DE3838019C2 - Drehpositioniervorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehpositioniervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
wie sie beispielsweise zur hochgenauen Einstellung des Win
kels bei Automaten für die Herstellung und/oder Montage von
Halbleitereinrichtungen oder bei Meß-, Steuer- und Prüfein
richtungen für die Bildverarbeitung und/oder Bildüberwachung
verwendet wird.
Eine Drehpositioniervorrichtung mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus DE 25 49 807 A1
bekannt. Dort erfolgt der Antrieb des gegenüber einem Gehäuse
drehbaren Drehtisches von einem innerhalb des Gehäuses ange
ordneten Servomotor über ein Getriebe, das ein auf der Motor
welle sitzendes Zahnrad, ein mit diesem kämmendes Gegenrad
und ein mit dem Gegenrad über eine Ritzelwelle verbundenes
Ritzel umfaßt, das seinerseits mit der Innenverzahnung einer
mit dem Drehtisch gekoppelten Antriebsschraube in Eingriff
steht. Abgesehen davon, daß ein derartiges Getriebe teuer ist
und das Gesamtgewicht der Anordnung erhöht, verhindert es
aufgrund unvermeidbaren Getriebespiels und wegen der Träg
heitsmomente der Getriebeteile eine genaue und rasche Posi
tionierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehposi
tioniervorrichtung anzugeben, die eine hochgenaue und sehr
schnelle Einstellung des Drehtisches auf den jeweils
gewünschten Drehwinkel gestattet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im
Anspruch 1 gekennzeichnet. Durch die Befestigung des Rotors
am Drehtisch und die dadurch erreichte direkte Kopplung wird
jegliches Getriebespiel vermieden. Das Fehlen von durch
Getriebeteile verursachten Massenträgheitsmomenten verbessert
das Anfahr- und Abbremsverhalten der Anordnung. Der ferner
vorgesehene Bremsmechanismus gestattet es dabei, die jeweils
gewünschte Winkelstellung mit verhältnismäßig hoher Dreh
geschwindigkeit genau anzufahren.
Grundsätzlich kann eine be
liebige Drehwinkel-Erfassungseinrichtung verwendet werden, so
fern sie den Drehwinkel des Drehtisches erfassen kann; vor
zugsweise findet jedoch eine Codiereinrichtung 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 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
dargestellt ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in
Fig. 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in
Fig. 1;
Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII in
Fig. 6;
Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs A
in Fig. 2; und
Fig. 9 eine Schnittansicht eines Bremsmechanismus in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht ei
ner Drehpositioniervorrichtung, in Fig. 2
eine vertikale Schnittansicht entsprechend Fig. 1 und in
Fig. 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 Motor-Befestigungsbolzen bzw.
-schrauben angebracht, eine 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, 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 achteckiges Prisma
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 10a, die in der gegen
überliegenden Oberfläche des Drehtisches 10 gebildet ist. Zwi
schen die Rippe 47 und die Nut 10a in ihren gegenüberliegenden
Bereichen ist eine Labyrinthdichtung 48 eingefügt, wie in
Fig. 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 40b bzw. 40c angebracht, die auf beiden Seiten
der Seitenwand 40a 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 32 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 vor liegender 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 gewährleistet aufgrund des eingebauten Bremsmechanismus einen hohen Grad an Sicherheit.
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 gewährleistet aufgrund des eingebauten Bremsmechanismus einen hohen Grad an Sicherheit.
Claims (3)
1. Drehpositioniervorrichtung, umfassend
einen gegenüber einem Gehäuse (40) drehbaren Drehtisch (10) zur Aufnahme eines Werkstücks,
einen Servomotor (16) mit einem mit dem Gehäuse (40) ge koppelten Stator (14) und einem mit dem Drehtisch (10) gekop pelten Rotor (12),
eine Drehwinkel-Erfassungseinrichtung (20) zur Erfassung der Position des Drehtisches (10) relativ zu dem Gehäuse (40), und
einen Fixiermechanismus (30) zur Fixierung des Drehti sches (10),
wobei der Servomotor (16), die Drehhwinkel-Erfassungein richtung (20) und der Fixiermechanismus (30) in dem Gehäuse (40) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) am Drehtisch (10) befestigt ist und der Fixiermechanismus (30) einen Bremsmechanismus (31, 32, 33) zum Abbremsen der Drehung des Drehtisches (10) umfaßt.
einen gegenüber einem Gehäuse (40) drehbaren Drehtisch (10) zur Aufnahme eines Werkstücks,
einen Servomotor (16) mit einem mit dem Gehäuse (40) ge koppelten Stator (14) und einem mit dem Drehtisch (10) gekop pelten Rotor (12),
eine Drehwinkel-Erfassungseinrichtung (20) zur Erfassung der Position des Drehtisches (10) relativ zu dem Gehäuse (40), und
einen Fixiermechanismus (30) zur Fixierung des Drehti sches (10),
wobei der Servomotor (16), die Drehhwinkel-Erfassungein richtung (20) und der Fixiermechanismus (30) in dem Gehäuse (40) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) am Drehtisch (10) befestigt ist und der Fixiermechanismus (30) einen Bremsmechanismus (31, 32, 33) zum Abbremsen der Drehung des Drehtisches (10) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehwinkel-Erfassungseinrichtung (20) eine Codiereinrich
tung ist, die eine am Rotor (10) des Servomotors (16) befe
stigte Licht-Abschirmplatte (22) und einen optischen Sensor
(26, 27) zur optischen Erfassung einer Markierung auf der
Licht-Abschirmplatte (22) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Bremsmechanismus (30) eine elektromagnetische
Bremse ist, die einen Anker (31), der im Normalzustand durch
eine Federeinrichtung (32) gegen eine am Rotor (12) des Ser
vomotors (16) angebrachte Platte (18) gedrückt wird, und
einen Topfmagnet (33) aufweist, der bei Beaufschlagung den
Anker (31) gegen die Wirkung der Federeinrichtung (32) von
der Platte (18) abhebt.
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