CN105073275A - 在分配系统中用于高度传感器的自动位置定位器 - Google Patents

在分配系统中用于高度传感器的自动位置定位器 Download PDF

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Abstract

在分配系统(10)中确定高度传感器(21)的位置的装置和方法。所述分配系统(10)包括分配器(16)、高度传感器(21)、相机(20)以及被配置成从所述高度传感器(21)接收信号(142)的校准设备(66)。所述校准设备(66)可以包括响应于从所述高度传感器(21)接收到光而生成对准信号(142)的光学传感器(64)和/或使所述高度传感器(21)响应于检测到的高度变化而生成所述对准信号(142)的基准。所述对准信号(142)被用来自动地确定所述高度传感器(21)与所述校准设备(66)对准所在的位置。所述高度传感器(21)相对于相机(20)的位置是通过使所述相机(20)与所述校准设备(66)对准并且记录其位置来确定的。所述相机(20)的已记录坐标与所述高度传感器(21)在所述高度传感器(21)自动地与所述校准设备(66)对准时的坐标相比较。

Description

在分配系统中用于高度传感器的自动位置定位器
技术领域
本发明一般地涉及用于分配流体材料的装置和方法，并且更具体地，涉及用于确定高度传感器相对于分配组件中的分配器的位置的装置和方法。
背景技术
流体分配器在电子工业中通常被用来将高度粘稠的流体材料的微小量或微滴选择性地分配到电子基板(诸如电路板)上。通常用于此目的的分配器的类型包括针、喷雾器以及喷射分配器。施加流体材料的分配阀或分配器通常是包括相机和高度传感器的分配组件的一部分。为了分配流体材料，分配组件由诸如x-y定位器的机器人跨越承载部件的电路板的表面按照图案移动。为了提供准确的分配，必须准确地知道在分配器的x-y栅格上的水平位置和分配器的高度(z)两者，使得流体被分配在电路板上的期望位置处，并且以防止分配器与电路板部件之间的有害接触。因此，有必要知道分配器相对于流体材料将被沉积在的电路板上的位置的位置。
现有技术的使用接触高度的X-Y偏移校准
当将诸如粘合剂的材料的微滴分配到基板上以将部件附着到基板或者在基板上底部填充部件时，有必要知道部件在基板上的x-y-z位置，或更精确地说，材料将被分配所在的表面在基板上或在部件上的x-y-z位置。为了确定这些x-y-z位置，相机和高度传感器连同分配器一起安放在系统中的x-y机器人上。然后基于来自相机的图像确定部件的x-y位置，并且随着相机和高度传感器跨越基板移动而从高度传感器确定z位置。分配器被承载在上下移动分配器的z头部上。
更具体地，系统使用相机通过在基板上的部件上方移动相机来产生部件的x-y图。系统然后同样地在基板的部件上方移动高度传感器，并且连同相机-高度传感器偏移(在下面描述)一起，产生零件/基板的x-y-z地形图。考虑到此地形图和相机-分配器阀偏移(在下面描述)，系统能够在所期望的x-y位置和高于基板所期望的距离z处分配。通过在高于基板所期望的距离z处分配，系统能够确保分配器不接触基板上的部件中的任一个并且在对于分配适当的过程高度下行进。
参考图1，相机-分配器偏移被确定如下。被称为“服务站”的区域被设置在其中执行了校准和其它功能的x-y机器人的旁边。服务站有被用来校准分配器的位置的校准表面1。分配组件在校准表面1上向x-y位置2移动，并且位置2的x-y坐标是通过记录X驱动器和Y驱动器在分配组件处于位置2情况下的编码器计数来记录的。例如，X驱动编码器计数可能是500并且Y驱动编码器计数可能是1000，使得位置2的(x,y)坐标将是(500,1000)。分配器然后在分配组件处于x-y位置2中情况下将材料的微滴分配到校准表面1上。然后在材料的微滴上方移动相机，使得相机的十字准线以微滴为中心。分配组件的x-y位置3的x-y坐标然后采用以微滴为中心的相机加以记录。例如，采用以微滴为中心的相机所记录的x-y位置3可能是(600,1200)。因此，相机的十字准线在该示例中在x和y上与分配器的中心线间隔开一定距离。使用相机作为参考位置，分配组件在分配器处于校准位置中和相机处于校准位置中情况下的x-y位置2、3之间的差是相机-分配器偏移向量4。在这种情况下，相机-分配器偏移向量4将是(500-600,1000-1200)或(-100,-200)。例如，每个编码器计数可能在距离上等于1mm。因此，在此示例中，分配器在X轴上位于相机左边100mm处并且在Y轴上位于相机“下方”200mm处，所以偏移向量是(-100mm,-200mm)。
现在参考图2，能够确定相机-高度传感器偏移向量如下。过去，使用了具有小探针的接触型高度传感器，所述小探针接触基板以确定基板的高度。美国专利No.6,955,946描述了4列、48-64行的现有技术的接触型高度传感器。采用这种高度传感器，分配组件被移动以将高度传感器探针定位在校准表面1上方。然后降低高度传感器以进行缩进，或者在校准表面1上的可变形固体中做出校准标记，并且记录分配组件的x-y位置5。例如，可以将分配组件在校准标记的形成期间的位置5确定为(800,1600)。然后，在校准标记上方移动相机，使得相机的十字准线以校准标记为中心，并且记录了分配组件的x-y位置6。在此示例中，分配组件在相机与校准标记对准时的x-y位置6是(1100,1700)。再次使用相机作为参考点，分配组件在高度传感器处于校准位置中和相机处于校准位置中情况下的x-y位置5、6之间的差是(800-1100,1600-1700)或(-300,-100)，其为相机-高度传感器偏移向量7。
现在参考图3，在一些系统中还可能期望知道高度传感器与分配器之间的偏移向量或高度传感器-分配器偏移向量8。能够根据相机-分配器偏移向量4和相机-高度传感器偏移向量7通过确定向量4、7之间的差来确定高度传感器-分配器偏移向量8。例如，在已确定相机-分配器偏移向量4是(-100,-200)并且相机-高度传感器偏移向量7是(-300,-100)后，使用分配器作为参考，高度传感器与分配器之间的偏移向量能够根据那两个偏移值被确定为(-300-(-100),-100-(-200))或(-200,100)。包括像先前所描述的那样使用相机和高度传感器确定的所有部件位置的坐标的x-y-z地形图然后与相机-分配器偏移向量4以及可选地高度传感器-分配器偏移向量8一起使用，以在基板上的期望位置处并且从高于基板的适当高度分配材料。
现有技术的使用激光高度传感器的X-Y偏移校准
最后确定了使用与基板进行接触的高度传感器是不可取的，所以最近已在本领域中使用了诸如激光高度传感器的非接触高度传感器。现在参考图4，激光高度传感器9使用三角测量方法来确定基板高度。为此目的，激光束11被向下投射到目标表面13。光束15然后被从目标表面13反射回到传感器9。反射光束15通过接收器透镜17被聚焦并且投射到传感器9内的电荷耦合器件(CCD)19上。CCD19针对每个像素来检测反射光束15的激光分布的峰值并且确定精确的目标13位置。随着目标位移相对于传感器9改变，反射光束15的位置在CCD19上改变。反射光束15在CCD19上的位置的测量从而提供对各种目标表面类型的稳定且准确的高度感测。
为了在使用激光高度传感器时确定相机-高度传感器偏移向量，校准标记被放置在服务站校准表面上，并且激光束斑手动地(即在视觉上)以校准标记为中心。在已经以这种方式手动地定位激光高度传感器之后，记录了传感器的(x,y)坐标并且以如针对接触高度传感器上面所描述的相同方式确定了相机-高度传感器偏移向量。然而，此方法有两个问题。第一问题是依靠操作员手动地将激光斑定位在校准标记上引入认为误差，因为一个人必须在视觉上判断非常微小的激光斑何时集中在校准标记上。这可能导致一百微米的误差或更多偏移校准标记的真实中心。考虑到当在小部件上分配微小材料点时在电子工业中所需的高精度水平，当分配材料点时为100微米或更偏移目标可能是不可接受的。第二问题是考虑到操作员必须看明亮激光当前方法对操作员的眼睛有压力。当在视觉上将激光定位在校准标记上时对操作员的这个压力可能引起甚至更多的不准确。
因此，用于确定非接触高度传感器(诸如激光高度传感器)的位置的改进的装置和方法是需要的。这些改进的装置和方法应该是更准确的并且对操作员不太有压力，或者去除了操作员执行非接触高度传感器对准任务的需要。通过更准确地定位高度传感器，能够创建基板上的部件的更准确的地形图，这将使得系统能够将材料更准确地分配到基板上。
发明内容
在一个实施例中，一种装置包括：高度传感器，所述高度传感器被配置成发射电磁辐射；分配阀，所述分配阀被配置成在基板上分配材料；以及相机。定位器被配置成支撑高度传感器、相机以及分配阀并且相对于基板移动作为组件的高度传感器、相机以及分配阀。所述装置还包括：控制器，所述控制器与定位器、高度传感器、分配阀以及相机通信；以及服务站，所述服务站包括校准设备，所述校准设备被配置成接收从高度传感器所发射的电磁辐射并且被配置成当电磁辐射被校准设备接收到时使对准信号被传送给控制器。
在另一实施例中，呈现了在分配系统中确定高度传感器的位置的方法。所述方法包括相对于校准设备移动高度传感器以便使由高度传感器所发射的电磁辐射与校准设备对准。响应于由高度传感器所发射的电磁辐射的接收，利用校准设备生成了对准信号。所述方法还包括响应于生成对准信号而确定高度传感器的平面中的位置。
附图说明
附图被并入本说明书并且构成本说明书的一部分，附图图示本发明的各种实施例，并且连同上面给出的本发明的一般描述和在下面给出的实施例的具体描述一起，用来说明本发明的实施例。
图1是图示布置在分配组件中的分配阀与相机之间的偏移向量的图解视图。
图2是图示图1的布置在分配组件中的高度传感器与相机之间的偏移向量的图解视图。
图3是图示图1和图2的分配阀、相机与高度传感器之间的偏移向量的图解视图。
图4是激光高度传感器的剖面立体图。
图5是依照本发明的实施例的流体材料分配系统的图解视图。
图6是图示控制器、具有相机和高度传感器的分配组件以及具有校准设备的服务站的图5的流体材料分配系统的示意图。
图7A-7D是图示来自图6的校准设备的各种实施例的细节的图解视图。
图8是图示校准设备和包括分配器卷线机的相机位置校准站的图6的服务站的立体图。
图8A是图8的分配器卷线机的立体图。
图9是在图8的服务站处的校准设备的顶视图。
图9A是如在相机的视场中看见的图9的校准设备的图解视图。
图10是校准设备在高度传感器的光束斑入射在服务站的顶面上情况下的顶视图。
图11是图示由图6中的校准设备所生成的对准信号的线图。
图12是本发明的替代实施例中的校准设备的顶视图。
图13是由高度传感器响应于与图12的校准设备的交互而生成的对准信号的曲线图。
具体实施方式
本发明的实施例针对用于自动地确定分配组件中的分配阀和高度传感器的相对位置的装置和方法。该装置包括使对准信号响应于来自高度传感器的电磁辐射与校准设备对准而被生成的校准设备并且与该校准设备处于非接触关系。在一个实施例中，该校准设备包括响应于由高度传感器中的激光器所发射的光束的接收而生成对准信号的光学传感器。在另一实施例中，该校准设备包括具有可检测高度变化的基准特征件，并且高度传感器响应于检测到高度变化而生成对准信号。在任一实施例中，高度传感器在水平或x-y参考平面中的绝对位置是响应于对准信号指示来自高度传感器的电磁辐射与校准设备对准而确定的。然后可以通过将校准设备选择性地定位在相机的视场中来确定高度传感器在同一x-y参考平面中相对于相机的位置或高度传感器与相机之间的相机-高度传感器“偏移向量”。可以通过使相机的十字准线与校准设备对准并且记录与分配组件的位置相对应的(x,y)坐标(例如，(x,y)编码器计数)来确定相机-高度传感器偏移向量。在记录分配组件的位置之后，可以使高度传感器与校准设备对准，并且记录分配组件的新位置的(x,y)坐标。然后能够比较这两个位置的坐标以像相对于接触和激光高度传感器上面所描述的那样类似地确定相机-高度传感器偏移向量。然后能够像上面所描述的那样确定相机-分配器偏移向量。此相机-高度传感器偏移然后被用来比可能在先前在视觉上或手动地对准的高度传感器情况下更准确地将材料分配到点子基板上。还可以视需要基于相机-高度传感器偏移向量和相机-分配器偏移向量高度来确定传感器相对于分配阀的位置或高度传感器-分配器偏移向量作为另一组偏移坐标。
参考图5和图6，材料分配系统10包括柜子12，其在所图示的实施例中包括由面板部分地覆盖的互连的水平横梁和垂直横梁的框架和分配组件14。分配组件14包括用于将受控量的流体材料选择性地分配到基板18(诸如电路板)上的分配阀16。分配组件还包括相机20和高度传感器21。高度传感器21可以包括激光器22。分配阀16可以是针分配器、喷雾分配器、喷射分配器，或适合于将诸如粘合剂、环氧树脂或焊膏的流体从流体材料储器23分配到基板18上的任何其它设备。在采用喷射分配器阀的实施例中，流体材料可以作为流体材料的一个或多个微滴24被分配。分配组件14耦合到被配置成选择性地将分配组件14定位在包括基板18和服务站28的工作区域26上方的定位器25。定位器25可以是三轴定位器，所述三轴定位器包括被配置成在高于工作区域26的水平平面中移动分配组件的独立可控的x轴驱动器30和y-轴驱动器32，以及被配置成调整分配组件14和/或分配阀16相对于工作区域26的高度的z-轴驱动器34。定位器25从而可以为分配组件14提供三个基本上垂直的运动轴。尽管分配组件14在所图示的实施例中被示出为通过z-轴驱动器耦合到x-y定位器，但是本领域的普通技术人员将理解，能够使用其它机构来定位分配组件14。例如，定位器25可能是具有多个单轴旋转接头的机动臂。
现在参考图6，分配系统10包括可以为安装在柜子12中的计算机的控制器36。控制器36可以被配置成通过协调分配组件14的移动和分配阀16的致动来为分配系统10提供总体控制。控制器36包括处理器38、存储器40、输入/输出(I/O)接口42以及用户接口44。处理器38可以包括从微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路中选择的一个或多个设备，或基于被存储在存储器40中的操作指令来操纵信号(模拟或数字)的任何其它设备。存储器40可以是单个存储器设备或多个存储器设备，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪速存储器、高速缓存存储器，或能够存储数字信息的任何其它设备。存储器40还可以包括诸如硬盘、光学驱动器、磁带驱动器、非易失性固态设备的大容量存储设备(未示出)，或能够存储数字信息的任何其它设备。
处理器38可以在驻留在存储器40中的操作系统46的控制下操作。操作系统46可以管理控制器资源，使得作为一个或多个计算机软件应用(诸如驻留在存储器40中的控制器应用48)具体化的计算机程序代码可以具有由处理器38执行的指令。在替代实施例中，处理器38可以直接执行应用48，在这种情况下可以省略操作系统46。一个或多个数据结构50还可以驻留在存储器40中，并且可以由处理器38、操作系统46和/或控制器应用48用来存储或登记数据，诸如系统校准参数或位置坐标值。
I/O接口42在操作上将处理器38耦合到分配系统10的其它部件，包括分配阀16、相机20、高度传感器21以及x轴驱动器30、y轴驱动器32和z轴驱动器34。I/O接口42还可以将处理器38耦合到x轴编码器52、y轴编码器54、以及z轴编码器56。编码器52、54、56可以向控制器36提供指示分配组件14在包括笛卡尔(Cartesian)坐标系63的三个通常垂直的运动轴58、60、62中的每一个中的位置的信号。为此目的，编码器52、54、56可以生成反映轴驱动器30、32、34中的相应一个的操作的信号。在本发明的实施例中，编码器可以通过编码器计数来指示它们已移动了分配组件14的位置。例如，在编码器计数可以在距离上表示1mm的系统中，x驱动器编码器的编码器计数1000将指示编码器已将高度传感器移动到与编码器的计数0参考点相距1000mm的位置。在这种情况下，来自编码器用于x驱动器的信号将表示1000的编码器计数。
I/O接口42还可以耦合到作为高度传感器位置校准设备66的一部分的光学传感器64。校准设备66可以位于服务站28中以提供用于校准相机20和高度传感器21的相对位置(即，相机-高度传感器偏移向量)的固定位置参考。校准设备66从而可以被用来确定相机20与高度传感器21之间的相机-高度传感器偏移向量。在本发明的实施例中，光学传感器64可以被安装在服务站28的表面70中的孔径68之下，并且可以包括光敏元件，诸如光电二极管、光电晶体管或电荷耦合器件(CCD)。在本发明的实施例中，校准设备66还可以包括具有在高度上足以由高度传感器21检测到的阶跃变化的基准特征件。此基准特征件可以由孔径68或者由从服务站28的表面70垂直地延伸的凸起特征件72(图7D)提供。在具有基准特征件68、70的实施例中，可以省略光学传感器64。
I/O接口42可以包括支配传入信号和传出信号使得信号与处理器38以及该处理器38耦合到的部件兼容的信号处理电路。为此目的，I/O接口42可以包括模拟至数字(A/D)和/或数字至模拟(D/A)转换器、电压电平和/或频移电路、光学隔离和/或驱动器电路，和/或适合于将处理器38耦合到分配系统10的其它部件的任何其它模拟或数字电路。
用户接口44可以以已知方式在操作上耦合到控制器36的处理器38以允许系统操作员与控制器36交互。用户接口44可以包括显示器74和控制面板76(图5)。显示器74可以包括视频监视器、字母数字显示器、触摸屏、扬声器以及能够将信息提供给系统操作员的任何其它适合的音频和视觉指示器。控制面板76可以包括能够接受来自操作员的命令或输入并且将所送入的输入发送给处理器38的诸如字母数字键盘、指示设备、小键盘、按钮、控制旋转、麦克风等的输入设备和控件。以这种方式，控制面板76可以例如在设置、校准以及流体材料装载期间使得能实现系统功能的手动启动。
控制器应用48可以被配置成选择性地激活轴驱动器30、32、34以在三维笛卡尔坐标系63中在工作区域26上方移动分配组件14。控制器应用48还可以基于从轴编码器52、54、56接收到的信号高精度地确定分配组件14的位置，并且基于存储在存储器40中的操作指令以期望方式选择性地激活分配阀16以分配流体材料。可以使用z轴驱动器34来升高和降低分配组件14和/或分配阀16以从高于工作区域26的各种高度分配流体材料，或者以清除安装在基板18上的部件。
分配阀16、相机20、高度传感器21作为一单元连同分配组件14一起移动。相机20包括适合的成像设备(诸如CCD)，并且还可以包括被配置成照射正被成像的工作区域的区的光源(未示出)。相机20有表示在相机的成像器上捕获的检查区域的视场。随着定位器25相对于基板18和服务站28移动分配组件14，由相机20的视场所覆盖的区域改变。相机20和高度传感器21经由I/O接口42在操作上耦合到处理器38。I/O接口42可以向相机20和高度传感器21提供电力，以及将表示由相机20所捕获的图像的信号和/或由高度传感器21所发送的数据传送给处理器38。控制器应用48可以基于从高度传感器21接收到的高度数据来确定在基板18上方的高度传感器21、在基板上的部件以及服务站28的高度。
现在参考图7A和图7B，校准设备66可以包括通常定位在孔径68下方的光学传感器64。光学传感器64可以是检测从高度传感器21的激光器22发射的光的任何适合的传感器。光学传感器64可以包括光纤92，所述光纤92具有被配置成从激光器22接收光束96的第一端94，以及光学上将光束96耦合到光学接收器102的光敏器件100的第二端98。
如图7A中最好地图示的，光纤92的第一端94可以被定位在孔径68下方。然而，在替代实施例中，光纤92的第一端94可以贯穿孔径68，使得第一端94与服务站28的表面70齐平或者在服务站28的表面70上方延伸，如图7B中所示。本领域的普通技术人员因此将理解，本发明的实施例不限于光纤92的第一端94或甚至包括光纤92的光学传感器64的特定位置。例如，光学传感器64可以被配置为使得光敏器件100在没有光纤92的情况下从高度传感器21直接接收光束96。例如，在替代实施例中，能够将光敏器件100定位在孔径68中。
光纤92可以由任何适合的光学上透明的材料(诸如玻璃)形成，并且被配置成捕获入射在第一端94上的光束96并且通过光纤92将这个捕获的光束96耦合到光学接收器102。光学接收器102可以包括光敏器件100以及具有耦合到控制器36的I/O接口42的输出端106的放大器104。光敏器件100可以是光电二极管、光电晶体管、CCD，或将所接收到的光束96转换成被提供给光学接收器102的放大器104的电信号108的任何其它适合的器件。光学接收器102可以被配置为使得在放大器104的输出端106处的信号有对应于光束96的强度的振幅。也就是说，放大器104的输出106可以是具有与入射在光纤92的第一端94上的光的强度相对应的电压电平或电流电平的模拟信号。在本发明的替代实施例中，光学接收器102可以包括比较器或将电信号108转换成具有经由I/O接口42被发送给控制器36的一个或多个数据位的数字信号的多位A/D转换器(未示出)。
现在参考图7C和图7D，在本发明的替代实施例中，校准设备66可以包括具有在服务站28的表面70与高度传感器21之间的距离上提供阶跃变化的边缘的基准。此基准可以包括开口，诸如图7C中所示出的孔径68或图7D中所示出的凸起特征件72。看情形而定，当高度传感器21处于使光束96入射在孔径68或凸起特征件72上的位置中时由基准所提供的高度方面的阶跃变化可以由高度传感器21检测到。具有包括具有阶跃高度变化的基准的校准设备66的本发明的实施例从而可以允许高度传感器21的位置基于由高度传感器响应于检测到该基准而生成的对准信号被确定。包括具有阶跃高度变化的基准的本发明的实施例因此可以省略光学传感器64。
现在参考图8，服务站28的实施例的立体图被呈现为示出校准设备66、称重站110、清除站112、z高度校准站114以及相机位置校准站116。称重站110包括被配置成从分配阀16接收流体材料的一个或多个微滴24的秤盘118。秤盘118称微滴24重量并且提供与沉积在秤盘118中的材料的质量有关的信息，使得分配系统110可以校准由分配阀16沉积的流体材料的量。清除站112可以包括被配置成接收从分配阀16清除的废料的储器122。
z高度校准站114包括压敏区124，其可以由被配置成响应于通过分配阀16接触而将信号提供给控制器36的z高度开关(未示出)组成。为了相对于高度传感器21的高度校准分配阀16的高度，分配组件14可以被定位为使得高度传感器21在校准站114的压敏区124上方。然后使用高度传感器21来确定高度传感器21与压敏区124之间的距离，并且所确定的高度被控制器应用48登记在存储器40中。分配组件14然后可以被定位为使得分配阀16在压敏区上方。然后可以通过z轴驱动器34降低分配阀16直到阀16接触压敏区124为止，从而激活z高度开关。响应于z高度开关的激活，控制器应用48可以基于从z轴编码器56接收到的信号来确定分配阀16的z轴位置。然后可以基于分配阀16的当前z轴位置以及存储器40中所登记的高度传感器21的高度来确定分配阀16与高度传感器21之间的z轴偏移。
现在参考继续参考图8的图8A，相机位置校准站116可以包括被配置成提供干净校准表面128以用于承受校准点130的分配卷线机126。为了校准分配阀16相对于相机20的位置，控制器应用48可以通过使线轴134旋转来使分配卷线机126送进薄膜带132。干净校准表面128从而可以由薄膜带132的新鲜段提供。控制器应用48然后可以采用定位器25将分配阀16定位在校准表面128上方并且登记分配组件14的x轴坐标和y轴坐标。然后可以从分配阀16排出流体材料的微滴24以在分配阀16下方的校准表面128上形成校准点130。控制器应用48然后可以移动分配组件14，使得校准点130在相机20的视场内。基于由相机20所提供的图像，控制器应用48可以微调分配组件14的位置直到相机20的视场中的预定义位置(诸如十字准线)或其它标度线136(图9)与校准点130对准为止。然后可以将分配组件14的当前的x轴坐标和y轴坐标(即编码器计数)与当校准点130被沉积时从x轴编码器52和y轴编码器54获得的已登记坐标(即编码器计数)相比较以确定分配阀16到相机20的相对位置。这些坐标(即编码器计数)然后被利用来像先前所描述的那样确定相机-分配器偏移向量。
图9图示在示出孔径68和光纤92的第一端94的校准设备66附近的服务站28的表面70的放大顶视图。图9A图示在相机20被定位在示出与孔径68和光纤92的第一端94对准的标度线136的校准设备66上方的同时通过相机20图9中所示出的服务站28的区域的示例性视图。尽管光纤92的第一端94被示出为在图9A中可见，但是应该理解在本发明的一些实施例中，光纤92的第一端94通过相机20可能不可见。例如，光纤92的第一端94可能被充分地定位在孔径68下方，使得第一端94在由相机20所捕获的图像中不可见。在光纤92的第一端94不可见的情况下，标度线136可以简单地与孔径68对准。
为了校准相机20相对于高度传感器21的位置，控制器应用48将相机20定位在校准设备66上方。类似地如相对于校准点130所描述的，控制器应用48基于从相机20获得的图像来移动相机20直到它的十字准线与校准设备66对准为止。然后可以在十字准线与校准设备66对准的同时从x编码器驱动器和y编码器驱动器确定分配组件14的x-y位置。控制器应用48然后将从x轴编码器52和y轴编码器54分别获得的x坐标和y坐标记录在存储器40中。
图10图示校准设备66在高度传感器21被定位在校准设备66上方时的顶视图。在此位置中，可以通过高度传感器21的激光器22将激光点138投射到服务站28的表面70上。为了确定使高度传感器21与校准设备66对准的坐标，控制器应用48可以移动分配器组件14(并且因此通过延伸移动高度传感器21)，使得激光点138沿着第一轴139(例如，x轴)跨越校准设备66移动并且横穿孔径68。随着激光点138越过校准设备66经过孔径68的激光可以被光纤92的第一端94捕获到并且发送给光学接收器102。
现在参考图11并且继续参考图10，由光学传感器64所生成的对准信号142的曲线图示出对准信号142的振幅与激光点138沿着第一轴139的位置之间的示例性关系。响应于接收到所捕获的光，光学接收器102将对准信号142发送给控制器36。在本发明的实施例中，控制器应用48首先借助于以下三个步骤确定高度传感器21在激光点138沿着第一轴139(例如，x轴58)定中心时的位置：(1)控制器应用48随着激光点138跨越校准设备66移动而从编码器52获得x坐标；(2)控制器应用48确定信号142的最大值146；以及(3)控制器应用48登记与对准信号142的最大值146相对应的第一轴139的坐标147(例如，x轴编码器52的输出，在下文中被称为“传感器x坐标”)。此传感器x坐标然后被用来定位分配器，使得激光点138像图10中所示出的那样与第二轴144对准。
使用传感器x坐标作为与第二轴144的交叉点相对应的第一轴坐标，控制器应用48接下来借助于以下三个步骤确定高度传感器21在激光点138沿着第二轴144(例如，y轴60)定中心时的位置：(1)控制器应用48随着激光点138跨越校准设备66移动而从编码器54获得y坐标；(2)控制器应用48确定信号的最大值；以及(3)控制器应用48登记与对准信号的最大值相对应的第二轴144的坐标(例如，y轴编码器54的输出，在下文中被称为“传感器y坐标”)。这两个坐标(传感器x坐标和传感器y坐标)包括分配组件14在高度传感器21与校准设备66对准时的坐标。
在已确定分配组件14在高度传感器21与校准设备66对准时的坐标后，相机的十字准线然后定中心在校准设备66上方或者与校准设备66对准，并且记录了分配组件14在相机处于此对准位置中情况下的坐标。然后像先前所描述的那样根据所记录的分配组件坐标确定相机-高度传感器偏移向量。
现在参考图12和图13，在本发明的替代实施例中，控制器应用48可以确定基于由高度传感器21所生成的对准信号148来使高度传感器21与校准设备66对准的坐标。在这种情况下，对准信号148将表示高度传感器21与服务站28的表面70之间的检测距离。控制器应用48将移动高度传感器21，使得激光点138在基准特征件150上方沿着第一轴139(例如，x轴)跨越校准设备66(图12)。基准特征件150可以包括限定可由高度传感器21感知的阶跃高度变化的边缘。基准特征件150可以包括孔径68、突起特征件72，或具有可检测高度变化的任何其它适合的特征件。
随着激光点138跨越基准特征件150的边缘移动，对准信号148将经历由线段152所表示的第一电平变化。控制器应用48响应于对准信号148中的第一变化而登记第一轴139的第一坐标154。随着控制器应用48继续移动高度传感器21使得激光点138跨越基准特征件150移动，对准信号随着高度传感器21越过基准特征件150而经历第二变化(由线段156表示)。控制器应用48响应于对准信号148的第二变化而登记第一轴139的第二坐标158。控制器应用48然后可以通过计算第一坐标154与第二坐标158之间的中点160(在下文中被称为“基准x坐标”)来确定与分配组件14在高度传感器21与基准特征件150对准时的位置相对应的第一轴139的坐标。基准x坐标然后被用作第二轴144(例如，y轴)的x坐标。高度传感器21然后沿着第二轴144移动以沿着基准特征件150的第二轴144查找类似的中点坐标(在下文中被称为“基准y坐标”)。基准x坐标和基准y坐标然后被记录为分配组件14在高度传感器21与基准特征件150对准时的坐标。基准x坐标和基准y坐标然后与对应于与基准特征件150对准的相机20的十字准线的分配组件14的坐标相比较。使用这两组坐标，然后像先前所描述的那样确定了相机-高度传感器偏移向量。
在已确定相机-分配器偏移向量和相机-高度传感器偏移向量后，能够视需要像关于图3上面所描述的那样基于这些偏移向量来确定分配器-高度传感器偏移向量。而且，在已依照本发明自动地确定相机-高度传感器偏移向量、依照背景技术部分中描述的现有技术确定相机-分配器偏移向量、并且根据那两个偏移向量确定分配器-高度传感器偏移向量后，这些偏移向量然后能够被用来将分配组件14定位在基板18上方以在基板上所期望的x-y位置处并且从所期望的高度比可能在现有技术中更准确地分配材料。
此外，借助于本发明，材料的这个更准确的分配是以在避免在其中操作员被要求在视觉上使激光高度传感器例如与服务站上的校准标记对准的现有系统中引起的不准确以及对操作员的压力的过程中自动地使高度传感器与校准设备对准的方式完成的。
通过示例而不通过限制的方式进行本文对诸如“垂直”、“水平”等的术语的参考，以建立绝对参考系。特别地，由本文中限定的x运动轴58、y运动轴60以及z运动轴62所建立的笛卡尔坐标系是示例性的并且用于方便描述。本领域的普通技术人员应当理解，各种其它参考系可以被等效地用于描述本发明的目的。
将理解，当元件被描述为被“连接”或“耦合”到另一元件或者与另一元件“连接”或“耦合”时，它能够被直接连接或耦合到另一个元件，或者替代地，可以存在一个或多个中间元件。相比之下，当元件被描述为被“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，没有中间元件存在。当元件被描述为被“间接连接”或“间接耦合”到另一元件时，存在至少一个中间元件。
本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”均旨在也包括复数形式。还将理解，术语“包括”和/或“含有”当用在本说明中时，指定说明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组的存在或添加。
如本文中所使用的，术语“响应于”意指“对”第一事件“作出反应”和/或“在”第一事件“之后”。因此，“响应于”第一事件发生的第二事件可能紧接在第一事件之后发生，或者可能包括在第一事件与第二事件之间发生的时滞。此外，第二事件可以是由第一事件引起的，或者可以仅仅在没有任何因果联系的情况下在第一事件之后发生。
虽然已经通过本发明的一个或多个实施例的描述图示了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是它们不旨在将所附权利要求的范围约束或者以任何方式限制于这样的细节。本领域的技术人员将容易地想到附加的优点和修改。本发明在它更广义的方面因此不限于所示出和所描述的特定细节、代表性装置和方法以及说明性示例。因此，在不脱离申请人的一般发明构思的范围或精神的情况下，可以根据这样的细节做出偏离。

Claims (23)

1.一种用于将材料分配到基板上的装置，所述装置包括：
高度传感器，所述高度传感器被配置成发射电磁辐射；
分配阀，所述分配阀被配置成在所述基板上分配所述材料；
定位器，所述定位器被配置成支撑所述高度传感器和所述分配阀，以及相对于所述基板移动作为组件的所述高度传感器、所述相机和所述分配阀；
控制器，所述控制器与所述定位器、所述高度传感器和所述分配阀通信；以及
服务站，所述服务站包括校准设备，所述校准设备被配置成接收从所述高度传感器发射的所述电磁辐射，以及当所述电磁辐射被所述校准设备接收时使对准信号被传送给所述控制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高度传感器包括激光器并且所述电磁辐射是光束，所述校准设备包括与所述控制器通信的光学传感器，并且所述对准信号是由所述光学传感器响应于所述光束的接收而生成的并且从所述光学传感器被传送到所述控制器。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括：
相机，所述相机与所述控制器通信并且所述相机与所述组件中的所述高度传感器具有固定空间关系，其中
所述定位器被配置成在平面中将所述组件移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置中所述光学传感器接收从所述高度传感器发射的所述光束，在所述第二位置中所述光学传感器与所述相机的视场中的预定义位置对准。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述服务站包括面向所述高度传感器的表面以及与在所述表面上与所述光学传感器相邻的基准标记，并且所述定位器被配置成在平面中将所述组件移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置中所述光学传感器接收到从所述高度传感器发射的所述光束，在所述第二位置中所述基准标记与所述相机的视场中的预定义位置对准。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述服务站包括面向所述高度传感器的表面和在所述表面中的开口，所述光学传感器被定位在所述开口内部，并且所述定位器被配置成在平面中将所述组件移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置中所述光学传感器接收到从所述高度传感器发射的所述光束，在所述第二位置中所述开口与所述相机的视场中的预定义位置对准。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括：
相机，所述相机与所述控制器通信并且所述相机相对于所述高度传感器有固定空间位置，其中
所述定位器被配置成相对于所述校准设备在平面中将所述组件移动到第一位置和第二位置，在所述第一位置中所述校准设备生成所述对准信号，在所述第二位置中所述校准设备与所述相机的视场中的预定义位置对准。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器被配置成：当所述组件位于所述第一位置时，从所述定位器接收所述平面中的第一组坐标；当所述组件位于所述第二位置时，从所述定位器接收所述平面中的第二组坐标；以及，根据所述第一组坐标和所述第二组坐标来计算在所述平面中所述高度传感器相对于所述相机的第一偏移向量。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述服务站包括面向所述高度传感器的表面、以及分配区域，并且所述控制器被配置成：使所述定位器在所述平面中将所述组件移动到第三位置和第四位置，在所述第三位置中所述分配阀能够在所述分配区域上分配一定量的所述材料，在所述第四位置中所述量的所述材料与所述相机的视场中的所述预定义位置对准。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器被配置成：当所述组件位于所述第三位置时，从所述定位器接收第三组坐标；当所述组件位于所述第四位置时，从所述定位器接收第四组坐标；根据所述第三组坐标和所述第四组坐标来计算在所述平面中所述分配阀相对于所述相机的第二偏移向量；以及，根据所述第一偏移向量和所述第二偏移向量来计算在所述平面中所述高度传感器相对于所述分配阀的第三偏移向量。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述高度传感器包括激光器并且所述电磁辐射是光束，所述校准设备包括表面和在所述表面上的基准特征件，并且所述对准信号是由所述高度传感器响应于检测到由所述基准特征件引起的所述光束的反射部分中的变化而生成的，并且所述对准信号被从所述高度传感器传送到所述控制器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述基准特征件包括边缘，所述边缘限定了由所述高度传感器能够感知的阶跃高度变化，并且随着所述光束跨越所述边缘，当所述高度传感器检测到所述反射部分中的所述变化时，生成所述对准信号。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述基准特征件包括在所述表面中的孔径和围绕所述孔径的边缘，所述边缘限定了由所述高度传感器能够感知的阶跃高度变化，并且随着所述光束跨越所述边缘，当所述高度传感器检测到所述反射部分中的所述变化时，生成所述对准信号。
13.一种在分配系统中确定高度传感器的位置的方法，所述方法包括：
相对于校准设备移动所述高度传感器，以便使由所述高度传感器所发射的电磁辐射与所述校准设备对准；
响应于所述电磁辐射的接收，采用所述校准设备来生成对准信号；以及
响应于生成所述对准信号，确定在与所述高度传感器相关联的平面中的第一位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电磁辐射是光束，所述校准设备包括光学传感器，并且生成所述对准信号包括：
使所述光束与所述光学传感器对准；以及
采用所述光学传感器来检测所述光束，以生成所述对准信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述高度传感器包括包含相机和分配阀的组件，在其中所述相机相对于所述高度传感器具有固定空间位置，并且响应于所述光束的接收采用所述校准设备来生成所述对准信号包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在所述第一位置，在所述第一位置中所述光学传感器接收到从所述高度传感器发射的所述光束。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第二位置，在所述第二位置中所述光学传感器与所述相机的视场中的预定义位置对准。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光学传感器与面向所述高度传感器的表面上的基准标记相邻，并且还包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第二位置，在所述第二位置中所述基准标记与所述相机的视场中的预定义位置对准。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述光学传感器与面向所述高度传感器的表面中的开口对准，并且还包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第二位置，在所述第二位置中所述表面中的所述开口与所述相机的视场中的预定义位置对准。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述高度传感器包括包含相机和分配阀的组件，在其中所述相机相对于所述高度传感器具有固定空间位置，并且还包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在所述第一位置，在所述第一位置中所述校准设备生成所述对准信号；
在所述组件被定位于所述第一位置的同时，在计算机处接收所述组件的第一组坐标；
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第二位置，在所述第二位置中所述校准设备与所述相机的视场中的预定义位置对准；
在所述组件被定位于所述第二位置的同时，在所述计算机处接收所述组件的第二组坐标；以及
根据所述第一组坐标和所述第二组坐标来计算在所述平面中所述高度传感器相对于所述相机的第一偏移向量。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第三位置；
在所述组件被定位于所述第三位置的同时，在与所述校准设备相邻的分配区域上从所述分配阀分配一定量的材料；以及
在所述平面中移动所述组件，以将所述组件定位在第四位置，在所述第四位置中所述量的所述材料处于所述相机的视场中的所述预定义位置。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
在所述组件被定位于所述第三位置的同时，在所述计算机处接收所述组件的第三组坐标；
在所述组件被定位于所述第四位置的同时，在所述计算机处接收所述组件的第四组坐标；
根据所述第三组坐标和所述第四组坐标来计算在所述平面中所述分配阀相对于所述相机的第二偏移向量；以及
根据所述第一偏移向量和所述第二偏移向量来计算在所述平面中所述高度传感器相对于所述分配阀的第三偏移向量。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述校准设备包括表面和在所述表面上的基准特征件，所述基准特征件限定了阶跃高度变化，并且生成所述对准信号包括：
从所述高度传感器发送光束；以及
检测在起源于所述基准特征件的所述光束的反射部分中的变化。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述基准特征件包括边缘，所述边缘限定了由所述高度传感器能够感知的阶跃高度变化，并且检测所述光束的所述反射部分包括：
移动所述高度传感器，以跨越所述边缘对所述光束进行扫描；
随着跨越所述边缘对所述光束进行扫描，采用所述高度传感器检测在所述光的所述反射部分中的所述变化，以生成所述对准信号。
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