DD244939B1

DD244939B1 - Vorrichtung zur relativpositionierung zwischen wirkstueck, werkzeug und messsonde

Info

Publication number: DD244939B1
Application number: DD28512285A
Authority: DD
Inventors: Bernd-Uwe Zehner; Wolfgang Heinrich; Klaus Roth; Reiner Kupferschmidt
Original assignee: Geraberg Thermometer
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1988-06-29
Also published as: BG49086A1; FR2591924A1; DE3639461C2; DE3639461A1; CS269789B1; CS889786A1; DD244939A1; CH672276A5; HUT45712A

Description

Relativpositiomerung zwischen Werkstuck und Werkzeug und zwischen Werkstuck und Meßsonden, wird durch folgende Schritte deutlich, welche nacheinander ausgeführt und bezüglich weiterer Meßflachen auf dem Werkstuck wiederholt werden

— Haltern der Meßsondenaufnahme mit den Meßsonden in einer gegenüber dem auf der Ebene B des Positioniersystems fixierten Werkstuck definierten Lage bezüglich der Koordinaten χ und у des Positioniersystems mittels der auf der Ebene A oder am Gestell angeordneten Haltevorrichtung in einer weiteren Koordinate K unter Sicherung von Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme und Werkstuck

— Gegenüberstellen der Meßflachen des Werkstuckes zu den Meßsonden bezüglich der Koordinate K mittels Positioniersystem

— Loslosen der Meßsondenaufnahme von der auf der Ebene A oder am Gestell angeordneten Haltevorrichtungen unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes in der Koordinate K

— Haltern der Meßsondenaufnahme mittels der auf der Ebene B angeordneten Haltevorrichtung in der Koordinate K unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes

— Messen von Werkstuckparametern mittels Meßsonden unter gleichzeitigem Relativbewegen von Werkstuck und Meßsondenaufnahme bezüglich des Werkzeuges mittels Positioniersystem und Verandern der Werkstuckparameter durch das Werkzeug

— Loslosen der Meßsondenaufnahme von der auf der Ebene B angeordneten Haltevorrichtung unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden zu den Meßflachen des Werkstuckes in der Koordinate K

Durch die erfindungsgemaße Losung wird erreicht, daß

— alle Positioniervorgange mit nur einem Positioniersystem, das je Koordinate einen Antrieb aufweist, durchgeführt werden können,

— die Anzahl der Baugruppen und Justierstellen minimiert ist,

— eine hohe Genauigkeit und Wegauflosung der Relativpositionierung gesichert ist,

— die Positionieraufgaben mit gleicher, hoher Genauigkeit und Auflosung durchgeführt werden können

— und die Zahl der Meßsonden kleiner als die Zahl der Meßflachen auf dem Werkstuck sein kann

Insgesamt werden dadurch Produktionsausrustungen und Produktionszeit eingespart und die Qualität der zu bearbeitenden Werkstucke wesentlich verbessert

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Hinzuziehung einer Zeichnung erläutert Die Zeichnung zeigt

Fig 1 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zweikoordinatenpositioniersystems mit nur einer, aber in zwei Koordinaten χ und у beweglichen Ebene, der Ebene B, und einer bezuglich des Werkstuckes in der x- und y-Koordinate

positionierbaren Meßsondenaufnahme Fig 2 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zwei koord ι natenpositoniersy stems mit zwei beweglichen Ebenen A und

Bund einer bezuglich des Werkstuckes nur in der y-Koordinate positionierbaren Meßsondenaufnahme Fig 3 Führungselement auf der Ebene B Fig 4 Führungselement auf der Ebene A Fig 5 Prinzip der Vorrichtung unter Verwendung eines Zweikoordinatenpositioniersystems mit zwei beweglichen Ebenen A und B und einer bezuglich des Werkstuckes in der x- und y-Koordinate positionierbaren Meßsondenaufnahme

Nach Fig 1 wird ein an sich bekanntes, frei programmierbares Zweikoordinatenpositioniersystem, welches aus einem Gestell 1 und einer relativ zum Gestell 1 in den Koordinaten χ und у beweglichen und pro Koordinate mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene B2 besteht, verwendet

Auf der Ebene B 2 und am Gestell 1 sind als Elektromagnete ausgebildete steuerbare Haltevorrichtungen 4 sich in der Koordinate K gegenüberstehend fest angeordnet

Zwischen den Haltevorrichtungen 4 befindet sich die Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6, den Halteflachen 7 und den Meßsignalleitungen 8

Das Werkstuck 9 mit den Meßflachen 10 ist auf der Ebene B2 fixiert Das Werkzeug 11 ist auf das Werkstuck 9 gerichtet Die Zahl der Meßsonden 6 ist kleiner als die Zahl der Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 Um mittels der erfmdungsgemaßen Vorrichtung nach Fig 1 die beiden erforderlichen Relativpositionierungen, und zwar die Relativbewegung zwischen Werkstuck 9 und Werkzeug 11 und die Relativbewegung zwischen Werkstuck 9 und der Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6, zu realisieren, werden folgende Schritte nacheinander abgearbeitet und so oft wiederholt, bis alle Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 mit den Meßsonden 6 erfaßt und alle erforderlichen Bearbeitungsvorgange durch das Werkzeug 11 erfolgt sind

— Haltern der Meßsondenaufnahme 5 mit den Meßsonden 6 in einer gegenüber dem auf der Ebene B2 des Positioniersystems fixierten Werkstuck 9 definierten Lage bezuglich der Koordinaten χ und у des Positioniersystems mittels der am Gestell 1 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K unter Sicherung von Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme 5 und Werkstuck 9, wobei die Koordinate K die Wi rkungsl mieder von den Halte vorrichtung en 4 auf die Halteflachen 7 der Meßsondenaufnahme 5 ausgeübten Kraft bezeichnet und Relativbewegungsmoglichkeiten zwischen Meßsondenaufnahme 5 und Werkstuck 9 in den Koordinaten χ und у des Positioniersystems dadurch gegeben sind, daß der Abstand zwischen den Halteflachen 7 der Meßsondenaufnahme 5 in der Koordinate K nach Art einerSpielpassung kleiner als der Abstand zwischen den aufderEbene B2undam Gestell 1 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K ist

— Gegenüberstellender Meßflachen 10 des Werkstuckes 9 zu den Meßsonden 6 bezuglich der Koordinate K durch Bewegender Ebene B2 des Positioniersystems

— Loslosen der Meßsondenaufnahme 5 von den am Gestell angeordneten Haltevorrichtungen 4 unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9, wobei das Gegenüberstehen insbesondere durch Stillstand des Positioniersystems wahrend des Loslosens und geringe Schalt bzw Ansprechzeiten der als Elektromagnete ausgebildeten Haltevorrichtungen 4 gesichert ist

— Haltern der Meßsondenaufnahme 5 mittels der auf der Ebene B2 angeordneten Haltevorrichtungen 4 in der Koordinate K unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9

— Messen von Werkstuckparametern mittels Meßsonden 6 und Liefern von Informationen an Empfanger über Meßsignalleitungen 8 unter gleichzeitigem Relativbewegen von Werkstuck 9 und Meßsondenaufnahme 5 bezüglich eines als Laserstrahl ausgebildeten Werkzeuges 11 unter Zuhilfenahme der beweglichen Ebene B2 des Positioniersystems und Verandern der Werkstuckparameter durch das Werkzeug 11

— Loslosen der Meßsondenaufnahme 5vondenaufderEbeneB2 angeordneten Haltevorrichtungen 4 unter Sicherung des Gegenuberstehens der Meßsonden 6 zu den Meßflachen 10 des Werkstuckes 9 in der Koordinate K

Nach Fig 2 kommt ein Zweikoordmatenpositramersystem mit zwei beweglichen Ebenen zur Anwendung, welches aus einem Gestell 1, einer, relativ zum Gestell 1 in der x-Koordmate beweglichen und mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene A12 und einer auf der Ebene A12 in dery-Koordinate beweglichen und mit einem Antrieb 3 versehenen Ebene B 13 besteht In Verbindung mit weiteren gemäß Fig 1 bezeichneten Teilen und bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß den unter Fig 1 bezeichneten Schritten besteht die Besonderheit dieser Anordnung darin, daß die Meßsondenauf nah me 5 relativ zum Werkstuck 9 nur in der Koordinate у positioniert werden kann

Das ist vorteilhaft, wenn die Zahl der erforderlichen Meßsonden 6derZahlder Meßflachen 10 auf dem Werkstuck 9 in der x-Koordinate entspricht

Nach Fig 3 sind auf den Haltevorrichtungen 4, die auf der Ebene B 13 fest angeordnet sind, Führungselemente 14 fest angebracht, um bei einer Anordnung nach Fig 2 Relativbewegungen der Meßsondenaufnahme 5 zur Ebene B13 in der χ Koordinate zu verhindern Figur 4 zeigt eine Anordnung von Fuhrungselementen 14 auf Haltevorrichtungen 4, weiche aufderEbeneA12 fest angeordnet sind Diese Anordnung wirkt in gleicher Weise wie in Fig 3

Figur5 stellt eine Ausfuhrung der Vorrichtung mit einem Zweikoordinatenpositioniersystem mit zwei beweglichen Ebenen dar, wobei Haltevorrichtungen 4 am Gestell 1 undaufder Ebene B 13 angeordnet sind Wie nach Fig 1, wird hier die Meßsondenaufnahme 5 relativ zum Werkstuck 9 in den Koordmanten χ und у positioniert Die erfindungsgemaße Vorrichtung wurde zur Herstellung von 100-Ohm-Platintemperaturmeßwiderstanden genutzt Um in die Platinschicht der auf einem Keramiksubstrat angeordneten Widerstände maanderformige Spuren einzubringen und damit einen temperaturabhangigen elektrischen Widerstand zu realisieren, ist das Substrat mit der Abmessung 100mm χ 60mm χ 0,8mm auf dem in 4 Reihen je 32 Wide rsta π de der Abmessung 3 mm χ 15 mm hergestellt werden sollen, mittels dererfmdungsgemaßen Vorrichtung abtragend bearbeitet worden

Die einzelnen Widerstände wurden dabei mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung durch eine Berandung voneinander abgegrenzt, wobei keine Widerstandsmessung erfolgte

Wahrend des Einbringens der Mäander bzw wahrend des Widerstandsabgleiches wurde der Widerstand gemessen Die abtragende Bearbeitung wurde durch einen auf 25μπι Durchmesser fokussierten Strahl eines Nd YAG-Lasers vorgenommen Die Meßsondenaufnahme 5 trug reihenformig angeordnet 64 Meßsonden 6 (2 Meßsonden je Widerstand) Die Meßsonden 6 waren als Kontaktspitzen ausgebildet und wahrend der Relativpositionierung zum Substrat in einem Abstand von 0,5mm angeordnet

Die Meßsondenaufnahme 5 wurde mit Hilfe der erfindungsgemaßen Vorrichtung nach den oben bezeichneten Schritten ausgehend von einer definierten Ausgangslageso positioniert, daß die 64 Meßsonden 5 nacheinander den Meßflachen 10 der Widerstände aller Reihen gegenüberstanden

Mit dem Ausfuhrungsbeispiel war es unter anderem möglich, alle Positioniervorgange mit nur einem Positioniersystem, welches eine Auflosung von 0,25цт je Koordinate und nur einen Antrieb je Koordinate besaß, zu realisieren Relativ zu einem Gestell 1 führten nur zwei Ebenen (Fig 2 und 5) Relativbewegungen aus Die Zahl der Meßpunkte auf dem Substrat war um den Faktor 4 großer als die Zahl der Meßsondenpaare Die Relativbewegung des Werkstuckes 9 zum Laserstrahl erfolgte am Ort der Wirkstelle, damit wurden Änderungen des Fokusdurchmessers vermieden

Gegenüber herkömmlichen Losungen wurden ein Positioniersystem eingespart, die Zahl der pro Substrat bearbeitbaren Widerstände, die Positioniergenauigkeit, die Qualltat des Erzeugnisses und die Arbeitsproduktivität etwa um einen Faktor 5 erhöht

Claims

1 Vorrichtung zur Relativpositionierung zwischen Werkstuck, Werkzeug und Meßsonden, unter Verwendung eines frei programmierbaren Zwei koordinaten position lersystems, weichesaus einem Gestell und relativ zum Gestell beweglichen und mit Antrieben versehenen Ebenen A und/oder B besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ebene B (2,13) und am Gestell (1) oder auf der Ebene B(13)undaufder Ebene A (12) steuerbare Haltevorrichtungen (4) sich in der Koordinate K gegen überstehend fest angeordnet sind, zwischen denen sich die Meßsondenaufnahme (5) mit den Halteflachen (7) befindet

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (4) als Elektromagnete ausgebildet sind

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung eignet sich zum Einsatz auf den Gebieten der Mikro beziehungsweise Prazisionsbearbeitung, insbesondere in der Elektronikindustrie bei der Herstellung von aktiven und passiven Bauelementen und Schaltkreisen

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Durch die WO-PS 8401437 ist eine als ,probe disk" bezeichnete Meßsonden aufnahme und ein Mechanismus zum Aufsetzen der Kontaktspitzen bekannt geworden Diese Losung ist dadurch nachteilbehaftet, daß nur durch ein Werkzeug Veränderungen am Werkstuck wahrend der Messungen durchgeführt werden können wenn eine zusätzliche Relativpositioniereinheit verwendet wird Relativbewegungen der Meßsondenaufnahme bezüglich des Werkstuckes in der Werkstuckebene sind nicht möglich, weil diese Positioniereinheit nur in senkrechter Richtung zum Werkstuck wirkt Damit ist die Anzahl der antastbaren Meßflachen auf dem Werkstuck begrenzt

Durch die DD-PS 200956 ist weiterhin ein Zweikoordinatenantneb vorgestellt worden Dieser Antrieb gestattet prinzipiell entweder eine Relativpositionierung der Meßsonden relativ zu Meßflachen eines Werkstuckes oder eine Relativpositionierung eines Werkzeuges zum Werkstuck

Sollen beide Aufgaben kombiniert gelost werden, ist die Verwendung zweier Positioniersysteme unumgänglich Damit ist der Stand der Technik zusammenfassend dadurch gekennzeichnet, daß zur Relativpositionierung von Meßsonden zu einem Werkstuck und eines Werkzeuges zu einem Werkstuck mindestens zwei Positioniersysteme zur Anwendung gelangen oder die Zahl der Meßsonden der Zahl der Meßflachen auf dem Werkstuck entsprechen muß

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Relativpositionierung zwischen Werkstuck, Werkzeug und Meßsonden zu schaffen, welche lediglich ein Positioniersystem verwendet damit im Vergleich zum Stand derTechnik mindestens ein Positioniersystem einspart die Positioniervorgange schnell mit gleicher und prinzipiell höchster Genauigkeit realisiert, die Zahl der Meßsonden nicht notwendigerweise der Zahl der Meßflachen auf dem Werkstuck angleicht, eine Beeinflussung des Werkstuckes durch ein Werkzeug wahrend der Meßvorgange über Meßsonden gestattet und damit Einsparungen von Produktionsmitteln und Bearbeitungszeit sowie Qualitätsverbesserungen sichert

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die erfmdungsgemaße Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Relativpositionierung zwischen Werkstuck, Werkzeug und Meßsonden, wobei nur ein Positioniersystem zur Anwendung gelangen soll, welches alle erforderlichen Relativpositionierungen mit höchstens einem Antrieb in jeder Koordinate realisiert, die Anzahl der relativ zueinander bewegten Baugruppen und damit die Zahl der Justierstellen ein Minimum darstellen, das Prinzip der Relativpositionierung zwischen Werkzeug und Werkstuck im Vergleich zu anderen Prinzipien ein Maximum an Genauigkeit und Wegauflosung zulaßt, die Positionierung der Meßsondenaufnahme mit den Meßsonden relativ zum Werkstuck mit prinzipiell gleicher Genauigkeit und Wegauflosung wie die Relativpositionierung zwischen Werkzeug und Werkstuck erfolgt und die Zahl der Meßsonden kleiner als die Zahl der Meßflachen auf dem Werkstuck sein kann

E rf ι nd u ngsgemaß gelangt eine Vorrichtung, unter Verwendung eines frei programmierbaren Positioniersystems, vorzugsweise eines Zweikoordinatenpositioniersystems, welches aus einem Gestell und relativ zum Gestell beweglichen und mit jeweils einem Antrieb pro Koordinate χ und у versehenen Ebenen A und/oder B besteht, zum Einsatz, wobei auf der Ebene B und am Gestell oder auf der Ebene B und auf der Ebene A steuerbare Haltevorrichtungen sich in einer weiteren Koordinate K bezüglich der Koordinaten χ und у des Positioniersystems gegenüberstehend fest angeordnet sind, zwischen denen sich eine Meßsondenaufnahme mit Halteflachen befindet

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Haltevorrichtungen als Elektromagnete ausgebildet sind Die Wirkungsweise der Vorrichtung bei der Realisierung der beiden Relativpositioniervorgange, und zwar der