DE3930629A1 - Vorrichtung zum parallelen ausrichten der auflageflaechen zweier bauteile und verfahren zum betrieb der vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum parallelen Aus­ richten der Auflageflächen zweier Bauteile, die unter Ver­ wendung eines x, y, z-Manipulators entlang ihrer Berührungs­ ebene justiert und miteinander verbunden werden.

Das technische Problem besteht im parallelen Ausrichten der Auflageflächen zweier Bauteile, die dann entlang der Berüh­ rungsebene justiert und beispielsweise durch Schweißen mit­ einander verbunden werden. Zum Beispiel ist bei Mikropräzi­ sionsschweißungen sicherzustellen, daß der Berührungsspalt ein Minimum wird und die Spaltbreite am gesamten Berührungs­ umfang konstant ist.

Um das zu erreichen, ist man bisher so vorgegangen, daß eines der zu befestigenden Bauteile in einer geeigneten Vor­ richtung fest gehaltert und das andere Bauteil mit mehreren, beispielsweise sechs Manipulatoren in die gewünschte Stel­ lung bewegt wird. Die Bewegung erfolgt dabei in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie durch Rotation um die zwei Eulerwinkel ϕ und ψ. Der Justieraufwand ist schon aufgrund vieler notwendiger Justierbewegungen unter ständiger Beob­ achtung beträchtlich und außerdem zeitraubend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein schnel­ les und einfach durchführbares paralleles Ausrichten der Auf­ lageflächen zweier Bauteile ermöglicht und deren Handhabung relativ unkompliziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zu deren Betrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Die Vorrichtung besteht aus einer Werkstückaufnahme in Form einer Kugelkalotte, deren Kugelmittelpunkt in der Berührungs­ ebene der beiden zu verbindenden Bauteile liegt, und aus einem Unterteil. Das Unterteil der Vorrichtung enthält an seiner Oberseite eine konkave Vertiefung, und zwar in Form einer Kugelkalotte, die exakt an die Kugelform der Werkstück­ aufnahme angepaßt ist. Weiter enthält das Unterteil Bohrungen für einen Druck- bzw. Preßluftaustritt in den Luftspalt, so daß die Werkstückaufnahme reibungsarm luftgelagert werden kann, und zwar dann, wenn das parallele Ausrichten der beiden zu verbindenden Bauteile mit der Vorrichtung vorgenommen wird. Die gesamte Vorrichtung ist auf einem x, y, z-Manipula­ tor montiert. Sobald damit das laterale Justieren und an­ schließende Verbinden der beiden Bauteile vorgenommen werden soll, wird die Werkstückaufnahme im Unterteil arretiert. Das geschieht dadurch, daß die Druckluft abgeschaltet wird, so daß Werkstückaufnahme und Unterteil aneinander haften. Dieser Effekt wird vorteilhaft noch dadurch verstärkt, daß entweder der Luftspalt evakuiert oder mit Hilfe einer Erregerwicklung am Unterteil der Vorrichtung ein Haltemagnetfeld für die Werkstückaufnahme erzeugt wird. Im letzteren Fall bestehen Werkstückaufnahme und Unterteil zweckmäßig aus einem magneti­ sierbaren Material.

Der Arbeitsablauf mit der Vorrichtung beim Ausrichten von dem einen Bauteil zu dem anderen Bauteil ist folgender: Das eine Bauteil wird starr in einer Halterung gefaßt. Das andere Bauteil wird auf die Werkstückaufnahme gespannt. Das Luftlager wird mit Druckluft aktiviert. Im Falle der Verwendung einer Erregerwicklung ist diese stromlos. Die gesamte Vorrichtung wird mit dem auf der ebenen Fläche der Werkstückaufnahme befindlichen Bauteil leicht gegen das starr gehalterte Bauteil gedrückt. Dabei richtet sich das eine Bauteil zum starr gehalterten Bauteil parallel aus, und zwar von selbst, so daß durch diese Maßnahme mit besonderem Vorteil eine Selbstjustierung erreicht wird. Dann wird das Luftlager deaktiviert. Die durch diese Maßnahme bewirkte Arretierung von Werkstückaufnahme und Unterteil der Vorrich­ tung wird vorzugsweise noch dadurch unterstützt, daß entweder der Luftspalt evakuiert wird, so daß zur Haftwirkung noch eine Saugkomponente hinzutritt, oder daß im Falle der Ver­ wendung einer Erregerwicklung das Haltemagnetfeld eingeschal­ tet bzw. aktiviert wird. In jedem Fall sind Werkstückaufnahme und Unterteil nun in der Parallelstellung miteinander verbun­ den. Das an der Werkstückaufnahme gehalterte Bauteil kann nun entlang der Berührungslinie der beiden zu verbindenden Bauteile unter Verwendung eines x, y, z-Manipulators insbeson­ dere lateral justiert und dann fixiert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber den bis­ herigen Justiermöglichkeiten bestehen insbesondere darin, daß eine hohe Zeitersparnis erreicht wird. Das Verfahren ist selbstjustierend und bedarf keiner so genauen Beobachtung des Berührungsspaltes beim Ausrichten der Teile zueinander. Die Anzahl der benötigten Justierbewegungen reduziert sich be­ trächtlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für präzise Justier- und Fixiervorgänge besonders geeignet und deshalb insbeson­ dere beim Herstellen von optoelektronischen Wandlermodulen anwendbar. Dabei können mit der Vorrichtung beispielsweise nicht nur Lichtwellenleiter-Anschlußfasern (pigtails) an Modulgehäuse angeflanscht, sondern auch kompliziertere Anord­ nungen, wie beispielsweise Lichtleitfaser-Linse-Baueinheiten, an Modulgehäusen, beispielsweise für bidirektionale Sende­ und Empfangsmodule, justiert und fixiert werden.

Anhand eines in der Figur der Zeichnung schematisch im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter erläutert.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung zum parallelen Aus­ richten der Bauteile 1 und 2 besteht aus einer Werkstückauf­ nahme 3 in Form einer Kugelkalotte, deren Kugelmittelpunkt M bei einem Kugelradius r in der Berührungsebene der beiden zu verbindenden Bauteile 1 und 2 liegt. Das Unterteil 4 enthält an seiner Oberseite eine kugelkalottenförmige Vertiefung 5, in die die Werkstückaufnahme 3 exakt eingepaßt ist und mit dieser einen Luftspalt 6 bildet. Des Bauteil 1 ist in einer Halterung, die beispielsweise Teil eines x, y, z-Manipulators ist, starr befestigt. Des Bauteil 2 ist auf der ebenen Flä­ che der kugelkalottenförmigen Werkstückaufnahme 3 beispiels­ weise durch Einspannen befestigt. Im Unterteil 4 sind Bohrun­ gen 7 vorgesehen, die für eine Luftführung zum Luftspalt 6 dienen. Dabei können die Luftführungen bzw. Bohrungen 7 je nach Betriebsart der Vorrichtung sowohl für eine Druckluft­ zufuhr zum Luftspalt 6 als auch für einen Unterdruck, d.h. eine Luftabführung vom Luftspalt 6 sorgen. In diesem Beispiel braucht der Luftspalt 6 zum Arretieren der Werkstückaufnahme 3 im Unterteil 4 nicht evakuiert zu werden. Für die Arretie­ rung sorgt bei diesem Ausführungsbeispiel eine am Unterteil 4 vorgesehene Erregerspule 8, mit der ein Haltemagnetfeld er­ zeugbar ist. Zu diesem Zweck bestehen in diesem Beispiel die Werkstückaufnahme 3 und das Unterteil 4 aus einem magnetisier­ baren Material. Zum parallelen Ausrichten der Bauteile 1 und 2 wird der Luftspalt 6 mit Luft gefüllt, so daß er ein rei­ bungsarmes Gleitlager bildet. Danach wird die Luftzufuhr ab­ gestellt und das Haltemagnetfeld eingeschaltet. In diesem Zu­ stand erfolgt dann das endgültige Justieren und Verbinden der beiden Bauteile 1 und 2. Die möglichen Justierrichtungen sind in der Figur durch die Pfeile x, y und z (Raumrichtungen) sowie die gekrümmten Pfeile ϕ und ψ (Eulerwinkel) angedeutet.

Die Luftzuführungs- bzw. Luftabsaugerichtung veranschaulicht der Doppelpfeil L.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum parallelen Ausrichten der Auflageflächen zweier Bauteile, die unter Verwendung eines x, y, z-Manipula­ tors entlang ihrer Berührungsebene justiert und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Werkstückaufnahme (3) in Form einer Kugel­ kalotte zur Aufnahme des einen Bauteils (2) vorgesehen ist, deren Kugelmittelpunkt (M) in der Berührungsebene der beiden zu verbindenden Bauteile (1, 2) liegt, daß die Werkstückauf­ nahme (3) in eine kugelkalottenförmige Vertiefung (5) in einem Unterteil (4) einen Luftspalt (6) bildend eingepaßt ist, und daß im Unterteil (4) Bohrungen (7) für eine Luftführung zum Luftspalt (6) vorgesehen sind, so daß der Luftspalt (6) wäh­ rend des parallelen Ausrichtens unter Druckluftzufuhr ein rei­ bungsarmes Gleitlager und während des Justierens und Verbin­ dens ein arretierbares Haftlager zwischen Werkstückaufnahme (3) und Unterteil (4) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Unterteil (4) geführte Werk­ stückaufnahme (3) durch Evakuieren des Luftspaltes (6) arre­ tierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Werkstückaufnahme (3) und das Un­ terteil (4) aus magnetisierbarem Material bestehen, und daß das Unterteil (4) mit einer Erregerwicklung (8) zum Erzeugen eines Haltemagnetfeldes zum Arretieren der Werkstückaufnahme (3) versehen ist.

4. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine zu verbindende Bauteil (1) starr in einer Halterung gefaßt wird, daß das andere zu verbindende Bauteil (2) auf die ebene Fläche der Werkstückaufnahme (3) gespannt wird, daß das Luftlager im Luftspalt (6) durch Druckluft aktiviert wird, daß das Unterteil (4) und die Werkstückaufnahme (3) mit Bauteil (2) leicht gegen das starr befestigte Bauteil (1) gedrückt werden, wobei sich das Bauteil (2) von selbst zum starr befestigten Bauteil (1) parallel ausrichtet, daß der Luftspalt (6) evakuiert wird, so daß die Werkstückaufnahme (3) und das Unterteil (4) fest aneinander haftend arretiert sind, und daß anschließend das an der Werkstückaufnahme (3) befe­ stigte Bauteil (2) entlang der Berührungsebene der beiden Bauteile (1, 2) lateral justiert und anschließend fixiert wird.

5. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine zu verbindende Bauteil (1) starr in einer Halterung gefaßt wird, daß das andere zu verbindende Bauteil (2) auf die Werkstückaufnahme (3) gespannt wird, daß das Luftlager im Luftspalt (6) bei stromloser Erregerwicklung aktiviert wird, daß die gesamte Vorrichtung mit Bauteil (2) leicht ge­ gen das starr befestigte Bauteil (1) gedrückt wird, wobei sich das Bauteil (2) von selbst parallel zum starr befestig­ ten Bauteil (1) ausrichtet, daß das Luftlager im Luftspalt (6) deaktiviert und das Haltemagnetfeld aktiviert wird, so daß Werkstückaufnahme (3) und Unterteil (4) fest miteinander verbunden werden, und daß dann das an der Werkstückaufnahme (3) befestigte Bauteil (2) entlang der Berührungsebene der beiden Bauteile (1, 2) lateral justiert und anschließend fixiert wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet durch ihre Verwendung zum Verbinden eines optoelektronischen Wandlermodulgehäuses als Bauteil (2) mit einer Lichtwellenleiter-Ankoppelanordnung als Bauteil (1).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der optoelektronische Wandlermodul ein bidirektionaler Sende- und Empfangsmodul ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter-Ankop­ pelanordnung eine Lichtleitfaser-Linsen-Baueinheit ist.