DE2000503B2 - Vorrichtung zum feinausrichten von kleinen werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feinausrichten von kleinen Werkstücken mit einem auf einer Führungsplatte verschiebbar gelagerten und in seiner uflageebene mittels Stelltrieben linear in zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden Richtungen und in Drehrichtung verstellbaren Werkstückträger.

Vorrichtungen zur genauen Einstellung eines Werk-Stückes werden in den verschiedensten Bereichen der Technik benötigt. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen ist eine große Zahl verschiedener Feinstelltriebe bekanntgeworden, z. B. für die Objektiveinstellung optischer Geräte, wie Kameras und Mikroskope, oder für Meßzwecke, wobei die bekannten Mikrometer-Stellschrauben hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllen. Eine weitere Anwendung, bei der höchste Anspruch; an die Einstellgenauigkeit gestellt werden, ist die Herstellung von integrierten Schaltungselementen als Bausteine elektrischer Schaltungen.

Im Zuge der Miniaturisierung sind die Abmessungen derartiger Schaltungselemente so verringert worden, daß die genaue Ausrichtung eines Halbleiterplättchens auf dem Schaltungsmuster der Trägerplatte eine Einstellgcnauigkeit in der Größenordnung von 1 u und darunter voraussetzt. Eine Einstellmöglichkeit in dieser Genauigkeit ist beispielsweise hei der Herstcllung und Bearbeitung solcher Halbleiterplättchen, wie zum Ät?;n oc'",r Auftragen von Schaltungsmustern mittels Masken usw. erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufga. e zugrunde, eine Vorrichtung zum Feinausrichten von kleinen Werkstücken der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und leichter Bedienbarkeit höchste Genauigkeitsansprüche erfüllt. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß der Werkstückträger auf der Führungsplatte frei beweglich gelagert ist und an seiner Unterseite zwei zu seiner Auflagefläche rechtwinklige, zur Werkstückträgermittenachse diametral angeordnete und durch eine Aussparung der Führungsplatte ragende Bolzen aufweist, an deren Mantelflächen insgesamt drei durch die Stelltriebc linear verschiebbare Stößel angreifen, und zwar je ein Stößel rechtwinklig zu der durch die beiden Bolzenachscn definierten Ebene in einander entgegengesetzten Richtungen und der dritte Stößel auf einen der Bolzen in der durch die beiden Holzenachsen definierten Fbcne. wobei zwischen Fülmmgsplattc und Werkstückträger den Stößeln entgegengesct/t wirkende Druckfedern angeordnet sind. Die drei in der definierten Zuordnung zueinander angeordneten Stelltriebe schließen bei einer gemäß (Ki I rfindung ausgebildeten Ausrichten neiiUms: Ikdu-iuing .fehler weitgehend aus. und die ReibungsveiIuMe und die damit verbundenen Einstellung^- nauh'keitcn sind auf das erreichbare Minimum herabgcsetzt. denn die Stößelspitzcn der Stelltriebe dienen gleichzeitig als Führungsteil und als Positioniciungsglied.

Im praktischen Betrieb werden zur translatorischen Einstellung des Werkstücks in der einen Koordinatenrichtung. beispielsweise in x-Richtung, der erste und der dritte Stelltrieb gleichsinnig betätigt, während zu einer Drehverstellung des Werkstücks die gleichen Stclltriebe entweder mit unterschiedlichen Stellwegen in der gleichen Stcllrichlung oder mit unterschiedliehen Stellrichtungen betätigt werden. Zur linearen Y'.rstcllimg des Werkstücks in der anderen, nämlich v-Koordinatcnrichtiing. wird gemäß der Erfindung nur der zweite Stelllrieb allein betätigt, Bedienungstechnisch setzt somit der Gebrauch der Vorrichtung nach der Erfindung keine besonderen Fertigkeiten voraus.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stelltriebe als parallele Stellschrauben ausgebildet, und dem ersten und dem zweiten Stößel ist je eine Stellschraube mit entgegengesetzter Gewindesteigung und einem als Stellnocken wirksamen Konus zugeordnet, während der dritte Stößel über eine Mikrometerstellschraube unmittelbar antreibbar ist. Auf diese Weise liegen die Stellschrauben an der Frontseite der Ausrichtvorrichtung bequem erreichbar; überdies erfordern die als Konus ausgebildeten Stellnocken nur geringe Herstellungskosten und bieten eine hohe Funktionssicherheit.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und, wie auch die vorgenannten erfindungsgemäßen Merkmale, in dem Ausführungsbeispiel erläutert, das nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben wird. Es zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Vor-

richtung zum Aut-ichten von kleinen Werkstücken, wie z. B. Halbleiterplättchcn für elektronische Schaltungen,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 1 in der Ebene 2-2 und

F i g. 3 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der Ebene 3-3.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zum genauen Ausrichten eines Werkstücks 1 in eine definierte Position in der x-/y-Ebene. Bei dem aus/urichtenden Werkstück kann es sich um ein beliebiges, relativ kleines und leichtes Werkstück von im wesentliehen flacher, z. B. plattenförmiger Gestaltung, wie Halbleiterplättchen für elektronische Schaltungseinheiten. handeln. Zum Festhaltendes Werkstücks dient ein auf einem Werkstückträger 5 befestigter zylindrischer Kammerring 3, dessen Ausbildung und Funktion später noch beschrieben wird. Der Werkstückträger 5 lic«t auf der Oberfläche einer Führungsplatte 7 beweglich auf, die ihrerseits auf einer Grundplatte 8 befestigt ist.

Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, ist die Grundplatte 8 mittels Justierschrauben 11, 13 und IS in die genaue waagerechte Position einstellbar. Zur übertragung der Einstellbewegungen auf den Werkstückträger 5 in Dreh- und Translationsrichtung in der x- y-Eoene sind weiterhin Stellschrauben 19. 21 und 23 angeordnet, von denen die Stellschraube 21 als Mikrometer-Stellschraube ausgebildet ist.

In die Fühlungsplatte 7 eingeschraubte Schraubenbolzen 27. 29 und 31 halten mittels Federn den Werkstückträger 5 in ihrer Lage auf der Führungs- platte 7. Die Durchmesser der entsprechenden Bohrungen im Werkstückträger S sind jedoch so groß, daß die Einstellbeweglichkcit des Werkstückträgers S innerhalb des erforderlichen Einstellbereiches, z. B. 1 Millimeter, nicht beschränkt ist. Die untere Fläche des WerkstUckträgers 5 und die mit ihm zusammenwirkende Oberfläche der Führungsplatte 7 sind so ausgebildet, daß bei der Relativbewegung zwischen beiden Platten eine möglichst geringe Reibung auftritt; hierzu kann beispielsweise eine der Flächen mit kleinen Kerben. Nuten od. ä., versehen sein.

Um sicherzustellen, daß der Werkstückträger 5 den Einstellbewegungen der Stellschrauben 19,21 und 23 folgt, sind Druckfedern 33, 35 und 37 von drei ver-

sehiedenen Seiten auf den Werkstückträger 5 wirK-sam. Die Stellschrauben I*>, 21 und 23 sind, wie im folgenden im einzelnen erläutert werden wird, über in einer Kammer 36 an der Unterseite des Werkstückträger 5 angeordnete Schubringe 38 und 40 auf den Werkstückträger 5 wirksam.

Der Schubring 38 besteht, wie aus F i g. 3 hervorgeht, aus einem Kugellager 39, dessen Innenring auf einem an der Unterseite des Werkstückträgers S befestigten Bolzen 41 sitzt. In ähnlicher Weise besteht der Schubring 4« aus zwei Kugellagern 43 und 45, deren Innenringe auf einem gemeinsamen, ebenfalls mit dem Werkstückträger 5 verschraubten Bolzen 47 angeordnet sind.

Wie Fig. 2 zeigt, liegen an den Unifangsflächen der Kugellager 39, 43 und 45 Stößel 51, 53 und 55 mit ihren Enden an. Die Stößel 51, 53 und 55 sind in entsprechenden Bohrungen der Führungsplatte 7 längsverschiebbar gelagert ι nd, wie aus der Fig. 2 weiterhin deutlich wird, auf die Kugellager 39 bzw. *5 in unterschiedlichen Wirkungslinien wirksam.

Zur Einstellung der Einstellplatte 5 in x-Richtung werden die Stößel 51 und 55 jeweils mittels eines Konus 61 bzw. 65 betätigt, während die Verstellbewegung in y-Richtung durch Betätigung eines weiteren Stößels 53 ausgeführt wird. Die Stößel 51, 53 und 55 sind somit jeweils einzeln und voneinander unabhängig verstellbar.

Aus den Fig. 1 und 2 ist zu erkennen, daß die den Konus 65 an ihrem Ende tragende Spindel 69 mit einem Linksgewinde versehen ist, während die mit dem Konus 61 verbundene Spindel 73 ein Rechtsgewinde trägt. Eline Verstellbewegi'.ng der Stellschraube 19 in Drehrichlung entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt daher eine entsprechende Auswärts-Hubbewegung der Spindel 69 mit dem Konus 65. während eine Drehbewegung der Stellschraube 63 entgegen dem Uhrzeigersinn eine Einwärtshubbewegung der zugeordneten Spindel 63 und des Konus 61 zur Folge hat. Diese Versteildrehungen der Stellschrauben 19 und 23 entgegen dem Uhrzeigersinn haben daher eine Schubbewegurg der Stößel 51 und 55 nach rechts zur Folge, wobei im Falle des Stößels 55 der Konus 65 verschiebend wirksam wird, während im Fülle des Stößels 51 der Konus 61 eine Nach-iechts-Beweg'ing des Stößels 51 ermöglicht. Dabei übertragt der Schubring 38 die Verstcllkraft auf den Stößel 51 sowohl unter der Wirkung der Verstcllbewegung des Stößels 55 als auch linie; der Wii kung der Druckfeder 33 (vgl. Fig. 1). Die gleichzeitige Wirksamkeit des Stößels 55 und der Druckfeder 33 hat. wenn die Stellschrauben 19 und 23 gleichmäßig verstellt wurden, eine translatorischc Einstcllbewcgung der Einstcllplalte 5 zur Folge. Die Druckfedern 3j, 35 und 37 sind im übrigen so angeordnet, daß sie jeweils entgegen den Stößeln Sl, 53 und 55 und in deren Wirl-ungslinie wirksam sind.

Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß bei gleicher Gewindesteigung der Spindeln 69 und 73 und gleicher Ausbildung der Konen 61 und 65 das Werkstück in x-Richtung linear verstellt wird, wenn die Stellschrauben 19 und 23 synchron und in gleicher Drehrichtung betätigt werden. Bei einer davon abweichenden Betätigung der Stellschrauben 19 und 23, beispielsweise mit nicht übereinstimmender Drehrichtung oder Drehgeschwindigkeit, erfolgt eine nicht ausschließlich lineare, sondern gleichzeitig auch eine Drehverstellung.

Bei synchroner Betätigung der Stellschrauben 19 und 23 im Uhrzeigersinn werden die Druckfeder 37 und der Stößel 51 in der gleichen Weise, jedoch in entgegengesetzter Richtung wirksam, wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel die Diuekfeder33 und der Stößel 55 bei der Nach-rechts-Verstellung. Werden hingegen z. B. die Stellschraube 19 entgegen dem Uhrzeigersinn und die Stellschraube 23 im Uhrzeigersinn gedreht, so erfährt der Werkstückträger 5 eine

ίο Drehverstellung entgegen dem Uhrzeigersinn. Umgekehrt wird der Werkstückträger 5 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Stellschrauben 19 und 23 jeweils im entgegengesetzten Drehsinn betätigt werden.

Bei der Betätigung der Mikrometerstellschraube 21 erfolgt eine ausschließlich lineare Verstellung des Werkstückträgers 5 in y-Richtung, wcbei die Druckfeder 35 als Geger kraft wirksam ist, wenn die Mikrometerstellschraube 21 zur Mitte hin hineingedreht wird, während im umgekehrten Falle die Druckfeder 35 die Verstellkraft liefert.

Gemäß F i g. 3 ist zur Lagerung des Werkstücks 1 eine Kolbenkamnier 85 angeordnet, bestehend aus einem Kolben 88, einem Kammerring 3 und einem

Trägerring 2. Im Kammerring 3 befindet sich eine Ringnut 82, der zr.m Festhalten des Trägerrings 2 Vakuum zugeführt wird. Der Kolben 88 besteht aus einer oberen Kolbenplatte 87, auf dem das Werkstück 1 ruht, und einer unteren Kolbenplatte 89, auf die von der Unterseite her Druckluft wirksam ist. Zur Abdichtung an der innenwand des Kammerrings 3 besteht die untere Kolbenplatte aus ."iderelastischcm Werkstoff. Die obere Kolbenplatte 87 enthält eine Anzahl Saugbohrungen 90, und der zylindrische Verbindungstei! zwischen oberer und unterer Kolbenplatte 87 bzw. 89 ist mit einer Vakuumringnut 91 versehen. Radialbohrungen am Umfang verbinden die Vakuumringnut 91 mit dem Inneren des Kolbens 88

Wird durch die DrucKlcitung 95 keine Druckluft zugeführt, so befindet sich der Kolben 88 in seiner unteren Lage, in der er auf der Oberfläche des Werkstückträgers 5 aufliegt. In dieser Stellung kann der Trägerring 2 zum Aufsetzen eines Werkstücks 1

abgenommen werden. Zum richtigen Auflegen des Werkstücks 1 auf den Trägerring 2 sind auf der oberen Kolbenplatte 87 drei Stifte angeordnet, von denen zwei, nämlich die Stifte 97 und 99, in F i g. 3 sichtbar sind. Mit Ausnahme des Stiftes 99 sind diese Stifte federbelastet.

Wenn das Werkstück 1 zwischen die Stifte auf den Trägerring 2 aufgelegt und durch die Druckleitung 95 Druckluft zugeführt worden ist. wird der Xolbcn 88 angehoben, so daß die obere Außenkante des Werkstücks 1 zum Anlegen an die untere Fläche des Trägerrings 2 gelangt. Das durch eine Vakuumleitung 101 gleichzeitig zugeführte Vakuum hält den Trägerring 2 fest, da die durch das Vakuum ausgeübte Haltekrafl größer ist als die von der Druckluft

auf die untere Fläche des Kolbens 88 wirksame Druckkraft.

Zusätzlich wird das Werkstück 1 auch durch das Vakuum festgehalten, das jetzt in das Innere des Kolbens 88 gelangt, wenn dieser seine obere Stellung

erreicht hat, Wie F i g. 3 zeigt, gelangt das Vakuum dann über die Vakuumringnut 91 und die Radialbohrungen 93 in den Kolben 88 hinein, von wo es sodann durch die Saugbohrungen 90 in der oberen

benplatte 87 hindurch festhaltend auf das Werk- :k 1 wirksam ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feinausrichten von kleinen Werkstücken mit einem auf einer Führungsplatte verschiebbar gelagerten und in seiner Auflageebene mittels Stelltrieben linear in zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden Richtungen und in Drehrichtung verstellbaren Werkstückträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (5) auf der Führungsplatte (7) frei beweglich gelagert ist und an seiner Unterseite zwei zu seiner Auflagefläche rechtwinklige, zur Werkstückträgermittenachse diametral angeordnete und durch eine Aussparung der Führungsplatte (7) ragende Bolzen (41. 47) aufweist, an deren Mantelflächen insgesamt drei durch die Stelltriebe linear verschiebbare Stößel (51, 53. 55) angreifen, und zwar je ein Stößel (51, 55) rechtwinklig zu der durch die beiden Bolzenachsen definierten Ebene in einander entgegengesetzten Richtungen und der dritte Stößel (53) auf einen der Bolzen (47) in der durch die beiden Bolzenachsen definierten Ebene, wobei zwischen Führungsplatte (7) und Werkstückträger (5) den Stößeln (51, 53. 55) entgegengesetzt wirkende Druckfedern (33. 35. 37) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Steiltriebe als parallele Stellschrauben (19. 21. 23) ausgebildet sind und daß dem ersten und dem zweiten Stößel (51, 55) je eine Stellschraube (23. 19) mit entgegengesetzter Gewindesteigung und einem als Stellnocken wirksamen Konus (61, 65) zugeordnet ist, während der dritte Stößel (53) über eine Mikrometer-Stellschraube (21) unmittelbar antreibbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Stellschraube (23.19) gleiche Gewinde- und gleiche Konussteigungen aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der zwischen den Bolzen (41. 47) und den Stößeln (51. 53. 55) wirksamen Federdruckkräfte auf den Bolzen (41. 47) des Werkstückträgers (5) Kugellager (39; 43. 45) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen