用于拾取工件的取放头及方法
【专利说明】用于拾取工件的取放头及方法
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本专利申请案主张2013年11月26日申请的以引用方式并入本文中的第61/909，184号美国临时专利申请案的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于从一个位置拾取工件并将其放置于不同位置处的取放头以及对应方法。更具体来说，本发明涉及一种取放头及对应方法，其中工件的拾取是通过真空作用。
【背景技术】
[0004]产品的制造或一些设备的组装通常涉及对工件(例如待组装组件)的处置。特定来说，这些工件在其经历制造过程时，需在不同位置(如组装站、检验站、封装站或运送装置)之间运送。在现代自动或半自动制造中，通常由机器人完成此工件处置。可并行处置大量组件。例如，通常在模制矩阵载体(例如，JEDEC托盘)中运送电子组件。电子组件定位于托盘的凹穴或格中。通常由取放机器人完成将组件放置到凹穴中或从凹穴拾取组件以将其转移到不同位置(即，用于检验或组装)。取放机器人通常包括一或若干个所谓的夹持器(或拾取器)，所述一或若干个所谓的夹持器(或拾取器)可从托盘的凹穴拾取电子组件且还将电子组件放置到托盘的凹穴中。夹持器可机械地夹持电子组件，或更常见地使用真空吸嘴。
[0005]为了增大处理量，取放机器人通常配备有多个夹持器，使得可并行拾取或放置若干组件。常见配置为取放头具有足以同时拾取一整行组件或在一些情况中同时拾取完整的两行组件的夹持器。
[0006]在典型制造过程中，托盘的多数凹穴含有一个可由夹持器拾取的组件。然而，通常每个托盘还存在几个空凹穴，或含有错误放置(例如倾斜或旋转)的组件的凹穴。无法从此类凹穴拾取组件且放置于此凹穴上方的真空吸嘴无法达到真空。因此，使用真空吸嘴的常规多吸嘴/夹持器取放机器人具有独立/个别的真空/放气供应管线连同用于每一吸嘴的个别真空传感器，使得如果某吸嘴在空凹穴或错误放置的组件处(其中无法达到真空)，那么其它吸嘴将不受影响，而可通过真空拾取组件，因此正确操作。
[0007]这意味着为了增大夹持器或吸嘴的数目，真空供应设备及真空传感器的数目也须增大。取放头上的额外硬件增大取放头的质量。然而，为了高处理量，需要高加速度，因此较高质量是不合需要的，且此外还增大成本。且特定来说，当用额外吸嘴升级现有头时，特别是为了使真空供应设备及真空传感器的数目可根据需要增大，所述头的许多部件需要修改或变更。
[0008]虽然上文已使用处置电子组件的领域中现行的词汇描述用于处置电子组件的典型情况，但上文实例中所示的问题是更一般性的。在需要在制造期间处置大量的组件或工件(特别是具有至少大致上相同几何形状的组件)的任何情况下，可采用可一次性拾取或放置一个以上组件的机器人或(更一般来说)取放装置。将经由吸嘴施加到工件的真空用于拾取工件为普遍概念。为了放置工件或从吸嘴放下工件，取消对应吸嘴的真空，此外，可使用一阵气体(通常为空气)主动地从吸嘴吹离工件。
[0009]如上文已指示，如果要修改取放头以变更其展现的吸嘴的数目，以便变更其可一次性处置的工件的数目，那么在现有技术的取放头中需要进行重大的重新配置，这是因为每一吸嘴具有其单独的真空供应设备，通常具有对应的真空传感器。此外，对每一吸嘴提供单独的真空供应设备及真空传感器致使取放头的配置颇为复杂。
【发明内容】
[0010]本发明的目的为提供一种具有较简单配置的取放头，其可容易经重新配置以变更可一次性处置的工件的数目，且仍提供对所有待处理工件的高效及可靠处置。
[0011]本发明的另一目的为提供一种用于依高效及可靠方式一次性处置多个工件的方法。
[0012]关于所述取放头的目的由一种取放头实现，所述取放头用于从至少一个第一位置拾取多个工件并将所述多个工件放置于至少一个第二位置处，所述取放头展现多个吸嘴，所述多个吸嘴的每一吸嘴经配置以通过真空作用接合所述多个工件中的一者，其中所述多个吸嘴中的至少一个吸嘴具有个别真空供应设备且所述多个吸嘴中的至少两个另外吸嘴具有共享的真空供应设备。
[0013]关于所述方法的目的是通过一种方法实现，所述方法用于用多个吸嘴通过真空作用拾取多个工件，将所述工件放置于不同位置处，所述方法包含以下步骤:用相应吸嘴接近所述多个工件中的至少一者且接着开始在每一个相应吸嘴处产生真空，其中在所述多个吸嘴中的至少一者处产生真空是通过所述多个吸嘴中的至少一者的个别真空供应设备来实现，且在所述多个吸嘴的至少两个另外吸嘴处产生真空是通过所述至少两个另外吸嘴的共享真空供应设备实现。
[0014]根据本发明的取放头展现多个吸嘴，所述多个吸嘴中的每一者经配置以通过真空作用接合多个工件中的一者。根据本发明，多个吸嘴中的至少一个吸嘴具有个别真空供应设备，且多个吸嘴中的至少两个另外吸嘴具有共享真空供应设备。用于吸嘴的个别真空供应设备意味着所述吸嘴的真空供应设备与不同吸嘴的真空供应设备分开，且特定来说暗示如果在取放头的一或多个其它吸嘴处发生无法实现充分真空度的情况，那么此无法实现不影响所述具有个别真空供应设备的吸嘴。由于至少两个另外吸嘴具有共享真空供应设备，所以显然无需对这些另外吸嘴中的每一者提供个别真空供应设备，因此导致取放头的较简单配置。然而，共享真空供应设备自身具有一个显著缺点。如果未在共享真空供应设备的吸嘴中的一者处实现充分真空度，那么这还将影响连接到所述共享真空供应设备的其它吸嘴处的真空，其通常导致在这些其它吸嘴处破坏真空或无法实现充分真空。例如，如果吸嘴将从工件本该所处的位置(例如托盘的特定凹穴)拾取所述工件，但所述工件不在所述位置(即，不在所述凹穴中)或相对于所述吸嘴不恰当地定位，使得其无法适当密封吸嘴，从而阻止真空的建立，那么发生在单个吸嘴处无法实现真空，接着影响连接到共用真空供应设备的所有其它吸嘴的情况。因此，共享真空供应设备中的不充分真空度将导致无法拾取工件，通常，不被拾取的工件数会多于缺少的工件或未恰当定位的工件的数目。因此，根据本发明，提供具有个别真空供应设备的至少一个吸嘴。虽然在取放头的正常操作中，此吸嘴可如同其它吸嘴一样用于拾取工件，但如果在共享真空供应设备中发生真空故障，那么所述吸嘴可用于拾取由于所述共享真空供应设备中的不充分真空度而未拾取的所有所述工件。以此方式，确保拾取所有工件。用来变更吸嘴数目的取放头的重新配置比现有技术简单，这是因为取代提供单独的真空供应设备，在根据本发明的取放头中，将吸嘴连接到共享真空供应设备或从共享真空供应设备断开吸嘴就足够了。
[0015]原理上，可设想除一个以外的所有吸嘴连接到共享真空供应设备且所述唯一吸嘴具有个别真空供应设备，且这种情况足以实现本发明的目的。虽然此配置为本发明的范围内的一个配置，但在本发明的范围内有许多另外配置是可行的。
[0016]在一个实施例中，吸嘴布置成行。具有个别真空供应设备的吸嘴形成这些行中的L行，其中L等于或大于I。剩余吸嘴形成S个行，其中S等于或大于I。S行中的每一行中的吸嘴共享真空供应设备，但每一此行的真空供应设备与所有其它行的真空供应设备分开。
[0017]在不同实施例中，吸嘴也布置成行。具有个别真空供应设备的吸嘴形成这些行中的L行，其中L等于或大于I。剩余吸嘴形成S个行，其中S等于或大于I。此S个行中的所有吸嘴具有共享真空供应设备，g卩，其均连接到共用真空供应设备。
[0018]在另一实施例中，吸嘴布置成行。每一行中的至少一个吸嘴具有个别真空供应设备，且相应行的所有另外吸嘴具有共享真空供应设备。不同行中的吸嘴不共享真空供应设备。在前述三个实施例中的每一者中，每一行容纳相同数目的吸嘴。作为这些实施例中的每一者的变体，至少两行吸嘴在容纳的吸嘴数目方面不同。
[0019]在实施例中，每一真空供应设备有一对应的真空传感器。所述真空传感器经配置以指示是否已达到用于接合工件的充分真空。如果吸嘴内部的压力充分低于环境压力，使得工件被环境压力抵消所述工件的重量而压抵在所述吸嘴上，那么已达到充分真空；否则真空不充分。以此方式，在充分真空的情况中，吸嘴接合工件。针对吸嘴的已知配置及工件的已知重量及几何形状，可确立所述吸嘴内部的压力与环境压力之间的压力差的阈值。接着，如果分别在真空供应设备或对应吸嘴中的压力低于环境压力的量超过所述阈值所指示的量，那么所述真空供应设备或吸嘴中的真空可被视为充分的。否则，真空可被视为不充分的。如果真空传感器指示未实现充分真空，那么可采取适当措施。例如，可使用具有个别真空供应设备的吸嘴拾取归因于共享真空供应设备中的真空不充分而未拾取的工件。
[0020]在一实施例中，吸嘴定位于安装于取放头的主体上的至少一个吸嘴载体上。所述吸嘴载体为取放头的单独元件且展现取放头的吸嘴。所述吸嘴载体可与所述取放头的其余部分连接。特定来说，取放头的主体中的真空供应设备的供应管线可连接到所述吸嘴载体中的延伸到吸嘴且因此建立吸嘴的真空供应管线的对应管线。所述取放头经配置，使得所述吸嘴载体可与具有不同数目的吸嘴的吸嘴载体互换。特定来说，所述取放头的主体内的真空供应设备的供应管线经配置，使得其可与具有不同数目的吸