DE19932987C2

DE19932987C2 - Miniaturgreifer mit Formgedächtnisantrieb

Info

Publication number: DE19932987C2
Application number: DE1999132987
Authority: DE
Inventors: Joerg Gasmann
Original assignee: Joerg Gasmann
Current assignee: FFZ FEINMECHANISCHES FERTIGUNGSZENTRUM GLASHUE, DE
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: DE19932987A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Miniaturgreifer mit Formgedächtnisantrieb, mit einem ersten Greifarm (2) mit einer Greifspitze (3), der starr mit dem Grundkörper (1) des Greifers verbunden ist und mit einem zweiten Greifarm (4) mit einer Greifspitze (5), der drehbeweglich in dem Grundkörper (1) gelagert ist und von einem Formgedächtnis-Aktor (10) beaufschlagt wird. Zwischen dem Drehpunkt (6) des beweglichen Greifarms (4) und seiner Greifspitze (5) greift zum einen eine Feder (12) so an, daß sie den beweglichen Greifarm (4) gegen den festen Greifarm (2) drängt und zum anderen der Formgedächtnis-Aktor (10), so daß er im aktivierten Zustand gegen diese Feder (12) und damit im Öffnungssinne des Greifers arbeitet. Sowohl der Festpunkt der Feder (12) im Grundkörper (1) als auch der Festpunkt des Formgedächtnis-Aktors (10) ist im Grundkörper (1) justierbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Miniaturgreifer mit Formgedächtnisantrieb.

Beispiele für Anwendungsgebiete sind Prüfvorrichtungen für Abreißtests von Bonddrähten an mikroelektronischen Bau elementen und Montagevorrichtungen auf dem Gebiet der Mi kromontage. Weitere wichtige Anwendungsgebiete liegen im Bereich der Labortechnik und Mikrochirurgie.

Miniaturgreifer sind zur wirtschaftlichen Herstellung und Prüfung von Mikrominiatursystemen zunehmend gefragt. Die Anforderungen an die Gebrauchseigenschaften sind hoch. So sind präzise Greifbewegungen im Mikrometerbereich zu rea lisieren. Die Greiferabmessungen sollen zumindest in zwei Dimensionen nur wenige Millimeter betragen. Sie müssen reinraumtauglich sein und sollen eine möglichst geringe Masse besitzen.

Für die verschiedensten Anwendungen haben sich spezifische Greifprinzipe entwickelt. Weit verbreitet sind Sauggreifer für die Montage integrierter Schaltkreise, Adhäsionsgrei fer, magnetische und elektrostatische Greifer für Füge prozesse sowie mechanische Greifer.

Letztere sind besonders robust und erlauben es, vergleichs weise große Kräfte zu beherrschen. Gemeinsames Merkmal der mechanischen Greifer ist ein mechanisches Getriebe, das die Antriebs- in die Greifbewegung umsetzt. Den Antrieb übernehmen vorzugsweise Piezo-Aktoren oder Aktoren aus Formgedächtnislegierungen. Beide Antriebe sind abriebfrei und deshalb für Reinräume prädestiniert, und sie benötigen keine weitere Zusatzenergie als die ohnehin vorhandene Stromversorgung.

Formgedächtnisaktoren erreichen bei gleichem Volumen er heblich größere Stellwege als Piezo-Aktoren und lassen sich hervorragend in Kleinstmechanismen integrieren.

Ein vorbekannter Greifer für einen Industrieroboter nach DE 44 06 771 A1 hat bewegliche Finger, die beidseitig durch Formgedächtniselemente auslenkbar sind. Dies erweist sich für präzise Zugreifarbeiten als wenig handhabungs freundlich. Eine definierte Begrenzung der Auslenkung der Greifbacken sowie Vorrichtungen zur Einstellung einer de finierten Haltekraft fehlen.

Aus DE 197 38 296 A1 ist ein Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen, bestehend aus einem Formgedächtnisele ment, einem Sprungwerk und einem Grundkörper als gemeinsa mer Stütz- und Aufhängepunkt, sowie weiteren Elementen zur Bewegungsumsetzung bekannt. Die etwas träge Arbeitsweise einer Formgedächtnislegierung wird durch eine schnelle und definierte Sprungbewegung des Sprungmechanismus ersetzt. Allerdings bestimmt der Sprungmechanismus, beispielsweise eine Teller- oder Omegafeder, die funktionsbedingt nicht beliebigg erhöhbare Haltekraft. Anschläge, von denen einer verstellbar ist, begrenzen die Bewegung der beweglichen Greifbacke und damit die Verschiebung der Kraftwirkungsli nie der Feder und bewirken, daß beim Abschalten des Fomge dächtniselements von der elektrischen Heizung ein selb ständiges Rückstellen durch die Feder erfolgt. Mit dem Mechanismus lassen sich Miniaturgreifer, Kupplungen oder Ventile realisieren.

In der DE 197 40 091 A1 ist eine Anordnung zur Erzeugung von Stellbewegungen mit einem Arbeitselement und einem Kompensationselement aus Formgedächtnislegierungen be schrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Greifer mit Formge dächtnis-Aktor zu entwickeln, der ausgesprochen schlank ist, eine vergleichsweise hohe und präzis einstellbare Haltekraft aufweist, eine präzis einstellbare Öffnungswei te besitzt und eine hohe Lebensdauer erreicht.

Die Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 angegebenen Merkmalen erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen zeigen die begleitenden Ansprüche auf.

Danach weist der erfindungsgemäße Miniaturgreifer einen ersten Greifarm mit einer Greifspitze auf, der starr mit dem Grundkörper des Greifers verbunden ist und einen zwei ten Greifarm mit einer Greifspitze, der drehbeweglich in dem Grundkörper gelagert ist und von einem Formgedächtnis- Aktor beaufschlagt wird. Zwischen dem Drehpunkt des bewe glichen Greifarms und seiner Greifspitze greift eine Schließfeder an sowie der Formgedächtnis-Aktor, der im er wärmten Zustand gegen diese Schließfeder und damit im Öff nungssinne der Greifarme arbeitet. Sowohl der Festpunkt der Schließfeder als auch der Festpunkt des Formgedächtnis- Aktors sind im Grundkörper justierbar. Hierdurch lassen sich die Greifkraft und die Öffnungsweite präzise und un abhängig voneinander einstellen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Getriebe im geschlossenen Zustand des Greifers,

Fig. 2 das Getriebe im geöffneten Zustand des Greifers und

Fig. 3 eine körperliche Ansicht einer Greiferausführung für Zugkraftmeßgeräte.

In den Figuren sind dieselben Teile mit denselben Bezugs zeichen gekennzeichnet. Mit dem Grundkörper 1 ist ein Greifarm 2 mit seiner Greifspitze 3 starr und ein weiterer Greifarm 4 mit seiner Greifspitze 5 in einem Drehlager 6 schwenkbeweglich verbunden. Der drehbewegliche Greifarm 4 ist im Ausführungsbeispiel als Winkelhebel ausgebildet, so daß durch den einerseits am festen Schenkel des Winkelhe bels 4 und andererseits an einem im Grundkörper 1 geführ ten Schieber 7 mittels Befestigungselementen 8, 9 ange brachten Formgedächtnis-Aktor 10, im Ausführungsbeispiel ein Formgedächtnisdraht, eine Greifbewegung an den Greif spitzen 3, 5 erzeugt werden kann. Der Schieber 7 ist mit dem Grundkörper 1 während des Betriebes des Greifers fest verbunden.

Wird der Formgedächtnis-Aktor 10 über die Anschlüsse 11 durch Stromwärme aktiviert, so bewegt er den drehbewegli chen Greiferarm 4 gegen die Kraft einer Feder 12 (Druckfe der) nach oben. Ist der Formgedächtnis-Aktor 10 nicht ak tiv, so bewegt die Feder 12 den drehbeweglichen Greifarm 4 nach unten, der Formgedächtnis-Aktor 10 wird in seinen Ausgangszustand versetzt und der Greifer geschlossen.

Da der Formgedächtnis-Aktor 10 im passiven Zustand keine Kraft auf den drehbeweglichen Greifarm 4 ausübt, wird die Kraft zwischen den Greifspitzen 3, 5 allein von der Feder 12 bestimmt.

Der Formgedächtnis-Aktor 10 greift vorteilhafterweise zwi schen dem Drehpunkt 6 des beweglichen Greifarms 4 und dem Angriffspunkt der Feder 12 an, wodurch einerseits die Trägheit des Greifers bedeutend reduziert wird und ande rerseits seine Haltekraft erhöht wird.

Die Winkelhebelform des beweglichen Greifarms 4 erlaubt es, den Formgedächtnis-Aktor 10 und die Feder 12 im wesentlichen parallel zueinander im schlanken Grundkörper 1 zu führen un zu justieren.

Mittels eines in Fig. 3 nicht näher dargestellten in einem mit dem Grundkörper fest verbundenen Schieber 7 oder im Grundkörper 1 selbst angeordneten Stellelementes 13 kann die Vorspannung der Feder 12 und damit die an den Greif spitzen 3, 5 wirkende Greifkraft verändert werden.

Mittels des im Grundkörper 1 oder in dem Schieber 7 ange ordneten Stellelementes 14 kann die Lage des Schiebers 7 zum Grundkörper 1 und damit die Vorspannung des Formge dächtnis-Aktors 10 eingestellt und damit letztendlich die maximale Öffnung der Greifspitzen 3, 5 verändert werden.

Beide Stellelemente können als Stellgewindebolzen ausge führt sein, die von außen zu verstellen sind.

Der Greifer ist insgesamt fingerförmig gestaltet, wodurch sich mit dem Greifer sehr gut auch in schlecht zugängli chen Zonen manipulieren läßt. Gleichzeitig ist der Greifer relativ robust und damit praxitauglich.

Das Ende des Greifers ist als Einspannbolzen 15 ausgebil det. Beispielsweise wird der Greifer in ein nicht darge stelltes Zugkraft-Prüfgerät eingespannt, mit dem die Fe stigkeit von Bondanschlüssen auf mikroelektronischen Bau elementen geprüft werden kann.

Bezugszeichen

1

Grundkörper

2

fester Greifarm

3

Greifspitze am festen Greifarm

4

drehbeweglicher Greifarm

5

Greifspitze am drehbeweglichen Greifarm

6

Drehlager für den drehbeweglichen Greifarm

7

Schieber

8

,

9

Befestigungselemente für den Formgedächtnis-Aktor

10

Formgedächtnis-Aktor

11

elektrische Anschlüsse für den Formgedächtnis-Aktor

12

Feder

13

Stellelement für Feder

14

Stellelement für Formgedächtnis-Aktor

15

Einspannbolzen

Claims

1. Miniaturgreifer mit Formgedächtnisantrieb, mit einem ersten Greifarm (2) mit einer Greifspitze (3), der starr mit dem Grundkörper (1) des Greifers verbunden ist und mit einem zweiten Greifarm (4) mit einer Greifspitze (5), der drehbeweglich in dem Grundkörper (1) gelagert ist und von einem Formgedächtnis-Aktor (10) beaufschlagt wird, wobei zwischen dem Drehpunkt (6) des beweglichen Greifarms (4) und seiner Greifspitze (5) zum einen eine Feder (12) so angreift ist, daß sie die bewegliche Greifspitze (5) gegen die feste Greifspitze (3) drängt und zum anderen der Form gedächtnis-Aktor (10) so angreift, daß er im aktivierten Zustand gegen diese Feder (12) und damit im Öffnungssinne des Greifers arbeitet und wobei sowohl der Festpunkt der Feder (12) als auch der Festpunkt des Formgedächtnis-Ak tors (10) bezüglich des Grundkörpers (1) in Kraftwirkrich tung justierbar sind.

2. Miniaturgreifer nach Anspruch 1, wobei der Formgedächt nis-Aktor (10) zwischen dem Drehpunkt (6) des beweglichen Greifarms (4) und dem Angriffspunkt der Feder (12) am be weglichen Greifarm (4) angeordnet ist.

3. Miniaturgreifer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feder (12) eine Druckfeder ist.

4. Miniaturgreifer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Form gedächtnis-Aktor (10) ein Formgedächtnisdraht ist.

5. Miniaturgreifer nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bewegliche Greifarm (4) als Winkelhebel ausge bildet ist und sich an einem Ende des Winkelhebels der Drehpunkt (6) und am anderen Ende des Winkelhebels die Greifspitze (5) befindet.

6. Miniaturgreifer nach Anspruch 5, wobei sowohl die Feder (12) als auch der Formgedächtnis-Aktor (12) an dem Schen kel des Winkelhebels angreifen, der am Drehpunkt (6) befe stigt ist.

7. Miniaturgreifer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das feste Ende der Feder (12) über ein Verstellelement (13) in Bezug auf den Grundkörper (1) in Druckkraftrichtung verstellbar ist.

8. Miniaturgreifer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das feste Ende des Formgedächtnis-Aktors (10) über ein Verstellelement (14) in Bezug auf den Grundkörper (1) in Zug kraftrichtung verstellbar ist.

9. Miniaturgreifer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die festen, über Verstellelemente verstellbaren En den der Feder (12) und des Formgedächtnis-Aktors (10) an einem Schieber (7) befestigt sind, der während des Betriebes des Greifers fest mit dem Grundkörper (1) verbunden ist.

10. Miniaturgreifer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) einen Einspannbolzen (15) zum Einspannen in ein Zugkraftmeßgerät aufweist.

11. Miniaturgreifer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Greifer eine fingerförmige Gestalt aufweist.

12. Verwendung eines Miniaturgreifers nach einem der mehreren der vostehenden Ansprüche zur Zugkraftmessung an Bondverbindungen.