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Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb.
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Die Belichtungsvorrichtung dient zur Herstellung der aus der
EP 1 052 480 B1 bekannten Maßverkörperung. Die genannte Maßverkörperung besteht aus einem Blechband aus nichtrostendem Stahl, in das eine Vielzahl von rechteckigen Ausnehmungen als Messmarkierungen eingebracht ist. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Maßverkörperung wird eine langgestreckte, dünne Platte aus Stahlblech verwendet, die beispielsweise 6000 mm lang und 200 mm breit sein kann, wobei deren Dicke beispielsweise 0,3 mm beträgt. Diese Platte besitzt aufgrund ihrer geringen Breite und Dicke eine hohe Flexibilität. Die große Länge führt in der Folge zu einer schlechten Handhabbarkeit der Platte.
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Die genannten rechteckigen Ausnehmungen werden mit einem photochemischen Ätzverfahren hergestellt. Dabei wird die dünne Platte von beiden Seiten mit Fotolack beschichtet. Anschließend wird der Fotolack mittels einer Belichtungseinrichtung belichtet. Die Belichtungseinrichtung kann eine Lichtquelle und eine Maske umfassen. Die Maske besitzt eine Vielzahl von für Licht durchlässigen und für Licht undurchlässigen Abschnitten, welche die rechteckigen Durchbrüche und die Umrandung für mehrere parallele Maßverkörperungen abbilden. In einem Arbeitsgang können damit mehrere Maßverkörperungen hergestellt werden. Es kann auch eine Laserbelichtungseinrichtung vorgesehen sein, bei der ein Laserstrahl mittels beweglicher Spiegel auf die zu belichtenden Stellen der dünnen Platte gelenkt wird.
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Nach dem Belichten wird der Fotolack mittels einer entsprechenden Entwicklerflüssigkeit entwickelt, so dass an den Stellen, an denen die rechteckigen Durchbrüche vorgesehen sind, kein Fotolack mehr vorhanden ist, während die übrigen Bereiche mit Fotolack abgedeckt sind. Die so behandelte dünne Platte wird nun so lange in eine Ätzflüssigkeit eingelegt, bis die rechteckigen Durchbrüche herausgeätzt sind.
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Zum Belichten der dünnen Platte ist eine Belichtungsvorrichtung bekannt, welche einen Belichtungstisch umfasst, der beispielsweise aus Gestein, insbesondere Granit besteht. Der Belichtungstisch besitzt eine ebene Oberfläche, die mit einer Vielzahl von Luftöffnungen versehen ist. Die Luftöffnungen sind über ein Kanalsystem in dem Belichtungstisch mit einer Vakuumquelle verbunden, so dass die dünne Platte mittels Unterdruck auf der Oberfläche des Belichtungstisches festgehalten werden kann. Weiter umfasst die Belichtungsvorrichtung eine Belichtungseinrichtung mit einem Maskenhalter, in dem die genannte Maske auswechselbar gehalten ist. Dabei ist die Maske, die im Wesentlichen in Form einer rechteckigen Glasplatte ausgeführt ist, mit geringem Abstand parallel zur Oberfläche des Belichtungstisches angeordnet. Die Glasplatte erstreckt sich dabei über die gesamte Oberfläche der dünnen Platte und etwas darüber hinaus. Die Belichtungseinrichtung umfasst weiter eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass deren Licht durch die Maske hindurch auf den Fotolack der ebenen Platte gelangen kann. Alternativ zu der dargestellten Belichtungseinrichtung ist auch eine Laserbelichtungseinrichtung bekannt.
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Der Nachteil der bekannten Belichtungsvorrichtung besteht darin, dass die sehr lange und flexible ebene Platte nur sehr umständlich von Hand gewendet werden kann, damit sie von beiden Seiten belichtet werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Überwindung dieses Nachteils.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Belichtungsvorrichtung eine Wendeeinrichtung aufweist, mit der die dünne Platte um 180° gewendet werden kann, wobei die Wendeeinrichtung die langgestreckte, dünne Platte im Wesentlichen über ihre gesamte Länge abstützen kann. Mit der Wendeeinrichtung kann die dünne Platte wesentlich einfacher gewendet werden, da sie während des Wendens im Wesentlichen über ihre gesamte Länge abgestützt werden kann. Das Wenden der Platte kann dabei von Hand unterstützt werden oder vollautomatisch geschehen. Die Platte ist im Wesentlichen über ihre gesamte Länge abgestützt, wenn zumindest mehrere punkt- oder linienförmige Abstützungen vorgesehen sind, die verteilt über die gesamte Länge der Platte angeordnet sind.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Die Wendeeinrichtung kann eine oder mehrere drehbare Wendeelemente umfassen, welche eine gemeinsame Drehachse aufweisen, die in einer Ebene mit der Oberfläche des Belichtungstisches liegt, wobei die Wendeelemente einen Schlitz aufweisen, der sich bezüglich der Drehachse radial nach außen erstreckt, wobei er außen offen ist, wobei die Breite des Schlitzes so ausgeführt ist, dass er die ebene Platte mit geringem Spiel aufnehmen kann. Diese Wendeeinrichtung ist besonders einfach aufgebaut. Die dünne Platte wird dabei mit ihrer langen Seite parallel zur Drehachse in die Belichtungsvorrichtung eingelegt. Es kann ein einziges Wendeelement vorgesehen sein, welches die ebene Platte über ihre gesamte Länge abstützt.
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Aufgrund der großen Lunge der dünnen Platte ist es aber Material sparend, wenn mehrere gesonderte Wendeelemente vorgesehen sind, die gleichmäßig verteilt über die Länge der dünnen Platte angeordnet sind. Die dünne Platte wird dabei von den einzelnen Wendeelementen jeweils im Wesentlichen linienartig abgestützt. Der Abstand zwischen den Wendeelementen muss dabei so gewählt werden, dass die dünne Platte nicht übermäßig durchhängt, wobei ein Knicken der dünnen Platte sicher ausgeschlossen sein muss. Der Antrieb der Wendeelemente erfolgt im einfachsten Fall durch eine einzige gemeinsame Antriebswelle, auf der die Wendeelemente fest montiert sind. Es ist aber auch möglich, jedes Wendeelement mit einem gesonderten Antrieb auszustatten. Genauso ist es denkbar, mehrere gesonderte Antriebswellen vorzusehen, die jeweils nur einen Teil der Wendeelemente antreiben.
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Die Wendeelemente können in Form einer Voll- oder einer Segmentkreisscheibe ausgebildet sein, damit sie besonders einfach und Material sparend herstellbar sind.
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Es kann wenigstens eine erste Lineareinheit vorgesehen sein, mit der die Drehachse der Wendeelemente senkrecht zur Oberfläche des Belichtungstisches verlagerbar ist. Die ebene Platte muss nach dem Wenden über die Wendeeinrichtung hinweg verschoben werden, damit sie wieder auf den Belichtungstisch gelangt. Mit der ersten Lineareinheit können die Wendeelemente unterhalb der ebenen Oberfläche des Belichtungstisches verfahren werden. Die dünne Platte kann somit in der Ebene der genannten Oberfläche frei verschoben werden.
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Es kann wenigstens eine zweite Lineareinheit vorgesehen sein, mit der die Drehachse der Wendeelemente parallel zur Oberfläche des Belichtungstisches verlagerbar ist. Hierdurch kann die vorstehend angesprochene Verschiebebewegung der ebenen Platte bewerkstelligt oder zumindest unterstützt werden. In der Folge weist die Belichtungsvorrichtung geringere Außenabmessungen auf.
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Es kann ein gesonderter Wendetisch mit einer ebenen Oberfläche vorgesehen sein, die in einer Ebene mit der Oberfläche des Belichtungstisches angeordnet ist und diese im Wesentlichen spaltfrei fortsetzt, wobei die Oberfläche des Wendetisches mit einer Vielzahl von Luftöffnungen versehen ist. Der Belichtungstisch aus Gestein ist sehr teuer. Man ist daher bestrebt, diesen möglichst klein auszuführen. Für das oben beschriebene Wenden der dünnen Platte benötigt man jedoch eine sehr viel größere ebene Oberfläche als zum Belichten selbst. Der gesonderte Wendetisch kann wesentlich kostengünstiger ausgeführt werden, da er nicht die hohe Genauigkeit und Verzugsfreiheit des Belichtungstisches aufweisen muss. Durch die Luftöffnungen im Wendetisch wird das Verschieben der dünnen Platte unterstützt. Insbesondere ist daran gedacht, mittels einer Luftdruckquelle ein Luftkissen unter der dünnen Platte zu erzeugen, auf dem diese während des Verschiebens im Wesentlichen reibungsfrei schwebt. Die Luftöffnungen des Belichtungstisches und des Wendetisches können dabei wahlweise an die gleiche oder an getrennte Luftquellen angeschlossen sein.
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An der Oberfläche des Belichtungstisches kann wenigstens ein Ausrichtsensor vorgesehen sein, der eine Lageabweichung zu einer auf die ebene Platte aufbelichtete Ausrichtmarkierung erkennen kann. Die Rechteckmuster auf beiden Seiten der ebenen Platte, welche die rechteckigen Durchbrüche abbilden, müssen genau deckungsgleich aufbelichtet werden, damit beim Ätzen die gewünschten rechteckigen Durchbrüche hergestellt werden. Die Relativlage zwischen Maske und Ausrichtsensor wird durch die Belichtungsvorrichtung fest vorgegeben. Weiter wird die Relativlage zwischen dem Rechteckmuster auf der Unterseite der ebenen Platte und der Ausrichtmarkierung durch die entsprechende Maske fest vorgegeben. Damit kann durch den Ausrichtsensor die genaue Ausrichtung zwischen dem Rechteckmuster auf der Unterseite der dünnen Platte und der Maske für das Rechteckmuster auf der Oberseite der dünnen Platte sicher gewährleistet werden. Eine besonders genaue Ausrichtung kann erreicht werden, wenn mehrere Ausrichtsensoren und entsprechende Ausrichtmarkierungen verteilt über die gesamte dünne Platte vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Belichtungsanlage; und
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2a–2i grobschematische perspektivische Darstellungen der Belichtungsvorrichtung in verschiedenen Phasen des Bearbeitungsvorgangs.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Belichtungsanlage 10. Die Belichtungsanlage 10 umfasst einen Belichtungstisch 20, der im Wesentlichen in Form eines Quaders aus Granit ausgebildet ist. Der Belichtungstisch 20 besitzt eine ebene Oberfläche 21, die besonders genau hergestellt ist, wobei die langgestreckte, dünne Platte 11 vollständig auf der ebenen Oberfläche 21 aufliegen kann. In dem Belichtungstisch 20 ist ein Kanalsystem 23 vorgesehen, welches einen Luftanschluss 24 mit einer Vielzahl von Luftöffnungen 22 verbindet, welche in die Oberfläche 21 des Belichtungstisches 20 ausmünden. Der Luftanschluss 24 ist mit einer Luftquelle 15 verbunden, die wahlweise Luft aus dem Kanalsystem 23 ansaugt oder Luft unter Überdruck in das Kanalsystem 23 einspeist. Damit kann die dünne Platte 11 wahlweise an die Oberfläche 21 des Belichtungstisches 20 angesaugt oder von dieser mit einem Luftpolster abgehoben werden. Der Belichtungstisch 20 steht mit mehreren Beinen 25 auf einem festen Untergrund 16. Bei der dünnen Platte 11 handelt es sich um ein Blech aus nichtrostendem Stahl, welches von beiden Seiten mit Fotolack beschichtet ist. Die dünne Platte kann beispielsweise die Abmessungen 6000 mm × 200 mm × 0,3 mm aufweisen.
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Weiter ist ein Wendetisch 30 vorgesehen, der eine ebene Oberfläche 31 aufweist, die in einer Ebene mit der Oberfläche 21 des Belichtungstisches 20 liegt, wobei sie spaltfrei in diese übergeht. Der Wendetisch 30 kann wahlweise aus Aluminium, Stahl oder Gusseisen hergestellt sein. Er ist ebenfalls mit einem Kanalsystem 33 ausgestattet, welches mit dem Kanalsystem 23 des Belichtungstisches 20 in Verbindung steht, wobei zwischen beiden Kanalsystemen 23; 33 ein Absperrventil vorgesehen sein kann. An das Kanalssystem 33 des Wendetisches 30 ist ebenfalls eine Vielzahl von dünnen Luftöffnungen 32 angeschlossen, so dass dort hinsichtlich des Luftein- und Austritts vergleichbare Bedingungen herrschen wie am Belichtungstisch 20. Der Wendetisch 30 steht ebenfalls mit mehreren Beinen 35 auf dem festen Untergrund 16.
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Der Wendetisch
30 ist mit mehreren Ausnehmungen
34 versehen, in denen jeweils ein Wendeelement
41 in Form einer Vollkreisscheibe angeordnet ist. Die Wendeelemente
41 sind dabei beispielsweise im Abstand von 300 mm entlang der gesamten Länge der dünnen Platte
11 angeordnet, die beispielsweise 6000 mm lang ist. Die Wendeelemente
41 sind bezüglich einer gemeinsamen Drehachse
44 drehbar gelagert, die in einer Ebene mit der Oberfläche
21;
31 des Belichtungs- bzw. des Wendetisches
20;
30 angeordnet ist. Alle Wendelelemente
41 sind fest auf einer gemeinsamen Welle
44 montiert, welche über mehrere Radialwälzlager drehbar gelagert ist. Die Radialwälzlager sind dabei jeweils an dem linearbeweglichen Tischteil
46 einer ersten Lineareinheit
45 befestigt, die beispielsweise gemäß der
EP 0 340 751 B1 ausgeführt sein kann. Die erste Lineareinheit
45 erstreckt sich senkrecht zur Oberfläche
21;
31 des Belichtungs- bzw. des Wendetisches
20;
31, so dass die Wendeelemente
41 senkrecht zur genannten Oberfläche
21;
31 verlagert werden können.
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Die Wendeelemente 41 sind jeweils mit einem Schlitz 42 versehen, der sich bezüglich der Drehachse 44 radial nach außen erstreckt, wobei er außen offen ist. An der Einführöffnung 43 des Schlitzes 42 ist wahlweise eine Einführschräge vorgesehen, damit die dünne Platte 11 leicht in den Schlitz 42 eingeführt werden kann. Der Schlitz 42 wird dabei so nah wie möglich an die gemeinsame Welle 44 herangeführt, damit die gesamte Wendevorrichtung 40 möglichst geringe Abmessungen aufweist. Die Breite des Schlitzes 42 ist so ausgelegt, dass die dünne Platte 11 mit geringem Spiel darin aufgenommen werden kann. Die Wendeelemente 41 sind mit einer konstanten Dicke ausgeführt, die so groß gewählt ist, dass Beschädigungen der dünnen Platte 11 aufgrund übermäßiger Flächenpressung sicher ausgeschlossen sind.
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Weiter umfasst die Belichtungsvorrichtung 10 eine Belichtungseinrichtung mit einer auswechselbaren Maske 12. Die Maske 12 umfasst eine durchsichtige, ebene Glasplatte, die geschwärzte und damit Lichtundurchlässige Abschnitte aufweist, welche das gewünschte Rechteckmuster abbilden. Die Maske 12 ist mit geringem Abstand parallel zur Oberfläche 21 des Belichtungstisches 20 angeordnet. Oberhalb der Maske 12 ist eine Lichtquelle 13 angeordnet, welche im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen 14 aussendet, so dass das Muster der Maske 12 möglichst genau auf die dünne Platte 11 abgebildet wird. Es versteht sich von selbst, dass die Lichtquelle 13, die Maske 12 und die ebene Platte 11 in einem lichtdichten Gehäuse untergebracht sind, das der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Alternativ zu der dargestellten Belichtungseinrichtung kann auch eine Laserbelichtungseinrichtung vorgesehen sein.
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Hinzuweisen ist noch auf den Ausrichtsensor 26, der in den Belichtungstisch 20 eingebettet ist, so dass er mit geringem Abstand zur dünnen Platte 11 angeordnet ist. Der Ausrichtsensor 26 umfasst eine Vielzahl von CCD-Elementen, welche die Ausrichtmarkierungen auf der dünnen Platte 11 in ein digitales Bild umwandeln können, welches wiederum von einer digitalen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden kann, um die Lage der dünnen Platte 11 genau zu bestimmen.
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Die 2a bis 2i zeigen grobschematische perspektivische Darstellungen der Belichtungsvorrichtung in verschiedenen Phasen des Bearbeitungsvorgangs. Die Belichtungsvorrichtung ist dabei abstrahiert dargestellt, wobei jeweils nur der Belichtungs- und der Wendetisch 20; 30 und zwei Wendeelemente 41 gezeigt sind. Ein Luftüberdruck und ein Luftunterdruck an den Luftöffnungen ist jeweils mit Pfeilen 50; 51 angedeutet. Vom Belichtungstisch weg weisende Pfeile 51 deuten dabei einen Überdruck an, der die dünne Platte 11 mittels eines Luftpolsters von dem Belichtungs- bzw. dem Wendetisch 20; 30 abhebt. Zum Belichtungstisch hin weisende Pfeile 50 deuten einen Unterdruck an, der die dünne Platte 11 an den Belichtungstisch 20 ansaugt, so dass diese dort festgehalten wird.
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2a zeigt die erste Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der die dünne Platte 11 auf dem Belichtungstisch 20 aufliegt. An den Luftöffnungen des Belichtungstisches 20 liegt ein Unterdruck 50 an, der die dünne Platte 11 an den Belichtungstisch 20 ansaugt. In der ersten Bearbeitungsphase wird die erste Seite der dünnen Platte 11 belichtet.
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2b zeigt die zweite Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der an den Luftöffnungen des Belichtungstisches 20 ein Überdruck 51 anliegt, so dass zwischen der dünnen Platte 11 und dem Belichtungs- bzw. dem Wendetisch 20; 30 ein Luftpolster vorhanden ist. Die Drehstellung der Wendeelemente 41 ist so gewählt, dass der Schlitz zum Belichtungstisch 20 bin weist, wobei er parallel zur Oberfläche des Belichtungs- bzw. des Wendetisches 20; 30 verläuft. In der zweiten Bearbeitungsphase wird die dünne Platte 11 auf dem genannten Luftpolster zum Wendetisch 30 hin verschoben und in den Schlitz der Wendeelemente 41 eingeführt, bis sie am Grund des Schlitzes anstößt.
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2c zeigt die dritte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der alle Wendeelemente 41 synchron um 180° verdreht werden, so dass der Schlitz am Ende der dritten Phase vom Belichtungstisch 20 weg weist. Während der dritten Bearbeitungsphase kann der Überdruck 51 an den Luftöffnungen des Belichtungs- bzw. des Wendetisches 20; 30 kurzzeitig abgeschaltet werden.
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2d zeigt die vierte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der zumindest an den Luftöffnungen des Wendetisches 30 ein Überdruck 51 anliegt, so dass zwischen der dünnen Platte 11 und dem Wendetisch 30 ein Luftpolster vorhanden ist. In der vierten Bearbeitungsphase haben die Wendeelemente 41 ihre Endstellung erreicht.
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2e zeigt die fünfte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der die dünne Platte 11 auf dem genannten Luftpolster vorn Belichtungstisch 30 weg verschoben wird, bis sie nicht mehr in die Schlitze der Wendeelemente 41 eingreift.
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2f zeigt die sechste Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der die Wendeelemente 41 unter das Niveau der Oberfläche 21; 31 des Belichtungs- bzw. des Wendetisches 20; 30 abgesenkt werden. In der sechsten Phase des Bearbeitungsvorgangs kann der Überdruck an den Luftöffnungen des Wendetisches 20 kurzzeitig abgeschaltet werden, so dass die dünne Platte 11 mit ihrem Eigengewicht auf dem Wendetisch 30 aufliegt.
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2g zeigt die siebte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der an den Luftöffnungen des Wende- und des Belichtungstisches 20; 30 ein Überdruck 51 anliegt. In der siebten Bearbeitungsphase wird die dünne Platte 11 zum Belichtungstisch 20 hin verschoben, wobei ihre Bewegung nicht durch die abgesenkten Wendeelemente 41 gestört wird.
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2h zeigt die achte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der die dünne Platte 11 ihre Endstellung auf dem Belichtungstisch 20 erreicht hat.
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2i zeigt die neunte Phase des Bearbeitungsvorgangs, in der an den Luftöffnungen des Belichtungstisches 20 ein Unterdruck 50 anliegt, der die dünne Platte 11 an den Belichtungstisch ansaugt, so dass diese dort festgehalten ist. In der neunten Bearbeitungsphase kann die jetzt oben legende zweite Seite der dünnen Platte 11 belichtet werden.
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Soweit vorstehend davon ausgegangen wurde, dass an allen Luftöffnungen des Belichtungs- und des Wendetisches immer der gleiche Luftdruck ansteht, so versteht sich von selbst, dass es ausreicht, wenn die beschriebenen Verhältnisse an den Luftöffnungen vorhanden sind, die von der dünnen Platte überdeckt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Belichtungsvorrichtung
- 11
- dünne Platte
- 12
- Maske
- 13
- Lichtquelle
- 14
- Lichtstrahl
- 15
- Luftquelle
- 16
- Untergrund
- 20
- Belichtungstisch
- 21
- Oberfläche des Belichtungstisches
- 22
- Luftöffnung des Belichtungstisches
- 23
- Kanalsystem im Belichtungstisch
- 24
- Luftanschluss
- 25
- Bein des Belichtungstisches
- 26
- Ausrichtsensor
- 30
- Wendetisch
- 31
- Oberfläche des Wendetisches
- 32
- Luftöffnung im Wendetisch
- 33
- Kanalsystem des Wendetisches
- 34
- Ausnehmung
- 35
- Bein des Wendetisches
- 40
- Wendeeinrichtung
- 41
- Wendeelement
- 42
- Schlitz
- 43
- Einführöffnung
- 44
- Drehachse bzw. gemeinsame Welle
- 45
- erste Lineareinheit
- 46
- Tischteil
- 50
- Unterdruckpfeil
- 51
- Überdruckpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1052480 B1 [0002]
- EP 0340751 B1 [0021]
