CN109421003B - 框架结构中的定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及框架结构中的定位装置，其具有在一个基座(G)上彼此平行布置的两个线性引导件(FX1、FX2)，它们使第一横梁(FY1)和第二横梁(FY2)在第一方向上能运动地保持，Y运行车(LY)利用功能元件(T)在第二方向(Y)上能运动地保持在第一横梁(FY1)处，并且在第二横梁(FY2)和Y运行车(LY)处布置用于检测Y运行车(LY)相对第二横梁(FY2)的位置的位置测量装置(Mxy、Mz、AKz2、Mxy1、AKxy1)。功能元件(T)借助Z运行车(LZ)与Y运行车(LY)相对在第三方向(Z)上能运动地保持，在Y运行车(LY)和功能元件(T)处布置用于检测功能元件(T)相对Y运行车(LY)的位置的另外的位置测量装置(AKxy2、AKxy2'、Mxy2、Mxy2')。

Description

框架结构中的定位装置
技术领域
本发明涉及一种框架结构中的定位装置，其具有用于第一方向的、两个平行延伸的受驱动的线性轴、以及能沿着这些线性轴平移的横梁，该横梁在第二方向上能平移地保持功能元件，以使该功能元件能够定位在两个平行的线性轴之间的平面内或者平行于该平面。定位装置还包括另一个受驱动的线性轴，利用该线性轴能够垂直于该平面地调节功能元件的位置，以便例如给电路板装配构件或者布线。
这种定位装置也被称为平台驱动器或者XY龙门架，并且应用在许多技术领域。平的基座、如晶片或电路板的加工是这种平台驱动器的典型应用场合。由于不断发展的小型化，在此也需要越来越好的定位精度。
背景技术
在EP 2066996 B1中描述了一种框架结构中的定位装置，其中为了更加准确地确定位置而使用位置测量系统，除了检测在沿着线性引导件的本来测量方向上的位置外，这些位置测量系统还能在横向于该方向的方向上检测位置的小偏差（也就是例如引导误差）。为此用到的测杆除了具有测量方向上的本来轨道之外还具有所谓的平直度轨道，在平直度轨道处能够读取横向于测量方向的小偏差。这种测杆也被称为1D加测杆（1Dplus-Maßstaebe），因为其除了测量方向（1D）的检测外还允许在其他方向上进行测量，即使在该方向上只有小偏差。这种测杆和相应的位置测量系统在海德公司（HEIDENHAIN IFO）2009年第一部电子的公司介绍中进行描述。在此也示出这种测杆在框架结构中的定位装置上的应用。
典型的1D加测杆为本来测量方向具有递增轨道或者一般而言的轨道，该轨道能够由横向于测量方向的细且短的线条构成，这些线条例如通过光学方式由可相对于测杆移动的扫描头扫描。平直度轨道由平行于本来测量方向（从而横向于引导误差方向）的、位于递增轨道旁的少量长线条构成。这些平直度轨道也由扫描头扫描。通过扫描测杆轨道，在测杆和扫描头之间发生相对运动时产生周期性的信号。通过数周期并且划分各个周期（内插法）能够确定平移的量以及位置。因此，能够由1D加测杆在两个彼此独立的方向上读取位置值。
在现有技术中还公知所谓的双龙门架装置，其中在第一方向上在两个线性引导件之间布置有两个可平移的横梁。WO 02/067648 A1描述了一种用于加工具有印刷电路的电路板的机床，该机床为了提升产量而具有一个配有附加加工工具的第二横梁。
由作为本发明出发点的US 2015/0280529 A1中公知一种框架结构中的定位装置，其具有在一个基座上彼此平行布置的两个线性引导件，它们使第一横梁和第二横梁在第一方向上可运动地保持。Y运行车利用功能元件在第二方向上可运动地保持在第一横梁处。在Y运行车和第二横梁处布置有用于检测Y运行车相对于第二横梁的位置的位置测量装置。现在通过测量Y运行车相对于第二横梁的位置，就可以基本上更准确地检测Y运行车的空间位置，该第二横梁既不受机械影响也不受热影响，也就是相比承载Y运行车的第一横梁在造型上基本更稳定。通过在Y运行车和功能元件之间起作用的、用于精确定位的附加驱动器，因此可以在所有自由度上更加准确地定位功能元件，而与第一横梁的变形无关。
然而，在这种定位装置中，功能元件的垂直于基座的定位却是不受监控的，该定位借助另外的受驱控的线性引导件实现。不能检测并且也不能补偿功能元件的作用点（工具中心点，TCP）的、平行于基座平面的平移，该平移在功能元件垂直运动时产生。
发明内容
因此，本发明的目的是给出一种框架结构中的定位装置，利用其实现对功能元件的位置的更准确的检测，从而实现功能元件的准确定位。
该目的通过一种根据本发明的装置实现。
在此给出一种框架结构中的定位装置，该定位装置具有在一个基座上彼此平行布置的两个线性引导件，这些线性引导件使第一横梁和第二横梁在第一方向上能运动地保持，其中，Y运行车利用功能元件在第二方向上能运动地保持在第一横梁处，并且其中，在第二横梁处和在Y运行车处布置有用于检测Y运行车相对于第二横梁的位置的位置测量装置。功能元件借助Z运行车与Y运行车相对在第三方向上能运动地保持，其中，在Y运行车处和在功能元件处布置有用于检测该功能元件相对于Y运行车的位置的另外的位置测量装置。
在此，该另外的位置测量装置实现对功能元件相对于Y运行车在第一和第二方向上的平移的检测。
在示例实施例中，另外的位置测量装置包括两个1D加测杆，1D加测杆各自具有一个用于第三方向的测量轨道和一个用于第一方向和/或第二方向的平直度轨道，其中扫描头分别对准1D加测杆。
在示例实施例中，1D加测杆的平直度轨道以一定角度与第一方向和第二方向相交，以便能够通过计算两个扫描头的位置值来测定功能元件的平移。
在示例实施例中，扫描头经由刚性连接与Y运行车相连，并且1D加测杆固定在功能元件处。
在示例实施例中，刚性连接还支承位置测量装置的、用于检测Y运行车相对于第二横梁的位置的另外的扫描头。
在示例实施例中，刚性连接具有用于扫描头的装配面，其中装配面互相形成90°的角度。
在示例实施例中，1D加测杆围绕第三方向相对彼此旋转90°度地布置在功能元件处。
在示例实施例中，第二横梁经由两个固定元件固定在两个X运行车处。
在示例实施例中，固定元件包括柔性元件，柔性元件承载第二横梁的重量并且确保在第一方向上携带第二横梁，柔性元件还不将弯折力引入第二横梁。
在示例实施例中，第二横梁参照第三方向布置在由第一横梁、Y运行车、Z运行车和功能元件构成的联合体之下并且在基座之上。
在示例实施例中，刚性连接在基座和第二横梁之间延伸。
在示例实施例中，位置测量装置实现对第二横梁相对于绝对坐标系的位置的检测，以便在确定Y运行车相对于绝对坐标系的空间位置时使第二横梁用作能运动的坐标系。
这种移动坐标系的有效设计方案不受加工力影响并且实现准确的位置测量，从而扩展了另外的测量方向。通过放弃用于第二横梁的专用驱动器，该构造相对于现有技术明显简化并且因此能够紧凑地实施，从而还实现双龙门架装置。
本发明的更多优点和细节从下面借助附图对不同实施方式的说明中得出。
附图说明
图1示出了常规的、框架结构中的定位装置，
图2示出了第一种根据本发明的、框架结构中的定位装置，
图3示出了另一种根据本发明的定位装置的第一视图，
图4示出了该另一种根据本发明的定位装置的第二视图，
图5示出了该另一种根据本发明的定位装置的细节图。
具体实施方式
图1示出了一种由现有技术中公知的、框架结构中的定位装置。在一种例如实施为花岗岩块的基座G上布置有两个平行的线性引导件FX1、FX2，这些线性引导件使横梁FY1在X方向上可平移地保持。为了移动横梁FY1而使用两个线性电机LMX1、LMX2，它们平行于线性引导件FX1、FX2布置或者集成到线性引导件中。在横梁FY1处，在Y方向上借助另外的线性电机LMY可平移地引导Y运行车LY。
Y运行车LY作为用于功能元件的实例承载一个工作台T，在工作台上能够放置晶片，晶片然后能够由位置固定地布置在定位装置上方的工具加工或检查。
线性轴在X和Y方向上的定位借助测杆MX1、MX2、MY沿着各个引导件FX1、FX2、FY1实现，这些测杆由在此未示出的扫描头扫描，以便检测所有轴的各个实时位置。通过常规的位置调节器将所有可移动的轴调节到各个位置额定值上，并且因此使工作台T定位在XY平面内。
Y运行车LY相对于横梁FY主要在Y方向上运动，但是也能在围绕X和Y方向以及Z方向上的线性平移的自由度上转动，这取决于引导误差和不同构件的弹性。
此外还示出一个第二横梁FY2。该第二横梁FY2具有用于X方向的专用驱动器，因此能够独立于第一横梁FY1进行定位。然而第二横梁被其位置调节器保持在距第一横梁FY1一个固定间距的位置上。这个间距必须被准确地保持，以能够可靠地评估下面进一步描述的、用于检测Y运行车LY相对于第二横梁FY2的位置的位置测量装置。该位置测量装置的、在容差之内还可以评估的间距容差通常为大约200微米。
在Y运行车LY中安置有驱动器，这些驱动器实现在Y运行车LY扫描运动期间对工作台T进行精密定位。这种精密定位应该至少对于围绕X轴和Y轴的方向以及Z方向是可行的。在X和Y方向上的以及围绕Z轴转动的位置校正也能够利用框架结构中的定位装置的驱动器实现。
因此能够在所有六个自由度上校正与期望的扫描运动的偏差，然而这些偏差为了该目的必须被测量出来。
作为用于位置或方位测量的坐标系，在此使用第二横梁FY2，因此坐标系在这里也被称为可运动的坐标系。这个解决方案的优点是，Y运行车LY的扫描运动不对第二横梁FY2施加力，而且第一横梁FY1的驱动器不给第二横梁FY2引入热量。
如果在第一横梁FY1和第二横梁FY2每次改变位置（步骤运动）之后等待一段时间，第二横梁FY2的振荡逐渐消退，那么第二横梁就能够视为是位置固定的。因为第二横梁FY2不承载Y运行车，所以第二横梁能够实施得很轻，由此使第二横梁的共振频率特别高并且振荡快速消退。
如果确定了第二横梁FY2相对于基座G的准确位置（在开头提及的US 2015/0280529 A1中描述了在此的测量系统的一种可能的布置方式），那么第二横梁在Y运行车LY或工作台T扫描运动期间适合作为用于Y运行车LY在所有自由度上的位置测量的坐标系。如果直接参考第二横梁FY2在所有的自由度上测量Y运行车LY的位置，就能够识别第一横梁FY1的变形（例如由于加速力、Y运行车的重量、温度影响、振荡），并且通过（用于对工作台T和/或框架结构中的定位装置的轴进行精密定位）提供的驱动器进行补偿调节。
为了真正地排除第一横梁FY1对第二横梁FY2的任何反作用，应该主动地消除基座G的振荡，以便不仅屏蔽来自外界的振荡，而且还屏蔽由第一横梁FY1和第二横梁FY2的加工力引入基座G中的振荡。
为了确定Y运行车LY相对于第二横梁FY2的位置，在第二横梁处能够看到测杆Mxy、Mz，以及在Y运行车处能够看到扫描头AKz2。在该图中不能看到其他的测杆和扫描头，在上文中引用的US 2015/0280529 A1中公开了一种它们的布置方式的可能性。因此，可以在所有六个自由度上测定Y运行车LY相对于第二横梁FY2的位置。
然而，当在该布置方式中还要额外地将功能元件T也在第三方向Z上进行定位时，就会产生问题。图2借助本发明的简化的第一实施例解释了这个问题和它的解决方案。能够看到Y运行车LY，还有紧接着在Z方向上引导的Z运行车LZ。在这个Z运行车LZ上现在尽可能刚性地固定功能元件T。利用线性驱动器能够将功能元件T也在第三方向Z上定位。
该功能元件T例如能够是用于将构件定位到放置在花岗岩G上的电路板上的元件。这个Z轴也有引导误差，并且不仅Y运行车LY而且还有功能元件T及其固定都不完全是刚性的。所有这些效应都能导致功能元件T在X和Y方向上的错位，错位能取决于功能元件在Z方向上的位置。
在图2中示意性地示出，位于第二横梁FY2处的1D加测杆Mxy1由通过与Y运行车LY的刚性连接V相连的扫描头AKxy1扫描。利用两个这样在Y方向上前后布置的扫描头AKxy1能够确定Y运行车LY相对于第二横梁FY2的位置，也就是在X和Y方向以及就围绕Z方向的转动方面。对在Y运行车LY和第二横梁FY2之间的相对位置的测量对应于在图1中所示的现有技术。
为了现在还能够检测功能元件T在X和Y方向上迄今尚未公知的平移，在与Y运行车LY的刚性连接V上还布置有两个扫描头AKxy2、AKxy2'，在图2中只能看到其中一个。第二扫描头AKxy2'在Y方向上布置在第一个后方。这些扫描头AKxy2、AKxy2'扫描两个1D加测杆Mxy2、Mxy2'，这些1D加测杆在Y方向上前后依次地布置在功能元件T的侧向。这些扫描头AKxy2、AKxy2'和1D加测杆Mxy2、Mxy2'的组合构成一个另外的位置测量装置，使得不仅能够在Z方向上而且还能够在X和Y方向上测量功能元件T相对于Y运行车LY的错位，当在1D加测杆Mxy2、Mxy2'处的两个水平方向的测量分别在两个方向X、Y上检测到适合相互结算的分量时。因为此外一方面正如由现有技术中公知的那样，已知Y运行车LY和第二横梁FY2之间的相对位置，并且另一方面已知功能元件T相对于Y运行车LY的位置，所以也能够计算出功能元件T相对于第二横梁FY2的位置。第二横梁FY2相对于基座G的位置能够被非常准确地检测，从而能够将相对于第二横梁FY2的位置信息也换算成基于基座G的坐标系。在此源于一种非常刚性的连接V。
图3和图4示出了本发明的另外的具体实施例。基座G在这里被省去并且只用一个附图标记标示，从而能够更好地示出本发明的细节和与图1所示的系统的区别。
能够看出，第二横梁FY2现在不在具有专用驱动器，而是通过固定元件B1、B2固定在X运行车LX1、LX2上，从而被X运行车LX1、LX2携带。因为X运行车LX1、LX2也移动第一横梁FY1，所以确保了在两个横梁FY1、FY2之间的几乎恒定的间距。
第二横梁FY2应该尽可能不受力地保持，从而使第二横梁不弯折并且能够满足它作为一起运动的坐标系的功能。因此，固定元件B1、B2应该包括柔性元件，柔性元件能够承载第二横梁的重量并且确保在第一方向X上携带第二横梁FY2，柔性元件还不将弯折力引入第二横梁FY2。例如，第一固定元件能够是弯曲铰链，弯曲铰链禁止除了围绕Z方向的转动以外的所有自由度。第二固定元件B2然后应该禁止除了Y方向上的运动和围绕Z方向的转动以外的所有自由度。这例如能够通过将弯曲铰链和按照机器手式（SCARA）机器人种类的折叠铰链组合起来实现。
为了能够实现更大的生成量而构造具有能相对地靠近的两个第一横梁FY1和两个功能元件T的系统，第二横梁FY2现在相对于第三方向Z布置在基座G和由第一横梁FY1、Y运行车LY、Z运行车LZ和功能元件T构成的联合体之间或在该联合体之下。因此第二横梁不需要在第一方向X上占用额外的构造空间。刚性连接V在基座G和第二横梁FY之间延伸。这种有利的布置方式能够在图2中很好地示出。这种双龙门架布置具有两个第一横梁FY1和各自与第一横梁相配的第二横梁FY2。通常，功能元件T在这些系统中朝向彼此。受惠于第二横梁FY2的特殊布置，两个功能元件T几乎能够任意地靠近。
在图3和图4中还能够看到测杆M1、M2，测杆刚性地与在此未示出的基座G相连。靠近固定元件B1、B2的扫描头AK1、AK2用于确定第二横梁FY2相对于基座G的位置。
基座G因此承载住两个相互分离的横梁FY1、FY2，第一横梁FY1在此承受所有的加工力并且能够弯曲，但是决定性的位置测量是（直接地或者像在功能元件T发生XY错位的情况下间接地）相对于第二横梁FY2进行的。因为清楚地已知第二横梁相对于基座G的位置，并且因为第二横梁FY2也不会在加工力下发生弯曲，所以能够确定功能元件T相对于基座G的最终决定性的位置。对于位置偏差的情况这也适用，这些位置偏差是由Z运行车LZ的取决于位置的引导误差引起的，或者由作用于功能元件T的力引起的，并且在现有技术中不能检测这些位置偏差。
因此，能够利用功能元件T对放置在基座G上的物体进行加工，尤其是在物体上的非常准确地限定的位置上进行加工。
根据在图3和图4中所示的、用于确定第二横梁FY2的位置的、在那里与基座G刚性地连接的测杆M1、M2的布置方式的变化方案，这些测杆M1、M2也能够安置到布置在基座G上的构造体上，该构造体本身不必是刚性的或耐高温的。该构造体例如能够是用于像晶片或者电路板的物体的操纵系统。如果测杆M1、M2在这些物体的平面上被固定在构造体上，那么却能够对物体进行精确地加工，因为现在确定了第二横梁FY2相对于测杆M1、M2的位置，这些测杆在构造体变形时随着物体一起运动。
图5还示出了具有固定元件B1、B2和刚性连接V的第二横梁FY2的细节图，刚性连接从在此未示出的Y运行车LY出发包围第二横梁FY2。在刚性连接V的前末端处能够看到两个装配面S1、S2，装配面分别与第一方向X和第二方向Y定向成45度的角度并且在此相互形成90°的角度。在这些装配面S1、S2上装配有多个扫描头AKxy2、AKxy2’，扫描头扫描两个1D加测杆Mxy2、Mxy2'，这些测杆相对于围绕第三方向Z的旋转错开90°地布置在功能元件T处。两个扫描头AKxy2、AKxy2’同样也形成90°的角度，并且提供功能元件T在第三方向Z上相对于Y运行车LY的位置、以及X和Y错位的混合。该混合能够通过简单的三角函数转换来换算为功能元件T相对于Y运行车LY在第一方向X和第二方向Y上的错位。该转换是由测杆Mxy2、Mxy2’和扫描头AKxy2、AKxy2’的几何布置方式决定的。

Claims (12)

1.一种框架结构中的定位装置，所述定位装置具有在一个基座(G)上彼此平行布置的两个线性引导件(FX1、FX2)，所述线性引导件使第一横梁(FY1)和第二横梁(FY2)在第一方向(X)上能运动地保持，其中设置有功能元件(T)的Y运行车(LY)在第二方向(Y)上能运动地保持在所述第一横梁(FY1)处，并且其中，在所述第二横梁(FY2)处和在所述Y运行车(LY)处布置有用于检测所述Y运行车(LY)相对于所述第二横梁(FY2)的位置的位置测量装置(Mxy、Mz、AKz2、Mxy1、AKxy1)，其特征在于，所述功能元件(T)借助Z运行车(LZ)与所述Y运行车(LY)相对在第三方向(Z)上能运动地保持，其中在所述Y运行车(LY)处和在所述功能元件(T)处布置有用于检测所述功能元件(T)相对于所述Y运行车(LY)的位置的另外的位置测量装置(AKxy2、AKxy2'、Mxy2、Mxy2')，所述另外的位置测量装置(AKxy2、AKxy2'、Mxy2、Mxy2')实现对所述功能元件(T)相对于所述Y运行车(LY)在所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)上的平移的检测。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述另外的位置测量装置(AKxy2、AKxy2'、Mxy2、Mxy2')包括两个1D加测杆(Mxy2、Mxy2')，所述1D加测杆各自具有一个用于所述第三方向(Z)的测量轨道和一个用于所述第一方向(X)和/或所述第二方向(Y)的平直度轨道，其中扫描头(AKxy2、AKxy2')分别对准所述1D加测杆(Mxy2、Mxy2')。
3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述1D加测杆(Mxy2、Mxy2')的所述平直度轨道以一定角度与所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)相交，以便能够通过计算两个所述扫描头(AKxy2、AKxy2')的位置值来测定所述功能元件(T)的平移。
4.根据权利要求2或3所述的定位装置，其特征在于，所述扫描头(AKxy2、AKxy2')经由刚性连接(V)与所述Y运行车(LY)相连，并且所述1D加测杆(Mxy2、Mxy2')固定在所述功能元件(T)处。
5.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述刚性连接(V)还支承所述位置测量装置(Mxy1、AKxy1)的、用于检测所述Y运行车(LY)相对于所述第二横梁(FY2)的位置的另外的扫描头(AKxy1)。
6.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述刚性连接(V)具有用于所述扫描头(AKxy2、AKxy2')的装配面(S1、S2)，其中所述装配面(S1、S2)互相形成90°的角度。
7.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述1D加测杆(Mxy2、Mxy2')围绕所述第三方向(Z)相对彼此旋转90°度地布置在所述功能元件(T)处。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述第二横梁(LY2)经由两个固定元件(B1、B2)固定在两个X运行车(LX1、LX2)处。
9.根据权利要求8所述的定位装置，其特征在于，所述固定元件(B1、B2)包括柔性元件，所述柔性元件承载所述第二横梁(FY2)的重量并且确保在所述第一方向(X)上携带所述第二横梁(FY2)，所述柔性元件还不将弯折力引入所述第二横梁(FY2)。
10.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于，所述第二横梁(FY2)参照所述第三方向(Z)布置在由所述第一横梁(FY1)、所述Y运行车(LZ)、所述Z运行车(LZ)和所述功能元件(T)构成的联合体之下并且在所述基座(G)之上。
11.根据权利要求10所述的定位装置，其特征在于，所述刚性连接(V)在所述基座(G)和所述第二横梁(FY2)之间延伸。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述位置测量装置实现对所述第二横梁(FY2)相对于绝对坐标系的位置的检测，以便在确定所述Y运行车(LY)相对于所述绝对坐标系的空间位置时使所述第二横梁(FY2)用作能运动的坐标系。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11130223B2 (en) * 2017-10-30 2021-09-28 Pearson Packaging Systems Base for a robotic arm
EP3670067B1 (de) * 2018-12-20 2022-07-27 Etel S.A. Positioniereinrichtung in portalbauweise
US11815153B2 (en) * 2019-03-08 2023-11-14 Calient Technologies, Inc. Passive motion isolation system
CN111561640A (zh) * 2020-05-21 2020-08-21 上海迅越软件有限公司 一种印刷数据采集装置用传感器安装机构

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5479108A (en) * 1992-11-25 1995-12-26 David Cheng Method and apparatus for handling wafers
ITTO20010141A1 (it) 2001-02-16 2002-08-16 Pluritec S P A Macchina utensile per la lavorazione di pacchi di schede di circuiti stampati.
US6949733B2 (en) * 2003-03-10 2005-09-27 Asm Technology Singapore Pte Ltd Determination of a movable gantry position including a dual measurement module
KR100568615B1 (ko) * 2003-12-31 2006-04-07 삼성중공업 주식회사 부재위치 교시를 통한 용접 로봇 교시장치
DE102006024579B4 (de) * 2006-05-18 2016-09-29 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines entlang mindestens einer Verschieberichtung bewegbaren Objektes
DE102006044358A1 (de) * 2006-09-20 2008-04-03 Etel S.A. Positioniereinrichtung in Portalbauweise
DE102008010284A1 (de) * 2008-02-21 2009-08-27 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh XY-Tisch mit einer Messanordnung zur Positionsbestimmung
DE102012006521A1 (de) 2012-03-30 2013-10-02 Innolas Semiconductor GmbH Handhabungseinheit für Waferscheiben sowie Verfahren zum Aufnehmen einer Waferscheibe
ITBO20120221A1 (it) * 2012-04-20 2013-10-21 Marposs Spa Metodo per posizionare un utensile di una macchina utensile nel campo visivo di un sistema di visione e relativa macchina utensile
SG11201407527PA (en) * 2013-01-30 2014-12-30 Akribis Systems Pte Ltd A planar positioning system and method of using the same
EP2849011B1 (de) 2013-09-11 2019-03-06 Etel S. A.. Positioniereinrichtung
DE102014205523A1 (de) 2014-03-25 2015-10-01 Etel S.A. Positioniereinrichtung in Portalbauweise
CN104020716B (zh) * 2014-06-19 2017-01-11 烟台环球机床附件集团有限公司 一种数控转台精度保持性的检测装置
DE102015219810A1 (de) * 2015-10-13 2017-04-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh X-Y-Tisch mit einer Positionsmesseinrichtung

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