CN114868467A - 用于自动装配的可配置物体应用处置器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物体附接处置器，其包含：可配置夹持器，其被配置成基于待附接的物体的软件定义来定义打开和闭合位置；和紧固工具，其自动被配置成基于所述物体的所述软件定义在定义的位置处应用定义的力曲线，以完成所述物体的附接。

Description

用于自动装配的可配置物体应用处置器

相关申请案

本申请要求于2019年11月12日提交的美国临时申请第62/934,385号的优先权，并以全文引用的方式将所述申请并入。

技术领域

本发明涉及应用处置器，且更具体地说，涉及用于自动制造中的物体的自动可配置应用处置器。

背景技术

通常，将如散热器的物体附接到电路板的过程需要针对特定散热器配置的定制设计和实施。散热器配置在尺寸、附接位置和附接类型方面差异很大。因此，在装配线上设计和实施自动散热器装配站可能需要数周时间，而完全定制的工具是在一个迭代过程中设计、制造和测试的。使工作站适应装配不同类型的散热器(具有不同的尺寸、附接位置或附接类型)再次涉及对特定于散热器特定参数的硬件和控制软件的重要设计和实施，并由专家用户实施。类似的情况发生在散热器以外的许多其它物体类型，以及电路板以外的目标配合位置。

附图说明

借助于实例而非借助于限制在附图的图中说明本发明，且在附图中相似参考标号指代类似元件，且其中：

图1A为物体附接处置器的一个实施例的例示性图。

图1B为物体附接处置器的一个实施例的图。

图2A为说明物体附接处置器的主要元件的一个实施例的框图。

图2B为说明用于各种类型的附接的的紧固工具的示例性实施例的图。

图3说明可经由软件设定的物体附接处置器的尺寸的一个实施例。

图4A说明物体附接处置器的三维尺寸的一个实施例。

图4B说明夹持器尖端的一个实施例。

图5为散热器的用户输入的一个实施例，其可通过物体附接处置器附接到印刷电路板上。

图6为在软件中定义物体附接处置器的参数的一个实施例的流程图。

图7为用于散热器的物体附接处置器的命令的一个实施例的流程图。

图8说明可用于散热器应用物体附接处置器的夹持轴线和锤轴线描述的一个实施例。

图9示出可使用的夹持力定义用户界面的一个实施例。

图10为机器人单元的一个实施例的概览图，其中可利用臂工具的物体附接处置器端部。

具体实施方式

描述了一种可配置的物体附接处置器，其可以通过软件进行配置。在一个实施例中，处置器是用于自动装配的机器人单元中的机器人臂的臂端工具。在一个实施例中，处置器使得系统能够处置不同尺寸和配置的物体，以附接到插座、电路板或其它工件。举例来说，用于附接的物体可为散热器。在软件中定义散热器尺寸和附接机构后，系统自动重新配置夹持器和紧固工具，以正确夹持、放置、定位和附接散热器。可以类似地定义其它类型的物体，使得可以为它们自动配置处置器，如下文将描述。

在一个实施例中，用户选择散热器或物体细节，包括散热器的尺寸、附接机构和附接机构的位置。在另一个实施例中，可从托盘或散热器或其它设备上的QR码或其它指示符读取散热器或物体细节。一旦接收到所述数据，系统就自动配置夹持器和紧固工具。在一个实施例中，配置紧固工具可包括选择尖端并将其附接到紧固工具。尖端可为插入推销的“锤”、使用弹簧夹的钩、应用螺钉(标准或弹簧加载)螺栓的合适的螺钉驱动器(涵盖螺母驱动器)、用于热桩的熔化工具等。在一个实施例中，可存在用于紧固工具尖端的支架，其被自动选择并附接到夹持器。在另一个实施例中，紧固工具的更换可以手动完成。

一旦配置系统，它就能够在自动制造环境中快速附接散热器或其它物体。因为散热器/物体定义是基于软件的，所以当使用不同的物体时，如果是新配置，设计更改只需几分钟时间，如果是先前定义的物体，那么只需几秒钟并且无需更换紧固工具。在一个实施例中，用户可扫描物体或输入零件号以进行自动配置。此外，这使得系统能够用不同类型的附接机构来处置多种类型的物体。这使得机器人装配系统能够快速调整和改进的配置速度。

尽管在以下描述中给出的具体实例是针对包括推销的散热器，但是所属领域技术人员应理解，实际的物体附接处置器可用于附接/装配其它类型的物体，以及其它类型的附接机构。举例来说，具有压配合、推销、铆钉、卡扣、通孔附接的散热器可使用锤或类似机构。具有粘合剂或基于焊料的附接的散热器可使用粘合剂分配器。具有基于螺栓、螺钉、弹簧螺钉的附接的散热器可使用转动机构。具有热桩附接的散热器可使用熔化工具。一旦定义了物体的尺寸以及附接机构的位置和类型，系统就可自动定位物体并应用正确的附接方法。

此外，系统可用于附接除散热器以外的物体。举例来说，系统可用于将风扇、热管、DIMM模块、印刷电路板附接到外壳或尺寸或配置可能不同的其它元件中，并且这类可配置附接处置器对于这些元件是有用的。

本发明实施例的以下详细描述参考附图，其中相同标号指示类似元件，通过说明的方式示出实践本发明的具体实施例。这些实施例的描述足以使本领域技术人员能够实践本发明。本领域技术人员应理解，可利用其它实施例，且可在不脱离本发明的范围的情况下进行逻辑、机械、电、功能和其它改变。因此，以下详细描述不是限制性的，且本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

图1A为物体附接处置器的一个实施例的照片。图1B为物体附接处置器的一个实施例的图。在一个实施例中，物体附接处置器包括七个马达。打开和闭合夹持器的马达，主夹持器马达120。夹持器具有基于待放置的物体的配置定义的打开和闭合位置。在一个实施例中，可配置夹持器的每个夹爪的位置可单独配置，提供真正的对称夹持或校准的拾取点。

在一个实施例中，有两个锤160作为紧固工具。在一个实施例中，每个锤160具有三个自由度。锤160在X-Y平面中的位置是基于物体的附接元件的位置来确定的，例如用于散热器的栓钉。在一个实施例中，用锤击力降低锤160以推入栓钉。在一个实施例中，当物体被定义时，使用X和Y维度的锤130、135、140、145在X-Y平面中将锤160移动到用于附接的适当位置。在一个实施例中，在插入过程期间，锤160仅在Z1/Z2马达150/155的控制下改变它们在竖直方向上的位置。在另一个实施例中，锤160在初始插入期间可处于中性位置，并且可在水平和垂直移动以进行插入。

尽管上述实例示出锤，但对于其它类型的紧固工具，可能存在一组类似的马达。例如，对于螺钉驱动器，除了XY定位马达和垂直移动马达外，紧固系统包含包括转动马达，以在螺钉驱动器处于正确位置时旋转螺钉驱动器。对于环氧树脂紧固工具，除了XYZ定位马达外，可存在“分配”马达，用于将环氧树脂分配到正确的位置。对于熔化工具，除了XYZ定位马达之外，在一个实施例中，定义的变量可包括应用加热的熔化器的位置，以及熔化的温度。对于弹簧夹工具，在一个实施例中，定义的变量可包括当弹簧夹被钩住时的第一位置、其中弹簧夹伸展的第二位置和其中弹簧被释放的第三位置。

可使用适合特定应用机构的其它马达组和位置定义。在一个实施例中，可存在两组独立移动的附接机构，如确保物体保持在适当位置的定位器，以及在定位器将物体保持在适当位置时应用附接机构的附接器。

图2A为说明附接系统200的主要元件的一个实施例的框图。附接处置器205包括夹持器210、一个或多个具有工具头部225的紧固工具220。如上所述，在一个实施例中，存在两个紧固工具220A、220B，对应于物体两侧的附接机构，如用于散热器的栓钉。当然，系统可包括单个紧固工具220，或也可包括多于两个的紧固工具220。举例来说，配置可包括四个紧固工具。

附接处置器205由控制系统230配置和控制。在一个实施例中，控制系统是计算机系统，其可以包括处理器232、存储器240和其它元件。处理器232可为微处理器或简单的控制单元。在一个实施例中，控制系统230可为远程装置或基于云的系统，而不是本地计算机。尽管控制系统230被说明为整体元件，但在一些实施例中，控制系统230的各个部分可在不同的装置上，这些装置可不被并置。

配置逻辑234配置附接处置器205。配置包括紧固工具220的定位以及夹持器210在打开和闭合位置的尺寸。此外，配置逻辑234可定义从其中拾取物体的托盘的位置，以及物体附接到的元件的位置。在一个实施例中，控制器236控制附接处置器205的移动。在一个实施例中，控制器236可为附接处置器系统的物理零件。

在一个实施例中，配置基于被附接物体的特性。那些特性包括物体的尺寸、形状、附接机构和附接机构位置。在一个实施例中，用户可经由用户界面246输入此数据。在一个实施例中，用户或系统可扫描标识符，如QR或UPC码，并自动识别用于附接的物体及其特性。在一个实施例中，系统可具有这类装置的数据库242，使得一旦以另一种方式输入或获得特性，系统可从数据库242中提取所述数据。在一个实施例中，配置存储器244存储附接处置器及其运动的其它配置数据。在一个实施例中，日志245存储来自执行的附接过程的数据。

在一个实施例中，当检测到故障时，用户界面246提供警报。为简单起见，未示出系统中可能存在的其它常规元件，例如机器人手臂、提供基于基准的对准的相机、马达等。

图2B说明一些示例性紧固工具。紧固工具可包括锤250，用于插入栓钉、推销、铆钉等。在一个实施例中，紧固工具尖端255可针对所使用的附接机构类型进行定制。举例来说，为了插入栓钉，可使用形状适合栓钉的橡胶尖端。这是为了确保垂直施加力并降低滑动的风险。在一个实施例中，锤头部250具有垂直插入运动。在一个实施例中，垂直头部的运动模式包括最初应用处于第一水平的力，并且然后应用更大的力，直到部件完全安放，并且物体被附接。

螺丝刀头部260也垂直移动，但是一旦安放就提供旋转运动，用于插入螺钉、螺栓和其它这类紧固件。螺丝刀尖端265可根据所使用的特定类型的螺钉或螺栓进行定制。在一个实施例中，螺钉分配器与螺丝刀头部260相关联，如所属领域已知的。替代地，螺钉或螺栓可能已经定位，并且螺丝刀头部降低以将螺丝刀尖端265插入螺钉中，并且然后旋转，如所属领域已知的。

粘合剂头部270被设计成应用粘合剂。在一个实施例中，粘合剂头部270分配粘合剂，如环氧树脂或焊料，用于附接物体。在一个实施例中，粘合剂头部可以移动，同时从分配元件275分配粘合剂。在一个实施例中，粘合剂头部可分配粘合剂点。在一个实施例中，额外的马达可控制分配。

热桩头部280被设计成熔化插入通过散热器或物体的柱，以完成紧固。热桩头部280可提供插入力以及熔化。在一个实施例中，熔化器285的形状可取决于所使用的桩的形状。举例来说，如所属领域已知的，中空桩可具有不同的熔化器285以熔化桩并紧固物体。

在一个实施例中，弹簧头部290被设计成附接弹簧夹。弹簧头部290有钩，以捕获弹簧，伸展它，并且在正确的位置释放它。在一个实施例中，钩295部分可旋转以释放弹簧。在另一个实施例中，弹簧头部295可旋转以释放弹簧。如果钩295旋转，那么它可由单独的马达控制。

在系统中可使用其它类型的紧固工具。

图3说明可经由设定的物体附接处置器的尺寸的一个实施例。紧固工具的X、Y和Z位置、在端部和紧固工具之间沿X、Y和Z轴的位移(EOA_x/y/z)，以及紧固工具的行进距离。

图4A说明物体附接处置器的三维尺寸的一个实施例。图4B说明夹持器尖端的一个实施例。

图5为散热器的用户输入的一个实施例，其可为附接到印刷电路板上的物体中的一个。一个实施例中，散热器特性包括X和Y尺寸以及高度Z。在一个实施例中，特性还包括紧固件的位置。在一个实施例中，如图所说明，位置包括紧固件之间在X和Y方向上的距离，以及紧固件高度。在一个实施例中，紧固件定义包括插入前的高度和插入后的高度。在一个实施例中，散热器特性还包括紧固件的类型(这里是推销)。可使用定义紧固件位置的替代方式。

图6为在软件中定义物体附接处置器的参数的一个实施例的流程图。过程在块610开始。在块620，接收用于插入的物体的特性。在一个实施例中，这可由用户输入。在一个实施例中，这可从数据库或其它源中检索。在一个实施例中，特性包括尺寸、使用的附接机构、附接机构的位置。在一个实施例中，特性还可以包括物体的刚度，其定义夹持器保持物体的力，以及可用于插入以确保不对物体或附接机构造成损坏的力。

在块630，基于待插入的物体的特性，在打开状态和闭合状态下自动设定夹持器的尺寸。通常，夹持器打开足够宽以围绕物体的顶部部分配合，所述顶部可能比夹持器所保持的区域更宽。还设定闭合夹持器的尺寸。在一个实施例中，基于物体配置，还自动设定夹持器闭合的高度。

在块640，基于物体的特性，自动设定用于夹持的力参数。力参数定义夹持器保持物体的强度。

在块650，接收拾取物体的位置。在一个实施例中，从托盘或传送机拾取物体。在一个实施例中，此数据可为系统可用的配置数据。

在块660，接收物体的插入位置。在一个实施例中，物体被放置在组件(如电路板)中的适当位置。此处不解决物体目的地的处置，但在一个实施例中，其上插入物体的新板或装置经由传送带接收。在一个实施例中，此数据可为系统可用的配置数据。

在块670，基于物体的特性，自动设定紧固的位置和应用过程。在一实施例中，紧固工具的位置可包括其中使用紧固工具的一个或多个位置，以及具体用途。举例来说，对于推销，将设定推销的位置、推销在完全插入之前和完全插入之后的高度，以及用于插入它们的力的大小。对于螺钉，将设定螺钉的位置、完全插入之前和完全插入之后的螺钉头部的高度以及用于将其拧入的力。

在块680，自动设定夹持器的释放。在一个实施例中，夹持器在插入之后返回到中性位置。使用中性位置使得更容易地每次都完美地重复所述过程。过程然后在块690结束。

图7为用于散热器的物体附接处置器的命令的一个实施例的流程图。在块720，定义作为待插入的物体的散热器的特性。对于这种散热器，在一个实施例中，特性为散热器的尺寸和推销的位置。图5说明定义的散热器特性。

返回到图7，在提供散热器特性后，自动设定物体附接处置器的参数。参数包括紧固工具的基础位置，以及插入推销的如何快和如何低，夹持器的打开和闭合位置等。

在块730，发送就绪状态命令，将夹持器设定到打开位置。在一个实施例中，夹持器从中性位置开始，并在插入之间返回到中性位置。

在块740，发送拾取命令。夹持器移动到拾取位置，降低并闭合插入插入的散热器，并且抬起。

在块750，发送插入命令。插入命令将夹持器移动到插入位置并将散热器放置在插入位置。

在块760，发送附接命令。附接命令将锤移动到附接位置并且对推销应用插入力。

在块770，发送释放命令。释放命令打开夹持器并释放散热器。

在块780，发送归位命令。归位命令将夹持器返回到中性位置，准备好获取下一个散热器。过程然后在块790结束。尽管此流程图描述了用于将散热器插入到电路板上的过程的一个实施例，但是所属领域技术人员将理解此过程可用于将其它类型的物体插入到电路板上或其它类型的组件中。此外，可能会跳过一些步骤，如归位。此外，这些命令仅仅是示例性的。实际命令可能或详细或更不详细。

图8说明可使用的夹持轴线和锤轴线描述的一个实施例。夹持轴线定义夹持器的位置。在一个实施例中，它包括拾取位置和拾取打开状态，所述状态是夹持器打开的位置。夹持闭合状态定义夹持器闭合的位置。放置位置定义了散热器或其它物品放置在工件上的位置。释放定义了与释放物体的归位位置的距离。锤轴线定义了紧固的位置。对于Z尺寸(例如垂直行程)，尺寸定义了起点和最大行程。

图9说明输入夹持力和夹持器位置的用户界面的一个实施例。夹持力定义了夹持器闭合的力。在一个实施例中，这取决于特定散热器的材料。

图10为机器人单元的一个实施例的概览图，其中可利用臂工具的物体附接处置器端部。机器人单元包括机器人臂，所述机器人臂可包括作为臂端工具的物体应用处置器。在一个实施例中，它可包括传送带，物体插入的板可以通过传送带移动。在一个实施例中，它可包括托盘进给器，可从中拾取物体。

在前述说明书中，已参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和图式应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种物体附接处置器，其包含：

可配置夹持器，其被配置成基于待附接的物体的软件定义来定义打开和闭合位置；和

紧固工具，其被配置成基于所述物体的所述软件定义在定义的位置处应用定义的力曲线，以完成所述物体的附接。

2.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其中所述可配置夹持器的每个夹爪的位置被单独定义。

3.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具还包含头部和提供三个移动度的马达，使得所述紧固工具与所述待附接的物体的附接机构对齐并且降低到适当位置以完成所述附接。

4.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具为锤，其用于通过向下推动附接机构来附接物体。

5.根据权利要求4所述的物体附接处置器，其中所述锤用于包含以下中的一种或多种的所述附接机构：压配合、推销、铆钉、搭扣和通孔。

6.根据权利要求4所述的物体附接处置器，其中所述锤被定位成与所述附接机构对齐，并且所述锤被配置成以设定水平的力降低到设定距离，以完成所述附接机构的所述附接。

7.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其还包含：

用户界面，其使得用户能够定义用于附接的物体；和

配置逻辑，其基于定义的物体配置所述可配置夹持器和所述紧固工具。

8.根据权利要求7所述的物体附接处置器，其中所述用户界面包含扫描物体识别码的扫描仪，并且还包含提供关于所述物体的数据的数据库。

9.根据权利要求7所述的物体附接处置器，其中所述夹持器的所述配置包含设定打开尺寸和闭合尺寸。

10.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具包含具有熔化器的热桩头部，用于与热桩一起使用。

11.根据权利要求1所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具还包含转动机构，用于与所述附接机构基于螺栓、螺钉、弹簧螺钉的附接一起使用。

12.一种软件配置的物体附接处置器，其包含：

界面，其用于输入物体配置；

可配置夹持器，其基于所述物体配置自动设定成打开和闭合位置；和

紧固工具，其自动设定成基于所述物体配置在定义的位置处将物体附接到工件。

13.根据权利要求12所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具还包含头部和提供三个移动度的马达，使得所述紧固工具与所述物体的附接机构对齐，并且移动以完成所述附接。

14.根据权利要求12所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具为锤，其用于通过向下推动附接机构来附接物体。

15.根据权利要求14所述的物体附接处置器，其中所述锤用于包含以下中的一种或多种的所述附接机构：压配合、推销、铆钉、搭扣和通孔。

16.根据权利要求14所述的物体附接处置器，其中所述锤被定位成与所述附接机构对齐，并且所述锤被配置成以设定水平的力降低到设定距离，以完成所述附接机构的所述附接。

17.根据权利要求12所述的物体附接处置器，其中所述界面包含以下中的一个或多个：

用户界面，其用于输入数据；

扫描仪，其用于扫描物体识别码；和

数据库，其提供关于所述物体的数据。

18.根据权利要求12所述的物体附接处置器，其中当所述附接机构为热桩时，所述紧固工具包含热桩头部。

19.根据权利要求12所述的物体附接处置器，其中所述紧固工具包含转动机构，用于与所述附接机构基于螺栓、螺钉、弹簧螺钉的附接一起使用。

20.一种利用软件定义的物体附接处置器的方法，其包含：

接收物体配置数据；

基于所述配置数据设定夹持器打开和闭合尺寸、一个或多个紧固工具的开始位置和用于所述一个或多个紧固工具的附接过程；

接收新的物体配置数据；和

基于所述新的物体配置数据自动重新配置所述夹持器、所述紧固工具，而无需用户交互。

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