CN112135784A - 对物体进行分离和定向以进行供料 - Google Patents

Abstract

通过旋转至少一些对管道中的流中的物体进行分离和定向，从而使得所有物体的定向都对齐。在一种布置中，在分离管道中设置一狭槽，其中柄部落入该狭槽中，而头部仍然位于分离管道中。在另一种布置中，提供了一种缓冲装置和用于将分离的定向的物体从所述缓冲装置传递到操作位置的传递构件。在另一种布置中，第一路径改变相对于第二路径的定向。将物体从分离管道馈送至一供应管道，所述供应管道具有位于分离管道的旋转轴处的出口。

Description

对物体进行分离和定向以进行供料

技术领域

本发明是一种用于对物体进行分离、分类和定向并将所选物体放置到有序阵列中的系统。本发明主要涉及对物体进行分离和定向，以实现自动组装。在示例性应用中，物体可以是紧固件，例如送入自动螺丝刀的螺钉。可以使用其它类型的物体。

背景技术

自动扣件机广泛用于制造业中，用来组装产品。在将紧固件转移到将紧固件放置在待组装的零件中的装置之前，现有技术中使用了几种方法来对紧固件进行分离和定向。振动杯进料器通过振动螺旋坡道来工作。振动将能量提供给中央储存器中无序的一堆紧固件，从而导致紧固件重新定向。对振动频率(通常在60Hz至400Hz之间)进行调整，以与待分离的紧固件产生共振。方向有利的紧固件(长轴基本上与局部坡道轴线对齐)沿着螺旋坡道推进，而方向不利的紧固件则落入中央储存器中。在另一种变型中，使用步进进料器将几组紧固件进给到振动坡道。在另一种变型中，将紧固件送入到具有定向特征的间歇振动板上。振动一段时间后，通过机器视觉检测紧固件的方向，并使用自动拣选机提取那些方向良好的紧固件。这些装置会产生很大的声音噪音，必须加以抑制。上述现有技术方法每秒只能供应几个零件。本发明的主要目的是增加每秒可供应给自动紧固装置的零件数量，以提高生产率。本发明的另一个目的是减小分离装置的尺寸。本发明的另一个目的是降低分离装置的成本。本发明的另一个目的是减少分离装置的噪声。

发明内容

本发明是一种用于对物体进行分离、分类和定向并将所选物体放置到有序阵列中的系统。在本发明的上下文中，术语“物体”是指需要相对于基底或另一物体定向的任何物品。被称为与另一物体“反平行”的物体是指“反平行物体”相对于参考物体以180度定向。术语“有序阵列”的含义是，阵列中物体的质心之间存在恒定的平均位移。可以通过与物体的至少一个空间变化的特性有关的一组定向矢量来指定物体的定向。为了方便起见，在下面的讨论中将物体的质心作为定向矢量的原点。不同的属性可能具有不同的相关定向矢量集。尽管方向通常由物体的形状指定，但是它也可以由与形状无关的物体的内部属性指定，例如由材料属性的变化或电路的线路变化指定。本文中的术语“定向”通常是指一组一个或多个选定的定向矢量。所选集合可以包含与不同物体属性有关的定向矢量。例如，一个定向矢量可以指定表面法线的方向，而另一个定向矢量可以指定从质心到电接触的方向。术语定向轴在本文中与术语定向矢量互换使用。在一组重要的实施例中，定向矢量与物体的纵轴相对应。术语纵轴在整个说明书中用于说明性目的，并且不应解释为将本发明仅限制于纵轴的定向。在本发明的精神和意图之内，术语纵轴具有与所选定向轴相同的含义。物体可以例如是模制的塑料基体，该基体将与电路粘合在硅衬底上。物体可以是紧固件，例如螺钉或铆钉，该紧固件用于将制成品的两个或多个部件连接在一起。物体可以是郁金香球茎，该郁金香球茎在放置在土壤基质中之前需要进行定向。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于从大量物体供给流中进给物体的方法，其中每个物体具有定向轴并且被成形为使得物体具有定向轴的第一和第二不同定向，该方法包括：

供应大量提供的物体；

将物品从供应源转移到分离管道中；

使物体形成为物体流，每个物体彼此分离，这是通过以下方式实现的，即，通过使物体沿着分离管道穿过并使分离管道绕一旋转轴旋转，以使旋转产生的离心力起到沿着分离管道驱动物体的作用，并引起在物体上产生压力使其抵靠分离管道的壁以沿壁滑动；

通过接合流中的物体并旋转至少一些物体来定向流中的物体，以使定向之后流中某个位置处的所有物体的方向对齐。

所述定向轴通常是所关注的主体的纵向，但这不是必须的，因此可以通过本文的方法定向其他形状的物体。

优选地，该方法包括围绕横轴旋转至少一些物体的纵轴，使得定向之后在流中的某个位置处的所有物体的纵轴及其方向对齐。

也就是说，定向不仅需要简单地沿着管道的移动过程中沿其定向轴对齐物体，而且还需要提供另一个部件，该部件作用在被对齐以旋转定向轴的物体上。由此，可以将螺钉或其他紧固件等物体设置为的头部前端，或头部后端，或螺钉的轴，与流中的运动方向横向。

根据本发明的另一个重要方面，提供了一种物体缓冲装置和用于将分离的定向的物体从所述物体缓冲装置传递到操作位置的传递构件。

根据本发明的另一方面，对定向的物体施加动作，使得作用在每个物体上的动作的方向都一致。

在本文中的定义是指路径或管道的情况下，应当理解的是，旋转体可以仅包括一个分离管道，或者可以携带多个管道，这多个管道可以在同一物体上运行以增加生产率或可在不同类型的物体(例如，不同尺寸的紧固件)上运行。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测流中物体的方向的传感器，其中取决于对第一方向和第二方向的检测，沿第一路径和第二路径引导物体，并且将所述第一路径布置成改变其中的物体相对于所述第二路径的定向，使得物体以相同的定向从所述第一和第二路径组合成公共流。

在一个示例中，所述第一路径布置成在第一方向上将物体送到所述公共流中，而所述第二路径布置成在与所述第一方向相反的第二方向上将物体送到所述公共流。这可以反转所述第二路径中的物体相对于所述第一路径的定向，以确保所述公共流中的所有物体都具有相同的定向。

在另一个示例中，所述第二路径包括用于反转其中的物体的定向的部件。这可以是用于反转其中的物体的定向的扭曲件。这可以是可移动部件，可操作的将所述物体携带成相反的定向，以反转其中的物体的定向。

在一种布置中，在物体位于所述分离管道中时对物体进行定向。

就是说，定向操作可以通过邻接结构实现，该邻接结构在所述分离通道中接合物体并且用于使物体或物体的定向轴绕所述横轴旋转。

在一个示例中，定向操作用于旋转物体，使得所有物体的纵轴横向于沿着所述分离管道的运动方向。这对于紧固件是特别有效的，在这种情况下，然后将紧固件供应到朝向工具(例如螺丝刀)移动的匣子或缓冲器中，其中螺钉轴横向于移动方向。

在一个示例中，物体具有头部和柄部，并且纵轴是柄部的纵向。然而，本文描述的布置可以与需要特定定向的物体的其他形状和构造一起使用。优选地，螺钉或紧固件布置成使得头部和柄部相对于移动方向成直角地对准。然而，该定向可用于呈现这样一种紧固件，其中紧固件沿着移动方向一端为尖端，另一端为头部。

例如，可以通过在所述分离管道中设置狭槽来实现在管道中的定向，其中所述柄部落入所述分离管道中，而所述头部仍然沿着所述分离管道行进。以这种方式，狭槽用于使物体定向，其中纵轴横向于分离管道。

在另一种布置中，定向定位在分离管道的端部之外，使得管道仅用于分离，并且在物体保持在分离流中但在管道下游的同时进行定向。

在一个示例中，当物体从分离管道释放到定向构件中时，通过捕获使物体定向。

在另一个示例中，提供了一种传感器，用于检测流中的物体的方向，并且根据检测到的方向对物体进行操作以改变其方向。

这可以在另一个示例中完成，在该示例中，根据对第一方向和第二方向的检测，沿着第一和第二路径引导物体。在这种布置中，优选地，第一路径被布置成改变其中的物体相对于第二路径的定向，使得在相同的方向将物体组合成来自第一路径和第二路径的公共流。

在上述分离和定向系统的一种特定的最终用途中，将物体从分离管道转移到缓冲容器中，在该缓冲容器中物体停止以形成物体的供给。在将物体作为操作源供给到操作工具的情况下，这尤其需要。在以这种方式操作的装置的一个示例中，缓冲容器与分离管道一起旋转，并且随后停止以下载物体。也就是说，当缓冲器和分离管道共同旋转时，缓冲器收集物体，然后在下载操作中停止缓冲器。在该示例中，优选地提供至少两个缓冲容器，其中，第一缓冲容器从分离管道中装载，而第二缓冲容器停止。

在将物体逐个馈送到用于使用物体的工具的情况下，在一个示例中，将物体直接从缓冲容器馈送到工具。然而，在另一种布置中，不直接馈送物体而是将其插入到细长的存储构件或匣子中，存储构件或匣子形成至工具的馈送部。这可以例如是一条材料，例如纸张，物体成排地放置在纸张上，或者可以是一管材料，例如塑料，物体首尾相接地成排放置在塑料上。

除了检测物体的定向之外，在另一示例中，提供了一种用于检测流中的物体的特性的传感器，其中根据所检测到的特性可以丢弃或置换一些物体。例如，该系统可用于评估诸如螺钉之类的物体的质量或生存能力，并不再使用那些不适合使用的物体。但是，可以以许多其他方式来使用感测或测量系统的许多其他用途。

在诸如螺钉之类的物体趋于相互缠结的情况下，优选地设置有供应管道，该供应管道用于将物体从大批供应源转移到分离管道，搅动该供应管道以确保物体进入分离管道。

在另一种构造中，当物体被分离且定向至位于分离管道的旋转轴处的开口处时，物体从分离管道馈送至供应管道，其中供应管道与分离管道一起旋转且携带所述物体。由此，物体以流的方式沿着相同的定向从开口中出来。对于沿着轴将分离的定向移动物体馈送至插入工具的轴线中而言，这是特别有利的。

在某些情况下，检测物体的一个或多个参数的测量设备可能仅检测物体存在与否。在其他情况下，也可以获得被检测物体的存在和一个或多个特征。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征独立地使用，提供了一种物体测量设备，用于检测被分离的物体的至少一个参数。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征独立地使用，提供了一种控制系统，用于记录有关物体时间的测量值。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种控制系统，用于记录物体在物体缓冲装置中的位置的测量值。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种转向装置，用于在响应检测到被分离的物体的至少一个参数时，对所选的物体进行转向以离开所述物体缓冲装置。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，分离率高于最小所需速率，从而在第一被侧物体未满足继续馈送至传送装置的条件而被丢弃时，替换物体是可用的。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述存储容器包括至少第一和第二分离的容器，所述第一和第二分离的容器包含具有第一和第二质量参数的相应物体，同时用到用来选择容器的控制装置。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，一种传送装置，其将物体从管道的出口运送到最终使用位置，该最终使用位置包括含有用于装物体的容器的皮带。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述传送装置被布置成使得离开传送装置的物体的角速度约为零。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述传送装置包括漏斗和狭槽，狭槽可与致动器一起操作以在捕获位置和释放位置之间移动。在这种布置中，在某些情况下，可以提供传感器以检测物体的存在和/或速度。另一个重要特征为可以提供一种传感器，该传感器检测物体是否以及何时实际到达物体缓冲装置，以确保物体馈送动作的准确性，并在发生堵塞或其他不一致的操作时停止操作。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种包装装置，以封装分离和定向的物体。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，该物体馈送系统包括一种用于向每个或一些物体提供表面涂层，例如润滑油或粘合剂的系统。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种旋转体，该旋转体安装成可绕轴线旋转，该旋转体限定了至少一个管道，该管道从邻近轴线的内端向外延伸至外端，外端与内端相比，外端离轴线的向外径向距离更远。其中，在所述至少一个管道的内端处馈送大块物体，所述内端布置成阵列，与轴线相邻，从而使得供应管道用于将物体沉积在所述至少一个管道的内端，以使物体进入内部低速端，并将管道中的物体流分离成所述至少一个管道的单独管道，所述至少一个管道的形状和位置布置成使得物体在从内端穿到外端时加速，从而在物体朝向外端移动时，分离进入所述至少一个管道的物体在管道中一排排彼此对齐。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种搅动装置，以搅动从供应管道馈送的物体，以使所述物体流动而没有粘结。搅动装置可以位于供应管道中和/或旋转体上。搅拌装置可以例如是振动器。搅动装置可以是例如一系列的桨，这些桨被制成相对于供应管道或旋转体旋转。搅动装置可以是在供应管道的内壁上的突起。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了多个供应管道，将不同类型的物体输送到旋转体，其中每个供应管道均馈送一组一个或多个管道，其中该组管道与任何其他供应管道提供的一组一个和多个管道不同。每组管道的内端优选相对于任何其他组管道轴向移动。例如，该设备可用于通过调节专用于每种类型的管道的数量以及每种类型的物体在供应管道中的通过速率，以所需的比率将不同类型的物体供应给进一步的工艺操作。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，提供了一种计算装置，该计算装置接收有关旋转体和相关的供应管道、管道、检测器、转向器和物体缓冲器的至少一个参数信息。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述计算装置根据接收到的信息向操作员生成一份总结报告。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述计算装置能够至少部分地基于所接收到的信息改变至少一个操作参数。

根据本发明的一个重要的可选特征，该可选特征可以与以上或以下特征中的任何一个特征单独使用，所述计算装置接收来自多个旋转体装置的信息，并基于接收到的信息改变至少一个操作参数以引起变化，从而使得多个旋转体装置的集体动作可以生成物体的输出，以满足操作员指定的参数。

本发明的一个目的是提高向组装设备呈现物体的速度，从而可以更快地制造成品。本发明的另一目的是提供有关每个物体的质量特性的信息和传送至物体缓冲器的时间信息以及物体在物体缓冲器中的位置信息。

在最优选的实施方式中，所述分离装置如本申请人在2018年2月1日公开的已公开PCT申请WO 2018/018155中所述的分离装置，其布置可在本文中使用。

因此，分离系统由旋转体组成，该旋转体具有从中央区域延伸的一个或多个管道，在该中央区域中，从散装物体储存器引入散装物体到释放分离物体的外部区域。根据惯性力使物体加速，惯性力取决于旋转体的角速度和管道的形状。通过该装置中的单个管道实现的分离速率明显高于现有技术中的碗状进料器所实现的分离速率，从而允许将物体以明显更高的速率转移至物体缓冲器。基于本实施例的自动组装站可以更快地组装完成的零件，因为分离步骤没有速率限制。这种类型的分离系统仅需要旋转电机，该旋转电机可以方便地通过电力或液压动力来驱动。

在公开的PCT申请WO 2018/018155中描述的分离系统以一定间隔发射物体，该间隔部分由散装物体的中心到中心距离的分布部分地确定。平均周期和周期的变化取决于物体的大小和形状分布以及表面纹理，从而调节与管道壁的摩擦。每个物体都在管道中定向，以使势能最小化。对于除球形物体以外的所有物体，物体的长轴将优先与管道的轴对齐。该规范包括在管道内或释放后对物体属性的测量，以及根据测量的属性重定向物体的方法。本发明中的物体缓冲器起着允许以恒定速率从物体缓冲器发射物体的作用。来自物体缓冲器的最大发射速率是指物体到达物体缓冲器的平均速率。

在其他实施例中，物体由漏斗收集并沉积在狭槽中，该狭槽可与致动器一起操作以在捕获位置和释放位置之间移动。狭槽的宽度设置为使得狭槽可以在与释放时间的变化相对应的时间长度内接收物体。抓住物体后，致动器向释放位置加速，惯性力将物体推向狭槽的后缘。后缘的形状成形为使物体定向。例如，后缘本身可具有足够宽的狭槽以容纳螺钉主体，但足够窄以排除螺钉头。

在许多情况下，该方法包括在分离的物体保持分离状态的情况下对它们进行操作。该操作可以包括仅查看或计数被分离的物体。然而，对被分离的物体进行操作，例如涂上润滑剂或粘合剂，分离是特别有效的。在其他情况下，该操作可以包括对物体进行分析或评估。

在一些实施例中，所述物体测量装置是成像系统，该成像系统提供关于物体在一个或多个波长下的尺寸、形状和反射率的信息。

在一些实施例中，所述物体测量装置是声学的并且提供关于物体内密度变化的信息。该测量例如可以检测到裂缝。该系统可以丢弃破裂的物体，以防止成品出现可能的故障。

在一些实施例中，使用多个测量装置。在一些实施例中，存储关于物体的信息以及关于物体在物体缓冲器中的位置的信息。

在一个优选实施例中，所述物体馈送系统具有转向装置，该转向装置可操作的根据每个物体的至少一个测量的质量参数将物体转向不同的位置。如果质量参数满足操作员确定的阈值，则物体继续移动到物体缓冲器，否则将物体转向到容器。例如，如果物体是螺钉，则被确定为良好的螺钉继续到达物体缓冲器，而确定为有缺陷的螺钉被转移至废品箱。在该实施例中，期望以比组装工具清空物体缓冲器的速率稍高的速率来操作分离装置，从而在将物体转移至废品箱之后马上可以使用替换物体。在一些实施例中，原本适合于使用的剩余物体被转移到储藏箱中，并在稍后的时间重新引入到分离装置中。例如，如果物体缓冲器已满，则可能发生这种情况。

在一些实施例中，所述物体缓冲器是包装容器，当预定数量的物体已经放置在容器中时，该包装容器被另一包装容器替换。在某些情况下，所述包装容器只能以指定的方向接收一个物体。例如，包装容器可以是带有一系列隔室的胶条，以将电子部件保持在确定的方向上。

在一些实施例中，所述物体馈送系统与多个散装物体储存器相关联，每个散装物体储存器容纳不同类型的物体。计算装置选择与哪个物体储存器连接并在任何时候馈送分离装置。

尽管该系统对于单个管道产生高速的分离物体流可能是有效的，但是在许多情况下，绕中心馈送管道布置了成阵列形式的多个管道。这种布置既可以增加物体分离的速率，又可以如下所述允许多种物体类型被同时分离。每种物体类型具有对应的进料管道，该进料管道将物体输送到与专用于该物体类型的一个或多个管道连通的一个轴向平台。每种物体类型的轴向平台沿分离系统的旋转轴交错排列。例如，一个管道可以分离#4-40螺钉，而另一管道可以分离#6-32螺钉。

上面定义的装置可以用于检测物体流的至少一个可测量参数，包括：

在供应管道中以物体流的形式携带物体；

绕轴旋转旋转体；

旋转体限定至少一个管道，该管道从邻近轴线的内端向外延伸至外端，该外端距轴线向外的径向距离大于内端距轴线的径向距离；

所述内端邻近所述轴线布置，使得所述供应管道用于将所述物体沉积在所述至少一个管道的内端，以使所述物体进入所述内端；

所述至少一个管道的形状和位置布置成使得物体在从内端穿到外端时加速，从而在物体朝向外端移动时，分离进入所述至少一个管道的物体在管道中一排排彼此对齐；

对于每个所述至少一个管道，测量所述物体的所述至少一个参数。

在某些情况下，该装置用于对物体进行分类，以使得对于每个管道，将物体引导到多个路径中的其中一个路径中，所述多个路径由参数的测量值确定。测量的参数可以是每个物体的方向。每个方向的物体都指向不同的路径。例如，螺钉流将与管道轴线平行和反平行对齐。平行对齐的螺钉指向的路径与反平行对齐的螺钉指向的路径不同。在一个优选的实施例中，不同的路径被布置成将物体排成一条共同的直线，并且随后合并成单个路径。然而，考虑到使用本文的布置提高了物体的分离程度，更有效地获得的一个或多个参数的测量可以用于其他目的。

因此，以上定义的布置可以提供以下优点：通过旋转体的旋转提高的速度以及主体上的物体的增加的加速度更好地将每个物体与下一个物体分开以检测参数。另外，由于可以更快地执行参数的检测或测量，因此增加的物体速度可以用于增加系统的吞吐量。

在一种布置中，当物体在管道中时进行参数的测量。这样做的优点是，物体的位置更加清晰和明确，因为物体的位置是由主体的旋转和管道的位置控制的。考虑到物体的更精确位置，在许多情况下可以更有效地进行参数的测量。

在这种情况下，优选地，通过旋转体上承载的测量装置进行参数的测量。以这种方式，测量装置相对于管道并且因此相对于物体位于特定位置。由于可以将重心落在特定位置，因此这可以简化测量装置的操作。在这种情况下，每个管道可包括一个或多个单独的测量装置，专用于测量流过该管道的物体。也就是说，每个物体在沿着管道移动时都可以通过多个传感器或测量装置，这些传感器或测量装置可以成行排列，其中每个传感器或测量装置检测到的物体参数不同，从而可以更好地评估物体。但是，在某些情况下，单个传感器可以提供所有必需的信息。

优选地，至少靠近测量装置的管道的一部分由透明材料构成。管道的一部分设置为透明的，使得可以通过透明部分进行测量，同时管道保持恒定的形状以继续控制物体的运动。

在一种布置中，管道的壁或管道本身被分段，分段之间具有一个或多个间隙。一个或多个测量装置位于间隙附近，以测量物体的不同参数，其中视野不会受到管道壁的阻挡。在管道本身被分成分开的部分的情况下，每个部分优选地沿着管道的路径布置成在所述部分的位置处基本上平行于物体的平均速度矢量，以最小化沿着管道的物体流动的扰动。因此，当物体处于间隙中时，可以使用本文所述的任何技术来操作该物体。

在另一种布置中，可以使用静电力对物体进行分离，其中根据选定的参数对物体进行不同的充电，然后通过电场，以使差异充电使物体转向不同的路径。通常，提供一种装置，该装置在每个物体上产生相等的电荷，以使不同质量的物体通过使这些物体通过电场而分离，该电场基于它们的不同质量而对物体产生不同的作用，因为每个物体每单位质量具有不同或唯一的电荷。例如，可以使用此方法将包含有害空隙的物体引导到废品箱。

优选地，管道是弯曲的，使得外端相对于内端成角度地延迟。通常当物体在离心力和科里奥利力作用下加速时，该形状与物体的路径基本一致，以使物体可以沿着路径行进，而不会在管道的侧面上产生过多的摩擦。

优选地，管道在与轴线相邻的内端处并排布置，使得进料管道以将物体直接分入管道的内端的方式放置物体，并且当管道移向旋转体上直径增大的区域时，管道朝着外端的间距增大。

优选地，旋转体的轴线是垂直的，使得盘位于水平面内。但是，可以使用其他定向。

优选地，物体沿其行进的每个管道的侧壁在沿着轴线的方向上倾斜，使得物体上的加速力起作用以将物体移动到公共径向平面中以从旋转体释放。即，加速力趋于使物体沿旋转体的轴向朝向共同的轴向位置移动。以这种方式，即使物体在沿轴线间隔开的位置处进入管道，管道的形状也将它们全部带到相同的轴向位置。

在一个优选的布置中，每个管道的形状使得加速度导致物体相对于管道的壁运动，其中该壁是V形的以将物体限制在V形底部。壁可以包括表面，该表面包括用于在管道中接合和旋转物体的膛线。另外，壁可以在一个位置处包括一个或多个开口，使得小于物体的部件与物体分离，这种分离是通过通过开口释放来实现的。每个管道可包括与单独的小部件进入的管道平行的相关第二管道。这可用于里面堆有这种管道的系统中，由此可以根据大小将物体与第一个物体分离。在相关的优选布置中，管道壁中的开口仅允许物体的一部分通过，从而使物体相对于管道壁对准。例如，管道壁可包含狭槽，该狭槽使螺钉的主体能够穿过而头部不能穿过。如果狭槽足够深，则螺钉轴线将垂直于管道壁对齐。

在一个示例中，每个分离装置包括一分离头和一致动器，所述分离头具有前边缘，该分离头布置为待分离的物体朝着流中的前边缘移动，所述致动器用于在第一位置和第二位置之间移动所述前边缘，第一位置位于布置成物体引向所述流的第二侧的一侧上，而第二位置位于布置成将物体引向所述流的所述侧的第二侧上。

在该示例中，优选地，所述分离头布置在旋转体的径向平面中，并且所述第一侧和所述第二侧布置在所述径向平面的相应侧面上。

在该示例中，优选地，所述分离头在前边缘的第一侧和第二侧上包括倾斜的引导表面，使得分离头大体上是楔形的。在其他实施例中，所述分离头可具有三个或更多个大体上三角形的面，每个三角形的底边形成多边形，其中该多边形的法线与入射物体的方向成180度(对于中间位置)。分离头不必太尖锐：也就是说，侧面可以是梯形的。在这种布置中，分离头的底部是多边形，并且分离头的点类似于仅在比例上不同的基础多边形。例如，分离头的形状通常可以是四面体，以将物体引导到三个不同的路径中。例如，所述分离头通常可以是锥形的，用于将物体引导到四个不同的路径中。

优选地，所述致动器通过压电构件移动。但是，可以使用其他驱动力，例如电磁音圈。

优选地，所述致动器安装在管中，该管在所述分离头的径向外部延伸并且位于所述分离头的径向平面内。

本发明不限于所涉及的物体的类型或尺寸，并且可以与不同的颗粒或待分离的物体一起操作。本发明的装置可用于尺寸从微米到米的物体。在微米尺寸范围内，物体可以是例如薄片，例如量子点，其中光学性质取决于物体的尺寸和定向。物体可以是例如晶体，并且本文的布置用于使晶体面相对于内部晶体学平面定向。晶体可以例如是双折射的，并且本发明的定向操作用于对准光轴以用于组装在光学系统中。晶体例如可以是硅，并且本发明的定向操作用于呈现特定的晶轴，用于进一步的加工操作，例如激光烧蚀、离子加工或蚀刻。物体可以例如是MEMS装置或MEMS装置的一部分，例如微镜或微透镜。物体可以是无源电子器件，例如电阻器或电容器，其由本发明分离和定向以用于包装或放置在诸如印刷电路板的载体上。物体可以是有源电子器件，例如晶体管、LED或集成电路芯片，这些有源电子器件由本发明分离和定向以用于包装或放置在载体上。物体可以是紧固件，例如纽扣、卡扣、螺钉、螺栓、钉子、铆钉、螺母或垫圈。物体可以是电子连接器，其被分离和定向以安装在例如面板组件上。物体可以是加工制造的零件或制成品的子组件，其由本发明分离和定向以用于包装或进一步组装。所制造的零件可具有不规则的形状。物体可能是植物或其部分，例如郁金香鳞茎、松树或藤本植物，在种植前必须进行对其分离和定向(根侧朝下)。物体可以是成捆的材料，其被分离并定向成例如使复合材料中的纤维定向。物体可以是食品的包装或制成品的包装，其在包装期间由本发明分离和定向。物体可以是由本发明在邮政系统或快递系统中分离和定向的信封、盒子、包装或运输容器，以跟踪和引导每个物体到达目的地。类似地，本发明可以用于分配和库存控制系统。物体可以是例如运输系统中的行李，运输系统例如机场、火车站、公共汽车站或港口。本文所引用的物体和应用场合的类型是说明性的，并且不将本发明的范围限于本文所描述的物体和应用场合的类型。

尽管本文中某些示例中所述的管道通常是在圆盘上形成有直立边的通道，但管道也可以是圆形、椭圆形、三角形或四边形等，或者可以是通常为C形、V形或L形的分管。管道也可以由最小的二维或三维表面或由施加力在物体上的接触点限定的表面限定。管道也可以是具有许多不同横截面形状的封闭管，截面形状例如圆形、椭圆形、三角形或四边形。

该管道可以由多个路径组成，其中每个路径传送一组定向不同的物体，并且提供了一种根据物体的定向将物体从第一路径移动到第二路径的装置。在一些实施例中，管道内的路径中的至少一个路径成形和布置成改变进入该路径的物体的定向。在一些实施例中，管道内的路径中的至少一个路径成形和布置成改变路径内的物体的定向。在一些实施例中，管道内的路径中的至少一个路径成形和布置成改变离开该路径的物体的定向。在一些实施例中，所述路径中的至少一个路径包含至少部分基于所测量的参数将物体丢至垃圾箱中的装置。在一些实施例中，所述路径中的至少一个路径包含至少部分基于物体的动力学特性将物体丢至垃圾箱中的装置。在一些实施例中，所述路径中的至少一个路径包含至少部分基于所测量的参数将物体引导至回收箱。在一些实施例中，所述路径中的至少一个路径包含至少部分基于物体的动力学特性将物体引导至回收箱。在一个优选的实施例中，所述管道内的通道的形状和布置设置成使以不同定向进入管道的物体以相同的定向离开管道。

在本发明中，由路径表面提供的法向力至少在一个方向上抵抗在旋转坐标系中计算的作用在物体上的惯性力，同时响应于剩余的净惯性力，物体加速。在旋转坐标系内产生的惯性力取决于角速度，并且可能比现有技术系统中使用的重力大得多。更大的力使本发明的装置能够以更高的速率分离和定向物体。最佳转速取决于表面力的大小。通常，微米级的物体会经受较强的抵抗运动的表面力，例如高转速(例如100,000RPM)是合适的。对于米大小的物体，相对于质量的表面力较小，并且转速(例如100RPM)可以提供足够的吞吐量。较高的旋转速率可用于增加吞吐量。较低的旋转速率可用于限制对细小物体的冲击力。

将物体从一个路径移动到另一路径的方式可以是动态的或静态的。在静态情况下，路径的形状会对沿路径的至少一个点以不同方向定向的物体施加不同的法向力，并且不同的力会导致以不同方向定向的物体沿着不同的路径行进。例如，本发明的径向管道部分中的物体通过离心力向外加速，并通过科里奥利力切向进入管道壁。管道壁可以相切地成阶梯状，使得处于第一定向的物体刚好容纳在第一台阶内，并且处于第二定向的物体延伸超过第一台阶。处于第一定向的物体在切向方向上没有净力，并且绕径向轴线没有净转矩。处于第二定向的物体绕径向轴线具有净转矩，并且可能承受净切向力(取决于物体相对于台阶的质心位置)。第二定向上的物体上的净扭矩和/或净切向力使所述物体沿着与第一定向上的物体不同的路径行进。在另一个示例中，管道壁包括切向楔形突起，切向楔形突起定位成使得第一定向上的物体不与突起接合，而第二定向上的一部分物体与突起接合并经受扭矩并改变所述物体在第二定向上的路径。通过使管道壁的一部分相对于旋转轴倾斜，管道中的物体的位移矢量可以包括与旋转轴线平行的分量。在另一个示例中，管道壁的形状可被设置为允许处于第一定向的物体具有平行于旋转轴的位移，并防止处于第二定向的物体具有平行于旋转轴的位移。可以重复该过程以将具有多个不同定向的物体分类到每个具有平行于旋转轴的不同位移的路径中。在一些实施例中，根据每个物体定向将物体馈送到不同的缓冲器中。通通过沿着路径放置一个突起使得该突起接合，从而在物体上产生扭转力，进而使得沿着路径的处于第一定向的物体可以旋转到第二定向。在优选实施例中，在将物体放置在缓冲器中之前，将每个定向上的物体旋转到共同的定向。

除了传感器系统测量每个物体的定向并将信号发送到一个或多个致动器以改变每个物体的路径的形状之外，动态实施例的力学与上述静态实施例的力学相似。例如，当传感器检测到第一物体定向时，突起可以从管道壁延伸，并且所述突起用作枢轴点，使入射在枢轴上的物体绕垂直于管道壁的轴旋转90度。检测到物体在第二定向上且没发生旋转时，突起会收缩。

在一些实施例中，在分离和定向过程期间对分离和定向的物体执行操作。可以通过沿着物体路径的任何位置处的传感器装置来检查操作。在一些实施例中，在沿着物体路径的多个位置处进行检查，并且该路径的形状被设置为呈现物体的不同表面，以由每个位置处的一个或多个传感器进行检查。例如，物体路径可以被配置为将矩形盒子的六个侧面中的每个侧面相继呈现给照相机。在一些实施例中，来自传感器的信息被用来跟踪每个物体的位置。在一些实施例中，存储和分析有关每个物体的传感器信息。在一些实施例中，至少部分地基于由传感器测量的至少一个物体参数，将物体指向不同的路径。该操作可以是例如用激光或染料贴标签或标记。贴标签或标记操作可以例如放置产品代码或批号或日期代码或关于物体的测量参数的信息。该操作可以是例如用防腐剂、润滑剂或粘合剂涂覆。

附图说明

现在将结合附图描述本发明的一个实施例，其中：

图1A和1B示出了本发明的优选实施例的示意图，其中图1A是俯视图，图1B是侧视图。

图2是分类装置的等距视图，示出了根据本发明的用于物体分离的布置。

图3是通过图2的装置的垂直截面图。

图4A，4B和4C示出了通过图2和3的装置的分离装置的垂直截面图。

图5是根据本发明的替代的分离和定向布置的示意图。

图6A，6B和6C示出了根据本发明的用于定向物体的另一种布置的示意图。

图7是用于引导被分离的和定向的物体的流动的装置的另一示意图，其中在分离系统的旋转轴的轴向方向上输送物体。

图8A和8B示出了根据本发明的用于分离和定向不同类型的物体的布置的示意图。

图9A，9B和9C示出了根据本发明的用于分离和定向不同类型的物体的布置的另一示意图的三个位置。

图10A和10B示出用于分离和定向不同类型的物体的另一装置的示意图。

图11A和11B示出了用于分离和定向不同类型的物体的另一装置的示意图。

图12是图6A的布置的一个路径86的示意图，该路径86用于改变物体的定向。

图13是图6A的布置的路径81和86的示意图，路径81和86用于改变物体的定向。

图14A是通过切向步骤的定向对物体进行分类的示意图。

图14B是在具有突起的平面中旋转物体的示意图。

图14C是通过与狭槽相切地定向来分类物体的示意图。

具体实施方式

如图1A所示，下文详细介绍的旋转体50具有一个或多个整体管道51，该整体管道51在其周围的成角度间隔的部分处承载在主体50上。因此，每个管道绕着主体中心的轴线旋转。管道通过供应管道53被馈送有物体52，并且用于使物体分离，这样一来，可以一排接一排地馈送物体。供应管道53包括调节物体在旋转体50上的流动的闸门531。当物体从管道的内端移动到外端时，物体沿着管道轴与纵向对齐，其中管道轴可以如521所示与管道平行，或者管道轴可以如522所示与管道反平行。

在所示的示例中，每个物体具有纵轴并且被成形为使得物体具有纵轴的第一定向和不同的第二定向。也就是说，在一个示例中，应用于螺钉或类似紧固件的物体具有头部523和柄部524，并且纵轴是柄部的纵向，以便当纵轴与管道的纵向对齐时，头部可以是第一或最后。

因此，在该装置上，物体形成物体流，所述多个物体一个接一个地彼此分离，这种分离是通过以下方式实现的，即，使物体沿着分离管道通过并绕着轴线55旋转分离管道，使得旋转动作产生的离心力驱动物体沿着分离管道移动并对物体施压，抵靠在分离管道51的壁56上，以沿着壁56滑动。

为了使物体定向，以使物体的纵轴横向于管道的长度。57所示的管道部分包括狭槽58，狭槽58成形和设计为使其仅允许物体的一部分例如柄部穿过，而头部仍然保留在管道中，不会进入狭槽内。如图1B中清楚示出，管道57的一部分可移动以将物体引导到第一缓冲器61或第二缓冲器62。

也就是说，定向是通过邻接结构实现的，在该示例中，狭槽58在分离通道中时与物体接合并且用于使纵轴绕横轴旋转。

物体承受由于科里奥利力而无法进入狭槽的物体部分的转矩，并旋转以使物体相对于管道和狭槽定向。因此，头部和柄部与运动方向成直角对齐。

检测器59在管道中检查通过的物体，并与管道末端的转向器60连通。转向器60用于将物体向上或向下引导到不同的路径中。转向器可以采用不同的形式。如图1B中所示的转向器60包括短管道部分，该短管道部分通过改变管道的角度，例如向上至缓冲器61或向下至缓冲器62的方式来进行工作。图4示出了另一种形式的转向器，对于舍弃通常位于检测器59附件的591所示的缺陷物体而言，这种形式是优选的。转向器可将物体引导至与旋转体同步(以相同角速度)旋转的缓冲器61或废品箱(未示出)。可在图1B中更清楚地看到，转向器可以沿着不同的路径将物体引导到缓冲器A 61和缓冲器B62。为了进行说明，本文仅示出了两个缓冲器，但是优选的有三个缓冲器。每个缓冲器具有三个可能的状态。首先，缓冲器可以与旋转体同步旋转并且接收物体以有序阵列存储。其次，缓冲器可能经历角加速度。因此，将物体从分离管道56转移到缓冲容器63中，在该缓冲容器中物体被停止以形成物体的供给。缓冲容器63中的物体可以由工具用作并排阵列，或者柄部首先排放入管中，以供工具使用。角加速度或者使缓冲器相对于静止坐标系静止，或者使缓冲器与旋转体同步。第三，缓冲器可以处于静止状态。静止时，缓冲器中的物体可以转移到另一个静止缓冲器中。参照图1B，来自管道56的物体被引导至同步旋转的缓冲器A。当阈值数量的物体存储在缓冲器A中时，检测器59对进入缓冲器A的物体进行计数，并生成一个信号，使缓冲器B加速同步运动。当检测器计数达到对应于缓冲器A满的第二阈值计数时，转向器将物体引导至缓冲器B。注意，物体计数应理解为代表进入缓冲器的物体的数量，并且不包括基于测量参数转移到废品箱的物体。当物体被转移到缓冲器B时，缓冲器A进入静止状态，然后清空。当缓冲器A清空后，缓冲器A准备好代替缓冲器B来接收物体。因此，每个缓冲器在上述三个状态之间循环。为了连续提供物体，至少需要三个缓冲器，每个状态一个缓冲器。

如图1A所示，六个缓冲器63有角度地间隔开以与管道出口对齐。在替代布置中，多个缓冲器63可与每个管道出口相关联，实现的方式如下：将所述多个缓冲器放置在管道出口之间的中间位置，成角度放置。例如，可以替代地在每对管道出口之间以一定角度布置四个或更多个缓冲器。在该替代实施例中，每次缓冲器已满；缓冲器环就会旋转到该环中的下一个空缓冲器。当环中的缓冲器均满时，环中的满缓冲器可以如上所述进行单独转移，或者通过用另一个环代替该满了的环来整体转移满的缓冲器。

基于图2和图3所示的物体的可测量参数来供给物体的设备包括供应管道10，该供应管道10承载从供给源10A(图3)中被分离和定向的物体，供给源10A以连续流的形式供给物体以通过管道到达可绕轴12旋转的旋转体11。在所示的实施例中，旋转体是平盘，轴12垂直布置，使得该盘提供了上部水平表面，物体13以流的形式供给到该上部水平表面上。管道的布置在盘的中心，使得物体沉积在盘旋转但向外速度很小的位置的中心。在这一点上的物体速度来自供应管道10中的流动。在盘上的一点上的速度是v＝wr，其中w是角速度，r是半径。如果将物体放置在速度变化过大的区域中，则它们会反弹并且流动会变得混乱。将物体放置在中央区域以使速度变化最小。

形成旋转体的盘的上表面上设有一个或多个管道14(图3)，每个管道从与轴相邻的内端15向外延伸至外端16，外端与内端相比，外端离轴线的向外径向距离更远。在该实施例中，管道的外端16布置成与盘11的边缘17相邻但向内隔开。在该实施例中，每个管道14从紧邻中心的位置延伸到盘的外围17，使得管道的中心并排布置，并且管道向外发散，使得它们在外端16处围绕外围17间隔开。

因此，内端15布置成与轴线相邻的阵列，使得供应管道10用于将待分类的物体沉积在管道的内端15处，供待分离和定向的物体进入内端中。由于内端紧邻盘的中心，因此那里的物体在中心形成一堆，然后自动均匀地分类到其内端的管道开口中。假设在中心连续放置一堆物体，通过盘的旋转可以将物体均匀地分类到流中的各个管道中，其中开口相对于物体的尺寸限定了该管道。在沿着管道的路径开始时，物体将立即相邻或重叠。但是，当物体在离心力作用下加速时，它们沿管道通过，这使得物体一个接一个地铺开，从而形成一排物体而不会出现重叠。随着与轴线12的径向距离的增大，力也逐渐增大，物体速度将会越来越快，因此物体之间的距离将沿着管道的长度增加。物体在管道的第一部分中与管道轴向对齐，并且物体长度限定了初始的中心到中心间距，由于物体定向的差异，该间距略有变化。在给定半径下，离心加速度是均匀的。摩擦力与科里奥利力＝uN(u＝摩擦系数，N＝主要由科里奥利力供应给管道壁的法向力)成比例。如上所述，通过使管道沿着净力线弯曲，可以将管道的形状定为使法向力和摩擦最小化(前面已提到)。相反，可以通过弯曲管道以增加法向力，将管道弯曲成恒定或甚至减小的半径，或者通过改变纹理和/或材料来增加管道的选定部分的摩擦系数，来降低物体加速度。

被分离的物体可以彼此完全分隔开，从而形成一个空间，可以彼此紧挨着设置，甚至可以稍微重叠。

因此，管道的形状和位置布置成使得物体在从内端到外端通过时被加速，以使得物体在朝着外端移动时彼此排成一行。

外端16在旋转体的外围处以成角度间隔的阵列布置，使得每个管道中的一排物体中的物体通过离心力从盘的轴线开始从盘向外释放。所有的开口都位于盘的共同的径向平面中。这些管道既可以形成为切入较厚的盘上表面的凹槽，也可以通过施加在盘上表面的附加壁或二维和/或三维形状的导向器形成。

物体分离装置21的阵列20布置在盘的外边缘17处的环形物中，使得各个分离装置21布置在围绕盘的成角度间隔开的位置处。

可操作每个分离装置以将每个物体引导到由分离装置的操作确定的多个路径之一中。在所示的示例中，分离装置布置成相对于出口16的平面向上或向下引导物体。如图2和图4A所示，分离装置21可占据物体未来分离至一个方向或另一个方向的初始中间或起始位置。如图4B所示，分离装置可以向上移动，以便将物体向下引导到路径22中，以便收集在收集室25中。类似地，当分离装置移动到如图4C所示的降低位置时，物体沿着路径24在分离装置的顶部上方向上移动，以收集在腔室23内。腔室23和25可以是废品箱、一段管道、包装操作、标记操作或缓冲器。两条路径22和24由导向板26分开，该导向板26确保物体移动到腔室23、25中的一个或另一个中。导向板26和腔室23、25的壁可以用软材料覆盖，从而减少对物体的冲击力。物体进入容器23、25时，气流或顺应性材料可能会降低物体的速度。

为了控制分离装置21，提供了总体上以28表示的测量系统，该测量系统用于在物体从盘的边缘处的管道的端部朝着分离装置的边缘移动时测量物体的一个或多个选定参数。测量装置安装在安装环28A上。

测量系统可以是本行业中已知的任何合适的类型的测量系统，例如光学测量系统，其检测物体的某些光学特性以确定需要测量的特定参数。由于待使用的系统类型和待选择的参数不是本发明的一部分，因此也可以使用其他测量系统。

每个分离装置21与相应的检测装置28相关联，该检测装置28可以包括多个检测部件，可对其进行操作以测量物体的参数，并且响应于由相关联的检测装置测量的参数，操作相应的或分离装置以选择路径22或路径24。

将理解的是，根据要测量的参数，可以将路径的数量修改为包括两条以上路径(如果需要的话)。通过提供位于初始分离下游的后续分离装置21来选择更多路径的数量。以这种方式，一条路径或两条路径可以分为两个或多个辅助路径，所有分离装置都由控制系统29控制，控制系统29从测量装置28接收数据。

因此，盘11具有面对供应管道的正面30，并且管道14位于盘的径向平面中并且从轴线向外延伸到盘11的外围17。

如图2所示，管道14是弯曲的，使得外端16相对于内端15成角度地滞后。这形成了每个管道的侧面，该侧面相对于沿D所示的顺时针方向的旋转方向成角度地滞后。管道的这种曲率被布置成基本上与科里奥利力和离心力相一致，从而使物体沿着管道行进，而不会在管道的任一侧壁上施加过多的压力。然而，管道的形状布置成使得科里奥利力倾向于驱动物体抵靠管道14的下游侧。

如图2中清楚所示，管道14在与轴线相邻的内端15处并排设置，并且朝着外端16增加间距。管道在内端15处并排设置，以通过将2*pi除以在开口15处的管道末端的宽度所对的角度，提供最大数量的管道。在未示出的布置中，管道的数量可以增加，其中管道包括分支，使得每个管道沿着它的长度分成一个或多个分支。

在图2和3的实施例中，检测装置28和分离装置21都位于盘的外围17内。这样，对从管道的外端穿过到分离装置的阵列时的物体进行引导。

如图2所示，壁98可用于停止物体的向外运动。壁98可以例如位于缓冲器的末端。优选地，壁98具有一层柔软的顺应性材料99，例如橡胶，以缓冲物体的冲击并减少损坏物体的可能性。

如图4A，4B和4C清楚示出，每个分离装置包括分离头40，该分离头40具有大体上位于盘11的径向平面中的前边缘41，使得从外端16释放的物体朝着前边缘41移动。分离头40在前边缘41的相应侧上包括倾斜的引导表面42和43。这样，分离头40通常呈楔形。分离头安装在安装在管45内的杠杆44上，使得该杠杆和该杠杆的致动机构被保护在位于分离器头后面并受其保护的管子内部。设置了致动器46，用于使前边缘41在由物体13的路径限定的径向平面47上方和下方的第一位置和第二位置之间移动。因此，在图4A中示出了中心位置和中性位置。在图4B中，前边缘41已经向上移动，该前边缘被布置为将物体引导到径向平面下方的径向平面的一侧。在图4C所示的位置，前边缘向下移动至径向平面的第二侧，并且布置成将物体引导至径向平面的第一侧或上侧。楔形头及其前边缘的这种移动几乎不需要前边缘41的移动，并且利用物体本身的动量仅通过物体在引导表面42和43上滑动而引起分离。因此，因为头部只需要移动到允许物体产生所需分离力的位置，分离头不需要与物体碰撞或在物体上产生横向力。

考虑到杠杆的设置，要求致动器46仅产生很小的距离运动，因此可以由压电元件移动。或者，可以通过小的电磁线圈来进行运动。这种设计允许使用能够产生必要的高速动作的部件，以足够快地占据图4B和4C的两个位置，以适应物体的高速运动。如图所示，致动器46位于分离头的外部并且位于分离头的径向平面内。

因此，本发明的布置提供了一种用于物体(例如螺钉)的分离和定向的系统，其中，在馈送区域中供应物体并且通过管道和管道的入口将物体分开，从而形成多个物体流。

如图1中清楚所示，物体缓冲装置63供应如65所示传递到传递构件63的物体，用于将分离的定向物体从物体缓冲装置63专递到诸如螺丝刀之类的操作工具处。

作为驱动器67的替代物，可以如70所示将来自缓冲器63的物体提供给诸如标记的操作装置71，以对定向物体施加动作，使得该动作发生在同一定向的每个物体上。

如图5所示，示出了替代布置，其中定向操作在分离管道的端部之外而不是在管道本身中。

在这种布置中，存在旋转体75，物体74通过馈送管道77沉积在其上的中心区域中。

在这种布置中，馈送管道77可包括搅动装置79，使得供应管道被搅拌以确保物体进入一个或多个分离管道并且不会由于摩擦或互锁而锁定。

物体在离心力的影响下沿着与旋转体75一体的管道76从内部开口向外部开口移动。通过科里奥利力将物体对准管道壁78。离开管道的物体穿过气隙80，并通过一系列楔形物82被引导到构成该物体缓冲器的固定管道81中，并且由检测器83测量每个物体的定向。在期望的定向范围内的物体继续进入固定管道81，而不在期望的定向范围内的物体则被转向器84被舍弃(或者可能重新进入馈送管道77)。在相关形式(未示出)中，转向器84将不同定向的物体引导到不同转向器84中。例如，第一缓冲器可以是端对端填充的管，物体以平行于管轴的定向矢量定向，而第二缓冲器可以是端对端填充的，物体与管轴反平行。

填充完成后，取下两个管，并将第二个管旋转180度，以使第二个管中所有物体的定向与第一个试中的物体对齐。

固定管道的横截面优选地略大于物体，使得固定管道的壁倾向于保持物体的定向。固定管道优选地是弯曲的，使得进入的物体抵靠管道一侧的管道壁上。管壁使物体纵向对齐。在一些实施例中，物体被缓冲并端到端地使用。在一些实施例中，管道壁包括邻接结构，例如用于物体对齐准的狭槽。进入固定管道的物体将趋向于在掠射角与固定管道的壁碰撞并失去动量，最终停止不动。可选地，可以通过固定管道的入口和出口之间的气压差进一步输送物体。

图6A至图6C示出了将不同定向的物体流带到物体缓冲器中的共同定向的替代方法。在图6A中，物体流在离心力的影响下从左向右移动并被分离。物体最初在科里奥利力的作用下平行于管道壁并反平行于管道壁定向。每个物体的定向由检测器确定，该检测器紧邻与转向器连通的流。如果物体是期望的定向，则物体沿着第一路径继续。否则，物体通过转向器84转向到另一路径中。在一种布置(未示出)中，该路径用于接合未正确定向的物体，并且将未正确定向的物体返回至供应管道。

图6A所示的布置是绕垂直于纵轴的轴的π弧度物体旋转器，其可以单独使用或与先前或随后的定向方法结合使用。在这种布置中，转向器84用于引导定向成反平行的跟随路径81的物体和定向成平行于跟随路径86的物体。路径86从顶部将物体馈送到缓冲器中。路径81从底部将物体馈送到缓冲器中。进入缓冲器的物体将向右推进。缓冲器的形状为可保留沿路径81和路径86进入的物体的定向。由于物体从相反方向以相反的定向进入，因此缓冲器中的物体具有如图所示的相同定向。

因此，根据检测到的定向对物体进行操作以改变其定向，并且根据对第一定向向和第二定向的检测，沿第一路径81和第二路径86引导物体。第一路径81被布置成改变其中的物体相对于第二路径的定向，使得物体以相同的定向从第一路径和第二路径被组合成公共流63。

图6B所示的布置是绕垂直于纵轴的轴的π弧度物体旋转器，其可以单独使用或与先前或随后的定向方法结合使用。在这种布置中示出的情况是具有4倍旋转对称性的表面安装集成电路芯片100。点101通常代表销钉1的位置，并且可以在分离之后处于八个位置中的任何一个位置中：朝向分离管道壁的四个定向和背离分离管道壁的四个定向。检测器83确定物体定向。转向器84用于将在右上角和右下角具有销钉1的物体分别引导到路径811和861中。路径861从顶部将物体馈送到缓冲器中。路径811将物体直接馈送到缓冲器中。进入缓冲器的物体将向右推进。缓冲器的形状可以设置成保留沿路径进入的物体的定向。由于物体是从正交方向进入的，因此缓冲器中的物体具有如图所示的相同定向。应当理解，在图6B所示的布置中，π/2和-π/2弧度的物体旋转是彼此的镜像。将缓冲器中定向的物体馈送到总体上用103表示的包装操作。将物体放置在胶带105上的口袋104中。沿着两个路径811和861的路径长度或行进时间设置为相同，以便使引出到路径861上的物体反向并返回至其去除时的相同位置处的路径中。所有路径76、811和861可以安装在共同的旋转体上，或者路径861和811可以在路径76旋转以提供分离作用的同时保持静止。

图6C所示的布置是绕纵轴的π弧度物体旋转器，其可以单独使用或与之前或之后的定向方法结合使用。定向成背离分离壁的物体被转移到路径811中并直接行进到缓冲器。面向分离壁的物体被转移到路径861，该路径具有π弧度扭曲862。路径861的管道壁的形状被设置为约束物体以与路径轴一致。因此，在862处的路径861中的π弧度扭曲将物体的定向翻转π弧度，然后将物体沉积在缓冲器中。缓冲器中定向的物体可以例如通过标记操作864，在标记操作864中，被标记的物体接着被引导到包装操作103，在包装操作103中，将物体放置在带105上的口袋104中。

尽管图6A至6C示出了正交的物体旋转，但是应当理解，其他旋转角度也是可能的，并且可以以任何顺序依次施加旋转以实现期望的物体定向。

图7示出了一种方法，该方法将承载在围绕轴线824旋转的主体88上的管道89中的分离的定向物体的径向流转换为沿着出口管道90流动的分离的定向物体的轴向流。如图1至3中详细所示，将物体沉积在旋转体的中央区域中并进入管道。通过图1、6A，6B和6C所示的方法，将物体定向在旋转体外围附近的区域中，即称为对齐区域的区域中。离开对齐区域的物体进入管道标记的路径91，该路径沿径向向内向着轴线824弯曲，并在终端90处变为轴向。离心力和摩擦力阻止了物体沿路径91的运动，因此必须在路径91的方向中提供动力。可以通过在出口90处向路径91的终端91A施加真空产生的压力梯度来提供动力。可以使用其他方法来提供动力，例如沿着物体的行进方向在某个点(未示出)向路径91输送空气压力。路径91还可以例如采用带有接收物体(未示出)的容器的运动带的形式。

应该注意的是，所示的布置可以在物体的末端引起旋转。可以使与旋转接头连接的可选端部91B沿相反方向旋转，以减少物体旋转。

因此，将物体从分离管道89馈送到供应管道91，该供应管道91具有位于分离管道的旋转轴上的端部90，使得在端部90处供应相同定向的物体流(通过包括例如路径91内的图6A中的布置)，以馈送至工具或驱动器。所示的布置可以产生任何定向的轴向物体流，因为与在分离管道中产生的惯性力相比，重力较小。

图8A和8B示出了适合于分离和定向不同类型的物体的布置。图8A示出了具有两个管道911和912的旋转体901。通过与第一物体类型的散装供应(未示出)连接的供应管道921向管道911供应物体。通过与第二物体类型的散装供应源(未示出)连接的供应管道922向管道912馈送物体。同心的供应管道是固定的，并且不附接到旋转体901上。在一些实施例中，如在914处所示，管道911被封闭以约束物体定向。因此，通过图8A中的布置，可以通过管道911和912同时提供两种不同类型的分离的物体流。图8B显示了一种替代性布置，其中，供应管道921、922和923从侧面将物体馈送到旋转体901、902和903的中央区域。供应管道可以是挠性软管或刚性管。供应管道是固定的，没有附接在旋转体上。旋转体901、902和903分别包含管道911、912和913。旋转体可以以不同的速率旋转，以便以所需的数量向下游操作供应不同类型的物体。可替代地，旋转体901、902和903可以作为单个体同步旋转。

图9A至9C示出了另一种方法的一系列步骤，该另一方法用于改变物体的定向并将物体端对端地放置在缓冲器中。检测器106确定分离管道107中的物体定向。反平行对齐的物体进入旋转体111中的狭槽108。优选地，狭槽108包含弹簧109，该弹簧109压缩存储物体的动能。随着弹簧被压缩，旋转体旋转并且狭槽108移动到图9B所示的释放位置110。然后，弹簧109中存储的能量弹出相反定向的物体，并且与进入物体时的动能基本相同。应当注意，弹簧109可以是机械的或电磁的。优选地，旋转体111在相对的面上具有狭槽，以限制捕获第二物体所需的角运动的范围。对于平行于分离管道轴对齐的物体而言，旋转体旋转以提供路径112，以使物体直接穿过，到达缓冲器。

当检测器确定物体处于第一定向时，第二旋转体111旋转到第一位置，以使穿过旋转体的管道112与物体路径107对准，并且物体通过不受阻碍的保持的第一定向进入供应管道或缓冲器114。供应管道114是管盒。当检测器确定物体处于第二定向时，第二旋转体旋转到第二位置，以使旋转体中的凹陷与物体路径对准。物体进入凹陷并作用在弹簧上，以便将物体的动能转换成弹簧中的势能。

第二旋转体111旋转至释放位置，在该释放位置，物体以不同的定向释放。在某些情况下，第二旋转体具有一外壳(未示出)，该外壳在旋转至释放位置期间保持物体。在释放位置，弹簧中存储的势能被转换为物体的动能。所示的布置提供了主体111的旋转轴116，其与物体本身相距很大的距离。在某些情况下，轴116可以在物体的质心处或物体内，以减少在图9A和9B的位置之间移动所需的能量。

弹簧109也可以由电磁弹簧提供。对于具有净电荷或净电荷分离(偶极子)的物体，可以可选地施加电场以将弹簧保持在固定位置，或者甚至将存储在弹簧中的能量增加到预定水平。然后第二旋转体旋转到释放位置，并且电场被关闭或反转。弹簧中的势能被传递到物体，并且物体从凹陷中以不同的定向弹出。通过反转电场，可以在释放位置进一步增加物体的动能。

图10A和10B示出了两个步骤的过程，其中，物体通过管道120在旋转体121上被分离并且在围绕外围的所有方向上被释放。物体由优选由顺应性材料制成的漏斗结构123捕获，以减小物体的动能。

在图10A中，漏斗将物体引导到释放管道124，检测器125测量物体的存在，产生信号，使第二旋转体126旋转以使定向管道127与释放管道对准，从而捕获物体128。定向管道127成形为向着邻接狭槽130引导物体。旋转体和整体定向管道然后绕轴131旋转，产生惯性力，该惯性力使物体的一部分进入邻接狭槽，并使物体的与管道壁垂直的纵轴按照图1A所述的相同方式定向。通过围绕第二旋转体(未示出)的壳体来防止由于离心力引起的物体的径向运动。对齐的物体在释放位置133释放到缓冲器132中。缓冲器将分离的物体和定向的物体提供给工具134。

在图10B中，漏斗将物体的定向约束为纵轴平行于和反平行于漏斗轴的状态。检测器125测量物体定向并产生信号，使转向器135将反平行定向的物体引导至缓冲器137，以及将定向成平行的物体引导至对准轮136，对准轮136带有保持平行定向的口袋138。然后，轮子旋转一个口袋位置的距离，以便为下一个平行定向的物体提供一个空的口袋。外壳将物体保留在捕获位置139和释放位置140之间的口袋中。一旦填充满捕获位置和释放位置之间的口袋，轮子的每个增量都会捕获一个物体，并将一个物体释放到与捕获成角度偏移的方向上位置。因此，如图所示，以平行定向捕获物体，并以基本上反平行定向在路径141上释放到缓冲器137。物体从缓冲器137馈送到工具134。

图11A和11B的结构与图10A和10B的结构非常相似，并且使用与那些实施例中所示的相同的定向系统。如图7所示的实施例一样，物体沉积在旋转体88的中心区域中并且进入管道89，如图1至3中详细地示出。物体在管道89中分离，管道89承载在绕轴824旋转的主体88上。在图7的实施例中，使物体在旋转体上处于共同的定向，而在图11A和11B的实施例中，物体在离开轴向端口90后处于共同的定向。具体来说，具有纵轴的物体进入轴向端口90，其相对于转旋轴平行或反平行。

在图11A中，轴向端口将物体引导至供应管道91，此时，检测器125检测到物体的存在，从而产生信号，使第二旋转体126旋转以使定向管道127与供应管道91对准，从而捕获物体128。定向管道127的形状被设计成将物体引导向邻接狭槽130。然后旋转体和整体定向管道绕轴131旋转，产生惯性力，该惯性力导致物体的一部分进入邻接狭槽并使与管道壁垂直的物体的纵轴以按图1A所示的相同方式进行定向。通过围绕第二旋转体(未示出)的壳体来防止由于离心力引起的物体的径向运动。对齐的物体在释放位置133处释放到缓冲器132中。

在图11B中，检测器125测量接近轴向端口90的物体定向，并产生信号，使转向器135将反平行定向的物体引导至缓冲器137，以及将定向成平行的物体引导至对准轮136，对准轮136带有保持平行定向的口袋138。然后，轮子旋转一个口袋位置的距离，以便为下一个平行定向的物体提供一个空的口袋。外壳将物体保留在捕获位置139和释放位置140之间的口袋中。一旦填充满捕获位置和释放位置之间的口袋，轮子的每个增量都会捕获一个物体，并将一个物体释放到与捕获成角度偏移的方向上位置。因此，如图所示，以平行定向捕获物体，并以基本上反平行定向通过释放装置141上释放到缓冲器137。物体从缓冲器137馈送到工具134。

除了上文描述的用于在管道(管道可以是分离管道或可以位于下游的分开的管道内)内定向物体的狭槽布置58(图1A)之外，许多其他用于改变定向的布置也是可能的。在一种布置(未示出)中，只要在管道内为物体旋转提供足够的空间，就可以通过物体与物体行进的壁之间的简单摩擦来使物体定向。在该布置中，在物体具有更大或更小的摩擦的区域的情况下，摩擦使得与壁具有最大摩擦作用的物体的区域位于该区域在其后方的位置，并且摩擦力较小的区域为前方。

其他布置可以使用以下所述的反弹效果。可以设计许多其他表面布置，这些表面布置与物体接合并使物体绕某个轴旋转以使定向改变。还应当理解，一些物体具有许多不同的轴，可以围绕不同的轴来改变定向，并且本文所述的布置可以重复地用于使物体围绕所有轴重新定向，以获得八个不同定向中的一个选定定向。

现在看到图12，示出了与图6A，6B和6C相似的另一种布置，其中物体的定向由传感器83确定并且由偏转器84引导到两个分开的路径之一中。在一条路径中，定向保持不变，而在另一条路径中，定向相反。在图12中，第二路径在142处示出，并且通过将物体148引入包括回弹装置146的路径145中来改变定向。物体穿过气隙143，检测器144位于气隙143处以感测物体的特征或定向。反弹装置布置成在所需位置撞击物体，使得其反弹导致其改变定向。因此，如图所示，如果头部首先撞击反弹装置，则物体在路径145中的方向反转，使得首先是兵部或尾部。可以移动或致动回弹装置146，以根据来自传感器144的数据将回弹的方向改变为不同的路径。

在图13中示出了类似于图6的另一布置。在该布置中，偏转器84被回弹偏转器821代替，回弹偏转器821可根据传感器83对物体的定向的检测而在两个不同位置之间移动。在将定向确定为所需定向的一个位置上，偏转器821远离路径移动，并允许物体在保持相同定向的同时从路径76传递到路径81上。在第二位置，回弹偏转器撞击确定为具有相反定向的物体，并以使物体进入路径86的方式撞击物体，同时使回弹的方向反向。

如图14A所示，管道825的径向截面绕轴824旋转，分别产生沿管道并进入管道壁的离心和科里奥利惯性力。所示的管道几何形状仅为了简要说明。管道壁通常可以是弯曲的，具有径向和切向分量。物体826和827沿着路径828移动，该路径828在离心力的作用下加速，该离心力倾向于增加物体之间的间隔。由于来自路径828上的管道壁的法向力抵消了进入管道壁的科里奥利力，因此处于第一定向的物体826沿着路径828是稳定的。处于第二定向的物体827沿着路径828是不稳定的，并且由于管道壁830中的切向台阶而趋向于路径829。物体827经受绕着轴831转矩，朝向路径829。因此，具有不同定向的物体通过图14A所示的布置沿着管道旋转轴的反向竖直分类到不同路径中。

图14B示出了适合于改变沿着路径833移动的物体的定向的另一种布置。在一个布置中，突起834被定位成使物体与物体827的定向接合并且产生使物体旋转90度的扭矩。物体826在突起834下方经过并保持相同的定向。在第二种布置中，检测器(未示出)测量每个物体的定向，并且根据测量的定向，控制系统致动突起835以接合旋定的物体并将旋定的物体从第一定向旋转到第二定向。

图14C示出了一种用于根据物体定向对物体进行切向分类的布置。物体826和827在离心力的作用下沿路径836加速，并在科里奥利力的作用下紧靠路径836的管道壁。物体827遇到狭槽839，并且由840和841表示的管道壁的部分支撑在狭槽839上方和下方。在一些实施例中，狭槽839可以由致动器响应于物体定向的传感器测量而打开和关闭。因此，物体826沿着路径836继续行进。物体826遇到狭槽839，并且仅由840表示的管道壁的条带支撑。因此，物体826在科里奥利力的作用下被拉过狭槽839并穿过路径838之间的间隙并沿着路径837行进。因此，具有不同定向的物体按图14C所示的布置切向分类。

在本发明的范围内，图14A、14B和14C所示的布置可以彼此任意组合以及与本发明的范围内的以上讨论的布置任意组合使用。

Claims (36)

1.一种用于从大量物体供给流中馈送物体的方法，其中每个物体具有定向轴并且被成形为使得所述物体具有所述定向轴的第一和第二不同定向，该方法包括：供应大量提供的物体；

将所述物体从供应源转移到分离管道中；

使所述物体形成为物体流，每个物体彼此分离，这是通过以下方式实现的，即，通过使所述物体沿着所述分离管道穿过并使所述分离管道绕旋转轴旋转，以使旋转产生的离心力起到沿着所述分离管道驱动所述物体的作用，并引起在所述物体上产生压力使其抵靠所述分离管道的壁以沿壁滑动；以及

通过接合流中的物体并旋转至少一些物体来定向流中的物体，以使定向之后流中某个位置处的所有物体的方向对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括围绕横轴旋转至少一些物体的纵轴，使得定向之后在流中的某个位置处的所有物体的纵轴及其方向对齐。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在一运行位置对定向的物体施加动作，使得作用在每个物体上的动作的方向都一致。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述物体位于所述分离管道中时对所述物体进行定向。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，定向操作通过邻接结构实现，该邻接结构使所述物体在所述分离通道中时接合所述物体并且用于使所述纵轴绕一横轴旋转。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述定向操作用于旋转所述物体，使得所有物体的纵轴横向于沿着所述分离管道的运动方向。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述物体具有头部和一柄部，并且所述纵轴是所述柄部的纵向。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述物体布置成使得所述头部和所述柄部相对于移动方向成直角地对准。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述分离管道中设置一狭槽，所述柄部落入所述分离管道中，而所述头部仍留在所述分离管道中，以对所述物体进行定向，其中所述纵轴横向于所述分离管道。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，定向定位在所述分离管道的端部之外。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述物体从所述分离管道释放到一定向构件中时，通过捕获使所述物体定向。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，提供至少一种缓冲装置和用于将分离的定向的物体从所述缓冲装置传递到操作位置的传递构件。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述缓冲装置中使所述物体停止，以形成所述物体的馈送源。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述缓冲装置与所述分离管道一起旋转，并且随后停止以下载所述物体。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，提供至少两个缓冲装置，其中，第一缓冲装置从所述分离管道中装载，而第二缓冲装置则停止。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，将所述物体从所述缓冲装置馈送到工具，以便逐个使用所述物体。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述物体直接从所述缓冲装置容器馈送到工具。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于，提供了一种传感器，用于检测流中的物体的特性。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，根据所检测到的特性丢弃一些物体。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于，提供了一种传感器，用于检测流中的物体的定向。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，根据检测到的定向对所述物体进行操作以改变其定向。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其特征在于，将所述物体从所述分离管道馈送至一供应管道，所述供应管道具有位于所述分离管道的所述旋转轴处的出口，使得所述物体以相同的定向自流中的所述出口出现。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其特征在于，提供了位于一公共旋转体上的第一和第二分离管道，所述公共转旋体绕所述转旋轴旋转，其中所述第一和第二分离管道通纳具有不同特性的第一和第二物体。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其特征在于，提供了一种旋转体，该旋转体安装成可绕轴线旋转，所述旋转体限定了至少一个管道，该管道从邻近所述轴线的内端向外延伸至外端，所述外端与所述内端相比，所述外端离所述轴线的向外径向距离更远，其中在所述至少一个管道的内端处馈送大块物体，所述内端布置成阵列，与所述轴线相邻，从而使得所述供应管道用于将所述物体沉积在所述至少一个管道的内端，以使所述物体进入内部低速端，并将管道中的物体流分离成所述至少一个管道的单独管道，所述至少一个管道的形状和位置布置成使得所述物体在从内端穿到外端时加速，从而在所述物体朝向外端移动时，引起分离进入所述至少一个管道的物体在管道中一排排彼此对齐。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其特征在于，提供了一种用于检测流中物体的方向的传感器，其中取决于对第一定向和第二定向的检测，沿第一路径和第二路径引导物体，并且将所述第一路径布置成改变其中的物体相对于所述第二路径的定向，使得物体以相同的定向从所述第一和第二路径组合成公共流。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其特征在于，所述分离管道的一部分成形为使得作用在至少一个定向的物体上的惯性力产生净转矩，而作用在至少一个第二定向的物体上的惯性力不产生净转矩。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，至少部分基于所测量的定向，测量物体的定向以及改变所述分离管道一部分的形状。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其特征在于，所述管道包括多个路径，其中每个路径传送不同定向的物体，同时提供一装置，用于根据物体定向将物体从第一路径移动至第二路径。

29.一种用于从大量物体供给流中馈送物体的方法，该方法包括：

供应大量提供的物体；

将所述物体形成为物体流，其中所述物体彼此分离；

提供了一个传感器，用于检测所述流中物体的定向；

根据所述第一和第二定向的检测沿着所述第一和第二路径引导所述物体；以及

将所述第一路径布置成改变其中所述物体相对于所述第二路径的定向，使得所述物体沿着相同的定向从所述第一和第二路径合并成公共流。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述第一路径布置成沿着第一方向将所述物体馈送入所述公共流中，所述第二路径布置成沿着与所述第一方向相反的第二方向将所述物体馈送入所述公共流中。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二路径包括用于反转其中的物体的定向的部件。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第二路径包括用于反转其中的物体的定向的扭曲件。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第二路径包括一可移动部件，其可操作的将物体携带成相反的定向，以反转其中的物体的定向。

34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供一种传感器，用于检测每个物体在多个定向中的特性。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述测量值设置为与时间或地点相关，且所述测量值存储在机器可读介质中。

36.根据权利要求34或35所述的方法，其特征在于，至少部分基于检测到的特性对物体进行操作。

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