CN1717971A - 在支板上固定小型化部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法、一种装置和一个***，将小型化的特别是安装有或包含有至少一个光学元件的部件(3a)高精确度地固定在一个支板(4a)上，所述的固定连接是采用焊接连接、熔焊连接或者粘接方式实现。所述的部件(3a)是通过一个机器人工位(2a)的机器人手爪(1a)相对于外部的参考点对准定位在所述的支板(4a)的上方，然后，在所述的部件(3a)和支板(4a)之间形成一种连接关系，使在所述的部件(3a)和支板(4a)之间的一个接合缝(6a)产生收缩凝固，于是夹持着所述部件(3a)的机器人手爪(1a)向该部件施加一个垂直的牵引力，并且在接合缝收缩的同时，机器人手爪(1a)沿着朝向支板(4a)的方向产生一个可以控制或可以调节的垂直方向的位移，可选择地达到一个确定的标定位置处，由此可以进一步抑制由于收缩所影响和产生的高张力结构。并且，当机器人手爪(1a)释放所述的部件(3a)时，不会产生位置的改变。此外，本发明还涉及一种用于上述方法的机器人手爪(1a)。

Description

在支板上固定小型化部件的方法

技术领域

本发明涉及一种方法和一种装置，用于将小型化的特别是安装有或包含有至少一个光学元件的部件高精确度地固定在一个支板上，所述的固定连接是采用焊接连接、熔焊连接或者粘接方式实现的。

背景技术

在自动化的机器人安装工位采用微型安装技术，能够将部件以高精确度定位安装到一个支板上，也就是说，例如采用手爪式机械手通过定位识别，完成在一个支板上的定位固定操作，所述的机械手可以操作小于1微米的部件。尽管在连接过程之前可将部件高精确度地定位在所述的支板上，但是只能实现相应精确度的有限的边缘固定准确性，因为在采用焊接、粘接或熔焊方式将所述部件与支板固定期间，定位准确性经常产生偏移。一般来说，在焊接时焊料冷却时、或熔焊时出现焊缝时、或粘接时粘接材料***时，在部件和所述的支板之间所出现的垂直于该支板的接合缝产生收缩。

如果采用热接缝技术，受操作地局部限制而产生的发热导致膨胀伸长现象，在该接缝区周围的冷材料强制受压，在接着发生的冷却过程中，所述的接合缝在室温下收缩，那些事先受压的部分通过冷的周围温度再次受到阻碍，由此不可避免的产生收缩张力或内应力以及发生变形或压缩。所述的变形和内应力主要取决于热输入、热传导和抗收缩率或者预应力程度。本领域的技术人员都知道，一个适宜的收缩可能性会导致较小的预应力和内应力，相反，一个小的可收缩性可导致大的预应力、即大的内应力。尤其是当采用热接缝工艺时，焊接和熔焊操作使机械手要耐受热，在下一步的冷却过程中，除了所述的接合缝产生收缩，还要考虑机械手也产生一个收缩。所述要固定的部件是由机械手也产生一个收缩。所述要固定的部件是由机械手或手爪固定夹持着，因此既要考虑所述接合缝的收缩现象，又要整体考虑部件、手爪和其他组件冷却后将产生收缩张力或在部件和所述支板之间产生的牵引力，一旦机械手或手爪释放所夹持的部件时，其局部是自由释放的，由此导致所述的部件产生了不希望出现的移位，使部件固定的边缘准确性发生一事实上的偏差。而未释放的压力产生了内应力，使连接的牢固性变劣。这种问题主要出现在热接缝方法中，即焊接、熔焊和熔合或塑料溶胶粘合工艺中，类似的问题也发生在冷粘合工艺中，一旦粘接材料硬化会引起收缩和/或加热。

WO 00/28376介绍了这样一种设备及一种方法，特别是一种焊接方法，涉及小型化部件的热稳定定位。这种焊接方法采用一个带有手爪的机器人工位进行操作。手爪抓住所述的部件，参考外界的参考点将该部件以一个小间隔定位到一个支板的上方，然后用激光射束向期照射，然后释放，获得所需的固定。其中手爪的结构必须按照WO 00/28376的基本选择获得，即其手爪要么制成几手无穷刚性的，从而使其自身具有抗金属收缩性，要么具有纵向——垂直于支板方向的确定的弹性可缩性。在后一种情况下，收缩没有阻碍，而是沿着一个确定的空间方向，尤其是垂直于支板的方向允许收缩。根据WO 00/28376的教导，第二个带有可缩性的手爪的方案比第一个采用刚性手爪的方案更值得推荐。因为在力的作用下能保持不发生变形的结构，当锡料产生收缩时，会变牢固，这种特性非常适合机器人工位所要求的高精确性。金属收缩产生一个机械负载，它可以大于焊接材料的极限强度，由此可能会导致所述接缝的失效。以一个虚构的例子来说明，假设部件的规格是2×2×3毫米，则在一个1毫米厚的锡层上产生4μm的热收缩和288N/mm²的压力，在这种情况下，在锡层上所作用的负载会大大高于其断裂强度极限值，这将导致发生接缝故障，可使整个固定连接失效。此外，WO 00/28376还提到，采用弹性结构制成的可缩性手爪不会使最终完成的固定连接的精度劣化，人们假设手爪结构足够刚性，从而在热源照射期间，夹持件保持在一个固定的位置上。如果所述的锡层改变了其相位，并且重新返回固定的状态，则产生所述的机械压力。从这个时间点起，所述手爪的形变开始。在WO 00/28376中因此介绍了一种手爪，它的高位接合缝冷却或硬化期间受弹簧的力的作用被动地产生弹性受压。在这种被动的方法中，凝固后所形成的高度位置取决于接合缝的内应力或在手爪上的牵引力，冷却或硬化过程中，它又取决于焊接、熔焊或粘接层的厚度。所述层的厚度在容差范围内可变，而部件的末端位置主要取决于意外事件(zufall)。尽管从理论上讲是可行的，将所有过程参数准确给出，并考虑所述收缩因素，可以实现部件的预定位。另外考虑固定容差和温度常数，可以预先限定所述的收缩，因此末端位置的偏差是难免的。于是高精确度在这里只是一种理想，只有正确的已知的方法条件满足时才能实现。另外一个现有技术问题是，一方面要保证高度位置的弹性移动性，另一方面在已知的高度位置处要保证部件能精确实现预定位，否则所述收缩会受到过高的弹力恒久性的阻碍。

德国专利文献DE 35 31 715 A中公开了一种将表面安装部件焊接到具有导体图型的电路板上，所述焊接在恢复液化的具有焊料层的焊接位置区内进行。采用该方法，将要焊接的部件移到所述的电路支板上并定位，用于熔化焊料的热能通过一个可在焊接调节区域内移动的加热的焊接刀具输入，这里所指的焊接刀具靠近所述的焊接位置这样放置在电路支板的导电条上，使用于熔化焊料所需的热能经由位于所述电路支板的导电条上方的热传导到达焊接位置。所述的部件是这样定位的，使部件沿平行于电路支板平面的方向不能移动，但使部件可沿垂直于电路支板的方向移动，以便通过特定的压紧工具所施加的表面压力，使部件能下降到所述的电路支板上，此时在连接接触层上的焊料呈液态。这里所述的单独的压紧工具是指一种冲头，其上带有在一个确定的断裂数量级的1N的预应力，DE3531715A所描述的方法中，当安装焊接刀具到所述的导电条上时，所述的要固定的部件在维持平行于支板的定位的同时，至少受压并相对于所述的支板具有预定的贴合表面压力。这种方法适用于安装表面安装式电力电路组件，它们必须沿平行于支板的方向相当地精确定位，从而产生一个与支板上的导电板确定的接触，并且不存在电接触中断，也没有短路。与支板垂直的电力电路组件的末端位置在此公开的方法中在固定过程中仅起一个辅助定位的作用，当焊接材料液化时，在所述支板上仅有一个部件的已知表面压力是必须设置的。在DE3531715A中没有给出解决问题的说明，一个精确定位的尤其是垂直的一个部件的末端定位准确性相对于支板将在凝固后生成所述的焊缝。而且DE3531715A中没有给出部件的精确定位的末端位置和一个无压力接合缝如何保证安全的措施。由于在上述的已有技术方法中，热能的输入是从一侧完成的，当收缩时，在微型光学区域中被迫产生了不能接受的不对称现象。因此，在DE3531715A中介绍的方法不适宜用于高精度固定微型光学部件的微安装技术，尤其是当部件包含微型光学部件的情况，更不适宜采用这种已有方法。

于是，在微型技术领域，存在一种改善小型化部件的精确定位的需要。因为利用收缩而产生的***中的压力仅通过如上所述的被动的高位调节，由部件所产生的所述连接缝、支板和整个夹持件不太平衡，并且在同时无故障的接合缝上的一个高的末端定位精度不能得到可靠保证。

发明内容

因此，本发明的任务是改善接合缝固定之后在一个支板上安装的小型化部件的末端定位精度，避免在***中产生应力，特别是避免在所述的焊缝处的残余应力，以及避免固定接缝故障，特别是避免形成裂纹、连接失灵和其它不规则的连接固定。

本发明的任务是通过独立权利要求的特征实现的。其余的本发明的可替换的或优选的补充结构方案体现在从属的权利要求的特征中。

根据本发明，采用一个机器人工位的一个手爪抓持一个小型化部件，并相对于外部的参考点将该部件定位到所述支板上方，或定位到所述的支板上，然后，利用焊接、粘接或熔焊在所述的部件和所述的支板之间产生一个连接。焊剂或粘料或熔焊缝凝固产生收缩，或者有可能在塑料粘合料外壳上产生膨胀，使在部件和支板之间的接合缝也同时产生收缩或者膨胀，手爪沿着与所述的支板垂直的方向受控制或受调节地移动，或者沿着远离支板的方向移动，直到移动到一个确定的标定位置，由此，主动地、连续地进行，，并基本上服从于所述的收缩或膨胀。在手爪上的抓握作用力将得到补偿和完全的平衡，由此这种结构的高的内应力得到进一步抑制，使焊接时由手爪作用到部件上的剩余应力得到更大程度释放，并且不会发生位置改变。原因在于，一般来说，固定过程中所述的接合缝会产生收缩，但不产生膨胀，在下面的描述中将经常使用“收缩”的概念。显然，本发明的教导当然也涉及一种膨胀性的凝固，这从理论上讲是指采用一种合成的接缝材料的情况。另外，一个牵引力不仅只限于正向的牵引力，有时也会产生一个负向的牵引力。在膨胀的情况下，膨胀取代收缩，当沿垂直方向朝支板移动时，会产生一个沿着起始于支板的垂直方向的移动路径，此外，不仅一个由焊接充填的焊缝或一个焊接缝带有所述的对接缝或接合缝，而且一个熔焊缝，一个由粘合材料充填的粘合缝或一个粘接缝或其它的对接缝或接合缝也同样属于一个概念。

本发明的解决方案的基本原理在于，使由于收缩在部件和所述的支板之间产生的应力或者牵引力基本上实现平衡，手爪能够受控制地或受调节地移动至一个确定的标定位置，从而避免了收缩过程中和/或手爪释放操作期间部件产生不希望的下沉。

所述手爪的移动是可以控制和/或可以调节的。所述的控制特别是可以采用由一种算法自动执行的序列来完成，其主要基于材料特性和由其产生的收缩比来选择，也可以考虑通过对环境温度或冷却收缩的接合缝温度进行测量来确定实际影响。手爪的移动例如是可调节的，可以测量出凝固收缩所产生的应力或在手爪上的力，求出施加在接合缝上的力，以及测出收缩过程中手爪的确定的或垂直的弹性位移。

上述技术措施的一个优点是，通过平衡收缩时产生的应力或牵引力，可以显著提高部件安装的边缘精确度，并且在保证接合缝的质量的同时，仅保留有不高的减小的内应力。

此外，本发明涉及手爪装置和机器人工位的机械手，其上安装有力和/或位置传感器。通过这些传感器，不仅能够获知收缩过程中作用在接合缝上的内应力或作用力和/或手爪的位置，而且据此可以调整收缩期间手爪的移动。

本发明的方法和本发明的手爪装置适用于安装小型化部件，也称为微型组件，包含有光学元件，例如透镜、光学纤维、二极管等。

本发明的方法可以通过一个控制调节装置来实现，它控制和调节手爪抓住和夹持住部件，控制和调节机器人工位的手爪的位移活动，并且通过一个生成连接的设备来控制和调节所述连接形成的操作，所述的生成连接的设备例如是一个激光焊接设备。

下面将结合各种实施例进一步详细说明本发明的方法和本发明的手爪装置，也进一步描述本发明的优点。

本发明的方法主要在自动化的机器人安装工位上使用，这是因为本发明的所有任务都能由机器人来完成。即每个部件在室内由机器人在六个自由度内定位和固定。一个例子是，将一个已夹持的模块或小型部件固定到一个支板上，所采用的焊接方法例如前面在WO99/26754中介绍的方法。可选用的其他连接方法如熔焊，例如激光点焊或者电阻点焊，或者粘合。

在不可避免的收缩时，边缘定位精度直接与收缩的重复性有关。在焊接和熔焊或粘合时出现冷却晶格的改变或者硬化，在所述的部件和支板之间的接合缝上的收缩现象是不可避免的，使部件沿着垂直轴调节。如果部件是倾斜的或对接平面不整齐，则在平行于部件上表面的部件水平方向上也会产生收缩。不过这种水平的位移一方面可以通过一个相应的已由现有技术公开的对接表面的构形在凝固期间得到抑制，另一方面也可以有目的地限制自由度使其得到制动。所述的水平位移与朝着支板方向的垂直偏移相比要小些，因为因抑制水平位移所产生的对接缝中的剩余应力较小，而且非临界值。从过程参量的角度看，所述的收缩展示了一个很好的可再现性，因此可以作为支板和部件基底之间的中间空间的函数。如果在定位时能事先将收缩性标入在内(在焊接、粘合或熔焊方法开始之前)，则可以实现一个良好的固定精确度。举例来说，在将部件垂直对准并放在支板上方时的收缩量已经预先加以考虑。所述部件的底面具有球面或圆柱形对称的构形，因此其侧面的精确度和角精确度不会因收缩而改变。

当固定由机器人安装工位的一个手爪夹持着的部件期间，所述的手爪沿垂直的方向、即朝支板焊接的方向受机器人工位驱动移动，为此，手爪固定在所述的机器人工位上的支架或支臂上，可至少沿垂直于支板的方向下降，必要时可以在所有6个自由度上活动，如果发生收缩现象，手爪垂直于支板在收缩的范围内进行可控制的和/或可调节的移动，目的是手爪对高的结构在部件和支板之间产生一个由垂直方向的收缩引起的一个垂直牵引力，并且抑制住在接合缝内出现的内应力，必要时可达到其标定位置。用一个负向的牵引力，例如一种压力，取代一个正向的牵引力是有可能的，并且压力也可以调节。在这种情况下，手爪施加一个合适的压力到所述的接合缝上，这个力受收缩的影响而减小，但通过手爪的调节可使所述力维持。建议使收缩持续得到垂直方向的调节，主要是，可以精细控制和/或调节手爪朝支板方向的垂直位移的大小，以补偿收缩的影响，尽量避免在由部件、接合缝、支板、手爪和支架等构成的***中出现应力、牵引力和/或曳力，使手爪达到其标定位置。

在一个实施例中，所述的调节在垂直方向上是受限的，即手爪在到达一个事先确定的垂直标定位置——垂直于支板——之后，手爪在朝向支板的方向上被锁定。由此在所述的接合缝和整个***内会产生较大的内应力，这可以提高边缘定位精确度。但是需要注意的是，在标定位置和对收缩无阻碍的位置，只允许很小的差别，否则会出现高压、甚至是内应力，导致固定连接质量和边缘定位精度变劣。最好的效果是当精确掌握收缩程度和正确进行收缩仿形运动时获得。

利用收缩的再现性，所选用材料的收缩比可以预先试验或模拟确定，由此所测出的数据确定出一个算法，从而机器人安装工位执行一个自动的操作序列，使手爪的活动在收缩期间得到控制。由于所述的凝固速度主要与周围的温度有关，因此所确定的算法应当与周围的温度想适配，在整个固定过程中周围的温度不可能保持为一个常数。

在本发明的又一个实施例中，在所述手爪中装有一个力传感器。一旦在所述部件和所述支板之间产生一个接合缝，并且由手爪夹持着的部件的底面浸湿在液态的焊接、粘合或熔焊介质中，液态的接合缝在收缩前产生压力，通过一个力传感器测量出在手爪上的垂直方向的实际牵引力，测出的数值用作一个调整电路中的额定值，将手爪的活动用一个调节差来调整，这个调节差是指额定值和收缩时测出的实际值之间的差值。所述的收缩在部件上仅引起一个支板方向上的牵引力，使手爪垂直于支板移动直到所述牵引力大部分得到均衡，也就是说达到所述的额定值。

以上所述的调整电路的工作原理是已知的，所述的指令参数直接或间接地根据上述方法中的所述接合缝上的一个机械额定电压预先设定，所述的调整电路的调节参数直接或间接地根据在所述接合缝上的一个机械实际应力确定。所述的额定应力和实际应力并非明确确定的，因为预先给定的一个额定牵引力和测量出的一个实际牵引力有可能是负值，它可以在手爪上很容易地确定。所述手爪朝着支板方向的主动运动，将使实际应力实现与额定应力的平衡。

在本发明的又一个实施例中，所述的手爪相对于机器人工位做垂直于支板的小的自由移动，这种自由活动可以例如通过一个弹簧来实现，它允许手爪做小的垂直移动，并且手爪通过弹簧与机器人工位相连接，在这种情况下，所述的手爪带有一个测量其与所述机器人工位的相对移动的位置检测器。如果在由手爪夹持的部件的底面和所述的支板之间产生一个接合缝时，在发生收缩之前测出手爪的相应垂直位置。将所确定的测量值、即所述的相应垂直位置用作一个调整电路的额定值，通过将该标准值与收缩时所测出的实际位置值相比较得出的反馈耦合信号，调整所述的手爪的垂直方向位移量。再根据由于收缩所释放的牵引力，使手爪的垂直位置朝向支板的方向产生偏移，于是这个强行位移直接促使一个手爪的相应主动的、垂直的位置事后调整再次通过机器人工位达到平衡。所述的小的自由移动是测量的主要对象。

显然，所带有的调整电路可接入力检测器或位置检测器，通过自动序列控制所述移动量，实现附加的精细微调。

实际的收缩程度在冷却期间取决于所述的接合缝的实际温度，有可能代替它或附加地通过力或行程测量获知压力，测出所述接合缝的实际温度，例如采用无接触表面温度计，确定所述的应力和控制手爪的垂直方向的调整。

由于在支板上固定部件是用一个机器人组合工位实现的，所述的固定精底也受到手爪的夹持可靠性的影响，因为手爪就安装在机器人支臂上。所述手爪必须抓牢部件，相对于外面的参考点定位，在焊接、熔焊或粘合到位期间固定部件，当实现固定后释放。所述的部件具有小尺寸，例如2×2×3毫米，但其重量重，手爪的抓持要求均匀保持。

所述的抓持力可以按不同方式设定，由于所述部件尺寸小重量重，需要施加一个具有足够安全的力。这个抓持力必须较大，使部件与处于夹持状态的手爪之间没有小的相对运动，另一方面，又要求这个力要小，以使部件不受损坏。由于对固定精度要求的不断提高，要求所述部件必须从手爪释放，而且其位置不会受到释放操作的影响，这有许多解决办法，一般不观察通过一个机械作用产生的抓持力，因为在释放期间可能会影响固定安装精确度。合适的解决办法可使手爪的夹持力采用一个磁铁、特别是电磁铁来产生。采用电磁失引入的原理是公知的，例如可参见WO 00/28367的内容。

下面根据两个概括性实例进一步说明本发明。

在第一个实例中，按一个自动程序序列控制所述手爪的活动，通过手爪实现将小型化部件焊接固定到一个带有金属涂层的支板上的操作。

WO 99/26754中谈到了部分焊接方法的原理。所述的部件在其待连接的底面上带有焊接材料层，它被机器人工位的手爪夹持住，并且移到支板上方要固定的位置上，在部件底面的支板之间保留一个用于焊接连接的小缝，并附加一个用于平衡收缩的余量。由于可在探索性试验中确定收缩的大小。这个试验例如得出的收缩的幅值为-4.5μm±0.5，于是机器人工位所定位的部件可求出它的垂直边缘位置+4.5μm，也就是说，计算出所期待的收缩在连接前的垂直高度。接着，采用激光束使部件底面上的焊接材料熔化，液态的焊料在部件的底面和支板之间变为点滴状焊料，充填上述接缝，并且产生在两个部分之间的连接。

作为本发明方法的改进，在停止激光照射之后，直接激励所述的基于一种算法的自动化序列，因此在发生收缩期间，控制手爪朝支板方向向下垂直移动。

温度T在冷却时构成一个渐近线，它在对接温度Tf处开始，接近周围温度。垂直的收缩X与冷却成正比，因此可以确定所述的自动程序序列为Δx≈α(Tf-T)，其中α是指***的近似的热膨胀系数。

根据所采用的焊接材料，冷却期间持续大约2-10秒，然后所述部件从手爪上又得到释放。

由温度曲线可得出手爪的垂直位置的函数，这些函数可以自动适配周围条件，特别是周围温度，由于所述垂直位移得到了控制，手爪在相同的垂直位置处释放所述部件，使位置精确度基本上保持不变。

在一个第二实例中，说明了将部件焊接固定到一个支板上的过程，手爪的均衡位移利用力和/或位置检测器来实现调节，手爪上带有的调整电路控制所述调节。

与WO 99/26754中所描述的方法相反，在这个第二实例中，焊料直接覆盖在所述支板上，之后，所述的部件由机器人工位无接触地放在该支板之上，采用激光照射n秒，使焊料熔化，其中n＜tmax，而和tmax＝激光脉冲持续时间所述的焊接材料或者可直接由一个位于支板之上的激光倾斜照射，或者可使激光从其下面可穿透的照射，以及包括一个放在支板上的金属涂层，于是在后一种情况下，激光穿透支板，所述支板上具有金属涂层，所述金属涂层加热，使焊接材料溶化。所述手爪上带有一个力或位置检测器，测出部件朝支板的下降，溶化的焊料浸湿了部件的底面。手爪夹持部件在一个对着支板的垂直悬垂位置上，使已固定的边缘安装位置与所期待的收缩正向对应。所述手爪必须在tmax前达到边缘位置，之后激光照射，获得测量值，根据测量值可推导出内应力或牵引力，检测器断开的时间点被存储，由此启动所述的跟踪调节程序，此时焊接材料冷却。所存储的检测器测量值用作手爪的垂直移动调节用反馈回路的额定值。当焊接材料凝固之后，将部件从手爪上脱开。

在这第二个实例中的手爪的垂直位置曲线在焊料凝固期间不受时间控制，而是通过压力和/或力调节，这样就基本避免了压力和牵引力的合成。如果在发生凝固期间，测量值是可以显示的，并且记录以保证质量。此外，可将所显示的测量值用作模糊逻辑的基础，这样可以实现，测量到达边缘位置的无压力情况，将已到达的实际位置值与标定位置相比较，计算出差值，并相应修正下一个部件的预定位，从而相应改善了后续固定过程的定位精度。

附图说明

下面将根据附图所示的各个具体实施例，结合不同的图例详细说明本发明的机器人手爪装置和本发明的部分方法。附图为：

图1是带有力传感器的机器人手爪的示意图；

图2是带有力检测器的机器人手爪的示意图；

图3是图2所示的机器人手爪的一个具体实施例的视图。

具体实施方式

图1表示的一个机器人手爪1a连接在一个机器人工位2a上，图中仅表示出该机器人手爪一个臂部分的一小部分。机器人手爪2a的所述臂具有一定的自由度，它至少沿着垂直方向VGr是可移动的。手爪1a的结构例如可以选用现有技术的手爪，这种手爪是由电磁铁驱动产生夹持力的，并且如图1所示的，以可释放的方式抓持一个带有球形底面的小型化部件3a，在图1所示的状态，由于在连接缝6a中的焊接材料的冷却，于是产生收缩，该部件依靠与一个支板4a所形成的连接缝6a中的已经凝固收缩的焊接材料，精确地定位连接到所述的支板上。这时一个垂直牵引力施加到所述的基本没有可缩性的手爪1a上，在已经熔化的焊接材料凝固期间和之后，手爪1a所提供这个垂直的牵引力Fv，可以通过安装在手爪1a和机器人工位2a之间的一个垂直的力传感器5a精确测量出，小型化部件3a通过在所述的连接缝6a中的焊接材料固定连接到支板4a上。力传感器5a可以采用一个公知的力传感器，例如一个压电传感器。根据所测量出的牵引力Fv和视情况条件考虑时间和/或焊接材料的温度，调整机器人工位的手爪1a沿着垂直于支板4a的垂直方向作用的力VGr的大小，并且视情况调整直到达到一个确定的垂直标定位置。

图2表示一个手爪1b，固定夹持了一个小型化部件3b，该部件具有一个球形的底面，在图2所示的状态，该部件依靠与一个支板4a所形成的连接缝6b中的已经凝固收缩的焊接材料，精确地定位连接到所述的支板上。所述的手爪1b是通过弹簧8b安装在一个机器人工位2b上，它至少仅沿着垂直方向VR具有可移动的臂部分。所述的弹簧8b使手爪1b相对于机器人工位2b的臂部分沿着垂直方向可以产生一个相对较小的位移Vrel，根据霍克定理，这个垂直位移Vrel的大小与在手爪1b上夹持的力Fv的垂直分量和弹簧8b的弹性常数有关。为了能够测量出所述的这个垂直的位移Vrel，并且由此推导出所述的垂直的力Fv，在手爪1b上安装一个垂直的位置检测装置7b，它相对于机器人工位2b的臂部分的位置VR测量出手爪1b的相对垂直位置Vrel，这个垂直相对位移Vrel主要用于通过位移测量进行力的测量，而且这个位移非常小，手爪1b的弹性可缩性远小于所述力产生时引起所述连接缝6b的垂直收缩程度，通过调整机器人工位2b的臂沿着垂直方向的位移VR，可以避免产生过高的垂直作用力Fv，从而得到张力的补偿。随着焊接材料6b的冷却和收缩，在手爪1b上产生朝向支板4b方向的垂直的作用力Fv，所述的小型化部件3b受手爪1b驱动压向所述的收缩方向、也就是说垂直于支板4b的方向，并通过弹簧8b产生较小的移动，于是手爪1b相对于机器人工位2b的臂产生一个垂直的相对的位移Vrel，这个垂直相对位移Vrel的动作由所述的位置检测装置7b检测出来，该装置于是向所述的机器人工位2b发送一个回授信号，根据这个信号，对机器人工位2b的臂的垂直位置VR和手爪1b的位置VGr进行相应调整，再次比较通过焊接材料收缩所引起的手爪1b相对于机器人工位2b的臂的垂直的相对的位移Vrel，减小所述的垂直的牵引力Fv，由此可以推导出，手爪1b的垂直的位置VGr是机器人工位2b的臂沿着垂直方向的位移VR和它垂直产生的相对的位移Vrel之和。

图3表示如图2所示的手爪1b的一个具体的实施例。图中所示的手爪1c具有两个抓指1c’，它们通过一个铰链9相互连接在一起，所述的抓指1c’受一个电磁牵引的夹持力的驱动动作，它通过弹簧8c的作用，具有一个至少垂直地围绕VR可调整的连接，并且与机器人工位2c的可调整的臂相连接。所述的抓指沿着垂直方向围绕着所述的垂直的相对的位移Vrel动作，这种动作由一个位置检测装置7c测量出，根据弹簧8c的弹性常数和所述的垂直的相对的位移Vrel，可以推导出施加在手爪1c上的小型化部件3c上的牵引力Fv的大小。

Claims (20)

1.一种固定方法，用于将小型化的特别是安装有或包含有至少一个光学元件的部件(3a、3b、3c)固定在一个支板(4a、4b)上，所述的固定是采用焊接连接、熔焊连接或者粘接方式实现，具有如下步骤：

所述的部件(3a、3b、3c)被一个机器人工位(2a、2b、2c)的机器人手爪(1a、1b、1c)夹住和抓持；

所述的部件(3a、3b、3c)是通过一个机器人工位(2a、2b、2c)的机器人手爪(1a、1b、1c)相对于外部的参考点对准定位在所述的支板(4a，4b)的上方或上面；

采用焊接连接、熔焊连接或者粘接方式实现在所述的部件(3a、3b、3c)和所述的支板(4a，4b)之间的固定连接，其中

在所述的部件(3a、3b、3c)和支板(4a，4b)之间形成的接合缝(6a，6b)产生收缩凝固，于是在夹持着所述部件(3a、3b、3c)的机器人手爪(1a、1b、1c)上施加一个垂直于支板(4a，4b)的牵引力，和

所述的机器人手爪(1a、1b、1c)通过一个垂直于支板(4a，4b)的运动，屈服于(nachgibt)所述的牵引力；和

所述的机器人手爪(1a、1b、1c)释放所述的部件(3a、3b、3c)，此后，所述的接合缝(6a，6b)基本上凝固，

其特征在于，

在形成在所述的部件(3a、3b、3c)和支板(4a，4b)之间的连接的步骤中，通过一个由机器人手爪(1a、1b、1c)沿着朝向支板(4a，4b)的方向的、受控制的或受调节的、形成所述屈服的(das Nachgebdnbildende)、主动的运动，所述的牵引力得到补偿，至少部分地得到补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的补偿基本上是连续的，尤其是在所述的焊接接合缝(6a，6b)的整个凝固过程中实现补偿。

3.根据权利要求1至2中任何一个所述的方法，其特征在于，

通过机器人手爪(1a、1b、1c)沿着朝向支板(4a，4b)的方向的受控制或受调节的，直到移动至一个确定的垂直的标定位置处的主动移动，所述的牵引力得到补偿，

移动到达所述的确定的垂直的标定位置处之后，机器人手爪(1a、1b、1c)停止或者减小所述的主动移动。

4.根据权利要求1至3中任何一个所述的方法，其特征在于，所述的机器人手爪(1a、1b、1c)的受控制的移动是通过一个按照一种算法执行的自动序列实现的，其所述的算法基于所述的接合缝(6a，6b)的材料性能。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在补偿所述的牵引力之前的一个步骤中，测量出其周围的温度，并且所述的算法与所述的测量出的周围温度是相适配的。

6.根据权利要求1至3中任何一个所述的方法，其特征在于，所述的机器人手爪(1a、1b、1c)的受调节的移动是通过一个调整电路实现的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述的调整电路的指令变量直接或者间接地由在所述的接合缝(6a，6b)上的一个机械额定应力所构成，

所述的调整电路的可控变量直接或者间接地由在所述的接合缝(6a，6b)上的一个机械实际应力所构成，所述的机械实际应力值是与所述的牵引力逻辑上相关联，

通过所述的机器人手爪(1a、1b、1c)沿着朝向支板(4a，4b)的方向的主动移动，使所述的实际应力值与额定应力值的相适应。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

在收缩产生所述的接合缝(6a，6b)的凝固之前，确定出在所述的接合缝(6a，6b)上直接或者间接地产生的机械应力，特别是确定出实现的牵引力值，和

将所确定出的应力值作为额定应力值。

9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，

所述的额定应力值通过一个垂直的额定牵引力值预先给定，和

所述的实际应力值由一个测量出的垂直的实际牵引力值构成。

10.根据权利要求6至9中任一个所述的方法，其特征在于，确定出一个在机器人手爪(1a、1b、1c)上作用的垂直的实际牵引力值(Fv)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的垂直的实际牵引力值(Fv)是通过安装在所述的机器人手爪(1a)上的力传感器(5a)确定出的。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的垂直的实际牵引力值(Fv)是这样确定出的：

所述的机器人手爪(1b、1c)相对于机器人工位(2b，2c)并且垂直于支板(4b，4c)可弹性移动，和

测量出所述的机器人手爪(1b、1c)相对于机器人工位(2b，2c)的相对的垂直位置(Vrel)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的机器人手爪(1b、1c)相对于机器人工位(2b，2c)的相对的垂直位置(Vrel)是通过一个位置检测装置(7b，7c)测量出的。

14.根据权利要求1-13中任何一个所述的对部件(3a，3b，3c)进行固定的方法的应用，所述的部件用于容纳所安装的光学元件，所述的部件固定在一个支板(4a，4b)上。

15.一种机器人工位(2a)上带有的手爪(1a)，用于根据权利要求1-11中任何一个所述的方法，将小型化部件(3a)相对于外部的参考点对准定位、夹持、固定在所述的适用于一种组装方法的支板(4a)的上方或上面，其中部件(3a)是通过焊接、熔焊或者粘接固定在所述的支板(4a)上的，从而在所述的部件(3a)和所述的支板(4a)之间通过焊接、熔焊或者粘接产生的接合缝(6a)发生收缩凝固，

其特征在于，

在所述的机器人手爪(1a)上安装有一个力传感器(5a)，用于测量作用在所述手爪(1a)上的在垂直于支板(4a)的方向上的力(Fv)。

16.一种机器人工位(2b，2c)上带有的手爪(1b，1c)，用于根据权利要求1-10、12或13中任何一个所述的方法，将小型化部件(3b，3c)相对于外部的参考点对准定位、夹持、固定在所述的适用于一种组装方法的支板(4b)的上方，其中部件(3b，3c)是通过焊接、熔焊或者粘接固定在所述的支板(4b)上的，从而在所述的部件(3b，3c)和所述的支板(4b)之间通过焊接、熔焊或者粘接产生的接合缝(6b)发生收缩凝固，

其特征在于，

所述手爪(1b，1c)可相对于机器人工位(2b，2c)和垂直于所述的支板(4b)弹性地移动，和

在所述的所述手爪(1b，1c)上安装有一个位置检测装置(7b，7c)，用于测量所述的机器人手爪(1b、1c)相对于机器人工位(2b，2c)的相对的垂直位置(Vrel)。

17.根据权利要求16所述的手爪(1b)，其特征在于，

所述的能够产生弹性移动的手爪(1b，1c)通过至少一个弹簧(8b，8c)与所述的机器人工位(2b，2c)直接地或者间接地连接。

18.根据权利要求15至17中任何一个所述的手爪，其特征在于，

所述的机器人手爪(1a，1b、1c)上安装有一个电磁部件，用于抓住和夹持住小型化部件(3a，3b，3c)。

19.一种根据权利要求15至18中任何一个所述的机器人手爪(1a，1b、1c)的应用，用于固定小型化部件(3a，3b，3c)，所述的部件上安装有光学元件。

20.一种***，用于将小型化的，特别是安装有或包含有至少一个光学元件的部件(3a、3b、3c)固定在一个支板(4a、4b)上，所述的固定连接是采用焊接连接、熔焊连接或者粘接方式实现，所述的***采用如权利要求1-13中任何一个所述的方法，并包括：

一个机器人工位(2a、2b、2c)使机器人手爪(1a、1b、1c)至少相对于垂直于所述的支板(4a，4b)的方向移动和定位，

所述的机器人手爪(1a、1b、1c)是如权利要求15-18所述的手爪，

一个装置，用于生成在所述的部件(3a、3b、3c)和所述的支板(4a、4b)之间的连接，例如一个激光焊接设备，和

一个控制-调整电路，至少用于控制和/或调节：

采用机器人手爪(1a、1b、1c)抓住和夹持住小型化部件(3a，3b，3c)，

机器人手爪(1a、1b、1c)与所述的机器人工位(2a、2b、2c)的移动，

利用所述用于生产所述连接的设备来生成所述的连接。

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