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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Positionierungsvorrichtung mit einem X-Träger, auf
dem ein Wagen mit einem Positionierungskopf in einer X-Richtung verlagerbar
ist, mit einem ersten Y-Träger,
auf dem ein erster Wagen in einer Y-Richtung verlagerbar ist, mit einem
zweiten Y-Träger,
auf dem ein zweiter Wagen in der Y-Richtung verlagerbar ist, während ein
erstes Ende des X-Trägers
mit dem ersten Wagen des ersten Y-Trägers verbunden ist, und zwar
mit Hilfe einer ersten Kupplung, und wobei ein zweites Ende des
X-Trägers
mit dem zweiten Wagen des zweiten Y-Trägers verbunden ist, und zwar mit
Hilfe einer zweiten Kupplung, so dass der X-Träger und der Y-Träger in einer
H-Aufstellung orientiert sind, wobei die genannte Vorrichtung weiterhin
Antriebsmittel aufweist zum separaten Antreiben der Wagen auf den
Y-Trägern
und des Wagens mit dem Positionierungskopf auf dem X-Träger.
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Eine derartige Positionierungsvorrichtung
ist bekannt aus EP-B1-0 109 718. Die Kupplungen zwischen dem X-Träger und
den Wagen auf den Y-Trägern
werden darin durch Schwenkachsen gebildet, die in der Z-Richtung
orientiert sind, wobei diese Achsen die Teile mit Drehmöglichkeit
miteinander verbinden. Um eine Drehung des X-Trägers um die Z-Achse zu ermöglichen,
ist ein Ende des X-Trägers
als Schiebekupplung in der X-Richtung
konstruiert worden. Eine Positionierungsvorrichtung wird benutzt zum
einwandfreien Positionieren eines Bauelementes, das von dem Positionierungskopf
an dem Wagen an dem X-Träger
getragen wird, und zwar gegenüber einem
anderen Bauelement, das von einem Maschinenteil getragen wird, der üblicherweise
stationär
ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Bauelement, das
auf einer Printplatte angeordnet werden soll. Die immer weiter gehende
Miniaturisierung von Bauelementen führt zu immer strengeren Anforderungen
in Bezug auf Genauigkeit, mit der Bauelemente gegenüber einander
angeordnet werden sollen.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
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Die Positionierungsvorrichtung (Bestückungsvorrichtung)
weist dazu das Kennzeichen auf, dass:
- – die erste
Kupplung durch zwei senkrecht aufeinander stehende Blattfedern gebildet
wird, die sich etwa in der X-Richtung bzw. in der Y-Richtung erstrecken,
wobei ein Ende jeder Blattfeder an dem ersten Ende des X-Trägers befestigt
ist und das andere Ende jeder Blattfeder an dem ersten Wagen des
ersten Y-Trägers
befestigt ist, wobei die Schnittlinie der Blattfedern eine Drehungsachse bildet,
die sich in der Z-Richtung erstreckt,
- – die
zweite Kupplung durch nur eine Blattfeder gebildet wird, die sich
etwa in der Y-Richtung
erstreckt, wobei ein Ende der genannten Blattfeder an dem zweiten
Ende des X-Trägers befestigt
ist und das andere Ende an dem zweiten Wagen des zweiten Y-Trägers befestigt
ist, wobei die genannte Blattfeder eine relativ große Steifigkeit
in der Y-Richtung und eine relativ geringe Steifigkeit in der X-Richtung
aufweist.
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Die erste Kupplung ist eine Art von
Kreuzfedergelenk. Die (imaginäre)
Schnittlinie der zwei Blattfedern bildet eine sehr genaue Drehungsachse,
um die der X-Träger
eine Drehung gegenüber
dem Wagen an dem ersten Y-Träger
durchführen
kann. Die Starrheit in der X-Richtung
ist relativ groß und
in der Y-Richtung relativ gering für die Blattfeder der ersten Kupplung,
die sich etwa in der X-Richtung erstreckt, während dies für die Blattfeder,
die senkrecht darauf steht, genau umgekehrt ist. Um eine Drehung
des X-Trägers
möglich
zu machen, wobei es sich meistens um sehr geringe Drehungen handeln
wird, muss die Blattfeder der zweiten Kupplung eine relativ geringe
Starrheit in der X-Richtung und eine relativ große Starrheit in der Y-Richtung
aufweisen. Die Starrheit in der Z-Richtung ist offenbar auch hoch
für alle
Blattfedern. Der große
Vorteil der Blattfederkupplung ist, dass sie überhaupt keinen Spielraum und
keine Reibung aufweisen. Die Starrheit gegen Drehung um die Längsachse
des X-Trägers
ist hoch, weil die Blattfedern sich in der Y-Richtung erstrecken.
Die Konstruktion des X-Trägers
in Bezug auf die Y-Träger
ist statisch völlig
definiert. Die Blattfeder der zweiten Kupplung ermöglicht ebenfalls
eine Änderung
in der Länge des
X-Trägers in
der X-Richtung, verursacht durch Temperaturänderungen.
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Ein anderer Vorteil ist, dass die
Orientierung um die Z-Achse eines anzubringenden Bauelementes, wie
eines Bauelementes auf einer Printplatte, sehr genau eingestellt
werden kann. Es ist möglich, dass
der X-Träger
eine geringfügige
Winkeldrehung erfahren kann, indem beispielsweise einer der Wagen
auf dem Y-Träger
dazu gebracht wird, etwas weiter oder nicht so weit zu fahren, wodurch
eine feine Winkelkorrektur des Bauelementes erzielt wird.
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Vorzugsweise liegen der X-Träger und
der Y-Träger
in ein und derselben Ebene. Dadurch liegt der Schwerpunkt der gesamten
bewegenden Konstruktion (der X-Träger samt
Wagen und Bestückungskopf)
etwa in der Ebene, in der die Antriebskräfte ausgeübt werden. Auch dies verbessert
die Genauigkeit der Positionierung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schaubildliche Darstellung einer Bestückungsmaschine, wobei die vorliegende
Erfindung angewandt wird,
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2 eine
schematische Draufsicht einer Bestückungsmaschine nach 1,
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3 eine
Einzelheit der ersten Kupplung zwischen dem X-Träger und dem Wagen an dem ersten
Y-Träger,
und
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4 eine
Einzelheit der zweiten Kupplung zwischen dem X-Träger und
dem Wagen an dem zweiten Y-Träger.
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Die Bestückungsmaschine aus 1 ist eine Maschine zum Anbringen
von Bauelementen auf Trägern,
wie Printplatten. Zwei parallele Führungsträger 2 und 3,
die nachstehend als der erste Y-Träger 2 und der zweite
Y-Träger
bezeichnet werden, sind an dem Maschinenrahmen 1 befestigt.
Ein erster Wagen 4 und ein zweiter Wagen 5 sind
auf diesen betreffenden Y-Trägern
vorgesehen und sind imstande über
diese Träger
zu bewegen. Ein quer liegender Führungsträger, nachher
als X-Träger 6 bezeichnet,
ist zwischen den Wagen 4 und 5 vorgesehen. Der
X-Träger
bildet zusammen mit dem ersten und dem zweiten Y-Träger eine
H-Form. Der X-Träger
ist mit Hilfe einer ersten Kupplung 7 und einer zweiten
Kupplung 8 mit den Wagen 4 bzw. 5 verbunden
(siehe 2). Auf dem X-Träger 6 ist
ein Wagen 9 vorgesehen, der imstande ist, sich über diesen X-Träger zu bewegen.
Ein Bestückungskopf 10 ist
an dem Wagen 9 befestigt. Aus einem Magazin können mit
Hilfe des Bestückungskopfes
Bauelemente aufgenommen, in eine gewünschte Lage gebracht und danach
auf einer Printplatte 11 platziert werden. Die Printplatten
werden mit Hilfe eines an dieser Stelle nicht detailliert dargestellten
Transportmechanismus durch die Bestückungsmaschine hindurch transportiert.
Es ist ebenfalls möglich,
dass verschiedene Bestückungsköpfe 10 an
dem Wagen 9 angeordnet werden. Ein Bestückungskopf umfasst beispielsweise
eine Saugpipette 12, mit der Bauelemente 12, möglicherweise
sehr kleine Bauelemente, durch Ansaugen aufgenommen werden können. Der
Bestückungskopf 10 kann
in der X- sowie in der Y-Richtung verlagert werden. Um dies zu erreichen
werden die Wagen 4, 5 und 9 von je einem
Motor 14, 15 und 16 über den ersten Y-Träger, den
zweiten Y-Träger 3 und den
X-Träger
einzeln angetrieben. Dadurch wird die Vorrichtung als Bestückungsmaschine
mit H-Antrieb bezeichnet. Der Bestückungskopf 10 kann
außerdem in
der Z-Richtung angetrieben werden, während oft die Saugpipette imstande
ist, eine Drehbewegung ϕ um die Längsachse, d. h. die Z-Achse
zu machen.
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Die Bewegung des X-Trägers in
der Y-Richtung muss sehr genau und auf eine gesteuerte Art und Weise
durchgeführt
werden. Die Bewegungen aller Wagen sowie die Bewegungen des Bestückungskopfes
und der Saugpipette werden von einem Computer aus gesteuert. Eine
große
Genauigkeit kann nur dann erreicht werden, wenn die Kupplungen 7 und 8 zwischen
den Enden 17 und 18 des X-Trägers 6 und den Wagen 4 und 5 ebenfalls
strengen Anforderungen entsprechen. Die erste Kupplung 7 ist
dazu als eine Kreuzfederkupplung ausgebildet, die durch zwei senkrecht
aufeinander stehende Blattfedern 19 und 20 gebildet
wird. Die Blattfeder 19 erstreckt sich etwa in der Y-Richtung
und die Blattfeder 20 erstreckt sich in der X-Richtung.
Wie 3 zeigt, umfasst
die Blattfeder 19 der ersten Kupplung 7 eine starre
Federplatte 21 mit einem dünnen zentralen Teil 22,
der die eigentliche Blattfeder bildet. Der zentrale Teil hat eine
Ausnehmung 23, durch welche die andere Blattfeder 20 hindurch
geführt
ist. Die Enden 24 und 26 der Blattfedern 19 bzw. 20 sind
an dem ersten Ende 17 des X-Trägers 6 befestigt,
und die anderen Enden 25 und 27 der Blattfedern
sind an dem ersten Wagen 4 befestigt (der Wagen 4 der
Deutlichkeit der Zeichnung wegen nicht dargestellt). Auf diese An
und Weise ist eine Kupplung geschaffen, die in der X-Richtung sowie
in der Y-Richtung sehr starr ist, die aber dennoch eine geringfügige Drehung
um die Z-Achse erlaubt. Die (imaginäre) Schnittlinie der zwei Blattfedern
bildet im Wesentlichen eine Drehungsachse 28 in der Z-Richtung.
Der X-Träger 6 ist
auf entsprechende Weise imstande eine geringfügige Drehung um diese Drehungsachse 28 gegenüber dem
ersten Y-Träger
durchzuführen.
Dazu ist es aber notwendig, dass die zweite Kupplung 8 dies
erlaubt. Diese zweite Kupplung wird durch eine einzige Blattfeder 29 gebildet,
die sich etwa in der Y-Richtung erstreckt. Wie in 4 dargestellt, umfasst die Blattfeder 29 ebenfalls
eine starre Federplatte 30 mit einem dünnen zentralen Teil 31,
der die aktuelle Blattfeder bildet. Auch in diesem Fall hat der
zentrale Teil eine Ausnehmung 32. Das eine Ende 33 der
Blattfeder 29 ist an dem zweiten Ende 18 des X-Trägers befestigt und
das andere Ende 34 der Blattfeder ist an dem zweiten Wagen 5 befestigt
(der Wagen 5 ist der Deutlichkeit der Zeichnung wegen nicht
dargestellt). Die Blattfeder 29 hat eine relativ hohe Starrheit
in der Y-Richtung und eine relativ geringe Starrheit in der X-Richtung.
Wenn der zweite Wagen 5 etwas weiter in der Y-Richtung
als der erste Wagen 4 gefahren wird, wird der X-Träger um die
Drehungsachse 28 gedreht (siehe 2). Dies ist eine Drehung um kleine Winkel
bis etwa 1°.
Die Saugpipette kann mit Hilfe eines Motors 35, der an
dem Bestückungskopf 10 befestigt
ist, um ein von der Saugpipette 12 angesaugtes Bauelement
in die gewünschte
Lage auf der Printplatte zu bringen, um die Z-Achse gedreht werden. Die
Genauigkeit dieser Drehung ist aber begrenzt. Dies kann zu einem
Problem bei der Anordnung sehr kleiner Bauelemente führen. Die
Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung macht es nun möglich, sehr
kleine Winkelverdrehungen der Saugpipette und folglich des Bauelementes,
um die Drehungsachse 28 zu verwirklichen.
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Neben der zweiten Kupplung ist ein
Winkelbegrenzer 36 vorhanden, der vermeidet, dass der X-Träger 6 über einen
zu großen
Winkel sich dreht, was die Blattfedern beschädigen Könnte (siehe 4). Der Winkelbegrenzer ist durch ein
T-Stück gebildet,
dessen zentraler Schenkel 37 durch die Ausnehmung 32 der
Blattfeder 29 hindurch ragt und an dem X-Träger 6 befestigt
ist. Die Querschenkel 38 des T-Stücks vermeiden, dass der X-Träger zu weit dreht.
Im Falle einer zu großen
Winkeldrehung werden die Kreuzstangen gegen die starren Teile der
Federplatte 30 stoßen.
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Wie aus 1 ersichtlich,
liegen der X-Träger
und die zwei Y-Träger
etwa in einer Ebene. Der Schwerpunkt des X-Trägers mit allen Wagen und dem
Bestückungskopf
liegt auf entsprechende Weise in der Ebene, in der auch die Antriebskräfte zum
Antreiben der Wagen ausgeübt
werden.