CN106455471B - 自动装配机、操纵系统以及具有操纵系统的装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明自动装配机包括机架；第一龙门系统；第一滑块；第二引导元件，设置在第一滑块上沿着第二方向延伸；第二滑块，沿着第二引导元件可推移地支承。该自动装配机包括装配头，设在第二滑块上；机械的接口，其设在第一滑块和/或第二引导元件上，使第二龙门系统的纵长承载体沿能够可松脱地设置在第一滑块和/或第二引导元件上，第二龙门系统具有沿着纵长承载体可推移的安装元件，安装元件上设置有工作装置。操纵系统包括第二龙门系统，具有纵长的承载体和沿着其可推移的安装元件；设置在安装元件上的工作装置；设置在纵长承载体上的机械的耦合装置；能够可松脱地设置在自动装配机可活动的第二引导元件上。装配系统具有这种自动装配机和这种操纵系统。

Description

自动装配机、操纵系统以及具有操纵系统的装配系统

技术领域

本发明涉及借助装配机来给元件载体装配电子元件这一技术领域，该装配机也称为自动装配机。本发明尤其涉及一种针对不同的装配要求而灵活应用的装配系统，并且涉及其组件即自动装配机和操纵系统。

背景技术

通常在应用自动装配机的情况下，给元件载体装配电子元件。在按所谓的"拾取&放置原理(Pick&Place Prinzip)"工作的自动装配机中，电子元件借助元件供应装置供应给装配工艺。这些经供应的元件由装配头容纳着，并由装配头传输到装配区域中并且在该处在预设位置平放在待装配的元件载体上，该元件载体已同时借助传输系统传输到装配区域中并且在其装配之后再次从装配区域中带出。

自动装配机的要求主要取决于应该制造哪种电子组件。在大批量制造电子组件时，尤其用于娱乐性电器和/或通讯技术如计算机、移动电话或其它通讯终端时，最重要的是，达到高的装配效率。这意味着，在预定的时间间隔内在生产线中借助至少一个自动装配机安放在典型多个元件载体上的元件数量尽可能高。

在制造用于其它类型的电气设备的电子组件时(其典型地以较少的件数制成)，自动装配机的灵活性通常是前提条件，以便能够制造出不同类型的分别具有不同装配内容的电子组件。

但在许多应用情况下，自动装配机的装配效率和灵活性都要求很高。这一点是从以下观察结果中得出的，即装在元件载体上的电子组件在实践中典型地具有多种多样的元件，其中超过80％的元件不是被动的电子元件，其中不同元件类型的数量相对较少。根据各待制成的不同电子组件，剩余的(少于20％)元件的差异通常非常大。因此为了在具有至少一个自动装配机的生产线中制造出电子器件，除了所谓的高效装配头(典型的是具有多个元件-止动装置的装配头，用来暂时接纳电子元件)以外，还需要其它工作装置，其必须借助合适的龙门系统在自动装配机内运动。这种工作装置例如能够是用于大模块(例如盖子、插槽、冷却体等)的单体夹具、双体夹具(所谓的孪生段)、分配模块或光学传感器，所述分配模块用来涂抹有粘性的软膏(例如所谓的底部填充-材料)，所述光学传感器例如可用来对单个装配进行光学检测。

直观地表达是，现代自动装配机应该能够(a)尽量顺畅地加工(典型地超过80％)小且简单的元件，并且(b)能够工艺可靠地处理剩下的(典型地小于20％)其它元件或模块，必要时还提供其它期望的功能(例如分配、光学测量)。就这些要求而言，自动装配机或整个生产线的最佳配置是很重要的，以便在制造电子器件时能够以有效的方式制造出大量不同的组件。

目前通过以下方式实现了装配线的灵活性，即灵活性由较小的自动装配机或装配模块构成，它们具有至多两个龙门系统，装配头典型地设置在龙门系统上。这种龙门系统的作用是，能够使装配头在(a)元件-供应装置的元件-接纳位置和(b)各元件-安放位置之间的二维区域内移到或定位在待装配的元件载体上。此外还已知的是，在龙门系统上还可选地设置有第二装配头，其中由于成本原因它与第一装配头一起固定在同一个滑块上，其能够沿着龙门系统的纵长承载体借助合适的驱动器移动。但因此也产生了对于操作人员来说不期望的介入限制，这可能会使各装配头的保养变得困难。此外还已知的是，还能够在这种纵长承载体的两个不同侧面上分别设置装配头，其中这两个装配头都配备有驱动器，因此两个装配头都能够相互独立地沿着纵长的承载体移动。但就相关自动装配机的动力而言，这种解决方案具有明显的优点。如果只需要一个装配头，则必须由相关龙门系统携带着此装配头。此外，这种解决方案不灵活，出于经济原因是不利的。即使只需要一个装配头，也必须购置它，用于相关自动装配机的投资费用相当高。

发明内容

本发明的目的是，更好地给元件载体装配电子元件，尽管装配效率高，仍然能够就不同的装配内容和/或期望的附加功能而言实现灵活性。

此目的通过独立权利要求的内容得以实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利的实施例。

按本发明的第一角度，描述了一种自动装配机，其用来自动地给元件载体装配电子元件。描述的自动装配机具有(a)机架；以及(b)第一龙门系统，其具有(b1)第一引导元件，其静止地设置在机架上并且沿着第一方向延伸；(b2)第一滑块，其沿着第一引导元件可推移地支承着；(b3)第二引导元件，其设置在第一滑块上并且沿着第二方向延伸；以及(b4)第二滑块，其沿着第二引导元件可推移地支承着。描述的自动装配机还具有(c)装配头，其设置在第二滑块上；以及(d)机械的接口，其设置在第一滑块和/或第二引导元件上并且这样构成，使得第二龙门系统的沿着第二方向延伸的纵长的承载体能够可松脱地设置在第一滑块和/或第二引导元件上，第二龙门系统具有沿着纵长承载体可推移的安装元件，在所述安装元件上设置有工作装置。

所述自动装配机是以下面的知识为基础：其配置能够以简单且有效的方式与各自的装配要求或操纵要求相匹配，其方式是：第二龙门系统这样与第一龙门系统机械地耦合，使得纵长的承载体以及第二引导元件可松脱地、但固定地相互连接。这意味着，在自动装配机运行时(纵长的)第二引导元件总是与第二龙门系统的纵长承载体一起沿着第一方向运动。直观地表达是，第二引导元件以“背负方式”抓住纵长的承载体。

与第一龙门系统相比，第二龙门系统能够具有明显更简单的结构并且降低了部件的数量。第二龙门系统尤其没有相对于机架静止的部件。

该与第二龙门系统相比更复杂的第一龙门系统因此也能够称为基本-龙门系统，相反第二龙门系统能够称为附加-龙门系统。该附加-龙门系统是所述自动装配机的可选系统，并且能够根据当前要求耦合到基本-龙门系统上，所述当前要求典型地取决于待制造的电子组件的种类或装配内容。为了尤其灵活地给元件载体装配不同的装配内容，也能够为所述的自动装配机提供多个不同的附加-龙门系统，其中根据各待制造的电子组件应用合适的附加-龙门系统。此外还可能的是，根据当前的要求将附加-龙门系统带到一条装配线或多条装配线的不同自动装配机中。这以尤其成本低廉的方式和方式提高了制造不同电子组件的灵活性。

设置在附加-龙门系统上的工作装置能够是任意的装置，其有助于有效地制造出电子组件。该工作装置能够例如是另装配头或单体或多体的夹具，用于较大的模块例如大的电子元件、盖子、插槽、冷却体、通风器等。所述工作装置还能够是或者具有分配模块或光学传感器，所述分配模块用来涂抹有粘性的软膏(例如所谓的底部填充-材料)，所述光学传感器例如可用来对单个装配进行光学检测。

第一方向和第二方向围成一个角度。这意味着，这两个方向不是相互平行地延伸。第一方向和第二方向优选定义出二维的卡笛尔坐标系统，其水平地、即与重力方向垂直地定向。在此文献中，第一方向也称为y-方向，第二方向称为x-方向。

从属于第一龙门系统的装配头以已知的方式这样设计，即用来由元件-供应装置容纳元件；用来将容纳的元件传输到装配区域中；用来将输送过来的元件安放在元件载体的预先设定的装配位置上，所述元件载体已经放置在装配区域中。

装配头和/或工作装置还能够具有相对于机架沿着第三方向可推移地支承着的元件，它们能够借助合适的驱动器移动。这种元件能够例如是元件－止动装置，其尤其构成为所谓的抽吸夹具并且能够相对于装配头的壳体下降，以便容纳和安放元件。第三方向在此文献中也称为z-方向，其尤其垂直于或平行于重力方向延伸。

应指出，第二龙门系统的纵长承载体能够直接或间接地(可松脱地)设置在第二引导元件上。借助各可任意翻转使用的固定元件，能够实现这种可松脱的设置。固定元件可例如是螺钉、螺栓(必要时具有定位元件)或其它合适的固定和稳固元件。

第一龙门系统还优选具有两个驱动器。在此，第一驱动器从属于第一滑块，并且能够沿着第一引导元件沿着第一方向移动。第二驱动器以相应的方式从属于第二滑块，因此其能够沿着第二引导元件沿第二方向移动。这两个驱动器能够是各种马达，其必要时在与相应的机械耦合机制(例如皮带或丝杆)共同作用时负责使相关的滑块平移地沿期望的方向运动。这两个驱动器中的至少一个优选是直线电动机，借助它能够达到尤其高的定位精度。

按本发明的实施例，自动装配机还具有电接口，其设置在第一滑块和/或第二引导元件上，并且设计得用来给第二龙门系统和/或工作装置供应电能。

电接口能够借助合适的电接插连接器实现。电能朝第二龙门系统和/或工作装置的电部件的传递能够借助至少两个电轨以及所属的滑动触点实现。但电能朝这些电部件的传递优选通过所谓的拖线板实现，其在第二龙门系统的(纵长承载体)对接在第一龙门系统的第二引导元件上时从电接口一直延伸至相关的电部件。电部件例如能够是用于安装元件的电驱动器和/或工作装置的电驱动器或电调节机构或促动器。

描述的电接口的优点是，第二龙门系统和/或设置在它上面的工作装置以简单的方式通过第一龙门系统供应电能，因此由第二龙门系统和设置在纵长承载体上的工作装置(其下面也称为操纵系统或机器人系统)构成的整体能够作为紧凑的单元耦合在第二引导元件上。

按本发明的另一实施例，自动装配机还具有数据接口，其配置得用来在数据处理单元和用于第二龙门系统的和/或工作装置的控制单元之间传递数据。

所述的数据处理单元能够尤其从属于自动装配机，并且负责以适当的方式控制自动装配机的运行。但数据处理单元也能够额外对装配线的其它机器、尤其是其它自动装配机负责。在这种情况下，数据处理单元相对于描述的数据处理单元不是局部的控制单元，而是上一级的控制单元。控制单元从属于上面描述的操纵系统，并且尤其能够设置在纵长承载体上。

数据接口能够是无线的或有线的接口。对于有线接口来说(其在数据接口和控制单元之间需要数据电缆)，该数据电缆优选通过上述拖线板实现。

数据接口能够与前面描述的电接口一起借助合适的电接插连接器实现。因此借助操作人员的干预，在操纵系统对接时能够自动地建立数据连接和用来传递能量的电连接.

应指出，与已知的自动装配机相比，电耦合和/或适用于数据交换的耦合需要(略微)在结构上与自动装配机匹配。操纵系统朝向第一龙门系统的导线必须如下设计，即也提供对于操纵系统来说充足的能量和/或数据导线容量。通过相应地设定电导线和/或数据导线，并且通过设置或提供相应额外的(平行)导线，来实现这一点。

按本发明的另一实施例，自动装配机还具有气动接口，其设置在第一滑块和/或第二引导元件上，并且设计得用来给工作装置提供与环境压力不同的工作压力。

工作压力相对于环境压力能够是低压，其提供给构成为抽吸夹具的元件－止动装置。低压能够以已知的方式借助阀门接通或断开，并且与元件的接纳或递送同步。与工作压力不同，所述工作压力也能够是超压，并且用来借助流动机械装置以同样已知的方式产生低压，其提供给工作装置的抽吸夹具。这种流动机械装置例如能够是文氏喷嘴。

气动接口能够与前面提到的电接口和/或数据接口一起在共同的气动-电接插连接器中实现。这一点能够以有利且简单的方式使操纵系统全面地通向必要的工作器件(电能、控制数据和/或压缩空气或真空)，它们通过相应的接口提供，这些接口在第一滑块和/或第一龙门系统的第二引导元件上构成。

操纵系统能够在耦合到第一滑块和/或第二引导元件上之前就已经进行校正，并因此能够应用在自动装配机中。尤其在借助共同的接插连接器实现多个接口时，操纵系统能够以简单且可靠的方式根据“即插即用”原理耦合到第一龙门系统上。因此减少了不期望的额外操作时间并因此提高了装配效率，在此额外操作时间中不能通过所述自动装配机进行装配。

按本发明的另一实施例，自动装配机还具有，(a)另一第一引导元件，其静止地设置在机架上并且平行于第一引导元件沿着第一方向延伸；以及(b)另一第一滑块，其沿着所述另一第一引导元件可推移地支承着；第一滑块在第二引导元件的第一端部区域上设置在第二引导元件上。所述另外的第一滑块在第二引导元件的第二端部区域上设置在第二引导元件上。此外，第一端部区域和第二端部区域配设有第二引导元件的相对而置的侧面。

直观地表达是，第二引导元件优选垂直于第一方向扩展并且沿着第一方向可移动，并且在两个相对而置的侧面上可推移地支承在第一引导元件或另外的第一引导元件上。这有助于实现第二引导元件的尤其稳定的支承和精确的移动性。

即使第二龙门系统能够具有至少一个自己的滑块，其能够沿着第一引导元件和/或第二引导元件移动，则根据当前的知识，没有这种自身滑块的第二龙门系统也是优选的配置。在此优选的配置中，不必费力地将此滑块穿入第一引导元件和/或另外的第一引导元件中。此外，第二龙门系统的纵长承载体能够在无这种“踪迹”的情况下简单地耦合到第二引导元件上，和/或在第一滑块和另外的第一滑块之间夹紧。

按本发明的另一角度描述了一种操纵系统，该操纵系统包括(a)第二龙门系统，该第二龙门系统具有(a1)纵长的承载体，其沿着第二方向延伸；以及(a2)安装元件，其沿着纵长的承载体可推移地支承着；该操纵系统还包括(b)工作装置，其设置在安装元件上；以及(c)机械的耦合装置，其(直接或间接地)设置在纵长承载体上。该机械的耦合装置这样构成，即纵长的承载体能够可松脱地设置在自动装配机的第一龙门系统的可活动的第二引导元件上。

所述操纵系统是以下面的知识为基础：通过将纵长的承载体简单地对接在自动装配机的(第一)龙门系统的可活动的部件上，在对特殊元件进行加工时，或在自动装配机具有期望的附加功能时，能够以简单的方式改变或扩展自动装配机的配置。自动装配机的配置因此能够快速且有效地与各自的装配要求或操纵要求相匹配。

在对接状态下，纵长承载体和第二引导元件可松脱地、但牢固地相互连接。这意味着，在自动装配机运行时(纵长的)第二引导元件总是与第二龙门系统的纵长承载体一起沿着第一方向运动。直观地表达是，第二引导元件以“背负方式”抓住纵长的承载体。

第一龙门系统牢固地从属于相关的自动装配机，并且优选是所谓的表面定位系统，其具有以下部件：(a)第一引导元件，其静止地设置在自动装配机的机架上并且沿着第一方向延伸；(b)至少一个第一滑块，其沿着第一引导元件可推移地支承着；(c)第二引导元件，其设置在第一滑块上并且沿着第二方向延伸；以及(d)第二滑块，其沿着第二引导元件可推移地支承着。第二滑块上设置有装配头，其典型地是所谓的多体装配头，借助它能够在应用元件－止动装置的情况下接纳多个电子元件；并且能够将多个接纳的电子元件共同传送到自动装配机的装配区域中，并且将传送支装配区域中的元件依次安放到元件载体上的各预定的安装位置上。这种多体装配头以已知的方式有助于提高装配效率。

第二龙门系统的所述的机械耦合装置用来可松脱地、但机械上牢固将纵长的承载体设置在第二引导元件上。所述设置在此通过间接或间接地(即通过至少一个另外的构件)实现，即将纵长的承载体设置在第二引导元件上。尤其通过将纵长承载体直接设置在上面所述的第一滑块上，能够实现间接设置。

如同已阐述的一样，该与第二龙门系统相比更复杂的第一龙门系统因此也能够称为基本-龙门系统，相反第二龙门系统能够称为附加-龙门系统。描述的操纵系统的附加-龙门系统是自动装配机的可选系统，并且能够根据当前的要求耦合到基本-龙门系统上。对于一个或多个自动装配机来说，也能够准备好多个不同的操纵系统，其中能够根据各待制造的电子组件应用合适的操纵系统。

此外还可能的是，根据当前的要求将操纵系统带到不同自动装配机中。这以尤其成本低廉的方式和方式提高了制造不同电子组件的灵活性。

按本发明的另一实施例，所述工作装置从由以下物体构成的群组中选出，这些物体指另一装配头、单体夹具、多体夹具、尤其是双体夹具、分配模块以及光学传感器、尤其是照相机。

因此该描述的操纵系统能够用于许多不同的应用情况。因此为了有效地执行不同的任务(它们与元件载体的装配有关)，通过适当构成的操纵系统的上述对接，能够明显提高自动装配机的灵活性。

该另外的装配头能够与从属于第一龙门系统的装配头同一类型。但典型的是，该另外的装配头是另一类型的装配头如同上面已阐述的一样，能够应用单体夹具或多体夹具，以便在各自的元件载体上装配更大的模块。借助分配模块能够例如将有粘性的软膏(例如所谓的底部填充材料)在适当的位置涂在元件载体和/或已装配的电子元件上。借助光学传感器能够执行所谓的自动光学检测(Automated Optical Inspection,AOI)。在此已经能够对自动装配机中的单个或多个元件或构件的装配进行检测。

描述的操纵系统能够在其安装在自动装配机之前通过在第二引导元件上的直接或间接对接做好应用准备，即在应该使用操纵系统的自动装配机之外使用。在将操纵系统机械地设置在第二引导元件之后，能够使现在修改的自动装配机快速地投入使用，因此能够以有利的方式将非生产的额外操作时间降至最少，装配在此额外操作时间时中断。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有电耦合装置，其设置在纵长承载体上并且能够与自动装配机的第一龙门系统的电接口耦合，因此能够给第二龙门系统和/或工作装置供应电能。

电耦合装置能够相对于电接口这样构成和设置，即在操纵系统设置在第一龙门系统的第二引导元件上时，在电耦合装置和电接口之间自动地建立连接。因此，操纵系统能够以尤其有效的方式有效地安装在自动装配机中。

电耦合装置和操纵系统的相关部件(例如用来有针对性地沿着纵长承载体或工作装置来定位安装元件的驱动器)之间的能量传递能够借助拖线板实现。当然电能也能够以其它方式例如通过合适的滑轨在与滑动触点连接时进行传递。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有数据-耦合装置，其能够与自动装配机的第一龙门系统的数据接口耦合，因此在通过数据接口和数据-耦合装置传递的数据的基础上，能够控制第二龙门系统和/或工作装置的运转。

数据-耦合装置能够是无线的或有线的数据连接的一部分。无线连接能够是红外线-数据连接、WLAN-数据连接或蓝牙-数据连接、NFC-数据连接或各种优选的标准化数据连接。

对于无线的数据连接来说，数据-耦合装置能够是这种无线数据连接的端点。在这种情况下数据-耦合装置优选位于用于所述操纵系统的控制单元或控制器的附近。

对于有线的数据连接来说，能够借助数据导线将这些数据传递至控制单元或控制器，所述数据导线能够通过拖线板且尤其通过上面描述的用来传递电能的拖线板进行引导。对于有线的数据连接来说，数据-耦合装置优选设置在纵长承载体上，并且能够可选地与电耦合装置一起在共同的接插连接器中实现。如果操纵系统对接在第一龙门系统的第二引导元件上，则接插连接器能够自动地实现，或者能够建立相应的电连接。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有控制单元，其用来控制工作装置的运转。

通常也称为控制器的控制单元能够是任意的数据处理单元，其能够尤其用来控制操纵系统的电部件。上面已阐述了这种电部件的例子，并因此在此不再描述。控制单元因此不仅能够以合适的方式控制工作装置的运转，也能够控制至少一个用于安装元件的电驱动器。

所述的控制单元优选用来全面地控制操纵系统的运行。这意味着，只须通过所述的数据-耦合装置传递少量控制数据，用来正确且可靠地运行操纵系统、尤其是工作装置。这些控制数据随后能够在与数据-耦合装置连接时只(以未改变的形式或未加工地)由数据接口传递。控制数据能够例如是待装配的电子元件的位置，其借助构成为另外的装配头的工作装置定位在相关的元件载体上。此外用来进行光学检测的命令能够以这种控制数据的形式从至少部分装配的元件载体的至少一部分传递到具有光学传感器的工作装置上。

描述的控制单元的优点是，操纵系统能够作为完全自给自足的系统实现，其只需少量的控制数据来实现正确且可靠的运行。

在此上下文中需注意，操纵系统也能够备选地在没有这种控制单元的情况下或只借助一个控制单元来实现，该控制单元只提供非常有限的功能。后者的意思是，操纵系统的运行必须在很大程度上或完全由基本-龙门系统的控制单元或由外部的控制单元控制。这同样也适用于电信号或用于电驱动器的功率信号，它们例如从外面供应给操纵系统。这种解决方案可形象地称为主从方案，其中基本-龙门系统是主要-龙门系统，而附加-龙门系统是从属-龙门系统。该解决方案的优点能够是，操纵系统从技术角度看是非常简单且纤细的系统。这一点使装配理念变得经济，其中为了制造不同的电子组件暂时提供了多个不同的主要-龙门系统，其分别具有合适的工作装置。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有数据存储器，其与控制单元耦合。

在所述的数据存储器中能够例如存储着操纵系统的特有的几何数据。用来指示相关工作装置或整个操纵系统的识别码也能够存储在数据存储器中，并且在需要时由相关自动装配机的中央数据处理装置读取。

在目前视为尤其有利的实施例中，校正数据存储在数据存储器中，在操纵系统装在相关的自动装配机中之前或者在操纵系统对接在第一龙门系统的第二引导元件上之前，所述校正数据已借助合适的校正程序确定。描述的数据存储器因此能够有助于使操纵系统构成为前面描述的自给自足的系统，其中工作装置尤其能够以高精度和高可靠性来实现分派给它的任务。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有气动耦合装置，其(直接或间接地)设置在纵长承载体上并且能够与自动装配机的第一龙门系统的气动接口耦合，因此能够为工作装置提供与环境压力不同的工作压力。

如果工作装置指另一装配头，其能够以已知的方式借助低压在至少一个构成为吸管的元件-止动装置上暂时接纳电子元件，则在第一龙门系统和工作装置之间借助气动耦合装置实现的气动连接是尤其重要的。

如同上面已结合在第一龙门系统上构成的各种接合描述的一样，气动的耦合装置也能够与前面提到的电耦合装置和/或数据-耦合装置一起借助共同的气动-电接插连接器实现。因此，所述的操纵系统能够按“即插即用”的原理以尤其有效且顺畅的方式耦合到第一龙门系统的第二引导元件上，并且至少在功能上集成在相关的自动装配机中。

按本发明的另一实施例，操纵系统还具有天平元件，其牢固地设置在纵长承载体并且构造得可推移地设置在第一龙门系统的第一引导元件上。

直观地表达是，纵长承载体不仅(直接或间接地)可松脱地固定在第一龙门系统的第二引导元件上，而是纵长承载体(间接地通过描述的天平元件)也能够安放在第一引导元件上。天平元件和第一引导元件之间的机械连接在此这样构成，即天平元件能够沿着第一引导元件的纵向方向推移或移动。此外，天平元件能够可翻转地(即可松脱地)设置在第一引导元件上，因此与此文献中描述的发明的基本理念一致的是，操纵系统能够只在需要时机械在耦合到第一龙门系统、尤其是第二引导元件上。

即使通过描述的天平元件使操纵系统在第一龙门系统上的耦合变得更昂贵，因为天平元件必须首先穿在第一引导元件上，但在此描述的实施例至少提供了以下优点：来自对接的操纵系统的沉重的且尤其缓慢的力不必或至少不必完全由第一龙门系统的第一滑块和另外的第一滑块接纳。由此降低了作用在第一滑块和另外的第一滑块上的支承力，因此第一滑块和/或另外的第一滑块从机械视角看没那么复杂且稳定性更低。这意味着，描述的操纵系统能够对接在简单的且以常规方式设定尺寸的第一龙门系统。为了对接操纵系统，第一龙门系统和第二引导元件和/或第一龙门系统的第二滑块只需设置所需的接口(机械接口、可选的电接口、数据接口和/或气动接口。

按本发明的另一实施例，描述了一种装配系统，其用来自动地给元件载体装配电子元件。描述的装配系统具有(a)上面所述类型的自动装配机；以及(b)上面所述类型的操纵系统。操纵系统的纵长承载体直接或间接地可松脱地固定在自动装配机的第一龙门系统的第二引导元件上。

所述装配系统是以下面的知识为基础：为了制造具有不同装配内容的不同电子组件，能够以简单且有效的方式通过以下方式提高自动装配机的灵活性，即上面描述的操纵系统能够可选地对接在自动装配机的第一龙门系统上。可选地尤其指，只有电子组件是待制造的，其制造除了借助第一龙门系统可移动的装配头以外还需要另一工艺步骤，该工艺步骤能够通过操纵系统的工作装置完成，才进行所述对接工艺。

操纵系统和自动装配机的第一龙门系统之间的机械耦合通过以下方式实现，操纵系统的第二龙门系统的纵长承载体直接或间接地以可松脱的方式设置或固定在自动装配机的第一龙门系统的第二引导元件上。直观地表达是，纵长承载体以“背负方式”由第二引导元件抓住。

应指出，本发明的实施例已参照不同的发明内容进行描述。对于专业人员来说在阅读该申请时能够立即明白，如果没有另外的详细说明，则除了这些属于发明内容的特征组合以外，还可能实现这些特征的任意组合，这些任意的特征组合属于其它的发明内容。

本发明的其它优点和特征从目前优选的实施例的以下示例性描述中得出。本文件的单个附图只是未意性的并且比例是不正确的。

附图说明

图1a、1b和1c示出了，将自动装配机和操纵系统组合成装配系统，其与自动装配机相比具有额外的功能，所述功能由操纵系统的工作装置提供。

图2示出了由自动装配机和操纵系统构成的装配系统，其中操纵系统具有两个自己的天平，它们可推移地在自动装配机的基本-龙门系统的引导元件上进行引导。

参考标记清单

100 自动装配机

102 机架

104 数据处理单元

110 第一龙门系统/基本-龙门系统

112a 第一引导元件/龙门根基

112b 另外的第一引导元件/龙门根基

114a 第一滑块

114b 另外的第一滑块

115 支承元件

122 第二引导元件/可移动的横向载体

124 第二滑块

126 装配头

128 元件-止动装置

130 机械接口

132 电接口

134 数据接口

136 气动接口

150 操纵系统

154 控制单元

156 数据存储器

160 第二龙门系统/附加-龙门系统

162 纵长的承载体

164 安装元件/可移动的安装板

166 工作装置/双体的夹具

168 夹具

170 机械的耦合装置

172 电耦合装置

174 数据-耦合装置

176 气动的耦合装置

180 装配系统

190 元件载体/电路板

192 电子元件

y 第一方向

x 第二方向

200 自动装配机

210 第一龙门系统/基本-龙门系统

230 机械接口

250 操纵系统

260 第二龙门系统/附加-龙门系统

261a 第一天平

261b 另外的第一天平

265 支承元件

266 工作装置

268 照相机

270 机械的耦合装置

280 装配系统。

具体实施方式

应指出，在下面的详细描述中不同实施例的特征或部件(它们与其它实施例的相应特征或部件相同或者至少功能相同)设置有相同的参考标记或者不同的参考标记，所述不同的参考标记只是在其第一个字母上与相同的或至少功能上相同的特征或部件的参考标记不同。为了避免不必要的重复，已经借助前面描述的实施例阐述的特征或部件在后面不再详细阐述。

此外应指出，以下描述的实施例只是从本发明的可能的实施例中选出来的。尤其可能的是，单个实施例的特征以适当的方式彼此组合，因此对于专业人员来说借助此处详细描述的实施方案就能把许多不同的实施例看作是明显公开的。

此外应指出，应用了有关空间的概念例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等，以便描述一个元件与另一元件或其它元件的关系，如同在这些附图中展示的一样。因此，这些有关空间的概念能够适用于与附图中所示的方位不同的方位。但应理解，为了简化描述，所有这些有关空间的概念都涉及在图面中描述的方位，但绝不是对它进行限制，因为这些描述的装置、部件等在使用时都能占据与在图面中描述的方位不同的方位。

在参照附图描述本发明的示范性实施例之前，还结合本发明的示范性实施性描述了几个想法。

图1a示出了按本发明的实施例的自动装配机100，其基本的尤其结构方面的特征相当于常规的自动装配机。因此未详细阐述自动装配机100的基本功能以及未示出的各种部件。

自动装配机100具有机架102，其在图1a中示意性地通过虚线示出。该机架102提供了一种框架结构，自动装配机的单个部件直接或间接地设置在此框架结构上。

在机架102上设置有第一龙门系统110，其随后也称为主龙门系统或基本-龙门系统。该基本-龙门系统110以已知的方式包括两个引导元件，它们是龙门根基。按此处所示的实施例，龙门根基由第一引导元件112a以及另一第一引导元件112b构成。这两个第一引导元件112a和112b分别具有纵长的承载轨道，其沿着第一方向延伸。在图1a中示出了此第一方向，作为y-方向。

龙门系统110还具有两个滑块，即第一滑块114a和另一第一滑块114b。滑块114a可推移地设置在引导元件112a上，因此它能够借助未示出的驱动器沿y-方向移动或定位。滑块114b以相应的方式可推移地设置在引导元件112b上。同样未示出的驱动器的作用是，使两个滑块114a和114b以相同的方式或同步地沿着y-方向移动。支承元件115的作用是，使两个滑块114a和114b可靠地沿着准确定义的轨迹沿着y-方向移动。

在这两个滑块114a和11b之间延伸着第二引导元件122，其构成为可移动的横向载体并且沿着第二方向具有纵向延伸。第二方向在图1a以及在下面也称为x-方向。第二滑块124设置在横向载体122上并且进行引导，它能够借助未示出的驱动器沿x-方向移动或定位。第二滑块124是机械的平台，装配头126固定在此平台上。根据此处所示的实施例，装配头126是所谓的由多体-装配头，其具有多个构成为抽吸夹具的元件-止动装置128，其以已知的方式分别用来暂时接纳电子元件。

为了装配元件载体190，装配头126以已知的方式通过第一龙门系统110的适当控制首先移到未示出的元件-提取区中，在此电子元件由合适的未示出的元件-供应装置提供。这些元件在该处由装配头126提供并且重新通过装配区域中的第一龙门系统110的适当控制来转送，电子元件192在此装配区域中安放在元件载体190上。数据加工单元104用来系统化地控制用于这两个第一滑块114a、114b、第二滑块124以及装配头126的驱动器。

下面只描述了自动装配机100的特征，它们对于本发明的实施例来说是典型的：

在这两个第一滑块114a、114b上分别设置或形成有机械的接口130，在图1b中示出的操纵系统150能够可松脱地设置或对接。此外按此处所示的实施例，自动装配机100还具有电接口132、数据接口134以及气动接口136。如图1a所示，这些接口全部在可移动的横向载体122上构成。备选地，这些接口也可至少局部地在所述接口114a和/或114b上。

图1b示出了操纵系统150，其配置得能够可松脱地设置在第一龙门系统的可沿着y-方向移动的部件上。操纵系统150具有第二龙门系统160和工作装置166。因为第二龙门系统160可选地耦合到第一龙门系统110上，所以第二龙门系统下面也称为附加-龙门系统160。

按此处所示的实施例，附加-龙门系统160包括纵长的承载体162，其在其两个端部区域上分别具有机械的耦合装置170。这些机械的耦合装置170在结构上分别与这两个机械接口中的一个相匹配，因此承载体162能够在这两个滑块114a、114b之间。备选地或组合地，所述可移动的横向载体122或纵长的承载体162的各纵侧也能够设置合适的机械的耦合结构。

构成为可移动的安装板的安装元件164位于所述纵长的承载体162上，其沿着x-方向可推移地支承着。工作装置166设置在此安装元件164上。安装元件164并因此工作装置166也能够借助未示出的驱动器有针对性地沿x-方向移动或定位。如同已阐述的一样，工作装置166能够根据期望的额外功能具有另一装配头、单体夹具、多体夹具、尤其是双体夹具、分配模块和/或光学传感器。按此处所示的实施例，工作装置166是所谓的孪生段，其具有两个夹具168，借助它们能够容纳、加工或装配零件(如更大的电子元件)或机械零件(如盖子或冷却体)。

为了给工作装置166以及未示出的驱动器(其用于可移动的安装元件164)供应必要的电能，操纵系统150具有电子耦合装置172，其这样构成和设置，即使它在操纵系统150的对接状态下与电接口132耦合。能够以这种方式从将电能从第一龙门系统110传递到第二龙门系统160上，并且传递到设置在它上面的工作装置166上。

按此处所示的实施例，操纵系统150还具有数据-耦合装置174以及气动接口176。与电耦合装置172类似的是，耦合装置174和176在操纵系统150的对接状态下与第一龙门系统110的相应接合耦合，即与数据接口134或气动接口136耦合。

通过数据接口134和数据-耦合装置174的组合，能够将控制数据从自动装配机100的数据加工单元104传递到操纵系统150的控制单元154上。按此处所示的实施例，控制单元154在很大程度上自主地实现操纵系统150的正确运行。因此通过数据接口134或数据-耦合装置174只须传递少量的控制数据。

通过气动接口136和气动耦合装置176的组合，能够传递压缩空气或真空，所述真空传递到工作装置166上。按此处描述的实施例，以已知的方式借助拖线板(未示出)实现所述传递，其中该拖线板能够额外地引导电导线，必要时也能引导数据导线，它们从属于电耦合装置172或数据-耦合装置174。

操纵系统150已经能够在期投入运转(即在其对接在第一龙门系统110之前)在自动装配机100之外校正。因此在对接之后，操纵系统150使现在在操纵系统150周围扩展的自动装配机100继续运转。相应的校正数据能够存储在数据存储器156中，其与控制单元154耦合。因此为了控制操纵系统150，控制单元154能够以简单且有效的方式来动用校正数据。

图1c示出了由自动装配机100和操纵系统150构成的装配系统180。电接口132、电耦合装置172、数据接口134和数据-耦合装置174以及气动接口136和气动耦合装置的空间布局这样进行选择，即当纵长的承载体162可松脱地以接在第二引导元件122上时，相应的接口对132、134、136和耦合装置177、174、176自动地聚集在一起。

图2示出了由自动装配机200和操纵系统250构成的装配系统280。此处所示的装配系统280与装配系统180的区别在于，操纵系统250和装配系统100之间的机械耦合直接地在两个部件(a)第二引导元件或可移动的横向载体127和(b)纵长的承载体162之间实现。为此目的，机械接口130和机械的耦合装置170相互相对地并且相互面对面地在相关组件引导元件122或承载体162的纵长侧表面上形成。电接口132、数据接口134以及气动接口136在一侧上构成，而电耦合装置172、数据-耦合装置174以及气动耦合装置176在另一侧上构成，使得它们延伸穿过机械接口130或机械的耦合装置170，因此它们能够确保与其各互补部件的可靠耦合。

装配系统280和装配系统180之间的第二区别在于，操纵系统250的附加-龙门系统260具有两个自己的天平(即第一天平261a以及另一第一天平261b，它们可推移地在自动装配机200的基本-龙门系统210的引导元件112a或112b上进行引导。这些天平261a、261b的作用是，纵长的承载体162(以及设置在它上面的工作装置266)至少不是只需由基本-龙门系统210的这两个天平114a和114b承载着，因此作用在这两个天平114a和114b上的轴承力相应地减少。如图2所示，支承元件265的作用是，使两个滑块261a和261b可靠地沿着准确定义的轨迹沿着y-方向移动。

装配系统280和装配系统180之间的第三区别在于，工作装置266具有照相机268，借助它例如能够对单个选出的装配进行自动光学检测(AOI)。因此，已经能够在所述的装配系统280中对制出的电子组件进行质量控制。因此以有利的方式不需要用于AOI的单独机器.

需注意，上面三个描述的区别从技术角度看是完全相互独立的。因此也能够构造出一个装配系统，其与装配系统180相比只具有这些区别中的一个或两个。

直观地表达是，在此文献中描述的发明的实施例能够如下进行概括：

第一龙门系统或基本-龙门系统如此设计，即其在标准实施方式中由(至少)一个y-龙门根基、与y-方向横向竖立的并且沿着y-方向可移动的承载体(第一引导元件)和x-滑块(第一滑块)构成。可选地，第二龙门系统或附加-龙门系统能够与第二承载体(第二引导元件)、自身的x-滑块(安装元件)、拖线板以及必要的电子器件(“背侧”)集成在基本-龙门系统中。在此优选的是，第二承载体(第二引导元件)机械地直接或间接地可松脱地设置在第一承载体(第一引导元件)上。

通过基本-龙门系统为附加-龙门系统以及设置在它上面的工作装置供应能量和数据。为此目的，基本-龙门系统具有机械接口、电接口、数据接口，并且可选地具有气动接口。附加-龙门系统和设置在它上面的工作装置的安装也能够在利用龙门系统-模块性的情况下在自动装配机之外进行。在此自动装配机中能够相对于基本配置(基本-龙门系统、装配头、电路板照相机)借助校正部件对附加-龙门系统和工作装置进行校正(这两个构成操纵系统)。

在同时考虑附加-龙门系统的质量的情况下，在驱动侧相对于y-方向对基本-龙门系统进行设计。基本-龙门系统能够独自地并且根据当前要求借助附加-龙门系统进行驱动。“具有或无附加-龙门系统”的配置能够自动地由自动装配机读取或识别。在此，能够以简单且有效的方式给自动装配机提供驱动数据库、机器数据以及可能的动用限制.

工作装置也能够具有夹具、分配器、光学传感器或装配头(其具有附加z-轴，以便移动整个装配头)，来代替(另一)装配头。基本-龙门系统的电接口如此设计，使得为附加-龙门系统暂时提供定义数量的传感器和执行机构。

从上面提到的想法中尤其得出以下优点：

·由于基本-龙门系统或附加-龙门系统的模块性，能够快速地针对客户的特殊应用提供特殊解决方案。

·通过降低自动装配机的数量，能够在不同的待制造的电子组件方面实现装配线的灵活性。顾客(装配线的操作者)购买此处描述的自动装配机，并且与合适的工作装置自身一起配置附加-龙门系统。必要时它也能从多个不同类型的操纵系统中选出。

·用于单个应用情况的特殊结构能够只相对于附加-龙门系统实现，并且不会提高具有基本-龙门系统的自动装配机的制造成本和复杂性。

·通过基本-龙门系统和附加-龙门系统之间的“普遍性接口”，能够实现各种不同的技术方案(执行机构、传感器)。

应注意，在此文献中概念“具有”并不排除其它元件，并且“一个”并不排除多个。结合不同实施例描述的元件她能够相互组合。还应注意，在权利要求中的参考标记并不用来限制权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种用来自动地给元件载体（190）装配电子元件（192）的自动装配机，该自动装配机（100、200）具有：

机架（102）；

龙门系统（110、210），该龙门系统具有：

- 第一引导元件（112a），其静止地设置在机架（102）上并且沿着第一方向（y）延伸；

- 第一滑块（114a），其沿着第一引导元件（112a）可推移地支承着；

- 第二引导元件（122），其设置在第一滑块（114a）上并且沿着第二方向（x）延伸；以及

- 第二滑块（124），其沿着第二引导元件（122）可推移地支承着；

装配头（126），其设置在第二滑块（124）上；以及

机械的接口（130、230），其设置在第一滑块（114a）和/或第二引导元件（122）上并且这样构成，

使得第二龙门系统（160、260）的沿着第二方向（x）延伸的纵长的承载体（162）能够可松脱地设置在第一滑块（114a）和/或第二引导元件（122）上，第二龙门系统（160、260）具有沿着纵长承载体（162）可推移的安装元件（164），在所述安装元件上设置有工作装置（166、266）；

该自动装配机还具有

电接口（132），其设置在第一滑块（114a）和/或第二引导元件（122）上，并且设计得用来给第二龙门系统（160）和/或工作装置（166、266）供应电能。

2.按上述权利要求1所述的自动装配机，其中该自动装配机还具有：

数据接口（134），其配置得用来在数据处理单元（104）和用于第二龙门系统（160、260）的控制单元（154）和/或工作装置（166、266）之间传递数据。

3.按上述权利要求1所述的自动装配机，其中该自动装配机还具有：

气动的接口（136），其设置在第一滑块（114a）和/或第二引导元件（122）上，并且设计得用来给工作装置（166、266）提供与环境压力不同的工作压力。

4.按上述权利要求1所述的自动装配机，其中该自动装配机还具有：

另一第一引导元件（112b），其静止地设置在机架（102）上并且平行于第一引导元件（112a）沿着第一方向（y）延伸；

另一第一滑块（114b），其沿着所述另一第一引导元件（112b）可推移地支承着；

其中第一滑块（114a）在第二引导元件（122）的第一端部区域上设置在第二引导元件（122）上，

其中所述另一第一滑块（114b）在第二引导元件（122）的第二端部区域上设置在第二引导元件（122）上，

其中第一端部区域和第二端部区域配设有第二引导元件的相对而置的侧面。

5.按上述权利要求1所述的自动装配机，其中第二龙门系统（160、260）是用于自动装配机（100、200）的可选系统，使得自动装配机（100、200）可以以第一配置操作，其中第二龙门系统（160、260）连接到第一滑块（114a）和/或第二引导元件（122），或在第二配置中，第二龙门系统（160、260）未连接到第一支架（114a）和/或第二引导元件（122）上。

6.一种操纵系统，其具有

第二龙门系统（160、260），该龙门系统具有：

-纵长的承载体（162），其沿着第二方向（x）延伸；以及

- 安装元件（164），其沿着纵长的承载体（162）可推移地支承着；

工作装置（166、266），其设置在安装元件（164）上；以及

机械的耦合装置（170、270），其设置在纵长的承载体（162）上并且这样构成，

即纵长的承载体（162）能够可松脱地设置在自动装配机（100、200）的第一龙门系统（110、210）的可活动的第二引导元件（122）上，

还具有电的耦合装置（172），其设置在纵长的承载体（162）上，并且能够与自动装配机（100、200）的第一龙门系统（110、210）的电子接口（132）耦合，因此能够给第二龙门系统（160、 260）和/或工作装置（166、266）供应电能。

7.按上述权利要求6所述的操纵系统，其中

所述工作装置从由以下物体构成的群组中选出，这些物体指

另一装配头（166）、单体夹具、多体夹具、尤其是双体夹具、分配模块以及光学传感器、尤其是照相机。

8.按上述权利要求6至7中任一项所述的操纵系统，该操纵系统还具有

数据-耦合装置（174），其能够与自动装配机（100、200）的第一龙门系统（110、210）的数据接口（134）耦合，因此在通过数据接口（134）和数据-耦合装置（174）传递的数据的基础上，能够控制第二龙门系统（160、260）和/或工作装置（166、266）的运转。

9.按上述权利要求8所述的操纵系统，其中该操纵系统还具有

控制单元（154），其用来控制工作装置（1166、266）的运转。

10.按上述权利要求9所述的操纵系统，其中该操纵系统还具有

数据存储器（156），其与控制单元（154）耦合。

11.按上述权利要求6所述的操纵系统，该操纵系统还具有

气动的耦合装置（176），其设置在纵长的承载体（162）上，并且能够与自动装配机（100、200）的第一龙门系统（110、210）的气动接口（136）耦合，因此能够为工作装置提供与环境压力不同的工作压力。

12.按上述权利要求6所述的操纵系统，该操纵系统还具有

天平元件（261a），其牢固地设置在纵长的承载体（162）上并且这样构成，以便可推移地设置在第一龙门系统（210）的第一引导元件（112a）上。

13.一种用来自动地给元件载体（190）装配电子元件（192）的装配系统，该装配系统（180、280））具有：

根据上述权利要求1至5中任一项所述的自动装配机（100、200）以及

根据上述权利要求6至12，中任一项所述的操纵系统（150、250），其中

操纵系统（150、250）的纵长承载体（162）直接或间接地可松脱地设置在自动装配机（100、200）的第一龙门系统（110、210）的第二引导元件（122）上。

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