DD244939B1

DD244939B1 - DEVICE FOR RELATIVE POSITIONING BETWEEN EFFECTIVE TOOL, TOOL AND MEASURING PROBE

Info

Publication number: DD244939B1
Application number: DD28512285A
Authority: DD
Inventors: Bernd-Uwe Zehner; Wolfgang Heinrich; Klaus Roth; Reiner Kupferschmidt
Original assignee: Geraberg Thermometer
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1988-06-29
Also published as: CH672276A5; DD244939A1; CS889786A1; CS269789B1; DE3639461C2; HUT45712A; BG49086A1; FR2591924A1; DE3639461A1

Description

Relativpositiomerung zwischen Werkstuck und Werkzeug und zwischen Werkstuck und Meßsonden, wird durch folgende Schritte deutlich, welche nacheinander ausgeführt und bezüglich weiterer Meßflachen auf dem Werkstuck wiederholt werdenRelativpositiomerung between workpiece and tool and between workpiece and probes, is made clear by the following steps, which are performed sequentially and repeated with respect to other measuring surfaces on the workpiece

— Haltern der Meßsondenaufnahme mit den Meßsonden in einer gegenüber dem auf der Ebene B des Positioniersystems fixierten Werkstuck definierten Lage bezüglich der Koordinaten χ und у des Positioniersystems mittels der auf der Ebene A oder am Gestell angeordneten Haltevorrichtung in einer weiteren Koordinate K unter Sicherung von Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme und Werkstuck- Holder of Meßsondenaufnahme with the probes in a relation to the fixed on the plane B of the positioning workpiece defined position with respect to the coordinates χ and у of the positioning system by means of arranged on the plane A or on the frame holding device in a further coordinate K, securing relative movement possibilities between Measuring probe holder and workpiece

— Gegenüberstellen der Meßflachen des Werkstuckes zu den Meßsonden bezüglich der Koordinate K mittels Positioniersystem- Comparison of the measuring surfaces of the workpiece to the probes with respect to the coordinate K by means of positioning

— Loslosen der Meßsondenaufnahme von der auf der Ebene A oder am Gestell angeordneten Haltevorrichtungen unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes in der Koordinate K- Loslosen the Meßsondenaufnahme of the arranged on the level A or on the frame holding devices while securing the Gegenuberstehens the probes to the measuring surfaces of the workpiece in the coordinate K

— Haltern der Meßsondenaufnahme mittels der auf der Ebene B angeordneten Haltevorrichtung in der Koordinate K unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes- Holder of the Meßsondenaufnahme by means of arranged on the level B holding device in the coordinate K while securing the Gegenuberstehens the probes to the measuring surfaces of the workpiece

— Messen von Werkstuckparametern mittels Meßsonden unter gleichzeitigem Relativbewegen von Werkstuck und Meßsondenaufnahme bezüglich des Werkzeuges mittels Positioniersystem und Verandern der Werkstuckparameter durch das Werkzeug- Measuring workpiece parameters by means of measuring probes with simultaneous relative movement of the workpiece and the measuring probe holder with respect to the tool by means of the positioning system and changing the workpiece parameters by the tool

— Loslosen der Meßsondenaufnahme von der auf der Ebene B angeordneten Haltevorrichtung unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes in der Koordinate K- Loslosen the Meßsondenaufnahme of the arranged on the level B holding device while securing the Gegenuberstehens the probes to the measuring surfaces of the workpiece in the coordinate K

Durch die erfindungsgemaße Losung wird erreicht, daßBy the inventive solution is achieved that

— alle Positioniervorgange mit nur einem Positioniersystem, das je Koordinate einen Antrieb aufweist, durchgeführt werden können,- all positioning operations can be carried out with only one positioning system, which has a drive for each coordinate,

— die Anzahl der Baugruppen und Justierstellen minimiert ist,- the number of assemblies and adjustment points is minimized,

— eine hohe Genauigkeit und Wegauflosung der Relativpositionierung gesichert ist,- a high accuracy and Wegloslosung the relative positioning is secured,

— die Positionieraufgaben mit gleicher, hoher Genauigkeit und Auflosung durchgeführt werden können- The positioning tasks with equal, high accuracy and resolution can be performed

— und die Zahl der Meßsonden kleiner als die Zahl der Meßflachen auf dem Werkstuck sein kann- And the number of probes can be smaller than the number of measuring surfaces on the workpiece

Insgesamt werden dadurch Produktionsausrustungen und Produktionszeit eingespart und die Qualität der zu bearbeitenden Werkstucke wesentlich verbessertOverall, this saves production equipment and production time and significantly improves the quality of the workpieces to be processed

exemplary

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Hinzuziehung einer Zeichnung erläutert Die Zeichnung zeigtThe invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment with reference to a drawing. The drawing shows

Fig 1 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zweikoordinatenpositioniersystems mit nur einer, aber in zwei Koordinaten χ und у beweglichen Ebene, der Ebene B, und einer bezuglich des Werkstuckes in der x- und y-KoordinateFigure 1 Principle of the device using a Zweikoordinatenpositioniersystems with only one, but in two coordinates χ and у movable plane, the plane B, and a posted the workpiece in the x and y coordinate

positionierbaren Meßsondenaufnahme Fig 2 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zwei koord ι natenpositoniersy stems mit zwei beweglichen Ebenen A undPositionable probe recording Fig 2 principle of the device using a two coordi natenpositoniersy stems with two movable planes A and

Bund einer bezuglich des Werkstuckes nur in der y-Koordinate positionierbaren Meßsondenaufnahme Fig 3 Führungselement auf der Ebene B Fig 4 Führungselement auf der Ebene A Fig 5 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zweikoordinatenpositioniersystems mit zwei beweglichen Ebenen A und B und einer bezuglich des Werkstuckes in der x- und y-Koordinate positionierbaren MeßsondenaufnahmeFigure 3 Guide element on the plane B Figure 4 Guide element on the plane A Figure 5 Principle of the device using a Zweikoordinatenpositioniersystems with two movable planes A and B and a posted the Werkstuckes in the x- and y-coordinate positionable probe recording

Nach Fig 1 wird ein an sich bekanntes, frei programmierbares Zweikoordinatenpositioniersystem, welches aus einem Gestell 1 und einer relativ zum Gestell 1 in den Koordinaten χ und у beweglichen und pro Koordinate mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene B2 besteht, verwendet1, a per se known, freely programmable Zweikoordinatenpositioniersystem, which consists of a frame 1 and a relative to the frame 1 in the coordinates χ and у movable and per coordinate provided with a drive 3 level B2 is used

Auf der Ebene B 2 und am Gestell 1 sind als Elektromagnete ausgebildete steuerbare Haltevorrichtungen 4 sich in der Koordinate K gegenüberstehend fest angeordnetOn the level B 2 and on the frame 1 are designed as electromagnets controllable holding devices 4 are arranged in the coordinate K opposite fixed

Zwischen den Haltevorrichtungen 4 befindet sich die Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6, den Halteflachen 7 und den Meßsignalleitungen 8Between the holding devices 4 is the Meßsondenaufnahme 5 with the measuring probes 6, the holding surfaces 7 and the Meßsignalleitungen. 8

Das Werkstuck 9 mit den Meßflachen 10 ist auf der Ebene B2 fixiert Das Werkzeug 11 ist auf das Werkstuck 9 gerichtet Die Zahl der Meßsonden 6 ist kleiner als die Zahl der Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 Um mittels der erfmdungsgemaßen Vorrichtung nach Fig 1 die beiden erforderlichen Relativpositionierungen, und zwar die Relativbewegung zwischen Werkstuck 9 und Werkzeug 11 und die Relativbewegung zwischen Werkstuck 9 und der Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6, zu realisieren, werden folgende Schritte nacheinander abgearbeitet und so oft wiederholt, bis alle Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 mit den Meßsonden 6 erfaßt und alle erforderlichen Bearbeitungsvorgange durch das Werkzeug 11 erfolgt sindThe workpiece 9 with the measuring surfaces 10 is fixed on the level B2 The tool 11 is directed to the workpiece 9 The number of measuring probes 6 is smaller than the number of measuring surfaces 10 on the workpiece 9 To the erfmdungsgemaßen device according to Figure 1, the two required Relative positioning, namely to realize the relative movement between workpiece 9 and tool 11 and the relative movement between workpiece 9 and the Meßsondenaufnahme 5 with the probes 6, the following steps are processed one after the other and repeated until all measuring surfaces 10 on the workpiece 9 with the Measuring probes 6 detected and all necessary processing operations are carried out by the tool 11

— Haltern der Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6 in einer gegenüber dem auf der Ebene B2 des Positioniersystems fixierten Werkstuck 9 definierten Lage bezuglich der Koordinaten χ und у des Positioniersystems mittels der am Gestell 1 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K unter Sicherung von Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme 5 und Werkstuck 9, wobei die Koordinate K die Wi rkungsl mieder von den Halte vorrichtung en 4 auf die Halteflachen 7 der Meßsondenaufnahme 5 ausgeübten Kraft bezeichnet und Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme 5 und Werkstuck 9 in den Koordinaten χ und у des Positioniersystems dadurch gegeben sind, daß der Abstand zwischen den Halteflachen 7 der Meßsondenaufnahme 5 in der Koordinate K nach Art einerSpielpassung kleiner als der Abstand zwischen den aufderEbene B2undam Gestell 1 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K ist- Holder of the probe holder 5 with the probes 6 in a relation to the fixed on the level B2 of the positioning workpiece 9 position with respect to the coordinates χ and у of the positioning by means of the frame 1 arranged holding devices 4 in the coordinate K under backup of relative movement between Meßsondenaufnahme 5 and workpiece 9, where the coordinate K is the würklmieder of the holding device en 4 on the holding surfaces 7 of the Meßsondenaufnahme 5 applied force and Relativbewegungsmoglichkeiten between Meßsondenaufnahme 5 and Werkstuck 9 in the coordinates χ and у of the positioning system are given by the distance between the holding surfaces 7 of the measuring probe receptacle 5 in the K-type matching mode is smaller than the distance between the holding devices 4 in the K coordinate located on the plane B2 and the frame 1

— Gegenüberstellender Meßflachen 10 des Werkstuckes 9 zu den Meßsonden 6 bezuglich der Koordinate K durch Bewegender Ebene B2 des Positioniersystems- Compared measuring surfaces 10 of the workpiece 9 to the probes 6 posted the coordinate K by moving the plane B2 of the positioning

— Loslosen der Meßsondenaufnahme 5 von den am Gestell angeordneten Haltevorrichtungen 4 unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9, wobei das Gegenüberstehen insbesondere durch Stillstand des Positioniersystems wahrend des Loslosens und geringe Schalt bzw Ansprechzeiten der als Elektromagnete ausgebildeten Haltevorrichtungen 4 gesichert ist- Loslosen the Meßsondenaufnahme 5 from the arranged on the frame holding devices 4 while securing the Gegenuberstehens the probes 6 to the measuring surfaces 10 of the workpiece 9, the counter standing in particular by standstill of the positioning during the Loslosens and low switching or response times of the electromagnets designed as holding devices 4 secured is

— Haltern der Meßsondenaufnahme 5 mittels der auf der Ebene B2 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9- Holder of the Meßsondenaufnahme 5 by means arranged on the level B2 holding devices 4 in the coordinate K while ensuring the Gegenuberstehens the measuring probes 6 to the measuring surfaces 10 of the workpiece. 9

— Messen von Werkstuckparametern mittels Meßsonden 6 und Liefern von Informationen an Empfanger über Meßsignalleitungen 8 unter gleichzeitigem Relativbewegen von Werkstuck 9 und Meßsondenaufnahme 5 bezüglich eines als Laserstrahl ausgebildeten Werkzeuges 11 unter Zuhilfenahme der beweglichen Ebene B2 des Positioniersystems und Verandern der Werkstuckparameter durch das Werkzeug 11Measuring workpiece parameters by means of measuring probes 6 and supplying information to receivers via measuring signal lines 8 with simultaneous relative movement of workpiece 9 and measuring probe receptacle 5 with respect to a tool 11 designed as a laser beam with the aid of the movable plane B2 of the positioning system and changing the workpiece parameters by the tool 11

— Loslosen der Meßsondenaufnahme 5vondenaufderEbeneB2 angeordneten Haltevorrichtungen 4 unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9 in der Koordinate K- Loslosen the Meßsondenaufnahme 5vondenaufderbeneB2 arranged holding devices 4 while securing the Gegenuberstehens the measuring probes 6 to the measuring surfaces 10 of the workpiece 9 in the coordinate K

Nach Fig 2 kommt ein Zweikoordmatenpositramersystem mit zwei beweglichen Ebenen zur Anwendung, welches aus einem Gestell 1, einer, relativ zum Gestell 1 in der x-Koordmate beweglichen und mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene A12 und einer auf der Ebene A12 in dery-Koordinate beweglichen und mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene B 13 besteht In Verbindung mit weiteren gemäß Fig 1 bezeichneten Teilen und bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß den unter Fig 1 bezeichneten Schritten besteht die Besonderheit dieser Anordnung darin, daß die Meßsondenauf nah me 5 relativ zum Werkstuck 9 nur in der Koordinate у positioniert werden kannReferring to Fig. 2, there is used a two-coordinate pacemaker system having two movable planes, consisting of a frame 1, a plane A12 movable relative to the frame 1 in the x-coordinate and driven by a drive 3, and a coordinate plane moving on the plane A12 and provided with a drive 3 level B 13 In conjunction with other designated according to Figure 1 parts and in the application of the device according to the steps indicated in Figure 1, the peculiarity of this arrangement is that the Meßsondenauf nah me 5 relative to the workpiece 9 only in the coordinate у can be positioned

Das ist vorteilhaft, wenn die Zahl der erforderlichen Meßsonden 6derZahlder Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 in der x-Koordinate entsprichtThis is advantageous if the number of required probes 6 corresponds to the number of measuring faces 10 on the workpiece 9 in the x-coordinate

Nach Fig 3 sind auf den Haltevorrichtungen 4, die auf der Ebene B 13 fest angeordnet sind, Führungselemente 14 fest angebracht, um bei einer Anordnung nach Fig 2 Relativbewegungen der Meßsondenaufnahme 5 zur Ebene B13 in der χ Koordinate zu verhindern Figur 4 zeigt eine Anordnung von Fuhrungselementen 14 auf Haltevorrichtungen 4, weiche aufderEbeneA12 fest angeordnet sind Diese Anordnung wirkt in gleicher Weise wie in Fig 3According to Figure 3 are on the holding devices 4, which are fixedly arranged on the plane B 13, guide elements 14 fixedly mounted to prevent relative movement of the probe holder 5 to the plane B13 in the χ coordinate in an arrangement of Figure 2 Figure 4 shows an arrangement of Guide elements 14 on holding devices 4, which are fixedly arranged on the plane A12 This arrangement operates in the same manner as in FIG

Figur5 stellt eine Ausfuhrung der Vorrichtung mit einem Zweikoordinatenpositioniersystem mit zwei beweglichen Ebenen dar, wobei Haltevorrichtungen 4 am Gestell 1 undaufder Ebene B 13 angeordnet sind Wie nach Fig 1, wird hier die Meßsondenaufnahme 5 relativ zum Werkstuck 9 in den Koordmanten χ und у positioniert Die erfindungsgemaße Vorrichtung wurde zur Herstellung von 100-Ohm-Platintemperaturmeßwiderstanden genutzt Um in die Platinschicht der auf einem Keramiksubstrat angeordneten Widerstände maanderformige Spuren einzubringen und damit einen temperaturabhangigen elektrischen Widerstand zu realisieren, ist das Substrat mit der Abmessung 100mm χ 60mm χ 0,8mm auf dem in 4 Reihen je 32 Wide rsta π de der Abmessung 3 mm χ 15 mm hergestellt werden sollen, mittels dererfmdungsgemaßen Vorrichtung abtragend bearbeitet wordenFIG. 5 illustrates an embodiment of the device with a two-coordinate positioning system having two movable planes, holding devices 4 being mounted on the frame 1 and plane B 13. As in FIG. 1, here the measuring probe receptacle 5 is positioned relative to the workpiece 9 in the co-ordinates χ and у Device was used to produce 100 ohm platinum temperature measuring resistors In order to introduce maanderformige traces into the platinum layer of the resistors arranged on a ceramic substrate and thus to realize a temperature-dependent electrical resistance, the substrate with the dimension 100mm χ 60mm χ 0.8mm on the in 4 Rows each 32 Wide rsta π de the dimension of 3 mm χ 15 mm are to be produced, worked by erfmdungsgemaßen device erosion

Die einzelnen Widerstände wurden dabei mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung durch eine Berandung voneinander abgegrenzt, wobei keine Widerstandsmessung erfolgteThe individual resistors were delimited from each other with the device according to the invention by a boundary, wherein no resistance measurement was carried out

Wahrend des Einbringens der Mäander bzw wahrend des Widerstandsabgleiches wurde der Widerstand gemessen Die abtragende Bearbeitung wurde durch einen auf 25μπι Durchmesser fokussierten Strahl eines Nd YAG-Lasers vorgenommen Die Meßsondenaufnahme 5 trug reihenformig angeordnet 64 Meßsonden 6 (2 Meßsonden je Widerstand) Die Meßsonden 6 waren als Kontaktspitzen ausgebildet und wahrend der Relativpositionierung zum Substrat in einem Abstand von 0,5mm angeordnetThe abrasion was measured by a beam of an Nd YAG laser focused on 25μπι diameter. The probe holder 5 was arranged in rows 64 probes 6 (2 probes per resistor) The probes 6 were as Contact tips formed and arranged during the relative positioning to the substrate at a distance of 0.5mm

Die Meßsondenaufnahme 5 wurde mit Hilfe der erfindungsgemaßen Vorrichtung nach den oben bezeichneten Schritten ausgehend von einer definierten Ausgangslageso positioniert, daß die 64 Meßsonden 5 nacheinander den Meßflachen 10 der Widerstände aller Reihen gegenüberstandenThe Meßsondenaufnahme 5 was positioned with the aid of the inventive device after the steps described above, starting from a defined Ausgangslageso that the 64 probes 5 successively faced the measuring surfaces 10 of the resistors of all rows

Mit dem Ausfuhrungsbeispiel war es unter anderem möglich, alle Positioniervorgange mit nur einem Positioniersystem, welches eine Auflosung von 0,25цт je Koordinate und nur einen Antrieb je Koordinate besaß, zu realisieren Relativ zu einem Gestell 1 führten nur zwei Ebenen (Fig 2 und 5) Relativbewegungen aus Die Zahl der Meßpunkte auf dem Substrat war um den Faktor 4 großer als die Zahl der Meßsondenpaare Die Relativbewegung des Werkstuckes 9 zum Laserstrahl erfolgte am Ort der Wirkstelle, damit wurden Änderungen des Fokusdurchmessers vermiedenAmong other things, with the exemplary embodiment it was possible to realize all positioning operations with only one positioning system, which had a resolution of 0.25 kt per coordinate and only one drive per coordinate. Relative to a frame 1, only two planes resulted (FIGS. 2 and 5) Relative movements from The number of measuring points on the substrate was greater by a factor of 4 than the number of measuring probe pairs. The relative movement of the workpiece 9 to the laser beam took place at the site of the active site, thus avoiding changes in the focus diameter

Gegenüber herkömmlichen Losungen wurden ein Positioniersystem eingespart, die Zahl der pro Substrat bearbeitbaren Widerstände, die Positioniergenauigkeit, die Qualltat des Erzeugnisses und die Arbeitsproduktivität etwa um einen Faktor 5 erhöhtCompared to conventional solutions, a positioning system has been saved, the number of resistors that can be processed per substrate, the positioning accuracy, the jellyfish quality of the product and the labor productivity have been increased by a factor of about 5

Claims

Device for relative positioning between workpiece, tool and measuring probes, using a freely programmable two-coordinate positioner system consisting of a frame and planes A and / or B movable and driven relative to the frame, characterized in that on plane B (FIG. 2,13) and on the frame (1) or on the plane B (13) and on the plane A (12) controllable holding devices (4) are arranged in the coordinate K against protruding fixed, between which the Meßsondenaufnahme (5) with the Holding surfaces (7) is located

2 Apparatus according to claim 1, characterized in that the holding device (4) are designed as electromagnets

For this 4 pages drawings

Field of application of the invention

The invention is suitable for use in the fields of micro or precision machining, in particular in the electronics industry in the manufacture of active and passive components and circuits

Characteristic of the known technical solutions

By WO-PS 8401437 as "probe disk" designated probes receptacle and a mechanism for placing the contact tips become known This solution is disadvantageous in that only a tool changes to the workpiece during the measurements can be performed when using an additional Relativpositioniereinheit Relative movements of the Meßsondenaufnahme with respect to the workpiece in the workpiece level are not possible because this positioning only acts in the vertical direction to the workpiece Thus, the number of probable measuring surfaces is limited to the workpiece

By DD-PS 200956 a Zweikoordinatenantneb has also been presented This drive allows in principle either a relative positioning of the probes relative to measuring surfaces of a workpiece or a relative positioning of a tool to the workpiece

If both tasks are combined to be solved, the use of two positioning systems is unavoidable Thus, the prior art is summarized by the fact that for relative positioning of probes to a workpiece and a tool to a workpiece at least two positioning systems are used or the number of probes of the number must correspond to the measuring surfaces on the workpiece

Object of the invention

The aim of the invention is to provide a device for relative positioning between workpiece, tool and probes, which uses only one positioning system so that compared to the prior art at least one positioning system saves the positioning processes quickly realized with the same and in principle highest accuracy, the number of probes not necessarily equalizes the number of measuring surfaces on the workpiece, allows influencing the workpiece by a tool during the measuring process via probes and thus ensures savings in production means and processing time and quality improvements

Explanation of the essence of the invention

The erfmdungsgemaße object is to provide a device for relative positioning between workpiece, tool and probes, only one positioning system is to be used, which realizes all required relative positioning with at most one drive in each coordinate, the number of relatively moving assemblies and thus the The number of Justierstellen represent a minimum, the principle of relative positioning between the tool and workpiece in comparison to other principles maximum accuracy and path resolution allows the positioning of Meßsondenaufnahme with the probes relative to the workpiece with in principle the same accuracy and Wegunlosung as the relative positioning between the tool and Work piece is done and the number of probes can be smaller than the number of measuring surfaces on the workpiece

According to the invention, a device is obtained by using a freely programmable positioning system, preferably a two-coordinate positioning system which consists of a frame and planes A and / or B which are movable relative to the frame and provided with one drive per coordinate, and zum Use, wherein on the level B and the frame or on the level B and on the level A controllable holding devices are arranged in a further coordinate K with respect to the coordinates χ and у of the positioning fixedly, between which there is a Meßsondenaufnahme with holding surfaces

An advantageous embodiment of the invention is that the holding devices are designed as electromagnets The operation of the device in the realization of the two Relativpositioniervorgange, namely the