CN1882243A - 用于操纵构件的装置和所属的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于操纵构件的装置、尤其是用于给电路板(2)装配电气构件的自动装配机(1)，具有至少一个抓取单元(13)和一个调节电子装置(10)，所述抓取单元具有一个压力调节模块(17)和一个用于保持所述构件的吸取器(15)，其中所述吸取器的吸口(16)气动地与所述压力调节模块(17)的抽吸端口(20)相连接，以及所述调节电子装置(10)与所述流体传感器(27)和所述可控阀(25)相连接，以便根据所述抽吸导管(24)内的气体通过量来控制所述阀(25)。

Description

用于操纵构件的装置和所属的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于操纵构件的装置、尤其是用于给电路板装配电气构件的自动装配机，以及涉及一种所属的控制方法。

背景技术

在装配技术中，衬底或电路板在自动装配机内被装上电气构件。这里采用自动装配机的装配头，该装配头借助于定位系统可以在与衬底平行的平面上行驶，并把预先拾取的电气构件放置到衬底上。装配头在这里大多具有一个或多个抓取单元，用于拾取、保持和放下所述的构件。每个抓取单元大多包括一个吸取器，其尖嘴可以被施加真空以保持所述的构件，以及被施加压力空气以放下或吹开所述的构件。为此，抓取器尖嘴具有一个吸口，其通过一根气动导管与压力空气或真空提供装置相连接。通常，为了吹开构件或将构件放置到衬底上，在吸取器的吸口上调节出某个吹开压力。这里，尤其在使用非常小的构件的情况下可能出现问题，即已经位于衬底上的附近区域中的构件会因该压力空气冲击而被移动或甚至被吹跑。

发明内容

因此本发明的任务在于，提供一种用于操纵构件的装置以及一种所属的具有提高处理安全性的控制方法。

该任务通过独立权利要求所述的装置和控制方法来解决。优选的扩展方案分别由从属权利要求给出。

根据权利要求1所述的用于操纵构件的装置、尤其是用于给电路板装配电气构件的自动装配机，具有用于拾取、保持和放下构件的至少一个抓取单元。每个抓取单元分别配有一个压力调节模块。所述压力调节模块具有：一个具有真空端口的真空泵；一个通过抽吸导管气动地与所述真空端口相连接的抽吸端口；一个用于检测所述抽吸导管内的压力的压力传感器；一个用于检测所述抽吸导管内的气体通过量的流体传感器；一个可控阀，所述抽吸导管可通过该可控阀与一个外部压力空气供给器气动地相连接；其中所述压力传感器、所述流体传感器以及所述可控阀可通过相应的电气端口与一个调节电子装置相连接。每个抓取单元另外还具有一个带有用于保持所述构件的吸口的吸取器。所述吸取器的吸口在此例如通过导管气动地与所述压力调节模块的抽吸端口相连接。所述装置另外还包括一个调节电子装置，其与所述流体传感器和所述可控阀相连接并被如此构造，使得其根据由所述流体传感器所测量的所述抽吸导管内的气体通过量来控制所述阀。因此，为了控制所述的可控阀，所述调节电子装置不仅被提供有所述抽吸导管内的压力值，而且还被提供有所述抽吸导管内的气体通过量值。通过这些附加的参数，所述可控阀的控制可以更好地与相应的情况和要求相匹配。因此可以不仅根据在吸取器尖嘴上充满的压力、而且还根据导入吸取器尖嘴中的气体通过量来控制所述构件从所述吸取器尖嘴被吹开的过程。由此可以实现所述气体通过量不超过确定的值，从而例如可以避免吹掉衬底上的构件。由此显著提高处理安全性。

根据权利要求2所述的扩展方案，所述可控阀是一个压电比例阀。该压电比例阀可以实现在压力调节模块的抽吸导管内的非常短的压力和真空建造时间。由此可以非常快地给吸取器的吸口加上真空和压力空气，从而能够明显地提高装配效率。另外，压电比例阀的特点在于非常高的可靠性和非常高的加载循环数。

在权利要求3所述的装置的扩展方案中，所述真空泵是一个流体真空泵或文居里嘴。这种真空泵能够在真空端口上产生连续的真空，并且其特点在于简单的构造、高的可靠性以及少的移动部件数。

在权利要求4所述的扩展方案中，所述可控阀可以由所述调节电子装置如此地控制，使得所述抽吸导管内的气体通过量不超过一个最大值，在该最大值时可避免在衬底上的构件被吹掉。这种简单的控制方式允许使用廉价的开关阀。该阀由所述调节电子装置一直打开，直到所述值达到一个最大通过量，并随后被闭合。

在权利要求5所述的装置的进一步扩展方案中，所述调节电子装置可以工作在通过量调节模式下，在该模式下把所述抽吸导管内的气体通过量调节为一个预定的通过量额定值。与权利要求4所述的上述扩展方案不同的是，所述可控阀不仅被所述调节电子装置打开直到达到最大通过量，而且还被如此地精确地调节，使得所述气体通过量在预定的时间间隔上恰好对应于一个通过量额定值。由此在吹开构件时可以适配提高的需要量。

权利要求6所述的装置也可以被如此构造，使得所述调节电子装置另外还与所述压力传感器相连接。这使得所述调节电子装置在压力调节模式下根据所述抽吸导管内的气体通过量来调节充满所述抽吸导管内的压力。这例如可以如此进行，使得所述调节电子装置通过控制所述可控阀来把抽吸导管内的压力调节到一个值，在该值时所述气体通过量达到一个确定值。通过所述调节电子装置控制所述可控阀的这种双重依赖性，同时可以确保不会超过抽吸导管内的最大压力和最大气体通过量。两者有助于提高处理安全性。

在权利要求7所述的装置中，所述调节电子装置也可以利用由流体传感器所提供的信号来确定构件存在于所述吸嘴上。在低于抽吸导管内的气体通过量的确定值时，所述调节电子装置识别出一个构件被吸附在所述抓取单元或吸取器上。这可以对吸取器上的构件实现非常快的状态确定或存在检查。这也有助于提高处理安全性。

在权利要求8所述的扩展方案中，所述调节电子装置能够可选择性地在权利要求5所述的通过量调节模式和权利要求6所述的压力调节模式之间切换。这允许所述调节与相应的需要灵活地相匹配。

在权利要求9所述的用于本发明装置的控制方法中，在吹开被吸在所述抓取单元上的构件时所述调节电子装置如此控制所述的可控阀，使得所述抽吸导管内的气体通过量不超过一个最大通过量。由此可以避免吹掉已经位于衬底上的构件。

在权利要求10所述的控制方法的扩展方案中，在吹开所述构件时，所述调节电子装置工作在权利要求5所述的通过量调节模式。

权利要求11所述的控制方法也可以被如此地构造，使得在吹开所述构件时，所述调节电子装置工作在压力调节模式，并且此时所述抽吸导管内的压力被调节到一个压力额定值，在该压力额定值时所述抽吸导管内的气体通过量不超过所述的最大通过量。

在权利要求12所述的控制方法中，在吹开所述构件之后，所述调节电子装置工作在压力调节模式以便吸取下一个构件，其中所述抽吸导管内的压力被调节到一个预定的欠压额定值。

附图说明

下面参照附图详细地讲解本发明的用于操纵构件的装置和控制方法的实施例。图中：

图1是用于给衬底装配电气构件的自动装配机的示意图，

图2是一种例如能被应用于图1所示的自动装配机中的装配头的示意性部分图，

图3是一种例如被应用于图2所示的装配头的抓取单元中的压力调节模块的实施例示意图。

具体实施方式

在图1中示意地示出了本发明的用于操纵构件的装置或用于给电路板2装配电气构件的自动装配机1的实施例。待装配的电路板2沿着传送线路3在传送方向(箭头x)上被传送到装配位置，在那里被装配，并被进一步传送。在传送线路3方面，在送料区域内有一个提供电气构件的送料装置4。装配头5被布置成可借助于定位系统而行驶在送料装置4和装配位置之间。这里定位系统包括龙门吊车架型的两个横梁6和一个纵梁7，该横梁以桥形横跨过传送线路3，该纵梁在其末端处可移动地支撑到横梁6上，并且例如借助于线性马达而可以横切于传送方向(箭头y)地行驶。装配头5被支撑在纵梁7上，并例如借助于另一个线性马达而可以平行于传送方向(箭头x)地移动。

装配头5通过气动导管8与压力空气供给器9相连，后者被布置在自动装配机1上的合适位置。装配头5的调节电子装置10同样被设在自动装配机1上，并通过相应的电气线路11与装配头5相连。

在图2中示意地示出了图1的装配头的一部分。为了更清楚而只示出了该装配头的对本发明重要的部分。在装配头的外壳12中挨着布置了多个抓取单元13。所述抓取单元13分别借助于线性驱动机构14在垂直于装配平面的方向上(箭头z)上相对于装配头的外壳12行驶。所述抓取单元13分别在其下侧具有一个带有吸口16的吸取器15，利用该吸取器可以通过抽吸来拾取和保持构件。在每个抓取单元13内布置一个(在图2中被示为方框的)压力调节模块17。每个压力调节模块17具有一个压力空气端口18，该压力空气端口与从压力空气供给器9通向装配头5的气动导管8相连接。另外，所述压力调节模块17借助于插头连接19通过电气线路11与自动装配机1的调节电子装置10相连接。压力调节模块17在其下侧具有一个吸取端口20，该吸取端口通过另一个气动导管与吸取器的吸口16相连。吸取器与压力调节模块17的连接在这里可以通过简单的插接来实现。

借助于图3来详细讲述压力调节模块17的结构和作用方式。压力调节模块17包括一个真空泵21，其在该实施例中被实施为流体真空泵或文居里嘴。所述文居里嘴通过压力调节模块17的压力空气端口18被供给压力空气，所述压力空气端口18又与自动装配机1的压力空气供给器9相连，其中文居里嘴的排气通过排气通道22被排掉。文居里嘴的真空端口23通过抽吸导管24与压力调节模块17的抽吸端口20气动地连接，在该抽吸端口20上又连接了抓取单元13的吸取器15(见图2)。所述压力调节模块17另外还具有一个可控阀25，通过该可控阀，所述抽吸导管24可以选择性地与所述压力空气端口18或与自动装配机1的压力空气供给器9相连接，或与其分隔开。所述压力调节模块17优选地是压电比例阀25，其特点在于高可靠性和极快而准确的调节。

压力调节模块17还具有一个用于检测抽吸导管24内的压力的压力传感器26以及一个用于检测抽吸导管24内的气体通过量的流体传感器27。可控阀25、压力传感器26和流体传感器27借助于压力调节模块17的插接19通过电气线路11被连接到自动装配机1的调节电子装置10。

如从以上对压力调节模块17的结构说明中所得出的一样，真空泵在阀25接通的情况下在抽吸导管24内产生一个欠压，该欠压随着可控阀25的开口程度增加而将增加过吹。从阀25的某个开口程度开始，抽吸导管24充满欠压。通过相应地控制可控阀25，抽吸导管24内的压力可以无级地在两个极端位置之间调节。

为了拾取和保持构件，吸取器的吸口16被施加真空，因此调节电子装置10如此地控制所述可控阀25，使得在抽吸导管24内或在压力调节模块17的抽吸端口20处调定某个欠压额定值。通过采用压电比例阀25，这可能是非常快而可靠的。在装配时，构件由吸取器的吸口16吹开，这通过打开可控阀25而通过在抽吸导管24内或在抽吸端口20处由真空泵21产生的真空的过吹来实现。通过打开可控阀25，抽吸导管24因此与自动装配机1的压力空气供给器9相连，其中抽吸导管24内的压力以及因此还有吸取器的吸口16处的压力按照可控阀25的开口程度而上升。

为了可靠地拾取和保持或为了吹开构件，需要调节压力调节模块17的抽吸导管24内的压力比例或流体比例。为此，调节电子装置10通过压力调节模块17被提供压力传感器26和流体传感器27的信号。由此为该调节得出另外的可能性，这在下面做详细讲述。

在调节电子装置10的通量调节模式下，在吹开构件时，由调节电子装置10通过相应地控制可控阀25把通过流体传感器27所测量的抽吸导管24内的气体通过量调节到一个预定的通过量额定值。所述通过量额定值可以根据所使用的构件类型而在调节电子装置10中变化。这里如此地调节所述通过量额定值，使得在抽吸导管24内不超过最大气体通过量。所述最大气体通过量在这里如此被选择，使得位于衬底上的在吸取器周围的构件在吹开构件时不会被吸取器15吹掉。据此在通过量调节模式下存在一个闭合调节回路，其中抽吸导管24内的气体通过量表现为调节量，以及可控阀25的开口程度表现为控制量。在通过量调节模式下，压力传感器26的信号不被调节电子装置10考虑。

所述调节电子装置10也可以选择性地工作于压力调节模式。与通过量调节模式不同的是，调节电子装置10在压力调节模式下根据抽吸导管24内的气体通过量来调节充满抽吸导管24的压力。这里也涉及一个闭合的调节回路，其中调节量是抽吸导管24内的压力，控制量是可控阀25的开口程度。在压力调节模式，调节电子装置10既考虑压力传感器26的信号，也考虑流体传感器27的信号。所述调节电子装置10通过相应地控制可控阀25所调定的压力额定值在这里可以根据通过流体传感器27所测量的抽吸导管24内的气体通过量而变化。这例如可以根据以下公式来进行：

P_soll＝P_Min-f×

如从以上等式得出的一样，在抽吸导管24内要被锁定的压力额定值P_soll通过最小吹开压力P_Min和用因数f加权的气体通过量之差得出。最小吹开压力P_Min是在构件仍然粘附在吸取器的吸口16上且所测量的气体通过量因此几乎为零时而需要在气体导管内调定的压力。最小吹开压力P_Min在这里可以根据构件而变化。因数f用于把由流体传感器27所测量的气体通过量换算成抽吸导管24内的相应压力。于是所述调节电子装置10根据抽吸导管24内的气体通过量如此地改变所述压力额定值P_soll，使得该压力额定值P_soll在气体通过量上升时下降。一旦在吹开构件时所述构件从吸取器的吸口16松开，便提高抽吸导管24内的气体通过量。这由流体传感器27来检测，由此一直继续减小所述压力额定值P_soll的值。从而避免了当在吸取器的吸嘴上再也没有构件时所述调节电子装置10通过一直继续打开可控阀25来尝试保持抽吸导管24内的恒定吹开压力。因此在此情况下可能导致抽吸导管24内如此高的气体通过量，使得位于衬底上的吸取器附近的构件被吹掉。通过把流体传感器27的信号引入到抽吸导管24内的压力调节中，由此明显地提高了处理安全性。

与调节模式无关地，流体传感器27的信号也可以被用来识别构件是否存在于吸取器的吸口16上。这例如可以通过以下方式来实现，即如果由压力传感器26检测到一个欠压而且同时由流体传感器27检测到抽吸导管24内的一个非常低的气体通过量值，那么调节电子装置10便识别在吸取器15上存在构件。这种用于识别吸取器15上的构件的方法是非常快而可靠的。

即便在上述实施例中使用了一个压电比例阀，但也可以使用简单的开关阀。在该情形下，在吹开构件时，可以一直打开开关阀，直到超过抽吸导管24中的最大气体通过量，并且接着关闭开关阀。

附图标记清单：

1   自动装配机

2   电路板

3   传送线路

4   送料装置

5   装配头

6   横梁

7   纵梁

8   气动导管

9   压力空气供给器

10  调节电子装置

11  电气线路

12  外壳

13  抓取单元

14  线性驱动装置

15  吸取器

16  吸口

17  压力调节模块

18  压力空气端口

19  插头连接

20  抽吸端口

21  真空泵

22  排气通道

23  真空端口

24  抽吸导管

25  可控阀

26  压力传感器

27  流体传感器

Claims (12)

1.一种用于操纵构件的装置、尤其是用于给电路板(2)装配电气构件的自动装配机(1)，具有：

-至少一个抓取单元(13)，所述抓取单元具有一个压力调节模块(17)和一个用于保持所述构件的吸取器(15)，所述压力调节模块(17)包括：

-一个具有真空端口(23)的真空泵(21)，

-一个通过抽吸导管(24)气动地与所述真空端口(23)相连接的抽吸端口(20)，

-一个用于检测所述抽吸导管(24)内的压力的压力传感器(26)，

-一个用于检测所述抽吸导管(24)内的气体通过量的流体传感器(27)，

-一个可控阀(25)，所述抽吸导管(24)可通过该可控阀与一个压力空气供给器(9)气动地相连接，

-其中所述压力传感器(26)、所述流体传感器(27)以及所述可控阀(25)可与一个调节电子装置(10)相连接，

其中所述吸取器的吸口(16)气动地与所述压力调节模块(17)的抽吸端口(20)相连接，以及

-一个调节电子装置(10)，其与所述流体传感器(27)和所述可控阀(25)相连接，以便根据所述抽吸导管(24)内的气体通过量来控制所述阀(25)。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述可控阀(25)是一个压电比例阀。

3.如权利要求1-2之一所述的装置，其中所述真空泵(21)是一个流体真空泵。

4.如权利要求1-3之一所述的装置，其中所述可控阀(25)可以由所述调节电子装置(10)如此地控制，使得所述抽吸导管(24)内的气体通过量不超过一个最大通过量。

5.如权利要求1-4之一所述的装置，其中所述调节电子装置(10)在通过量调节模式下把所述抽吸导管(24)内的气体通过量调节为一个通过量额定值。

6.如权利要求1-5之一所述的装置，其中所述调节电子装置(10)与所述压力传感器(26)相连接，使得所述调节电子装置(10)在压力调节模式下根据所述抽吸导管(24)内的气体通过量来调节充满所述抽吸导管(24)内的压力。

7.如权利要求1-6之一所述的装置，其中在低于所述抽吸导管(24)内的气体通过量的确定值时，所述调节电子装置(10)识别出一个构件被吸在所述抓取单元(13)上。

8.如权利要求6所述的装置，其中所述调节电子装置(10)可选择性地在所述通过量调节模式和所述压力调节模式之间切换。

9.用于权利要求1-3之一所述的装置的控制方法，其中在吹开被吸在所述抓取单元(13)上的构件时所述调节电子装置(10)如此控制所述的可控阀(25)，使得所述抽吸导管(24)内的气体通过量不超过一个最大通过量。

10.如权利要求9所述的控制方法，其中在吹开所述构件时，所述调节电子装置(10)工作在通过量调节模式，并且所述抽吸导管(24)内的气体通过量被调节到一个预定的通过量额定值。

11.如权利要求9所述的控制方法，其中在吹开所述构件时，所述调节电子装置(10)工作在压力调节模式，并且所述抽吸导管(24)内的压力被调节到一个压力额定值，在该压力额定值时所述抽吸导管(24)内的气体通过量不超过所述的最大通过量。

12.如权利要求10所述的控制方法，其中在吹开所述构件之后，所述调节电子装置(10)为吸取另一个构件而工作在压力调节模式，并且所述抽吸导管(24)内的压力被调节到一个预定的欠压额定值。

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