DE3838019A1

DE3838019A1 - Drehpositioniervorrichtung

Info

Publication number: DE3838019A1
Application number: DE3838019A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1989-05-18
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: DE3838019C2; JP2554669Y2; JPH0176611U; US4899998A

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehpositioniervorrichtung und insbesondere eine Verbesserung einer solchen Vorrichtung, die beispielsweise für eine hochgenaue Einstellung des Winkels bei Automaten für die Halbleiter-Herstellung/Montage oder bei Meß-, Steuer- und Prüfmaschinen für die Bild-Verarbeitung/Kon trolle verwendet wird.

Im allgemeinen enthält eine derartige Drehpositioniervor richtung einen Drehtisch für die Halterung eines Werkstücks oder eines zu vermessenden Gegenstandes, eine Antriebseinrich tung für den Drehtisch, eine Drehwinkel-Erfassungseinrichtung für die Erfassung des Drehwinkels des Drehtisches sowie einen Bremsmechanismus zum Abbremsen des Drehtisches. Das Antriebs system der Antriebseinrichtung enthält einen Nocken-Unterset zungsantrieb, einen Getriebe/Schnecken-Untersetzungsantrieb oder ähnliches. Eine typische herkömmliche Drehpositioniervor richtung enthält das Schnecken-Untersetzungsantriebssystem, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Dieses System weist folgende Baugruppen auf: einen Drehtisch b für die Halterung eines Werkstücks a, der drehbar auf einem Einstellantrieb c ange bracht ist, wobei dieser Einstellantrieb c und ein Motor d, der als eine Antriebsquelle dient, durch eine Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsreduktionseinheit (Schnecken-Drehzahlvermin derer) e verbunden sind, einen Bremsmechanismus (elektromag netische Bremse) f sowie einen Übertragungs- bzw. Transmis sionsmechanismus g (Riemenscheibe h und Riemen i).

Die Probleme einer derartigen Drehpositioniervorrichtung nach dem Stand der Technik liegen darin, daß die Drehgeschwin digkeit bei der Positionierung gering ist, da der Drehtisch b über den zwischengeschalteten Drehzahlverminderer e angetrie ben wird, daß die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung extern vor gesehen werden muß, und daß eine Speichereinheit notwendig ist, da die Steuerung mit einem offenen Regel- bzw. Wirkungs kreis ("Steuerkette") erfolgt. Damit werden die Komponenten vergrößert, und auch die Abmessungen der Vorrichtung selbst nehmen zu. Weitere Probleme liegen in dem geringen Grad der Auflösung, der Schwierigkeit, den Winkel genau einzustellen usw.

Angesichts dieser Nachteile besteht eine gesteigerte Nachfrage nach Drehpositioniervorrichtungen mit geringen Ab messungen und hoher Positionier-Drehgeschwindigkeit, mit denen es auch möglich ist, den Winkel hochgenau einzustellen.

Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist so mit darin zu sehen, eine Drehpositioniervorrichtung anzugeben, mit der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile - zu mindest teilweise - überwunden werden.

Insbesondere soll erfindungsgemäß eine Drehpositionier vorrichtung geschaffen werden, die einen Servomotor für einen direkten Antrieb des Drehtisches ohne Zwischenschaltung ei nes Drehzahlverminderers, eine Drehwinkel-Erfassungseinrich tung sowie einen Bremsmechanismus aufweist, wobei alle diese Einheiten im Gehäuse der Vorrichtung untergebracht sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine ver besserte Drehpositioniervorrichtung anzugeben, die geringe Ab messungen aufweist und einfach zu handhaben ist, die eine Hochgeschwindigkeits-Drehpositionierung und gleichzeitig eine hochgenaue Positionierung ermöglicht und die auch einen hohen Grad an Sicherheit gewährleistet, da ein Bremsmechanismus ein gebaut ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehpositioniervorrichtung zu schaffen, bei der der Drehwinkel eines Drehtisches durch die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, wenn der Drehtisch nach dem Aufsetzen der Werk stücke durch Erregung des Servomotors in Drehung versetzt wird, und bei der die Drehpositionierung eines Werkstücks durch Steuerung des Servomotors auf Grundlage des so erfaßten Signals erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgaben erfolgt mit einer Drehpositioniervorrichtung, die folgende Baugruppen aufweist: einen Drehtisch für die Halterung eines Werkstücks, einen Servomotor mit einem Rotor, auf dem der Drehtisch angebracht ist, eine Drehwinkel-Erfassungseinrich tung für die Erfassung der Drehposition des Drehtisches sowie einen Bremsmechanismus zum Abbremsen der Drehung des Drehti sches. Dabei sind der Servomotor, die Drehwinkel-Erfassungs einrichtung und der Bremsmechanismus in einem Gehäuse unterge bracht.

Nach vorliegender Erfindung kann grundsätzlich eine be liebige Drehwinkel-Erfassungseinrichtung verwendet werden, so fern sie den Drehwinkel des Drehtisches erfassen kann; vor zugsweise findet jedoch eine Codiereinrichtung ("Encoder") An wendung, die eine am Rotor des Servomotors befestigte Licht- Abschirmplatte sowie einen optischen Sensor für die optische Erfassung einer Markierung auf der Licht-Abschirmplatte auf weist.

Weiterhin kann grundsätzlich auch ein beliebiger Brems mechanismus verwendet werden, sofern er erforderlichenfalls die Drehung des Drehtisches abbremsen kann. Vorzugsweise fin det jedoch eine elektromagnetische Bremse Anwendung, die einen Anker, der von einer am Rotor des Servomotors angebrachten Platte abhebbar ist, sowie einen Elektromagnet, insbesondere einen Topfmagnet, aufweist, der den Anker gegen eine Feder einrichtung, die den Anker im Normalzustand gegen die Platte drückt, anziehen kann. Wie oben beschrieben, sind in dem Ge häuse der Servomotor mit dem Rotor, der den Drehtisch für die Halterung eines Werkstücks trägt, die Drehwinkel-Erfassungs einrichtung zum Erfassen der Position des Drehtisches und der Bremsmechanismus zum Abbremsen der Drehung des Drehtisches un tergebracht. Der Drehwinkel des Drehtisches wird durch die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung erfaßt, wenn der Drehtisch nach Aufsetzen eines Werkstücks durch Erregung des Servomotors in Drehung versetzt wird, und die Drehpositionierung des Werk stücks erfolgt durch Steuerung des Servomotors auf Grundlage des so erfaßten Signals.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen be schrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht, in der ein Teil einer erfindungsgemäßen Drehpositioniervorrichtung dargestellt ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Drehpositio niervorrichtung;

Fig. 4 einen Querschnitt, in dem der montierte Zustand einer Drehwinkel-Erfassungseinrichtung nach vorliegender Er findung dargestellt ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fi gur 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fi gur 1;

Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs A in Fig. 2;

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Bremsmechanismus in der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer herkömmli chen Drehpositioniervorrichtung.

In Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht ei ner erfindungsgemäßen Drehpositioniervorrichtung, in Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht entsprechend Fig. 1 und in Fi gur 3 eine perspektivische Ansicht der Drehpositioniervorrich tung dargestellt.

Die Drehpositioniervorrichtung weist folgende Baugruppen auf: einen Drehtisch 10 zum Tragen und Haltern eines Werk stücks 1, einen Servomotor 16 mit einem Rotor 12, an dem der Drehtisch 10 befestigt ist, eine Drehwinkel-Erfassungseinrich tung 20 zum Erfassen der Drehposition des Drehtisches 10 so wie einen Bremsmechanismus 30 zum Abbremsen der Drehung des Drehtisches 10, wobei der Servomotor 16, die Drehwinkel-Erfas sungseinrichtung 20 und der Bremsmechanismus in einem Gehäuse 40 untergebracht sind.

Der Drehtisch 10 hat eine durchgehende Öffnung 11 für die Verdrahtung der Vorrichtung, die in die Mitte des Tisches ge bohrt ist, sowie Befestigungslöcher bzw. Befestigungsöffnungen 13 zum Befestigen des Drehtisches und weitere Befestigungs löcher 15 für die Halterung der Werkstücke, die abwechselnd in entsprechenden Abständen in einem zu der durchgehenden Öffnung 11 konzentrischen Kreis gebohrt sind.

Der Servomotor 16 weist einen am Boden vorgesehenen zy lindrischen Rotor 12 und einen Stator 14 auf, der in einem Hohlraum 17 des Rotors 12 angeordnet ist, der für eine Steue rung mit offenem Wirkungskreis ("Open-Loop") ausgelegt ist. Am Servomotor 16 ist der Drehtisch 10 auf der oberen bzw. äußeren Seite des Rotors 12 durch Rotor-Befestigungsbolzen bzw. -schrauben angebracht, eine Scheibe oder Platte 18 ist auf der unteren offenen Seite durch Befestigungsbolzen bzw. -schrauben 3 angebracht, und der Stator 14 ist an einer im Schnitt U-för migen Auflage 44 befestigt, die wiederum durch Schrauben oder Bolzen 43 an der oberen Kante einer zylindrischen Befesti gungsrippe 42 angebracht ist, die von einer Grundplatte 41 nach oben vorspringt. Weiterhin ist zwischen die Innenfläche der offenen Seite des Rotors 12 des Motors 16 und die Außen fläche der Befestigungsauflage 44 ein Dreh-Rollenlager 19 ein gefügt, so daß sich der Rotor 12 und der Drehtisch 10 frei drehen können.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ist die Drehwinkel Erfassungseinrichtung 20 aus einer Codiereinrichtung aufge baut, die eine Licht-Abschirmplatte 22, die an der Seitenwand des offenen Teils des Rotors 12 des Servomotors 16 mit Be festigungsschrauben 21 angebracht ist, sowie eine Ausgangs punkt- bzw. Ursprungs-Erfassungseinheit 28 und eine Über schreit-Erfassungseinheit 29 in Form von Sensoren 26 und 27 aufweist, von denen jeder ein Licht emittierendes Element 24 und ein Licht empfangendes Element 25 enthält, die in Richtung aufeinander, d.h. einander "anblickend", angeordnet sind, wo bei ein U-förmig abgewinkeltes Teil 23 dazwischen eingeschoben ist, das am Rand der Licht-Abschirmplatte 22 ausgebildet ist, so daß eine (nicht gezeigte) Markierung, die auf dem U-förmig abgewinkelten Teil 23 vorgesehen ist, durch Zusammenwirken der Licht emittierenden Elemente 24 und der Licht empfangenden Elemente 25 dieser Erfassungseinheiten 28 und 29 optisch er faßt wird. Hierbei können die Ausgangspunkt-Erfassungseinheit 28 und die Überschreit-Erfassungseinheit 29 an einem Punkt an geordnet werden.

Wie in Fig. 9 dargestellt, ist der Bremsmechanismus 30 aus einer elektromagnetischen Bremse aufgebaut, die einen von der am Rotor 12 des Servomotors 16 angebrachten Platte 18 ab hebbaren Anker 31 sowie einen Topfmagnet 33 aufweist, der den Anker 31 gegen eine Feder 32 anziehen kann, durch die im Nor malzustand der Anker 31 gegen die Platte 18 gedrückt wird. Im einzelnen ist auf der Oberfläche des Ankers 31, die der Platte 18 gegenüberliegt, eine Einlage oder Zwischenlage 34 ange bracht, und in den Anker 31 sind Führungsöffnungen 37 gebohrt, in die gleitend Führungsstifte 36 passen, die in einem Fixier oder Befestigungsteil 35 vorgesehen sind, in dem auch der Topfmagnet 33 vorgesehen ist, so daß die Kontakt/Löse-Bewegung des Ankers 31, die aus der Erregung/Entregung des Topfmagnets 33 resultiert, stabilisiert wird.

Das Gehäuse 40 ist andererseits als achteckiger Zylinder ausgebildet, wie in Fig. 3 dargestellt. Dessen Oberteil 46 hat einen Öffnungsbereich 45, der lose den Rotor 12 des Servo motors 16 aufnimmt. Eine Rippe 47, die auf der Oberfläche des Oberteils 46 um den Umfang herum vorgesehen ist, paßt zur Aus führung einer Drehbewegung in eine Nut 10 a, die in der gegen überliegenden Oberfläche des Drehtisches 10 gebildet ist. Zwi schen die Rippe 47 und die Nut 10 a in ihren gegenüberliegenden Bereichen ist eine Labyrinthdichtung 48 eingefügt, wie in Fi gur 8 gezeigt, so daß der Servomotor 16, die Drehwinkel-Er fassungseinrichtung 20 und die elektromagnetische Bremse 30, die in dem Gehäuse 40 untergebracht sind, gegen Staub von au ßen geschützt werden können. Weiterhin sind an einer Seiten wand des Gehäuses 40 Anschlüsse bzw. Stecker 51 vorgesehen, die bei der Verdrahtung (nicht gezeigt) des Topfmagnets 33 der elektromagnetischen Bremse 30 mit einer Steuereinheit 50 ver wendet werden, die in dem durch die Befestigungsrippe 42 und die Befestigungsauflage 44 definierten Hohlraum 17 angeordnet ist. Die Sensoren 26 und 27 für die Ausgangspunkt-Erfassungs einheit 28 bzw. die Überschreit-Erfassungseinheit 29 sind an Seitenwänden 40 b bzw. 40 c angebracht, die auf beiden Seiten der Seitenwand 40 a liegen, an der die Anschlüsse oder Stecker 51 vorgesehen sind.

Weiterhin sind mehrere Rinnen oder Nuten 52 an entsprech enden Stellen der Oberfläche der Grundplatte 41 so ausgebil det, daß sie unter der Befestigungsrippe 42 hindurchlaufen, wobei (nicht gezeigte) Kabel für die Verbindung der Anschlüsse oder Stecker 51 und der Steuereinheit 50 in diesen Rinnen ver legt werden.

Die Einstellung des Drehwinkels des Werkstücks 1 unter Verwendung der oben dargestellten erfindungsgemäßen Drehposi tioniervorrichtung erfolgt folgendermaßen: nach der Halterung des Werkstücks 1 auf dem Drehtisch 10 wird der Servomotor 16 erregt, um den Drehtisch 10 in Drehung zu versetzen, und die auf der Licht-Abschirmplatte 32 vorgesehene Markierung wird durch den Sensor 27 der Ausgangspunkt-Erfassungseinheit 28 er faßt, wodurch eine Bezugsposition festgelegt wird. Anschlie ßend sendet die Steuereinheit 50 zum Servomotor 16 ein Be triebssignal, um den Servomotor 16 zu erregen, wodurch der Drehtisch 10 in Drehung versetzt wird. Ein bestimmter Dreh winkel wird in Form des Signals der im Servomotor 16 vorge sehenen Codiereinheit erfaßt, wodurch die Positionierung des Werkstücks 1 erfolgt. Diese Positionierung kann mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen, da die den Positionier-Drehwinkel betreffende Auflösung 1/655360 pro Umlauf oder etwa 1,98′′ be trägt.

Im Notfall, beispielsweise bei Auftreten eines elektri schen Defekts während des Positioniervorgangs, wird der Topf magnet 33 der elektromagnetischen Bremse 30 entregt, so daß durch die Druckkraft der Feder 22 der Anker 31 gegen die Plat te 18 gedrückt wird, wodurch der Drehtisch 10 angehalten und stationär gehalten wird. Da der Drehtisch 10 im Notfall sofort gestoppt und festgehalten wird, ist die Sicherheit gewährlei stet, selbst wenn ein auf dem Drehtisch 10 gehaltenes Werk stück 1 seitlich über den Drehtisch 10 vorsteht. Es ist anzu merken, daß die Verwendungsweise der Drehpositioniervorrich tung nach vorliegender Erfindung nicht unbedingt auf die hori zontale Lage beschränkt ist, in der der Drehtisch 10 über dem anderen Teil angeordnet ist, und daß die Vorrichtung generell in jeder beliebigen Position verwendet werden kann, beispiels weise in einer umgekehrten horizontalen Lage, in der der Dreh tisch unter dem anderen Teil liegt, oder in einer vertikalen Lage, in der sich der Drehtisch 10 in einer vertikalen Ebene dreht.

Wie oben beschrieben, weist die Drehpositioniervorrich tung nach diesem Ausführungsbeispiel folgende Baugruppen auf: den Drehtisch 10 für die Halterung des Werkstücks 1, den Ser vomotor 16 mit dem Rotor 12, an dem der Drehtisch 10 ange bracht ist, die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung 20 für die Erfassung der Position des Drehtisches 10 und den Bremsmecha nismus 30 zum Abbremsen der Drehung des Drehtisches 10. Dabei sind der Servomotor 16, die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung 23 und der Bremsmechanismus 30 in dem Gehäuse 40 unterge bracht. Die Vorrichtung hat daher geringe Abmessungen und ist leicht zu handhaben, mit ihr ist eine sehr genaue Hochge schwindigkeits-Drehpositionierung möglich, und sie gewährlei stet aufgrund des eingebauten Bremsmechanismus einen hohen Grad an Sicherheit.

Claims

1. Drehpositioniervorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Drehtisch (10) für die Halterung eines Werkstücks, einen Servomotor (16) mit einem Rotor (12), an dem der Drehtisch (10) angebracht ist,
eine Drehwinkel-Erfassungseinrichtung (20) für die Erfas sung der Position des Drehtisches (10) und
einen Bremsmechanismus (30) zum Abbremsen der Drehbewe gung des Drehtisches (10),
wobei der Servomotor (16), die Drehwinkel-Erfassungsein richtung (20) und der Bremsmechanismus (30) in einem Gehäuse (40) untergebracht sind.

2. Drehpositioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung (20) eine Codiereinrichtung ist, die eine an dem Rotor (12) des Servomotors (16) befestigte Licht-Abschirmplatte (22) und ei nen optischen Sensor (26, 27) für die optische Erfassung einer Markierung auf der Licht-Abschirmplatte (22) aufweist.

3. Drehpositioniervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmechanismus (30) eine elektromagnetische Bremse ist, die einen bezüglich einer an dem Rotor (12) des Servomotors (16) angebrachten Platte (18) abhebbaren Anker (31) und einen Topfmagnet (33) aufweist, der den Anker (31) gegen eine Federeinrichtung (32) anziehen kann, durch die der Anker (31) im Normalzustand gegen die Platte (18) gedrückt wird.