部品に当る可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、スピンドルによってピック・アップまたは配置されるダイまたは部品を損傷せずに、高速で、Ｚ軸方向にスピンドルを駆動可能なスピンドル駆動アセンブリを提案することである。
【０００５】
本発明の他の課題は、スピンドルの加速および減速を制御して、部品を損傷する可能性のあるスピンドルの速度を最大にするために、スピンドルに加える力を変化させることができるスピンドル駆動アセンブリを提案することである。
【０００６】
本発明の他の課題は、Ｚ軸におけるスピンドルの運動を制御するために使用することができる適切な信号をスピンドル駆動アセンブリに送信するように、スピンドルが、それによってピック・アップするダイまたは部品と接触する時点を決定することができるスピンドル駆動アセンブリを提案することである。
【０００７】
本発明の他の課題は、Ｚ軸方向におけるスピンドルの運動を制御するために使用することができる適切な信号をスピンドル駆動アセンブリに送信するように、ダイまたは部品を保持しているスピンドルが、ダイが配置される表面と接触する時点を決定することができるスピンドル駆動アセンブリを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によるスピンドルを縦軸に沿って移動させる装置は、スピンドルと、第１方向の前記縦軸に沿った移動範囲にわたって前記スピンドルを移動させるための駆動部材と、第１力を第２力と組み合わせて第１方向においてスピンドルに加える手段と、第２力を解除するように構成された停止要素とを有し、前記スピンドルが、前記移動範囲の第１部分内にあるときには、前記第１力が前記第２力と組み合わされて前記スピンドルに加えられ、前記スピンドルが前記移動範囲の第２部分内にあるときには、前記第１力のみが前記スピンドルに加えられるようになっている。
【０００９】
本発明の他の実施形態によるスピンドル駆動アセンブリは、スピンドルと、第１位置から移動範囲を経て第２位置に移動させるために取り付けられたスピンドル駆動部材と、第１力で直接または間接に前記スピンドルを押す第１ばねと、スピンドル駆動アセンブリにおいて直接または間接に第２力で前記スピンドルを押す第２ばねと、前記第２ばねの力を制限するように構成された停止要素とを有し、前記駆動部材が前記移動範囲の第１部分内にあるとき、前記第１ばねと第２ばねとが力を前記スピンドルに及ぼし、前記駆動部材が前記移動範囲の第２部分内にあるとき、前記停止要素により、前記スピンドルに及ぼされる正味の力が低減されるように前記第２ばねの適用を制限して、前記第２ばねが前記スピンドルに加える力が低減または排除され、前記駆動部材の移動によりスピンドルが駆動されるようになっている。
【００１０】
本発明の他の態様によるスピンドルを縦軸に沿って移動させる方法は、前記縦軸に沿った移動範囲にわたって前記スピンドルを駆動部材で加速する工程と、加速に対する前記スピンドルのあらゆる抵抗に対抗するために、前記移動範囲の第１部分を通る前記スピンドルの加速中に、直接または間接に第１力および第２力を前記スピンドルに加える工程と、前記スピンドルが前記移動範囲の前記第１部分を通過した後に前記第２力を解除する工程と、前記移動範囲の第２部分を通る前記スピンドルの加速中に、直接または間接に前記第１力のみをスピンドルに加える工程とを有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるピック・アンド・プレイス装置１０の斜視図である。ピック・アンド・プレイス装置１０は、組立て作業中に、電子部品をピック・アップして、それらを意図した位置に配置するピック・アンド・プレイス機械において使用することができる。
【００１２】
ピック・アンド・プレイス装置１０には、ピック・アンド・プレイス装置フレームの後方部分１６と、ピック・アンド・プレイス装置フレームの前方部分１８とが含まれている。ピック・アンド・プレイス装置フレームの前方部分１８と後方部分１６の間には、回転スピンドル支持部材２０が配置されている。
【００１３】
回転スピンドル支持部材２０は、当該支持部材に取り付けられた複数のピック・アンド・プレイス・ヘッド１２を含んでいる。ピック・アンド・プレイス装置フレーム１６、１８に対して回転スピンドル支持部材２０を駆動するために、モータ２２が配置されている。
【００１４】
ピック・アンド・プレイス装置１０の前方部分には、スピンドル駆動アセンブリ１４が配置されている。図３〜５は、スピンドル駆動アセンブリ１４のより詳細な図である。
【００１５】
図２〜図５にはピック・アンド・プレイス・ヘッド１２を示す。ピック・アンド・プレイス・ヘッド１２は、スピンドル２６を収容するピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４を含んでいる。ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４には、下方ばね支持部材２８が含まれている。図面には一方のみが示されているが、２本のシャフト２９が、ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４に対してスピンドル・アセンブリ・ヘッド３４を案内して、当該スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４が、シャフト２９の縦軸に沿って、ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４に向かう方向およびそれから離れる方向に移動できるようになっている。
【００１６】
スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４の下端には、上方ばね支持部材３０が配置されている。ばね３２が、下方ばね支持部材２８と上方ばね支持部材３０との間に配置され、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４をピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４から離れるように押し付けている。
【００１７】
スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４はさらにスピンドル係合フランジ３６を含んでいる。スピンドル係合フランジ３６は、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４のボア３７に突入しており、スピンドル２６がこのボア３７内をスライド可能な状態で取り付けられている。スピンドル２６の凹部３８によって、当該スピンドル凹部３８の上方ショルダ４０および下方ショルダ４２が形成されている。スピンドル係合フランジ３６が、スピンドル凹部３８の上方ショルダ４０と下方ショルダ４２との間に捕捉されるように、スピンドル２６は、ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４およびスピンドル・アセンブリ・ヘッド３４の内部に配置されている。
【００１８】
スピンドル凹部３８を形成することにより、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４に対してスピンドル２６が縦方向に移動することが可能となっている。これに対して、スピンドル係合フランジ３６は、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４に対するスピンドルの相対移動を制限している。
【００１９】
ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング２４に隣接して、空気圧を制御するための２個の圧縮空気バルブ４８、４９が配置されている。圧縮空気バルブの一方は、ベンチュリに接続され、このベンチュリは、スピンドル２６内の空気通路５０に選択的に加えられる真空圧力を生成する。真空圧力を使用して、ピック・アンド・プレイス機械によって配置されるダイまたは部品をピック・アップする。他方の圧縮空気バルブを使用して、空気圧力を制御し、それにより、空気通路５０を介して圧力の少量のバーストをスピンドルに供給して、スピンドル２６の端部からダイを排出または除去する。
【００２０】
図示のピック・アンド・プレイス・ヘッドは、圧縮空気バルブ４８、４９を使用して、スピンドル２６の真空圧力を制御するが、本発明は、真空スピンドルに限定されるものではない。本発明は、ダイおよび部品をピック・アップする他の取付け手段を使用するスピンドルを含めて、さまざまなタイプの装置にも適用することが可能である。
【００２１】
スピンドル駆動アセンブリ１４は、フランジ１５を介して、ピック・アンド・プレイス・ヘッド・フレーム１８の前方部分に取り付けられている。スピンドル駆動アセンブリ１４の好ましい実施形態の詳細は、図３および４から分かる。
【００２２】
スピンドル駆動アセンブリ１４はスピンドルアセンブリを駆動するモータ６０を含んでいる。モータ６０は、好ましくは約１００°の範囲を包含する振動形態で動くが、これ以外の角度範囲を本発明に用いることも可能である。このように、モータ６０は、振動形態で駆動シャフト６２を回転させる。駆動シャフト６２は、モータ６０の回転軸に対して偏心状態となっている。
【００２３】
駆動シャフト６２には、回転力が伝達される係合形態で駆動クランク６４が取り付けられている。したがって、モータ６０により駆動シャフト６２を回転すると、駆動クランク６４がほぼ上下方向に移動する。
【００２４】
モータ６０は、好ましくはボルトによって、スピンドル駆動アセンブリフレーム７０に固定されている。スピンドル駆動アセンブリをピック・アンド・プレイス装置フレームの前方部分１８に取り付けるフランジ１５も、スピンドル駆動アセンブリフレーム７０に一体的に形成された部分である。
【００２５】
駆動アーム７２が、ピボット取付け部６８によって、スピンドル駆動アセンブリフレーム７０に旋回可能に取り付けられている。また、駆動クランク６４の下端が、回転取付け部６６によって駆動アーム７２に回転可能に連結されている。したがって、モータ６０の前後の振動運動により駆動アーム７２の上下運動が引き起こされる。
【００２６】
図１から最も良く分かるように、駆動アーム７２が、ピック・アンド・プレイス・ヘッド１２の一方に隣接するように、スピンドル駆動アセンブリ１４が、ピック・アンド・プレイス・ヘッド・フレームの前方部分１８の開口を通って延びている。駆動アーム７２の自由端部７４は、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４の上端４６と接触するように配置される。
【００２７】
駆動アーム７２の自由端部７４はさらに、接触ボタン７６を受け入れるためのボアを含んでいる。接触ボタン７６はボアの内部でのスライドが自由である。ボアの底部にあるショルダ７８が接触ボタン７６の下方への移動を制限する。
【００２８】
第１ブレードばねまたはレバー８０が、取付けボルト８４によって駆動アーム７２に固定されている。第１ブレードばね８０の自由端部が接触ボタン７６に圧力を加えて、当該接触ボタン７６をショルダ７８に押し付けている。第１ブレードばね８０は、約０．５から２．５ニュートン、好ましくは約１から２ニュートン、最も好ましくは約１．５ニュートンの力を接触ボタン７６に加える。しかし、本発明は、ここに開示されている力の範囲に限定されるものではない。
【００２９】
ひずみゲージ９０が、駆動アーム７２に対する第１ブレードばね８０の曲げ、変位を含むあらゆるひずみを測定するために、第１ブレードばね８０に取り付けられている。
【００３０】
第１ブレードばね８０は比較的薄く柔軟なので、第２ブレードばねまたはレバー８２がそれに隣接して固定されている。第２ブレードばね８２の一端は、取付けボルト８８によって駆動クランク６４のフランジ８６に固定されている。第２ブレードばね８２の反対側の端は、第１ブレードばね８０上端に乗っている。第２ブレードばね８２の自由端部が第１ブレードばね８０に圧力を加え、それにより、第１ブレードばねが接触ボタン７６に加える力を増大するように、当該第２ブレードばねが取り付けられている。第２ブレードばね８２が第１ブレードばね８０に加える力は、約１．５から７．５ニュートン、好ましくは約３から６ニュートン、最も好ましくは約５ニュートンである。しかし、本発明は、ここに開示した力の範囲に限定されるものではない。
【００３１】
駆動アーム７２がその移動サイクルの上昇部分にあるとき、第２ブレードばね８２は第１ブレードばね８０に乗っており、したがって、第１ブレードばね８０が接触ボタン７６に加える圧力が増大する。しかし、駆動アーム７２が移動サイクルの下降部分に向かって下方に移動すると、第２ブレードばねのフランジ９３が駆動クランク６４に固定されている停止部材９２に当る。図３および４は１つのフランジ９３のみを示すが、図１から分かるように、駆動クランク６４はその下端にフォーク６５を備えている。フランジ９３は、フォーク６５の各プロングから延びている。停止部材９２はフランジ９３と係合して、駆動アーム７２と第１ブレードばね８０とが下方に移動し続けている間、第２ブレードばね８２を第１ブレードばね８０から持ち上げる。したがって、移動サイクルの下降部分では、第２ブレードばね８２は第１ブレードばね８０と接触しておらず、したがって、追加の圧力を第１ブレードばね８０に加えていない。
【００３２】
図６は、スピンドル２６の加速度１０２および速度１０４を示す図である。図示の移動サイクルにおいて、加速度および速度はサイクルの第１部分中で約５７．１ｇ’ｓまで迅速に増大する。約０．００６秒から始まって、加速度は約５７．１ｇ’ｓから負側の約４０．９ｇ’ｓまで急激に降下する。約０．０１３秒において、スピンドル２６の速度はゼロになる。
【００３３】
スピンドル２６の速度と比較した駆動アーム７２の速度を図７に見ることができる。図７に示すように、好ましい例示的なサイクルの約０．０１２秒の時点において、スピンドル２６の下端はピック・アップ対象の部品に接触する。そのとき、スピンドル２６の速度はゼロに降下し、一方、駆動アーム７２は、短い時間の間、下方に移動し続ける。駆動アーム７２の下方移動は、スピンドル２６の凹部３８によって継続可能になる。
【００３４】
好ましい例示的な実施形態では、スピンドル２６とその端部にあるノズルとの全質量は約８．９グラムであり、接触ボタン７６の質量は約１．０９グラムである。接触ボタン７６に対する第１ブレードばね８０の力は約１５０グラムであり、第２ブレードばね８２の力は約５００グラムである。
【００３５】
スピンドル２６を約５７．１ｇ’ｓに加速するために必要な力は約５６０．４グラム、すなわち、９．９９グラムの質量に５７．１ｇ’ｓの加速度を乗算したものに等しい。したがって、ブレードばね８０、８２の両方が加える力は、スピンドルを約５７．１ｇ’ｓに加速するには十分である。しかし、第１ブレードばね８０のみを用いた場合には、スピンドル２６は、約１６ｇ’ｓ、すなわち、１６０グラムの力（第１ブレードばねの力とスピンドルの重量）をスピンドルの質量（９．９９グラム）で除算したものに加速することしかできない。したがって、第１ブレードばね８０のみを用いた場合、第１ブレードばね８０は約１６ｇ’ｓでたわむことになる。
【００３６】
上記の好ましい実施形態は、２つのフランジと２つの停止部材とを含むが、本発明は、この構造に限定されるものではない。１つまたは複数の停止部材およびフランジを使用する代替の実施形態を使用することができる。
【００３７】
スピンドル２６がピック・アップするダイまたは部品と接触するようにスピンドル２６を降下させるために、モータ６０は駆動クランク６４を駆動し、この駆動クランクが、駆動アーム７２の自由端部７４が、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４の上端４６と接触するように、駆動アーム７２を動かす。駆動アーム７２が下方に回転すると、自由端部７４は、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４を下方に押す。そのような作用により、スピンドル２６が下方に移動することが可能になる。同時に、第１ブレードばね８０と第２ブレードばね８２とが接触ボタン７６をスピンドルの上端４４に押し付け、それにより、スピンドル２６をスピンドル・アセンブリ・ヘッド３４と一体で下方に押し付ける。スピンドル２６を下方に押し付けることにより、スピンドル２６に発生する慣性力に打ち勝って、当該スピンドル２６を第１加速度で下方に移動することが可能になる。
【００３８】
駆動アーム７２の自由端部７４が約５ミリメートル下方に移動した後、第２ブレードばね８２のフランジ９３が停止部材９２に当る。次いで、停止部材９２が、第２ブレードばね８２を第１ブレードばね８０から持ち上げ、それにより、第１ブレードばね８０に対する第２ブレードばね８２の圧力が排除される。駆動アーム７２の下方ストロークの残りについては、第１ブレードばね８０のみが接触ボタン７６をスピンドル２６の上端４４に押し付けている。
【００３９】
好ましい例示的な実施形態では、ストロークの第１部分、すなわち最初の５ミリメートルを、本明細書ではストロークの第１部分と称している。ストロークの下方部分の残りはストロークの第２部分と称している。
【００４０】
スピンドル２６の下端が、ピック・アップ対象のダイまたは部品と接触すると、スピンドル２６のさらなる下方への移動が停止される。同時に、駆動アーム７２の自由端部７４は、スピンドル・ヘッドアセンブリ３４を下方に押し続けることが可能である。しかし、スピンドル２６は、もはや下方に移動していないので、スピンドル２６は、接触ボタン７６の取付けフランジ７８から接触ボタン７６を持ち上げる。駆動アーム７２に対する接触ボタン７６のそのような上昇運動により、第１ブレードばね８０が変位し、この時点では第２ブレードばねによって制約されていない。第１ブレードばね８０の変位は、ひずみゲージ９０によって検知され、このひずみゲージは、即座に、駆動モータ６０ならびにスピンドルアセンブリの他の状態を制御する制御プロセッサに信号を送出する。
【００４１】
ひずみゲージ９０からの信号を使用して、駆動アーム７２の下方移動を制御して、部品のピック・アップ中におけるスピンドルと当該部品との間の接触力と、当該部品の配置中におけるスピンドルと基板との間の接触力とを制御する。
【００４２】
代替実施形態では、第１ブレードばね８０は、突出接触ボタン７６の一部とのみ接触するように設計される。また、第２ブレードばね８２は、接触ボタン７６の異なる部分と接触するように設計される。これを達成することができる１つの方法は、接触ボタン７６の回りにフランジを形成し、第１ブレードばね８０に開口を形成することである。接触ボタン７６の上記の異なる部分は、第１ブレードばね８０の開口を通って突出して、第２ブレードばね８２と直接接触する。接触ボタン７６のフランジは、第１ブレード開口８０の開口のショルダと位置合わせされる。このようにして、第１ブレードばね８０と第２ブレードばね８２の両方が接触ボタン７６と直接接触することができ、上述した停止部材９２とフランジ９３とを使用することにより、または他の適切な機構を使用することにより、上述したように、サイクルの第２部分において、第２ブレードばね８２を接触ボタン７６から持ち上げることができる。
【００４３】
本発明のかかるシステムを使用して、低力モードと高力モードの少なくとも２つのモードでスピンドルを駆動することができる。低力モードでは、第１ブレードばね８０の力のみが、接触ボタン７６を介してスピンドル２６に作用する。すなわち、第２ブレードばね８２は、第１ブレードばね８０から持ち上げられており、スピンドル２６に加えられる力には寄与しない。したがって、力は、第１ブレードばね８０の力に限定され、比較的軽い。
【００４４】
高力モードでは、駆動アーム７２の自由端部７４は、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４と係合して、駆動クランク６４を介して作用するモータ６０の力で、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４を下方に押す。高力モードでは、スピンドル・アセンブリ・ヘッド３４内のフランジ３６は、スピンドル凹部３８の下方ショルダ４２と係合して、スピンドル２６をモータ６０の力で下方に動かす。高力モードは、部品上のピンをソケットに挿入する必要がある場合などの状況において使用することができる。
【００４５】
したがって、本発明のスピンドル駆動アセンブリは、ダイまたは部品がダイまたは部品を損傷することがある力と接触する危険性を最小限に抑えて、ピック・アップ対象のダイまたは部品と係合するように、スピンドル２６を迅速に動かすことができる。
【００４６】
本発明のシステムは、まず学習サイクルにおいて稼動することができ、制御システムは、スピンドルが部品または基板と接触する直前のストローク長さを学習する。したがって、モータの速度は、ストロークの速度を最大にし、かつ後続の各生産サイクルに必要な時間を最小限に抑えるように、適切に制御することができる。
【００４７】
通常のサイクルでは、ストロークの長さ、すなわちスピンドルの移動は、約０．５００インチである。最初の約０．２００インチではスピンドルは加速モードにあり、次の０．１００インチでは、スピンドルはもはや加速されず最大速度で進行する。最後の０．２００インチでは、モータは、スピンドルが移動している速度を減速し始める。上述した距離は単なる例示であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００４８】
代替実施形態では、第１ばねがスピンドルに直接力を加えるように、接触ボタンを省略することが可能である。そのような実施形態では、第１位置から移動の範囲を経て第２位置まで移動させるために取り付けられた駆動部材と；第１力でスピンドル駆動アセンブリのスピンドルを押す第１ばねと；直接または間接にスピンドル駆動アセンブリのスピンドルを第２力で押す第２ばねと；第２ばねの力を制限するために配置した停止要素とを有し；停止要素は、駆動部材が移動範囲の第１部分内にあるとき、第２ばねが、スピンドルに及ぼされる正味の力が増大するように、第２力をスピンドルに及ぼし、かつ駆動部材が、移動範囲の第２部分内にあるとき、スピンドルに及ぼされる正味の力が低減されるように、第２ばねの適用を限定して、第２ばねがスピンドルに加える力を低減または排除するように配置されており；駆動部材の運動によりスピンドルが駆動されるようになっている。
【００４９】
上述した実施形態では、スピンドルは旋回駆動アーム７２によって移動される。しかし、本発明の概念は他の実施形態にも同様に適用可能である。たとえば、代替実施形態では、スピンドルを、上記の旋回駆動アーム７２ではなく、インライン駆動部材によって駆動することができる。インライン駆動部材は、コイルばねまたはある他の柔軟部材を使用して、上述した実施形態のブレードばねによって実施される機能を果たすことが可能である。
【００５０】
たとえば、インライン駆動部材を使用する実施形態では、第１ばねは、駆動部材の接触部材に作用することが可能であり、接触部材はスピンドルに作用する。第１ばねは、コイルばねまたはある他の種類のばねとすることができる。次いで、第２ばねを使用して、第２力を接触部材または第１ばねに直接加えることができる。停止機構を使用して、第２ばねの適用を制限することができる。
【００５１】
水平回転軸を備えたピック・アンド・プレイス・ヘッドの上で使用することについて、本発明を開示してきたが、当業者なら、本発明を他の装置にも適用できることを理解するであろう。たとえば、本発明は、日本スタイルの静止タレット・チップ・シュータを有するピック・アンド・プレイス機械で使用することができる。そのような装置では、ピック・アンド・プレイス・ヘッドは、垂直回転軸を備え、本発明によるｚ軸駆動機構が、部品フィーダと隣接したスピンドルアセンブリを駆動するために、ピック・アンド・プレイス・ヘッドの後方部分に隣接して取り付けられる。本発明による第２ｚ軸駆動機構が、部品を配置すべき回路基板に隣接したスピンドルアセンブリを駆動するために、ピック・アンド・プレイス・ヘッドの前方部分に隣接して取り付けられる。そのような構成では、一方のｚ軸駆動機構が、ダイまたは部品のピック・アップを制御し、第２ｚ軸駆動機構が、ダイまたは部品の配置を制御する。そのようなシステムでは、ピック・アンド・プレイス・ヘッドは垂直軸の回りに回転するが、そうでない場合は静止している。部品フィーダおよび基板ハンドラを動かして、ピック・アップ用の第１ｚ軸機構に対するフィーダの適切な位置合わせを保証し、かつ第２ｚ軸駆動機構によって部品配置用のＰＣＢの位置に対する適切な位置合わせを保証する。
【００５２】
好ましい実施形態のみについて、本明細書において具体的に示し、記述してきたが、本発明の多くの修正および変更が、本発明の精神および意図した範囲から逸脱せずに、上記の教示を考慮し、かつ添付の請求項の範囲内において可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるスピンドル駆動アセンブリの好ましい実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるピック・アンド・プレイス・ヘッドの断面図である。
【図３】第１モードにおける、本発明によるスピンドルを駆動する装置の好ましい実施形態の斜視図である。
【図４】図３の一部の詳細図である。
【図５】第２モードにおける、本発明によるスピンドルを駆動する装置の好ましい実施形態の斜視図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態によるスピンドルの加速度および速度を示す図である。
【図７】好ましい例示的な実施形態における駆動アームとスピンドルの速度を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ピック・アンド・プレイス装置
１２  ピック・アンド・プレイス・ヘッド
１４  スピンドル駆動アセンブリ
１５  フランジ
１６  ピック・アンド・プレイス装置フレームの後方部分
１８  ピック・アンド・プレイス装置フレームの前方部分
２０  回転スピンドル支持部材
２２  モータ
２４  ピック・アンド・プレイス・ヘッド・ハウジング
２６  スピンドル
２８  下方ばね支持部材
２９  シャフト
３０  上方ばね支持部材
３４  スピンドル・アセンブリ・ヘッド
３６  スピンドル係合フランジ
３７  ボア
３８  凹部
４０  上方ショルダ
４２  下方ショルダ
４４  スピンドルの上端
４６  スピンドル・アセンブリ・ヘッドの上端
４８、４９  圧縮空気バルブ
５０  空気通路
６０  モータ
６２  駆動シャフト
６４  駆動クランク
６５  フォーク
６６  回転取付け
６８  ピボット取付け
７０  スピンドル駆動アセンブリフレーム
７２  駆動アーム
７４  自由端部
７６  接触ボタン
７８  ショルダ
８０  第１ブレードばね
８２  第２ブレードばね
８４  取付けボルト
８８  取付けボルト
９０  ひずみゲージ
９２  第２ブレードばね接触ストップ
９３  フランジ
１０２  加速度
１０４  速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
HIGH ACCELERATION SPINDLE DRIVE AND METHOD OF USING SAME
BACKGROUND OF THE APPLICATION
1.  Field of the Invention:
The present invention relates to a pick and place apparatus, and a method of using the same, and more particularly to a method of driving a spindle at a high velocity with high accuracy.
2.  Description of the Related Art:
The present invention relates primarily, although not exclusively, to machines known in the electronics assembly industry as pick and place machines.  In a pick and place machine, a spindle mounted on a pick and place head is brought into contact with a die or other electronic component in order to pick up the die or component.  The spindle assembly is then moved to another location, where the die or component picked up by the spindle is then placed in an appropriate location for assembly.  In order to minimize assembly time, it is desired to move the spindle assembly in the Z, or  vertical axis, at as high a speed as practical.
In conventional machines, if the spindle is moved too quickly in the Z direction, a possibility exists that the spindle will contact the die or component at such a speed that could possibly cause damage to the die or component.
OBJECTS AND SUMMARY
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a spindle driving assembly that is able to drive a spindle in the Z axis at a high rate of speed without damaging the die or component to be picked up or placed down by the spindle.
It is a further object of the present invention to provide a spindle driving assembly that is able to vary the force applied to a spindle in order to control the acceleration and deceleration of the spindle in order to maximize spindle velocity with damaging any components.
It is a further object of the present invention to provide a spindle driving assembly that is able to determine when the spindle makes contact with the die or component to be picked up thereby so as to send an appropriate signal to the spindle driving assembly that can be used to control movement of t he spindle in the Z axis.
It is another object of the present invention to provide a spindle driving assembly that is able to determine when the spindle that is holding a die or component makes contact with the surface on which the die is to be placed so as to send an appropriate signal to the spindle driving assembly that can be used to control movement of the spindle in the Z axis.
According to one embodiment of the present invention, an apparatus for moving a spindle along a longitudinal axis, the apparatus comprises a spindle; a drive member for moving said spindle over a range of travel along said longitudinal axis in a first direction; means for applying a first force in combination with a second force to the spindle in the first direction; a stop element arranged so as to disengage the second force, such that when said spindle is within a first portion of said range of travel, said first force is applied to said spindle in combination with said second force, and when said spindle is within a second portion of said range of travel, said stop element disengages said second force so only said first force is applied to said spindle.
According to another embodiment of the present invention, a spindle driving assembly comprises a spindle; a spindle drive member mounted for movement from a first position to a second position through a range of movement; a first spring pressing on the spindle either directly or indirectly w ith a first force; a second spring pressing a second force on the spindle in the spindle driving assembly either directly or indirectly; and a stop element arranged to limit the force of the of the second spring so that when the drive member is within a fi rst portion of the range of movement, the first spring and the second spring exert forces on the spindle and when the drive member is in a second portion of the range of movement, the stop element limits the application of the second spring to reduce or el iminate the force applied by the second spring on the spindle so as to decrease the net force exerted on the spindle; wherein movement of the drive member drives the spindle.
According to yet another embodiment of the present invention, a method of moving a spindle along a longitudinal axis, the method comprises accelerating said spindle with a drive member over a range of travel along said longitudinal axis; applying a first force and a second force to the spindle, either directl y or indirectly, during the spindle acceleration through a first portion of the range of travel in order to counter any resistance of the spindle to the acceleration; disengaging the second force after the spindle has passed through the first portion of th e range of travel; and applying only the first force to the spindle, either directly or indirectly, during the spindle acceleration through a second portion of the range of travel.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figure 1 is a perspective view of a preferred embodiment of a spindle driving assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of a pick and place head according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view of a preferred embodiment of an apparatus for driving the spindle according to the present invention in a first mode.
Figure 4 is a detailed view of a portion of Figure 3.
Figure 5 is a perspective view of a preferred embodiment of an apparatus for driving the spindle according to the present invention in a second mode.
Figure 6 is a diagram illustrating acceleration and velocity of a spindle according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram illustrating the velocity of the drive arm and the spindle in a preferred exemplary embodiment.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Figure 1 is a perspective view of a pick and place apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention.  The pick and place apparatus 10 can be used in a pick and place machine for picking up electronic components and placing them at their  intended locations during an assembly operation.
The pick and place apparatus 10 includes a rear portion 16 of a pick and place apparatus frame and a front portion 18 of the pick and place apparatus frame.  Located between the front and rear portions 16, 18 of the pick and place apparatus frame is a rotating spindle support 20.
The rotating spindle support 20 includes a plurality of pick and place heads 12 mounted thereon.  A motor 22 is provided for driving the rotating spindle support 20 relative to the pick and place apparatus frame 16, 18.
Located at a front portion of the pick and place apparatus 10 is a spindle driving assembly 14.  Figures 3 - 5 show more detailed views of the spindle driving assembly 14.
A pick and place head 12 is illustrated in Figures 2 - 5.  The pick and place head 12 includes a pick and place head housing 24 which houses the spindle 26.  Included in the pick and place head housing 24 is a lower spring support 28.  Two shafts 29, only one of which is illustrated in the drawings, guides a spindle assembly head 34 with respect to the pick and place head housing 24 in a manner such that the spindle assembly head 34 can move toward and away from the pick and place h ead housing 24 along the longitudinal axes of the shafts 29.
At a lower end of the spindle assembly head 34 is an upper spring support 30.  A spring 32 is arranged between the lower spring support 28 and the upper spring support 30 so as to urge the spindle assembly head 34 away from the pick and place head housing 24.
The spindle assembly head 34 further includes a spindle engaging flange 36.  The spindle engaging flange 36 projects into a bore 37 in the spindle assembly head 34 through which the spindle 26 is slidably mounted.  A recess 38 in the spindle 26 defines an upper shoulder 40 and a lower shoulder 42 of the spindle recess 38.  The spindle 26 is arranged within the pick and place head housing 24  and the spindle assembly head 34 such that the spindle engaging flange 36 is trapped between the upper and lower shoulders 40, 42 of the spindle recess 38.
The spindle recess 38 enables longitudinal movement of the spindle 26 with respect to the spindle assembly head 34.  However, the spindle engaging flange 36 limits the relative movement of the spindle with respect to the spindle assembly head 34.
Adjacent the pick and place head housing 24 are two compressed air valves 48, 49 for controlling an air pressure.  One of the compressed air valves is connected to a venturi that generates a vacuum pressure that is selectively applied to an air passage 50 within the spindle 26.  The vacuum pressure is used to  pick up dies or components to be placed by the pick and place machine.  The other compressed air valve is used to control the air pressure so as to deliver a small burst of pressure to the spindle via the air passage 50 in order to eject or remove a die f rom the end of the spindle 26.
Although the illustrated pick and place head uses compressed air valves 48, 49 to control the vacuum pressure in the spindle 26, the present invention is not limited to vacuum spindles.  The present invention may also have applicability in other types of devices, including spindles that use other attachment means for picking up dies and components.
The spindle driving assembly 14 is mounted to the front portion of the pick and place head frame 18 via a flange 15.  Details of a preferred embodiment of the spindle driving assembly 14 can be seen in Figures 3 and 4.
The spindle driving assembly 14 includes a motor 60 for driving the spindle assembly.  The motor 60 moves in an oscillatory manner, preferably covering a range of approximately 100コ, although alternative ranges may be contemplated for the present invention. The motor 60 thus rotates the drive shaft 62 in an oscillatory manner.  The drive shaft 62 is eccentric with respect to the axis of rotation of the motor 60.
A drive crank 64 is mounted in a rotatably engaging manner to the drive shaft 62.  Accordingly, rotation of the drive shaft 62 by the motor 60 causes the drive crank 64 to move in a substantially vertical direction. 
The motor 60 is secured to a spindle driving assembly frame 70, preferably by bolts.  The flange 15 by which the spindle driving assembly is mounted to the front portion of the pick and place apparatus frame 18 is also an integral part of the spindle driving assembly frame 70.
A drive arm 72 is pivotally mounted to the spindle driving assembly frame 70 by a pivot mount 68.  In addition, a lower end of the drive crank 64 is rotatably connected to the drive arm 72 by a rotatable mount 66.  Accordingly, the back and forth oscillatory motion of the motor 60 res ults in an up and down movement of the drive arm 72.
As can be best seen in Figure 1, the spindle driving assembly 14 extends through an opening in the front portion 18 of the pick and place head frame so that the drive arm 72 is adjacent to one of the pick and place heads 12.  The free end 74 of the drive arm 72 is arranged so as to make contact with the top 46 of the spindle assembly head 34.
The free end 74 of the drive arm 72 further includes a bore for receiving a contact button 76.  The contact button 76 is free to slide within the bore.  A shoulder 78 at the bottom of the bore limits the downward travel of the contact button 76.
A first blade spring or lever 80 is secured to the drive arm 72 with mounting bolts 84.  A free end of the first blade spring 80 applies pressure to the contact button 76, urging the contact button 76 against the shoulder 78.  The first blade spring 80 applies a force against the contact button 76 of about 0.5 to 2.5 Newtons, preferably about 1 to 2 Newtons, and most preferably about 1.5 Newtons.  However, the present invention is not limited to the force ranges disclosed herein.
A strain gauge 90 is mounted on the first blade spring 80 in order to measure any strain, i.e., bending or deflection, of the first blade spring 80 with respect to the drive arm 72.
Because the first blade spring 80 is relatively thin and flexible, a second blade spring or lever 82 is secured adjacent thereto.  One end of the second blade spring 82 is bolted to a flange 86 on the drive crank 64 by mounting bolts 88.  The opposite end of the second blade spring 82 rests on top of the first blade spring 80.  The second blade spring is mounted in such a way that the free end of the second blade spring 82 applies a pressure on the first blade spring 80, thus increasing the force applied by the first blade spring onto the contact butto n 76.  The force applied by the second blade spring 82 against the first blade spring 80 is approximately 1.5 to 7.5 Newtons, preferably about 3 to 6 Newtons, and most preferably about 5 Newtons.  However, the present invention is not limited to the disclo sed force ranges.
When the drive arm 72 is in the upward portion of its cycle, the second blade spring 82 rests on the first blade spring 80, thus increasing the pressure applied by the first blade spring 80 on the contact button 76.  However, as the drive arm 72 moves downwardly to the lower portion of the cycle, flanges 93 on the second blade spring contact stops 92 that are fixed to the drive crank 64.  Although Figs. 3 and 4 show only one flange 93, as can be seen in Fig. 1, the drive crank 64 includes a fork 65 at the lower end thereof.  A flange 93 extends from each prong of the fork 65.  The stops 92 engage the flanges 93 and lift the second blade spring 82 off of the first blade spring 80 while the drive arm 72 and the fir st blade spring 80 continue to move downward.  Accordingly, for the lower portion of the cycle, the second blade spring 82 is not in contact with the first blade spring 80, and is thus not applying any additional pressure onto the first blade spring 80.
Figure 6 is a diagram showing acceleration 102 and velocity 104 of the spindle 26.  During the illustrated cycle, acceleration and velocity increase rapidly during the first portion of the cycle to about 57.1 g's.  Starting at about 0.006 seconds, the acceleration drops dramatically from about 57.1 g's to about negative 40.9 g's.  At about 0.013 seconds, the velocity of the spindle 26 comes to a stop.
The velocity of the drive arm 72 compared to the that of the spindle 26 can be seen in Figure 7.  As illustrated in Fig. 7, at about 0.012 seconds of a preferred exemplary cycle, the lower tip of the spindle 26 contacts the component to be picked up.  At that time, the velocity of the spindle 26 drops to zer o, while the drive arm 72 continues to move downwardly for a brief period of time.  The continued downward movement of the drive arm 72 is enabled by the recess 38 in the spindle 26.
In the preferred exemplary embodiment, the total mass of the spindle 26 and nozzle at the end thereof is about 8.9 grams, and the mass of the contact button 76 is about 1.09 grams.  The force of the first blade spring 80 on the contact button 76 is about 150 grams, and, the force of the second blade spring 82 is about 500 grams.
The force required to accelerate the spindle 26 to about 57.1 g's is equal to about 560.4 grams, i.e., the mass of 9.99 grams multiplied by the acceleration of 57.1 g's.  Accordingly, the force applied by both blade springs 80, 82 is sufficient to accelerate the spindle to about 57.1 g's.  However, when only the first blade spring 80 is applied, the spindle 26 can only be accelerated to about 16 g's, i.e., the force of 160 grams (the first blade spri ng force and the weight of the spindle) divided by the mass of the spindle (9.99 grams).  Thus, if only the first blade spring 80 is applied, the first blade spring 80 will deflect at about 16 g's.
Although the disclosed preferred embodiment includes two flanges and two stops, the present invention is not limited to that structure.  Alternative embodiments utilizing one or more stops and flanges can be used.
In order to lower the spindle 26 into contact with a die or component to be picked up by the spindle 26, the motor 60 drives the drive crank 64, which moves the drive arm 72 so that the free end 74 of the drive arm 72 contacts the top 46 of the spindle ass embly head 34.  As the drive arm 72 rotates downwardly, the free end 74 pushes the spindle assembly head 34 downwardly.  Such action enables the spindle 26 to move downwardly.  Simultaneously, the first blade spring 80 and the second blade spring 82 urge t he contact button 76 against the top 44 of the spindle, thus urging the spindle 26 downwardly in unison with the spindle assembly head 34.  The downward urging on the spindle 26 overcomes any inertia that the spindle 26 may have had, and enables the spindl e 26 to move downwardly at a fast rate of acceleration.
After the free end 74 of the drive arm 72 has moved downwardly approximately 5 millimeters, the flanges 93 of the second blade spring 82 contact the stops 92.  The stops 92 then lift the second blade spring 82 off of the first blade spring 80 thus eliminating the pressure from the second blade spring 82 on the first blade spring 80.  For the remainder of the downward stroke of the drive arm 72, only the first blade spring 80  is urging the contact button 76 against the top 44 of the spindle 26.
In the preferred exemplary embodiment, the first part of the stroke, i.e., the first 5 millimeters, is referred to herein as the first portion of the stroke.  The remainder of the downward portion of the stroke is referred to as the second portion of the stroke.
When the lower end of the spindle 26 contacts the die or component that is to be picked up, further downward movement of the spindle 26 is stopped.  At the same time, the free end 74 of the drive arm 72 may continue to push the spindle head assembly 34 downwardly.  However, because the spindle 26 is no longer moving downwardly, the spindle 26 lifts the contact button 76 off o f the mounting flange 78 for the contact button 76.  Such upward movement of the contact button 76, relative to the drive arm 72, causes a deflection of the first blade spring 80, which at this time is not being restrained by the second blade spring.  The deflection of the first blade spring 80 is sensed by the strain gauge 90, which immediately sends a signal to the control processor controlling the drive motor 60, as well as other aspects of the spindle assembly.
The signal from the strain gauge 90 is used to control the downward movement of the drive arm 72 so as to control the force of touch between the spindle and the component during pickup of the component and the force of touch between the spindle and the substrate during placement of the component.
In an alternative embodiment, the first blade spring 80 is designed so that it contacts only a portion of the projecting contact button 76.  And, the second blade spring 82 is designed to contact a different portion of the contact button 76.  One way in which this can be accomplished is to have a flange around the contact button 76 and an opening in the first blade spring 80.  The different portion of the contact button 76 projects through the opening in the first blade spring 80 and directly contacts the second blade spring 82.  The flange of the contact button 76 is aligned with a shoulder of the opening in the first blade spring 80.  In this way, both the first and second blade springs 80, 82 are abl e to directly contact the contact button 76, and the second blade spring 82 can be lifted off the contact button 76 during the second portion of the cycle, as described above, through the use of aforementioned stops 92 and flanges 93, or through some other  suitable mechanism.
The system of the present invention can be used to drive the spindle in at least two modes, a low force mode and a high force mode.  In the low force mode, the force of the first blade spring 80 alone acts on the spindle 26 through the contact button 76.  In other words, the second blade spring 82 is lifted off of the first blade spring 80 and does not contribute to the force applied to the spindle 26.  Thus, the force is limited to that created by the first blade spring 80, and is relatively light.
In the high force mode, the free end 74 of the drive arm 72 engages the spindle assembly head 34 and forces the spindle assembly head 34 down with the force of the motor 60 acting through the drive crank 64.  In the high force mode, the flange 36 within the spindle assembly head 34 engages with the lower shoulder 42 of the spindle recess 38 and moves the spindle 26 downward with the force of the motor 60.  The high force mode can be used in situations where, for example, pins on a component need to be inserted into a socket.
Thus, the spindle driving assembly of the present invention is able to quickly move the spindle 26 into engagement with the die or component to be picked up, with minimum risk of contacting the die or component with a force that may damage the die or component.
The system of the present invention can be run first in a learning cycle, wherein the control system learns the length of the stroke before the spindle contacts the component or substrate.  Thus, the speed of the motor can be appropriately controlled in order to maximize the speed of the stroke and minimize the t ime required for each subsequent production cycle.  
In a typical cycle, the length of the stroke, i.e., movement of the spindle, is about 0.500 inch.  For approximately the first 0.200 inch, the spindle is in an acceleration mode, for approximately the next 0.100 inch, the spindle is no longer accelerating, but travels at the maximum speed.  For the last 0.200 inch, the motor begins to decelerate the speed at which the spindle is moving.  The mentioned distances are merely exemp lary, and the present invention is not limited to these examples.
In an alternative embodiment, the contact button may be omitted so that a first spring applies a force directly on the spindle.  Such an embodiment would include a drive member mounted for movement from a first position to a second position through a range of movement; a first spring pressing on a spindle in the spindle driving assembly with a fi rst force; a second spring pressing a second force on the spindle in the spindle driving assembly either directly or indirectly; and a stop element arranged to limit the force of the of the second spring; the second spring arranged such that when the drive  member is within a first portion of the range of movement, the second spring exerts the second force on the spindle so as to increase a net force exerted on the spindle, and when the drive member is in a second portion of the range of movement, the stop e lement limits the application of the second spring to reduce or eliminate the force applied by the second spring on the spindle so as to decrease the net force exerted on the spindle; wherein movement of the drive member drives the spindle.
In the embodiments disclosed above, the spindle is moved by means of a pivoting drive arm 72.  However, the concepts of the present invention are equally applicable to other embodiments.  For example, in an alternative embodiment, the spindle can be driven by an in-line drive member, rather than the pivoting drive arm 72 disclosed above.  The in-line drive member may use a system of coil springs or some other flexible member to serve the function performed by the blade springs of t he above-described embodiments.
For example, in the embodiment using an in-line drive member, a first spring may act on a contact member in the drive member, and the contact member acts on a spindle.  The first spring can be a coil spring or some other kind of spring.  A second spring can then be used to apply a second force either directly on the contact member or on to the first spring.  A stop mechanism can be used to limit the application of the second spring.
Although the present invention has been disclosed in use on a pick and place head having a horizontal axis of rotation, one of ordinary skill in the art will appreciate that the present invention has applications on other devices.  For example, the present invention can be used on a pick and place machine having a Japanese style stationary turret chip shooter.  In such a device, the pick and place head has a vertical axis of rotation, and a z-axis drive mechanism according to the p resent invention is mounted adjacent the rear portion of the pick and place head to drive a spindle assembly adjacent a component feeder.  A second z-axis drive mechanism according to the present invention is mounted adjacent the front portion of the pick and place head to drive a spindle assembly adjacent a circuit board onto which a component is to be placed.  In such an arrangement, one z-axis drive mechanism controls picking up the die or component, and the second z-axis drive mechanism controls placeme nt of the die or component.  In such a system, the pick and place head rotates about the vertical axis, but is otherwise stationary.  The component feeder and the board handler are moved to ensure proper alignment of the feeder to the first z-axis drive me chanism for pick-up, and to ensure proper alignment of the PCB location for placement by the second z-drive mechanism.
Although only preferred embodiments are specifically illustrated and described herein, it will be appreciated that many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings and within the purview of the appended claims without departing from the spirit and intended scope of the invention.
WHAT IS CLAIMED IS:
1.  An apparatus for moving a spindle along a longitudinal axis, the apparatus comprising:
a spindle;
a drive member for moving said spindle over a range of travel along said longitudinal axis in a first direction;
means for applying a first force in combination with a second force to the spindle in the first direction;
a stop element arranged so as to disengage the second force, such that when said spindle is within a first portion of said range of travel, said first force is applied to said spindle in combination with said second force, and when said spindle is within a second portion of said range of travel, said stop element disengages said second force so only said first force is applied to said spindle.
2.  The apparatus of claim 1, wherein the drive member moves the spindle with an acceleration exceeding 20g.
3.  The apparatus of claim 1, wherein the spindle can remain stationary by deflection of only the first force.
4.  The apparatus of claim 3, wherein the deflection of the first force generates a machine readable signal that the spindle is stationary.
5.  The apparatus of claim 3, further comprising a strain gauge for generating a machine readable signal when the first force is deflected.
6.  A spindle driving assembly comprising:
a spindle;
a spindle drive member mounted for movement from a first position to a second position through a range of movement;
a first spring pressing on the spindle either directly or indirectly with a first force;
a second spring pressing a second force on the spindle in the spindle driving assembly either directly or indirectly; and
a stop element arranged to disengage the force of the of the second spring so that when the drive member is within a first portion of the range of movement, the first spring and the second spring press forces on the spindle and when the drive member is in a second portion of the range of movement, the stop element disengages the force applied by the second s pring on the spindle;
wherein movement of the drive member drives the spindle.
7.  The apparatus of claim 6, wherein during the first portion of the range of travel the spindle accelerates with an acceleration exceeding 20g.
8.  A method of moving a spindle along a longitudinal axis, the method comprising:
moving said spindle with acceleration during a first portion of a range of travel along said longitudinal axis;
moving said spindle with deceleration during a second portion of a range of travel along said longitudinal axis;
applying a first force and a second force to the spindle, either directly or indirectly, during the spindle acceleration in order to counter any resistance of the spindle to the acceleration;
disengaging the second force; and
applying only the first force to the spindle, either directly or indirectly, during the spindle deceleration.
9.  The method of claim 8, wherein the spindle moves with an acceleration exceeding 20g during the first portion of the range of travel.
Abstract of the Disclosure
An apparatus for moving a spindle along a longitudinal axis, the apparatus includes a spindle; a drive member for moving said spindle over a range of travel along said longitudinal axis in a first direction; a spring for applying a first force in combination with a second force to the spindle in the first direction; a stop element arranged so as to disengage the second force, such that when said spin dle is within a first portion of said range of travel, said first force is applied to said spindle in combination with said second force, and when said spindle is within a second portion of said range of travel, said stop element disengages said second force so only said first force is applied to said spindle.
Representative Drawing     Fig. 2
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