專利名稱：用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂及定位臂的制造方法
對(duì)于定位配裝系統(tǒng)，如SMD(表面貼裝設(shè)備)-電子元件配裝自動(dòng)機(jī)，定位單元必需在X和Y方向上移動(dòng)。在此對(duì)于X-和Y-定位軸優(yōu)選節(jié)省空間的龍門架，在這種結(jié)構(gòu)中定位臂本身例如可以在X方向上移動(dòng)，而設(shè)置在定位臂水平部位上的滑動(dòng)單元可以在Y方向上實(shí)現(xiàn)固定在滑動(dòng)單元上的定位單元的移動(dòng)。為了使這種也可以設(shè)計(jì)成龍門架的定位臂以微小的驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)功率實(shí)現(xiàn)高的加速度，就得使運(yùn)動(dòng)質(zhì)量盡可能地輕。而另一方面也是必需的，即定位臂結(jié)構(gòu)要抗彎并抗扭。
定位配裝系統(tǒng)抗彎并抗扭的定位臂大多數(shù)通過焊接結(jié)構(gòu)、優(yōu)質(zhì)鋼精鑄結(jié)構(gòu)或優(yōu)質(zhì)鋼精鑄與焊接部件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)制造。另外還使用鋁擠壓型材、鋁鑄件和陶瓷材料以及纖維復(fù)合材料如玻璃纖維層壓塑料或碳素纖維強(qiáng)化層壓塑料。
在通過精鑄制造這種抗彎并抗扭的定位臂時(shí)首先要先制造相應(yīng)的模型，在此這種所謂的“逝去”模型大多由蠟、熱塑性材料、尿素或其混合物所制成。
由CH686251已知一種輕型、抗彎并抗扭的龍門架，尤其是電子元件配裝自動(dòng)機(jī)上的龍門架的制造方法，在這種方法中由一種可熔化的、可溶解的和／或可燃燒的材料來制造模型，接著用陶瓷底料對(duì)模型進(jìn)行涂覆，然后對(duì)陶瓷外層進(jìn)行干燥。在例如通過熔化去除模型以后龍門架通過燒結(jié)加工而成。使用陶瓷材料的缺點(diǎn)在于，一方面缺少陶瓷部件相互間以及陶瓷部件與另一種例如以金屬材料為基礎(chǔ)的部件之間的適宜的、費(fèi)用合理的連接技術(shù)，另一方面陶瓷材料的極易碎性使得在負(fù)荷條件下容易導(dǎo)致龍門架的破碎。
以海綿金屬(Metallschumen)為基礎(chǔ)的輕型的、抗彎材料同樣是公知的。由DE4206303已知一種海綿金屬體的制造方法，在這種方法中金屬粉末與工作介質(zhì)粉末混合，混合粉末在容器內(nèi)被升溫并通過模型擠壓成型。接著通過加熱在工作介質(zhì)粉末分解的條件下擠壓部件生成氣孔并冷卻成成品海綿體。
由DE19501508公開了一種用于汽車底盤的結(jié)構(gòu)件和制造這種結(jié)構(gòu)件的方法，在此結(jié)構(gòu)件由鋁材壓鑄而成并具有空腔截面，由海綿鋁制成的內(nèi)核放在其空腔里。
由于工件的海綿狀結(jié)構(gòu)這個(gè)工件與另一個(gè)工件之間的可拆卸連接無論如何都是難以實(shí)現(xiàn)的。在海綿金屬里使用的半成品一般來講不能承受強(qiáng)烈的拉扭負(fù)荷，因?yàn)橛捎诤＞d金屬結(jié)構(gòu)的原因降低了對(duì)半成品的接觸面是減少的。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提出定位臂以及制造定位臂的靈活方法，其中這個(gè)定位臂一方面應(yīng)該具有盡可能高的抗彎和抗扭強(qiáng)度而另一方面又應(yīng)該具有盡可能輕的重量。此外制造方法尤其應(yīng)該適合于制造定位配裝系統(tǒng)輕型、抗彎抗扭的定位臂。
這個(gè)任務(wù)通過按照權(quán)利要求1或2特征的定位臂以及按照權(quán)利要求9或10的方法而解決。
與精密鑄造一樣，按照本發(fā)明的方法還提供了一種最佳結(jié)構(gòu)的可能性，這種可能性尤其可以考慮到高抗彎抗扭強(qiáng)度的設(shè)計(jì)需求。
由復(fù)合材料海綿金屬或海綿陶瓷／金屬材料或陶瓷材料制成的定位臂如同由鋼材、鋁材或陶瓷制成的鑄件一樣不是作成空心而是實(shí)心，因此具有很高的抗扭強(qiáng)度并且在慣性情況下不會(huì)再回彈。
在此按照權(quán)利要求1或9不僅可以實(shí)現(xiàn)由海綿金屬或海綿陶瓷制成的內(nèi)核由非海綿化材料包圍，而且按照權(quán)利要求2或10可以實(shí)現(xiàn)由非海綿化材料制成的內(nèi)核由海綿金屬或海綿陶瓷制成的外層所包圍，由此使定位臂的結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性。
優(yōu)選的實(shí)施結(jié)構(gòu)在其它的權(quán)利要求中給出。
按照權(quán)利要求3和權(quán)利要求11的結(jié)構(gòu)，代替一個(gè)內(nèi)核的是有多個(gè)內(nèi)核一起被外層所包圍，這使得在保持標(biāo)準(zhǔn)形式內(nèi)核的情況下允許定位臂有更加柔韌的結(jié)構(gòu)。此外在內(nèi)核之間出現(xiàn)實(shí)體材料的分界壁，由此提高定位臂的剛性。在通常的砂鑄工藝中這種分界壁是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)殍T造砂芯在鑄造后必需被再去除。
按照權(quán)利要求4的定位臂和按照權(quán)利要求15的制造方法的優(yōu)選結(jié)構(gòu)允許定位臂的結(jié)構(gòu)通過采用多層結(jié)構(gòu)而更加具有柔韌性，其中海綿金屬或海綿陶瓷和非海綿化材料是交替的。
按照權(quán)利要求5以及權(quán)利要求14半成品至少部分的設(shè)置在非海綿化材料里面。由此使半成品在定位臂上實(shí)現(xiàn)牢固的連接并因此可以實(shí)現(xiàn)定位臂與其它工件的方便連接。例如可以這樣圍鑄螺紋，然后螺紋用于螺栓連接或者也可以以管狀半成品實(shí)現(xiàn)簡便的穿線管，線管用于安裝在配裝自動(dòng)機(jī)上時(shí)為設(shè)置在定位臂上的配裝頭提供電源或數(shù)據(jù)。
按照權(quán)利要求6，7，16或17之一，使用鋁或鋁合金作為海綿金屬和／或非海綿化材料，通過鋁材的小比重得到特別輕的定位臂。海綿鋁材料的彈性模量為大約5GPa小于鋁材(69GPa)、陶瓷(大約300GPa)或鋼材(大約210GPa)，由于與其它材料的比重(鋁2700kg／m3，陶瓷大約4000kg／m3，鋼材大約8000kg／m3)相比海綿鋁的小比重(300-1000kg／m3)產(chǎn)生很高的特有的抗彎剛度，這一抗彎剛度與其它材料相結(jié)合還將得到提高。
優(yōu)選的是按照權(quán)利要求8或13陶瓷材料由于其良好的剛度適合于作為非海綿化材料。
本發(fā)明的實(shí)施例用圖示給出并在下面詳細(xì)描述。
圖示為

圖1a為海綿金屬或海綿陶瓷的內(nèi)核帶有非海綿化材料制成的外層，圖1b和圖1c為由非海綿化材料制成的外層包圍海綿金屬或海綿陶瓷內(nèi)核的縱向截面圖和橫向截面圖，圖2a為定位臂部件，該部件通過圍鑄多個(gè)內(nèi)核所組成，圖2b和2c為從屬的縱向截面圖和橫向截面圖，圖3為由海綿金屬或海綿陶瓷和非海綿化材料制成的層化結(jié)構(gòu)，圖4為以層化結(jié)構(gòu)圍繞內(nèi)核的定位臂部件，圖5a以海綿金屬或海綿陶瓷為基礎(chǔ)的定位臂部件上的半成品橫向截面圖，圖5b和圖5c為以圍鑄海綿金屬或海綿陶瓷為基礎(chǔ)的定位臂上的半成品的兩種可能性的橫向截面圖，圖6為帶有圍鑄管狀半成品的定位臂部件，圖7為帶有配裝頭的定位臂應(yīng)用于電子元件配裝自動(dòng)機(jī)上的俯視圖和圖8為圖7中Ⅱ-Ⅱ的截面圖。
在圖1中畫出了，由海綿金屬或海綿陶瓷制成的內(nèi)核2-該內(nèi)核由金屬或陶瓷材料制成的外層3所圍鑄-如何構(gòu)成定位配裝系統(tǒng)的定位臂部分1。在此采用低壓壓鑄工藝用于圍鑄。在優(yōu)選實(shí)施例中內(nèi)核2由鋁或鋁合金制成的海綿鋁所圍鑄。通過海綿鋁的小比重達(dá)到相對(duì)于由實(shí)心鋁材所制成的定位臂減輕重量的目的。相對(duì)于通過圍鑄可溶解的內(nèi)核而減輕重量的公知方法在按照本發(fā)明的方法中在定位臂中保留了內(nèi)核，這使得制造簡單化。作為海綿陶瓷例如通過真空吸收工藝加工硅酸鋁纖維或氧化鋁纖維或硅酸堿土纖維而得到。
如圖2所示，這種方法可以改變，例如多個(gè)由海綿鋁材料制成的內(nèi)核2一起被金屬或陶瓷材料3所圍鑄。由此在內(nèi)核2之間出現(xiàn)由金屬或陶瓷材料構(gòu)成的分界壁3a，分界壁保證定位臂具有更高的剛度。在通常的砂芯鑄造工藝中這種分界壁不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樯靶驹阼T造后必需再通過空心去掉。
通過多次應(yīng)用圍鑄工藝和包圍海綿金屬或海綿陶瓷能夠?qū)崿F(xiàn)層化結(jié)構(gòu)，如圖3所示范畫出的那樣。在這里海綿金屬或海綿陶瓷的內(nèi)核2由金屬或陶瓷材料3所圍鑄，接著由另一例如由其它海綿金屬或海綿陶瓷制成的外層4所包圍，海綿材料可以特別好地吸收回彈能量。
在圖4中畫出了非海綿化材料的內(nèi)核3，例如半成品或金屬鑄件或金屬擠壓件如何被海綿金屬或海綿陶瓷外層3所包圍，而其又被另一金屬或陶瓷材料外層4所圍鑄。作為半成品例如為螺紋部件或帶有裝配面的物體，這些部件用于定位臂與其它部件的連接。
在圖5a，5b和5c中給出了三種半成品設(shè)置在定位臂中的可能性。在圖5a中畫出了半成品5是如何被海綿金屬或海綿陶瓷6所包圍的。這種實(shí)施例存在缺陷，由于在海綿金屬或海綿陶瓷6與半成品5之間較少的表面附著使得連接通常不能承受足夠的負(fù)荷。較大的負(fù)荷通過圖5b的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)，其中半成品5不僅由海綿金屬或海綿陶瓷的內(nèi)核2所包圍而且由金屬或陶瓷材料外層3所包圍。而按照?qǐng)D5c的實(shí)施例適合于承受高負(fù)荷，在此半成品5以公知的方法被金屬或陶瓷材料外層3所包圍而沒有與海綿金屬或海綿陶瓷內(nèi)核2接觸。
如圖6所示，管狀半成品7可以容納電纜，電纜在管狀半成品里可以從定位臂的一端到另一端，不會(huì)在定位臂移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)電纜弄亂的問題。
在圖7中畫出了由內(nèi)核2和外層3構(gòu)成的定位臂1是如何在電子元件配裝自動(dòng)機(jī)上安裝的。在此定位臂1可以在導(dǎo)軌10上沿X方向移動(dòng)。在定位臂1的水平范圍里安置可在Y方向上移動(dòng)的滑動(dòng)單元11。如圖8所示，配裝頭12與滑動(dòng)單元11連接，配裝頭沿著其周邊存在多個(gè)吸移管13。吸移管13用來從沒有畫出的供料裝置上將元件14輸送到線路板15上元件14應(yīng)有的位置上。在此配裝頭13是可轉(zhuǎn)動(dòng)支承的，使得吸移管13在將12個(gè)元件13先后配放在線路板15上以前，例如通過十二個(gè)吸移管13一起從供料裝置先取來十二個(gè)元件13。
在圖8的截面圖中表明了滑動(dòng)單元11與定位臂1之間的連接，連接通過按照本發(fā)明的方法插入的半成品5來保證。
本發(fā)明包括所有其它可設(shè)想到的海綿金屬與金屬和／或陶瓷材料的組合，這些組合在這里沒有單獨(dú)畫出，但是對(duì)于專業(yè)人員是容易想象的。因此例如層化結(jié)構(gòu)也可以通過用海綿金屬或海綿陶瓷來包圍金屬或陶瓷內(nèi)核，接著再圍鑄金屬和／或陶瓷材料來實(shí)現(xiàn)。
上述方法特別適合應(yīng)用于電子元件配裝自動(dòng)機(jī)上以特別劇烈的慣性力停止的定位臂。這種方法也適合于那些機(jī)器上的高加速度部件，這些部件的衰減特性強(qiáng)烈地影響到定位時(shí)間和定位精度。
如同已經(jīng)提到的，使用鋁或鋁合金作為海綿金屬或海綿陶瓷和／或非海綿化的材料由于鋁材特有的輕重量而得到特別輕的定位臂。
權(quán)利要求
1．以金屬或陶瓷材料為基礎(chǔ)的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)，其特征為，定位臂(1)包括至少一個(gè)內(nèi)核(2)和包圍內(nèi)核(2)的外層(3)，其中內(nèi)核(2)由海綿金屬或海綿陶瓷制成而外層(3)由非海綿化材料制成。
2．以金屬或陶瓷材料為基礎(chǔ)的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)，其特征為，定位臂(1)包括至少一個(gè)內(nèi)核(2)和包圍內(nèi)核(2)的外層(3)，其中內(nèi)核(2)由非海綿化材料制成而外層(3)由海綿金屬或海綿陶瓷制成。
3．如權(quán)利要求1或2之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，多個(gè)內(nèi)核(2)一起被外層(3)所包圍。
4．如權(quán)利要求1，2或3之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，圍繞外層(3)交替地設(shè)置另一由海綿金屬或海綿陶瓷和非海綿化材料組成的外層(4)。
5．如權(quán)利要求1至4之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，半成品(5)至少部分地設(shè)置在非海綿化材料里。
6．如權(quán)利要求1至5之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，海綿金屬由海綿鋁或海綿鋁合金制成。
7．如權(quán)利要求1至6之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，非海綿化材料由鋁或鋁合金制成。
8．如權(quán)利要求1至7之一的用于定位配裝系統(tǒng)的定位臂(1)，其特征為，非海綿化材料由陶瓷材料制成。
9．以金屬或陶瓷材料為基礎(chǔ)的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，至少一個(gè)內(nèi)核(2)由海綿金屬或海綿陶瓷加工制成，并且至少一個(gè)內(nèi)核(2)由非海綿化材料制成的外層(3)所包圍。
10．以金屬或陶瓷材料為基礎(chǔ)的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，至少一個(gè)內(nèi)核(2)由非海綿化材料加工制成，并且至少一個(gè)內(nèi)核(2)由海綿金屬或海綿陶瓷制成的外層(3)所包圍。
11．如權(quán)利要求9或10之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，制成多個(gè)內(nèi)核(2)，并一起由外層(3)所包圍。
12．如權(quán)利要求9至11之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，采用金屬材料作為非海綿化材料，內(nèi)核(2)通過金屬材料壓鑄工藝所包圍。
13．如權(quán)利要求9至12之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，采用陶瓷材料作為非海綿化材料，并且接著燒結(jié)陶瓷材料。
14．如權(quán)利要求12的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，半成品(5)與內(nèi)核(2)一起用金屬材料圍鑄。
15．如權(quán)利要求9至14之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，外層(3)交替地由另一海綿金屬或海綿陶瓷和非海綿化材料制成的外層(4)所包圍。
16．如權(quán)利要求9至15之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，采用海綿鋁或以鋁合金為基礎(chǔ)的海綿作為海綿金屬。
17．如權(quán)利要求9至12或14至16之一的定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)的制造方法，其特征為，采用鋁或鋁合金作為非海綿化材料。
全文摘要
定位配裝系統(tǒng)定位臂(1)以很高的加速度停止,因此必需輕且抗彎又抗扭地實(shí)現(xiàn)。通過將以海綿金屬或海綿陶瓷和非海綿化材料為基礎(chǔ)的復(fù)合材料應(yīng)用于定位配裝系統(tǒng)定位臂(1),使這個(gè)定位臂(1)輕而且還具有很好的剛性。半成品(5)設(shè)置在非海綿化材料里,因?yàn)樵谀抢锇氤善?5)與材料(1)之間的連接比在海綿金屬或海綿陶瓷里面更可靠。
文檔編號(hào)B25J18/00GK1293715SQ99804062
公開日2001年5月2日 申請(qǐng)日期1999年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月17日
發(fā)明者M·梅迪安普爾, P·德雷克瑟爾, B·F·肖爾, H·馬赫特 申請(qǐng)人:西門子公司