CN101059689B - 虚拟装配机系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种虚拟装配机系统。该系统在用户实际操纵真实装配机之前，能够通过动画模型或仿真模型来实现装配机。该系统能够通过用于装配机的动画或仿真，使用户可以学习关于装配机的操纵和维护的必要技术。该系统能够支持真实装配机的操纵环境，作为显示给用户的设置和动作的实例。该系统能够通过装配机的动画模型或仿真模型，实时地显示在装配机的用户手册中所描述的内容(装配机的组件结构、每个组件的功能、操作顺序、和操作方法)。

Description

虚拟装配机系统

技术领域

本发明涉及一种装配机系统(mounter system)，更具体来说，涉及一种虚拟装配机系统，其在用户实际操纵真实装配机(mounter)之前，能够通过动画模型(animation model)或仿真模型来实现装配机。

背景技术

一般来说，装配机可表示自动化地将诸如各种芯片、寄存器、电容器、晶体管等部件安装于特定电路板上的设备。

图1示出了一种常规装配机的示意图，其包括机器1和操作员计算机2。

机器1被实际操作，以在其上安装真实部件。

操作员计算机2执行机器1的操纵控制(driving control)。因此，操作员可通过操作员计算机2中所包括的操作程序控制机器1的启动、操纵、和管理。

另一方面，近来更加需要操作和管理装配机的专业人员。鉴于仅仅为培养专业人员而制备真实的装配机是很不经济的，因为这相当地昂贵。

此外，当在市场上销售最新开发的装配机时，用户难以学习全部操作(该机器及其操作程序)。即，装配机用户必须充分地学习该最新开发的装配机的手册，以使他/她能够熟练地处理该新开发机器的操作和维护，以避免在操作该机器时机器出现故障或受损。

然而，目前阶段，由于包括整个装置的结构和功能的手册需要被验证，所以常规方法要求很长的培训时间，直到用户熟练地操纵或维护新装配机。

发明内容

因此，本发明旨在提出一种虚拟装配机系统，用于基本上解决由于相关技术的局限和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种虚拟装配机系统，其能够通过用于装配机的动画或仿真，使用户可以学习关于装配机的操纵和维护的必要技术。

本发明的另一个目的在于提供一种虚拟装配机系统，其能够支持真实装配机的操纵环境，作为显示给用户的设置和动作的实例。

本发明的又一目的在于提供一种虚拟装配机系统，其能够通过装配机的动画模型或仿真模型，实时地显示在装配机的用户手册中所描述的内容(装配机的组件结构、每个组件的功能、操作序列、和操作方法)。

本发明的其它优点、目的、和特征将在随后的说明中部分地阐述，并且，对于本领域技术人员而言，部分地从随后的分析中变得显而易见。本发明的这些目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，如已在此实施和概括说明的，一种虚拟装配机系统包括：装配机，用于将部件安装于电路板上；以及操作员计算机，包括至少一个程序，该程序执行装配机的操纵控制、以及动画模型或仿真模型的运动控制，该动画模型或仿真模型多维地描绘装配机的构造。

优选地，程序提供图形用户界面，用于执行装配机的操纵控制和动画模型与仿真模型的动作控制(motion control)。

优选地，程序包括：操作程序，用于执行装配机的操纵控制；以及仿真程序，用于执行与操作程序有关的动画模型和仿真模型的动作控制。此处，操作程序包括用于执行装配机的操纵控制的多条命令，其中，多个命令包括用于执行动画模型和仿真模型的动作控制的命令。

优选地，如果用于操纵控制的命令对应于装配机的生产过程，则仿真程序使预先准备的动画模型运动，以虚拟地显示装配机执行生产过程的动作。此处，仿真程序还根据作为动画模型的装配机的生产过程的结果，显示形式上的完成产品。

优选地，当用于操纵控制的命令是要拆卸和/或组装装配机时，仿真程序使预先准备的动画模型运动，以虚拟地显示用于拆卸的连续动作和/或用于组装的连续动作。

优选地，当用于操纵控制的命令是装配机的结构和装配机中所包括的组件的位置时，仿真程序利用预先准备的动画模型，虚拟地显示装配机和装配机中所包括的这些组件的外观，这些组件的安装位置，用于这些组件的安装顺序的动作或用于这些组件的拆卸顺序的动作。

优选地，当用于操纵控制的命令是装配机中所包括的组件的操作时，仿真程序利用对应组件的预先准备的动画模型，虚拟地显示对应组件的动作。

优选地，当用于操纵控制的命令包括在用于制造装配机的产品的生产过程中所用的参数时，仿真程序根据参数的值控制仿真模型。此处，参数对应于在生产过程中当吸附或安装这些部件时所需要的输入数据。此处，输入数据包括：可表示生产过程中所用的电路板的尺寸和类型信息的数据；可表示传送电路板的传送装置的速度和宽度信息的数据；可表示在吸附部件时所用的供给装置的部件吸附位置的数据；可表示在吸附或安装部件时所用的喷嘴的尺寸和类型信息的数据；以及可表示在吸附或安装部件时所用的门架的每个轴的位置和当吸附或安装部件时门架在每个轴中的速度的数据。

优选地，操作程序还包括：在根据用于这些模型的动作控制执行动画模型和仿真模型的动作的同时，用于附加地控制放大、缩小、和旋转中的一种的命令。

在本发明的另一方面中，一种虚拟装配机系统包括：真实操作设备，其包括由多个组件构成的装配机，和用于执行装配机的操纵控制的操作员计算机；以及虚拟操作设备，其包括仿真计算机，用于根据来自操作员计算机的装配机的操纵控制，来执行用于装配机的仿真。

优选地，仿真计算机包括装配机的多维仿真模型，并利用仿真模型，根据装配机的操纵控制来执行仿真。

优选地，仿真计算机包括仿真模型，其用于装配机的组件结构、这些组件的操纵、用于装配机的部件、以及装配机所制造的产品。

优选地，用于装配机的这些组件的每个结构的仿真模型以预定顺序执行拆卸或组装。

优选地，利用用于装配机的这些组件的每个结构的仿真模型和用于装配机中所用的部件的仿真模型，使用于操纵这些组件的仿真模型以制造产品的顺序来运动。

在本发明的另一方面中，一种虚拟装配机系统包括：装配机；操作员计算机，其包括用于执行装配机的操纵控制的操作程序；仿真计算机，其包括仿真程序，共用用于执行装配机的操纵控制的界面来执行用于装配机的仿真；以及显示模块，其提供用于操纵操作程序的图形用户界面和显示仿真执行。

优选地，操作员计算机还包括至少一个界面模块，用于共同地发送操作程序的操纵控制至装配机和仿真计算机。

优选地，仿真计算机包括多维装配机中所包括的组件的多维动画模型，和用于制造产品而提供的部件的多维动画模型，其中，动画模型根据装配机的操纵控制的命令值来执行仿真。

在本发明的又一方面中，一种虚拟装配机系统包括：装配机，其由多个组件构成；第一计算机，其包括装配机的动画模型、装配机的仿真模型、以及利用动画模型执行动画和利用仿真模型执行仿真的第一程序；以及第二计算机，其包括第二程序，其用于向第一计算机提供对应于动画和仿真的执行命令。

优选地，使根据第二程序的执行命令操作的动画模型和/或仿真模型类似于装配机根据执行命令的动作而运动。

优选地，第二计算机共用用用于动画模型和/或仿真模型的动作的界面和用于装配机的动作的界面。

应该理解，以上对于本发明的一般性描述和以下的详细描述都是示例性的和说明性质的，目的在于对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

加入附图用于进一步理解本发明，并合并入本申请构成本申请的一部分，其示出了本发明的实施例，与说明书一起用于解释本发明。附图中：

图1示出了常规装配机的示意图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的虚拟装配机系统；

图3示出了根据本发明的第二实施例的虚拟装配机系统；以及

图4到图7示出了多个动画模型和仿真模型实例，其在根据本发明的虚拟装配机系统中使用。

具体实施方式

以下将参照本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。尽可能地，在所有附图中使用相同的参考标号表示相同或相似的部件。

下面将描述根据本发明的优选实施例的虚拟装配机系统。

本发明的虚拟装配机系统披露了装配机的用户手册的内容(即，用于装配机的组件的结构/位置/操作/动作、每个组件的功能、操作顺序、和操作方法)、用于制造产品的生产过程、在生产过程中每个组件所加工的产品的形式、装配机的拆卸(dissemble)顺序和组装顺序，以上这些通过动画模型或仿真模型来展示。

本发明的虚拟装配机系统被设计成如图2或图3所示。

图2示出了根据本发明的第一实施例的虚拟装配机系统。

参照图2，该虚拟装配机系统包括：操作员计算机10、装配机20、操作监视器13a、以及仿真监视器13b。

操作员计算机10包括操作程序11和仿真程序12。

操作程序11是用于执行常规装配机的操纵控制的程序。

仿真程序12执行与操作程序11相关的动画模型和仿真模型的动作控制。

装配机20是用于将电子元件实际安装在电路板上的设备。

操作监视器13a显示操作程序11的操作环境，以及仿真监视器13b显示仿真程序12的操作环境。

操作员计算机10通过操作程序11执行装配机20的操纵控制(driving control)。特别地，操作程序11为装配机20的操纵控制提供图形用户界面(GUI)。

装配机20的这种通过GUI所执行的操纵控制可应用于动画模型和仿真模型，以使这些模型能够运动(动画/仿真)。

更具体来说，操作程序11采用了用于装配机20的操纵控制的多个命令。

用于装配机20的操纵控制的命令还可包括用于动画模型和仿真模型的动作控制(motion control)的命令，其受仿真程序12控制。

将用于动画模型和仿真模型的动作控制的命令应用于真实装配机20，以使真实装配机20可被操作。

例如，动画模型(或仿真模型)根据一条命令的动作展示了用于真实装配机20的多维仿真动作，其中，真实装配机的多维仿真运动是用该同一命令来实现的。

换句话说，操作员计算机10执行动画模型和仿真模型的动作控制，其形成为由与操作程序11相关的仿真程序12所多维仿真的真实装配机20的形式。同时，根据与这些模型的动作控制相同的命令，真实装配机20类似于与其相对应的动画模型(或与其相对应的仿真模型)而动作。

下面是对多个实施例的描述，其中，操作程序11发送用于装配机20的动作控制的命令至仿真程序12。

首先，当用于操纵控制的命令对应于用于制造装配机20的产品的生产过程时，仿真程序12使其中所预备的动画模型运动。从而，在仿真监视器13b上虚拟地显示用于装配机20的产品的生产过程的动作。

特别地，在执行完用于真实装配机20的生产过程之后，仿真程序12还可将装配机20的完成产品的形式显示为特定动画模型。

当用于操纵控制的命令是用于制造装配机20的产品的生产过程时，其中，该命令包括生产过程中所用的参数值，仿真程序12不控制动画模型，而是根据参数值控制仿真模型。从而，通过仿真监视器13b显示对应的仿真模型。该参数值可表示通过操作程序11的GUI而由操作员输入的数据。特别地，该参数是在产品生产程序过程中当将电子部件吸附(absorb)于或安装于电路板上时所需要的输入数据。

此处，该输入数据包括：可表示生产过程中所用的电路板的尺寸和类型信息的数据；可表示传送电路板的传送装置的速度和宽度信息的数据；可表示在将部件(各种芯片、寄存器、电容器、晶体管、等等)吸附于电路板中时所用的供给装置的部件吸附位置的数据；可表示在吸附或安装部件时所用的喷嘴的尺寸和类型信息的数据；以及可表示在吸附或安装部件时所用的门架的X轴、Y轴、和Z轴的位置和当吸附或安装部件时门架在每个轴上的速度的数据。输入数据并不局限于以上所列出的，而是可以包括所有以下数据：其值可随着操作员在真实装配机20的动作控制的过程中输入至该数据的值而改变。

第二，如果用于操纵控制的命令是用于安装和/或拆卸装配机20，则仿真程序12使动画模型运动，该动画模型被预先准备以虚拟地显示拆卸过程的连续动作和/或安装过程的连续动作。

第三，当用于操纵控制的命令是装配机20的整体或部分结构以及装配机20中所包括的组件位置时，仿真程序12利用预先准备的动画模型，虚拟地显示装配机20的整体或局部外观以及装配机20中所包括的组件。仿真程序12还利用预先准备的动画模型，虚拟地显示装配机20中所包括的组件的外观、这些组件在装配机20上所安装的位置、这些组件的安装顺序的动作或拆卸顺序的动作。

第四，当用于操纵控制的命令是装配机中所包括的组件的动作时，仿真程序12利用预先准备的对应组件的动画模型，虚拟地显示对应组件的动作。

在根据操纵控制命令执行动画或仿真的同时，或在根据动作控制命令执行动画模型和仿真模型的动作的同时，操作程序还可包括用于附加地控制其放大、缩小、和旋转中的一种的命令。

本发明的操作员计算机10包括基于各种情况的多维的动画模型和仿真模型。此处，预先制造这些模型。

操作员计算机10包括多维动画模型或仿真模型，其仿真装配机20的形式，以利用动画模型或仿真模型，在装配机的操纵控制之下执行动画或仿真。

例如，操作员计算机10包括预先准备的仿真模型，其中，仿真模型由多个组件、当操纵组件且制造装配机20的产品时装配机20中所用的部件，以及装配机20所制造的产品的结构制造。特别地，用于每个组件的结构的仿真模型被制造成能够以预定顺序被拆卸或组装。从而，操作员能够利用每个组件的仿真模型来构造完整的装配机。此外，由于对应于该完整装配机的仿真模型是由多个组件的模型构成，所以每个组件能够一件一件地分开。可以在监视器上虚拟地进行该拆卸过程。

利用用于装配机20的每个组件的结构的仿真模型和用于制造装配机20的产品中所用的部件的仿真模型，来使用于组件的操纵的仿真模型以产品制造顺序运动。

此外，装配机20输入来自操作员计算机10中所包括的操作程序11的动作控制的命令，分析这些命令，然后基于分析结果操纵每个组件。

由多个组件构成的装配机20是实际将部件安装于电路板例如印刷电路板(PWB)上的设备。

例如，当将装配机20的组件分组时，其可以被分类为底部框架、PWB转移模块、元件供给模块、以及部件定位模块。

底部框架是支撑整个部件定位模块的单个组件。

PWB转移模块分类成输入传送装置、工作传送装置、以及输出传送装置。输入传送装置接收PWB，然后将PWB传送至工作传送装置中的部件安装工位。工作传送装置操作以使到达预定工位的PWB被止动装置停止，然后由固定板、弹簧上推装置、和真空吸附装置等固定至该位置。当完成部件安装工作时，输出传送装置将PWB传送至下一工序。

元件供给模块包括供给装置底座和供给装置。

元件定位模块包括：XY门架、视觉系统、定位头、自动喷嘴转换装置(ANC)、和喷嘴。XY门架包括一个公共的Y轴滑杆(或Y架)、和两个能够沿着Y轴滑杆运动的X轴架。自动喷嘴转换装置用于包括附加要求的喷嘴，以当每个定位头中使用新喷嘴时，使对应的喷嘴能够被自动地更换，而系统不停止。另一方面，有多种类型的喷嘴。

本发明的操作员计算机10包括分别用于装配机20的以上所列组件的动画模型或仿真模型，以使这些组件的动画模型或仿真模型能够被组装，以虚拟地产生完整装配机的形式。

操作员计算机10还包括用于各种类型喷嘴的仿真模型。另外，操作员计算机10更新有关于新喷嘴的信息。操作员计算机10还包括用于提供给装配机20的部件的仿真模型，这些元件基于仿真模型的类型以完成装配机20的产品。此处，这些部件包括各种芯片、寄存器、电容器、晶体管等等。操作员计算机10还包括应用于部件的与这些部件有关的喷嘴的仿真模型。

操作员计算机10还包括界面模块，用于将操作程序11的操纵控制发送至装配机20。特别地，动画模型或仿真模型的各种动作受操作程序11的操纵控制。

图3示出了根据本发明的第二实施例的虚拟装配机系统。图3的第二实施例由图2的第一实施例修改而来，因为操作员计算机10中的操作程序11和仿真程序12，相对于其硬件是分离的，以执行装配机200的操纵控制。此处，仿真程序用于执行动画模型和仿真模型的与操作程序有关的动作控制。

即，操作员100包括用于装配机200的操纵控制的操作程序，仿真计算机300包括用于动画模型和仿真模型的动作控制的仿真程序。

操作监视器110显示操作程序的操作环境。仿真监视器320显示仿真程序的操作环境。

仿真计算机300包括仿真数据库(DB)310，该数据库中保存上述的各种动画模型和仿真模型。

图3的结构示出了用于装配机200的真实操作设备，以及使用了仿真模型的虚拟操作设备，该仿真模型由装配机200的形式所仿真而来。

即，真实操作设备包括：由多个组件构成的装配机200；用于装配机200的操纵控制的操作员计算机100；以及显示模块，其提供用于处理操作员计算机100中所包括的操作程序的图形用户界面。

虚拟操作设备包括：仿真计算机300，其用于在操作员计算机100的操纵操作之下，执行用于装配机200的动画或仿真；以及显示模块，用于显示动画或仿真。

上述两个设备并非独立操作，而是一起操作。特别地，真实操作设备的操作员计算机100提供了用于对虚拟操作设备进行动作控制的命令。

在本发明的虚拟装配机系统中，操作员计算机100包括至少一个界面模块(未示出)，用于同时将操作程序的操纵控制发送至装配机200和仿真计算机300。换句话说，用于装配机200的操纵控制的界面通常用于执行用于装配机200的动画或仿真。

仿真DB 310还包括装配机200中所包括的组件的多维动画模型，以及制造特定产品所提供的部件的多维动画模型。这些动画模型根据操作员计算机200发送的装配机200的操纵控制，基于命令值来执行仿真。

操作员计算机100中所包括的操作程序与仿真计算机300中所包括的仿真程序一起工作，以执行各种动画或仿真工作。

操作程序包括用于支持各种动画或仿真工作的程序菜单。这些程序菜单包括用于输入当吸附或安装部件时在生产过程中所需要的数据的菜单。通过菜单对其输入数据值，其中，数据包括：可表示生产过程中所用的电路板的尺寸和类型信息的数据；可表示传送电路板的传送装置的速度和宽度信息的数据；可表示在吸附部件时所用的供给装置的部件吸附位置的数据；可表示在吸附或安装部件时所用的喷嘴的尺寸和类型信息的数据；以及可表示在吸附或安装部件时所用的门架的每个轴的位置和当吸附或安装部件时门架在每个轴上的速度的数据。

图4到图7示出了动画模型和仿真模型的多个实例，其用于根据本发明的虚拟装配机系统。

更具体来说，图4示出了一个模型，其示出了整个装配机的形式。

图5示出了图4的动画模型在操纵员根据他/她的意愿操纵组件的部件之后的模型。

图6和图7示出了仅放大该动画模型中的一个组件之后的放大模型。

可以在显示装置例如监视器上显示上述的动画模型或仿真模型的动作。

根据本发明，使得用户能够在相对较短的时间内，无需使用较昂贵的真实装配机，就可掌握和学习关于操纵和维护装配机的技术。

而且，由于本发明通过动画模型或仿真模型，能够实时地向用户提供类似于真实装配机的操纵环境的装配机操纵环境，装配机的手册中所描述的内容(装配机的组件结构、组件的功能、操作顺序、和操作方法)，所以其有效地向用户提供装配机设备的操纵和维护。

基于本发明的虚拟装配机系统，能够容易地制备新型装配机的平台。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

附图标号

图1

2操作员计算机

图2

10操作员计算机

11操作程序

12仿真程序

13a操作监视器

13b仿真监视器

图3

100操作员计算机

110操作监视器

300仿真计算机

320仿真监视器

Claims (9)

1.一种虚拟装配机系统，包括：

装配机，用于将部件安装于电路板上；

操作员计算机，其包括操作程序和仿真程序，所述操作程序用于利用多个命令来执行所述装配机的操纵控制，以及所述仿真程序用于利用操纵控制所述装配机所应用的命令来执行动画模型或仿真模型与所述操作程序有关的动作控制，其中，当用于所述操纵控制的命令包括在制造所述装配机的产品的生产过程中所使用的参数时，所述仿真程序根据所述参数的值控制所述仿真模型，所述动画模型或所述仿真模型多维地描绘所述装配机的构造；以及

监视器，其显示经过所述动作控制的所述动画模型或所述仿真模型的动作，

其中，所述程序对所述动画模型或所述仿真模型进行控制使得所述动画模型或所述仿真模型的动作与当施加相同命令时的装配机的运动相互一样，其中，所述参数对应于在所述生产过程中吸附或安装所述部件时所需要的输入数据，

并且其中，在操作员计算机执行动画模型和仿真模型的动作控制的同时，根据与这些模型的动作控制相同的命令，真实装配机类似于与其相对应的动画模型或仿真模型而动作。

2.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，所述程序提供图形用户界面，用于执行所述装配机的操纵控制和所述动画模型与所述仿真模型的动作控制。

3.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，如果用于所述操纵控制的所述命令对应于所述装配机的生产过程，则所述仿真程序使预先准备的动画模型运动，以虚拟地显示所述装配机执行所述生产过程的动作。

4.根据权利要求3所述的虚拟装配机系统，其中，所述仿真程序还根据作为动画模型的所述装配机的所述生产过程的结果，显示完成产品的形式。

5.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，当用于所述操纵控制的所述命令是要拆卸和/或组装所述装配机时，所述仿真程序使预先准备的动画模型运动，以虚拟地显示用于所述拆卸的连续动作和/或用于所述组装的连续动作。

6.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，当用于操纵控制的所述命令是所述装配机的结构和所述装配机中所包括的组件的位置时，所述仿真程序利用预先准备的动画模型，虚拟地显示所述装配机和所述装配机中所包括的所述组件的外观，所述组件的安装位置，用于所述组件的安装顺序的动作或用于所述组件的拆卸顺序的动作。

7.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，当用于所述操纵控制的所述命令是所述装配机中所包括的组件的操作时，所述仿真程序利用预先准备的对应组件的动画模型，虚拟地显示所述对应组件的动作。

8.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，输入数据包括：

表示所述生产过程中所使用的电路板的尺寸和类型的信息的数据；

表示传送所述电路板的传送装置的速度和宽度的信息的数据；

表示在吸附所述部件时所使用的供给装置的部件吸附位置的数据；

表示在吸附或安装所述部件时所使用的喷嘴的尺寸和类型的信息的数据；以及

表示在吸附或安装所述部件时所使用的门架的每个轴的位置和在吸附或安装所述部件时所述门架在每个轴上的速度的数据。

9.根据权利要求1所述的虚拟装配机系统，其中，所述操作程序还包括：在根据用于所述动画模型和所述仿真模型的动作控制来执行所述模型的动作的同时，用于附加地控制放大、缩小、和旋转中的一种的命令。

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