DE102004042355A1

DE102004042355A1 - Positioniervorrichtung

Info

Publication number: DE102004042355A1
Application number: DE200410042355
Authority: DE
Inventors: Mohammad Mehdianpour
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: CN100479639C; EP1785021A1; WO2006024605A1; CN1899007A; JP4204617B2; JP2007514295A; DE102004042355B4

Abstract

Bei einer Positioniervorrichtung (1), insbesondere für einen Bestückkopf (2) eines Bestückautomaten (3) zum Bestücken von Substraten (4) mit elektrischen Bauelementen, mit einem Trägerarm (7), der mittels eines Antriebs in einer Bewegungsrichtung gegenüber einem Chassis (5) der Positioniereinrichtung verfahrbar ist und sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckt, ist der Trägerarm (7) im Bereich eines seiner Enden durch ein Festlager (8) und im Bereich eines gegenüberliegenden Endes durch ein loses Stützlager (9) in der Bewegungsrichtung verfahrbar gelagert, wobei sich der Trägerarm (7) auf einer Führungsfläche (14) des Stützlagers (9) abstützt, welche sich parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms (7) aufgespannte Fläche erstreckt, und ein Mittel zur Erzeugung einer auf den Trägerarm (7) wirkenden Kraft derart vorgesehen ist, dass der Trägerarm (7) auf Seiten des Stützlagers (9) mit einer zusätzlichen Lagerkraft senkrecht zur Führungsfläche (14) des Stützlagers (9) belastet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, insbesondere für einen Bestückkopf eines Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen.

Eine aus WO 99/44407 bekannte Positioniervorrichtung umfasst einen Trägerarm, der entlang einer Linearführung verschiebbar geführt ist. Während der Trägerarm an einem Ende durch ein Festlager gelagert ist, ist an seinem gegenüberliegenden Ende der Läufer eines Linearmotors befestigt, welcher von einem am Chassis der Positioniervorrichtung befestigten, U-förmig ausgebildeten Stator des Linearmotors umgriffen wird. Zusätzlich ist auf Seiten des Linearmotors eine Führungsschiene am Chassis angebracht, die von am Trägerarm angebrachten Führungsrollen oben und unten umgriffen wird. Die Positioniervorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass es beim starken Beschleunigen und Abbremsen im Trägerarm zu elastischen Verformungen des Trägerarms in Bewegungsrichtung kommt, so dass eine exakte Positionierung erst nach hinreichendem Abklingen der Schwingungen des Trägerarm sichergestellt werden kann. Auch das Spiel im Festlager verursacht Ungenauigkeiten in der Positionierung.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Positioniervorrichtung zu liefern, bei der die gewünschte Position schnell und exakt angefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Positioniervorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Trägerarm der Positioniervorrichtung an einem Ende durch ein Festlager und am gegenüberliegenden Ende durch ein loses Stützlager in einer Bewegungsrichtung des Trägerarms verfahrbar gelagert. Auf Seiten des Loslagers stützt sich der Trägerarm auf einer Führungsfläche ab, die parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms aufgespannte Fläche ausgebildet ist. Des Weiteren sind Mittel zur Erzeugung einer auf den Trägerarm wirkenden Kraft derart vorgesehen, dass der Trägerarm auf Seiten des Stützlagers mit einer zusätzlichen Lagerkraft senkrecht zur Führungsfläche des Stützlagers belastet ist. Der Begriff „zusätzlichen Lagerkraft" ist dabei so zu verstehen, dass diese Lagerkraft zusätzlich zu der durch die Gewichtskraft des Lagerarms hervorgerufene Lagerkraft auf den Trägerarm wirkt. Der Trägerarm erfährt also eine Kraftwirkung in Richtung auf die Führungsfläche und wird dadurch auf diese gezogen bzw. gedrückt. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile. Zum einen ist der Trägerarm in Richtung seiner Erstreckungsachse vorgespannt. Dadurch wird ein eventuell vorhandenes Spiel aus dem gegenüberliegenden Festlager genommen, was die Positioniergenauigkeiten erhöht. Zum anderen erlaubt die schräge Ausführung der Führungsfläche des losen Stützlagers eine thermische Ausdehnung des Trägerarms. Thermische Materialspannung im Trägerarm oder ein Verkanten des Trägerarms in den Lagern wird dadurch vermieden. Des weiteren ergibt sich für den Trägerarm durch die Schräge der Führungsfläche nicht nur eine vertikale sondern vor allem auch eine gute seitliche Abstützung, wobei die Stützwirkung durch die von dem oben genannten Mittel erzeugten Kraft erheblich verstärkt wird. Durch diese seitliche Abstützung werden elastische Verformungen des Trägerarms bzw. ein Verbiegen des Trägerarms in der Bewegungsrichtung, was insbesondere beim starken Beschleunigen oder Abbremsen des Trägerarms auftritt, erheblich reduziert. Die gewünschte Position kann mit der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung deshalb schnell und präzise angefahren werden.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung nach Anspruch 2 wird der Trägerarm durch einen Linearmotor angetrieben, dessen Läufer und Stator derart angeord net sind, dass der Linearmotor gleichzeitig die Funktion des Antriebs und des Mittels zur Erzeugung der auf den Trägerarm wirkenden Kraft übernimmt. Dadurch können sowohl die hohe Positionier-Genauigkeit eines Linearmotors und die starke zwischen dem Stator und dem Läufer wirkende Magnetkraft ausgenützt werden.

Wird gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 3 der Läufer des Linearmotors an dem Ende des Trägerarms vorgesehen, an dem sich das lose Stützlager befindet, so ist die auf den Trägerarm wirkende, senkrecht zur Führungsfläche gerichtete Kraft und dadurch die seitliche Abstützung des Trägerarms besonders stark.

Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung kann gemäß Anspruch 4 auch dahingehend ausgestaltet werden, dass das Festlager parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms aufgespannte Fläche ausgerichtet ist. Dadurch kann die Steifigkeit und die Stabilität des Trägerarms weiter gesteigert werden.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, wobei
1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung in der Bewegungsrichtung des Trägerarms,
2 eine Draufsicht des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung, und
3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung darstellen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 1 ist in den 1 und 2 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Positioniervorrichtung 1 für einen Bestückkopf 2 eines Bestückautomaten 3, wie er zum Bestücken von Substraten 4 mit elektrischen Bauelementen eingesetzt wird. Der Bestückautomat 3 verfügt über ein Chassis 5, auf dessen Oberseite eine Arbeitsebene ausgebildet ist. In einem zentralen Teil der Arbeitsebene ist eine Transportstrecke 6 vorgesehen, auf der zu bestückende Substrate 4 zu einer Bestückposition transportiert und nach dem Bestücken von dieser wieder weg transportiert werden können. Die Arbeitsebene wird von der Positioniervorrichtung 1 quer zur Transportrichtung der Substrate 4 überspannt. Die Positioniervorrichtung 1 umfasst einen Trägerarm 7, welcher an einem seiner Enden durch ein Festlager 8 und an seinem gegenüberliegenden Ende durch ein loses Stützlager 9 in einer zur Transportrichtung der Substrate 4 parallelen Bewegungsrichtung x gegenüber dem Chassis 5 des Bestückautomaten 3 verschiebbar gelagert ist. Der Trägerarm 7 erstreckt sich also quer zur Bewegungsrichtung x. Als Antrieb für die Positioniervorrichtung 1 dient ein auf Seiten des losen Stützlagers 9 vorgesehener Linearmotor 10. Dabei ist der Läufer 11 des Linearmotors 10 am Trägerarm 7 und der Stator 12 des Linearmotors 10 in geringem Abstand dazu am Chassis 5 des Bestückautomaten 3 vorgesehen. Des Weiteren befindet sich am Trägerarm 7 der Bestückkopf 2, der mittels eines eigenen Antriebs (nicht dargestellt) in Richtung y der Erstreckungsachse des Trägerarms 7, d. h. quer zur Bewegungsrichtung x des Trägerarms 7, verfahrbar ist.
Das lose Stützlager 9 der Positioniervorrichtung 1 besteht aus mindestens zwei am Trägerarm 7 vorgesehenen Stützrollen 13 (in 2 gestrichelt dargestellt), die sich entlang einer am Chassis 5 des Bestückautomaten 3 ausgebildeten Führungsfläche 14 abstützen. Die Stützrollen 13 sind dabei in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet und ihre Abrollrichtung ist in der Bewegungsrichtung des Trägerarms 7 orientiert. Die Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 ist parallel zur Bewegungsrichtung des Trägerarms 7 und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms 7 aufgespannte Fläche ausgebildet. Die Lauffläche des Linearmotors 10 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls schräg zu der durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms 7 aufgespannten Fläche. Die zwischen dem Läufer 11 und dem Stator 12 herrschende magnetische Anziehungskraft F_M bewirkt, dass der Trägerarm 7 mit einer Kraft F_L senkrecht in Richtung zur Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 gezogen wird. Mit anderen Worten, der Linearmotor 10 ist so angeordnet, dass durch die magnetische Anziehungskraft F_M auf den Trägerarm 7 die Kraft F_L senkrecht in Richtung zur Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 wirkt. Diese durch den Permanentmagneten erzeugte Kraft bewegt sich im Allgemeinen im Bereich mehrerer Kilo-Newton (kN). Durch diese zusätzliche Stützkraft auf die schräge Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 wird eine seitlich zur Bewegungsrichtung x, d. h. in Richtung der Erstreckungsachse des Trägerarms 7, gerichtete Abstützung der Positioniervorrichtung 1 erreicht. Diese Stabilisierung der Positioniervorrichtung 1 bewirkt, dass gerade beim schnellen Beschleunigen oder abrupten Abbremsen des Linearmotors 10 elastische Verbiegungen bzw. Schwingungen des Trägerarms 7 in Richtung der Bewegungsrichtung x in erheblichem Maße reduziert werden. Somit können während des Bestückvorganges die entsprechenden Bestückungspositionen schneller und äußerst präzise eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 1 ist, dass die schräge Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 thermische Verformungen des Trägerarms 7 in Richtung der Erstreckungsachse zulässt. So kann sich der Trägerarm 7, z.B. bei einer Erwärmung, in Richtung seiner Erstreckungsachse ausdehnen, da sich die Stützrollen 13 entlang der Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 nach oben bewegen können. Thermische Materialspannungen oder eine Verkantung der Lager treten somit nicht auf. Weiterhin ist der Trägerarm 7 durch die Magnetkraft in Richtung seiner Erstreckungsachse vorgespannt, so dass das Spiel aus dem gegenüber liegenden Festla ger 8 genommen wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Steigerung der Positioniergenauigkeit. Wie aus der Seitenansicht der 1 hervorgeht, ist auch das Festlager 8 in ähnlicher Weise wie das Loslager parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms 7 aufgespannte Fläche ausgebildet. Dies bringt zusätzliche Steifigkeit in das System. Wie anhand von 2 zu erkennen ist, ist der Trägerarm 7 im Bereich der Lager verbreitert ausgebildet. Dadurch erhöht sich die Steifigkeit, und die Torsionsneigung beim Abbremsen und Beschleunigen wird erheblich reduziert.
Wie aus dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hervorgeht, liegt der vorliegenden Erfindung das Prinzip zugrunde, dass die Positioniervorrichtung 1 über Mittel (im Ausführungsbeispiel der Linearmotor 10) zur Erzeugung einer auf den Trägerarm 7 wirkenden Kraft (im Ausführungsbeispiel die Magnetkraft F_M) verfügt, so dass auf den Trägerarm 7 eine Kraft (in diesem Fall die Kraft F_L) in Richtung auf die Führungsfläche 14 des losen Stützlagers 9 wirkt und der Trägerarm auf die Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 gezogen oder gedrückt wird. Im Falle des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels bedeutet dies auch, dass die Lauffläche des Linearmotors 10 nicht unbedingt schräg gestellt werden muss, sondern dass es nur darauf ankommt, dass zumindest eine Komponente der zwischen dem Stator 12 und dem Läufer 11 wirkenden Magnetkraft F_M den Trägerarm 7 auf die Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 zieht. So kann der oben beschriebene seitliche Stützeffekt erzielt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass in diesem Fall die größte Stützkraft dann erreicht wird, wenn die Lauffläche und die Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 parallel angeordnet sind. Je größer die Abweichung von der Parallelität ist, umso kleiner ist die Komponente der Magnetkraft F_M, die den Trägerarm 7 auf die Führungsfläche 14 zieht.
Auch wenn in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Antrieb der Positioniervorrichtung 1 als Linearmotor 10 aus gebildet ist, welcher durch die wirkende Magnetkraft F_M gleichzeitig die Funktion des Mittels zur Erzeugung der auf den Trägerarm 7 wirkenden Stützkraft F_L übernimmt, sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung vorstellbar. So kann der Antrieb der Positioniervorrichtung 1 auch durch einen Riemenantrieb oder einen Spindelantrieb realisiert werden, wobei in diesen Fällen das Mittel zur Erzeugung der auf dem Trägerarm 7 wirkenden Stützkraft separat vorgesehen werden müssen. Bei diesem Mittel kann es sich dann beispielsweise um eine am Trägerarm 7 entsprechend vorgesehenen Permanentmagneten 15 (wie in 3 dargestellt) handeln, welcher in geringem Abstand mit am Chassis 5 vorgesehenen ferromagnetischen Platten in Wechselwirkung steht. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der auf den Trägerarm 7 wirkenden Kraft wäre auch das Anbringen einer pneumatischen Saugvorrichtung (umgekehrtes Luftlager) am Trägerarm 7, welche den Trägerarm 7 entsprechend dem erfindungsgemäßen Wirkprinzip in Richtung auf die Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 zieht bzw. drückt. Zu erwähnen wäre auch noch, dass das lose Stützlager 9 anstatt eines Rollenlagers auch als Luftlager realisiert werden kann. Durch die Reibungsfreiheit des Luftlagers ergeben sich für die Positioniervorrichtung 1 weitere Vorteile.
Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Positioniervorrichtung 1 ist der Linearmotor 10 auf der Seite des Trägerarms 7 vorgesehen, an dem sich auch das lose Stützlager 9 befindet. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil einer günstigen Kraftübertragung auf den Trägerarm 7 in Richtung der Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 mit sich. Wie jedoch anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels in 3 zu sehen ist, kann der Linearmotor 10, bzw. das Mittel zur Erzeugung der auf den Trägerarm wirkenden Kraft, prinzipiell auch auf Seiten des Festlagers 8 vorgesehen sein. In diesem Fall befindet sich der Linearmotor 10 in Richtung der Erstreckungsachse des Trägerarms 7 zwischen dem Festlager 8 und dem gegenüberliegenden losen Stützlager 9. So wird gewährleistet, dass die durch den Linearmotor 10 vorhandene Magnetkraft F_M derart auf den Trägerarm 7 wirkt, dass auf den Trägerarm 7 eine zusätzliche Lagerkraft F_L senkrecht in Richtung der Führungsfläche 14 des Stützlagers 9 erfährt, d.h., dass der Trägerarm mit einer zusätzliche Lagerkraft F_L auf Seiten des Stützlagers belastet wird. Zur Verstärkung der dadurch erwirkten seitlichen Stützkraft, können auf Seiten des Stützlagers 9 zusätzlich Permanentmagnete 15 oder entsprechende pneumatische Vorrichtungen vorgesehen werden.

1: Positioniervorrichtung
2: Bestückkopf
3: Bestückautomat
4: Substrat
5: Chassis
6: Transportstrecke
7: Trägerarm
8: Festlager
9: Stützlager
10: Linearmotor
11: Läufer
12: Stator
13: Stützrollen
14: Führungsfläche
15: Permanentmagnet

Claims

Positioniervorrichtung (1), insbesondere für einen Bestückkopf (2) eines Bestückautomaten (3) zum Bestücken von Substraten (4) mit elektrischen Bauelementen, mit einem Trägerarm (7), der mittels eines Antriebs in einer Bewegungsrichtung gegenüber einem Chassis (5) der Positioniereinrichtung verfahrbar ist und sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerarm (7) im Bereich eines seiner Enden durch ein Festlager (8) und im Bereich eines gegenüberliegenden Endes durch ein loses Stützlager (9) in der Bewegungsrichtung verfahrbar gelagert ist, wobei sich der Trägerarm (7) auf einer Führungsfläche (14) des Stützlagers (9) abstützt, welche sich parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms (7) aufgespannte Fläche erstreckt, und ein Mittel zur Erzeugung einer auf den Trägerarm (7) wirkenden Kraft derart vorgesehen ist, dass der Trägerarm (7) auf Seiten des Stützlagers (9) mit einer zusätzlichen Lagerkraft senkrecht zur Führungsfläche (14) des Stützlagers (9) belastet ist.
Positioniervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb um einen Linearmotor (10) handelt, wobei ein am Trägerarm (7) vorgesehener Läufer (11) des Linearmotors (10) und ein am Chassis (5) vorgesehener Stator (12) des Linearmotors (10) derart angeordnet sind, dass die zwischen dem Läufer (11) und dem Stator (12) herrschende Magnetkraft derart auf den Trägerarm (7) wirkt, dass der Trägerarm (7) auf Seiten des Stützlagers (9) mit einer zusätzlichen Lagerkraft senkrecht zur Führungsfläche (14) des Stützlagers (9) belastet ist.
Positioniervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (11) des Linearmotors (10) an dem Ende des Trägerarms (7) vorgesehen ist, an dem sich das lose Stützlager (9) befindet.
Positioniervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (8) parallel zur Bewegungsrichtung und schräg zu einer durch die Bewegungsrichtung und die Erstreckungsachse des Trägerarms (7) aufgespannte Fläche ausgebildet ist.