DE102020204749A1

DE102020204749A1 - Conveying device

Info

Publication number: DE102020204749A1
Application number: DE102020204749.9A
Authority: DE
Inventors: Martin REINISCH; Andrè Akkerman
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-10-21
Also published as: WO2021209205A1

Abstract

Offenbart ist eine Beförderungsvorrichtung, die einen oder mehrere Carrier im Wesentlichen in einer Ebene präzise befördern und positionieren kann. Zusätzlich kann der mindestens eine Carrier auch senkrecht bewegt werden, also in einer Schwebe gehoben und gehalten und dabei befördert werden und in eine Ruheposition abgesenkt werden. Beim Absenken aus der Schwebe in die Ruheposition wirkt eine hochpräzise mechanische Positioniereinrichtung.A conveying device is disclosed which can convey and position one or more carriers precisely essentially in one plane. In addition, the at least one carrier can also be moved vertically, that is to say lifted and held in suspension and thereby conveyed and lowered into a rest position. A high-precision mechanical positioning device works when lowering from the levitation position to the rest position.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beförderungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a conveying device according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2016 224 951 A1 ist eine Beförderungsvorrichtung mit einem Stator und zumindest einem Transportkörper bekannt, der in kontrollierter Weise relativ zum Stator befördert wird. Der Stator oder der Transportkörper weisen mehrere beweglich angeordnete Stellmagnete auf, die jeweils über ein Stellelement mit dem Stator oder dem Transportkörper verbunden sind. Das Stellelement ist dazu ausgelegt, eine Position und/oder eine Orientierung des Stellmagneten relativ zum Stator oder dem Transportkörper in kontrollierter Weise zu ändern. Der Transportkörper wird relativ zum Stator durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der Stellmagnete mittels der Stellelemente befördert. Der Transportkörper levitiert über dem Stator und ist entlang des Stators über die Stellelemente in sechs Freiheitsgraden beweglich.From the DE 10 2016 224 951 A1 a conveying device with a stator and at least one transport body is known, which is conveyed in a controlled manner relative to the stator. The stator or the transport body have a plurality of movably arranged actuating magnets which are each connected to the stator or the transport body via an actuating element. The actuating element is designed to change a position and / or an orientation of the actuating magnet relative to the stator or the transport body in a controlled manner. The transport body is conveyed relative to the stator through controlled positioning and / or orientation of the actuating magnets by means of the actuating elements. The transport body levitates over the stator and can be moved along the stator in six degrees of freedom via the adjusting elements.

Die WO 2015/017933 A1 offenbart eine Beförderungsvorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung der Position einer beweglichen Bühne. Die Vorrichtung weist einen Stator auf, der eine 2D-Anordnung von Sensoren umfasst, die eine Vielzahl von statororientierten Sensorspalten und Sensorreihen bilden. Ferner ist eine bewegliche Bühne mit einer ersten Magnetanordnung offenbart, die eine Vielzahl von ersten Magnetisierungssegmenten umfasst, die linear in einer Tischrichtung angeordnet sind, wobei jedes erste Magnetisierungssegment eine Magnetisierungsrichtung aufweist, die senkrecht zur Tischrichtung verläuft. Ein Controller empfängt Informationen von jedem der Sensoren, und ist so konfiguriert, dass er die Informationen zur Bestimmung einer Stator-Position der beweglichen Bühne verwendet.the WO 2015/017933 A1 discloses a conveyor and method for estimating the position of a moving stage. The device has a stator which comprises a 2D arrangement of sensors which form a plurality of stator-oriented sensor columns and rows of sensors. Furthermore, a movable stage with a first magnet arrangement is disclosed which comprises a plurality of first magnetization segments which are arranged linearly in a table direction, each first magnetization segment having a magnetization direction which runs perpendicular to the table direction. A controller receives information from each of the sensors and is configured to use the information to determine a stator position of the movable stage.

Problematisch an den vorgenannten Lösungen ist es, dass eine exakte Positionierung eines beweglichen Teils, das in der vorliegenden Anmeldung als Carrier bezeichnet wird, im Hinblick auf seine Relativposition zum Stator, sensorbasiert ist. Bei einer sensorgesteuerten Positionierung kommt es in der Regel zu Ungenauigkeiten der Positionierung und/oder Orientierung.The problem with the aforementioned solutions is that an exact positioning of a movable part, which is referred to as a carrier in the present application, is sensor-based with regard to its position relative to the stator. In the case of sensor-controlled positioning, there are usually inaccuracies in the positioning and / or orientation.

Aus dem Artikel „Precision Passive Mechanical Alignment of Wafers”, erschienen im Journal of Micoelektromechanical Systems, Vol. 12, No. 6, im Dezember 2003 , ist eine Stapeltechnik für Platinen bekannt. Es ist eine passive mechanische Wafer-Ausrichtungstechnik gezeigt, die in der Lage ist, eine mikrometergenaue und bessere Ausrichtung zu erreichen. Diese Technik basiert auf dem Prinzip der elastischen Mittelwertbildung: Sie verwendet zusammenpassende Pyramiden- (konvexe) und Rillen-(konkave) Elemente, die zuvor auf den Wafern strukturiert wurden, um die Wafer passiv zueinander auszurichten, wenn sie gestapelt werden. Als mögliche Anwendungen dieser Technik sind die Präzisionsausrichtung für das Bonden von Multiwafer-MEMS-Bauteilen und dreidimensionalen integrierten Schaltkreisen (IC's) sowie die Ein-Schritt-Ausrichtung für das gleichzeitige Bonden mehrerer Wafer-Stapel offenbart.From the article "Precision Passive Mechanical Alignment of Wafers", published in the Journal of Micoelectromechanical Systems, Vol. 12, No. 6, December 2003 , a stacking technique for blanks is known. A passive mechanical wafer alignment technique is shown which is able to achieve better alignment with micrometer accuracy. This technique is based on the principle of elastic averaging: it uses matching pyramid (convex) and groove (concave) elements previously patterned on the wafers to passively align the wafers with one another when they are stacked. The precision alignment for bonding multi-wafer MEMS components and three-dimensional integrated circuits (ICs) as well as the one-step alignment for the simultaneous bonding of multiple wafer stacks are disclosed as possible applications of this technique.

Problematisch an dieser Stapeltechnik ist, dass diese für sehr kleine Bauteile ausgelegt ist, die in einer Vorrichtung mehrfach an einer Position übereinandergestapelt werden sollen. Dabei sind die Wafer grundsätzlich unbeweglich und werden von einer Vorrichtung zu ihrer Stapelposition bewegt.The problem with this stacking technology is that it is designed for very small components that are to be stacked several times in one position in a device. The wafers are basically immobile and are moved to their stacking position by a device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Positionierungs- und/oder Orientierungsgenauigkeit von Carriern relativ zu einem Stator in einer Beförderungsvorrichtung zu verbessern.The object of the present invention is to improve the positioning and / or orientation accuracy of carriers relative to a stator in a conveying device.

Diese Aufgabe wird durch eine Beförderungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a conveying device with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the inventions are the subject of the subclaims.

Die beanspruchte Beförderungsvorrichtung hat zumindest einen Carrier der z.B. ein Werkstückträger sein kann, und einen Stator, der modular aus Statorkacheln gebildet ist, die ein magnetisches Wanderfeld erzeugen, das über Ränder der Statorkacheln hinweg wirken kann. Der Carrier weist zumindest einen Permanentmagneten auf, mittels dem der Carrier mit drei translatorischen Freiheitsgraden (insbesondere entlang einer X-Achse und entlang einer Y-Achse) in der Ebene der Statorkacheln über deren Ränder und (insbesondere entlang einer Z-Achse) senkrecht zu den Statorkacheln bewegbar ist. Vorzugsweise ist der Carrier zusätzlich drei rotatorischen Freiheitsgraden relativ zum Stator bewegbar. An dem Stator ist ein Sensorsystem angeordnet, über das die Position des Carriers relativ zum Stator bestimmbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest eine statorseitige mechanische Positioniereinrichtung - insbesondere als Modul lösbar - an dem Stator befestigt und in Wirkverbindung mit einer carrierseitigen mechanische Positioniereinrichtung bringbar. Damit ist nötigenfalls eine leichte Positionskorrektur und somit eine exakte Positionierung des Carriers ermöglicht, wenn dieser aus einer Schwebeposition mittels des magnetisches Wanderfeldes (insbesondere entlang der Z-Achse) zum Stator abgesenkt wird.The claimed conveying device has at least one carrier, which can be, for example, a workpiece carrier, and a stator which is modularly formed from stator tiles that generate a traveling magnetic field that can act over the edges of the stator tiles. The carrier has at least one permanent magnet, by means of which the carrier with three translational degrees of freedom (in particular along an X-axis and along a Y-axis) in the plane of the stator tiles over their edges and (in particular along a Z-axis) perpendicular to the Stator tiles is movable. Preferably, the carrier can also be moved three rotational degrees of freedom relative to the stator. A sensor system, via which the position of the carrier relative to the stator can be determined, is arranged on the stator. According to the invention, at least one stator-side mechanical positioning device - in particular detachable as a module - is attached to the stator and can be brought into operative connection with a carrier-side mechanical positioning device. If necessary, this enables a slight position correction and thus an exact positioning of the carrier when it is lowered to the stator from a floating position by means of the traveling magnetic field (in particular along the Z-axis).

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung wird der Carrier mittels des magnetischen Wanderfeldes und mittels des Sensorsystems vorpositioniert und dann mittels der Wirkverbindung der beiden mechanischen Positioniereinrichtungen genau nachpositioniert, so dass der in dieser Schrift oft benutzte Begriff „Positionierung“ als „Nachpositionierung“ verstanden werden kann.During operation of the conveying device according to the invention, the carrier is prepositioned by means of the traveling magnetic field and by means of the sensor system and then by means of the Active connection of the two mechanical positioning devices precisely repositioned, so that the term “positioning” often used in this document can be understood as “repositioning”.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist möglich, wenn die statorseitige Positioniereinrichtung drei statorseitige Positionierteile aufweist, während die carrierseitige Positioniereinrichtung drei carrierseitige Positionierteile aufweist.A particularly exact positioning of the carrier is possible if the stator-side positioning device has three stator-side positioning parts, while the carrier-side positioning device has three carrier-side positioning parts.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist möglich, wenn die carrierseitigen Positionierteile in oder an seitlichen Auskragungen des Carriers angeordnet sind.A particularly exact positioning of the carrier is possible if the carrier-side positioning parts are arranged in or on lateral projections of the carrier.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist möglich, wenn die statorseitigen Positionierteile auf einem statorseitigen Kreis angeordnete sind, und dass die carrierseitigen Positionierteile auf einem carrierseitigen Kreis angeordnete sind, wobei die beiden Kreise gleiche Durchmesser haben.Particularly exact positioning of the carrier is possible if the stator-side positioning parts are arranged on a stator-side circle and the carrier-side positioning parts are arranged on a carrier-side circle, the two circles having the same diameter.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist möglich, wenn die jeweiligen Winkelabstände zwischen den jeweiligen Positionierteilen auf den jeweiligen Kreisen gleich sind.A particularly exact positioning of the carrier is possible if the respective angular distances between the respective positioning parts on the respective circles are the same.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel möglich, wenn die statorseitigen Positionierteile als - insbesondere halbkugelförmige - Kugelabschnitte ausgebildet sind, während die carrierseitigen Positionierteile als symmetrische Nuten ausgebildet sind. Die Nuten weisen jeweils zwei zueinander angestellt Flanken auf, die die jeweilige Nut zu ihrem Grund nach oben hin zunehmend verengen. Wenn die Nut auf den zugeordneten Kugelabschnitt abgesenkt wird, bewirkt dieser die Positionierung der Nut und damit des Carriers. Dazu drängt der Kugelabschnitt die Flanke in der X-Y-Ebene in Richtung zur anderen Flanke. Die Flanken sind vorzugsweise plan und bilden damit jeweils eine A-förmige Nut aus.A particularly exact positioning of the carrier is possible according to a first embodiment if the stator-side positioning parts are designed as - in particular hemispherical - spherical sections, while the carrier-side positioning parts are designed as symmetrical grooves. The grooves each have two flanks set against one another, which increasingly narrow the respective groove towards the top towards the bottom. When the groove is lowered onto the assigned spherical section, this effects the positioning of the groove and thus the carrier. For this purpose, the spherical section pushes the flank in the X-Y plane in the direction of the other flank. The flanks are preferably flat and thus each form an A-shaped groove.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, wenn die carrierseitigen Positionierteile als - insbesondere halbkugelförmige - Kugelabschnitte ausgebildet sind, während die die statorseitigen Positionierteile jeweils als Paare von elastischen Auflageelementen ausgeführt sind.A particularly exact positioning of the carrier is possible according to a second embodiment if the carrier-side positioning parts are designed as - in particular hemispherical - spherical sections, while the stator-side positioning parts are each designed as pairs of elastic support elements.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels weisen die elastischen Auflageelemente jeweils einen Stiel und eine Kappe auf, so dass sie als pilzförmig bezeichnet werden können, wobei die Kappen an ihren Außenseiten oder zumindest dort gebildete mittleren Anlagebereiche einen hohen Reibkoeffizienten, z.B. größer 0,7 haben. Dabei sind die elastischen Auflageelemente in ihrer Längsrichtung im Wesentlichen unflexibel oder starr, während die Stiele bei Einleitung einer Querkraft flexibel also biegbar sind. Damit werden keine Späne erzeugt, wenn der Kugelabschnitt auf eines der elastischen Auflageelemente abgesenkt wird, welches dann die präzise Positionierung bewirkt, in dem es den Kugelabschnitt in der X-Y-Ebene in Richtung zum anderen Auflageelement drängt und dabei gebogen wird. Dabei entsteht keine reibende Bewegung zwischen der Kappe bzw. ihrem mittleren Anlagebereich und dem Kugelabschnitt.In a particularly preferred development of the second embodiment, the elastic support elements each have a stem and a cap, so that they can be referred to as mushroom-shaped, the caps having a high coefficient of friction, for example greater than 0.7, on their outsides or at least in the middle contact areas formed there to have. The elastic support elements are essentially inflexible or rigid in their longitudinal direction, while the stems are flexible, that is to say bendable, when a transverse force is introduced. This means that no chips are generated when the spherical section is lowered onto one of the elastic support elements, which then effects precise positioning by pushing the spherical section in the X-Y plane towards the other support element and thereby bending it. There is no frictional movement between the cap or its central contact area and the spherical section.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels sind die Kappen oder ihre mittleren Anlagebereiche wegen der Flexibilität bzw. Biegbarkeit des Stiels entlang einem Schwenkkreisbogen bewegbar.In a particularly preferred development of the second exemplary embodiment, the caps or their central contact areas can be moved along a swiveling arc because of the flexibility or bendability of the handle.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels sind die beiden Stiele der beiden Auflageelemente 80 bis 100, insbesondere 90 Grad zueinander angestellt.In a preferred embodiment of the second exemplary embodiment, the two stems of the two support elements 80 to 100 are inclined, in particular 90 degrees, to one another.

Eine besonders exakte Positionierung des Carriers ist gemäß einem mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwandten dritten Ausführungsbeispiel möglich, wenn die carrierseitigen Positionierteile als insbesondere halbkugelförmige Kugelabschnitte ausgebildet sind, während die statorseitigen Positionierteile als symmetrische Nuten ausgebildet sind. Die Nuten weisen jeweils zwei zueinander angestellt Flanken auf, die die jeweilige Nut zu ihrem Grund nach unten hin zunehmend verengen. Wenn der Kugelabschnitt auf eine der Flanken abgesenkt wird, bewirkt diese dann die Positionierung und drängt den Kugelabschnitt und damit den Carrier in der X-Y-Ebene in Richtung zur anderen Flanke. Die Nuten sind vorzugsweise plan und bilden damit jeweils eine V-förmige Nut aus.A particularly exact positioning of the carrier is possible according to a third embodiment related to the first embodiment if the carrier-side positioning parts are in particular hemispherical spherical sections, while the stator-side positioning parts are configured as symmetrical grooves. The grooves each have two flanks set against one another, which increasingly narrow the respective groove towards the bottom towards the bottom. If the spherical section is lowered onto one of the flanks, this then effects the positioning and pushes the spherical section and thus the carrier in the X-Y plane in the direction of the other flank. The grooves are preferably flat and thus each form a V-shaped groove.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des ersten oder dritten Ausführungsbeispiels sind die beiden Flanken jeder Nut in einem Winkel von weniger als 90 Grad zueinander angestellt.In a preferred embodiment of the first or third exemplary embodiment, the two flanks of each groove are set at an angle of less than 90 degrees to one another.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele (Konzepte) der Erfindung anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 a bis 1c drei allgemeine Beispiele für einen grundsätzlich möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung,
2a bis 2c jeweils einen Carrier und statorseitige Positionierteile gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung,
3 jeweils eine Statorkachel und einen Carrier gemäß einer ersten Variante eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung,
4a und 4b jeweils einen Carrier und statorseitige Positionierteile gemäß einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung, und
5a bis 5c jeweils ein carrierseitiges Positionierteil und zwei statorseitige Aufnahmeelemente gemäß der ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels aus 3.

Two exemplary embodiments (concepts) of the invention are described in detail below with reference to the figures. Show it:

1 a until 1c three general examples of a fundamentally possible structure of the conveying device according to the invention,
2a until 2c each a carrier and stator-side positioning parts according to a first embodiment of the conveying device according to the invention,
3 each a stator tile and a carrier according to a first variant of a second exemplary embodiment of the conveying device according to the invention,
4a and 4b in each case a carrier and stator-side positioning parts according to a second variant of the second exemplary embodiment of the conveying device according to the invention, and
5a until 5c each have a carrier-side positioning part and two stator-side receiving elements according to the first variant of the second exemplary embodiment 3 .

1a zeigt ein erstes Beispiel für einen Aufbau der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung. Ein Stator ist beispielhalft aus sechs Statorkacheln 1 gebildet, die beispielhaft eine L-förmige Bahn ergeben, entlang der beispielhaft drei gezeigten Carrier 2, 3 bewegt werden können. 1a shows a first example of a structure of the conveying device according to the invention. For example, a stator is made up of six stator tiles 1 formed which, for example, result in an L-shaped path, along the three carriers shown by way of example 2 , 3 can be moved.

1b zeigt ein zweites Beispiel für einen Aufbau der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung. Es sind breispielhaft sechzehn Statorkacheln 1 vorgesehen, die beispielhaft eine quadratische Fläche ergeben, auf der beispielhaft fünf gezeigte Carrier 2, 3 bewegt werden können. 1b shows a second example of a structure of the conveying device according to the invention. There are sixteen stator tiles, for example 1 provided, which give an example of a square area, on the example of five carriers shown 2 , 3 can be moved.

1c zeigt ein drittes Beispiel für einen Aufbau der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung. Es sind beispielhaft sieben Statorkacheln 1 vorgesehen, die beispielhaft eine verzweigte Bahn ergeben, auf der beispielhaft drei gezeigte Carrier 2, 3 bewegt werden können. 1c shows a third example of a structure of the conveying device according to the invention. There are seven stator tiles, for example 1 provided, which give an example of a branched path, on the example of three carriers shown 2 , 3 can be moved.

Die Statorkacheln 1 lassen sich beliebig aneinandersetzen, so dass damit beliebige Layouts erstellt werden können.The stator tiles 1 can be stacked together so that any layout can be created.

Bei allen drei Beispielen gemäß den 1 a bis 1c sind die Statorkacheln 1 jeweils dazu ausgelegt ein magnetisches Wanderfeld zu erzeugen. Hierzu weisen die Statorkacheln 1 Stationärmagnete auf, die mit Stellmagneten magnetisch gekoppelt sind. Das magnetische Wanderfeld ist dabei über jeweilige Ränder der Statorkacheln 1 hinweg wirksam, so dass das magnetische Wanderfeld über den gesamten Stator hinweg wirksam ist. Die Beförderungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, den zumindest einen Carrier 2, 3 relativ zum Stator durch eine kontrollierte Positionierung und Orientierung der Stellmagnete über alle Statorkacheln 1 des Stators zu fördern.In all three examples according to the 1 a until 1c are the stator tiles 1 each designed to generate a traveling magnetic field. The stator tiles indicate this 1 Stationary magnets, which are magnetically coupled with actuating magnets. The traveling magnetic field is over the respective edges of the stator tiles 1 effective away, so that the traveling magnetic field is effective across the entire stator. The conveying device is designed to carry the at least one carrier 2 , 3 relative to the stator through a controlled positioning and orientation of the setting magnets over all stator tiles 1 to promote the stator.

Die Carrier 2, 3 weisen dabei verschiedene Größen auf. Jeder Carrier 2, 3 ist mit zumindest einem Permanentmagneten bestückt. Diese sind in Wirkverbindung mit den Stationärmagenten und den Stellmagneten der Statorkacheln 1 des Stators.The carriers 2 , 3 have different sizes. Any carrier 2 , 3 is equipped with at least one permanent magnet. These are in operative connection with the stationary agents and the actuating magnets of the stator tiles 1 of the stator.

Durch das von den Statorkacheln 1 erzeugte magnetische Wanderfeld lassen sich die Carrier 2 im dreidimensionalen Raum schwebend, also levitierend, verfahren. Die Carrier 2 sind damit in einem Koordinatensystem, das mit eine X- und einer Y-Achse in einer Statorebene liegt und mit einer Z-Achse, die senkrecht auf der Statorebene steht, verfahrbar. Weiterhin sind die Carrier 2, 3 um diese Achsen in R_x-, R_y- und R_z-Richtung drehbar. Die Carrier 2, 3 sind folglich mit sechs Freiheitsgraden relativ zum Stator beweglich. Die Carrier 2, 3 sind dazu ausgelegt eine Payload zu tragen und zu transportieren.Through that of the stator tiles 1 generated magnetic traveling field can be the carrier 2 floating in three-dimensional space, i.e. levitating, proceeding. The carriers 2 can thus be moved in a coordinate system that lies with an X and a Y axis in a stator plane and with a Z axis that is perpendicular to the stator plane. Furthermore, the carriers 2 , 3 rotatable about these axes in R _x , R _y and R _z directions. The carriers 2 , 3 are consequently movable with six degrees of freedom relative to the stator. The carriers 2 , 3 are designed to carry and transport a payload.

Innerhalb der Statorkacheln 1 ist ein (nicht gezeigtes) Sensorsystem ist angeordnet. Mit diesem kann zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Position, Lage und ID eines jeden Carriers 2, 3 bestimmt werden. Die vorbeschriebenen Merkmale der Beförderungsvorrichtung und ihre Wirkfunktion sind bereits in der DE 10 2016 224 951 A1 beschrieben. Die Inhalte dieser Offenbarung sollen vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung eingehen.Inside the stator tiles 1 a sensor system (not shown) is arranged. With this, the current position, location and ID of each carrier can be found at any time 2 , 3 to be determined. The above-described features of the conveying device and their active function are already in the DE 10 2016 224 951 A1 described. The contents of this disclosure are intended to be incorporated in their entirety into the disclosure content of the present application.

Bei allen drei Beispielen gemäß den 1a bis 1c ist an einer Zielposition, an der eine Bearbeitung der Payload des Carriers 2, 3 erfolgt, eine statorseitige mechanische Positioniereinrichtungen 4 vorgesehen.In all three examples according to the 1a until 1c is at a target position for processing the payload of the carrier 2 , 3 takes place, a stator-side mechanical positioning device 4th intended.

Die Zielposition bzw. die statorseitige Positioniereinrichtung 4 wird der Steuerelektronik durch (ein)teachen bekannt gemacht, so dass die Carrier 2, 3 dort zumindest vorpositioniert. Um die Genauigkeit bei der Positionierung der Carrier 2, 3 an den Zielpositionen zu erhöhen, ist auf der Oberfläche der betroffenen Statorkachel 1 an dieser Zielposition die statorseitige Positioniereinrichtung 4 angebracht. Ferner ist an den Carriern 2, 3 eine carrierseitige Positioniereinrichtung vorgesehen. Beide Positioniereinrichtungen sind in einer derartigen Wirkverbindung miteinander, dass der Carrier 2 und die Statorkachel 1 in eine verrutschsichere hochpräzise mechanische Verbindung bringbar sind, womit der Carrier 2, 3 hochpräzise (nach)positioniert ist.The target position or the stator-side positioning device 4th is made known to the control electronics by teaching, so that the carrier 2 , 3 at least prepositioned there. To the accuracy of the positioning of the carrier 2 , 3 Increasing at the target positions is on the surface of the affected stator tile 1 the stator-side positioning device at this target position 4th appropriate. It is also on the carriers 2 , 3 a carrier-side positioning device is provided. Both positioning devices are in such an operative connection with one another that the carrier 2 and the stator tile 1 can be brought into a slip-proof, high-precision mechanical connection, with which the carrier 2 , 3 is positioned with high precision (after).

Um diese Verbindung zu erreichen ist der Carrier 2 aus einer levitierenden Position oberhalb der Zielposition und damit oberhalb der statorseitigen Positioniereinrichtung 4 auf diese mittels des Wandermagnetfeldes absenkbar. Dieser Vorgang wird im Folgenden auch als Landen des Carriers 2 bezeichnet. Der Carrier 2 vollzieht eine Bewegung in Z-Richtung und landet mit seiner carrierseitigen Positioniereinrichtung auf der ortsfesten, statorseitigen Positioniereinrichtung 4, so dass nach einer erfolgreichen Landung die Position des Carriers 2 nachkorrigiert ist. Weiterhin ist die nachkorrigierte Position des Carriers 2 über das Sensorsystem exakt bestimmbar.To achieve this connection is the carrier 2 from a levitating position above the target position and thus above the stator-side positioning device 4th can be lowered onto this by means of the traveling magnetic field. This process is also referred to below as landing the carrier 2 designated. The carrier 2 moves in the Z direction and lands with its carrier-side positioning device on the stationary, stator-side positioning device 4th so that after a successful landing the position of the carrier 2 is corrected. Furthermore, the corrected position of the carrier is 2 can be precisely determined via the sensor system.

Erfindungsgemäß ist die vergleichsweise ungenaue Positionserfassung durch das Sensorsystem und damit die vergleichsweise ungenaue Vorpositionierung durch die Landung des Carriers 2 auf der statorseitigen Positioniereinrichtung 4 verbessert. Tests haben ergeben, dass sich so sowohl die Positioniergenauigkeit als auch die Wiederholgenauigkeit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen deutlich verbessert. Die Positioniergenauigkeit liegt bei wesentlich weniger als 100 µm, wobei die Wiederholgenauigkeit bei weniger als 50 µm liegt. Weiter vorteilhaft ist, dass im Wirkeingriff eine externe Kraft oder ein Moment aus X-, Y- oder Z-Richtung oder einer Kombination daraus auf den Carrier 2 und/oder auf die Payload wirken kann, ohne dass sich die Position und/oder Lage des Carriers 2 auf der statorseitigen Positioniereinrichtung 4 verändert. Es hat sich herausgestellt, dass der steuerungstechnische Aufbau gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen nicht erhöht.According to the invention, the comparatively imprecise position detection by the sensor system and thus the comparatively imprecise prepositioning due to the landing of the carrier 2 on the stator-side positioning device 4th improved. Testing have shown that both the positioning accuracy and the repeatability are significantly improved compared to the solutions known from the prior art. The positioning accuracy is significantly less than 100 µm, with the repeatability being less than 50 µm. It is also advantageous that an external force or a moment from the X, Y or Z direction or a combination thereof acts on the carrier during the operative engagement 2 and / or can act on the payload without affecting the position and / or location of the carrier 2 on the stator-side positioning device 4th changes. It has been found that the control structure does not increase compared to the solutions known from the prior art.

Die statorseitige Positioniereinrichtung 4 und die carrierseitige Positioniereinrichtung weisen jeweils drei Positionierteile auf, von denen in den 1a bis 1c jeweils nur die statorseitigen Positionierteile 6 dargestellt sind. Die jeweils drei Positionierteile sind auf einem jeweiligen Kreis K mit gleichem Durchmesser angeordnet, von denen in den 1a bis 1c jeweils nur der statorseitigen Kreis K dargestellt ist.The stator-side positioning device 4th and the carrier-side positioning device each have three positioning parts, of which in the 1a until 1c only the stator-side positioning parts 6th are shown. The three positioning parts are on a respective circle K arranged with the same diameter, of which in the 1a until 1c only the stator-side circle K is shown.

Die Positionierung des Carriers 2 auf der statorseitigen Positioniereinrichtung 4 wird wesentlich verbessert, da jeweils Winkelabstände zwischen den drei Positionierteilen 6 auf den Kreisen K jeweils 120° betragen. Damit ist auch bezüglich einer Rotation um die Z-Achse eine Nachpositionierung des Carriers 2 in drei verschieden Aufsetzorientierungen möglich, ohne dass der statorseitige Positioniereinrichtung 4 umgebaut werden muss.The positioning of the carrier 2 on the stator-side positioning device 4th is significantly improved because there are angular distances between the three positioning parts 6th on the circles K each be 120 °. This means that there is also a repositioning of the carrier with regard to a rotation about the Z-axis 2 possible in three different placement orientations without the need for the stator-side positioning device 4th needs to be rebuilt.

2a zeigt eine Statorkachel 1 und einen Carrier 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung in einer seitlichen Ansicht. 2a shows a stator tile 1 and a carrier 2 according to a first embodiment of the conveying device according to the invention in a side view.

2b zeigt einen Ausschnitt des Carriers 2 aus 2a in einer weiteren seitlichen Ansicht. 2 B shows a section of the carrier 2 the end 2a in another side view.

2c zeigt die Statorkachel 1 und den Carrier 2 aus den 2a und 2b in einer perspektivischen Ansicht. 2c shows the stator tile 1 and the carrier 2 from the 2a and 2 B in a perspective view.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind die drei statorseitigen Positionierteile 6 jeweils als halbkugelförmige Kugelabschnitte 8 ausgebildet, die sich in Z-Richtung von der Statorkachel 1 nach oben erstrecken, während die drei carrierseitigen Positionierteile von A-förmigen symmetrischen Nuten 10 gebildet sind. Diese Nuten 10 weisen jeweils zwei zueinander angestellte ebene Flanken auf, die die Nut 10 ausgehend von einem unteren Öffnungsbereich zu ihrem oberen Grund hin zunehmend verengen. Die Flanken sind um weniger als 90 Grad zueinander angestellt.In the first embodiment, the three stator-side positioning parts 6th each as hemispherical spherical sections 8th formed, which extends in the Z direction from the stator tile 1 extend upward, while the three carrier-side positioning parts of A-shaped symmetrical grooves 10 are formed. These grooves 10 each have two flat flanks that are set to one another and form the groove 10 starting from a lower opening area to their upper base increasingly narrow. The flanks are set at less than 90 degrees to each other.

Wenn die Nut 10 im Betrieb der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung auf den zugeordneten Kugelabschnitt 8 abgesenkt wird und dabei nicht optimal vorpositioniert ist, gelangt eine der beiden Flanken der Nut 10 zuerst in Anlage mit dem Kugelabschnitt 8, wodurch die Nut 10 während der Absenkbewegung soweit verschoben wird, bis der Kugelabschnitt 8 auch in Anlage mit der anderen Flanke ist. Dann sind die beiden betrachteten Positionsteile präzise nachpositioniert. Dies geschieht an allen Paaren von Positionsteilen etwa gleichzeitig, so dass am Ende der Absenkbewegung bzw. der Landung des Carriers 2 dieser optimal positioniert ist.When the groove 10 during operation of the conveying device according to the invention on the assigned spherical section 8th is lowered and is not optimally pre-positioned, one of the two flanks of the groove reaches 10 first in contact with the spherical section 8th , making the groove 10 is shifted during the lowering movement until the spherical section 8th is also in contact with the other flank. Then the two position parts considered are precisely repositioned. This takes place at all pairs of position parts approximately at the same time, so that at the end of the lowering movement or the landing of the carrier 2 this is optimally positioned.

Zwischen der Nut 10 und dem Carrier 2 ist eine Nuteinlage 12 angeordnet, die eine Spanbildung minimiert, wenn die Flanke sich entlang dem Kugelabschnitt 8 bewegt. Between the groove 10 and the carrier 2 is a groove insert 12th arranged, which minimizes chip formation when the flank extends along the spherical section 8th emotional.

Um die Präzision der Nachpositionierung zu maximieren sind die Nuten 10 an Auskragungen 14 angeordnet, die sich von dem Carrier 2 in radialer Richtung des carrierseitigen Kreises K (vgl. 1a bis 1c) erstrecken. Auch die Nuten 10 erstrecken sich in radialer Richtung des carrierseitigen Kreises K (vgl. 1a bis 1c).To maximize the precision of the repositioning are the grooves 10 at cantilevers 14th arranged that is different from the carrier 2 in the radial direction of the carrier-side circle K (see. 1a until 1c ) extend. The grooves too 10 extend in the radial direction of the carrier-side circle K (see. 1a until 1c ).

3 zeigt eine Statorkachel 1 und einen Carrier 2 gemäß einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung in einer seitlichen Ansicht. 3 shows a stator tile 1 and a carrier 2 according to a first variant of the second embodiment of the conveying device according to the invention in a side view.

4a zeigt eine Statorkachel 1 und einen Carrier 2 gemäß einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beförderungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht. 4a shows a stator tile 1 and a carrier 2 according to a second variant of the second embodiment of the conveying device according to the invention in a perspective view.

4b zeigt einen Ausschnitt des Carriers 2 aus 4a in einer seitlichen Ansicht. 4b shows a section of the carrier 2 the end 4a in a side view.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die statorseitigen Positionierteile jeweils als Paare von elastischen pilzförmigen Auflageelementen 16 ausgeführt. Die beiden Auflageelemente 16 jedes Paares haben jeweilige Längsachsen 18, die (wie in 4b gut zu erkennen ist) mit einem Winkel größer 90 Grad zueinander angestellt sind, und die sich im Mittelpunkt einer von dem zugeordneten Kugelabschnitt 8 definierten Kugel schneiden, wenn diese nach einer präzisen Vorpositionierung abgesenkt wurde. Jedes elastische pilzförmige Auflageelemente 16 hat einen Stiel 20 und eine Kappe 22.In the second exemplary embodiment, the stator-side positioning parts are each in the form of pairs of elastic, mushroom-shaped support elements 16 executed. The two support elements 16 each pair have respective longitudinal axes 18th , the (as in 4b is easy to see) are made at an angle greater than 90 degrees to each other, and which are in the center of one of the assigned spherical section 8th cut a defined sphere if it has been lowered after precise prepositioning. Each elastic mushroom-shaped support element 16 has a stem 20th and a cap 22nd .

Die Kappe 22 hat bei der ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 3 in einer horizontalen Richtung bzw. in senkrechten Schnittebenen betrachtet einen konstanten bogenförmigen Querschnitt. Abweichend davon kann die Kappe 22 auch allseits bzw. vollumfänglich abgerundet bzw. gekrümmt sein.The cap 22nd has in the first variant of the second embodiment according to 3 viewed in a horizontal direction or in vertical sectional planes a constant arcuate cross-section. Notwithstanding this, the cap 22nd also be rounded or curved on all sides or completely.

In 4b ist die erste Variante und in 5a die zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels nach einer Landung des Carriers 2 gezeigt, der so exakt vorpositioniert war, dass der betrachtete Kugelabschnitt 8 exakt zwischen den beiden Kappen 22 der pilzförmigen Auflageelemente 16 aufgenommen werden konnte, ohne dass deren Elastizität benötigt wurde.In 4b is the first variant and in 5a the second variant of the second embodiment after a landing of the carrier 2 shown, which was so precisely pre-positioned that the considered spherical segment 8th exactly between the two caps 22nd of the mushroom-shaped support elements 16 could be absorbed without their elasticity was needed.

5b und 5c zeigen ein Paar von pilzförmigen elastischen Auflageelementen 16 und den zugeordneten Kugelabschnitt 8 der ersten Variante aus 3 während und nach einer Landung des nicht optimal vorpositionierten Carriers 2. 5b and 5c show a pair of mushroom-shaped resilient support elements 16 and the associated spherical section 8th the first variant 3 during and after a landing of the carrier that is not optimally pre-positioned 2 .

Die Kappe 22 hat einen mittleren Bereich und einen Randbereich. Der Randbereich ist stärker gekrümmt als der mittlere Bereich. Der mittlere Bereich hat einen großen Reibkoeffizienten, z.B. größer als 0,7.The cap 22nd has a central area and an edge area. The edge area is more curved than the middle area. The middle area has a large coefficient of friction, for example greater than 0.7.

In der Längsrichtung entlang ihrer Längsachsen 18 sind die Auflageelemente 16 unflexibel. In einer Querrichtung hingegen sind die Auflageelemente 16 flexibel ausgeführt. Diese Flexibilität wird durch den Stiel 20 ermöglicht. Dadurch ist der mittlere Bereich der Kappe 22 ausgehend von seiner mittleren Lage abschnittsweise nach unten entlang einem Schwenkkreis SK schwenkbar.In the longitudinal direction along their longitudinal axes 18th are the support elements 16 inflexible. In contrast, the support elements are in a transverse direction 16 flexibly executed. This flexibility is provided by the stem 20th enables. This is the middle area of the cap 22nd starting from its middle position in sections downwards along a pivoting circle SK pivotable.

Wenn der Kugelabschnitt 8 gemäß 5b abgesenkt wird und dabei nicht optimal vorpositioniert ist, gelangt er zuerst in Anlage mit dem mittleren Bereich der Kappe 22 des entsprechenden Auflageelements 16. Wegen des hohen Reibkoeffizienten gleitet der Kugelabschnitt 8 aber nicht daran ab, sondern biegt das Auflageelement 16 nach unten. Dabei bewegt sich der mittlere Bereich der Kappe 22 entlang dem Schwenkkreis SK. Auch so wird der Kugelabschnitt 8 in Richtung zum mittleren Bereich der Kappe 22 des anderen Auflageelements 16 gedrängt, bis er dort in Anlage kommt. Damit ist am Ende der Absenkbewegung bzw. der Landung des Carriers 2 dieser optimal positioniert und das eine Auflageelements 16 elastisch gebogen.If the ball section 8th according to 5b is lowered and is not optimally pre-positioned, it first comes into contact with the central area of the cap 22nd of the corresponding support element 16 . Because of the high coefficient of friction, the ball section slides 8th but not on it, but rather bends the support element 16 downward. The middle area of the cap moves 22nd along the swing circle SK . This is also how the spherical segment becomes 8th towards the middle area of the cap 22nd of the other support element 16 urged until he comes into plant there. This is at the end of the lowering movement or the landing of the carrier 2 this is optimally positioned and the one support element 16 elastically bent.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entsteht während der präzisen Positionierung keine reibende Relativbewegung, so dass keine Partikel bzw. Späne entstehen. Damit kann insbesondere das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beförderungssystems in Reinräume eingesetzt werden.According to the second exemplary embodiment, no frictional relative movement occurs during the precise positioning, so that no particles or chips are produced. In particular, the second exemplary embodiment of the conveying system according to the invention can thus be used in clean rooms.

Um die Präzision der Nachpositionierung zu maximieren sind die Kugelabschnitte 8 aller gezeigten Ausführungsbeispiele an Auskragungen 14 angeordnet, die sich von dem Carrier 2 in radialer Richtung des carrierseitigen Kreises K (vgl. 1a bis 1c) erstrecken.To maximize the precision of the repositioning are the spherical sections 8th of all exemplary embodiments shown on projections 14th arranged that is different from the carrier 2 in the radial direction of the carrier-side circle K (see. 1a until 1c ) extend.

Die halbkugelförmigen Kugelabschnitte 8 und die A-förmigen Nuten 10 des ersten Ausführungsbeispiels und die halbkugelförmigen Kugelabschnitte 8 und die elastischen Auflageelemente 16 des zweiten Ausführungsbeispiels sind rein passive Bauelemente, die ihren Wirkeingriff über die übliche Steuerungstechnik erreichen.The hemispherical spherical sections 8th and the A-shaped grooves 10 of the first embodiment and the hemispherical spherical sections 8th and the elastic support elements 16 of the second exemplary embodiment are purely passive components that achieve their operative intervention via the usual control technology.

Offenbart ist eine Beförderungsvorrichtung, die einen oder mehrere Carrier 2, 3 im Wesentlichen in einer Ebene präzise befördern und positionieren kann. Zusätzlich kann der mindestens eine Carrier 2, 3 auch senkrecht bewegt werden, also in einer Schwebe gehoben und gehalten und dabei befördert werden und in eine Ruheposition abgesenkt werden. Beim Absenken aus der Schwebe in die Ruheposition wirkt eine hochpräzise mechanische Positioniereinrichtung.Disclosed is a transportation device that includes one or more carriers 2 , 3 can essentially convey and position precisely in one plane. In addition, the at least one carrier 2 , 3 can also be moved vertically, that is, lifted and held in suspension and thereby transported and lowered into a rest position. A high-precision mechanical positioning device works when lowering from the levitation position to the rest position.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: StatorkachelStator tile
22: CarrierCarrier
33: weiterer Carrieranother carrier
44th: statorseitige mechanische Positioniereinrichtungstator-side mechanical positioning device
66th: statorseitiges Positionierteilstator-side positioning part
88th: KugelabschnittSpherical section
1010: NutGroove
1212th: NuteinlageGroove insert
1414th: AuskragungCantilever
1616: AuflageelementSupport element
1818th: LängsachseLongitudinal axis
2020th: Stielstalk
2222nd: Kappe cap
KK: Kreiscircle
SKSK: SchwenkkreisSwing circle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016224951 A1 [0002, 0031]
WO 2015/017933 A1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

"Precision Passive Mechanical Alignment of Wafers", published in the Journal of Micoelectromechanical Systems, Vol. 12, No. 6, December 2003 [0005]

Claims

Conveyor device with at least one carrier (2, 3) and with a stator, which is modularly formed from stator tiles (1) which generate a traveling magnetic field that can act over the edges of the stator tiles (1), the carrier (2, 3 ) has at least one permanent magnet, by means of which the carrier (2, 3) - in particular along an X-axis and along a Y-axis - in the plane of the stator tiles (1) and - in particular along a Z-axis - perpendicular to the stator tiles (1) is movable relative to the stator, and wherein a sensor system is arranged on the stator, via which the position of the carrier (2, 3) can be determined relative to the stator, characterized by at least one stator-side mechanical positioning device (4) which is attached to the Stator is attached, and which, in operative connection with a mechanical positioning device on the carrier side, enables exact positioning and / or position correction of the carrier (2, 3) when the carrier (2, 3) is suspended position - especially along the Z-axis - is lowered to the stator.

Conveyor device according to one of the preceding claims, characterized in that the stator-side positioning device (4) has three stator-side positioning parts (6), and that the carrier-side positioning device has three carrier-side positioning parts.

Transport device according to Claim 2 , characterized in that the carrier-side positioning parts are arranged in or on lateral projections (14) of the carrier (2).

Transport device according to Claim 2 or 3 , characterized in that the stator-side positioning parts (6) are arranged on a stator-side circle (K), and that the carrier-side positioning parts are arranged on a carrier-side circle (K), the two circles (K) having the same diameter.

Transport device according to Claim 4 , characterized in that angular distances between the positioning parts (6) on the respective circles (K) are the same.

Transport device according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that the stator-side positioning parts (6) are designed as spherical sections (8), while the carrier-side positioning parts are designed as symmetrical grooves (10), each having two mutually adjusted flanks, which the respective groove (10) at their base increasingly narrow.

Transport device according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that the carrier-side positioning parts are designed as spherical sections (8), while the stator-side positioning parts (6) are each designed as pairs of elastic support elements (16).

Transport device according to Claim 7 , characterized in that the elastic support elements (16) are mushroom-shaped and each have a stem (20) and a cap (22), the caps (22) at least in a central contact area having a high coefficient of friction of preferably more than 0.7 , and wherein the elastic support elements (16) are inflexible or rigid in their respective longitudinal axes (18), while the stems (20) are flexible when a transverse force is introduced.

Transport device according to Claim 8 , characterized in that the two caps (22) or their central contact areas can be moved along a respective pivoting circle (SK).

Transport device according to Claim 8 or 9 , characterized in that the two stems (20) are made 80 to 100 degrees to each other.

Transport device according to one of the Claims 2 until 5 , characterized in that the carrier-side positioning parts are designed as spherical sections (8), while the stator-side positioning parts (6) are designed as symmetrical grooves (10) each having two mutually adjusted flanks that increasingly narrow the respective groove towards its base .

Transport device according to Claim 6 or 11 , wherein the two flanks of the respective groove (10) have an angle of less than 90 degrees to one another.