CN111132536A

CN111132536A - 在元件进给设备的拾取位置自适应位置地提供元件

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Publication number: CN111132536A
Application number: CN201911035684.8A
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: 2019-10-29
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: DE102018127276B8; CN111132536B; KR20200049665A; DE102018127276B3; KR102325457B1

Abstract

本发明描述一种用于在拾取位置提供元件的元件进给设备（100、500、600、605）。该元件进给设备（100、500、600、605）包括：（a）机架（110）；（b）用于将元件输送到提供结构（186）的机构，拾取位置位于该提供结构之中或之上；（c）驱动器（115、520、542、544），其具有与机架（110）耦联的静止部件以及与提供结构（180、186）耦联的活动部件（540、552）；以及（d）控制单元，其用于控制驱动器（115、520、542、544），使得提供结构（180、186）至少能沿Z方向相对于机架（110）移动。本发明还描述一种包括这种元件进给设备（100、500、600、605）的装配系统（630）以及一种使用这种元件进给设备（100、500、600、605）提供元件的方法。

Description

在元件进给设备的拾取位置自适应位置地提供元件

技术领域

本发明总体上涉及装配元件载体与（电子）元件的技术领域，更具体涉及借助自动装配机执行将元件进给到装配过程。本发明特别是涉及一种用于在拾取位置提供元件的元件进给设备，装配头能够在该拾取位置抓取元件并且再将其放置到元件载体上。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的成本很高。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。

为了确保稳妥地抓取元件并就此确保较高的工艺可靠性，重点在于，确切获知相对于相关自动装配机的坐标系的拾取位置，以便装配头能够正确地“接近”所提供的元件。在不利于装配头的位置提供元件可能导致不牢固地抓取相应的元件和/或装配头须行经不必要的行程才能抓取相应的元件。

发明内容

本发明的目的是采用如下方式改进为装配过程提供元件，即通过自动装配机的装配头能够可靠又高效地抓取元件。

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，描述一种用于在拾取位置提供元件的元件进给设备。所述元件进给设备包括：（a）机架；（b）用于将元件输送到提供结构的机构，拾取位置位于该提供结构之中或之上；（c）驱动器，其具有与机架（刚性）耦联的静止部件以及与提供结构（刚性）耦联的活动部件；以及（d）控制单元，其用于控制驱动器，使得提供结构至少能沿Z方向相对于机架移动。

所述元件进给设备是基于以下认识：通过空间上变动自动装配机的装配头取件的元件拾取位置，元件进给设备经由适当的接口（以能脱离的方式）附接至该自动装配机，即使在自动装配机和/或附接至其上的元件进给设备的运行期间，也能使装配头就其最短行程得以优化。可以实施沿Z方向的变动，该Z方向在元件进给设备的运行中通常是垂直方向（平行于重力），以便可以缩短以能滑动的方式附接至装配头的元件保持装置（特别是抽吸夹具）沿垂直的Z方向的行程，从而加快装配过程。这样就能改进装配性能，其中术语“装配性能”应指在预定的时间段内能够借助相关的自动装配机放置到待装配元件载体上的元件数目。

在本发明中，术语“机架”应指承载元件进给设备的各个部件的任何框架或承载结构。机架上特别是附设或构造有适当的接口，元件进给设备能够经由该接口以能脱离的方式附接至自动装配机。这样的接口不仅可以包括纯机械的接口。元件进给设备上也能设置有例如用于从自动装配机向元件进给设备供电的电力接口和/或用于在自动装配机与元件进给设备之间通信的数据接口。

在本发明中，术语“用于输送元件的机构”应指能够将元件从储器输送到拾取位置的任何功能装置。根据元件进给设备的类型，可以采用完全不同的方式构造这个功能装置。

在所谓的带式输送机的情况下，这种机构特别是包括旋转驱动器和与之连接的销轮，该销轮卡入相关元件封带的开口中并且在激活旋转驱动器时朝向元件拾取位置运动。在带式输送机中，可以将元件封带与相应存放在所谓带袋中的元件缠绕在其上的线筒或线管视为元件储器。

在振动输送机的情况下，将振动的输送结构与该输送结构的表面上构造的输送路段或输送区域（酌情连同适当的振动致动器）视为“用于输送元件的机构”。在这种情况下，储器是散料形式的元件处于其中的容器。提供结构可以是简单的（平）板，在其上将元件呈递给装配头以供拾取。

应当指出，在振动输送机的情况下，未预先获知或确定借助振动输送相关元件的拾取位置。因此，在进行拾取之前，仍需对每一个元件测量、例如借助相机光学检测相应元件的拾取位置所处的精确位置。仅预先获知该拾取位置位于提供结构之中或之上的某个空间扩展的展示区域内。在此背景下，在本发明的上下文中，表述“在拾取位置提供元件”应指“在某处”将相关的元件输送到展示区域内。每一个元件在终止振动输送（该元件）的过程并自此拾取该元件的（任意）位置就是拾取位置。

在本发明中，术语“提供结构”可指能够在其上或其处将元件展示给装配头以供拾取的任何结构。在带式输送机的情况下，提供结构包括适当的引导装置和/或支承面，其确保至少当前正从中取出元件的元件封带的那个区段位于尽量精确的所定义的空间位置。在振动输送机的情况下，可以用简单的平面（酌情具有边框以防元件意外掉落）实现提供结构，在该平面上将一个或多个元件展示给装配头以供拾取。

在本发明中，术语“驱动器”可指配置为使得提供结构相对于机架运动的任何类型的致动装置。该驱动器可以是：（a）机械驱动器，例如主轴或偏心轮；（b）电动驱动器，例如线性电动机；和/或（c）气动或液压驱动器，例如升降缸。

术语“控制装置”可指用于驱动器和/或数据处理装置的驱动电路，其能确保使得提供结构以期望的方式运动。在数据处理装置中可以采用软件，该软件计算关于提供结构的最佳Z位置。这例如可以借助校准程序来完成，在该校准程序中（例如借助相机），测量拾取位置周围的干扰轮廓和区域，以便能够调整到装配头的最佳距离，从而尽量缩短装配头的元件保持装置的垂直行程。

例如，当使用所述元件进给设备提供的元件的类型有所改变时，可以（动态地）变动提供结构的Z位置。特别是，当提供高度比先前处理的元件更高的元件时，提供结构可以向下运动。采用相应的方式，在从较高的元件变为较低的元件时，提供结构可以向上移行，使得元件保持装置和/或装配头在抓取元件时始终仅需沿Z方向行经最短的距离。在任何情况下，通过沿Z方向的可调性，有助于提高装配性能。

例如，也能变动提供结构的Z位置，以便对元件进给设备进行单独的容差补偿和/或将元件进给设备单独地机械附接至自动装配机。由此，可以针对每一个元件进给设备单独地提高提供元件的精度，并且可以履行“元件进给设备的单独贡献”来提高装配性能。

简而言之，所述元件进给设备具备能够（动态地）沿（垂直）Z方向变动拾取位置的功能。可以通过控制单元调整拾取位置的Z位置，以使拾取位置尽量靠近装配头。这样就能尽量缩短装配头和/或相关元件保持装置的垂直行程，从而有助于提高装配性能。此外，可以补偿容差，以便不同元件进给设备的行为至少近似相同，只要涉及到从装配头到拾取位置的距离即可。

根据本发明的另一实施例，所述元件进给设备进一步包括至少一个另外的驱动器，（由控制单元）能控制这至少一个另外的驱动器，使得提供结构至少能沿X方向和/或沿Y方向相对于机架变动，其中X方向和Y方向垂直于Z方向。

在这种实施方式中，拾取位置可以至少沿另一空间方向变动，从而可以进一步提高拾取精度和/或拾取效率。也能以有利的方式相对于至少一个其他方向实现上述容差补偿。

根据本发明的又一实施例，所述元件进给设备进一步包括接口结构，该接口结构（直接或间接）附接在活动部件上和/或（直接或间接）附接在提供结构上，其中，该接口结构配置为使得提供结构能（直接或间接）以能脱离的方式附接至活动部件。这样的优点在于，酌情用来输送不同（类型）的元件的各种不同提供结构中的每一个能够以能脱离或可逆的方式附接至活动部件。例如，当元件改变时，特别是鉴于所谓的自动装配机改装，就能将提供结构更换为另一个（不同规格）的提供结构。

根据本发明的还一实施例，元件进给设备进一步包括光学系统，其用于检测在提供结构之中或之上所提供的至少一个元件的类型、数目和/或位置。

对所提供的一个元件或所提供的多个元件进行（精确）光学检测的优点在于，可以监视提供过程，从而可以获得很高的工艺可靠性。例如，通过检测所提供的至少一个元件的类型，可以防止相关的装配头抓取错误的元件并用于装配。通过将识别为错误或损坏的元件送入废料池，可以将其丢弃。通过检测至少一个元件的精确位置，可以在元件位置发生偏移时通过以适当方式定位拾取元件的装配头来改进拾取过程，从而可以在提供至少一个元件时补偿位置容差。

在振动输送机中，通过光学检测在输送路径上借助振动输送到提供结构的元件，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，在提供结构的区域内始终提供适当数目的元件，以供装配头可靠地拾取。必要时，也可以回送或回振元件。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”就很有用。

根据本发明的再一实施例，控制单元和驱动器配置为使得提供结构能移行到光学系统的聚焦平面内。这样的优点在于，即使在不同的空间配置下，也能始终对至少一个元件进行可靠的光学检测。

通过所述提供结构在聚焦平面中或根据相关元件的尺寸在聚焦平面周围区域中的移动性，即使使用所述元件进给设备输送不同类型的元件，特别是具有不同高度的元件，也能确保可靠的光学检测。

如果在所述元件进给设备中使用空间上不同规格的提供结构，则也能以有利的方式利用所述提供结构相对于聚焦平面的可移位性。这尤其适用于振动输送机，其中在可更换的料盒或料筒（Cartridge）中输送元件，除提供结构之外，其还包括具有输送路段的输送区域以及用于容纳大量零散元件并在输送区域处或其上（按计量）分配零散元件的储器。在此情形下，储器、输送区域和提供结构可以（一体）构造为细长的“料筒”。针对不同（尺寸）的元件，例如可以采用有利的方式使用不同规格的料盒，这些料盒可以经由适当的（机械）接口直接或间接地耦联至驱动器的活动部件。这样就能提高所述元件进给设备的灵活性，在处理不同元件方面具有始终不变的高工艺可靠性。

根据本发明的另一实施例，提供结构具有光学透明的展示板，在其顶侧上提供元件。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通过光学透明的展示板检测位于拾取位置的元件。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系统或除其之外附接至自动装配机。

光学器件可以包括透镜和/或面镜。面镜可以包括成像的（曲面）镜或简单的（平面）反光镜或偏光镜。

应当指出，为了尽量可靠地对元件进行光学检测，应将提供结构移行到某个位置，在该位置上，相应元件面向光学系统并被相机检测的那一侧应尽量精确地位于聚焦平面内。

根据本发明的又一实施例，所述元件进给设备构造为振动输送机，其包括用于使提供结构振动的致动器系统，其中，借助致动器系统的至少一个致动器实现驱动器使提供结构沿Z方向移动。

简而言之，代替具有自己单独的致动器，该致动器系统的致动器在元件进给设备的运行期间为提供结构提供振动，而且还执行使提供结构沿Z方向移位的功能。这样就能以有利的方式省去用于使提供结构沿Z方向移位的单独致动器。这不仅有利于制造成本，而且还有利于元件进给设备的空间设计，这可以通过在特别紧凑的空间内“多次使用”至少一个致动器来实现。

致动器系统可以由其自己的控制装置来进行操作。但优选地，还确保使提供结构沿Z方向移位的控制单元也能用于控制致动器系统的致动器。

提供结构的移位确切而言是元件进给设备的空间重构，因此在实践中很少执行这一做法。使提供结构移位的原因尤其是待进给元件的类型改变和/或元件进给设备的（重新）校准。借此，与振动频率相比，沿Z方向移位的“频率”明显更低。根据所用振动致动器（其也用于移位）的类型，可以将调整Z位置视为位置偏移。在电动致动器中，特别是在基于压电效应的致动器中，可以通过直流电压产生这种位置偏移，而可以通过适当的交流电压产生提供结构的振动。

根据本发明的还一实施例，用于使提供结构振动的致动器系统包括至少两个Z致动器，它们与用于使提供结构沿Z方向移动的驱动器相关联。这就表明，用于使提供结构沿Z方向移动的驱动器至少包括两个Z致动器，它们也设置用于使提供结构振动。

当这两个Z致动器具备适当的空间间隔时，可以沿Z方向启动稳定的平移运动，而不会增大提供结构的不理想倾斜。这也有助于提高拾取元件期间的工艺可靠性。

根据本发明的再一实施例，两个Z致动器可以同相或反相控制。

就此而言在本发明中，同相控制是指两个Z致动器以相同的方式运动。当两个Z致动器中的第一个Z致动器进行控制时，引导提供结构沿正Z方向运动，在同相控制的情况下，两个Z致动器中的另一个Z致动器也引起提供结构沿正Z方向运动。采用相应的方式，反相控制是指当两个致动器中的一个致动器沿正Z方向运动，同时另一个致动器沿负Z方向运动。

随着两个Z致动器的反相运动，借助振动激励提供结构的旋转自由度来输送元件。用于这种旋转振动的旋转轴则是垂直于Z方向取向的轴。根据激励的“频率”，两个Z致动器的同相运动引导提供结构沿Z方向平移，以调适拾取位置的高度位置或者使提供结构沿Z方向振动。

如上所述，可以由控制单元和/或为使提供结构振动设置的专用控制装置来进行致动器系统的致动器的控制。

根据本发明的另一实施例，所述元件进给设备进一步包括至少一个运动传感器，该运动传感器附接至提供结构或以机械方式与其刚性耦联。

利用这种运动传感器，能够以有利的方式检测提供结构的实际运动行为，这样既能控制又能调节提供结构的运动。这不仅适用于根据本发明的提供结构的运动或其为调适拾取位置的（垂直）位置的定位，而且可替代地或组合地适用于实际振动行为。特别是在存在用于检测各个元件的位置的光学系统（如上所述）的实施方式中，监控实际振动行为的优点在于，不仅能控制输送行为，甚至能调节输送行为。

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）上述类型的用于在拾取位置提供元件的元件进给设备；（b）自动装配机，其装配头用于：（i）接纳所提供的元件；（ii）将所接纳的元件传送到待装配的元件载体上方；以及（iii）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：通过发明描述的元件进给设备，其能够自适应地沿（垂直）Z方向调节拾取位置，可以缩短以能滑移的方式附接至装配头的元件保持装置（特别是抽吸夹具）沿（垂直）Z方向的行程，这样就能加速装配过程，从而能够提高装配性能。

根据本发明的又一方面，描述一种用于提供元件、特别是提供零散的电子元件以便在自动装配机中自动装配元件载体的方法。在根据本发明的方法中，使用上述元件进给设备。所述方法包括借助控制驱动器来调适拾取位置沿Z方向相对于机架的空间位置。

所述方法是基于以下认识：利用上述元件进给设备，可以在能至少相对于Z方向变动的拾取位置上提供元件。这样就能以有利的方式针对不同的元件和/或不同的提供结构调整各个拾取位置，这在使用装配头的元件保持装置拾取元件时确保缩短元件保持装置或装配头沿Z方向的行程。

应当指出，上述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。本文附图中的各图仅为示意目的，并未按真实比例绘制。

图1示出构造为振动输送机的元件进给设备的构造为板的提供结构抬升的原理概略图。

图2示出针对两个不同尺寸元件的不同高度位置。

图3示出这对两个不同尺寸的元件料盒调整拾取位置的高度位置。

图4示出针对具有相同高度的两个不同元件料盒的构造为板的提供结构的不同高度位置。

图5示出振动输送机的示意性结构，该振动输送机具有两个支承装置，这两个支承装置经由中间体彼此连接并且能够分别以不同的自由度致动提供结构。

图6示出装配系统的示意图，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设备，它们附接至自动装配机的两个侧面。

图号说明：

100 元件进给设备

110 机架/基体

115 驱动器

180 料盒/料筒/输送结构

182 储器

184 输送区域/输送线路

186 提供结构/透明玻璃板

186a 拾取运动

190a 装配头的碰撞区域

270a 聚焦平面/聚焦区域

280-1 料盒1

280-2 料盒2

280a 自由空间

286a 提供结构/透明玻璃板的容差

290b 致动器的碰撞区域

294 元件保持装置/抽吸夹具

294a 元件保持装置的运动

296-1 元件1

296-2 元件2

F_act 使料盒自正常位置偏转的致动力

380-1 料盒1

380-2 料盒2

388 元件进给设备到自动装配机的接口

h_c1/h_c2 提供结构到料盒顶侧的距离

480-1 料盒1

480-2 料盒2

h_g1/h_g2 提供结构到接口388的距离

500 元件进给设备/振动输送机

520 第一支承装置/第一支承平面

522 固体接头（片簧）

524 固体接头（两个平行定向的片簧）

528 活动部件

540 中间体

542 Z致动器

544 Z致动器

550 第二支承装置/第二支承平面

552 活动部件

556 气垫（平坦）

558 气垫（平坦）

562 X致动器

563 X致动器

564 Y致动器

570 光学系统

572 相机

574 偏光镜

600 用于从散料分离出的电子元件的元件进给设备

605 用于位于封带中的电子元件的元件进给设备

630 装配系统

632 自动装配机

634 装配头。

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示出构造为振动输送机的元件进给设备100的示意图。元件进给设备100包括机架110，该机架110用作元件进给设备100的其他部件（未示出）的基体或框架结构。元件进给设备100的振动输送是将最初包含在储器182中呈散料形式的元件通过输送区域或输送线路184传送到提供结构186。图1的示意图中未示出用于产生振动的致动器系统。

根据这里所示的实施例，储器182、输送区域184和提供结构186是（一体式）料盒180的组件，在本发明中，该料盒又称“料筒”。提供结构186是简单的板，借助振动将元件（未示出）传送到这个板上。根据如图所示的实施例，该板186构造为透明玻璃板，这样就能借助光学系统（也未示出）自下而上地（即透过透明玻璃板186）检测元件。基于适当的光学检测及随后的图像分析，可以确定位于玻璃板186上的每一个元件的精确位置。基于精确地识别待抓取元件的位置，可以定位装配头（未示出），使得该装配头的元件保持装置可以抓取相关的元件。在图1中，通过箭头186a示意性示出对元件的拾取运动。

元件进给设备100进一步包括驱动器115，该驱动器115可以使料盒180沿（垂直）Z方向相对于机架110运动。应当理解，随着料盒180的高度位置增加，元件保持装置沿Z方向抓取元件所需的（垂直）行进路程变短。缩短元件保持装置的行程将导致每一个元件的装配过程的时间跨度变短。借此，料盒180的最高高度位置对自动装配机的高装配性能没有显著影响。

通过图1中的虚线所示的水平线给出料盒180的高度位置上限。这条线示出装配头在垂直于Z方向的平面中进行运动要求的碰撞区域190a的下限。如果料盒180进一步升高到虚线以上，则装配头可能与料盒180碰撞。

图2示出针对两个不同尺寸元件296-1和296-2的不同高度位置。在图2的示图中，第一元件296-1位于第一料盒280-1中，第二元件296-2位于第二料盒280-2中。根据这里所示的实施例，两个料盒280-1和280-2具有相同的尺寸。但考虑到元件296-1和296-2的不同尺寸，构造为透明玻璃板的提供结构186在第一料盒280-1内位于相对较低的高度位置（相对于第一料盒280-1的底面）。采用相应的方式，提供结构186在第二料盒280-2内处于相对较高的高度位置（相对于第二料盒280-2的底面）。

两个料盒280-1和280-2能分别借助驱动器（未示出）沿Z方向移动。作为这种沿Z方向运动的基准，图2中示出相机（未示出）的聚焦平面270a。图2中表示聚焦平面270a的线的粗细是对象必须处于其中才能在相机（未示出）的图像平面中产生清晰图像的聚焦范围或景深范围的度量。在图2a中针对第一料盒280-1示出并由双箭头286a指示玻璃板186沿Z方向的高度位置的可能容差。

在图2的左侧部分（下文称为图2（a））中，驱动器处于其中立位置。这就表明，该驱动器不会受作用于（电）信号或强度为零的信号。非零信号将导致驱动器的活动部件相对于驱动器的静止部件发生偏移。在这种状态下，针对两个料盒280-1和280-2，获得到上方虚线表示的装配头（未示出）的碰撞区域190a下限的自由空间280a。在（整个）图2中，下方虚线表示致动器的碰撞区域290b的上限。

在图2的中间部分（本文称为图2（b））中，驱动器将两个料盒280-1和280-2下拉，从而元件296-1或296-2的底侧均位于聚焦平面270a内。箭头F_act表示为此所需的相应力。

在图2的右侧部分（本文称为图2（c））中，驱动器分别将两个料盒280-1和280-2最大限度地上推，从而尽量缩短元件保持装置294的行程，这是抓取元件296-1和296-2所需的行程。由标记为294a的箭头表示沿Z方向的最短行程。图2（c）中示出将两个料盒280-1和280-2“上推”所需的力，均以箭头F_act表示。

简而言之，在装配过程中，也存在多个拾取高度位置，在图2（a）、图2（b）和图2（c）中示出这些位置。

图2（a）示出在驱动器断电状态下建立的中立Z位置。

图2（b）示出可以直观称为“相机Z位置”的位置。在该位置上，进行对各个元件296-1或296-2的图像摄取。根据聚焦区域270a的（垂直）范围，中立位置也可能与“相机Z位置”重合。如果并非如此，则须将相关的料盒280-1或280-2向下移动到“相机Z位置”，以便进行清晰的图像摄取。

图2（c）示出拾取元件的位置。该位置可以直观称为“拾取Z位置”。为了通过装配头拾取元件，使相关的料盒280-1或280-2向上运动一定路程，该路程可以由校准程序得出，利用该校准程序确定碰撞区域190a的下限。

应当指出，与料盒的主动抬升无关，当装配头拾取元件时，通过将玻璃板在料盒的可用空间内布置得尽可能高，可以尽量缩短所需的Z升程。由于空间限制，降低移动装配头的干扰轮廓区域应理解为防止机械碰撞。

由于能够自适应地或主动地调整料盒的Z位置，原则上存在两种优化料盒的高度位置的途径，这样无论元件的尺寸如何，都能实现同样高的装配性能。此外，与公知的元件进给设备相比，可调的Z位置可以扩大能够使用元件进给设备来处理不同尺寸元件的范围，而不必降低装配性能。下面参照图3和图4说明这两种途径。在图3所示的变型方案中，料盒的高度适合于元件的尺寸。（a）提供结构或透明玻璃板到（b）元件进给设备与自动装配机之间的接口的距离恒定。在图4所示的变型方案中，（用于不同尺寸元件的）料盒的高度恒定，但（a）提供结构或透明玻璃板到（b）元件进给设备与自动装配机之间的接口的距离较大元件比小元件更短。

图3示出针对两个不同尺寸元件料盒调整拾取位置的高度位置。相对较大或较高的第一料盒标有附图标记380-1。相对较小或较扁的第二料盒标有附图标记380-2。第一料盒380-1包含相对较大的第一元件296-1。第二料盒380-2包含相对较小的第二元件296-2。

每个元件进给设备具有接口，借助该接口可以将元件进给设备对接至自动装配机的框架结构。在图3中，该接口示意性标有附图标记388。

针对位于第一料盒380-1中的第一元件296-1，由双箭头h_c1指示玻璃板186的顶侧与料盒380-1的顶侧之间的最小距离。针对位于第二料盒380-2中的第二元件296-2，由双箭头h_c2指示玻璃板186的顶侧与料盒380-2的顶侧之间的最小距离。针对两个料盒380-1和380-2，玻璃板186与元件进给设备到自动装配机的接口388之间的垂直距离相同。换而言之，具有较小元件的较矮料盒必须比具有较大元件的较高料盒升到更高的“Z拾取高度”。

两个双箭头h_c1和h_c2的长度不同，因为无论元件的大小如何，它们在相应的料盒中都具有足够的“垂直自由空间”。这样就能借助有针对性地振动确保元件传送的高度“工艺可靠性”。

图4示出针对两个不同但具有相同高度的元件料盒480-1和480-2，相应的提供结构186的高度位置不同，它们在此也构造为透明玻璃板。包含相对较大的第一元件296-1的第一料盒480-1中的玻璃板186相对于接口388（在元件进给设备与自动装配机之间）位于比包含相对较小的第二元件296-2的第二料盒480-2中的玻璃板186更低的高度或更小的垂直距离h_g1。针对第二料盒480-2，由双箭头h_g2指示接口388与玻璃板186之间的（更大）距离。

简而言之，针对较小的元件，玻璃板在相应的料盒内向上移位。然后，必须将玻璃板位于较高位置的料盒进一步向下拉低或推低至“相机Z位置”。

将料盒拉出或推出正常位置通常会消耗一定的能量，因此必须根据应用单独决定，将玻璃板的中立Z位置更靠近拾取高度还是更靠近“相机Z位置”是否有益于例如根据为料盒选择允许振动输送的支承系统来尽量减少元件进给设备运行所需耗费的能量。

图5示出构造为振动输送机的元件进给设备500的示意性构型。在YZ平面中示意性示出振动输送机500的侧视图。X方向垂直于指示的Z方向和指示的Y方向。

振动输送机500包括两个支承装置，它们允许料盒180以不同的运动自由度进行振动。在本发明中，支承装置又称支承平面。每个支承装置或支承平面均与可以精确地致动相应自由度的致动器相关联。确切而言，针对每个自由度，设置正好一个致动器，因为致动器的数目等于自由度的数目。这就表明，元件进给设备500的整体振动系统既不会“致动失败”，也不会“过度致动”。因此，针对这两个支承装置而言，这是相互独立的“匹配致动”，即，既不会激活不足也不会激活过度。这样就能以有利的方式在不同的自由度之间提供良好的振动解耦。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。这种特性单适用于两个支承装置和相应的致动器系统。

具体而言，元件进给设备500包括下方所示的第一支承装置520，其具有静止部件（未示出）和活动部件528。静止部件与机架110（刚性）连接。活动部件528与中间体540（刚性）连接。结果，中间体540可以沿着第一支承装置520能够实现的那些自由度进行振动。

根据如图所示的实施例，第一支承装置520包括两个固体接头522和524的布置。固体接头522由水平定向的简单片簧组成，该片簧将机架110与中间体540（弹性）连接。固体接头524由两个双L形弯曲或弯折的片簧组成，它们通常称为“折叠片簧”。固体接头524也将机架110与中间体540（弹性）连接。

就此应当指出，在本发明中单独一个“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）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两个自由度Tz和Rα的平面（这里为YZ平面）上的支承布置。在此情形下，Tz代表沿Z方向的平移，Rα代表绕平行于X方向的X轴的旋转。

第一支承装置520与两个致动器542和544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528的突出部。两个致动器542和544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，即垂直于纸面）。

元件进给设备500的第二支承装置550包括作为静止部件的中间体540、活动部件552以及两个平坦气垫556和558 ，相对于中间体540，料盒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（绕Z轴旋转）运动。为此，第二支承装置550与三个致动器相关联，即第一X致动器562、第二X致动器563和Y致动器564，适当控制时，这些致动器能够致动沿X轴平移Tx、绕Z轴旋转Rγ和/或沿Y轴平移Ty。

简而言之，在元件进给设备500中，自由度Tz和Rα与第一支承平面520相关联并由在Z方向上作用的两个线性驱动器542和544来致动。也就是说，通过适当地控制两个线性驱动器542和544，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542和544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。

由第一支承装置520的自由度和第二支承装置550的自由度之“和”得出料盒180的自由度。根据如图所示的实施例，料盒180能以五个运动自由度Tx、Ty、Tz、Rα和Rγ来致动。为了调适玻璃板186的高度位置，根据示出的实施例，使用两个Z致动器542和544，它们也“负责”振动自由度Tz和Rα。

如图5所示，元件进给设备500进一步包括光学系统570，该光学系统570包括相机572和偏光镜574。相机572布置在料盒180的下方并且（经由通过偏光镜574的光路）自下而上地检测位于玻璃板186上的那些元件（未示出）。如上所述，通过检测待由装配头的元件保持装置拾取的元件的精确位置，可以将装配头适当地定位（在XY平面内），以便在拾取元件前一刻，该元件保持装置正好位于元件上方。这样就能在拾取该元件时确保高度过程稳定性。

图6示出装配系统630的示意图，该装配系统630包括具有两个能相互独立移动的装配头634的自动装配机632以及构造为模块的多个元件进给设备600、605。元件进给设备构造为（a）用于进给散料形式的元件的元件进给设备600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605。根据如图所示的实施例，在自动装配机632的左侧附接四个元件进给设备605和一个元件进给设备600。在自动装配机632的右侧附接两个元件进给设备600和两个元件进给设备605。

应当指出，在图6的示图中，任意选择不同宽度的元件进给设备600、605，并且它们主要用于区分不同类型的元件进给设备。实际上，两个元件进给设备优选具有相同的宽度。

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

1.一种用于在拾取位置提供元件的元件进给设备（100、500、600、605），所述元件进给设备（100、500、600、605）包括：

机架（110）；

用于将元件输送到提供结构（186）的机构，所述拾取位置位于所述提供结构之中或之上；

驱动器（115、520、542、544），其具有与所述机架（110）耦联的静止部件以及与所述提供结构（180、186）耦联的活动部件（540、552）；以及

控制单元，其用于控制所述驱动器（115、520、542、544），使得所述提供结构（180、186）至少能沿Z方向相对于所述机架（110）移动。

2.根据权利要求1所述的元件进给设备（100、500、600、605），进一步包括：

至少一个另外的驱动器（562、563、564），其能被控制为使得所述提供结构（180、186）至少能沿X方向和/或沿Y方向相对于所述机架（110）变动，其中，所述X方向和所述Y方向垂直于所述Z方向。

3.根据前述权利要求中任一项所述的元件进给设备（100、500、600、605），进一步包括：

所述活动部件（552）和/或所述提供结构（180、186）上附设或构造的接口结构，其中，所述接口结构配置为使得所述提供结构（180、186）以能脱离的方式附接至所述活动部件（552）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的元件进给设备（100、500、600、605），进一步包括：

光学系统（570），其用于检测在所述提供结构（186）之中或之上提供的至少一个元件的类型、数目和/或位置。

5.根据权利要求4所述的元件进给设备（100、500、600、605），其中，

所述控制单元和所述驱动器配置为使得所述提供结构能在所述光学系统（570）的聚焦平面（270a）中移行。

6.根据权利要求4或5所述的元件进给设备（100、500、600、605），其中，

所述提供结构包括光学透明的展示板（186），在其顶侧提供元件，并且

所述光学系统（570）包括相机（572）和光学器件（574），它们配置为能自下而上地透过所述光学透明的展示板（186）检测位于所述拾取位置的元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的元件进给设备（500、600、605），其中，

所述元件进给设备构造为振动输送机，所述振动输送机包括用于使提供结构（180、186）振动的致动器系统（542、544、562、563、564），其中，所述驱动器借助所述致动器系统（542、544、562、563、564）的至少一个致动器（542、544）实现使所述提供结构（180、186）沿所述Z方向移动。

8.根据权利要求7所述的元件进给设备（100、500、600），其中，

所述用于使提供结构振动的致动器系统（542、544、562、563、564）至少包括两个Z致动器（542、544），所述两个Z致动器与所述驱动器相关联以使所述提供结构（180、186）沿所述Z方向移动。

9.根据权利要求8所述的元件进给设备（100、500、600），其中，

所述两个Z致动器（542、544）能被同相或反相控制。

10.根据前述权利要求中任一项所述的元件进给设备（100、500、600、605），进一步包括：

至少一个运动传感器，所述运动传感器附接至所述提供结构（180、186）或以机械方式与其刚性耦联。

11.一种用于自动向元件载体装配元件的装配系统（630），所述装配系统（630）包括：

根据前述权利要求中任一项所述的元件进给设备（600、605），其用于在所述拾取位置提供元件；以及

自动装配机（632），其装配头（634）用于：

（a）接纳所提供的元件；

（b）将所接纳的元件传送到待装配的元件载体上方；以及

（c）将所传送的元件放置到所述元件载体上。

12.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的元件进给设备（600、605）来提供元件、特别是提供零散的电子元件以便在自动装配机（632）中自动装配元件载体的方法，所述方法包括：

借助控制所述驱动器（115、520、542、544），调适所述拾取位置沿Z方向相对于所述机架（110）的空间位置。