DE3718940A1 - Anpassungsfaehige verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur anpas­ sungsfähigen Verbindung mit drei Freiheitsgraden, die z. B. zur gegenseitigen Anpassung von Werkstücken verwendet werden kann.

Bei Herstellungsvorgängen, bei denen mit im allgemei­ nen flachen plattenähnlichen Werkstücken gearbeitet wird, ist es üblich, das Werkstück an einem festgeleg­ ten Platz auf einer flachen Arbeitsfläche, etwa durch einen Vakuumhalter festzuspannen, indem zwei orthogonale Kanten des Werkstückes gegen drei eine Ecke definierende Ausrichtungspunkte ausgerichtet werden. Dies ist z. B. bei der Herstellung von Hybridschaltungen allgemeine Praxis geworden, wo Keramikplatten als Substrat verwendet werden, auf denen durch Siebdruck von leitfähigen und nichtleit­ fähigen Pasten eine Schaltung erzeugt wird. Danach werden Widerstände in der Schaltung, im allgemeinen durch automatische Lasertrimmung, modifiziert, um ihren Widerstandswert innerhalb einer spezifizier­ ten Toleranz auf den gewünschten Wert einzustel­ len. Zusätzlich werden noch oft aktive elektronische Komponenten in die Schaltung eingebracht. Die Anbrin­ gung dieser Komponenten erfolgt im allgemeinen auch durch eine automatische Ausrüstung. Die reprodu­ zierbare Ausrichtung des Werkstücks gegenüber den Werkstückhaltern der verschiedenen Maschinen einer Produktionslinie ist wesentlich, wenn teure und zeitraubende Ausrichtprozeduren für jedes Werkstück vermieden werden sollen.

Die Ausrichtung der Werkstücke kann manuell oder mechanisch erfolgen. Die manuelle Ausrichtung ist vom Konzept her extrem einfach: Der Arbeiter plaziert das Werkstück auf der Arbeitsfläche, z. B. den Vakuumhalter und bringt es durch Verschieben in Kontakt mit den drei Ausrichtpunkten (üblicherweise Stifte). Die menschliche Hand hat keine Schwierigkeit festzustellen, daß das Werkstück in Kontakt gebracht worden ist mit den drei Ausrichtungspunkten, und daß keine weitere Kraft oder Bewegung aufgebracht werden muß. Eine automatische Ausrichtung ist notwen­ dig, wenn die Werkstücke durch automatische Maschinen aufgebracht werden sollen (z. B., durch Beschickungsro­ boter) ohne Einflußnahme auf einen Arbeiter. Wenn eine derartige Maschine ein Werkstück auf einer Arbeitsfläche aufbringt, ist es im allgemeinen notwendig, das Werkstück in zwei Achsrichtungen (z. B., X und Y) zu verschieben und es um einen gewissen Winkel (Theta) zu drehen, um den Kontakt mit den Ausrichtpunkten herzustellen. Die mechanische Ausrichtung erfolgt im allgemeinen dadurch, daß in dem Werkstückhalter einer jeden Verarbeitungsma­ schine eine Art von Greifermechanismus vorgesehen ist, die üblicherweise ein Paar von federbelasteten Armen enthalten, welche das Werkstück von der veränder­ baren Stelle, an der es durch die Beladeeinrichtung abgelegt worden ist, in die Ausrichtecke geschoben wird. Derartige Mechanismen arbeiten zufriedenstel­ lend, wenn sie für eine bestimmte Größe und Form eines Werkstücks vorgesehen sind, aber ihre Zuverläs­ sigkeit kann leiden, wenn sie an mehrere Größen von Werkstücken angepaßt werden sollen. Weiter weisen sie ein bestimmtes Maß an Kompliziertheit auf, da sie im allgemeinen mehrere bewegliche Teile enthalten.

Vom Erfinder ist festgestellt worden, daß eine nachgiebige oder anpassungsfähige Verbindung mit drei Freiheitsgraden in einer einzigen Ebene geschaf­ fen werden kann, indem ein Paar von Platten, welche frei gegeneinander verschiebbar sind, jedoch mit einer Einrichtung versehen sind, durch die bewirkt wird, daß die Platten gegeneinander in einer bestimm­ ten Orientierung angezogen werden, so daß die Plat­ ten relativen lateralen Verschiebungen und Verschie­ bungen durch Drehungen federnd widerstehen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ziehen sich die Platten gegenseitig in der gewünschten Richtung durch Magnetismus an; sind die Platten aus einem Nicht-Eisenmaterial gemacht und haben einzeln verteilte Magneten an korrespondierenden Stellen der gegenüberliegenden Oberflächen der oberen und unteren Platten,; erfolgt die relative Verschiebung zwischen den beiden Platten durch ein Luftpolster zwischen diesen, welches dadurch erzeugt wird, daß Druckluft durch eine oder mehrere Düsen in die Verbindung der Plat­ ten gepreßt wird.

Die bevorzugte Verwendung der anpassungsfähigen Verbindung ist in einer Einrichtung zur mechanischen Ausrichtung eines ebenen Werkstückes auf einer ebenen Arbeitsfläche in einer Ausrichtungsecke.

Mit der oberen Platte ist ein Verschiebungsmechanismus verbunden, der eine Verschiebung im wesentlichen in eine Richtung auf die Ecke zu bewirkt, mit der unteren Platte ist ein Werkstückhalter verbunden. Der Verschiebungsmechanismus bewirkt eine Verschiebung der oberen Platte, der unteren Platte, des Werkstück­ halters und des Werkstückes in die Ausrichtecke und die Platten können sich nachdem das Werkstück in einen ersten Kontakt mit der Ausrichtecke gekom­ men ist, gegen die Anziehungskräfte frei in drei Freiheitsgraden gegeneinander verschieben, wodurch eine genaue Ausrichtung mit der Ausrichtecke möglich ist.

Der Verschiebungsmechanismus enthält vorzugsweise eine an der oberen Platte befestigte Parallelogramm­ verbindung, so daß eine, z. B. durch einen Beschi­ ckungsarm hervorgerufene Bewegung des oberen Teiles der Verbindung nach unten in Richtung auf die Arbeits­ fläche in eine Horizontalbewegung längs der Arbeitsflä­ che in Richtung auf die Ausrichtecke umgewandelt wird. Daher bewirkt eine fortgesetzte Bewegung des Beschickungsarms nach unten, ein Zusammenschieben der Verbindung nachdem das Werkstück auf die Arbeits­ fläche aufgesetzt worden ist, und schiebt das Werk­ stück automatisch in die Ausrichtecke.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen anpassungsfähigen Verbindungseinrichtung.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Einrich­ tung, wobei sich das Werkstück in einer ausgerichteten Position befindet;

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, welche die Komponenten der in Fig. 1 dargestell­ ten Einrichtung zur anpassungsfähigen Verbin­ dung und zum Halten des Werkstückes erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung (10) zum Ausrichten eines flachen Werkstückes (12), z. B. eine Flachbau­ gruppe oder ein keramisches Trägermaterial, in eine Position (14) einer Ausrichtungsecke, die durch drei Ausrichtungsstifte (16) auf einer ebenen Arbeits­ fläche (18) definiert wird. Die Einrichtung (10) enthält Vakuumsauger (20), die mit einer Vakuumplat­ te (21) verbunden sind, eine untere Platte (22) und eine obere Platte (24), die voneinander gering­ fügig durch dazwischen zugeführte Druckluft getrennt sind und sich durch Magneten (26) gegenseitig anzie­ hen und rückstellend ausrichten (vgl. Fig. 3) und eine Parallelogrammverbindung (28).

In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Vakuumplatte (21) mit einem Vakuumschlauch (33) verbunden ist, durch den die Saugelemente (20) wahlweise evakuiert werden, um das Werkstück (12) zu halten und loszulas­ sen. In Vertiefungen (30) der unteren Platte (22) sind Magneten (26) z. B. mittels eines Epoxykle­ bers fixiert. In ähnlicher Weise sind weitere Magneten (26) in gleichen fluchtend angeordneten Vertiefungen (nicht dargestellt) in der unteren Oberfläche der oberen Platte (24) angebracht und dort ebenfalls mit einem Epoxykleber befestigt. Vier Bolzen (32) (von denen nur einer dargestellt ist) fixieren die Vakuumplatte (21) an der unteren Platte (22). Vier Bolzen (34) (von denen nur einer dargestellt ist) befestigen untere, horizontal verlaufende Stangen (28) der Parallelogrammverbindung (28) an der oberen Platte (24). Die Nordpole der Magneten (26) auf der Platte (22) stehen den Südpolen der Magneten (26) auf der Platte (24) gegenüber. Mit der oberen Platte (24) ist ein Druckluftschlauch (36) verbunden, dessen Verlängerungen innerhalb der Platte (24) zu mehreren Düsen in der unteren Oberfläche der Platte (24) führen, um ein Luftpolster zwischen den Platten aufzubauen. Die Parallelogramm­ verbindung (28) enthält ein Paar von an ihren unteren Enden mit den Stangen (38) und an ihren oberen Enden an Stangen (42), die an einem oberen Block (44) befestigt sind, drehbar verbundenen Armen (40), wobei der obere Block (44) am Beschickungsarm einer Beschickungsmaschine (z. B. eines Beschickungsro­ boters), der eine Bewegung des oberen Blocks (44) nach unten senkrecht zu und in Richtung auf die Arbeitsfläche (18) ausführt, befestigt ist. Die Längsachsen der Stangen (38, 42) der Parallelogrammver­ bindung (28) nehmen mit den Kanten der Eckposition (14) einen Winkel von 45 Grad ein, so daß die Bewegung der Platten (21, 22) und (24) und des Werkstücks (12) in diese Richtung erfolgt, nachdem das Werkstück (12) in Kontakt mit der Arbeitsfläche (18) gekommen ist. Die Magneten (26) sind ausreichend stark, um eine Anziehung zwischen den Platten (22) und (24) aufrechtzuerhalten, selbst wenn eine wesentliche (z. B. um 1 cm) relative Verschiebung in irgendeine Richtung zwischen ihnen erfolgt ist.

Wenn der (nicht dargestellte) Beschickungsarm, an dem der obere Block (44) der Verbindung (28) befestigt ist, sich absenkt, so wird ein Punkt erreicht, bei dem das Werkstück (12) einen ersten Kontakt mit der Arbeitsfläche (18) hat. An diesem Punkt ist die Verbindung (28) noch in der geöffneten Position (d.h., die Arme stehen nahezu senkrecht). Die unteren und oberen Platten (22) und (24) fluchten miteinander und das Werkstück (12) befindet sich in einer etwas von den Befestigungsstiften (16) entfernten Position. Wenn sich der Beschickungsarm (und der obere Block 44 der Verbindung 28) weiter senkt, beginnt sich die Verbindung (28) (wie in Fig. 1 gezeigt) zusammenschieben, was zu einer Translationsbewegung der oberen Platte (24) in Richtung auf die Ausrichtungsecke führt. Die untere Platte (22) folgt dieser Bewegung und selbstverständ­ lich ebenso das Werkstück (12), bis das Werkstück (12) mit dem ersten Ausrichtungsstift (16) in Kontakt kommt. Hier beginnen die obere (24) und die untere (22) Platte sich gegeneinander zu verschieben, weil sich die obere Platte (24) weiterhin längs der Längsachsen der Stangen (38, 42) verschiebt, während die untere Platte (22) aufgehört hat, sich in einer Achse weiterzubewegen. Da die Magnetkraft bewirkt, daß die Platten prinzipiell mit einem Winkel von 45 Grad gegenüber der Ausrichtungsecke orientiert sind, gleitet das Werkstück (12) bezüglich dem Ausrichtstift (16), mit dem es bereits Kontakt hat, in die Ecke, bis der zweite und der dritte Stift anschlägt. Üblicherweise setzt sich die Bewegung des oberen Blocks (44) auch über diesen Punkt hinaus fort: d.h. durch die Verbindung (28) wird eine weitergehende Lateralbewegung ausgeführt, so daß einiges davon durch eine weitere Relativverschiebung zwischen den Platten aufgenommen werden muß. Wenn dies nicht der Fall wäre, könnte eine Ausrichtung nicht erfolgen, da die Bewegung des Werkstückes (12) bereits aufgehört haben könnte, bevor der dritte Stift erreicht wird.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Fähigkeit, verschiedene Größen von Werkstücken auf tatsächlich jeder beliebigen ebenen Arbeitsfläche im wesentlichen ohne Verschleißteile auszurichten, wodurch die Notwendigkeit für spezielle Mechanismen in den Werkstückhaltern der verschiedenen Maschinen zur Herstellung von Hybridschaltungen entfällt.

Bei weiteren Ausführungsformen können z. B. zusätzlich zu den Permanentmagneten (26) Elektromagneten verwen­ det werden, und es können andere Vorrichtungen verwendet werden, um eine Verschiebung der Platten in drei Freiheitsgraden zu bewirken (z. B. Kugella­ ger). Auch können anstelle der Magneten und des Luftpolsters Federn verwendet werden, um sowohl die Rückstellwirkung in den drei Freiheitsgraden als auch die Anziehung der beiden Platten aufeinander in einer speziellen Orientierung zu bewirken. Auch können, anstatt daß alle Nordpole auf der einen Platte in eine Richtung gehen, entgegengesetzt zu allen Südpolen der Magneten auf der anderen Platte zwei der Magnete der einen Platte mit ihren Nordpolen auf die andere Platte gerichtet sein und zwei mit ihren Südpolen auf die andere Platte gerichtet sein, so daß die Steifigkeit der rückstellen­ den Anziehungskraft einstellbar ist. Auch können in den Weg des magnetischen Flusses ferromagnetische Materialien (z. B. Weicheisen) eingebracht werden, so daß die relative Steifigkeit in jeder der drei Achsen einstellbar ist, ebenso wie das Verhältnis der gesamten Vertikalanziehungskraft gegenüber der Federwirkung in der Horizontalebene einstellbar ist. Mit der Einrichtung können auch andere ebene Werkstücke, wie gedruckte Schaltungen, Glas oder Metallplatten ausgerichtet werden. Auch kann die anpassungsfähige Verbindung in anderen Einrichtungen als einem Mechanismus zur Ausrichtung flacher Werk­ stücke verwendet werden, z. B., um integrierte Schaltungen auf eine Schaltungsplatte aufzubringen, wobei die Anschlußfahnen der integrierten Schaltungen in Öffnungen mit Führungsflächen eingeführt werden.

Auch können mehrere Werkstücke gleichzeitig mit mehreren Ecken ausgerichtet werden, indem mehrere untere Platten und Werkstückhalter vorgesehen sind, die relativ zu verschiedenen Bereichen einer einzigen oberen Platte verschiebbar sind und zu diesen angezo­ gen werden.

Claims (19)

1. Anpassungsfähige Verbindungseinrichtung (10), durch die in einer einzigen Stufe drei Freiheitsgra­ de einer einzelnen Ebene gegeben sind, gekennzeichnet durch eine obere Platte (24),
eine unterhalb der oberen Platte (24) angeordnete untere Platte (22),
eine Gleiteinrichtung, die ein Gleiten der oberen Platte (24) und der unteren Platte (22) gegeneinander bezüglich X, Y und Theta erlaubt, und
eine Orientierungseinrichtung, durch die bewirkt wird, daß sich die Platten (22, 24) gegeneinander in einer besonderen Orientierung anziehen, so daß einer relativen lateralen Verschiebung und einer Drehbewegung der Platten entgegengewirkt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Orientierungseinrichtung magnetische Kräfte wirken, damit sich die Platten (22, 24) gegenseitig anziehen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platten (22, 24) aus einem Nicht-Eisen­ material bestehen, und daß die Orientierungseinrich­ tung mehrere einzelne Magneten (26) an korrespondie­ renden Stellen auf gegenüberliegenden Oberflächen der oberen Platte (24) und der unteren Platte (22) enthält.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Orientierungseinrichtung vier Paar Magnete (26) enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (26) Permanentmagne­ ten sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (26) Elektromagne­ ten sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinrichtung eine Einrichtung enthält, durch die Druckluft durch eine oder mehrere Düsen in die Verbindung der Platten gedrückt wird.

8. Einrichtung zur mechanischen Ausrichtung eines flachen Werkstücks (12) auf einer ebenen Arbeitsfläche (18), die Mittel (16) trägt, welche eine Ausrichtungs­ ecke (14) zur Aufnahme einer korrespondierenden Ecke des Werkstücks (12) definieren, gekennzeichnet durch
eine Verschiebungseinrichtung (28), welche oberhalb der Arbeitsfläche (18) angebracht ist, zum Erzeugen einer Verschiebung in Richtung auf die Ecke (14), eine mit der Verschiebungseinrichtung (28) verbundene obere Platte (24),
eine unterhalb der oberen Platte (24) angeordnete untere Platte (22),
eine Gleiteinrichtung, durch die die obere Platte (24) und die untere Platte (22) relativ zueinander bezüglich X, Y und Theta gleitend verschiebbar sind,
eine Orientierungseinrichtung (26), welche bewirkt, daß sich die Platten gegenseitig in einer besonderen Orientierung anziehen, so daß einer gegenseitigen Lateralverschiebung und Drehbewegung der Platten (23, 24) federnd entgegengewirkt wird,
einen mit der unteren Platte (22) verbundenen Werk­ stückhalter (20), durch den das Werkstück (12) unterhalb der unteren Platte (22) und oberhalb der Arbeitsfläche (18) ergriffen wird, wobei die Verschiebungseinrichtung (28) eine Verschie­ bung der oberen Platte (24), der unteren Platte (22), des Werkstückhalters (20) und des Werkstücks (12) in Richtung auf die Ecke (14) bewirkt, die Gleiteinrichtung und die Orientierungseinrichtung eine Bewegung in drei Freiheitsgraden entgegen einer Federwirkung für das Werkstück (12) bezüglich der Verschiebungseinrichtung (28) erlauben, nachdem das Werkstück (12) in ersten Kontakt gekommen ist mit den die Ausrichtungsecke (14) definierenden Mitteln (16), so daß eine Ausrichtung mit der Ausrich­ tungsecke (14) ermöglicht ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platten (22, 24) sich gegenseitig durch magnetische Kräfte anziehen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platten (22, 24) aus einem Nicht-Eisen­ material hergestellt sind, und daß die Orientierungs­ einrichtung mehrere an korrespondierenden Stellen der gegenüberliegenden Oberflächen der oberen Platte (24) und der unteren Platte (22) angebrachte einzelne Magneten (26) enthält.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Orientierungseinrichtung vier Paar Magnete (26) enthält.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (26) Permanentmagne­ ten sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (26) Elektromagneten sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (20) ein Vakuumhalter ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsein­ richtung (28) Mittel (28, 40, 42) enthält, durch die eine Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Arbeitsfläche (18) in eine Bewegung in Richtung auf die Ecke (14) umgewandelt wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verschiebungseinrichtung (28) eine Parallelogrammverbindung (38, 40, 42) enthält.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (13) mehrere Mittel (16) trägt, durch die Ausrich­ tungsecken (14) definiert werden, und durch mehrere untere Platten (22) und eine große obere Platte (24), wobei jede untere Platte (22) mit einem Werk­ stückhalter (20) ausgerüstet ist, um eine einzelnes Werkstück (12) unabhängig von anderen zu tragen, so daß mehrere Werkstücke (12) gleichzeitig ausgerich­ tet werden können.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinrichtung Kugellager enthält.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungs­ einrichtung durch zwischen den Platten (22, 24) angebrachte Federn geschaffen wird.