DE19540303C1 - Positioniereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei automatisierten Fertigungsabläufen ist vielfach eine Kombination einer Bewegung innerhalb einer Ebene mit einer Drehung erforderliche. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn-Werkstücke bzw. Maschinenteile zu beschriften oder zu numerieren sind. Bei den herkömmlichen X-Y-Positionierein­ heiten wäre denkbar, diese noch mit einer zusätzlichen Dre­ heinheit auf der oberen Trägerplatte zu versehen. Dadurch würde sich die von der ersten Lineareinheit zu bewegende Masse erheblich erhöhen und die Arbeitsgeschwindigkeit ein­ schränken. Außerdem benötigt eine solche Anordnung, insbe­ sondere in der auf der X-Y-Ebene senkrecht stehenden verti­ kalen Richtung einen erheblichen Platzbedarf. Zusätzlich werden durch die vertikale Anordnung, die beim Bearbeitungs­ vorgang auftretenden Kräfte als Momente weitergegeben, wo­ durch die Mechaniken erheblich beansprucht werden, was sich langfristig auf die Genauigkeit der Vorrichtung auswirkt.

Aus DE 41 07 881 A1 ist ein verstellbarer Tisch bekannt, der einen auf einem kreisförmigen Flansch angeordneten Arbeitstisch aufweist, wobei der Flansch mittels dreier Antriebseinheiten innerhalb eines kreisförmigen Bereiches verfahrbar und in einem bestimmten Winkelbereich drehbar ist. Der Flansch befindet sich in einer kreisförmigen Öffnung einer festen Platte und ist mit­ tels eines speziellen Lagers, beispielsweise eines Rollenlagers, das sowohl Linearbewegungen als auch Drehbewegungen des Flan­ sches zuläßt, gelagert. Die Linearbewegungen des Flansches sind durch die Größe der kreisförmigen Öffnung, in der sich der Flansch befindet, begrenzt. Nachteilig bei einer derartigen Vorrichtung ist der relativ kleine Bereich, innerhalb dessen der Flansch und damit der Arbeitstisch verstellt werden kann, sowie der komplizierte Aufbau des Lagers, das sowohl Linearbewegungen als auch Drehbewegungen des Flansches zulassen muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine in einer X-Y-Ebene verschiebbare und drehbare Positioniereinrichtung mit großem Verstellbereich zu schaffen, die eine geringe vertikale Ausdehnung besitzt, die schnell auf geänderte Arbeitsvorgaben einstellbar ist, die außerdem einfach und kostengünstig herstellbar ist und die trotzdem eine hohe Präzision im Langzeitbetrieb aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß drei Linea­ reinheiten innerhalb einer Ebene so angeordnet sind, daß je zwei äußere Lineareinheiten parallel zueinander verlaufende Antriebsrichtungen aufweisen und eine mittlere Lineareinheit eine hierzu senkrecht stehende Antriebsrichtung aufweist. Jeder einzelne Schlitten der Lineareinheiten ist außerdem drehbar mit einer Schwalbenschwanzführung verbunden. Auf den Schwalbenschwanzführungen ist eine gemeinsame Trägerplatte montiert. Die Trägerplatte ist somit in der X-Y-Ebene dreh- und positionierbar. Auf der Trägerplatte können verschiedene Bearbeitungsvorrichtungen angebracht werden.

Eine derartige Positioniereinheit, die von einer Steuerein­ heit gesteuert wird, läßt sich in sehr vorteilhafter Weise zur Positionierung bzw. Steuerung von Antriebsmitteln, z. B. von Druckstöcken, Stempeln oder dergleichen Beschriftungs­ einheiten in eine Fertigungsstraße integrieren.

Die bei dem Bearbeitungsvorgang auftretenden Kräfte werden durch die Lineareinheiten in einfacher Weise aufgenommen. Mit dieser Positioniereinheit kann leicht eine Drehbewegung mit bekannten Lineareinheiten erzeugt werden. Durch den Ab­ stand der beiden äußeren Lineareinheiten von der eigentli­ chen Drehachse läßt sich die Drehbewegung mit einer hohen Genauigkeit steuern. Sie ist zusätzlich durch den hohen Be­ wegungsspielraum der Trägerplatte für die verschiedensten Aufgaben einsetzbar. Hierfür muß nur die Programmierung der Steuereinheit entsprechend geändert werden und eventuell eine neue Bearbeitungsvorrichtung aufgesetzt werden.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Positionierein­ heit in einer Ausgangsposition,

Fig. 1a Seitenansicht gemäß Fig. 1 in schematischer Darstel­ lung,

Fig. 2 Seitenansicht gemäß Fig. 1, in schematischer Dar­ stellung, teilweise geschnitten entlang der Linie IV-IV nach Fig. 1,

Fig. 3 Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Positionierein­ heit in einer gegenüber der Ausgangsposition nach Fig. 1 bzw. 2 gedrehten Position ohne Trägerplatte.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Positioniereinheit 5 in einer Ausgangsposition dargestellt. Die Positioniereinheit 5 weist drei identische Lineareinheiten 1, 2 und 3 auf. Im folgenden ist zuerst die Lineareinheit 1 anhand der Fig. 1a näher beschrieben. Die Lineareinheit 1 weist einen Grundkör­ per 20 auf, der auf einer Grundplatte 10 montiert ist. Auf dem Grundkörper 20 ist ein Schlitten 30 in Richtung der Ach­ se X1 linear verschiebbar. In vorteilhafter Weise wird der Schlitten 30 von zwei Führungsschienen geführt und über eine Spindel angetrieben, die beide in der Zeichnung nicht dar­ gestellt sind. Auf der Oberseite 32 des Schlittens 30 ist mittig ein Lagerzapfen 34 eingelassen. Der Lagerzapfen 34 greift in eine Bohrung 36 eines Schwalbenschwanzunterteils 40 ein. Das Schwalbenschwanzunterteil 40 weist an seiner Oberseite eine senkrecht zur Zeichenebene (in Y-Richtung) verlaufende Schwalbenschwanzfeder 42 auf, die in eine Schwalbenschwanznut 44 eines Schwalbenschwanzoberteils 50 eingreift. Das Schwalbenschwanzunterteil 40 und das Schwalbenschwanzoberteil 50 bilden eine Schwalbenschwanzfüh­ rung 55 (Fig. 2). Auf dem Schwalbenschwanzoberteil 50 ist eine Trägerplatte 60 befestigt. Der Lagerzapfen 34 definiert eine Drehachse Z1, um die das Schwalbenschwanzunterteil 40 drehbar gelagert ist. Der Durchtrittspunkt dieser Drehachse Z1 durch die Trägerplatte 60 legt einen Bezugspunkt P1 fest. An der einen Stirnseite des Grundkörpers 20 ist eine Antriebsvorrichtung 70 angebracht, die von einer Motorein­ heit 75 antreibbar ist. Die Motoreinheit 75 ist in platz­ sparender Weise auf der Unterseite 12 der Grundplatte 10 angeordnet. Damit ist die Ausdehnung der Lineareinheit 1 bzw. Positioniereinheit in X1-Richtung sehr gering.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Posi­ tioniereinheit 5. Auf der Oberseite IG der Grundplatte 10 sind drei Lineareinheiten 1, 2 und 3 montiert. Die Bezugs­ zeichen der Teile der beiden Lineareinheiten 2 und 3 sind jeweils um 200 bzw. 300 gegenüber den entsprechenden Teilen der Lineareinheit 1 erhöht. Die Trägerplatte 60 ist mit den Schwalbenschwanzoberteilen 50, 250 und 350 mit Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten Schrauben verschraubt. Die beiden Lineareinheiten 1 und 2, die beide entlang der Achse X1 bzw. X2 verfahrbar sind, sind symmetrisch bzgl. einer Achse X3 zueinander angeordnet. Die Antriebsvorrichtungen 70 und 270 ragen jeweils durch Ausnehmungen 14 bzw. 214 in der Grundplatte 10. Zwischen den beiden Lineareinheiten 1 und 2 ist eine dritte Lineareinheit 3, die in Y-Richtung verfahr­ bar ist, angeordnet. Die Antriebsvorrichtung 370 ragt durch eine Ausnehmung 314 der Grundplatte 10.

Die drei Lineareinheiten 1, 2 und 3 befinden sich in Fig. 1 bzw. Fig. 2 in ihren Ausgangspositionen, so daß ihre Lager­ zapfen 34, 234 und 334 und damit die Bezugspunkte P1, P2 und P3 über auf den jeweiligen Grundkörpern gedachten Nullpunk­ ten NL1, NL2 und NL3 liegen. In Fig. 2 ist der räumliche Abstand dieser Punkte anhand des Punktepaares P3, NL3 bes­ ser erkennbar. Die Schwalbenschwanzführungen 55, 255 sind in dieser Ausgangsposition nach Fig. 2 in der Zeichenebene (in Y-Richtung), die Schwalbenschwanzführung 355 senkrecht zur Zeichenebene (in X3-Richtung) ausgerichtet.

Auf der Trägerplatte 60 sind zwei Haltezapfen 62, die zur Aufnahme z. B. eines Antriebsmittels für Druckstöcke dienen, angebracht. Die drei Motoreinheiten 75, 275 und 375 sind über Steuerleitungen mit einer Steuereinheit verbunden (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Steuereinheit ist pro­ grammierbar.

Im folgenden ist die Funktionsweise der Positioniereinheit 5 näher erläutert. Zur Verschiebung der Trägerplatte 60 in +X-Richtung (Fig. 1) müssen die beiden Schlitten 30 und 230 um die gleiche Wegstrecke S in +X-Richtung verfahren werden. Hierzu werden die Antriebsvorrichtungen 70 und 270 über die Motoreinheiten 75 und 270 (in Fig. 1 nicht dargestellt) ent­ sprechend betätigt. Die Steuerung erfolgt durch die gemein­ same Steuereinheit. Durch die Schwalbenschwanzführung 355 in X3-Richtung geführt, verfährt das Schwalbenschwanzoberteil 350 selbständig um dieselbe Wegstrecke S in +X-Richtung. Ein Ansteuern der Lineareinheit 3 ist hierfür nicht notwendig. Die Position der Trägerplatte 60 nach dem Verfahrvorgang ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Für eine Verschiebung der Trägerplatte 60 in +Y-Richtung wird der Schlitten 330 durch die Antriebsvorrichtung 370 in +Y-Richtung verfahren. Gleichzeitig verfahren die beiden Schwalbenschwanzoberteile 50 und 250 selbständig in ihren Schwalbenschwanzführungen 55 und 255 in +Y-Richtung. Die Position der Trägerplatte 60 nach dem Verfahrvorgang ist ebenfalls nicht dargestellt. Für eine Drehung der Trägerplatte 60 um die Achse Z3, die in der Ausgangsposition durch den Punkt NL3 geht, müssen die beiden Schlitten 30 und 230 in entgegengesetzte Richtungen verfah­ ren werden. Hierbei wird der Schlitten 30 in +X1-Richtung verfahren und der Schlitten 230 um dieselbe Wegstrecke in - X2-Richtung. Bei dem Verfahrvorgang erfolgt eine Drehung der Schalbenschwanzoberteile 50, 250 und 350 um die durch die Lagerzapfen 34, 234 und 334 definierten Drehachsen Z1, Z2 und Z3 (Fig. 2). Gleichzeitig verschieben sich die Schwalbenschwanzoberteile 50 und 250 in den Schwalben­ schwanzführungen 55 und 255 in Richtung zur Drehachse Z3 hin. Die Position der Trägerplatte 60 nach dem Verfahrvor­ gang ist in Fig. 3 dargestellt. Die Punkte P1 und P2 auf der Trägerplatte 60 bewegen sich dabei auf einem Kreis K um den Mittelpunkt P3 und entfernen sich gleichzeitig langsam von der Achse X1 bzw. X2. Diese Bewegung wird durch die Schwal­ benschwanzführungen 55 bzw. 255 kompensiert. In der gedreh­ ten Position der Trägerplatte 60 nach Fig. 3 kann diese zu­ sätzlich, wie bereits oben beschrieben, in X bzw. in Y-Rich­ tung beliebig verfahren werden. Die Trägerplatte 60 kann so in fast jede vorgegebene Position verfahren werden. Die Trä­ gerplatte 60 dient mit den Haltezapfen 62 zur Aufnahme eines Werkstücks oder einer Bearbeitungsvorrichtung mit beispiels­ weise einem Druckstock zum Bedrucken von Oberflächen. Das Werkstück bzw. der Druckstock sind somit ebenfalls beliebig in der X-Y-Richtung ausrichtbar. Die Positioniereinheit 5 läßt sich in einfacher Weise in Fertigungsstraßen integrie­ ren. Zur Herstellung von Aufdrucken bzw. Beschriftungen ist eine Beschriftungsvorrichtung mit einem Druckstock auf die Trägerplatte 60 aufzusetzen. Der Druckstock läßt sich dann mit Hilfe der Steuereinheit in exakter Weise zu einem Werk­ stück ausrichten. In dieser Stellung erfolgt dann der Druckvorgang. Die zu bedruckende Fläche kann beliebig an­ geordnet sein. Auch können mehrere verschiedene Flächen an einem Werkstück, die unterschiedlich ausgerichtet sind, ein­ fach mit demselben Druckstock an einer Bearbeitungsstation bedruckt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, unter­ schiedlich angeordnete Flächen bei verschiedenen Werk­ stücken, die nacheinander über die Fertigungsstraße die Bearbei­ tungsstation erreichen, ebenfalls mit demselben Druckstock zu bedrucken. Hierzu muß nur die Steuereinheit entsprechend programmiert werden. Aufgrund des geringen Gewichts der Po­ sitioniereinheit 5 läßt sich diese sehr schnell verfahren, so daß eine hohe Taktfrequenz in der Fertigung möglich ist, wobei die Werkstücke immer exakt an der gleichen Stelle be­ druckt werden.

Claims (12)

1. Positioniereinheit für Werkstücke oder Werkzeuge mit mindestens einer ersten Lineareinheit (1), die einen auf einem ersten Grundkörper (20) in einer ersten Antriebsrichtung (X1) linear ver­ schiebbaren ersten Schlitten (30) aufweist, und einer zweiten Lineareinheit (3), die einen auf einem zweiten Grundkörper (320) in einer zweiten Antriebsrichtung (Y) verschiebbaren zweiten Schlitten (330) aufweist, wobei der erste Schlitten (30) und der zweite Schlitten (330) jeweils über eine Antriebseinheit mit einer Motoreinheit verbunden sind und die erste Antriebsrichtung (X1) und die zweite Antriebsrichtung (Y) senkrecht zueinander stehen sowie einer dritten Linea­ reinheit (2), die einen auf einem dritten Grundkörper (220) in einer dritten Antriebsrichtung (X2) linear ver­ schiebbaren dritten Schlitten (230) aufweist, derart angeordnet ist, daß die erste Antriebsrichtung (X1) und die dritte Antriebsrichtung (X2) parallel zueinander verlaufen, wobei die Grundkörper (20, 220, 320) auf einer gemeinsamen Grundplatte (10) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lineareinheiten (1, 2, 3) senkrecht zu den jeweiligen An­ triebsrichtungen (X1, X2, Y) verlaufende Führungen (55, 255, 355) aufweisen, die um senkrecht zu den Antriebsrichtungen und Führungen verlaufende Achsen drehbar auf den entsprechenden Schlitten (30, 230, 330) montiert sind und die jeweils mit einer gemeinsamen Tragplatte (60) verbunden sind, daß die zweite Lineareinheit (3) etwa mittig zwischen der ersten Linea­ reinheit (1) und der dritten Lineareinheit (2) angeordnet ist, so daß in einer Ausgangsposition der Positionier­ einheit (5) die erste Lineareinheit (1) und die dritte Lineareinheit (2) spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch die zweite Lineareinheit (3) gehenden Ebene ist, die senkrecht zu der zweiten Antriebsrichtung (Y) steht, und daß die zweite Lineareinheit (3) in der Ausgangs­ position spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene ist, die senkrecht zu der ersten Antriebsrichtung (X1) bzw. zu der zweiten Antriebsrichtung (X2) steht.

2. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (55, 255, 355) an ihren Unterseiten je eine Bohrung (36, 236, 336) aufweisen, in die auf den jeweiligen Ober­ seiten (32, 232, 332) der Schlitten (30, 230, 330) angebrachte Lagerbolzen (34, 234, 334) eingreifen.

3. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (55, 255, 355) als Schwalbenschwanzführungen mit einem Schwalbenschwanzunterteil (40, 240, 340) und einem Schwal­ benschwanzoberteil (50, 250, 350) ausgebildet sind.

4. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ spruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (10) auf der die drei Lineareinheiten (1, 2, 3) montiert sind, Ausnehmungen (14, 214, 314) aufweist, in die Antriebsvor­ richtungen (70, 270, 370) ragen, die mit jeweils auf der Unterseite (12) der Grundplatte (10) angeordneten Motor­ einheiten (75, 275, 375) verbunden sind.

5. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoreinheiten (75, 275, 375) über Steuerleitungen mit einer Steuereinheit verbunden sind.

6. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerplatte (60) Haltezapfen (62) zur Aufnahme eines Werkstücks oder einer Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sind.

7. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ spruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkörper (20, 220, 320) Führungsschienen zur Führung der Schlitten (30, 230, 330) aufweisen.

8. Positioniereinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitten (30, 230, 330) über Spindeln mit den Antriebseinheiten (70, 270, 370) verbunden sind.

9. Positioniereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bearbeitungsvorrichtung eine Beschrif­ tungsvorrichtung ist.

10. Positioniereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschriftungsvorrichtung einen Druck­ stock aufweist.

11. Positioniereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschriftungsvorrichtung einen Stempel aufweist.

12. Positioniereinheit nach einem der Ansprüche 5-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit programmierbar ist.