CN111115267B

CN111115267B - 使用两个串联设置的支承装置并借助两个振动-致动器系统来提供元件

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Publication number: CN111115267B
Application number: CN201911047653.4A
Authority: CN
Inventors: 罗美尔·塞巴斯蒂安; 罗斯曼·托马斯; 萨德勒·克劳斯; 塞茨·斯蒂芬; 特里贾尼·米歇尔; 昂格尔·塞韦林; 盖尔·斯蒂芬
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: KR20200049663A; KR102317929B1; DE102018127275B3; CN111115267A

Abstract

描述了一种用来提供零散元件的元件进给设备，其具有：机架；具有静止部件和活动部件的第一支承装置，静止部件与机架耦联；中间体，其与活动部件耦联；具有第一部件和第二部件的第二支承装置，第一部件与中间体耦联；输送结构，其与第二部件耦联并且这样构成，即借助输送结构的振动散开的元件能够沿着输送区域一直输送至展示区域；第一致动器系统，其与第一支承装置相关联并且这样设计，即相对于静止部件以至少两个自由度致动活动部件；以及第二致动器系统，其与第二支承装置相关联并且这样设计，即相对于第一部件以至少另一自由度致动第二部件。还描述了一种具有这种元件进给设备的装配系统及一种使用这种元件进给设备提供零散元件的方法。

Description

使用两个串联设置的支承装置并借助两个振动-致动器系统来提供元件

技术领域

本发明涉及将零散的电子元件进给至供应区，以便进一步加工或操作所述进给的零散的电子元件。本发明尤其涉及一种元件进给设备，用于提供零散的元件、特别是提供零散的电子元件，以便在自动装配机中自动地装配元件载体。本发明还涉及一种包括自动装配机和至少一个这种元件进给设备的装配系统以及一种使用这种元件进给设备提供零散元件的方法。

背景技术

在机械装配元件载体与(电子)元件的过程中，将待处理的元件提供给通常在自动装配机中执行的装配过程。通常如此进行元件的进给：在定义的元件拾取位置提供元件，然后能够由自动装配机的装配头自此快速又可靠地抓取元件并将其以预定的空间位置和取向放置在相关的元件载体上。

为了确保可靠地进给或提供元件，一般将元件封装在所谓的元件封带中。通过专用的元件封带进给设备将这些传送带逐渐送到自动装配机，这样就使位于元件封带中的元件依序在定义的空间位置输送到元件拾取位置。但将元件封装在这类元件封带中很费力，成本也很高。另外，在去除元件之后，须将封带材料作为废物处理。

为了避免高成本的封装和前述的废物问题，公知采用所谓的振动输送机，这种振动输送机能够传送散料形式的待处理元件。但需要尤其可观的机械工作量，才能将元件依序带到特定的元件拾取位置。为了达成这一目的，振动输送机常规上构造为借助通常又称“隔板”的机械引导装置依序以适当的方位提供元件。

此外由公开专利US 2011 284344A1还已知一种振动输送机，借助该振动输送机，通过叠加三个不同空间方向(无机械挡板)中的振动能够使元件这样有针对性地运动，即可靠地将它们分离并转移到预定供应板上的指定拾取区域中，从中可以通过装配头进行拾取。该振动输送机具有线性振动执行机构，其用来基本上线性地输送该元件至供应板，这些元件能够从中被装配头抓取。供应板机械地与两个振动执行机构耦联，它们相互垂直地定向并且分别能够进行具有五个或六个自由度的运动。这些振动执行机构分别具有机械的金属波纹管，其将各振动执行机构的静止部件和振动部件相互连接起来。金属波纹管能够在其纵轴周围具有抗扭性，因此借助这两个振动执行机构中的任一个都能够致动五个运动自由度(三个平移自由度和两个旋转自由度)。但在实践中该振动输送机的缺点是，这两个振动执行机构在机械上是相互耦联的，因此不可能由振动执行机构来致动单个自由度，而不对另一振动执行机构造成至少一定程度的不希望的交叉影响。此外，振动输送机对来自周围环境的振动(例如自动装配机的机架的振动)是很敏感的，振动输送机设置在此机架上。这都会导致输送情况的一定程度的“不可控制性”。

本发明的目的是，改善借助振动来输送元件的可控性。

发明内容

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的主题。本发明的有利实施方式参阅从属权利要求。

根据本发明的第一方面，描述一种元件进给设备，用于提供零散的元件、特别是提供零散的电子元件，以便借助自动装配机自动地装配元件载体。所述的元件进给设备具有(a)机架；(b)具有静止部件和活动部件的第一支承装置，该静止部件(机械地)与机架耦联；(c)中间体，其(机械地)与所述活动部件耦联；(d)具有第一部件和第二部件的第二支承装置，所述第一部件(机械地)与所述中间体耦联；(e)输送结构，其与所述第二部件(机械地)耦联并且这样构成，即借助所述输送结构的振动散开的元件能够沿着(纵向的)输送区域一直输送至展示区域；(f)第一致动器系统，其与所述第一支承装置相关联并且这样设计，即相对于所述静止部件以至少两个自由度致动所述活动部件；以及(g)第二致动器系统，其与所述第二支承装置相关联并且这样设计，即相对于所述第一部件以至少一个另一自由度致动所述第二部件。

所述元件进给设备是基于以下认识：通过应用两个通过中间体相互连接的不同支承装置，能够达到高程度的振动解耦。这不仅适用于通过元件进给设备的致动器引起的(内部)激励，也适用于从外部作用到元件进给设备上的外部振动。这种外部振动尤其能够由自动装配机的龙门系统产生，其负责在XY-平面内使(相对重的)装配头进行高度动态的运动。

这些支承装置优选相对于竖直轴(平行于重力方向)叠置。直观地看，它们因此也能够被称为支承平面，其至少在功能上相互串联设置。

应指出，通过使相关元件一体地或集成地构成，也能够实现元件进给设备的不同元件的(机械)耦合。相应地，(i)静止部件也能够与机架集成地构造，(ii)中间体也能够与运动部件集成地构造，(iii)第一部件也能够与中间体集成地构造，和/或(iv)输送结构也能够与第二部件集成地构造。

通过为两个支承装置适当选择支承元件，能够实现尤其有效的振动解耦。例如，在各自的运动方向上或沿着各自的运动方向(平移或旋转)具有最小刚性的轴承是合适的，和/或摩擦少或无摩擦的轴承也是合适的。

根据用于各种空间运动的通用名称，自由度能够是平移自由度或旋转自由度。这些自由度能够是这三个空间方向中的一个。相对于第一支承装置的至少两个自由度，第二支承装置的至少一个另一自由度优选是指不同的自由度。换言之，优选不存在可由两个支承装置实现或可由两个致动器系统致动的自由度。

元件进给设备的机架能够是各种框架结构，其是元件进给设备的静止参照框架。在元件进给设备正常运转时，所述元件进给设备的机架能够通过合适的(机械)接口与自动装配机的机架连接。

这些支承装置能够是不同类型的支承结构，其根据运动自由度的预设数目和方向，能够在参与的部件之间实现一个或多个相对运动(平移和/或旋转)。但这两个支承装置还能够提供闭锁一个或多个运动自由度。

所有需要的自由度因此能够以有利的方式这样分布在这两个支承装置上，即预期的外部振动激励尽可能只耦联到这两个支承装置之一中。这意味着，这两个支承装置之一具有运动自由度，其至少几乎与预期的外部振动的方向是一致的。

该输送结构优选(无角部和边棱)这样构成，即能够尽可能无机械阻挡地将待输送的元件一直输送至展示区域。那么，这些元件能够从该处被自动装配机的装配头(尤其借助吸管)单独地抓取，并且在常规的装配工艺中放置在待装配的元件载体上。但该输送结构优选在其边缘上具有侧面边界(例如接块)，因此能够避免元件的意外掉落或掉下。

优选根据相应支承装置具有的自由度(数目和种类)，这两个致动器系统优选包括适当数目和种类的致动器，它们负责在参与的部件之间实现所述至少一个期望的相对运动。

根据本发明的另一实施例，第一支承装置能够致动与第一致动器系统相同的运动自由度。备选地或组合地，第二支承装置能够致动与第二致动器系统相同的运动自由度。

简而言之，支承装置闭锁了那种未能被所属致动器系统致动的运动自由度。这改善了不同致动器或不同运动自由度的振动解耦。

根据本发明的另一实施例，为每个自由度设置正好一个致动器。这就表明，元件进给设备的整体振动系统既不会“致动失败”，也不会“过度致动”。这也有助于有效地实现不同自由度之间的振动解耦。

“合适的致动”(即不致动失败，也不过度致动)的所述特性优选相互独立地适用于两个支承装置。这既能够进一步改善振动解耦，也还能使整个振动系统的(机械)设计简化。

简而言之，获得对多个(很大程度上)相互解耦的自由度的个体可控性。这种特性也单个地适用于两个支承装置和相应的致动器系统。

根据本发明的另一实施例，所述第一致动器系统和/或所述第二致动器系统仅具有线性致动器。其优点是，能够以简单且有效的方式实现相关的致动器系统。

应指出，两个相互偏置或相互间隔设置的线性致动器既能够致动相关部件的平移运动，也能致动相关部件的旋转运动，这些线性致动器至少局部平行偏置地沿着相同的方向“致动”并且作用到支承装置的部件的不同点上。在同相操控时，它们实现了沿着(共同的)致动方向的平移运动，在反向操控时，它们实现了围绕着一轴线的旋转运动，该轴线垂直于平移运动或致动方向。

根据本发明的另一实施例，所述两个支承装置的数目总和是四个或五个。其优点是，对于大多数应用情况来说，(i)供使用的自由度的数目足够多，并且同时(ii)避免了至少一个自由度的非经济致动，这也是出于成本原因不是绝对必要的。通过取消至少一个非绝对必要的自由度，也能够改善上述振动解耦。

根据本发明的另一实施例，所述这两个支承装置中的至少一个既能够沿着平移轴进行平移运动，也能够围绕着一轴进行旋转运动，该轴垂直于所述平移轴。根据至少一个另一可能存在的自由度，相应的致动器系统能够正好致动平移运动和旋转运动或相应的其它运动。

在优选的实施例中，该平移运动沿竖直的Z方向或平行于重力方向进行延伸，并且在XZ或YZ平面内围绕着与之垂直的Z轴进行旋转运动。

根据本发明的另一实施例，所述第一支承装置和/或所述第二支承装置具有至少一个由一组部件构成的支承元件，这组部件包括固体接头、气垫和磁性轴承和静压轴承。

(A)固体接头能够例如借助整体式零件实现。这能够以有利的方式减少磁滞效应和松弛，并且提高存储精度。整体式的固体接头能够例如借助线腐蚀、喷水切割或诸如“3-D印刷”之类的增材制造技术，诸如直接金属激光烧结(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)来制造。备选地，也能够应用多件式的固体接头，其例如能够通过焊接、钎焊、胶合、螺纹连接来制造。作为固体接头的材料，可以使用(i)金属弹簧材料，例如弹簧钢、冷作钢、钛、弹簧青铜、超塑性合金(例如镍钛诺)，或(ii)塑料(例如纤维增强塑料)。目前，特别优选的是片簧，该片簧可以一件或多件地构造，并且是易于确定尺寸的固体接头。

(B)气垫能够借助设计为具有气动或磁性预应力，这取决于预期的重量负载和可用气流。气动预应力例如是负压或真空。磁性预应力能够借助集成的磁铁和可磁化的预置板实现。具有所谓三明治结构的气垫也是可行的，其中两个相对设置的气垫负责使支承元件的相关部件适当地间隔开来。

至少目前，所谓的混合轴承，特别是固体接头和气垫的组合似乎是特别合适的。就技术/经济视角来看，单个的气垫能够通过固体接头协助，以达到期望的功能。例如，借助气垫能够实现“主要支承”，而借助固体接头能够实现单个(即非必要的)自由度的闭锁。如果单纯的气垫只有付出很大的费用才能实现，则这一点将特别有利。将不同支承元件在功能上组合起来，是可行的。因此，一些支承性局部功能能够借助固体接头实现，其它局部功能能够借助气垫实现。特别优选地，允许借助固体接头进行输送运动或输送振动，并且允许借助气垫进行平衡运动。

根据本发明的另一实施例，所述第一致动器系统和/或所述第二致动器系统具有至少一个由一组部件构成的致动器，这组部件包括直接驱动器、洛伦兹致动器、磁阻致动器、气动致动器、压电致动器和不平衡致动器。

(A)直接驱动器在此是指所有不具有变速器或中间未连接变速器的驱动器。直接驱动器的优点是，消除了变速器的不利特性，例如齿轮或主轴的磨损或机械游隙。

(B)洛伦兹致动器是以基于洛伦兹力的驱动器，载流导体在磁场上产生了垂直于电流方向且垂直于磁场方向的力。洛伦兹致动器的巨大优势是，它不会将机械刚性带到振动系统中。单相或多相的直线马达是已知的且也对所述元件进给设备来说适合的洛伦兹致动器。特别是在移动距离较小的情况下，能够使用单相马达，并且因此可以省去在多相马达中所需的复杂的电换向。在此能够降低不期望的与位置相关的力。合适的洛伦兹致动器的另一个例子是所谓的音圈致动器，其中通常这样设计磁路，使得载流导体区域中的磁场集中并均匀分布。

(C)磁阻致动器是其中基于物理效应产生磁引力的驱动器，其中铁磁体倾向于在磁场中这样对准，从而使存储在磁场中的能量最小化。该磁场在此借助载流导体产生，因此电流的改变也会引起磁场的改变。

(D)气动致动器是这样的驱动器，即随时间变化的气压例如在所谓的气动气缸中引起致动。

(E)压电致动器是指这样的驱动器，即在压电效应的基础上通过施加电压或电场通过压电晶体而产生偏转。为了扩大“有效范围”，还能够应用堆叠的压电晶体。

根据本发明的另一实施例，第二部件和/或输送结构具有接口结构，其构造得使输送结构能够可松脱地安放在第二部件上。这样的优点在于，不同的输送结构之一必要时用不同(类型)的元件填充，并且以能脱离或可逆的方式设置在第二部件上。例如，当元件改变时，特别是鉴于所谓的改装，就能将输送结构更换为另一个输送结构。

根据本发明的另一实施例，所述输送结构还具有储器，用来接纳大量零散元件并且用来(按份量地)将零散元件发送到输送区域上。在本实施例中，该储器和(其余)输送结构在此能够(一体地)构成为(纵长的)料筒或料盒。

根据本发明的另一实施例，元件进给设备还具有光学系统，用来探测位于所述输送区域和/或展示区域中的至少几个元件的数目和/或位置。

通过以光学方式检测借助振动输送的元件，可以监视元件进给设备的振动系统的输送行为并根据需要进行调适。这种调配可尤其在于，在展示区域中始终提供适当数目的元件，以供装配头可靠地拾取。必要时，也可以对元件进行回送或回振。例如，如果展示区域中存在过多的元件，从而因不同元件之间的间隔过小而无法可靠地抓取元件，则这种“回送”就很理想。

根据本发明的另一实施例，所述展示区域位于光学透明的展示板的上侧上。此外，光学系统还包括相机和光学器件，它们配置为能自下而上地透过光学透明的展示板检测位于展示区域中的元件。这种实施方式的优点在于，能够以节省空间的方式将光学系统集成到元件进给设备中。与此同时，元件进给设备可以实现为紧凑的模块，其可以代替输送封装在封带中的元件的其他元件进给设备或除其之外附接至自动装配机。

根据本发明的另一实施例，所述元件进给设备还具有至少一个运动传感器，其设置在所述第二部件上或者在机械上与之刚性地耦联。

在所述至少一个运动传感器适当定位的情况下，例如，能够以最佳可能的方式检测和影响为精确控制所述元件进给设备的操作所需的实际振动行为。这一点特别适用于这样的实施例，即在此实施例中存在用于检测各个元件的位置的光学系统，因此不仅能控制输送行为，甚至能调节输送行为。因此，此处所述的元件进给设备将精确定位设备和元件输送器的特性结合起来。在成功输送之后，通过精确的定位，能够改善经由后继设备(尤其是装配头)进行的元件拾取。

所述至少一个运动传感器可以是位置传感器、速度传感器、加速度传感器或这类传感器的任意组合。

根据本发明的另一方面，描述一种用于自动向元件载体装配元件的装配系统。所述的装配系统包括：(a)上述类型的元件进给设备；(b)自动装配机，其具有用来接纳所提供的零散元件的装配头。该自动装配机将所接纳的元件传送到待装配的元件载体上方，并且将所传送的元件放置到元件载体上。

所述装配系统是基于以下认识：通过在本发明中描述的元件进给设备借助两个串联但相互强调独立的支承装置能够实现振动的解耦，所述振动在内部是通过致动器之一产生的或者是从外部带入该系统中的。所述解耦有助于实现更好的振动输送，因此输送到展示区域中的元件能够可靠地被装配头抓取。

根据本发明的又一方面，描述一种在应用上述元件进给设备的情况下提供元件、特别是提供零散的电子元件的方法，以便在自动装配机中自动装配元件载体。所述方法具有：(a)借助第一致动器系统在至少两个自由度上使第一支承装置的活动部件振动；以及(b)借助第二致动器系统在至少一个另一自由度上使第二支承装置的第二部件振动。

所述方法是基于以下认识：利用上述元件进给设备，能够以精确定义的振动行为将元件输送到展示区域中。该振动行为(i)在很大程度上不受外部振动的干扰，并且显示(ii)从内部激发的自由度到另一个自由度没有或很少有不希望的横向影响。

应当指出，上文已结合不同的发明主题说明本发明的实施方式。特别是，通过产品权利要求描述本发明的某些实施方式，而通过方法权利要求描述本发明的另一些实施方式。但本领域技术人员阅读本申请后可以清楚的是，除属于一种类型发明主题的特征组合之外，也可能存在属于不同类型发明主题的任何特征组合，除非另作明确说明。

附图说明通过下文举例说明本发明的优选实施方式，本发明的更多优点和特征将显而易见。

附图说明

图1示出了元件进给设备的选出部件的功能性串联的示意图。

图2示出了在图3、4和5中示出的本发明的第一组实施例1.1、1.2和1.3的各种运动自由度的分布情况。

图3示出了按实施例1.1的元件进给设备。

图4示出了按实施例1.2的元件进给设备。

图5示出了按实施例1.3的元件进给设备。

图6示出了在图7、8和9中示出的本发明的第二组实施例2.1、2.2和2.3的各种运动自由度的分布情况。

图7示出了按实施例2.1的元件进给设备。

图8示出了按实施例2.2的元件进给设备。

图9示出了按实施例2.3的元件进给设备。

图10示出了装配系统的示意图，该装配系统具有带两个装配头的自动装配机和多个元件进给模块，它们附接至自动装配机的两个侧面，其中在左侧设置有一个元件进给模块，在右侧设置有两个元件进给模块，作为按本发明的元件进给装置。

图号说明：

100 元件进给设备

110 机架/基体

120 第一支承装置

140 中间体

150 第二支承装置

170 接口结构/致动器桥

180 输送结构/储器

220 第一支承装置/第一支承平面

250a、250b、250c 第二支承装置/第二支承平面

282 输送区域

284 展示区域

X X-方向/X轴

Y Y-方向/Y轴

Z Z-方向/Z轴

α (alpha)围绕X轴的旋转

γ (gamma)围绕Z轴的旋转

300 元件进给设备

320 第一支承装置/第一支承平面

322 固体接头

324 固体接头

328 活动部件

342 Z-致动器

344 Z-致动器

346 Y-致动器

350 第二支承装置/第二支承平面

352 固体接头/旋转接头

354 固体接头/四接头

362 X-致动器

400 元件进给设备

420 第一支承装置/第一支承平面

426 气垫

450 第二支承装置/第二支承平面

456 气垫(平坦)

458 气垫(平坦)

459 气垫(“L”形)

500 元件进给设备

550 第二支承装置/第二支承平面

552 固体接头

556 气垫(平坦)

558 气垫(平坦)

620 第一支承装置/第一支承平面

650a、650b、650c 第二支承装置/第二支承平面

700 元件进给设备

720 第一支承装置/第一支承平面

722,723 固体接头(两个平行定向的片簧)

724,725 固体接头(具有两个梯形设置的片簧的四接头)

727中间元件

742 Z-致动器

744 Z-致动器

750 第二支承装置/第二支承平面

752 固体接头

754 固体接头

762 X-致动器

764 Y-致动器

M 瞬时磁极

800 元件进给设备

820 第一支承装置/第一支承平面

822 固体接头/旋转接头

826 气垫(平坦)

829 气垫(气垫衬套)

842 Z-致动器

844 Z-致动器

850 第二支承装置/第二支承平面

855 固体接头系统

857 耦联元件

862 X-致动器

864 Y-致动器

900 元件进给设备

920 第一支承装置/第一支承平面

922 固体接头(片簧)

924 固体接头(两个平行定向的片簧)

942 Z-致动器

944 Z-致动器

950 第二支承装置/第二支承平面

956 气垫(平坦)

958 气垫(平坦)

962 X-致动器

963 X-致动器

964 Y-致动器

1000 用于与散料零散的电子元件的元件进给设备

1050 装配系统

1060 自动装配机

1062 装配头

1070 用于位于封带中的电子元件的元件进给设备。

具体实施方式

应当指出，在下文的具体描述中，不同的实施方式与另一种实施方式的对应特征或组件相同或至少功能上相同的特征或组件标有相同的附图标记或其附图标记的最后两位与对应相同或至少功能上相同的特征或组件的附图标记相同。为免赘述，下文不再具体阐述已基于前述实施方式说明的特征或组件。

还应指出，下文描述的实施方式仅表明本发明的可能变型方案的有限选择。特别是，能够以适当的方式将各种实施方式的特征彼此组合，从而本领域技术人员可以清楚存在本文明确表示的变型方案的多种不同实施方式。

图1示出了按本发明的实施例的元件进给设备100的选出部件的功能性串联的示意图。振动着的输送结构180(其包括元件储器)的所需的自由度被划分为两个串联的支承装置，这些支承装置在本发明中也被称为支承平面。在本发明中，元件进给设备也被称为振动输送机，其借助振动来输送元件。

元件进给设备100包括机架110，该机架110是元件进给设备100的基体。该机架100包括未示出的接口，用来将元件进给设备100连接到自动装配机的框架结构上。

在该机架上设置有第一支承装置120，其优选能够实现至少一个振动自由度和至少一个旋转自由度。第一支承装置120的自由度优选用来输送元件。可选地，这些自由度也能够用来实现内部振动解耦和/或(预期的)外部振动解耦。

元件进给设备100的中间体140用来实现第一支承装置120的(活动部件)和第二支承装置150的(第一部件)之间的机械连接。

第二支承装置150优选能够实现一自由度，该自由度用来实现内部振动解耦和/或(预期的)外部振动解耦。可选地，这些自由度也能够用来实现元件的振动式输送。

与第二支承装置150的(第二部件)相连或(刚性)耦联的是接口结构170，其在本发明中也称为致动器桥。该致动器桥170以振动的状态支承着。致动器桥170的行程通过未示出的机械止挡限定。输送结构180能够通过该接口结构170(机械地)联结。通过适当地控制未示出的致动器，这些致动器要么与第一支承装置120相关联，要么与第二支承装置150相关联，能够以适当的方式使输送结构180振动，其中该振动能够包括(i)沿着平移自由度的运动和/或(ii)旋转自由度的运动。在此明显的是，输送结构180总共具有第一支承装置120的自由度加上第二支承装置150的自由度。

未示出的元件储器能够集成地或可松脱地与接口结构170和/或(其余的)输送结构180相连。

下面阐述了本发明的优选实施例，其中所有供输送结构使用的(以及可致动的)自由度以不同的方式分布在两个支承装置上。在下面的表1中标明了这些自由度分布。

在第一栏中，将根据分组将这些实施例分为两组进行编号。沿着方向#的平移自由度借助T#表示(#在此表示X、Y或Z)。旋转自由度用R#表示，其中在此#在此表示α(alpha)、β(beta)或γ(gamma)。α或Rα表示围绕X轴的旋转，β或Rβ表示围绕Y轴的旋转，以及γ或Rγ表示围绕Z轴的旋转。由第一支承装置120可实现的自由度在表1的相应行中用L1表示。由第二支承装置150可实现的自由度在表1的相应行中用L2表示。栏Σ(Sigma)表示相应实施例的自由度的总和。栏“附图”表示本发明中的相应附图。

表1

Nr.

Tx

Ty

Tz

Rα

Rβ

Rγ

Σ

附图

1.1

L1

L2

4

3

1.2

L2

L1

4

1.3

L2

L1

L2

5

2.1

L2

L1

L2

4

7

2.2

L2

L1

4

8

2.3

L2

L1

L2

5

9

图2示出了在图3、4和5中示出的本发明的第一组实施例1.1、1.2和1.3的各种运动自由度的分布情况。在这些实施例中，第一支承装置220实现了沿着Y轴的平移Ty以及沿着Z轴的平移Tz。此外，第一支承装置220还能实现绕着X轴的旋转Rα(alpha)。

在实施例1.1中，第二支承装置250a还能额外地实现绕着Z轴的旋转Rγ(Rgamma)。在实施例1.2中，第二支承装置250b还能额外地实现绕着X轴的平移Tx。在实施例1.3中，第二支承装置250c还能额外地实现沿着X轴的平移Tx和绕着Z轴的旋转Rγ。

在图2中分别用参考标记282标出了输送结构的输送区域。展示区域用参考标记284表示。

图3示出了按实施例1.1的元件进给设备300。下面示出的第一支承装置320示意性地以横截视图在YZ平面中示出。上面示出的第二支承装置350示意性地以俯视图在YX平面中示出。

第一支承装置320包括两个固体接头322和324，它们分别将机架110与第一支承装置320的活动部件328(弹性地)相连。根据在此示出的实施例，这两个固体接头322和324分别构成为双重的、L形折弯的或弯曲的片簧，其通常也称为“折叠片簧”。就此应当指出，单独一个“折叠片簧”具有五个自由度并在垂直方向上(平行于折边的纵向，在此是X-方向)锁止平移。因此，所示的总共四个“折叠片簧”的组合是一种用于将主体支承在具有三个自由度(Ty、Tz和Rα)的平面(这里为YZ平面)上的支承布置。

第一支承装置320总共与三个致动器342、344和346相关联，这三个致动器分别以“作用力箭头”示意性示出并分别作用于活动部件328的突出部。两个致动器342和344能够各自致动沿Z轴的平移运动Tz。如上所述，同相致动(具有相同振幅)导致沿Z轴的平移运动Tz。反相致动导致旋转运动Rα(绕X轴，即垂直于纸面)。该致动器346能够致动沿Y轴的平移运动Ty。

第二支承装置350包括由两个固体接头352和354构成的布局。第二支承装置350与致动器362相关联，该致动器能够致动第二支承装置350的可移动的第二部件以及输送结构180沿着X轴的平移运动Tx。

根据在此示出的实施例，第二支承装置350这样配置，使得输送结构180的主体具有两个瞬时磁极：

(a)在通过致动器362内部激励时，产生输送结构180的第一瞬时磁极。第一瞬时磁极的空间位置从两个固体接头352和354的运动学(Kinematik)中产生，并且在此位于固体接头352的支点上。

(b)在内部激励时，产生输送结构180的第二(不同的)瞬时磁极。根据第二支承装置350的具体构造，尤其根据输送结构180的主体的特性如几何形状、质量、重心等，第二瞬时磁极能够位于展示区域(未示出)。

根据在此示出的实施例，固体接头352是旋转接头，而固体接头354(它是可选的)是所谓的四接头。固体接头352具有旋转自由度(在此是Rγ)，并且例如能够借助两个相交的片簧实现。根据此处示出的实施例，固体接头354借助两个梯形设置的片簧实现。这两个片簧的重心构成了所谓的瞬时磁极。

该固体接头354优选应这样设计和设置，即其瞬时磁极在零位置与固体接头352的瞬时磁极至少几乎重合。那么输送结构180能够实现强制力较少的运动。

如同已提到的，该固体接头是可选的。固体接头354尤其能够用来提高输送结构180相对于旋转Rα(围绕X轴)的倾斜刚性。

图4示出了按实施例1.2的元件进给设备400的侧视图。

第一支承装置420包括一个或多个平坦气垫426的布局和三个致动器342、344、346，所述气垫总共允许三个自由度(Ty、Tz、Rα)，这些致动器能够像图3一样分别致动平移运动(沿着Z轴或沿着Y轴)。

第二支承装置450包括两个平坦气垫456、458和一个“L”气垫459(具有沿X轴的平移自由度)的布局。第二支承装置450与未示出的致动器相关联，该致动器能够致动沿着X轴的平移。

图5示出了按实施例1.3的元件进给设备500在YZ平面中的侧视图。元件进给设备500具有混合式支承，其由多个固体接头和气垫构成。

第一支承装置320与图3所示的第一支承装置320相同。

第二支承装置550包括两个平坦的气垫556和558以及固体接头552，该固体接头具有五个自由度并且构造得闭锁输送结构180的平移Ty。两个致动器能够分别(同相或反相地)致动沿着X轴的平移Tx，并且能够如前面描述的一样一起致动沿着X轴的平移Tx和/或绕着Z轴的旋转Rγ。

图6示出了在图7、8和9中示出的本发明的第二组实施例2.1、2.2和2.3的各种运动自由度的分布情况。在这些实施例中，第一支承装置620实现了沿着Z轴的平移Tz以及绕着X轴的旋转Rα。

在实施例2.1中，第二支承装置650a还能额外地实现沿着Y轴的平移Ty和绕着Z轴的旋转Rγ(Rgamma)。在实施例2.2中，第二支承装置650b还能额外地实现沿着X轴的平移Tx和沿着Y轴的平移Ty。在实施例2.3中，第二支承装置650c还能额外地实现沿着X轴的平移Tx、沿着Y轴的平移Ty以及绕着Z轴的旋转Rγ(Rgamma)。

在图6中还分别用参考标记282标出了输送结构的输送区域。展示区域分别用参考标记284表示。

图7示出了按实施例2.1的元件进给设备。下面示出的第一支承装置720以及上面示出的第二支承装置750两者均示意性地以横截视图在YZ平面中示出。

第一支承装置720共包括四个固体接头722、723、724、725，它们能够共同实现了两个自由度，即沿着Z轴的平移Tz以及绕着X轴的旋转Rα。

如图7所示，这两个固体接头722和723分别包括两个平行定向的片簧，它们将机架110与各可移动的中间元件727(弹性地)相连。这两个固体接头722和723能够实现沿着Z轴的平移Tz。这两个固体接头724和725分别包括两个呈梯形设置的片簧，其是四接头。这些固体接头724和725各自将可移动的中间元件727与第一支承装置720的活动部件328(弹性地)连接。这两个固体接头724和725能够实现围绕X轴的旋转Rα。

还如图7所示，这两个固体接头722和723基本上相互平行地定向。这两个固体接头724和725这样定向，即其瞬时磁极基本上在共同的瞬时磁极M重叠。因此总共为这两个固体接头724和725产生了旋转自由度Rα。同时，在其它闭锁的自由度中确保了高的横向刚性和倾斜刚性。

第一支承装置720总共与两个致动器742和744相关联，这两个致动器分别以“作用力箭头”示意性示出并分别作用于活动部件328的突出部。两个致动器742和744可以各自致动沿Z轴的平移运动Tz。如上所述，同相致动(具有相同振幅)导致沿Z轴的平移运动，相反，反相致动导致旋转运动Rα(围绕X轴，垂直于纸面)。

第二支承装置750包括由两个固体接头752和754构成的布局。根据在此示出的实施例，固体接头752借助垂直定向的片簧实现，并且固体接头754借助垂直定向的杆子实现，其弹簧特性通过在特定的纵向部段上有针对性地减少横截面来实现。应指出，本领域专业人员公知固体接头的各种几何形状，其弹性是以局部减少横截面为基础。因此，所示的固体接头754仅看作是许多其它固体接头的一个例子。

第二支承装置350与两个致动器762和764相关联，其中致动器762能够致动沿X线的平移运动Tx，致动器764能够致动沿Y轴的平移运动Ty。这两个平移运动Tx和Ty涉及第二支承装置750的可活动的第二部件或输送结构180。

图8示出了按实施例2.2的元件进给设备800。元件进给设备800具有混合式支承，其由固体接头和气垫构成。下面示出的第一支承装置820示意性地以横截视图在YZ平面中示出，上面示出的第二支承装置850示意性地以俯视图在XY平面中示出。

第一支承装置820包括平坦的气垫826和气垫衬套829。第一支承装置820还包括旋转的固体接头822。第一支承装置820能够使中间体140(相对于未示出的机架)具有两个自由度，即沿着Z轴的平移Tz以及绕着X轴的旋转Rα。

第一支承装置820与致动器842和844相关联，其能够各自致动沿Z轴的平移Tz。总的说来，它们能够通过适当地控制(如同上面多次阐述的一样)使中间体140(a)沿着Z轴平移地(Tz)和/或(b)围绕着X轴旋转地(Rα)活动。

第二支承装置850包括具有四个片簧的固体接头系统855，这些片簧这样设置，使得在XY平面中的平移运动是可行的。固体接头系统855(弹性地)将输送结构180与两个耦联元件857连接起来，这些耦联元件以未示出的方式与中间体140刚性地相连。当然也能够应用其它固体接头机制，它(仅)允许平移自由度Tx和Ty。

第二支承装置850与两个致动器862和864相关联，其中致动器862能够致动沿X线的平移Tx，并且致动器864能够致动沿Y轴的平移。它们通常能够使输送结构180相对于中间体140通过适当控制输送结构在XY-平面内平移地沿着X轴和/或Y轴运动。

图9示出了按实施例2.3的元件进给设备900。下面示出的第一支承装置920以及上面示出的第二支承装置950均示意性地以侧视图在YZ平面中示出。

第一支承装置920包括由两个固体接头922和924构成布局。固体接头922由水平定向的简单片簧组成，该片簧将机架110与中间体140(弹性)连接。该固体接头924由双重的、呈L形弯曲或折弯的片簧，其通常也称为“折叠片簧”，并在上面已参照实施例1.1(参照图3)进行阐述。该固体接头924也(弹性地)将机架110和中间体140连接起来。

应指出，第一支承装置920可被看作是实施例1.1(参照图3)的支承装置320的变体。与此支承装置320不同的是，此处所用的第一支承装置920还额外地闭锁了沿Y轴的运动，因为这两个“折叠片簧”322和324之一被片簧替代。

第一支承装置920总共与两个致动器942和944相关联，这两个致动器分别以“作用力箭头”示意性示出并分别作用于活动部件328的突出部。两个致动器942和944可以各自致动沿Z轴的平移运动Tz。如上所述，同相致动(具有相同振幅)导致沿Z轴的平移运动。反相致动导致旋转运动Rα(绕X轴，垂直于纸面)。

第二支承装置950包括两个平坦气垫956和958，它们相对于中间体140，使输送结构180能够在XY平面内以三个自由度Tx(沿X轴平移)、Ty(沿Y轴平移)和Rγ(围绕Z轴旋转)运动。为此，第二支承装置950与三个致动器相关联，即第一X-致动器962、第二X-致动器963和Y-致动器964，适当控制时，这些致动器能够致动沿着X轴的平移Tx、围绕Z轴的旋转Rγ和/或沿着Y轴的平移Ty。

简而言之，在此(优选的)实施例2.3中，自由度Tz和Rα设置在第一支承平面920中并由在Z方向上作用的两个线性驱动器942和944来致动。也就是说，通过适当地控制两个线性驱动器942和944，可以实现沿Z轴的纯平移运动Tz、绕X轴的纯旋转运动Rα以及这两种运动Tz和Rα的任意组合。通过所用的并行运动，两个线性驱动器942和944因始终共同实现期望的运动而能够以有利的方式设定特别小的规格。

图10示出装配系统1050的示意图，该装配系统1050包括具有两个能相互独立移动的装配头1062的自动装配机1060以及多个元件进给模块。元件进给模块构造为(a)用于进给散料形式的元件的元件进给设备1000，其中该元件进给设备1000在本发明的不同的实施例中进行描述，或者(b)用于以公知方式进给位于元件封带中的元件的元件进给设备1070。根据这里所示的实施例，在自动装配机1060的左侧附接四个元件进给设备1070和一个元件进给设备1000。在自动装配机1060的右侧附接两个元件进给设备1070和两个元件进给设备1000。

应当指出，术语“包括”不排除其他元素，而“一个”不排除多个。而且，结合不同实施例描述的元素可以组合。还应指出，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims

1.一种元件进给设备(100-900)，用于提供电子元件，以便借助自动装配机(1060)自动地装配元件载体，所述元件进给设备(100-900)包括：

机架(110)；

具有静止部件和活动部件的第一支承装置(120-920)，所述静止部件与所述机架(110)耦联；

中间体(140)，其与所述活动部件耦联；

具有第一部件和第二部件的第二支承装置(150-950)，所述第一部件与所述中间体(140)耦联；

输送结构(180)，其与所述第二部件耦联并且这样构成，即借助所述输送结构(180)的振动散开的元件能够沿着输送区域(282)一直输送至展示区域(284)；

第一致动器系统(342、344、346、742、744、842、844、942、944)，其与所述第一支承装置(120-920)相关联并且这样设计，即相对于所述静止部件以至少两个自由度致动所述活动部件；以及

第二致动器系统(362、762、764、862、864、962、963、964)，其与所述第二支承装置(150-950)相关联并且这样设计，即相对于所述第一部件以至少一个另一自由度致动所述第二部件。

2.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一支承装置(120-920)能够致动与所述第一致动器系统(342、344、346、742、744、842、844、942、944)相同的运动自由度，

和/或所述第二支承装置(150-950)能够致动与所述第二致动器系统(362、762、764、862、864、962、963、964)相同的运动自由度。

3.根据权利要求1或2所述的元件进给设备(100-900)，其中

为每个自由度设置正好一个致动器。

4.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一致动器系统(342、344、346、742、744、842、844、942、944)和/或所述第二致动器系统(362、762、764、862、864、962、963、964)仅具有线性致动器。

5.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一支承装置(120-920)和所述第二支承装置(150-950)的自由度数目总和是四个或五个。

6.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一支承装置(120-920)和所述第二支承装置(150-950)中的至少一个既能够沿着平移轴进行平移运动，也能够围绕着一轴进行旋转运动，该轴垂直于所述平移轴。

7.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一支承装置(120-920)和/或所述第二支承装置(150-950)具有至少一个由一组部件构成的支承元件，这组部件包括固体接头、气垫和磁性轴承和静压轴承。

8.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第一致动器系统(342、344、346、742、744、842、844、942、944)和/或所述第二致动器系统(362、762、764、862、864、962、963、964)具有至少一个由一组部件构成的致动器，这组部件包括直接驱动器、洛伦兹致动器、磁阻致动器、气动致动器、压电致动器和不平衡致动器。

9.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述第二部件和/或所述输送结构(180)具有接口结构(170)，其构造得使所述输送结构(180)能够可松脱地安放在所述第二部件上。

10.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述输送结构(180)还具有储器，用来接纳大量零散元件并且用来将零散元件发送到输送区域(282)上。

11.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，还具有

光学系统，用来探测位于所述输送区域和/或展示区域(284)中的至少几个元件的数目和/或位置。

12.根据权利要求11所述的元件进给设备(100-900)，其中

所述展示区域(284)位于光学透明的展示板的上侧上，并且

所述光学系统包括相机和光学器件，它们配置为能自下而上地透过光学透明的展示板检测位于展示区域的元件。

13.根据权利要求1所述的元件进给设备(100-900)，还具有

至少一个运动传感器，其设置在所述第二部件上或者在机械上与之刚性地耦联。

14.一种用来自动地给元件载体装配元件的装配系统(1050)，所述装配系统(1050)包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的元件进给设备(100-900)，其用来提供零散元件；以及

具有装配头(1062)的自动装配机(1060)，

其(a)用来接纳所提供的零散元件，(b)用来将所接纳的元件传送到待装配的元件载体之上；

(c)将经传送的元件放置在所述元件载体上。

15.一种方法，用于在应用根据权利要求1至13中任一项所述的元件进给设备(100-900)的情况下提供零散的电子元件，以便在自动装配机(1060)自动地装配元件载体，所述方法还包括：

借助第一致动器系统(342、344、346、742、744、842、844、942、944)在至少两个自由度上使所述第一支承装置(120-920)的所述活动部件振动；并且

借助第二致动器系统(362、762、764、862、864、962、963、964)在至少一个另一自由度上使所述第二支承装置(150-950)的所述第二部件振动。