CN109664001B - 一种用于定位工具的定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于定位工具的定位装置，其中包括设置用于固定到机器人的基部元件，可移动地支撑在基部元件上的基座，以及第一压电致动器，基座可通过第一压电致动器在相对于基部元件的方向上移动。提供第二压电致动器，通过该第二压电致动器，配重可在相反方向上同时移动。

Description

一种用于定位工具的定位装置
技术领域
本发明涉及一种定位装置，特别涉及用于可固定在机器人上的计量装置。
背景技术
计量装置是人们熟知并经常使用的，例如在半导体工业应用定量的焊膏，特别是在基板上使用液滴状的焊膏以实现在基板上形成焊点。与机器人结合的所述计量装置能够全自动地在预定时间段内形成多个液滴状焊点，因为所述机器人将所述计量装置从一个焊点移动到下一个焊点并停止从而可以准确放置一滴。特别是在机器人的加速和减速时发生了惯性，在某些情况下这可能导致机器人发生不希望的振动，从而可能损害介质的精确计量，并且至少限制放置焊点速度，这已经证明在已知的计量装置中存在问题。
当必须非常快速地进行运动并且在改变方向或快速启动/停止时，传统机器人常常存在问题。机器人在方向变化时的加速度会产生振动。如果线性导轨要平稳运行，则不能高度预加载，这意味着它们不能为小的运动提供任何高阻力。
发明内容
本发明的基本目的是提供一种定位装置，所述定位装置能够在高速移动情况下达到精确的位置。
具有一基部元件（12），所述基部元件（12）固定到机器人上；
一基部（14），所述基部（14）可移动地支撑在所述基部元件（12）上；
至少一个第一压电致动器（16）；
所述基部（14）可通过所述第一压电致动器（16）相对于所述基部元件（12）沿第一方向（X）移动；
以及至少一个第二压电致动器（18），所述第二压电致动器（18）借以第一配重在与第一方向相反的方向上同时移动。
本发明的总的发明构思是将所述定位装置用于计量阀，一方面不仅实现由所述机器人放置液滴所需的所述计量阀的运动，另外还提供用于实现此目的压电致动器。因此所述机器人运动具有叠加在其上的压电运动，与所述机器人运动相比，该运动基本上可以实现更快且更精确地控制。所述计量装置可以这种方式，例如在基板上以恒定速度行进，至少没有明显的减速和加速，而由所述压电致动器触发液滴的实际放置。因此，精确计量的液滴，特别是直径在100μm至200μm范围内的液滴，例如焊膏滴，可以非常快地并且因此更经济地应用于基板。
另一方面，本发明基于这样的原理，所述原理指如果第二质量块在计量头处作为配重在同一轴线上但在相反方向上移动，则机器人不会发生负荷变化。
从所述的用于定位工具的定位装置，其特征在于，还包括：
至少一个第三压电致动器（22），第三压电致动器（22）使所述基座（14）相对于基部元件（12）沿第二方向（Y）移动；
以及至少一个第四压电致动器（26），第四压电致动器（26）使第二配重（24）在与第二方向（Y）相反的方向上同时移动；
至少一个第五压电致动器（28），所述第五压电致动器（28）使所述基座（14）相对于所述基部元件（12）沿第三方向（Z）移动；
以及至少一个第六压电致动器（32），所述第六压电致动器（32）使第三配重（36）在与第三方向（Z）相反的方向上同时移动，所述第一方向，第二方向和第三方向延伸至彼此成直角。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
所述基部（14）枢转地布置在所述基部元件（12）处并且可绕两个彼此垂直的轴（A1，A2）枢转。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器，所述压电致动器固定在基部元件（12）上。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
至少一个压电致动器的运动通过连杆（40-46）传递到所述基座（14）。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器具有相同的结构。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器以相反的极性连接到控制器的同一个控制输出端。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
至少两个配重（20,24,36）具有不同数量的质量。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
所述基部（14）具有计量阀（50），所述计量阀（50）由柱塞（52）致动，所述柱塞（52）可通过计量驱动器（54）移动。
所述的用于定位工具的定位装置（10），其特征在于，还包括：
所述计量驱动器（54）与所述基座（14）一起在一个方向上移动。
以上技术特征，以及说明书和附图中可以看出本发明的有利实施例。
用于配重的驱动器与轴线上的驱动器固定在同一部件上，则是有利的。所述配重非必须在同一轴上移动。当在所述基座向右和向左的运动中做相反的方向移动时，移动相应的质量的一半时，可以补偿运动。
将所述基座的所述驱动器和所述补偿质量的所述驱动器设计为相同是有利的，然后，控制这两个运动以相反的极性进行。
如果待移动的基座具有尽可能小的质量也是有利的。
根据一实施例，提供两个不同的压电运动，所述压电运动跨越平面，所述计量阀可在所述平面内移动。所述压电致动器的行程可以在100μm至500μm的范围内。
优选地，至少第一和第二方向近似成直角。甚至第一和第二方向中的一个可以与所述机器人的运动方向一致，即所述压电运动的一个与所述机器人运动一致。例如，第一方向可以是垂直定向并且可以限定为Z方向，而第二和第三方向是水平定向的并且限定为X方向和Y方向，所述Z方向，X方向和Y方向是指所述机器人可以在其中移动的方向。
如果水平机器人运动在相同方向上具有第一压电运动并且在垂直方向上具有叠加在其上的第二压电运动，则可以用所述计量阀描述摆线，特别是描述所述计量阀的计量针的摆线，所述摆线特别适合用于将液滴放在基板上。
根据另一实施例，通过压电致动器驱动计量阀的柱塞。由于对所述计量阀使用压电致动器，对计量阀本身的操作来说也是有利于其快速和精确地控制，即在实际计量中起作用。这里，所述第三压电致动器的作用方向可以与用于移动计量阀的压电致动器的作用方向一致，例如可以是垂直定向的。
较佳的，设置至少一个传感器用于检测至少一个压电致动器的偏转。因此，通过这样的传感器可以检查是否已实际上实现了所述压电致动器的期望偏转，并且所述的期望偏转是通过向所述压电致动器施加电压实现的，并且可以可选性适当地调整电压。换句话说，所述传感器能够调节所述压电致动器。优选地，相应的传感器与每个压电致动器相关联。然而，通常，也可以用相应的一个传感器仅监测所述压电致动器中的一个或监测压电致动器的一个选项。
所述压电致动器或每个压电致动器可包括压电元件及附接到所述压电元件的第一臂延伸部，所述压电元件在施加电压时会变形，甚至是扭曲。通过所述压电致动器可以增加压电致动器的行程。
本发明还保护一种计量***，所述***包括机器人和固定在所述机器人的上述定位装置。借助于计量***可以相应地实现上述优点。
本发明还涉及一种借助于计量***计量介质的方法，所述计量***包括机器人和可移动的计量阀，所述计量阀支撑在机器人上，所述机器人具有定位装置，其中所述计量阀通过所述机器人沿第一方向移动，同时所述计量阀通过至少一个第一压电致动器在第一方向上相对于所述机器人移动，并且借助于至少一个第二压电致动器在第二方向上移动，所述第二方向是基本垂直于第一方向的，如此使所述计量阀的计量针描述平面上的摆线，所述平面是通过所述第一方向和所述第二方向上跨越形成的。使用所述方法可以特别快速且经济地应用到精确计量的液膏中，例如焊膏，特别是直径在100μm至200μm范围内的液滴。
附图说明
下面将参照有利实施例和附图纯粹通过示例的方式描述本发明。
图1是本发明提供具体实施例的定位装置的透视图；
图2是本发明提供具体实施例的定位装置的剖视图；
图3是本发明提供具体实施例的定位装置的放大图；
图4是本发明提供具体实施例的计量装置中计量阀的详细视图。
具体实施方式
图1至图4示出了用于定位工具的设备。在图中示出了计量装置10作为工具的示例，所述计量装置10是用于将待计量介质的液滴（此处为焊膏）放置在基板上。然而，也可以考虑其他工具，例如光学或电学测试设备等。
所述定位设备包括基部元件12和基部14，所述基部元件12固定在机器人（未示出），所述基部14固定在所述基部元件12上。在具体实施例中，所述基部14形成为计量装置10。
所述基部14是可移动的，并且特别是可沿相对于所述基部元件12的第一方向X，第二方向Y和第三方向Z枢转。在具体实施例所示，所述基部14在铰接点15处是万向节的，从而所述基部14可绕轴线A1和绕轴线A2枢转（图3）。
第一压电致动器16可以使所述基座14沿X方向移动，并通过第一连杆40经由第一臂延伸部17连接到所述基座14上。通过致动所述第一压电致动器16使所述第一臂延伸部17的下端在X方向来回移动，如此使所述基座14的前端绕轴线A2互锁。这里必须注意的是，所述第一压电致动器16的行程在大约200μm的数量级，即偏转非常小。由于所述铰接点15和所述基部14前端之间的大杠杆臂，所述基部14的前端在实际偏转的区域中几乎以线性的方式移动。
为了通过所述第一压电致动器16补偿所述基座14的运动，将第二压电致动器18固定在所述基部元件12上，并且同样具有第二臂延伸部19，在所述第二臂延伸部19的下端固定有第一配重20。所述的用于定位工具的定位装置（10）至少两个压电致动器，且所述压电致动器固定在基部元件（12）上，例如包括第一压电致动器16和第二压电致动器18，至少两个压电致动器具有相同的结构。所述第一压电致动器16和第二压电致动器18以相反的极性连接到控制器的同一控制输出端（未示出），使得所述第一连杆40沿X方向的运动时，所述第一配重20在-X方向（负X方向）上执行相同的运动。因此，如果带有所述计量装置的所述基部14经常交替地来回移动，则在机器人上不会产生变化的负载。
如图4所示，设置第三压电致动器22和第二连杆42，使所述基座14沿Y方向移动，其中设置有第四压电致动器26，第二配重24固定在第四压电致动器26上以补偿运动。该设计与上述设计相同。
为了所述基部14能够在Z方向移动，它通过第三连杆44和第四连杆46连接到第三臂延伸部60，所述第三臂延伸部60又可以通过所述第五压电致动器28和第二个第五压电致动器30在图3所示的双箭头61的方向上移动，其中所述基部14可绕所述轴线A2枢转。为了补偿这种运动，第三配重36设置在所述基部元件12上，并且可以通过第六压电致动器32和第二个第六压电致动器34以与第五压电致动器28和第二个第五压电致动器30的运动相反的方向枢转。由于用于所述基座14的相应的压电致动器的运动和用于配重的反向运动的所述压电致动器具有相同的结构并且以镜面对称的方式控制，实现了对运动的最佳补偿。
如图2所示，所述基部14形成为计量装置和计量阀50，所述计量阀50可通过在位于基部14中所述柱塞52实现打开和关闭。向待计量的介质提供软管65。
所述的用于定位工具的定位装置（10），还包括所述基部（14）具有计量阀，所述计量阀由柱塞（52）致动，所述柱塞（52）可通过计量驱动器（54）移动。所述计量驱动器与所述基座（14）一起在一个方向上移动。
本发明有另一实施例用于替代驱动所述柱塞52，在该实施例中没有设置单独配重，而是第四配重和第五配重两个配重，所述第四配重和所述第五配重可以相对于所述柱塞52的两侧对称地移动。
通过四个连杆40-46与所述第三连杆44和第四连杆46连接移动所述基部14，以实现在Z方向上进行平行运动，而所述第一压电致动器16和第三压电致动器22分别在X和Y方向上推动阀门喷嘴的位置。
该设计能使所述基座14的所述前端在X，Y和Z中的运动，分别通过围绕远程铰接点15的轻微旋转产生的所述运动。由于这种设计仅需要移动所述基座的一部分质量即可实现计量阀在X，Y和Z的运动。另外，所述铰接点15有可能使软管65能成为通过运动具有非常小变形的筒，所述软管65是指用于所述计量阀50的供应软管。
将所述驱动器和工具分开并通过连杆传递运动是有利的。通过轻微的旋转运动产生X，Y和Z的运动也是有利的。如果将所述工具或所述基部14设计成细长的，以便使质心远离定位（计量喷嘴）的位置，则只需要进行一点工作来进行运动。各个轴的驱动和配重的驱动分别完全相同。然后可以以非常简单的方式进行控制，因为两个驱动器以相反的极性连接到相同的控制输出端。

Claims (8)

1.一种用于定位工具的定位装置，其特征在于，所述用于定位工具的定位装置包括：
一基部元件(12)，所述基部元件(12)固定到机器人上；
一基部(14)，所述基部(14)可移动地支撑在所述基部元件(12)上；
至少一个第一压电致动器(16)；
所述基部(14)可通过所述第一压电致动器(16)相对于所述基部元件(12)沿第一方向(X)移动；
以及至少一个第二压电致动器(18)，所述第二压电致动器(18)借以第一配重在与第一方向相反的方向上同时移动；
第一连杆(40)将所述第一压电制动器(16)的运动传输到所述基部(14)；
至少一个第三压电致动器(22)，第三压电致动器(22)使所述基部(14)相对于基部元件(12)沿第二方向(Y)移动；
以及至少一个第四压电致动器(26)，第四压电致动器(26)使第二配重(24)在与第二方向(Y)相反的方向上同时移动；
第二连杆(42)将所述第三压电制动器(22)的运动传输到所述基部(14)；
至少一个第五压电致动器(28)，所述第五压电致动器(28)使所述基部(14)相对于所述基部元件(12)沿第三方向(Z)移动；
以及至少一个第六压电致动器(32)，所述第六压电致动器(32)使第三配重(36)在与第三方向(Z)相反的方向上同时移动，所述第一方向，第二方向和第三方向延伸至彼此成直角；
第三连杆(44)将所述第五压电制动器(28)的运动传输到所述基部(14)。
2.根据权利要求1所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
所述基部(14)枢转地布置在所述基部元件(12)处并且可绕两个彼此垂直的轴(A1，A2)枢转。
3.根据权利要求1所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器，所述压电致动器固定在基部元件(12)上。
4.根据权利要求1所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器具有相同的结构。
5.根据权利要求1所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
至少两个压电致动器以相反的极性连接到控制器的同一个控制输出端。
6.根据权利要求1所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
至少两个配重(20,24,36)具有不同数量的质量。
7.根据权利要求1或者权利要求6所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
所述基部(14)具有计量阀(50)，所述计量阀(50)由柱塞(52)致动，所述柱塞(52)可通过计量驱动器(54)移动。
8.根据权利要求7所述的用于定位工具的定位装置(10)，其特征在于，还包括：
所述计量驱动器(54)与所述基部(14)一起在一个方向上移动。
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