DE102006008746B3 - Linear verschiebbarer Positionierarm - Google Patents

Abstract

Ein linear verschiebbarer länglicher Positionierarm (1) erstreckt sich quer zur Verschieberichtung (y) und weist in seinen Endbereichen lineare Lager (z.B. 2, 5) zum Eingriff in zwei zueinander parallele stationäre Führungsbahnen (4, z.B. 6) auf. Die linearen Lager sind in einem der Endbereiche an ihrer z.B. als Führungsschiene (6) ausgebildeten Führungsbahn seitlich spielfrei geführt. Der Positionierarm weist schräg zur Führungsebene ansteigende und senkrecht zur Verschieberichtung (y) stehende Verschiebeachsen auf, in denen die z.B. als Stützrollen (5) ausgebildeten Lager axial verschiebbar, also seitlich nachgiebig geführt sind.
Dadurch können sich die Lager einer Längenabweichung des Positionierarms verspannungsfrei anpassen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen linear verschiebbaren Positionierarm zum Handhaben von elektrischen Bauelementen, wobei der längliche, sich quer zur Verschieberichtung erstreckende Positionierarm in seinen Endbereichen Befestigungsstellen für zumindest zwei lineare Lager zum Eingriff in zwei zueinander parallele, eine Führungsebene bildende Führungsbahnen eines Stators aufweist.
• Beim Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen wird der einseitig angetriebene Positionierarm zur Erzielung einer hohen Taktrate sehr stark beschleunigt und abgebremst. Die wirkenden Massenkräfte führen zu Kipp- und/oder Biegeschwingungen, die das Positionieren verzögern und die Führungen belasten.
• Durch die US 5002448 A ist ein beidseitig geführter Positionierarm bekannt, bei dem eine Verbindungsachse zwischen den beidseitig angeordneten Führungslagern senkrecht zur Führungsbahn verläuft. Bereits geringe, auch thermisch bedingte Abstandsabweichungen zwischen den Führungsbahnen bewirken zwischen den einander starr zugeordneten Führungslagern erhebliche verschleißsteigernde Verspannungen. Das nicht angetriebene Ende des hochdynamisch angetriebenen Positionierarms kann ungehindert nachschwingen.
• Um solche Verspannungen zu verringern sind bei einem weiteren Positionierarm nach der EP940229 A1 zwischen den Lagerelementen und dem Positionierarm elastische Ausgleichselemente vorgesehen, die die Positioniergenauigkeit beeinträchtigen und das Schwingungsverhalten verschlechtern.
• Ferner ist durch die WO99/44407 A1 ein Positionierarm bekannt geworden, der an einem Ende mittels linearer Führungslager an einem Chassis einer Bestückvorrichtung in der Art eines Festlagers seitlich spielfrei geführt ist. Das andere Ende des Positionierarms ist am Chassis mittels als Loslager dienenden Laufrollen gelagert, deren Drehachsen sich senkrecht zur Führungsrichtung und parallel zur Führungsebene erstrecken und die sich an entsprechend parallelen Laufflächen eines Führungsstegs des Chassis seitlich ungeführt abstützen. Eine derartige Lageranordnung ermöglicht eine verspannungsarme Führung des Positionierarms. Beim Abbremsen des Positionierarms werden infolge der Durchbiegung die Laufrollen geringfügig seitlich versetzt. Nach dem Anhalten behindert die Reibungskraft der Laufrollen gegenüber dem Führungssteg die Rückstellung des Positionierarms in die gestreckte Lage, was die Positioniergenauigkeit verringert.
• Durch die DE 69502774 T2 , ist ferner in ähnlicher Weise eine lineare Schlittenführung mit zwei Führungsbahnen, einem Festlager und einem durch Laufrollen gebildeten Loslager bekannt geworden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positioniergenauigkeit zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch, die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch das seitliche Lagerspiel kann sich der Positionierarm in seiner Längsrichtung ohne Verspannung ausdehnen. Durch die schräge Abstützung an den Verschiebeachsen ergeben sich schräge Stützkräfte mit einer in die Richtung des Positionierarms weisenden Komponente, die einer Schrägstellung und Ausbiegung des Positionierarmendes entgegenwirkt und insbesondere Biegeschwingungen im Positionierarm beim Abbremsen verringert. Da hier das seitliche Lagerspiel innerhalb des üblicherweise geschmierten Stützlagers zwischen der festen Drehachse und der darauf gelagerten Stützrolle gegeben ist, verringert sich die Rückstellreibung entsprechend. Die Stütz rollen können z.B. an einer die Führungsbahn bildenden Führungsschiene des Stators ohne seitliches Spiel abgestützt sein.
• Bei einer Längenänderung des Positionierarms gegenüber dem Chassis wird das schräg gelagerte Ende angehoben oder abgesenkt. Beim Bestücken von Leiterplatten mit elektrischen Bauelementen ist aber diese geringe Höhenänderung unschädlich, da sie innerhalb des Toleranzbereichs liegt und die Durchbiegung der Leiterplatte erheblich größer sein kann. Der Positionierarm kann somit auch größere z.B. thermisch bedingte Abstandsunterschiede ausgleichen. Eine derartige Wärmebelastung entsteht z.B. bei einem auf dem Positionierarm angebrachten Linearmotor zum Antrieb eines quer verschiebbaren Montagekopfes.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sind zwischen der am Positionierarm befestigten Drehachse und der Stützrolle z.B. zylindrische Wälzkörper angeordnet, die auf der Drehachse seitlich ungeführt sind, so dass hier die seitliche Ausweichmöglichkeit des Positionierarms bei geringer Rückstellreibung gesichert ist. Die Wälzkörper können aber auch als in einer Kugelbuchse gehaltene Kugeln ausgebildet sein, die eine reibungsfreie Rückstellung in der Achsrichtung ermöglichen.
• Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird in der Nähe der Lager eine Magnetkraft erzeugt, die die Stützrolle sicher gegen die Führungsbahn drückt.
• Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 wird in der Nähe der Lager eine Magnetkraft erzeugt, die die Stützrolle sicher gegen die Führungsbahn drückt.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine partielle Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen,
• 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 1,
• 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach 2,
• 4 einen abgewandelten Ausschnitt der Vorrichtung nach 2.
• Nach den 1, 2 und 3 ist ein Positionierarm 1 einer Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen 10 linear in einer Verschieberichtung y verfahrbar. An einem Ende des länglichen, sich quer zur Verschieberrichtung y erstreckenden Positionierarms 1 sind zwei in der Verschieberichtung hintereinanderliegende lineare Führungslager 2 befestigt, die z.B. in Form von linearen Kugelumlauflagern spielfrei in eine schienenartige lineare Führungsbahn 4 eines Stators eingreifen, der hier als Chassis 3 der Vorrichtung ausgebildet ist. Der Positionierarm 1 weist im Bereich seines anderen Endes zwei weitere lineare Führungslager in Form von Stützrollen 5 auf, die sich auf einer weiteren als Führungsschiene 6 ausgebildeten, am Chassis 3 fixierten Führungsbahn abstützt, die sich parallel zur anderen Führungsbahn 4 erstreckt. Die Stützrollen 5 und die Führungsschiene 6 sind in ihrem Profil einander seitlich spielfrei angepasst.
• Eine Drehachse 7 der Stützrollen 5 ist fest in ein flanschartiges Formteil 8 des Positionierarms 1 eingesetzt und erstreckt sich in seiner Achsrichtung w senkrecht zur Verschieberichtung y unter einem Winkel von z.B. 45° schräg zu einer von der Führungsbahn 4 und der Führungsschiene 6 gebildeten Führungsebene. Die Stützrolle 7 ist mittels zylindrischer Wälzkörper 9 gegenüber der Drehachse axial verschiebbar gelagert. Bei einer z.B. thermisch bedingten Anstandsabweichung zwischen den Führungslagern 2 und den Stützrollen 5 bzw. der Führungsbahn 4 und der Führungsschiene 6 kann die Stützrolle in der Achsrichtung seitlich ausweichen, so dass eine entsprechende Lagerverspannung vermieden wird.
• Ein einseitig wirkender Linearmotor ist neben der Führungsschiene 6 und den Stützrollen 5 angeordnet. Die Trennebene zwischen einer am Chassis 3 befestigten Magnetbahn 11 und einem am Formteil 8 gehaltenen Spulenteil 12 des Linearmotors erstreckt sich parallel zu den Drehachsen 7. Durch die dazwischen wirkende Anzugskraft werden die Stützrollen 5 unter Vorspannung gegen die Führungsschiene 6 gedrückt. Der Abstand zwischen der Magnetbahn 11 und dem Spulenteil bleibt unverändert.
• Der Positionierarm 1 ist mit einer sich quer zur Führungsbahn 4 erstreckenden Führung 13 für einen Positionierkopf 14 zum Handhaben der Bauelemente 10 versehen, der in der entsprechenden Querrichtung x verschiebbar ist. Der Positionierkopf 14 kann somit die Bauelemente 10 von seitlich angeordneten Zuführmodulen 15 abholen und auf ein zentral wechselbar angeordnetes plattenförmiges Substrat 16 aufsetzen.
• 4 zeigt vergrößert die Stützrolle 5 mit der Führungsschiene 6 und der Drehachse 7. In Abweichung zur 2 sind hier jedoch die Wälzkörper als in mehreren Reihen angeordnete Kugeln 17 ausgebildet, die in einer Kugelbuchse zusammengefasst sind und eine reibungsfreie Lageanpassung in der Achsrichtung w ermöglichen.

w

Achsrichtung

x

Querrichtung

y

Verschieberichtung

1

Positionierarm

2

Führungslager

3

Chassis

4

Führungsbahn

5

Stützrolle

6

Führungsschiene

7

Drehachse

8

Formteil

9

Wälzkörper

10

Bauelement

11

Magnetbahn

12

Spulenteil

13

Führung

14

Positionierkopf

15

Zuführmodul

16

Substrat

17

Kugelbuchse

Claims (3)

1. Linear verschiebbarer Positionierarm, insbesondere zum Handhaben von elektrischen Bauelementen, wobei der längliche, sich quer zur Verschieberrichtung erstreckende Positionierarm in seinen Endbereichen je zwei in der Verschieberichtung mit Abstand hintereinander liegende lineare Lager zum Eingriff in zwei zueinander parallele, eine Führungsebene bildende Führungsbahnen eines Stators aufweist, und wobei die Lager in einem der Endbereiche fest am Positionierarm verankert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierarm (1) im anderen Endbereich zumindest je eine zur Führungsebene schräg geneigte, senkrecht zur Verschieberichtung weisende Verschiebeachse aufweist, an der das Lager mit seitlichem Spiel abgestützt ist, wobei die Verschiebeachse als Drehachse (7) für das als Stützrolle (5) ausgebildete Lager dient, und wobei die Stützrolle (5) mit axialem Spiel auf der am Positionierarm (1) fest verankerten Drehachse (7) gelagert ist und spielfrei an ihrer als Führungsschiene (6) ausgebildeten Führungsbahn geführt ist.
2. Positionierarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Drehachse (7) und der Stützrolle (5) zylindrische oder kugelförmige Wälzkörper (9, 17) angeordnet sind, die gegenüber der Stützrolle (5) oder der Drehachse (7) axial beweglich gelagert sind.
3. Positionierarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb für das Verschieben des Positionierarms (1) als einseitig wirkender Linearmotor (11, 12) ausgebildet ist, der in der Nähe der Drehachsen (7) angeordnet ist und dessen Magnetspalt sich parallel zur Ebene der Drehachsen (7) erstreckt.