CN1899007A - 定位装置 - Google Patents

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Abstract

一种定位装置(1)，尤其用于以电子元件装配衬底(4)的自动装配机(3)的装配头(2)，该定位装置具有一个支承臂(7)，它通过一个驱动装置可以在一个运动方向上相对于定位装备的框架(5)移动并且垂直于运动方向，所述支承臂(7)在其一个端部处通过一个固定轴承(8)并且在另一对置的端部处通过一个活动的支承轴承(9)在运动方向上可移动地支承，其中该支承臂(7)支承在支承轴承(9)的一个导引面(14)上，该导引面平行于运动方向且倾斜于一个通过支承臂(7)的运动方向和延伸轴线展开的表面延伸，该定位装置具有一个用于产生一个作用于支承臂(7)上的作用力的机构，使得该支承臂(7)在支承轴承(9)侧面上通过一个附加的轴承力垂直于支承轴承(9)的导引面(14)加载。

Description

定位装置
本发明涉及一种定位装置，尤其用于以电子元件装配衬底的自动装配机的装配头。
由WO 99/44407已知的定位装置包括一个支承臂，它沿着一个直线导轨可移动地导引。该支承臂在一个端部上通过一个固定轴承支承，而在其对置的端部上固定一个线性马达的转子，该转子被一个固定在定位装置框架上的、U形的线性马达定子所包围。另外在线性马达侧面上使一个导轨安置在框架上，该导轨被安置在支承臂上的导轮在上面和下面包围。但是该定位装置存在缺陷，在剧烈的加速和制动时在支承臂中导致支承臂在运动方向上的弹性变形，因此只有在支承臂振动足够地衰减以后才能保证精确的定位。在固定轴承中的间隙也引起定位的不精确性。
因此本发明的目的是，提供一种定位装置，该装置可以快速且精确地移动到所期望的位置。
这个目的通过如独立权利要求1所述的定位装置得以实现。
按照本发明，该定位装置的支承臂在一个端部上通过一个固定轴承并且在对置的端部上通过一个活动的支承轴承在支承臂的运动方向上可移动地支承。在活动轴承侧面该支承臂支承在一个导引面上，该导引面设计成平行于运动方向且倾斜于一个通过支承臂的运动方向和延伸轴线展开的表面。此外设有一个用于产生作用于支承臂上的作用力的机构，使得该支承臂在支承轴承侧面上通过附加的轴承力垂直于支承轴承的导引面加载。在此这样理解“附加的轴承力”，这个轴承力对于由支承臂的重力引起的轴承力附加地作用于支承臂上。该支承臂也获得一个在导引面方向上的力作用并且由此牵引或顶压在这个导引面上。由此产生许多优点。一方面使该支承臂在其延伸轴线方向上预紧，由此吸收一个来自对置的固定轴承可能存在的间隙，这将提高定位精度。另一方面活动轴承的导引面的倾斜结构允许支承臂的热膨胀。由此避免支承臂中的热的材料应力或者支承臂在轴承中的歪斜。此外通过倾斜的导引面对于支承臂不仅得到垂直的支承而且主要也得到良好的侧向支承，其中支承作用通过由上述机构产生的作用力明显加强。通过这种侧向支承明显减少支承臂的弹性变形以及支承臂在运动方向上的弯曲，它们尤其在支承臂剧烈加速或制动时产生。因此通过按照本发明的定位装置能够快速且精确地移动到所期望的位置。
在按照权利要求2所述的按照本发明的定位装置中，所述支承臂由一个线性马达驱动，设置其转子和定子，使得线性马达同时承担驱动装置和产生作用于支承臂上的作用力的机构的功能。由此不仅可以充分利用一个线性马达的高定位精度而且可以充分利用作用于定子与转子之间的强大磁力。
按照权利要求3的改进方案，所述线性马达的转子位于支承臂的端部上，所述活动的支承轴承位于该端部上，由此特别加强作用于支承臂上的、垂直于导引面指向的作用力并由此特别加强支承臂的侧向支承。
按照权利要求4所述的按照本发明的定位装置这样构成，使所述固定轴承平行于运动方向且倾斜于一个由支承臂的运动方向和延伸轴线展开的表面。由此可以进一步提高支承臂的强度和稳定性。
下面借助于附图详细描述按照本发明的定位装置的两个实施例，其中：
图1示出按照本发明的定位装置的第一实施例在支承臂运动方向上的侧视图，
图2以图1所示第一实施例的俯视图示出按照本发明的定位装置，
图3示出按照本发明的定位装置的第二实施例的侧视图。
在图1和2中示出按照本发明的定位装置1的第一实施例。其中涉及一个用于一个自动装配机3的装配头2的定位装置1，该装配头用电子元件装配衬底3。该自动装配机3具有一个框架5，在其顶面上构成一个工作平面。在工作平面的中心部分具有一个输送段6，在其上要装配的衬底被输送到一个装配位置并且在装配后再运输离开这个位置。所述工作平面由定位装置1垂直于运输方向覆盖衬底4。该定位装置1包括一个支承臂7，它在其一个端部上通过一个固定轴承8而在其对置的端部上通过一个活动的支承轴承9在一个平行于衬底4运输方向的运动方向x上相对于自动装配机3的框架5移动地支承。该支承臂7也垂直于运动方向x延伸。作为定位装置1的驱动装置使用一个位于活动的支承轴承9一侧上的线性马达10。在此该线性马达10的转子11和线性马达10的定子12以与框架微小的间距位于自动装配机3的框架5上。此外装配头2位于支承臂7上，该装配头可以通过一个自身的驱动装置(未示出)在支承臂7的延伸轴线方向y、即与支承臂7的运动方向x垂直的方向上移动。
所述定位装置1的活动的支承轴承9由至少一个位于支承臂7上的支承轮13(未示出这个实施例)组成，它沿着一个在自动装配机3的框架5上构成的导引面14支承。该支承轮13的滚动方向对准支承臂7的运动方向x。在只使用一个支承轮13作为活动轴承9时，这个支承轮最好以支承臂7的中性状态、即在运动方向x的中间设置在支承臂7上。为了防止支承臂7在运动方向x上倾翻，在这种情况下可以在运动方向x上在单个的支承轮13的前面和后面设有空气轴承或滑动轴承。
在本实施例中具有两个支承轮13。在此所述支承轮13在运动方向前后地设置并且其滚动方向沿着支承臂7的运动方向x。在这种情况下可以放弃起稳定作用的空气轴承或滑动轴承。所述支承轴承9的导引面14设计成平行于支承臂7的运动方向且倾斜于一个通过支承臂7的运动方向和延伸轴线展开的平面。所述线性马达10的移动面在这个实施例中同样倾斜于由支承臂7的运动方向和延伸轴线展开的平面。在转子11和定子12之间产生的磁牵引力FM起作用，使支承臂7通过一个垂直于支承轴承9的导引面14的作用力FL牵引。换言之，设置线性马达10，通过磁牵引力FM使垂直于支承轴承9的导引面14方向的作用力FL作用于支承臂7。这个由永久磁铁产生的作用力一般在数千牛顿(kN)的范围中变化。通过这个附加的在倾斜的支承轴承9导引面14上的支承力实现横向于运动方向x、即在支承臂7延伸轴线方向上的定位装置1的支承。该定位装置1的这种稳定性正好起到在线性马达10快速加速或者突然制动时明显减少支承臂7在运动方向x上弹性弯曲和振动的作用。由此可以在装配过程期间更快速且特别精确地调节相应的装配位置。按照本发明的定位装置1的另一优点是，倾斜的支承轴承9的导引面允许支承臂7在延伸轴线方向上的热变形。因此可以使支承臂7例如在加热时在其延伸轴线方向上膨胀，因为可以使所述支承轮13沿着支承轴承9的导引面14向上移动。由此不产生热的材料应力或者轴承的歪斜。此外所述支承臂7通过磁力在其延伸轴线方向上预紧，由此接受来自对置的固定轴承8的间隙。由此进一步提高定位精度。如同由图1的侧视图所表示的那样，所述固定轴承8也以与活动轴承类似的方式设计成平行于运动方向且倾斜于一个由支承臂7的运动方向和延伸轴线展开的平面。这对该系统带来附加的刚性。如同借助于图2看到的那样，所述支承臂7在轴承部位加宽。由此提高刚性，明显减少在制动和加速时的扭转倾向。
如上述实施例所表示的那样，本发明基于这个原理，所述定位装置1具有用于产生一个作用于支承臂7上的作用力(在本实施例中为磁力FM)的机构(在本实施例中为线性马达10)，由此使一个作用力(在这种情况下为作用力FL)在活动的支承轴承9的导引面14的方向上作用于支承臂7上并且使支承臂在支承轴承9的导引面14上牵引或顶压。这在上述实施例的情况下也意味着，所述线性马达10的移动面也不一定非得处于倾斜，而是只要能够使作用于定子2与转子11之间的磁力FM的至少一个分力使支承臂7牵引到支承轴承9的导引面14上。由此实现上述的侧向支承效应。但是在此要注意，在这种情况下当支承轴承9的移动面和导引面14平行设置的时候才达到最大的支承力。平行度偏差越大，使支承臂7牵引到导引面14上的磁力FM分力就越小。
尽管在上述实施例中所述定位装置1的驱动装置是线性马达10，它通过起作用的磁力FM同时承担用于产生作用于支承臂7上的轴承力FL的机构的功能，但是也可以想到本发明的其它实施例。因此所述定位装置1的驱动装置也可以通过皮带驱动装置或者螺杆驱动装置实现，其中在这些情况下必需单独具有用于产生作用于支承臂7上的支承力的机构。对于这种机构例如可以是一个相应地位于支承臂7上的永久磁铁15(如图3所示)，它以与位于框架5上的铁磁板的微小间距处于交互作用。另一用于产生作用于支承臂7上的作用力的方法是，也可以在支承臂7上安置一个永磁的抽吸装置(反向的空气轴承)，它使支承臂7对应于本发明的工作原理在支承轴承9的导引面14方向上牵引或顶压。还要指出，代替滚动轴承也可以由空气轴承构成活动的支承轴承9。通过空气轴承的无摩擦性使定位装置1获得其它优点。
对于在图1和2中所示的定位装置1的实施例，所述线性马达10位于支承臂7一侧上，活动的支承轴承9也位于该支承臂上。这个结构形式的优点是，有利于使作用力在支承轴承9的导引面14方向上一起传递到支承臂7上。但是从在图3中所示的第二实施例可以看到，所述线性马达10或用于产生作用于支承臂上的作用力的机构原则上也可以位于固定轴承8一侧上。在这种情况下所述线性马达10在支承臂7的延伸轴线方向上位于固定轴承8与对置的活动支承轴承9之间。由此保证，通过线性马达10存在的磁力FM作用于支承臂7上，使得在支承臂7上得到一个垂直于支承轴承9的导引面14方向上的附加轴承力FL，即，所述支承臂通过一个附加轴承力FL在支承轴承一侧上加载。为了加强由此起作用的侧向支承力，可以在支承轴承9的一侧上具有附加的永久磁铁15或者相应的永磁装置。

Claims (4)

1.一种定位装置(1)，尤其用于以电子元件装配衬底(4)的自动装配机(3)的装配头(2)，该定位装置具有一个支承臂(7)，它通过一个驱动装置可以在一个运动方向上相对于定位装备的框架(5)移动并且垂直于运动方向，其特征在于，所述支承臂(7)在其一个端部处通过一个固定轴承(8)并且在另一对置的端部处通过一个活动的支承轴承(9)在运动方向上可移动地支承，其中该支承臂(7)支承在支承轴承(9)的一个导引面(14)上，该导引面平行于运动方向且倾斜于一个通过支承臂(7)的运动方向和延伸轴线展开的表面延伸，该定位装置具有一个用于产生作用于支承臂(7)上的作用力的机构，使得该支承臂(7)在支承轴承(9)侧面上通过一个附加的轴承力垂直于支承轴承(9)的导引面(14)加载。
2.如权利要求1所述的定位装置(1)，其特征在于，驱动装置是线性马达(10)，其中设置一个位于支承臂(7)上的线性马达(10)的转子(11)和一个位于框架(5)上的线性马达(10)的定子(12)，使得在转子(11)与定子(12)之间产生的磁性力作用于支承臂(7)上，使得该支承臂(7)在支承轴承(9)侧面上通过一个附加的轴承力垂直于支承轴承(9)的导引面(14)加载。
3.如权利要求2所述的定位装置(1)，其特征在于，所述线性马达(10)的转子(11)位于支承臂(7)所述活动支承轴承(9)所在的端部上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的定位装置(1)，其特征在于，所述固定轴承(8)设计成平行于运动方向且倾斜于一个由支承臂(7)的运动方向和延伸轴线展开的表面。
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