CN105073430B - 表面加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面加工装置，该表面加工装置包含用以接收待加工的基板的基板支撑件，沿着第一移动轴线以及第二移动轴线相对于基板支撑件可调整的加工单元，用以确定基板的取向的位置检测单元以及用于根据基板支撑件上的基板的取向控制加工单元的移动的控制单元。本发明的目的在于提供一种表面加工装置，该表面加工装置可以紧凑的方式生产，并且该表面加工装置允许以便宜的方式精准地加工待加工的基板表面而不管基板支撑件上的基板的位置。这通过加工单元可相对于基板支撑件枢转，特别是绕垂直于由第一移动轴线与第二移动轴线所形成的平面的高度轴线枢转而实现。
Description
技术领域
本发明涉及表面加工装置，该表面加工装置包括用以接收待加工的基板的基板支撑件，沿着第一移动轴线以及第二移动轴线相对于基板支撑件可调整的加工单元，用以确定基板的取向的位置检测单元以及根据基板支撑件上的基板的取向控制加工单元的移动的控制单元。
背景技术
上述类型的表面加工装置的各种配置在现有技术中为已知的。它们用以对布置于基板支撑件上的一或多个基板，以预先定义的方式通过为此目的提供的加工单元进行表面加工。此处，表面加工方式取决于加工单元的配置，加工单元基本上可以任意的方式配置。因此，例如，材料可通过加工单元施加至基板的表面上，其中例如打印方法，特别为喷墨打印方法是用于此目的。此外，通过预先定义的方式移除材料以改进基板的表面是可能的，例如通过激光单元。激光加工可利用激光曝光的形式。
除了加工单元的配置给出的用以处理基板的表面的各种可能性外，待加工的基板表面也可以有不同的性质。待加工的平面基板通常是技术性的，例如印刷电路板、太阳能电池、有机发光二极管或电子显示器，其也可灵活配置。诸如地砖、平板玻璃砖、木质压板等的建筑材料也算作所述基板之一。此外，除了已提到的平面基板外，也可加工具有三维型态的基板。三维基板的加工的限制仅由加工单元与基板支撑件之间在结构上的预先定义的距离确定。
特别是当打印技术性的基板时，关于表面加工的精准度为高要求的，因为最小化结构部分的越来越多尝试且同时提高性能，这需要在令人满意的成本下实现。为了达到表面加工的高质量要求，现有技术已知的加工装置需要以严格的预先定义的方式将待加工的基板布置于基板支撑件上。然而，这只有在高额的支出于时间与技术方面才有可能，且因而造成高的生产成本，其中基板定位的微小偏差已经导致相当大的质量损失。特别是当同时加工布置于基板支撑件上的多个基板时，所述基板的彼此取向是个特殊的挑战。
现有技术已知的表面加工装置提供基板支撑件相对于加工单元的可枢转性，此外，加工单元本身可包含有限的可调整性以实现所需要的表面加工。然而，加工的质量并不总是与需求相符。此外，由于要建立可用于此目的移动区域，与固定基板支撑件相比，该基板支撑件可枢转配置具有要求该装备具备实质上较大的结构空间的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供表面加工装置，该表面加工装置可以紧凑的方式生产，并允许以节省成本的方式精准地表面加工待加工的基板而不论基板支撑件上的基板的位置。
本发明的所述目的通过具有权利要求1的特征的表面加工装置达到。本发明的优越的实施方式在从属权利要求中提到。
除了用以接收一个或多个待加工的基板的至少一个基板支撑件以外，表面加工装置包含相对于基板支撑件沿着第一移动轴线以及第二移动轴线可调整的加工单元。此处，加工单元的移动轴线基本上彼此正交，使得加工单元相对于基板支撑件和布置于其上的基板通过大致可自由选择的移动组合沿着第一移动轴线以及第二移动轴线可大致上移动至任何位置。在本发明的范畴中，移动轴线的“基本上正交”取向，除了它们优选的彼此直角取向以外，也代表所述轴线相对于彼此布置成介于75°与105°之间的角度，优选地为80°-100°，特别优选为85°-95°。此处，移动单元的移动控制通过控制单元鉴于要作用的表面加工，以及通过位置检测单元收集的数据而实现，其中位置检测单元提供了基板支撑件上的基板的取向的判定。通过结合控制数据，表面加工定义以及位置数据，可能通过控制单元相对于基板调整加工单元，使得表面加工以预先定义的方式实现。此处，位置检测单元可大致以任意的方式配置。特别有利的是使用光学传感器，例如照相机，其允许以高精准度地简单以及无接触地检测基板支撑件上的一或多个基板的取向。
加工单元的移动控制由控制单元鉴于基板的位置数据以及控制数据实现，其描述出表面加工。为此，加工单元的位移通过第一龙门驱动器沿着至少一移动轴线实现。龙门驱动器，其使用同步的、电机类型驱动器，以沿着轴线移动加工单元，允许特别节省空间的设计以及相对于基板支撑件精准的定位加工单元。
表面加工单元的配置允许以特别紧凑且节省空间的设计配置所述单元，其中待加工的基板的表面加工以高准确度实现。通过位置检测单元并结合位置检测单元收集的数据与控制单元(其原则上也可以任意期望的方式配置)内设置用以表面加工的数据，基板支撑件上的基板的精准取向可以测量，相较于传统的表面加工装置，节约相当大的成本以及时间。
用以使加工单元沿着第二移动轴线位移的驱动器的配置可基本上以任意方式选择。因此，例如，为了沿着第二移动轴线位移加工单元，可以使用皮带驱动或螺母与主轴机构，以基本上与第一移动轴线正交地调整加工单元。然而，根据本发明的进一步实施方式的优点，加工单元可沿着第二移动轴线通过线性驱动器调整，特别是通过线性电机。本发明的所述实施方式额外地改善了加工单元的移动控制的精准度。另外，线性电机的使用特别允许表面加工单元以特别紧凑且低保养的方式配置。根据本发明的进一步的实施方式，用以使加工单元沿着第二移动轴线位移的线性驱动器可配置为第二龙门驱动器，其中此情况下，加工单元布置在两个同步驱动器上，各个布置在平行于第二移动轴线且彼此隔开延伸的两个线性导轨中的一个上。
沿着第一移动轴线以及第二移动轴线的加工单元的位移性一般允许通过加工单元以期望的方式加工基板的任何表面区域。
根据本发明，加工单元可相对于基板支撑件枢转，特别是绕垂直于由第一移动轴线与第二移动轴线所形成的平面延伸的高度轴线枢转。
这提供了相对于基板以及布置于基板支撑件上的一或多个基板调整加工单元的额外选择，其可例如包含打印头或处理激光。
此外，绕与由第一移动轴线以及第二移动轴线所形成的平面正交地延伸的高度轴线可枢转的加工单元可以特别简单且节省成本的方式实现，且允许以特别简单的方式将加工单元调整到基板支撑件上的基板的位置。因此，因为基板的位置以及基板支撑件上的打印类型，当打印基板表面时，可实现由加工单元均匀地作用且特别高质量的基板的表面上的处理加工痕迹，其中特别可能避免否则可能产生的网格步长(grid steps)。如果基板以不平行于第一移动轴线和/或第二移动轴线延伸的直线打印，所述步长可形成，然而其可通过枢转性补偿。
根据本发明的另一实施方式，加工单元的枢转性还可配置为使得加工单元加工没有直接垂直布置于加工单元下方的部分基板。因此，此枢转性 (该枢转性可例如通过绕平行于第一移动轴线或第二移动轴线且平行于由所述轴线所形成的平面延伸的枢转轴线的枢转性获得)允许加工单元的加工区域延伸至没有直接布置于加工单元下方的区域。此处，一般而言枢转性可以任何期望的方式配置，其中通过以例示性的方式提供的球头类型的轴承，加工单元可一般相对于基板支撑件以任何期望的方式设置。
根据本发明的另一实施方式，加工单元支撑于与第二移动轴线间隔开延伸的承载元件处，特别是在平行于第二移动轴线延伸的线性导轨出。加工单元的所述额外支撑(其通过本发明的所述进一步实施方式达成)允许加工单元的机械稳定性以互补的方式改善。特别是在具有高宽度的加工单元中，由加工单元带来的负载通过使用承载元件可平均地分布，特别是通过使用平行于第二移动轴线延伸的线性导轨。因此，加工单元的精准度可以互补的方式改善。
根据本发明的另一实施方式，加工单元可基本上正交于第一移动轴线以及第二移动轴线所形成的平面调整。根据本发明的所述实施方式，加工单元进一步包含(除了根据本发明的由第一移动轴线以及第二移动轴形成的平面中的位移性以外)调整其相对于基板支撑件的距离的选择。本发明的所述实施方式允许将加工单元相对于待加工的基板调整至用于加工的最佳的距离位置。本发明的所述实施方式进一步允许三维基板的表面的特别精准加工，其中在这种情况下加工单元可以总是定位成距待加工的基板的表面的最佳距离位置，即使基板的表面距加工单元的距离根据其形状改变。加工单元在正交方向上相对于由第一移动轴线与第二移动轴线所形成的平面的调整可以任何方式一般地实现，且允许将加工单元定位于各种位置，使得距基板的距离可调整。
此外，根据本发明的另一实施方式，保养单元相邻基板支撑件布置，并且在加工单元的移动区域中。如果需要的话，此种类型的本发明的进一步发展允许在组装状态下将加工单元移置至保养位置中，或将其定位在保养单元中，其中加工单元自动地清洁或可被手动地清洁。本发明的所述实施方式允许加工单元可以保留于加工装置表面上，且其可自动地以预定间隔或在判定污然的情况下移置至保养单元中。
根据本发明的表面加工装置的配置，允许以预先定义的方式以有成本效益的方法加工布置于基板支撑件的基板。为了达到本发明的基本任务，不需要调整基板支撑件。然而，根据本发明有利的进一步发展，基板支撑件可相对于加工单元调整。基板支撑件的调整性(其可例如通过控制单元控制)也额外地允许通过加工单元以高质量有成本效益的方法实现表面加工。因此，通过基板支撑件的位移性，布置于基板支撑件上的基板可以最佳的方式相对于加工单元的配置适应并对准。此处，加工单元移动以及基板支撑件移动的期望的同步性可通过控制单元以最佳的方式实现。
当使用多个基板支撑件时，后者一般可以彼此分开进行控制。这意味着多个基板支撑件最终并非需要同步，而是在必要的时候可以实现。
此处，基板支撑件相对于加工单元的调整性一般可以任何期望的方式实现。因此，例如可提供相对于由移动轴线形成的平面倾斜的配置，特别是允许此种表面的最佳表面加工，当着在三维基板的情况下时，其倾斜于由第一移动轴线以及第二移动轴线所形成的平面延伸。然而，根据本发明特别有利的实施方式，提供基板支撑件可绕垂直于由第一移动轴线与第二移动轴线所形成的平面延伸的高度轴线枢转。所述实施方式允许基板支撑件上的扭转基板的简易修正，特别是对平面基板，使得表面加工可以最佳的方式实现。
基板支撑件的配置可以任意的方式选择。因此，在基板支撑件的最简单的配置中，基板支撑件可由以金属或合成材料制成的平面板材形成。根据本发明的进一步实施方式，基板支撑件可包含夹持装置，以确保基板支撑件上的基板的定位，这意味着可静电操作或通过真空操作。此外，根据本发明有利地进一步发展，可能以可加热的方式配置基板支撑件，以将待加工的基板设置成用于表面加工的最佳的操作温度。
然而，根据本发明特别有利的实施方式，基板支撑件包含用以接收基板的循环输送带，优选地具有平行于第一龙门驱动器移动方向的移动方向，其中根据本发明特别有利的实施方式，输送带有利地绕高度轴线可枢转。本发明的所述实施方式允许相对于加工单元调整基板且以简单的方法将基板移置至用于加工的最佳的位置。也为可加热的和/或装备有静电操作和/ 或通过真空操作的保持装置的输送带的使用，允许以特别节省空间的方式配置整个表面加工装置，而不论基板相对于加工单元的可调整性，因为基板支撑件的额外移动空间可以省略。特别有利地，除了输送带绕高度轴线的枢转性，所述带还可适于倾斜。输送带本身可由任何材料制造。除了合成材料意外，输送带也可由金属制造，特别为不锈钢。
通过控制单元可使输送带的移动与龙门驱动器的移动同步，特别是使得速度的关系为至少分段地足够恒定，其例如可通过等速达成。特别优选地，通过控制单元可选择同步的移动，使得加工单元充分地平行于导引于基板的直边引导，这允许在没有网格步长下分别实现平行线。
如前所述，用以表面加工的加工单元的配置一般可由任何的方式选择。因此，加工单元可例如配备有用于表面加工的激光。然而，在特别有利的配置中，加工单元包含一个喷墨打印头，优选为多个喷墨打印头，根据本发明特别有利的实施方式，其相对于彼此为可调整的设置。根据本发明，与表面加工装置相关的一或多个喷墨打印头的使用允许有成本效益且精准的表面加工，其可通过喷墨打印实现。此外，特别精准的打印结果可由包含一个或多个喷嘴的大量的喷墨打印头以及通过它们的优选提供的相对于彼此的内调整性达成。
一般控制单元可用以加工单元的移动控制，其中根据基板支撑件上的基板的取向以及鉴于待实现的表面加工实现移动。此外，根据本发明进一步的实施方式，在基板支撑件的可移置的配置的情况下，控制单元可用于基板支撑件的移动控制，以及控制单元特别是根据期望的表面加工使加工单元的移动与基板支撑件的移动同步，使得表面加工的最佳结果可达成。分开的控制单元可省略。
附图说明
参考以下附图更详尽的介绍本发明的例示性实施方式，以下附图中：
图1为第一表面加工装置的示意图；
图2为表面加工装置的第二实施方式的示意图；
图3为图2中的表面加工装置的实施方式的示意图，示出打印头的调整路径；
图4为图2中具有可相对于基板支撑件绕垂直于由第一移动轴线以及第二移动轴线所形成的平面延伸的高度轴线枢转的加工单元的表面加工装置的实施方式的示意图；
图5为基板加工装置的第三实施方式的示意图；
图6为图1中具有一体的保养单元的表面加工装置的实施方式的侧视图；
图7为表面加工装置的第五实施方式的示意图；
图8为表面加工装置的第六实施方式的示意图；以及
图9为表面加工装置的第七实施方式的示意图。
具体实施方式
图1～图9中示意性地图示了表面加工装置1～1f的不同实施方式。在此，各表面加工装置1～1f的功能可从图中得知。
图1绘示表面加工装置1的第一实施方式，其中加工单元6可通过龙门驱动器5a沿着两线性导轨4沿线性导轨4的纵向轴线相对于基板支撑件 2调整。为了移置加工单元6，龙门驱动器5a包含两进给电机7，两进给电机7允许加工单元6沿着线性导轨4以控制单元(未绘示)定义的方式线性调整。
基板支撑件2用以接收待布置于其上的平面基板3，平面基板3的表面可通过加工单元6以预先定义的方式加工。为实现独立于基板支撑件2 上的基板3的取向的预先定义的加工，表面加工装置1包含位置检测单元 (此处未绘示)，通过该位置检测单元，可判定基板支撑件2上的基板3 的准确位置与取向(扭转)。鉴于由位置检测单元收集的位置数据以及待实现的表面加工，加工单元6相对于基板支撑件2的调整由控制单元(此处未绘示)实现，使得基板3在加工后表现出期望的表面设计。
加工单元6的配置一般可以任意的方式选择，其中所述单元可例如包含激光或分配器或包含打印头8，如图2与3中图示的表面加工装置1a的情况。喷墨打印头8经由轴承座17连接至龙门驱动器5a，其中轴承座17 本身布置于线性导轨9上且包含进给电机类型的线性驱动器，其允许基本正交于由线性导轨4所确定的第一移动轴线地调整打印头8。鉴于由位置检测单元收集的在基板支撑件2上的基板3的位置数据，线性驱动器以及龙门驱动器5a的同步可由控制单元实现，使得期望的表面加工通过基板3上的打印头8实现。线性驱动器的配置可以任意的方式选择，其中所述驱动器也可配置为龙门驱动器。
在图4中所图示的表面加工装置1c的实施方式中，打印头接收器13 设置有三个打印头8。打印头接收器13可通过枢转驱动器12枢转。枢转驱动器12经由轴承座17连接至线性导轨9，其包含进给电机。除了打印头根据龙门驱动器5a以及在线性导轨9的进给电机的位移之外，表面加工装置 1a进一步允许绕垂直于由移动轴线所形成的平面延伸的高度轴线枢转打印头接收器13且因此枢转打印头8。
图5绘示表面加工装置1b的进一步配置，另一个线性导轨9’平行第一龙门驱动器5a布置于在线性导轨4之间延伸的横木20上。轴承座17’以可滑动的方式设置于所述线性导轨9’上，以接收加工单元6’，使得宽的加工单元6’取得更高的机械稳定性。所涉及的负载可均匀地分布在支撑龙门驱动器5a以及横木20的线性导轨4上。加工单元6’沿线性导轨9与9’的纵向轴线方向上的位移通过连接至线性导轨9的轴承座17的进给电机实现。此外，加工单元6’的高度可在轴承座17、17’之间调整，使得至基板的距离可被设置。横木20以及龙门驱动器5a可通过布置于线性导轨4上的且延伸至进给电机7的引导件19沿线性导轨4的纵向轴线方向调整。
在表面加工装置1b的本发明的另一个实施方式(未绘示)中，另一个进给电机布置在轴承座17’处，该电机与线性导轨9处的第一进给电机形成第二龙门驱动器。
除了加工单元6相对于基板支撑件2或相对于布置于基板支撑件2上的基板3的位移性与枢转性之外，表面加工装置1可进一步包含相邻基板支撑件2布置的保养单元10，该保养单元10布置于机器基座11上，就像是基板支撑件2(见图6)。
在需要保养加工单元6的情况下，所述单元可通过已存在的调整性从其加工位置移置至加工单元6可被引导进入保养单元10的位置。例如，加工单元6的保养可以预先定义的时间间格或在传感器检测到污染后实现。
在图7中图示的表面加工装置1d中，进一步可能相对于打印头8调整基板支撑件2且因此调整布置在基板支撑件2上的基板3。如图8中所图示的，机板支撑件2的调整性优选地由输送带14实现，该输送带14允许通过两滚轮15相对打印头8调整布置于输送带14上的基板3。此外，输送带 14与滚轮15可一起绕垂直于输送带14的表面延伸的轴线枢转，使得基板 3可相对于打印头8扭转成最佳的位置。
此外，在图9中图示的表面加工装置1f的图示实施方式中，输送带14 与打印头接收器13的可枢转布置结合，其中用于此情况中的打印头8包含彼此布置的多个喷嘴16。
Claims (17)
1.表面加工装置，包含：
-用以接收待加工的基板(3)的基板支撑件(2)，
-能够沿着第一移动轴线以及第二移动轴线相对于所述基板支撑件(2)调整的加工单元(6，6')，所述移动轴线基本上彼此正交延伸，且所述加工单元(6，6')通过第一龙门驱动器(5a)至少沿着所述第一移动轴线是可调整的，
-用以确定所述基板支撑件(2)上的所述基板(3)的取向的位置检测单元，以及
-用以根据所述基板支撑件(2)上的所述基板(3)的取向控制所述加工单元(6，6')的移动的控制单元，
其特征在于：
所述基板支撑件(2)包含用以接收所述基板的循环输送带(14)，所述循环输送带(14)绕高度轴线可枢转，所述高度轴线垂直于由所述第一移动轴线与所述第二移动轴线所形成的平面延伸；
所述加工单元(6，6')能够相对于所述基板支撑件(2)枢转。
2.根据权利要求1所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')可相对于所述基板支撑件(2)绕所述高度轴线枢转。
3.根据权利要求1所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')能够通过线性驱动器沿着所述第二移动轴线调整。
4.根据权利要求3所述的表面加工装置，其特征在于，所述线性驱动器为进给电机。
5.根据权利要求4所述的表面加工装置，其特征在于，所述进给电机为第二龙门驱动器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')支撑于与所述第二移动轴线间隔开延伸的承载元件上。
7.根据权利要求6所述的表面加工装置，其特征在于，所述承载元件包括与所述第二移动轴线平行延伸的线性导轨(9')。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')能够基本上正交于由所述第一移动轴线与所述第二移动轴线所形成的平面而调整。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，保养单元相邻于所述基板支撑件(2)布置，以及在所述加工单元(6，6')的移动区域中。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述基板支撑件(2)能够相对于所述加工单元(6，6')调整。
11.根据权利要求1以及3-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述基板支撑件(2)能够绕垂直于由所述第一移动轴线与所述第二移动轴线所形成的平面延伸的高度轴线枢转。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述循环输送带(14)具有平行于所述第一龙门驱动器(5a)的移动方向的对应移动方向。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')包含一个喷墨打印头(8)。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述加工单元(6，6')包含多个喷墨打印头(8)。
15.根据权利要求14所述的表面加工装置，其特征在于，所述多个喷墨打印头(8)相对于彼此可调整地布置。
16.根据权利要求1-5中任一项所述的表面加工装置，其特征在于，所述控制单元可用于基板支撑件(2)的移动控制。
17.根据权利要求16所述的表面加工装置，其特征在于，根据所期望的表面加工，所述控制单元使所述加工单元(6，6')的移动与所述基板支撑件(2)的移动同步。
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