自動裝配和制造中使用的具有距離傳感器的激勵裝置的制造方法
【專利摘要】測量到目標工作表面的距離以精確定位耦合到致動器的工具組件的系統和方法。該方法包括使用距離傳感器測量到工作表面的距離，將工具組件移動到接近位置，該接近位置鄰近工作表面上某個位置。工具組件繼而從接近位置移動到工作表面上該位置，以進行軟著陸例程。軟著陸例程包括確定工具組件已經移動到與目標工作表面軟接觸。這些方法也包括拓撲式映射工作表面、比較地圖數據和預定數據、以及調整定位例程。此外，這些方法包括優化致動器運動，以利用最少的致動器移動來準時測量從距離傳感器到工作表面上某個位置之間的距離。
【專利說明】
自動裝配和制造中使用的具有距離傳感器的激勵裝置
技術領域
[0001]本發明一般地涉及用于自動裝配或者制造成品的機器。更特別地，本發明涉及在自動裝配或者制造成品期間減少致動器移動組裝機配件所需時間的方法。本發明特別地，但非唯一地，對于成品的制造有用，這些成品包含了精細或者或易碎部件，在移動成品期間需要工具組件精準定位以及軟接觸力。
【背景技術】
[0002]質量控制和流程吞吐量在裝配過程的部件制造中很重要。通常，敏感部件的制造是大批量并且尺寸精準的，還具有嚴格的臨界容差要求。使用致動器的自動化機器用于建造、檢查、測量并確定部件的一個或多個臨界尺寸是否落入了容差范圍之中。比如，取放機高速操作，以使用致動器在多個軸線上將電路板裝配到撿起的電子部件上，并將它們精確地放在電路板上。其他示例包括使用具有動圈致動器的工具組件以精確測量感興趣的尺寸。繼而該測量被用于確定該尺寸是否落入了容差范圍之內。
[0003]線性致動器是被用于執行需要線性運動的往復動作的機械裝置。比如，線性致動器可以用于裝配廠中，將蓋子放在瓶子上、自動蓋戳或者標記郵件、進行玻璃切割、將芯片放在電路上、測試不同的按鈕或者電子裝置上的觸摸區域、自動化、還有其他各種廣泛的目的。
[0004]在考慮出于將分離的單獨部件裝配為成品的目的而使用、或者移動工具與成品的工作表面接觸的機器操作的情況下，成品制造工藝的順序，以及流程吞吐量需要處理。在一些情況下，提高的流程吞吐量可以通過增加致動器的速度而獲得。然而，這會因為工具組件接觸工件時速度和力量較大而導致質量降低以及故障增加。比如，集成了工具組件的機器可用于制造成品其首先撿起一個部件，再將其放置到，比如，與成品上的工作表面(或者目標工作表面)接觸。因為機器操作以移動第一主體(具有該部件的工具組件)與第二主體(成品的目標工作表面)接觸，這個動作產生了針對兩個主體的力。然而，碰巧很多成品集成了非常精細和易碎部件，如果成品組裝期間生成的接觸力變得過大這些部件很容易受損。結果，為了避免損害成品，在其裝配或者制造期間需要最小化針對成品的特定部件零件產生的力。然而，精準的操作通常很慢且導致流程吞吐量下降。
[0005]據此，需要高速下移動工具組件以增加流程吞吐量的方法和設備，同時還能提供精準性，且工具組件、部件和工件表面之間實現軟接觸以控制接觸力。
【發明內容】
[0006]在此描述的方法和系統可以測量到目標工作表面的距離以比如，精確定位工具組件。一個公開的方法包括使用距離傳感器測量到工作表面的距離，移動耦合到致動器的工具組件到接近位置，該接近位置鄰近于工作表面上的某個位置。工具組件繼而根據軟著陸例程從接近位置移動到工作表面上的該位置。軟著陸例程可以包括確定工具組件已經移動到與目標工作表面的軟接觸。這些方法也包括拓撲映射工作表面、比較地圖數據和預定數據、以及調整定位例程。此外，這些方法包括優化致動器移動以利用最小化的致動器移動按時測量從距離傳感器到達工作表面上某位置的距離。
[0007]根據本發明實施方式的系統可以包括電力、動圈線性致動器，其被配置為以可變速度致動，并包括編碼器以提供定位反饋。工具組件機械式耦合到致動器并被配置為耦合到部件、分配材料、蝕刻和/或切割工作表面以及焊接工作表面的至少一個。激光測量傳感器機械式耦合到致動器，并可通信地耦合到控制器。激光測量傳感器被配置為檢測工作表面和/或測量激光測量傳感器到工作表面的距離，并提供表示到控制器的距離的信號。控制器可通信地耦接到致動器和激光測量傳感器。控制器被配置為響應于從激光測量傳感器接收到的信號向致動器提供控制信號。
[0008]還描述了相對于工件表面上的某個位置定位致動器的工具組件的方法。距離傳感器相鄰于工作表面上某個位置定位。該位置對應于工具組件的位置。對工作表面上該位置到距離傳感器的距離進行感測。該距離對應于工具組件距離工作表面上的該位置的位置。提供表示從工作表面上該位置到距離傳感器的距離的信號。感測到的距離繼而與預先限定或者預定的距離比較。然后基于這個比較進行例程的調整。該例程包含了與工作表面上的該位置相關地定位致動器的工具組件的信息。
[0009]還公開了相對于系統之中工作表面上某個位置定位致動器的工具組件的方法。該系統進行校準，包括為了參考系統內其他位置而限定原點。工作表面被拓撲式被映射，包括確定工作表面上某個位置到原點的距離。地圖數據生成為表示工作表面上某個位置。地圖數據包括在工作表面上的該位置相對于原點的位置。表示工作表面上某個位置的預限定或者預定信息與地圖數據進行比較。預定信息至少包括工作表面上該位置相對于原點的X和y位置。基于比較對應于工作表面上的位置的工具組件的致動位置被確定。致動例程基于這個確定而調整。致動例程至少包含了相對于工作表面上的位置的工具組件的定位、工具組件速度以及耦合到工具組件的致動器施加的力這些信息的至少一個。
[0010]出于所有目的，以下的美國公開申請在此通過參考的方式引入本文:
[0011]申請號:13/927,075;申請日:2013年6月25日;公開號:US-2014-0159407_A1;【公開日】:2014年6月12日；發明名稱:R0B0TIC FIGNER(機械指)
[0012]申請號:13/927,076;申請日:2013年6月25日;公開號:US-2014-0159408_A1;【公開日】:2014年6月12日；發明名稱:R0B0TIC FIGNER(機械指)
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[0016]申請號:PCT/US2013/047728;申請日:2013年6月25日;公開號:W0 2014/004589；【公開日】:2014年I 月3 日；發明名稱:LOW-COST ,REDUCED DIAMETER LINEAR ACTUAT0R(低成本小直徑線性致動器)
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[0018]申請號:PCT/US2008/071988;申請日:2008年I月8日;公開號:W02009/018540;【公開日】:2009年2月5 日；發明名稱:C0MPACT LINEAR ACTUATOR AND METHOD OF MAKING SAME(緊湊線性致動器及其制造方法)
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[0020]申請號:PCT/US2008/052121;申請日:2008年I月25日;公開號:W0 2008/092124；【公開日】:2008年 7 月31 日；發明名稱:COMBINAT1N PNEUMATIC AND ELECTRIC LINEARACTUATOR(氣電組合線性致動器)
[0021]申請號:12/188,111;申請日:2008年7月8 日；公開號:US 2009-0040247A1;【公開日】:2009年2月12日；發明名稱:MICRO SHIM FOR MOVING COIL ACTUATOR(動圈致動器的微墊片)
[0022]申請號:12/622,372;申請日:2009年11月 19 日;公開號:US 2010-0133924A1;【公開日】:2010年6月3日；發明名稱:COMPACTLINEAR ACTUATOR AND METHOD OF MAKING SAME(緊湊線性致動器及其制造方法)
[0023]申請號:12/860,809;申請日:2010年8月20 日；公開號:US 2012-0043832A1;【公開日】:2012年2月23 日；發明名稱:COMPACT LINEAR ACTUATOR WITH ROTARY MECHANISM(具有旋轉機構的緊湊線性致動器)
[0024]申請號:13/244,156;申請日:2011年9 月23 日；公開號:US 2012-0080960A1;【公開日】:2012年4月5日；發明名稱:LOW COST MULT1-COIL LINEAR ACTUATOR(低成本多線圈線性致動器)
[0025]申請號:PCT/US2011/053070;申請日:2011年9月23 日；公開號:W02012/040620 ；【公開日】:2012年3月29日；發明名稱:LOW COST MULT 1-CO IL LINEAR ACTUAT0R(低成本多線圈線性致動器)
[0026]應該理解的是，前述構思和下面將詳細介紹的其他構思(假設這些理念并不是相違背的)的所有組合都被視為本文所披露的發明主題的一部分。特別地，說明書最后出現的所要求保護的主題的所有組合都被視作本文所披露的發明主題的一部分。還應該理解的是，本文明確采用的術語在通過參考方式融入本文中的任意公開內容中也有所出現，應該符合與本文中所記載的特殊構思最為一致的含義。
【附圖說明】
[0027]本領域技術人員理解，附圖主要是出于詮釋的目的而非對這里描述的發明主題的范圍進行限定。附圖不必按照比例繪制;在一些情況下，這里所公開的發明主題的各個方面可以在附圖中夸張或者擴大顯示，以便于理解不同的特征。附圖中，相似附圖標記通常指相似的特征(如，功能性相似和/或結構相似的元件)。
[0028]圖1顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的示例致動器的前視圖。
[0029]圖2顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的示例致動器的底部視圖。
[0030]圖3顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的示例致動器的透視圖。
[0031]圖4顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的示例致動器的硬件框圖。
[0032]圖5是描述了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作的流程圖。
[0033]圖6是描述了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作的流程圖。
[0034]圖7是描述了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作的流程圖。
[0035]圖8是描述了根據另一實施方式的致動器設備的示例操作的流程圖，該致動器設備被配置為相對于工作表面上某個位置定位工具組件。
[0036]在附圖的多個視圖中對應的附圖標記表示對應部件。本領域技術人員可以理解，附圖中的元件是為了簡化和清楚起見而展示的，不必按比例繪制。比如，附圖中元件的一些尺寸可以相對于其他部件來說放大，以幫助提高對本發明中各個實施方式的理解。同時，對于商業上可行實施方式來說有用或者必要的共用并且公知的元件通常沒有繪出，以利于得到本發明的這些各種實施方式的較少阻礙視圖。
【具體實施方式】
[0037]下面對與線性致動器結合使用的距離感測的創新系統、方法和設備相關的各種構思以及實施方式進行更為詳細的說明。應該理解的是，上面介紹的各種構思以及下面更為詳細的說明可以任意多種方式執行，因為所公開的構思不限于任意特定類型的執行。特殊執行和應用的示例主要出于解釋的目的而提出。
[0038]圖1顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的示例致動器的前視圖。參考圖1，系統100包括致動器102、工具組件114以及距離傳感器150。距離傳感器150測量高度h，如圖所示其在位于工作表面10上某個位置上方的距離傳感器150的z向上。距離傳感器150將表示所測高度h的輸出信號提供給控制致動器102運動的控制器104(如圖4所示)。基于所測高度h，控制器104能夠將致動器精確定位在工作表面10上方的某個位置。工作表面10包含了部件15通過工具組件114定位的位置。
[0039]致動器102可以為任意致動裝置，比如氣動、液壓或者電動致動器。在優選實施方式中，致動器102是電動致動器，比如動圈致動器(也被稱為音圈致動器)或者動磁致動器。可以理解，盡管示出的是一個致動器102，系統100可以被配置為包括多于一個致動器。在所示實施方式中，致動器102包括可在至少一個軸線上移動的工具組件114。比如，如圖1中所示插圖，并取決于所使用特定致動器，工具組件114可以相對于致動器102主體或者工作表面10在x、y和/或z軸線上移動。此外，工具組件114可以繞著x、y和/或z軸線的一個或多個旋轉(Θ)。也要注意的是，盡管如所示致動器102顯示了可能四個致動軸線，x、y、z和Θ，致動器102可具有多于四個的軸線，以支撐額外的工具路徑，包括了五個、六個等等直至最少12個軸線，盡管致動器也可能只提供有一個、兩個或者三個致動軸線。
[0040]工作表面10上的位置或者致動器102、工具組件114或者距離傳感器150的位置，可以沿著給定軸線在坐標方面進行限定。在限定位置或者定位之前，先建立原點或者參考點。原始或者原點可以是包括了工作表面10的多個位置的空間中的或處于系統100內的任意預定點。
[0041]致動器102可以包括一個或多個編碼器(未示出)，其能夠繞著一個或更多軸線進行位置測量。也即，響應來自控制器104的控制信號，致動器102從其編碼器發送測量結果到控制器104以指示工具組件關于相關軸線的精確位置定位。在這種方式下，工具組件114可以移動到相當靠近、但是安全地遠離目標工作表面10的接近位置。從接近位置，工具組件114選擇性地執行“軟著陸”操作，由此工具組件114(或者具有部件15的工具組件114)被帶到與工作表面10接觸，從而不會損壞工作表面10、部件15、工具組件114和/或致動器102，并建立精確的接觸位置。關于軟著陸操作的其他信息分別在發明名稱為“Soft LandingMethod for Tool Assembly(工具組件的軟著陸方法)”的美國專利號U.S.5,952,589( “589專利”)中，以及發明名稱為 “Programmable Control System for Automated ActuatorOperat1n(自動化致動器操作的可編程控制系統)”、美國公開號為U.S.2005/0234565中公開，出于所有目的，兩篇文獻通過參考的方式全文并入本文中。
[0042]如“589”專利中所述，軟著陸例程通常涉及將工具組件放置在接近位置。這個接近位置可以根據操作者的需要隨意建立，但是優選地，接近位置將工具組件放的離目標工作表面比約I微米更近。接近位置一般取決于目標工作表面的性能;也即，相對于更粗糙的表面來說，接近位置更靠近光滑的目標工作表面，而基本不會增加有力的、意外接觸的危險。在任意情況下，工具組件放置在接近位置上，其用于沿著從接近位置到與目標工作表面上的預定點軟接觸的路徑的后續移動。在其他實施方式中，可以采用替換的方案，以從接近位置移動工具組件到與目標工作表面接觸。
[0043]初始，工作組件在接近位置保持靜止。然后，作用以保持工具組件114靜止的力大小改變直到已經作用在靜止工具組件114上的固有靜摩擦力被克服。當靜摩擦力已經被克月艮，系統成為動態而工具組件114在合力的影響下朝向工作表面前進。
[0044]隨著工具組件114向著目標工作表面10前進，其在定位模式下快速移動，直到到達接近位置。從這個接近位置開始，工具組件以軟著陸模式前進直到接觸到目標工作表面10。特別地，可以有多個控制模式的操作用以確定軟接觸。特別地，這些控制模式的每一個取決于特征在于工具組件114移動特征的可測量參數。這些可測量參數包括i)向著工作表面的工具路徑上的工具行進位置(即位置控制模式)，ii)其速度(即速度控制模式)，以及iii)工具組件114加速/減速(即扭矩控制模式)。在可替換的實施方式中，不監控上述可測量參數，代替的，僅允許工具組件114在合力的影響下與目標工作表面軟接觸(即基礎模式)。位置控制模式操作、速度控制模式操作以及扭矩控制模式操作都在“589”專利中更為詳細地做出說明。
[0045]圖2顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器150的示例致動器102的底部視圖。距離傳感器150包括距離傳感器輸出端151，對應于距離傳感器150和工作表面10之間的測量點。相對位置，包括距離傳感器輸出端151相對于工具組件114的x、y和z坐標，都是已知的或者可以確定的。優選地，距離傳感器150極為貼近工具組件114，以測量工作表面10上的某個位置，該位置與工具組件114下方的位置具有相同的測量高度h。在其他實施方式中(未示出)，距離傳感器150可以是工具組件114的一部分。
[0046]圖3示出了根據本發明實施方式的具有距離傳感器150的示例致動器102的透視圖。距離傳感器150可以機械式耦合到致動器102。可替換地，距離傳感器150可以比如，在致動器102制造的時候，集成到致動器102的主體或者殼體之中。在一些實施方式中，距離傳感器150可以集成到致動器102的主體之中，這樣距離傳感器輸出端151可以接近工具組件114，而在一些實施方式中，距離傳感器輸出端151與工具組件114的中心軸線共線。
[0047]圖4示出了根據本發明實施方式的具有距離傳感器150的示例致動器102的硬件框圖。在一些實施方式中，致動器102是電動、動圈線性致動器，被配置為以可變速度致動并包括編碼器，以提供與工具組件114位置有關的定位反饋。在一些實施方式中，距離傳感器150為激光測量傳感器，其射出激光束來檢測從激光測量傳感器150到工作表面10的距離或者所測量的高度。激光測量傳感器150機械式耦合到致動器102，并可通信地耦合到控制器104。激光測量傳感器150被配置為測量從激光測量傳感器150到工作表面10的距離h，并向控制器104提供表示距離的信號。在一些實施方式中，工作表面10是印刷電路板表面。激光測量傳感器可通信地耦合到控制器104，以提供表示距離h的信號。在一些實施方式中，激光測量傳感器150可以電耦合到控制器104。在這個實施方式中激光測量傳感器可以接收來自控制器104的能量，并為控制器104提供表示距離h的輸出信號。控制器104處理表示距離h的信號，并向致動器102提供控制信號，以在工作表面10上方的z向上精確調整工具組件114的位置。控制器104可向工具組件114提供控制信號，以將耦合到部件15的工具組件115定位到接近位置上。從接近位置開始，致動器102可以軟著陸模式移動工具組件114，直到部件15接觸工作表面10。通常假設工作表面10是平坦的或是平面，然而，如圖4所示并不總是這種情況。通過精確測量到工具表面10的距離h，工具組件114在z向上的位置可以根據距離變化而調整，這些變化是由于非平面的、不平整的工作表面10引起的。
[0048]工作表面10的不例是印刷電路板的表面。在一些實例中，電路板表面不是平整的，且具有大概+/-1.5mm的卷翹。當將部件15放到電路板工作表面10上的時候，通常需要限制沖擊以避免損壞易碎的部件15。放在工作表面10上的部件15的沖擊力可以通過這樣的公式計算，力等于2*質量*速度/時間。因此，沖擊力可以通過減少工具組件114將部件15放到電路板工作表面10時的速度，或者通過增加可變時間而降低。然而，減少工具組件114的速度降低了流程吞吐量；因此，只有當工具組件114非常靠近電路板工作表面10的時候，需要降低工具組件114的速度。比如，當保持部件15的工具組件114距離電路板工作表面約0.5mm的時候，工具組件速度可降低到較慢的受控速度，以最小化沖擊力，也即軟著陸接近。然而，當電路板工作表面10具有+/-1.5mm的卷翹時，保守地將工具組件114速度設定為在電路板表面10上最高可能點上方0.5mm時慢速，可能會讓工具組件114以軟著陸靠近模式慢速行進
3.5mm的距離。這種情形可以通過測量部件將要放置的工作表面10上該位置的距離h，以及通過相應調整接近位置而避免。通過知道到工作表面10上的任意特定位置的實際、準確距離，也即按照微米分辨率，致動器工具組件114可以位置模式快速移動到印刷電路板工作表面10上方約25微米的距離，此后，工具組件114可以軟著陸模式放置，完成致動工序。
[0049]—般來說，定量確定兩點間距離的非接觸技術比起接觸式測量來說更為需要，因為存在損壞工作表面10、磨損距離傳感器150的危險，以及完成接觸式測量所需時間。感測到工作表面10距離的適宜非接觸式技術包括基于強度的感測、三角定位、飛行時間感測、共聚焦感測、多普勒感測以及干涉感測。比如，激光測量傳感器可以用于精確測量到工作表面10的距離h。距離測量傳感器150的其他類型包括超聲波傳感器以及白光干涉傳感器。
[0050]在其他實施方式中，可使用電磁接近傳感器、反射傳感器和/或電容傳感器替代激光測量傳感器。比如，廉價、市售接近傳感器可以用于在傳感器范圍(如2mm)內一般性地檢測工具表面10。致動器工具組件114繼而可以快速移動到中間位置(如，工作表面10上方Imm)，然后更慢地移動以完成致動工序。
[0051 ] 在一個示例中，激光測量傳感器⑶22-35VM12，由日本奧普士公司制造并發售，安裝到SMAC公司制造并發售的LAR31致動器上。LAR31致動器包括撿起安裝有電子部件的表面的工具組件。激光傳感器在相同方向上、且平行于致動方向z地測量距離。激光測量傳感器將模擬輸出提供到致動器的控制器擴大器，比如，由SMAC公司制造并發售的LAC-1。在一個示例中，在位置模式中，工具組件可以在10-15微秒中以1-2微米過調量地移動1mm，然后在軟著陸模式下以Imm/秒的速率移動最后的25微米。軟著陸模式下工具組件最后的移動比起傳統電子組件工藝來說慢十倍，并且讓作用于部件上的沖擊力減少約90%。
[0052]在一些情況下，致動器沿著x、y、z和Θ軸線移動。致動器102以及工具組件114可以在高速定位模式下定位，直到到達接近位置，此后，工具組件114可以軟著陸模式定位，直到接觸工作表面10。與傳統取放工藝比較，在每一個部件放置位置感測距離形成更快的循環周期，即便測量該距離產生了增加的工藝階段。這是因為取決于工作表面上方接近位置的距離，在部件放置期間工具組件較慢速度的行進，也即軟著陸模式，可以是取放建立工序的最慢匯總階段。
[0053]具有線性致動器的距離感測的另一個示例發生在計量和打包應用期間。比如液氮分配到乳酸瓶中。已經觀察到，分配速率越來越快，從每分鐘1200個容器(CPM)到超過2000CPM。將表面監測激光器結合到氮氣閥致動器，與當前所采用的昂貴分離瓶檢測方案相比，可以提供緊湊并且平價的方案。出于質量目的進行的部分測量可以在線進行，而不是作為單獨的處理步驟。
[0054]本發明的優勢包括更高的流程吞吐量，以及減慢的工藝周期時間。其他優勢包括減少部件損傷，包括導致永久部件失效的潛在損害。此外，優勢包括減少致動器、工具組件，部件以及工作表面上的應力。
[0055]在一些實施方式中，工具組件114可以是探測器組件，用于在工作表面10上進行接觸測量。通過利用距離傳感器150進行非接觸式距離測量，探測器組件可以在工作表面10上方快速定位，然后進行軟著陸接觸。在一些實施方式中，工具組件114也可以是取放頭，包括了真空吸盤、機械爪和/或粘合吸盤。在一些實施方式中，工具組件114可以是針筒座，分配液體或者凝膠，包括膠針筒座，分配比如在半導體制造中使用的糊狀物。在一些實施方式中，工具組件114可以是激光焊接器、切割器、切除或者雕刻工具。因為激光焦點的控制在這些類型的應用中是至關重要的，精確確定工具組件114在工作表面10上方的距離很重要。
[0056]圖5是顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作500的流程圖。在步驟502中，識別出工作表面上的位置。比如，可以是位于印刷電路板表面上的放置電子部件的位置。該位置通常來說至少具有特別相對于預定原始位置的x、y和z坐標。距離傳感器繼而在步驟504中相鄰于工作表面上的位置而定位，而從距離傳感器到工作表面的距離h在步驟506中測試。距離h對應于工具組件距離工作表面上放置電子部件的位置的定位。距離傳感器將表示所測距離h的信號提供給控制致動器操作的控制器。預定原始位置上方的距離傳感器的距離是已知的，且與所測距離h比較，以確定工作表面508上放置電子部件的位置的Z坐標。存儲在控制器中的例程基于所測距離h與預定原始位置上方的距離傳感器距離的比較而調整，且工具組件可以據此在步驟510中定位。
[0057]圖6是顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作600的流程圖。在步驟602中，校準系統。系統校準包括指定系統中其他位置可以參考的原點。在步驟604中，工作表面被拓撲式映射，以創建工作表面的拓撲地圖、3D輪廓地圖、和/或離散矢量地圖。拓撲式記錄工作表面的適宜方法包括激光掃描和白光干涉。拓撲式映射之后，在步驟606中，生成表示工作表面上各個位置的地圖數據。比如，處理器可以用于數字化地圖并產生相對于原點位置的坐標(x、y和z)的表格。該位置可以是工作表面上的特定點，或者是包括工作表面上多個點的區域。地圖數據也包括關于工作表面的材質、粗糙度、精度和組成的信息。將原點用作共用參考點，地圖數據與步驟608中表示位置的預定信息相比較。比如，用戶可以為工作表面上的所有位置預定一般z軸，然后在工作表面上限定出部件將要放置的并包括了 x、y坐標的位置。基于由拓撲式映射工作表面而生成的地圖數據和工作表面上包含某個位置的X和y坐標的預定信息之間的比較，工具組件的啟動位置能夠在步驟610中確定。啟動位置相鄰于工作表面上，比如，部件將要放置的位置。比如，啟動位置可以確定為，距離工作表面上該位置25微米。在步驟612中，致動例程可以基于之前確定的啟動位置調整，以定位工具組件。比如，致動例程最初可限定，預定的啟動位置在工作表面上的某位置上方5mm。基于比較由拓撲式映射工作表面而生成的地圖數據和工作表面上的預定位置而確定啟動位置之后，致動例程可以調整為在高速定位模式下移動工具組件到預定的啟動位置，然后向著工作表面上的該位置進行軟著陸接近。此外，致動例程包括工具組件定位以及由耦合到工具組件的致動器施加力的調整。特別地在所測量的地圖數據和工作表面上某個位置的預定信息之間存在較大偏差的情況下，確定的啟動位置可以進一步調整，作為預防測量和編程錯誤的預防措施。
[0058]圖7是顯示了根據本發明實施方式的具有距離傳感器的致動器設備的示例操作700的流程圖。在步驟702中，系統進行校準，包括限定出所有每一個其他位置可以參考的原點。在步驟704中，部件位置由一些方法確定，這些方法包括但不限于，工作表面的光學辨識，或者由用戶預定。一旦部件位置得以確定，致動器在工作表面上放置每個部件的路徑在步驟706中限定。在一個實施方式中，距離原點最遠的部件最先放置。這種情況下，致動器穿過原點和工作表面上部件位置之間的最大距離。在放置距離原點最遠的部件之后，在步驟708中，在致動器回到原點取下一個部件時，距離傳感器測量到下個部件位置的工作表面的距離。這種方式下，致動器的返回路徑穿過放置下一個部件的位置，并能夠對工作表面上下一個部件的位置進行即時且及時的測量。通過先放置最遠的部件，并穿過下一個部件的位置返回到原點，致動器運動減少，使處理時間減少。通過在將該部件放在工作表面之前不久測量下一個部件的位置，處理期間在工作表面上發生的任意變化都得到了考慮(包括由于熱膨脹或者工作表面移動造成的變化)。基于下一個部件所測距離和位置所期望距離之間的差，確定工具組件的啟動位置補償或者接近位置(步驟710)。軟著陸例程在步驟712中調整，這樣部件可以無損地放在工作表面上。在步驟714中，重復工序直到所有部件已經放置在工件表面。應該注意到，致動器路徑的說明是參考單個點、原點以及工作表面上距離原點不同距離的多個位置進行的。前面的處理也應用在致動路徑位于工作表面上多個位置和離開工作表面上多個位置之間的情況下。比如，致動器可以在工作表面外電子部件和工作表面上多個位置之間行進。
[0059]圖8為描述了根據本發明另一個實施方式的被配置為相對于工作表面上某個位置定位工具組件的致動器設備的示例操作800的流程圖。在步驟804中，機械式耦合到致動器設備的距離傳感器生成表示距離傳感器和工作表面上位置之距離的輸出信號。控制信號繼而基于輸出信號而生成(步驟808)。響應于控制信號，致動器設備可操作地移動工具組件到相對于工作表面上位置的所需位置(步驟812)。在一個實施方式中，致動器設備將工具組件移動到距離工作表面預定距離的接近位置，并在接近位置對工具組件施力(步驟820)。可以進一步確定的是工具組件或者工具組件所固定的部件的至少一個與工作表面已經建立了軟接觸(步驟824)。
[0060]盡管前面的實施方式和附圖示出的致動器為線性致動器，可以預期距離傳感器可以和非線性或旋轉致動器一起使用，尤其是在到工作表面的距離對于致動器的啟動來說至關重要的應用中。
[0061]控制器104可以控制工具組件114的運動。比如，控制器104可為操作動圈致動器的伺服控制器。在一些構造中，控制器104可以，比如，是加利爾(Galil)DMC31012控制器，具有內置放大器和16比特的模擬輸出。
[0062]如所知，控制器104，比如伺服控制器，可以生成操作致動器102的控制信號。比如，根據編程指令，通常是軟件的形式，控制器104可以生成控制信號，并輸出這樣的控制信號到致動器102以導致工具組件114繞著一個或多個軸線運動。在一個實施方式中，控制器104被編程以基于應用控制致動器102，即基于所檢測的部件。比如，控制器104包括被特別地配置為引起所需致動器運動的軟件，以及對待檢測的特定部件的測量。通常，計算機(未示出)耦合到控制器104，以生成并發送以編程語言生成的軟件(表示待執行的成組指令的代碼)到控制器用于特定應用。這種軟件，一旦在控制器104上運行，會為該特定應用或者部件指導工具組件114移動以及測量。
[0063]電腦代碼的示例包括但不限于，微代碼或者微指令、比如編譯器生成的機器指令、用于生成網頁服務的代碼、以及包含了使用譯碼器由電腦執行的較高水平指令的文件。比如，實施方式可以使用命令式編程語言(如，C語言，Fortran(公式轉換語言)等)、功能性編程語言(HaskelUErlang等)、邏輯編程語言(如，Prolog(邏輯語言))，面向對象編程語言(如，Java，C++，等)或者其他適宜的編程語言和/或研發工具。電腦代碼的額外示例包括，但不限于，控制信號、加密碼和壓縮代碼。
[0064]雖然各種實施方式已在上方說明，應該理解的是，它們已經通過僅為示例而非限定的方式進行展示。其中上述方法意味著某些事件以某種順序進行，某些事件的順序可以修正。此外，如果可以，某些事件可以在并行的例程中同時執行，以及如上所述順次執行。盡管不同裝置中的各種模塊被示為定位在裝置的處理器之中，它們也可以定位/存儲在裝置的存儲器中(如，軟件模塊)，并可由處理器訪問并執行。據此，本說明書旨在涵蓋落入附隨權利要求的精神和范圍之內的所有這些修正以及所公開實施方式的變形。
[0065]本文概述的各種方法或者工藝可以編碼成為軟件，其可在采用了各種操作系統或者平臺任一個的一個或更多處理器執行。此外，這種軟件可以使用任意數量的適宜編程語言和/或編程或編寫工具來寫成，并也可以編寫為在框架或者虛擬機器上執行的可執行機器語言代碼或者中間代碼。
[0066]在這方面，各種發明構思可實現為電腦可讀存儲介質(或者多計算機可讀存儲介質)(如，電腦存儲器、一個或更多的軟盤、壓縮磁盤、光盤、磁帶、閃存、現場可編程門陣列中的電路構造或者其他半導體裝置、或者非暫存介質或者有形電腦存儲介質)，利用一個或更多例程編碼，當這些例程在一個或更多電腦或者其他處理器上執行的時候，執行上述本發明的各種實施方式。電腦可讀介質或者媒介是可攜帶的，這樣存儲在其上的一個或多個例程可以上載到一個或更多不同的電腦或者其他處理器上，以執行上述本發明的各個方面。
[0067]本文中所用術語“例程”或者“軟件”是一般性意思，指任意類型的電腦代碼或者成組的電腦可執行指令，可以應用以給電腦或者其他處理器編程，以執行上述實施方式的各個方面。此外，應該理解的是，根據一個方面，在執行時實施本發明的方法的一個或更多電腦例程在單個電腦或者處理器上不需要殘留，但是可以模塊化方式分布在多個不同電腦和處理器之間，以執行本發明的各個方面。
[0068]電腦可執行指令可以是很多形式的，比如例程模塊，由一個或更多電腦或者其他裝置執行。一般，例程模塊包括:慣例、例程、主題、部件、數據結構等，其進行特殊工作或執行特殊抽象數據類型。通常，例程模塊的功能性可以根據各個實施方式所需進行組合或者分配。
[0069]同樣，數據結構可以任意適宜形式存儲在電腦可讀介質中。為了便于說明的簡略，數據結構被示為通過數據結構中的位置相關聯的字段。這種關系也可以通過在字段之間表達關系的電腦可讀介質中為具有位置的字段指定存儲而相似地達到。然而，任意適宜的機構都可以用于在數據結構的字段中的信息之間建立關系，包括通過在數據元件之間建立關系的指針、標簽或者其他機構的使用。
[0070]同樣，各種發明構思可以具體為一個或多個方法，其中已經提供了一個示例。作為該方法的一部分所執行的步驟可以任意適宜方式排列。從而，實施方式可以構建為其中的步驟可以不同于所述的順序執行，包括同時進行一些步驟，即便是在所述實施方式中被示為是按順序進行的。
[0071]所有的定義，如這里所定義以及使用，應該被理解為控制了字典意義上的限定、通過參考方式融入的文獻中的定義、和/或所限定術語的一般性含義。
[0072]說明書和權利要求書中所用的不定冠詞“個”、“一個”，除非特別指明是相反含義，不然都應該理解為指“至少一個”。
[0073]說明書和權利要求書中所用的術語“和/或”，應該被理解為指聯合元件中的“任一個或者兩個”，也即在一些情況下連接著出現而在另一些情況下分離著出現。以“和/或”列舉的多個元件應該被考慮為是等同的，即聯合元件中的“一個或更多”。除了特別通過“和/或”從句識別出的元件之外，其他元件可選擇性地出現，不管是不是與特別識別出的那些元件有關或者無關。因此，作為非限定示例，以“A和/或B”為參考，當以諸如“包括”的結合開放式語言使用的時候，可以指，在一個實施方式中，只有A(可選擇性地包括除了B以外的元件)；在另一個實施方式中，只有B(可選擇性地包括除了A以外的元件)；在又一個實施方式中，指A和B都有(可選擇性地包括了其他元件)等。
[0074]當在本說明書和權利要求書中所用時，“或”應該被理解為與上述“和/或”具有相同含義。比如，當在列表中隔開各項，“或”或者“和/或”應該被理解為涵蓋了，即包括了至少一個，但是也包括多于一個，多個或一列元件，以及，且可選擇地還包括額外未列出的項目。只有清除指示為相反的術語，比如“只有之一”或者“僅一個”，或者在權利要求中使用的
“由......構成”，指包括多個或者一列元件中的僅一個。一般來說，在排他性術語冠于前面的時候，如“或”、“之一”、“僅之一”或者“只有一個”，術語“或者”在這里使用時應該僅被理解為指排他性的可替換方式。“基本由......構成”，在權利要求中使用時，應具具有其普通含義，一如專利法范圍內所使用的那樣。
[0075]當在本說明書和權利要求書中使用時，術語“至少一個”，在一個或多個元件的列表中，應該被理解為指從元件列表中的一個或更多元件選出的至少一個元件，但是沒必要包括元件列表中特別列出的每一個或者每個中至少一個元件，且不排除元件列表中任意元件的組合。這個定義也讓除了在元件列表中特別指出的元件之外的元件可選擇地出現，也即術語“至少一個”所指含義，不管其是否與那些特別指出的元件有關或者無關。因此，作為非限定示例，“A和B至少之一”(或者，等同來說“A或B至少之一”，或者等同來說“A和/或B至少之一”)可以指，在一個實施方式中，至少一個，可選擇地包括多于一個的A，沒有B(可選擇地包括除B以外的元件)；在另一個實施方式中，指至少一個B，可選擇地包括多于一個的B，沒有A(可選擇地包括除A以外的元件)；在又一個實施方式中，指至少一個，可選擇地多于一個的A，以及至少一個，可選擇地多于一個的B(可選擇地包括其他元件)；等。
[0076]在權利要求書中，以及上述說明書中，所有的連接詞如“包括”、“包含”、“帶有”、
“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由......組成”，及類似詞匯被理解為開放式的，即指包括但不限于。只有連詞“由......構成”和“基本上由......構成”應該分別是封閉或者半封閉式的連詞，如美國專利局專利審查例程手冊，2111.03節中的說明。
【主權項】
1.一種相對于工作表面上某個位置定位工具組件的方法，該工具組件機械式耦合到致動器，該方法包括: 通過距離傳感器生成表示距離傳感器和工作表面上該位置之間距離的輸出信號； 基于輸出信號生成控制信號;及 使用致動器并響應于控制信號，將工具組件移動到相對于工作表面上該位置的所需位置。2.權利要求1所述的方法，其中移動包括將工具組件移動到與工作表面相距預定距離的接近位置，并在該接近位置對工具組件施力。3.權利要求2所述的方法，進一步包括確定工具組件或者工具組件所固定的部件的至少一個已經與工作表面建立軟接觸。4.權利要求3所述的方法，其中確定包括確定工具組件的速度等于零。5.權利要求3所述的方法，其中確定包括測量工具組件向著工作表面前進的速度。6.權利要求1所述的方法，其中生成輸出信號包括在工作表面上引導激光，并基于工作表面上激光的反射確定距離。7.權利要求2所述的方法，其中對工具組件施力包括在接近位置上在與工具組件朝向工作表面移動的線性路徑基本上對齊的方向上對工具組件施加啟動力，該啟動力基本上等于靜態下將工具組件保持在該路徑上所必須的臨界力。8.權利要求7所述的方法，進一步包括減少啟動力，直到工具組件的靜態條件改變為動態條件，讓工具組件或工具組件所固定的部件的至少一個前進通過預定距離從接近位置到工作表面，其中該前進具有一定速度。9.權利要求8所述的方法，進一步包括測量前進速度，并在速度等于零的時候，確定工具組件或者工具組件所固定的部件的至少一個與所述工作表面軟接觸。10.—種系統，包括: 致動器； 工具組件，機械式耦合到致動器;及 距離傳感器，機械式耦合到致動器，并與控制器可通信耦接，該距離傳感器被配置為生成表示距離傳感器和工作表面上某個位置之間距離的輸出信號，并將該輸出信號提供給控制器; 其中控制器被配置為基于輸出信號生成控制信號，且其中致動器被配置為響應于控制信號將工具組件移動到相對于工作表面上該位置的所需位置。11.一種系統，包括: 動圈線性致動器； 工具組件，機械式耦合到該動圈線性致動器;及 激光測量傳感器，機械式耦合到該致動器，并與控制器可通信耦接，該激光測量傳感器被配置為測量從激光測量傳感器到工作表面的距離，并將表示距離的該輸出信號提供給控制器; 其中控制器可通信地耦合到動圈線性致動器以及激光測量傳感器，該控制器被配置為響應于輸出信號將控制信號提供給動圈線性致動器。12.權利要求11所述的系統，其中工具組件被配置為至少一個耦合到部件、分配材料、蝕刻工作表面、切割工作表面以及焊接工作表面。13.—種將耦合到致動器的工具組件相對于工作表面上某個位置定位的方法，該方法包括: 相鄰于工作表面上的某個位置定位距離傳感器； 感測工作表面上該位置到距離傳感器的距離； 提供表示距離的信號； 基于該信號比較該距離與預定距離， 基于該比較調整定位例程;及 使用致動器并根據定位例程將工具組件移動至相對于工作表面上該位置的所需位置。14.一種相對于工作表面上某個位置定位致動器的工具組件的方法，該方法包括: 拓撲式映射工作表面； 生成表示工作表面上該位置的地圖數據，該地圖數據包括相對于原點的工作表面上該位置的定位； 比較表示工作表面上位置的預定信息和地圖數據，該預定信息至少包括工作表面上該位置相對于原點的X和y方向的定位； 基于該比較，確定工具組件對應于工作表面上該位置的啟動位置； 基于該確定，調整致動例程;及 使用致動器并根據致動例程將工具組件移動到啟動位置。15.權利要求14所述的方法，其中移動進一步包括將工具組件從啟動位置移動到與工作表面進行軟接觸。
【文檔編號】G05B19/04GK105911887SQ201610223536
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月25日
【發明人】E·A·內夫
【申請人】系統機械自動操作成分公司