DE3838019C2 - Drehpositioniervorrichtung - Google Patents

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.

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.

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.