自动装配和制造中使用的具有距离传感器的激励装置的制造方法
【专利摘要】测量到目标工作表面的距离以精确定位耦合到致动器的工具组件的系统和方法。该方法包括使用距离传感器测量到工作表面的距离，将工具组件移动到接近位置，该接近位置邻近工作表面上某个位置。工具组件继而从接近位置移动到工作表面上该位置，以进行软着陆例程。软着陆例程包括确定工具组件已经移动到与目标工作表面软接触。这些方法也包括拓扑式映射工作表面、比较地图数据和预定数据、以及调整定位例程。此外，这些方法包括优化致动器运动，以利用最少的致动器移动来准时测量从距离传感器到工作表面上某个位置之间的距离。
【专利说明】
自动装配和制造中使用的具有距离传感器的激励装置
技术领域
[0001]本发明一般地涉及用于自动装配或者制造成品的机器。更特别地，本发明涉及在自动装配或者制造成品期间减少致动器移动组装机配件所需时间的方法。本发明特别地，但非唯一地，对于成品的制造有用，这些成品包含了精细或者或易碎部件，在移动成品期间需要工具组件精准定位以及软接触力。
【背景技术】
[0002]质量控制和流程吞吐量在装配过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准的，还具有严格的临界容差要求。使用致动器的自动化机器用于建造、检查、测量并确定部件的一个或多个临界尺寸是否落入了容差范围之中。比如，取放机高速操作，以使用致动器在多个轴线上将电路板装配到捡起的电子部件上，并将它们精确地放在电路板上。其他示例包括使用具有动圈致动器的工具组件以精确测量感兴趣的尺寸。继而该测量被用于确定该尺寸是否落入了容差范围之内。
[0003]线性致动器是被用于执行需要线性运动的往复动作的机械装置。比如，线性致动器可以用于装配厂中，将盖子放在瓶子上、自动盖戳或者标记邮件、进行玻璃切割、将芯片放在电路上、测试不同的按钮或者电子装置上的触摸区域、自动化、还有其他各种广泛的目的。
[0004]在考虑出于将分离的单独部件装配为成品的目的而使用、或者移动工具与成品的工作表面接触的机器操作的情况下，成品制造工艺的顺序，以及流程吞吐量需要处理。在一些情况下，提高的流程吞吐量可以通过增加致动器的速度而获得。然而，这会因为工具组件接触工件时速度和力量较大而导致质量降低以及故障增加。比如，集成了工具组件的机器可用于制造成品其首先捡起一个部件，再将其放置到，比如，与成品上的工作表面(或者目标工作表面)接触。因为机器操作以移动第一主体(具有该部件的工具组件)与第二主体(成品的目标工作表面)接触，这个动作产生了针对两个主体的力。然而，碰巧很多成品集成了非常精细和易碎部件，如果成品组装期间生成的接触力变得过大这些部件很容易受损。结果，为了避免损害成品，在其装配或者制造期间需要最小化针对成品的特定部件零件产生的力。然而，精准的操作通常很慢且导致流程吞吐量下降。
[0005]据此，需要高速下移动工具组件以增加流程吞吐量的方法和设备，同时还能提供精准性，且工具组件、部件和工件表面之间实现软接触以控制接触力。
【发明内容】
[0006]在此描述的方法和系统可以测量到目标工作表面的距离以比如，精确定位工具组件。一个公开的方法包括使用距离传感器测量到工作表面的距离，移动耦合到致动器的工具组件到接近位置，该接近位置邻近于工作表面上的某个位置。工具组件继而根据软着陆例程从接近位置移动到工作表面上的该位置。软着陆例程可以包括确定工具组件已经移动到与目标工作表面的软接触。这些方法也包括拓扑映射工作表面、比较地图数据和预定数据、以及调整定位例程。此外，这些方法包括优化致动器移动以利用最小化的致动器移动按时测量从距离传感器到达工作表面上某位置的距离。
[0007]根据本发明实施方式的系统可以包括电力、动圈线性致动器，其被配置为以可变速度致动，并包括编码器以提供定位反馈。工具组件机械式耦合到致动器并被配置为耦合到部件、分配材料、蚀刻和/或切割工作表面以及焊接工作表面的至少一个。激光测量传感器机械式耦合到致动器，并可通信地耦合到控制器。激光测量传感器被配置为检测工作表面和/或测量激光测量传感器到工作表面的距离，并提供表示到控制器的距离的信号。控制器可通信地耦接到致动器和激光测量传感器。控制器被配置为响应于从激光测量传感器接收到的信号向致动器提供控制信号。
[0008]还描述了相对于工件表面上的某个位置定位致动器的工具组件的方法。距离传感器相邻于工作表面上某个位置定位。该位置对应于工具组件的位置。对工作表面上该位置到距离传感器的距离进行感测。该距离对应于工具组件距离工作表面上的该位置的位置。提供表示从工作表面上该位置到距离传感器的距离的信号。感测到的距离继而与预先限定或者预定的距离比较。然后基于这个比较进行例程的调整。该例程包含了与工作表面上的该位置相关地定位致动器的工具组件的信息。
[0009]还公开了相对于系统之中工作表面上某个位置定位致动器的工具组件的方法。该系统进行校准，包括为了参考系统内其他位置而限定原点。工作表面被拓扑式被映射，包括确定工作表面上某个位置到原点的距离。地图数据生成为表示工作表面上某个位置。地图数据包括在工作表面上的该位置相对于原点的位置。表示工作表面上某个位置的预限定或者预定信息与地图数据进行比较。预定信息至少包括工作表面上该位置相对于原点的X和y位置。基于比较对应于工作表面上的位置的工具组件的致动位置被确定。致动例程基于这个确定而调整。致动例程至少包含了相对于工作表面上的位置的工具组件的定位、工具组件速度以及耦合到工具组件的致动器施加的力这些信息的至少一个。
[0010]出于所有目的，以下的美国公开申请在此通过参考的方式引入本文:
[0011]申请号:13/927,075;申请日:2013年6月25日;公开号:US-2014-0159407_A1;【公开日】:2014年6月12日；发明名称:R0B0TIC FIGNER(机械指)
[0012]申请号:13/927,076;申请日:2013年6月25日;公开号:US-2014-0159408_A1;【公开日】:2014年6月12日；发明名称:R0B0TIC FIGNER(机械指)
[0013]申请号:PCT/US2013/047727;申请日:2013年6月25日；公开号:TO2014/004588 ；【公开日】:2014年I月3日；发明名称:R0B0TIC FIGNER(机械指)
[0014]申请号:13/927,079;申请日:2013年6月25日;公开号:US-2014-0159514_A1;【公开日】:2014年6月 12日；发明名称:L0W-C0ST，REDUCED DIAMETER LINEAR ACTUATOR(低成本小直径线性致动器)
[0015]申请号:13/927,078;申请日:2013年6月25日；公开号:US-2014-0159513_A1;【公开日】:2014年6月 12日；发明名称:L0W-C0ST，REDUCED DIAMETER LINEAR ACTUATOR(低成本小直径线性致动器)
[0016]申请号:PCT/US2013/047728;申请日:2013年6月25日;公开号:W0 2014/004589；【公开日】:2014年I 月3 日；发明名称:LOW-COST ,REDUCED DIAMETER LINEAR ACTUAT0R(低成本小直径线性致动器)
[0017]申请号:12/184,918;申请日:2008年8月I日；公开号:US 2009-0058581A1;【公开日】:2009年3月5 日；发明名称:COMPACT LINEAR ACTUATOR AND METHOD OF MAKING SAME(紧凑线性致动器及其制造方法)
[0018]申请号:PCT/US2008/071988;申请日:2008年I月8日;公开号:W02009/018540;【公开日】:2009年2月5 日；发明名称:C0MPACT LINEAR ACTUATOR AND METHOD OF MAKING SAME(紧凑线性致动器及其制造方法)
[0019]申请号:12/020,466;申请日:2008年I 月25 日；公开号:US 2008-0258654A1;【公开日】:2008年 10月23日；发明名称:COMBINAT1N PNEUMATIC AND ELECTRIC LINEAR ACTUATOR(气电组合线性致动器)
[0020]申请号:PCT/US2008/052121;申请日:2008年I月25日;公开号:W0 2008/092124；【公开日】:2008年 7 月31 日；发明名称:COMBINAT1N PNEUMATIC AND ELECTRIC LINEARACTUATOR(气电组合线性致动器)
[0021]申请号:12/188,111;申请日:2008年7月8 日；公开号:US 2009-0040247A1;【公开日】:2009年2月12日；发明名称:MICRO SHIM FOR MOVING COIL ACTUATOR(动圈致动器的微垫片)
[0022]申请号:12/622,372;申请日:2009年11月 19 日;公开号:US 2010-0133924A1;【公开日】:2010年6月3日；发明名称:COMPACTLINEAR ACTUATOR AND METHOD OF MAKING SAME(紧凑线性致动器及其制造方法)
[0023]申请号:12/860,809;申请日:2010年8月20 日；公开号:US 2012-0043832A1;【公开日】:2012年2月23 日；发明名称:COMPACT LINEAR ACTUATOR WITH ROTARY MECHANISM(具有旋转机构的紧凑线性致动器)
[0024]申请号:13/244,156;申请日:2011年9 月23 日；公开号:US 2012-0080960A1;【公开日】:2012年4月5日；发明名称:LOW COST MULT1-COIL LINEAR ACTUATOR(低成本多线圈线性致动器)
[0025]申请号:PCT/US2011/053070;申请日:2011年9月23 日；公开号:W02012/040620 ；【公开日】:2012年3月29日；发明名称:LOW COST MULT 1-CO IL LINEAR ACTUAT0R(低成本多线圈线性致动器)
[0026]应该理解的是，前述构思和下面将详细介绍的其他构思(假设这些理念并不是相违背的)的所有组合都被视为本文所披露的发明主题的一部分。特别地，说明书最后出现的所要求保护的主题的所有组合都被视作本文所披露的发明主题的一部分。还应该理解的是，本文明确采用的术语在通过参考方式融入本文中的任意公开内容中也有所出现，应该符合与本文中所记载的特殊构思最为一致的含义。
【附图说明】
[0027]本领域技术人员理解，附图主要是出于诠释的目的而非对这里描述的发明主题的范围进行限定。附图不必按照比例绘制;在一些情况下，这里所公开的发明主题的各个方面可以在附图中夸张或者扩大显示，以便于理解不同的特征。附图中，相似附图标记通常指相似的特征(如，功能性相似和/或结构相似的元件)。
[0028]图1显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的示例致动器的前视图。
[0029]图2显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的示例致动器的底部视图。
[0030]图3显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的示例致动器的透视图。
[0031]图4显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的示例致动器的硬件框图。
[0032]图5是描述了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作的流程图。
[0033]图6是描述了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作的流程图。
[0034]图7是描述了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作的流程图。
[0035]图8是描述了根据另一实施方式的致动器设备的示例操作的流程图，该致动器设备被配置为相对于工作表面上某个位置定位工具组件。
[0036]在附图的多个视图中对应的附图标记表示对应部件。本领域技术人员可以理解，附图中的元件是为了简化和清楚起见而展示的，不必按比例绘制。比如，附图中元件的一些尺寸可以相对于其他部件来说放大，以帮助提高对本发明中各个实施方式的理解。同时，对于商业上可行实施方式来说有用或者必要的共用并且公知的元件通常没有绘出，以利于得到本发明的这些各种实施方式的较少阻碍视图。
【具体实施方式】
[0037]下面对与线性致动器结合使用的距离感测的创新系统、方法和设备相关的各种构思以及实施方式进行更为详细的说明。应该理解的是，上面介绍的各种构思以及下面更为详细的说明可以任意多种方式执行，因为所公开的构思不限于任意特定类型的执行。特殊执行和应用的示例主要出于解释的目的而提出。
[0038]图1显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的示例致动器的前视图。参考图1，系统100包括致动器102、工具组件114以及距离传感器150。距离传感器150测量高度h，如图所示其在位于工作表面10上某个位置上方的距离传感器150的z向上。距离传感器150将表示所测高度h的输出信号提供给控制致动器102运动的控制器104(如图4所示)。基于所测高度h，控制器104能够将致动器精确定位在工作表面10上方的某个位置。工作表面10包含了部件15通过工具组件114定位的位置。
[0039]致动器102可以为任意致动装置，比如气动、液压或者电动致动器。在优选实施方式中，致动器102是电动致动器，比如动圈致动器(也被称为音圈致动器)或者动磁致动器。可以理解，尽管示出的是一个致动器102，系统100可以被配置为包括多于一个致动器。在所示实施方式中，致动器102包括可在至少一个轴线上移动的工具组件114。比如，如图1中所示插图，并取决于所使用特定致动器，工具组件114可以相对于致动器102主体或者工作表面10在x、y和/或z轴线上移动。此外，工具组件114可以绕着x、y和/或z轴线的一个或多个旋转(Θ)。也要注意的是，尽管如所示致动器102显示了可能四个致动轴线，x、y、z和Θ，致动器102可具有多于四个的轴线，以支撑额外的工具路径，包括了五个、六个等等直至最少12个轴线，尽管致动器也可能只提供有一个、两个或者三个致动轴线。
[0040]工作表面10上的位置或者致动器102、工具组件114或者距离传感器150的位置，可以沿着给定轴线在坐标方面进行限定。在限定位置或者定位之前，先建立原点或者参考点。原始或者原点可以是包括了工作表面10的多个位置的空间中的或处于系统100内的任意预定点。
[0041]致动器102可以包括一个或多个编码器(未示出)，其能够绕着一个或更多轴线进行位置测量。也即，响应来自控制器104的控制信号，致动器102从其编码器发送测量结果到控制器104以指示工具组件关于相关轴线的精确位置定位。在这种方式下，工具组件114可以移动到相当靠近、但是安全地远离目标工作表面10的接近位置。从接近位置，工具组件114选择性地执行“软着陆”操作，由此工具组件114(或者具有部件15的工具组件114)被带到与工作表面10接触，从而不会损坏工作表面10、部件15、工具组件114和/或致动器102，并建立精确的接触位置。关于软着陆操作的其他信息分别在发明名称为“Soft LandingMethod for Tool Assembly(工具组件的软着陆方法)”的美国专利号U.S.5,952,589( “589专利”)中，以及发明名称为 “Programmable Control System for Automated ActuatorOperat1n(自动化致动器操作的可编程控制系统)”、美国公开号为U.S.2005/0234565中公开，出于所有目的，两篇文献通过参考的方式全文并入本文中。
[0042]如“589”专利中所述，软着陆例程通常涉及将工具组件放置在接近位置。这个接近位置可以根据操作者的需要随意建立，但是优选地，接近位置将工具组件放的离目标工作表面比约I微米更近。接近位置一般取决于目标工作表面的性能;也即，相对于更粗糙的表面来说，接近位置更靠近光滑的目标工作表面，而基本不会增加有力的、意外接触的危险。在任意情况下，工具组件放置在接近位置上，其用于沿着从接近位置到与目标工作表面上的预定点软接触的路径的后续移动。在其他实施方式中，可以采用替换的方案，以从接近位置移动工具组件到与目标工作表面接触。
[0043]初始，工作组件在接近位置保持静止。然后，作用以保持工具组件114静止的力大小改变直到已经作用在静止工具组件114上的固有静摩擦力被克服。当静摩擦力已经被克月艮，系统成为动态而工具组件114在合力的影响下朝向工作表面前进。
[0044]随着工具组件114向着目标工作表面10前进，其在定位模式下快速移动，直到到达接近位置。从这个接近位置开始，工具组件以软着陆模式前进直到接触到目标工作表面10。特别地，可以有多个控制模式的操作用以确定软接触。特别地，这些控制模式的每一个取决于特征在于工具组件114移动特征的可测量参数。这些可测量参数包括i)向着工作表面的工具路径上的工具行进位置(即位置控制模式)，ii)其速度(即速度控制模式)，以及iii)工具组件114加速/减速(即扭矩控制模式)。在可替换的实施方式中，不监控上述可测量参数，代替的，仅允许工具组件114在合力的影响下与目标工作表面软接触(即基础模式)。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”专利中更为详细地做出说明。
[0045]图2显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器150的示例致动器102的底部视图。距离传感器150包括距离传感器输出端151，对应于距离传感器150和工作表面10之间的测量点。相对位置，包括距离传感器输出端151相对于工具组件114的x、y和z坐标，都是已知的或者可以确定的。优选地，距离传感器150极为贴近工具组件114，以测量工作表面10上的某个位置，该位置与工具组件114下方的位置具有相同的测量高度h。在其他实施方式中(未示出)，距离传感器150可以是工具组件114的一部分。
[0046]图3示出了根据本发明实施方式的具有距离传感器150的示例致动器102的透视图。距离传感器150可以机械式耦合到致动器102。可替换地，距离传感器150可以比如，在致动器102制造的时候，集成到致动器102的主体或者壳体之中。在一些实施方式中，距离传感器150可以集成到致动器102的主体之中，这样距离传感器输出端151可以接近工具组件114，而在一些实施方式中，距离传感器输出端151与工具组件114的中心轴线共线。
[0047]图4示出了根据本发明实施方式的具有距离传感器150的示例致动器102的硬件框图。在一些实施方式中，致动器102是电动、动圈线性致动器，被配置为以可变速度致动并包括编码器，以提供与工具组件114位置有关的定位反馈。在一些实施方式中，距离传感器150为激光测量传感器，其射出激光束来检测从激光测量传感器150到工作表面10的距离或者所测量的高度。激光测量传感器150机械式耦合到致动器102，并可通信地耦合到控制器104。激光测量传感器150被配置为测量从激光测量传感器150到工作表面10的距离h，并向控制器104提供表示距离的信号。在一些实施方式中，工作表面10是印刷电路板表面。激光测量传感器可通信地耦合到控制器104，以提供表示距离h的信号。在一些实施方式中，激光测量传感器150可以电耦合到控制器104。在这个实施方式中激光测量传感器可以接收来自控制器104的能量，并为控制器104提供表示距离h的输出信号。控制器104处理表示距离h的信号，并向致动器102提供控制信号，以在工作表面10上方的z向上精确调整工具组件114的位置。控制器104可向工具组件114提供控制信号，以将耦合到部件15的工具组件115定位到接近位置上。从接近位置开始，致动器102可以软着陆模式移动工具组件114，直到部件15接触工作表面10。通常假设工作表面10是平坦的或是平面，然而，如图4所示并不总是这种情况。通过精确测量到工具表面10的距离h，工具组件114在z向上的位置可以根据距离变化而调整，这些变化是由于非平面的、不平整的工作表面10引起的。
[0048]工作表面10的不例是印刷电路板的表面。在一些实例中，电路板表面不是平整的，且具有大概+/-1.5mm的卷翘。当将部件15放到电路板工作表面10上的时候，通常需要限制冲击以避免损坏易碎的部件15。放在工作表面10上的部件15的冲击力可以通过这样的公式计算，力等于2*质量*速度/时间。因此，冲击力可以通过减少工具组件114将部件15放到电路板工作表面10时的速度，或者通过增加可变时间而降低。然而，减少工具组件114的速度降低了流程吞吐量；因此，只有当工具组件114非常靠近电路板工作表面10的时候，需要降低工具组件114的速度。比如，当保持部件15的工具组件114距离电路板工作表面约0.5mm的时候，工具组件速度可降低到较慢的受控速度，以最小化冲击力，也即软着陆接近。然而，当电路板工作表面10具有+/-1.5mm的卷翘时，保守地将工具组件114速度设定为在电路板表面10上最高可能点上方0.5mm时慢速，可能会让工具组件114以软着陆靠近模式慢速行进
3.5mm的距离。这种情形可以通过测量部件将要放置的工作表面10上该位置的距离h，以及通过相应调整接近位置而避免。通过知道到工作表面10上的任意特定位置的实际、准确距离，也即按照微米分辨率，致动器工具组件114可以位置模式快速移动到印刷电路板工作表面10上方约25微米的距离，此后，工具组件114可以软着陆模式放置，完成致动工序。
[0049]—般来说，定量确定两点间距离的非接触技术比起接触式测量来说更为需要，因为存在损坏工作表面10、磨损距离传感器150的危险，以及完成接触式测量所需时间。感测到工作表面10距离的适宜非接触式技术包括基于强度的感测、三角定位、飞行时间感测、共聚焦感测、多普勒感测以及干涉感测。比如，激光测量传感器可以用于精确测量到工作表面10的距离h。距离测量传感器150的其他类型包括超声波传感器以及白光干涉传感器。
[0050]在其他实施方式中，可使用电磁接近传感器、反射传感器和/或电容传感器替代激光测量传感器。比如，廉价、市售接近传感器可以用于在传感器范围(如2mm)内一般性地检测工具表面10。致动器工具组件114继而可以快速移动到中间位置(如，工作表面10上方Imm)，然后更慢地移动以完成致动工序。
[0051 ] 在一个示例中，激光测量传感器⑶22-35VM12，由日本奥普士公司制造并发售，安装到SMAC公司制造并发售的LAR31致动器上。LAR31致动器包括捡起安装有电子部件的表面的工具组件。激光传感器在相同方向上、且平行于致动方向z地测量距离。激光测量传感器将模拟输出提供到致动器的控制器扩大器，比如，由SMAC公司制造并发售的LAC-1。在一个示例中，在位置模式中，工具组件可以在10-15微秒中以1-2微米过调量地移动1mm，然后在软着陆模式下以Imm/秒的速率移动最后的25微米。软着陆模式下工具组件最后的移动比起传统电子组件工艺来说慢十倍，并且让作用于部件上的冲击力减少约90%。
[0052]在一些情况下，致动器沿着x、y、z和Θ轴线移动。致动器102以及工具组件114可以在高速定位模式下定位，直到到达接近位置，此后，工具组件114可以软着陆模式定位，直到接触工作表面10。与传统取放工艺比较，在每一个部件放置位置感测距离形成更快的循环周期，即便测量该距离产生了增加的工艺阶段。这是因为取决于工作表面上方接近位置的距离，在部件放置期间工具组件较慢速度的行进，也即软着陆模式，可以是取放建立工序的最慢汇总阶段。
[0053]具有线性致动器的距离感测的另一个示例发生在计量和打包应用期间。比如液氮分配到乳酸瓶中。已经观察到，分配速率越来越快，从每分钟1200个容器(CPM)到超过2000CPM。将表面监测激光器结合到氮气阀致动器，与当前所采用的昂贵分离瓶检测方案相比，可以提供紧凑并且平价的方案。出于质量目的进行的部分测量可以在线进行，而不是作为单独的处理步骤。
[0054]本发明的优势包括更高的流程吞吐量，以及减慢的工艺周期时间。其他优势包括减少部件损伤，包括导致永久部件失效的潜在损害。此外，优势包括减少致动器、工具组件，部件以及工作表面上的应力。
[0055]在一些实施方式中，工具组件114可以是探测器组件，用于在工作表面10上进行接触测量。通过利用距离传感器150进行非接触式距离测量，探测器组件可以在工作表面10上方快速定位，然后进行软着陆接触。在一些实施方式中，工具组件114也可以是取放头，包括了真空吸盘、机械爪和/或粘合吸盘。在一些实施方式中，工具组件114可以是针筒座，分配液体或者凝胶，包括胶针筒座，分配比如在半导体制造中使用的糊状物。在一些实施方式中，工具组件114可以是激光焊接器、切割器、切除或者雕刻工具。因为激光焦点的控制在这些类型的应用中是至关重要的，精确确定工具组件114在工作表面10上方的距离很重要。
[0056]图5是显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作500的流程图。在步骤502中，识别出工作表面上的位置。比如，可以是位于印刷电路板表面上的放置电子部件的位置。该位置通常来说至少具有特别相对于预定原始位置的x、y和z坐标。距离传感器继而在步骤504中相邻于工作表面上的位置而定位，而从距离传感器到工作表面的距离h在步骤506中测试。距离h对应于工具组件距离工作表面上放置电子部件的位置的定位。距离传感器将表示所测距离h的信号提供给控制致动器操作的控制器。预定原始位置上方的距离传感器的距离是已知的，且与所测距离h比较，以确定工作表面508上放置电子部件的位置的Z坐标。存储在控制器中的例程基于所测距离h与预定原始位置上方的距离传感器距离的比较而调整，且工具组件可以据此在步骤510中定位。
[0057]图6是显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作600的流程图。在步骤602中，校准系统。系统校准包括指定系统中其他位置可以参考的原点。在步骤604中，工作表面被拓扑式映射，以创建工作表面的拓扑地图、3D轮廓地图、和/或离散矢量地图。拓扑式记录工作表面的适宜方法包括激光扫描和白光干涉。拓扑式映射之后，在步骤606中，生成表示工作表面上各个位置的地图数据。比如，处理器可以用于数字化地图并产生相对于原点位置的坐标(x、y和z)的表格。该位置可以是工作表面上的特定点，或者是包括工作表面上多个点的区域。地图数据也包括关于工作表面的材质、粗糙度、精度和组成的信息。将原点用作共用参考点，地图数据与步骤608中表示位置的预定信息相比较。比如，用户可以为工作表面上的所有位置预定一般z轴，然后在工作表面上限定出部件将要放置的并包括了 x、y坐标的位置。基于由拓扑式映射工作表面而生成的地图数据和工作表面上包含某个位置的X和y坐标的预定信息之间的比较，工具组件的启动位置能够在步骤610中确定。启动位置相邻于工作表面上，比如，部件将要放置的位置。比如，启动位置可以确定为，距离工作表面上该位置25微米。在步骤612中，致动例程可以基于之前确定的启动位置调整，以定位工具组件。比如，致动例程最初可限定，预定的启动位置在工作表面上的某位置上方5mm。基于比较由拓扑式映射工作表面而生成的地图数据和工作表面上的预定位置而确定启动位置之后，致动例程可以调整为在高速定位模式下移动工具组件到预定的启动位置，然后向着工作表面上的该位置进行软着陆接近。此外，致动例程包括工具组件定位以及由耦合到工具组件的致动器施加力的调整。特别地在所测量的地图数据和工作表面上某个位置的预定信息之间存在较大偏差的情况下，确定的启动位置可以进一步调整，作为预防测量和编程错误的预防措施。
[0058]图7是显示了根据本发明实施方式的具有距离传感器的致动器设备的示例操作700的流程图。在步骤702中，系统进行校准，包括限定出所有每一个其他位置可以参考的原点。在步骤704中，部件位置由一些方法确定，这些方法包括但不限于，工作表面的光学辨识，或者由用户预定。一旦部件位置得以确定，致动器在工作表面上放置每个部件的路径在步骤706中限定。在一个实施方式中，距离原点最远的部件最先放置。这种情况下，致动器穿过原点和工作表面上部件位置之间的最大距离。在放置距离原点最远的部件之后，在步骤708中，在致动器回到原点取下一个部件时，距离传感器测量到下个部件位置的工作表面的距离。这种方式下，致动器的返回路径穿过放置下一个部件的位置，并能够对工作表面上下一个部件的位置进行即时且及时的测量。通过先放置最远的部件，并穿过下一个部件的位置返回到原点，致动器运动减少，使处理时间减少。通过在将该部件放在工作表面之前不久测量下一个部件的位置，处理期间在工作表面上发生的任意变化都得到了考虑(包括由于热膨胀或者工作表面移动造成的变化)。基于下一个部件所测距离和位置所期望距离之间的差，确定工具组件的启动位置补偿或者接近位置(步骤710)。软着陆例程在步骤712中调整，这样部件可以无损地放在工作表面上。在步骤714中，重复工序直到所有部件已经放置在工件表面。应该注意到，致动器路径的说明是参考单个点、原点以及工作表面上距离原点不同距离的多个位置进行的。前面的处理也应用在致动路径位于工作表面上多个位置和离开工作表面上多个位置之间的情况下。比如，致动器可以在工作表面外电子部件和工作表面上多个位置之间行进。
[0059]图8为描述了根据本发明另一个实施方式的被配置为相对于工作表面上某个位置定位工具组件的致动器设备的示例操作800的流程图。在步骤804中，机械式耦合到致动器设备的距离传感器生成表示距离传感器和工作表面上位置之距离的输出信号。控制信号继而基于输出信号而生成(步骤808)。响应于控制信号，致动器设备可操作地移动工具组件到相对于工作表面上位置的所需位置(步骤812)。在一个实施方式中，致动器设备将工具组件移动到距离工作表面预定距离的接近位置，并在接近位置对工具组件施力(步骤820)。可以进一步确定的是工具组件或者工具组件所固定的部件的至少一个与工作表面已经建立了软接触(步骤824)。
[0060]尽管前面的实施方式和附图示出的致动器为线性致动器，可以预期距离传感器可以和非线性或旋转致动器一起使用，尤其是在到工作表面的距离对于致动器的启动来说至关重要的应用中。
[0061]控制器104可以控制工具组件114的运动。比如，控制器104可为操作动圈致动器的伺服控制器。在一些构造中，控制器104可以，比如，是加利尔(Galil)DMC31012控制器，具有内置放大器和16比特的模拟输出。
[0062]如所知，控制器104，比如伺服控制器，可以生成操作致动器102的控制信号。比如，根据编程指令，通常是软件的形式，控制器104可以生成控制信号，并输出这样的控制信号到致动器102以导致工具组件114绕着一个或多个轴线运动。在一个实施方式中，控制器104被编程以基于应用控制致动器102，即基于所检测的部件。比如，控制器104包括被特别地配置为引起所需致动器运动的软件，以及对待检测的特定部件的测量。通常，计算机(未示出)耦合到控制器104，以生成并发送以编程语言生成的软件(表示待执行的成组指令的代码)到控制器用于特定应用。这种软件，一旦在控制器104上运行，会为该特定应用或者部件指导工具组件114移动以及测量。
[0063]电脑代码的示例包括但不限于，微代码或者微指令、比如编译器生成的机器指令、用于生成网页服务的代码、以及包含了使用译码器由电脑执行的较高水平指令的文件。比如，实施方式可以使用命令式编程语言(如，C语言，Fortran(公式转换语言)等)、功能性编程语言(HaskelUErlang等)、逻辑编程语言(如，Prolog(逻辑语言))，面向对象编程语言(如，Java，C++，等)或者其他适宜的编程语言和/或研发工具。电脑代码的额外示例包括，但不限于，控制信号、加密码和压缩代码。
[0064]虽然各种实施方式已在上方说明，应该理解的是，它们已经通过仅为示例而非限定的方式进行展示。其中上述方法意味着某些事件以某种顺序进行，某些事件的顺序可以修正。此外，如果可以，某些事件可以在并行的例程中同时执行，以及如上所述顺次执行。尽管不同装置中的各种模块被示为定位在装置的处理器之中，它们也可以定位/存储在装置的存储器中(如，软件模块)，并可由处理器访问并执行。据此，本说明书旨在涵盖落入附随权利要求的精神和范围之内的所有这些修正以及所公开实施方式的变形。
[0065]本文概述的各种方法或者工艺可以编码成为软件，其可在采用了各种操作系统或者平台任一个的一个或更多处理器执行。此外，这种软件可以使用任意数量的适宜编程语言和/或编程或编写工具来写成，并也可以编写为在框架或者虚拟机器上执行的可执行机器语言代码或者中间代码。
[0066]在这方面，各种发明构思可实现为电脑可读存储介质(或者多计算机可读存储介质)(如，电脑存储器、一个或更多的软盘、压缩磁盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程门阵列中的电路构造或者其他半导体装置、或者非暂存介质或者有形电脑存储介质)，利用一个或更多例程编码，当这些例程在一个或更多电脑或者其他处理器上执行的时候，执行上述本发明的各种实施方式。电脑可读介质或者媒介是可携带的，这样存储在其上的一个或多个例程可以上载到一个或更多不同的电脑或者其他处理器上，以执行上述本发明的各个方面。
[0067]本文中所用术语“例程”或者“软件”是一般性意思，指任意类型的电脑代码或者成组的电脑可执行指令，可以应用以给电脑或者其他处理器编程，以执行上述实施方式的各个方面。此外，应该理解的是，根据一个方面，在执行时实施本发明的方法的一个或更多电脑例程在单个电脑或者处理器上不需要残留，但是可以模块化方式分布在多个不同电脑和处理器之间，以执行本发明的各个方面。
[0068]电脑可执行指令可以是很多形式的，比如例程模块，由一个或更多电脑或者其他装置执行。一般，例程模块包括:惯例、例程、主题、部件、数据结构等，其进行特殊工作或执行特殊抽象数据类型。通常，例程模块的功能性可以根据各个实施方式所需进行组合或者分配。
[0069]同样，数据结构可以任意适宜形式存储在电脑可读介质中。为了便于说明的简略，数据结构被示为通过数据结构中的位置相关联的字段。这种关系也可以通过在字段之间表达关系的电脑可读介质中为具有位置的字段指定存储而相似地达到。然而，任意适宜的机构都可以用于在数据结构的字段中的信息之间建立关系，包括通过在数据元件之间建立关系的指针、标签或者其他机构的使用。
[0070]同样，各种发明构思可以具体为一个或多个方法，其中已经提供了一个示例。作为该方法的一部分所执行的步骤可以任意适宜方式排列。从而，实施方式可以构建为其中的步骤可以不同于所述的顺序执行，包括同时进行一些步骤，即便是在所述实施方式中被示为是按顺序进行的。
[0071]所有的定义，如这里所定义以及使用，应该被理解为控制了字典意义上的限定、通过参考方式融入的文献中的定义、和/或所限定术语的一般性含义。
[0072]说明书和权利要求书中所用的不定冠词“个”、“一个”，除非特别指明是相反含义，不然都应该理解为指“至少一个”。
[0073]说明书和权利要求书中所用的术语“和/或”，应该被理解为指联合元件中的“任一个或者两个”，也即在一些情况下连接着出现而在另一些情况下分离着出现。以“和/或”列举的多个元件应该被考虑为是等同的，即联合元件中的“一个或更多”。除了特别通过“和/或”从句识别出的元件之外，其他元件可选择性地出现，不管是不是与特别识别出的那些元件有关或者无关。因此，作为非限定示例，以“A和/或B”为参考，当以诸如“包括”的结合开放式语言使用的时候，可以指，在一个实施方式中，只有A(可选择性地包括除了B以外的元件)；在另一个实施方式中，只有B(可选择性地包括除了A以外的元件)；在又一个实施方式中，指A和B都有(可选择性地包括了其他元件)等。
[0074]当在本说明书和权利要求书中所用时，“或”应该被理解为与上述“和/或”具有相同含义。比如，当在列表中隔开各项，“或”或者“和/或”应该被理解为涵盖了，即包括了至少一个，但是也包括多于一个，多个或一列元件，以及，且可选择地还包括额外未列出的项目。只有清除指示为相反的术语，比如“只有之一”或者“仅一个”，或者在权利要求中使用的
“由......构成”，指包括多个或者一列元件中的仅一个。一般来说，在排他性术语冠于前面的时候，如“或”、“之一”、“仅之一”或者“只有一个”，术语“或者”在这里使用时应该仅被理解为指排他性的可替换方式。“基本由......构成”，在权利要求中使用时，应具具有其普通含义，一如专利法范围内所使用的那样。
[0075]当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“至少一个”，在一个或多个元件的列表中，应该被理解为指从元件列表中的一个或更多元件选出的至少一个元件，但是没必要包括元件列表中特别列出的每一个或者每个中至少一个元件，且不排除元件列表中任意元件的组合。这个定义也让除了在元件列表中特别指出的元件之外的元件可选择地出现，也即术语“至少一个”所指含义，不管其是否与那些特别指出的元件有关或者无关。因此，作为非限定示例，“A和B至少之一”(或者，等同来说“A或B至少之一”，或者等同来说“A和/或B至少之一”)可以指，在一个实施方式中，至少一个，可选择地包括多于一个的A，没有B(可选择地包括除B以外的元件)；在另一个实施方式中，指至少一个B，可选择地包括多于一个的B，没有A(可选择地包括除A以外的元件)；在又一个实施方式中，指至少一个，可选择地多于一个的A，以及至少一个，可选择地多于一个的B(可选择地包括其他元件)；等。
[0076]在权利要求书中，以及上述说明书中，所有的连接词如“包括”、“包含”、“带有”、
“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由......组成”，及类似词汇被理解为开放式的，即指包括但不限于。只有连词“由......构成”和“基本上由......构成”应该分别是封闭或者半封闭式的连词，如美国专利局专利审查例程手册，2111.03节中的说明。
【主权项】
1.一种相对于工作表面上某个位置定位工具组件的方法，该工具组件机械式耦合到致动器，该方法包括: 通过距离传感器生成表示距离传感器和工作表面上该位置之间距离的输出信号； 基于输出信号生成控制信号;及 使用致动器并响应于控制信号，将工具组件移动到相对于工作表面上该位置的所需位置。2.权利要求1所述的方法，其中移动包括将工具组件移动到与工作表面相距预定距离的接近位置，并在该接近位置对工具组件施力。3.权利要求2所述的方法，进一步包括确定工具组件或者工具组件所固定的部件的至少一个已经与工作表面建立软接触。4.权利要求3所述的方法，其中确定包括确定工具组件的速度等于零。5.权利要求3所述的方法，其中确定包括测量工具组件向着工作表面前进的速度。6.权利要求1所述的方法，其中生成输出信号包括在工作表面上引导激光，并基于工作表面上激光的反射确定距离。7.权利要求2所述的方法，其中对工具组件施力包括在接近位置上在与工具组件朝向工作表面移动的线性路径基本上对齐的方向上对工具组件施加启动力，该启动力基本上等于静态下将工具组件保持在该路径上所必须的临界力。8.权利要求7所述的方法，进一步包括减少启动力，直到工具组件的静态条件改变为动态条件，让工具组件或工具组件所固定的部件的至少一个前进通过预定距离从接近位置到工作表面，其中该前进具有一定速度。9.权利要求8所述的方法，进一步包括测量前进速度，并在速度等于零的时候，确定工具组件或者工具组件所固定的部件的至少一个与所述工作表面软接触。10.—种系统，包括: 致动器； 工具组件，机械式耦合到致动器;及 距离传感器，机械式耦合到致动器，并与控制器可通信耦接，该距离传感器被配置为生成表示距离传感器和工作表面上某个位置之间距离的输出信号，并将该输出信号提供给控制器; 其中控制器被配置为基于输出信号生成控制信号，且其中致动器被配置为响应于控制信号将工具组件移动到相对于工作表面上该位置的所需位置。11.一种系统，包括: 动圈线性致动器； 工具组件，机械式耦合到该动圈线性致动器;及 激光测量传感器，机械式耦合到该致动器，并与控制器可通信耦接，该激光测量传感器被配置为测量从激光测量传感器到工作表面的距离，并将表示距离的该输出信号提供给控制器; 其中控制器可通信地耦合到动圈线性致动器以及激光测量传感器，该控制器被配置为响应于输出信号将控制信号提供给动圈线性致动器。12.权利要求11所述的系统，其中工具组件被配置为至少一个耦合到部件、分配材料、蚀刻工作表面、切割工作表面以及焊接工作表面。13.—种将耦合到致动器的工具组件相对于工作表面上某个位置定位的方法，该方法包括: 相邻于工作表面上的某个位置定位距离传感器； 感测工作表面上该位置到距离传感器的距离； 提供表示距离的信号； 基于该信号比较该距离与预定距离， 基于该比较调整定位例程;及 使用致动器并根据定位例程将工具组件移动至相对于工作表面上该位置的所需位置。14.一种相对于工作表面上某个位置定位致动器的工具组件的方法，该方法包括: 拓扑式映射工作表面； 生成表示工作表面上该位置的地图数据，该地图数据包括相对于原点的工作表面上该位置的定位； 比较表示工作表面上位置的预定信息和地图数据，该预定信息至少包括工作表面上该位置相对于原点的X和y方向的定位； 基于该比较，确定工具组件对应于工作表面上该位置的启动位置； 基于该确定，调整致动例程;及 使用致动器并根据致动例程将工具组件移动到启动位置。15.权利要求14所述的方法，其中移动进一步包括将工具组件从启动位置移动到与工作表面进行软接触。
【文档编号】G05B19/04GK105911887SQ201610223536
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】E·A·内夫
【申请人】系统机械自动操作成分公司