EP1718433A1 - Aerostatische linearführung für einen positionierarm mit einem bestückkopf für elektrische bauelemente - Google Patents

Aerostatische linearführung für einen positionierarm mit einem bestückkopf für elektrische bauelemente

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EP1718433A1
EP1718433A1 EP05716631A EP05716631A EP1718433A1 EP 1718433 A1 EP1718433 A1 EP 1718433A1 EP 05716631 A EP05716631 A EP 05716631A EP 05716631 A EP05716631 A EP 05716631A EP 1718433 A1 EP1718433 A1 EP 1718433A1
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EP
European Patent Office
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positioning arm
chassis
linear guide
air bearing
bearing elements
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Withdrawn
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EP05716631A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mohammad Mehdianpour
Jan Brand
Michael Muth
Georg Slotta
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
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    • B23Q1/38—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/017—Arrangements of ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C29/025—Hydrostatic or aerostatic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the invention relates to an aerostatic linear guide for a positioning arm with a placement head for equipping substrates with electrical components, the positioning arm on a chassis of a placement device being displaceable in a longitudinal direction and the placement head on the positioning arm being displaceably mounted in a transverse direction, and wherein the linear guide Has positioning arm associated air bearing elements and for these extending in the longitudinal direction guideways.
  • Such a device is e.g. made known by EP 0291119 B.
  • the chassis then has an upper bridge part made of cast iron, which carries a rail-like guide part made of granite, on which the guideways are formed, and on which a magnetic rail of a linear motor is attached at an angle to the guideways.
  • a longitudinally displaceable slide is guided on the guide part and is supported on the guideways of the guide part with the foot-like pressurized air bearing elements.
  • the carriage also receives a coil part of a linear motor, which is arranged at a short distance above the magnetic rail.
  • a permanent magnetic attraction which is absorbed by the aerostatic linear guide, acts between the permanent magnets of the magnetic rail and the iron core of the coil part, perpendicular to the separation gap. This has two mutually perpendicular guide planes that are inclined to the vector of the magnetic force. This will guide the slide in a defined manner.
  • the beam-like positioning arm extends transversely to the rail-like guide part and is attached to the underside of the slide, the slide being longer than that Width of the positioning arm in the longitudinal direction.
  • the invention has for its object to reduce the vibration problems and to increase the placement accuracy.
  • the guide rails according to claim 2 are relatively thin compared to the chassis and supported over a large area on this and transfer the bearing forces directly to the chassis. They have on their outside a smooth surface that is advantageous for air storage.
  • the positioning arm conforms in its outer contour to the chassis with a small distance, which enables the desired close support contact.
  • the space available for one correspondingly rigid design of the positioning arm is used to the maximum.
  • the positioning arm is supported against tilting at the corners of the storage area.
  • the middle guideway ensures precise centering along two closely adjacent guideways.
  • FIG. 1 shows a side view of a placement device for substrates with electrical components
  • FIG. 2 shows a top view, partially sectioned along line II-II, of the placement device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an enlarged section III from FIG. 1,
  • FIG. 4 shows an enlarged detail IV from FIG. 2 in a top view according to FIG. 3.
  • a placement device 1 has a dimensionally stable chassis 2, on which a positioning arm 3 is guided and driven linearly in a longitudinal direction x. ben is.
  • a placement head 4 is guided and driven transversely displaceably on the positioning arm 3.
  • electronic components 14 can be picked up from supply modules 16 at pick-up points 15 by means of the placement head 4 and placed on a substrate 17 with high accuracy.
  • the chassis 2 has a vertical support wall 5, on the upper side of which an approximately horizontal support 6 projects, which partially projects beyond the positioning arm 3.
  • An inclined outside 18 of the carrier 6 is covered with a horizontally extending magnetic rail 7 of a linear motor.
  • On the positioning arm 3 opposite a coil part 8 of the linear motor is attached.
  • An attractive force acts between permanent magnets of the magnetic rail 7 and an iron core of the coil part 8, which pulls the positioning arm 3 against the chassis 2 and is intercepted by an aerostatic linear guide.
  • the linear guide consists of three longitudinally extending guide tracks 9a, 9b 9c, which are formed on the outer sides of guide rails 10 resting on the chassis.
  • the linear guide further comprises foot-like air bearing elements 11, which are pivotally anchored directly to housing parts of the positioning arm 3 and engage in the guideways 9, the contour of the positioning arm 3 in the region of the connection to the chassis 2 to the cross-sectional contour of the between the supporting wall 5 and the carrier 6 formed inner corner is adjusted.
  • An inner, vertical guideway 9a is formed along the supporting wall 5 and supports the corresponding end face of the positioning arm 3 via two spaced-apart air bearing elements 11.
  • a middle, horizontally inclined guideway 9b is in direct connection to the inner guideway 9 on a horizontal section of the underside of the carrier 6 educated.
  • a middle air bearing element 11 engages in this guideway 9b the longitudinal direction x between the inner end air bearing elements 11 is anchored to the positioning arm 3.
  • the obliquely rising outer side 18 of the carrier 6 adjoins the horizontal central guideway 9 with the magnetic rail 7.
  • the normal vector of the guide plane 12 of this outer guide track 9c is inclined such that it runs essentially parallel to the connecting line between the motor center and the center of gravity of the positioning arm 3 in the yz plane.
  • the inclination of the magnetic rail 7 is oriented obliquely to all guideways 9, wherein it is set steeper than the inclination of the guiding plane 12, as a result of which better distribution of the bearing forces and reliable guidance is achieved.
  • placement device 1 placement device 2 chassis 3 positioning arm 4 placement head 5 support wall 6 carrier 7 magnetic rail 8 coil part 9 guideway 10 guide rail 11 air bearing element 12 guide level 14 component 15 pick-up point 16 feed module 17 substrate. 18 Outside X longitudinal direction y transverse direction

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Abstract

Eine Bestückvorrichtung (1) zum Bestücken von Substraten (17) mit elektrischen Bauelementen (14) weist einen an einem Chas­sis (2) luftgelagerten, in einer Längsrichtung (x) verschieb­baren Positionierarm (3) auf, an dem ein Bestückkopf (4) in einer Querrichtung (y) verschiebbar gelagert ist. Dabei sind Luftlagerelemente (11) einer aerostatischen Linearführung un­mittelbar am Positionierarm (3) verankert und Führungsbahnen (9a, 9b, 9c) für die Luftlagerelemente (11) unmittelbar am Chassis (2) ausgebildet. Dadurch werden die Massenkräfte des Positionierarms (3) wirk­sam abgefangen und die entsprechenden Schwingungen verrin­gert.

Description

Beschreibung
Aerostatische Linearführung für einen Positionierarm mit einem Bestückkopf für elektrische Bauelemente
Die Erfindung bezieht sich auf eine aerostatische Linearführung für einen Positionierarm mit einem Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen, wobei der Positionierarm an einem Chassis einer Bestückvorrichtung in einer Längsrichtung verschiebbar und der Bestückkopf am Positionierarm in einer Querrichtung verschiebbar gelagert ist und wobei die Linearführung dem Positionierarm zugeordnete Luftlagerelemente und für diese sich in der Längsrichtung erstreckende Führungsbahnen aufweist.
Ein derartige Einrichtung ist z.B. durch die EP 0291119 B bekannt geworden. Danach weist das Chassis ein oberes Brückenteil aus Gusseisen auf, das ein aus Granit ausgeführtes schienenartiges Führungsteil trägt, an dem die Führungsbahnen ausgebildet sind, und an dem eine Magnetschiene eines Linearmotors zu den Führungsbahnen schräg geneigt befestigt ist. Am Führungsteil ist ein längsverschiebbarer Schlitten geführt, der sich mit den fußartigen druckbeaufschlagten Luftlagerelementen an den Führungsbahnen des Führungsteils abstützt. Der Schlitten nimmt ferner ein Spulenteil eines Linearmotors auf, das mit geringem Abstand über der Magnetschiene angeordnet ist. Zwischen den Permanentmagneten der Magnetschiene und dem Eisenkern des Spulenteils wirkt senkrecht zum Trennspalt eine permanente magnetische Anziehungskraft, die von der aerosta- tischen Linearführung aufgenommen wird. Diese weist zwei zueinander senkrecht stehende Führungsebenen auf, die zum Vektor der Magnetkraft schräg geneigt sind. Dadurch wird der Schlitten definiert geführt.
Der balkenartige Positionierarm erstreckt sich quer zum schienenartigen Führungsteil und ist an die Unterseite des Schlittens angesetzt, wobei der Schlitten länger ist als die Breite des Positionierarmes in der Längsrichtung. Beim Abholen und Bestücken der elektronischen Bauelemente mit hoher Taktfrequenz können am Positioniersystem der Bestückvorrichtung erhebliche Schwingungsprobleme am Bestückkopf auftreten, die die Taktzeit erhöhen und/oder die Bestückgenauigkeit herabsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwingungsprobleme zu verringern und die Bestückgenauigkeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch die unmittelbare Zuordnung der Führungselemente der Linearführung zum Chassis und zum Positionierarm entfallen kostensparend der separate lineare Führungskörper des Führungsteils sowie der zwischengeschaltete Schlitten. Die Massenkräfte und Massenmomente können nun ummittelbar vom Positionierarm auf das formsteife Chassis auf kürzestem Wege übergeleitet werden. Die unmittelbare Verankerung der Luftlagerelemente am Positionierarm bedingt, dass dieser im Führungsbereich in seiner Breite an die Stützfläche angepasst ist, so dass auch die Kräfte innerhalb des Positionierarmes auf kurzem Wege und ohne schädliche Umlenkung in die Stützstellen eingeleitet werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.
Die Führungsschienen nach Anspruch 2 sind im Vergleich zum Chassis relativ dünn ausgebildet und großflächig an diesem abgestützt und leiten die Lagerkräfte unmittelbar auf das Chassis über. Sie weisen auf ihrer Außenseite eine für die Luftlagerung vorteilhafte glatte Oberfläche auf.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 schmiegt sich der Positionierarm in seiner Außenkontur an das Chassis mit geringem Abstand an, was den gewünschten engen Stützkontakt ermöglicht . Außerdem wird der zur Verfügung stehende Raum für eine entsprechend steife Ausgestaltung des Positionierarms maximal genutzt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ergibt eine besonders formsteife Tragkonstruktion des Chassis im Hinblick auf die angreifenden Kräfte und Momente, indem der Massenschwerpunkt des Positionierarm in die Nähe des Schwerpunkts der Antriebskraft gelangt, so dass sich die Kippmomente entsprechend verringern.
Durch die Weiterbildungen nach Anspruch 5 wird der Positionierarm an den Ecken des Lagerbereichs kippsicher abgestützt. Durch die mittlere Führungsbahn wird eine genaue Zentrierung entlang zweier eng benachbarter Führungsbahnen erreicht.
Durch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 6 und 7 wird die zwischen den Permanentmagneten der Magnetbahn und dem Spulenteil des Linearmotors wirkende permanentmagnetische Anziehungskraft in optimaler Weise auf die Luftlagerelemente verteilt, so dass der Positionierarm am Chassis kippsicher geführt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Bestückvorrichtung für Substrate mit elektrischen Bauelementen,
Figur 2 eine entlang der Linie II-II teilweise geschnittene Draufsicht auf die Bestückvorrichtung nach Figur 1,
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt III aus Figur 1,
Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt IV aus Figur 2 in Draufsicht nach Figur 3.
Nach den Figuren 1 bis 4 weist eine Bestückvorrichtung 1 ein formsteifes Chassis 2 auf, an dem ein Positionierarm 3 in einer Längsrichtung x linear verschiebbar geführt und angetrie- ben ist. Am Positionierarm 3 ist ein Bestückkopf 4 quer verschiebbar geführt und angetrieben. Dadurch können elektronische Bauelemente 14 mittels des Bestückkopfes 4 an Abholstellen 15 von Zuführmodulen 16 abgeholt und mit hoher Genauigkeit auf ein Substrat 17 aufgesetzt werden.
Das Chassis 2 weist eine senkrechte Tragwand 5 auf, an deren Oberseite ein annähernd waagerechter Träger 6 absteht, der den Positionierarm 3 teilweise überragt. Eine schräg ansteigende Außenseite 18 des Trägers 6 ist mit einer waagerecht verlaufenden Magnetschiene 7 eines Linearmotors belegt. Am Positionierarm 3 gegenüberliegend ist ein Spulenteil 8 des Linearmotors angebracht. Zwischen Permanentmagneten der Magnetschiene 7 und einem Eisenkern des Spulenteil 8 wirkt eine Anziehungskraft, die den Positionierarm 3 gegen das Chassis 2 zieht und die durch eine aerostatische Linearführung abgefangen wird.
Die Linearführung besteht aus drei sich in der Längsrichtung erstreckenden Führungsbahnen 9a, 9b 9c, die an den Außenseiten von am Chassis aufliegenden Führungsschienen 10 ausgebildet sind. Die Linearführung umfasst ferner fußartige Luftlagerelemente 11, die unmittelbar an Gehäuseteilen des Positionierarmes 3 schwenkbar verankert sind und in die Führungsbahnen 9 eingreifen, wobei die Kontur des Positionierarmes 3 im Bereich der Anbindung an das Chassis 2 an die Querschnittskontur der zwischen der Tragwand 5 und dem Träger 6 gebildeten Innenecke angepasst ist.
Eine innere senkrecht stehende Führungsbahn 9a ist entlang der Tragwand 5 ausgebildet und stützt die entsprechende Stirnseite des Positionierarmes 3 über zwei beabstandete Luftlagerelemente 11. Eine mittlere waagerecht geneigte Führungsbahn 9b ist im unmittelbaren Anschluss an die innere Führungsbahn 9 an einem waagerechten Abschnitt der Unterseite des Trägers 6 ausgebildet. In diese Führungsbahn 9b greift ein mittleres Luftlagerelement 11 ein, das in der Mitte in der Längsrichtung x zwischen den inneren stirnseitigen Luftlagerelementen 11 am Positionierarm 3 verankert ist. Die schräg ansteigende Außenseite 18 des Trägers 6 schließt sich mit der Magnetschiene 7 an die waagerechte mittlere Führungsbahn 9 an .
Am äußeren Ende der schrägen Außenseite befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetschiene 7 eine äußere Führungsbahn 9c, die mit zwei weiteren in der Längsrichtung x beabstandeten Luftlagerelementen 11 des Positionierarmes 3 belegt ist.
Der Normalenvektor der Führungsebene 12 dieser äußeren Führungsbahn 9c ist so geneigt, dass er in der y-z-Ebene im wesentlichen parallel zur Verbindungslinie zwischen Motormittelpunkt und mittlerem Massenschwerpunkt des Positionierarms 3 verläuft. Dadurch wird die Belastung durch Beschleunigungsmomente der sich auf die Führungsbahn 9a abstützenden Lagerelemente 11 minimal. Die Neigung der Magnetschiene 7 ist schräg zu allen Führungsbahnen 9 orientiert, wobei sie steiler angestellt ist, als die Neigung der Führungsebene 12, wodurch eine bessere Verteilung der Lagerkräfte und eine sichere Führung erzielt wird.
Bezugszeichen
1 Bestückvorrichtung 2 Chassis 3 Positionierarm 4 Bestückkopf 5 Tragwand 6 Träger 7 Magnetschiene 8 Spulenteil 9 Führungsbahn 10 Führungsschiene 11 Luftlagerelement 12 Führungsebene 14 Bauelement 15 Abholstelle 16 Zuführmodul 17 Substrat . 18 Außenseite X Längsrichtung y Querrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Aerostatische Linearführung für einen Positionierarm (3) mit einem Bestückkopf (4) zum Bestücken von Substraten (17) mit elektrischen Bauelementen (14) , wobei der Positionierarm (3) an einem Chassis (2) einer Bestückvorrichtung (1) in einer Längsrichtung (x) verschiebbar und der Bestückkopf am Positionierarm (3) in einer Querrichtung (y) verschiebbar gelagert ist und wobei die Linearführung dem Positionierarm (3) zugeordnete Luftlagerelemente (11) und sich in der Längsrichtung (x) erstreckende Führungsbahnen (9a, 9b, 9c) für die Luftlagerelemente (11) aufweist, die dem Chassis (2) zugeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Luftlagerelemente (11) unmittelbar am Positionierarm (3) verankert sind und dass die Führungsbahnen (9) unmittelbar am Chassis (2) ausgebildet sind.
2. Linearführung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Chassis (2) angesetzte Führungsschienen (10) aufweist, deren Außenseiten die Führungsbahnen (9) bilden..
3. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Positionierarm (3) und das Chassis (2) im Bereich der Luftlagerung in ihrer Querkontur einander angepasst sind.
4. Linearführung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Chassis (2) eine senkrechte Tragwand (5) und einen von dieser seitlich in der Querrichtung (y) abstehenden Träger (6) aufweist, der den Positionierarm (3) überragt und der mit der angrenzenden Seitenwand eine Innenecke bildet an der die zueinander abgewinkelt stehenden Führungsbahnen (9a, 9b, 9c) ausgebildet sind und dass die Luftlagerelemente (11) an einer der Tragwand (5) zugewandten Stirnseite des Positionierarms (3) sowie an einer dem Träger (6) zugewandten Oberseite des Positionierarms (3) angebracht sind.
5. Linearführung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Träger (6) eine von der Tragwand (5) aus im wesentlichen schräg nach oben geneigte Außenseite (18) aufweist, ist und eine zugeordnete äußere Führungsbahn (9c) entsprechend schräg geneigt ist, dass eine an des Tragwänd angeordnete innere Führungsbahn (9a) senkrecht stehend ausgebildet ist und dass die beiden Führungsbahnen (9) mit je zwei zueinander in der Längsrichtung (x) beabstandeten Luftlagerelementen (11) belegt sind und dass in der Nähe der senkrechten inneren Führungsbahn (9) an einem waagerechten Abschnitt des Träger (6) eine zusätzliche waagerechte mittlere Führungsbahn (9b) für ein mittleres Luftlagerelement (11) ausgebildet ist, das in der Längsrichtung (x) in der Mitte zwischen den inneren bzw. äußeren Luftlagerelementen (11) angeordnet ist.
6. Linearführung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Positionierarm (3) durch einen Linearmotor antreibbar ist und dass eine an der Außenseite (18) verankerte in der Längsrichtung (x) verlaufende Magnetschiene (7) des Linearmotors schräg zur äußeren Führungsbahn (9c) und zur mittleren Führungsbahn (9b) geneigt ist.
7. Linearführung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Neigung der Magnetschiene (7) größer ist als die Neigung der äußeren Führungsbahn (9c) .
EP05716631A 2004-02-11 2005-02-07 Aerostatische linearführung für einen positionierarm mit einem bestückkopf für elektrische bauelemente Withdrawn EP1718433A1 (de)

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