台架系统以及制造该台架系统的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头（30）的台架系统（20），该台架系统具有台架框架（23)和至少一个可活动地支承在台架框架（23）上的台架臂(1)，至少一个装配头（30）能够可活动地支承在该台架臂上，其中该至少一个台架臂(1)具有第一构件（2）和第二构件（3），其中第一构件（2）由纤维复合材料构成并且第二构件（3）由轻金属构成，并且第二构件（3）抗扭地且至少逐段接触地包围着第一构件（2）。此外，本发明还涉及一种用来制造这种台架系统（20）的方法。
【专利说明】台架系统以及制造该台架系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头的台架系统。此外，本发明涉及一种用来制造台架系统的方法，该台架系统用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头。
【背景技术】
[0002]为了定位装配头，在SMT-装配机中应用了台架系统，它们在两个坐标方向上进行定位。因为必须借助高的动力(Dynamik)来定位装配头，所以主要要求是。
[0003]I)高的抗弯曲刚性/抗扭刚性，以确保精确地定位。
[0004]2)低的质量，以便把所需的马达力和驱动装置的重量保持较低。
[0005]3)台架系统的高的局部的刚性，以便可以良好的承受线性马达驱动装置的可能的磁力。
[0006]4)元件(如线性导引装置和码尺)具有良好的安装能力；以及。
[0007]5)低的制造价格。
[0008]由钢、铝或碳纤维构成的台架系统如今应用在SMT-装配机中。借助如碳纤维的材料能够非常好地达到前面的三个要求。当然，附加元件的安装能力当然只能借助很大的费用才能实现，但这与低制造成本的目标有冲突。目前由碳纤维构成的台架系统能够非常好地满足前三个要求，但这种碳纤维台架系统的总成本太高。
[0009]对于前面三个要求来说，钢和铝具有比碳纤维明显更差的物理特性。但是能够明显更简单地实现加工性并因此连接到附加结构上。
【发明内容】
[0010]因此本发明的目的是，在用于SMT-装配机的台架系统中至少部分地消除上述缺点。本发明的目的尤其是，提供一种用于SMT-装配机的台架系统，它具有高的抗弯曲刚性/抗扭刚性、低的质量和高的局部刚性，并且同时在制造成本低的情况下确保了附加元件的简单且稳固的安装性。
[0011]上述目的通过具有独立权利要求1的特征的、用于SMT-装配机的台架系统得以实现，并且通过具有权利要求12的特征的、用来制造台架系统的方法得以实现。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。结合按本发明的台架系统进行描述的特征和细节当然也适用于按本发明的方法，反之也如此，因此针对单个发明角度的公开内容总是能够相互参照。
[0012]按本发明的第一角度，此目的通过一种用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头的台架系统得以实现，该台架系统具有至少一个可活动地支承的台架臂，至少一个装配头能够可活动地支承在该台架臂上。该台架系统的特征在于，该至少一个台架臂具有第一构件和第二构件，其中第一构件由纤维复合材料构成并且第二构件由轻金属构成，并且第二构件抗扭地且至少逐段(zumindest abschnittsweise)接触地包围着第一构件。
[0013]这种台架系统具有高的抗弯曲刚性和抗扭刚性、低的质量和高的局部刚性。此外，这种台架系统还确保了元件(线性导引装置和码尺)的良好安装性，并且通过应用轻金属还比只由碳纤维制成的台架系统更划算。
[0014]也就是，这两个材料(即纤维复合材料和轻金属)的组合能够利用这两个材料的积极特性。该台架系统的基础是，至少一个台架臂具有由纤维复合材料构成的第一构件，该第一构件被由轻金属构成的第二构件包围着。第二构件在此这样设置在第一构件的周围，即第二构件抗扭地设置在第一构件上。在此，第二构件至少逐段地接触第一构件。在此，第二构件优选完全接触第一构件。由于内部的第一构件由纤维复合材料构成，所以由该构件组合构成的台架臂具有非常好的抗弯曲刚性或抗扭刚性，很轻，并且具有高的局部刚性。因此，台架臂可以良好地承受线性马达驱动装置的可能的磁力。由于外面的第二构件是由轻金属构成的，所以其它构件(如线性导引装置和码尺)能够简单地固定在台架臂上。也就是说，通过应用轻金属，能够在外侧面上轻易地加工台架臂。同时通过应用轻金属，能够成本低廉地制造台架系统的台架臂的。
[0015]按本发明的优选的改进方案，可在台架系统中规定，台架臂的第一构件和第二构件力锁合地彼此连接。通过力锁合的连接，这两个构件抗扭地相互固定。这两个构件例如能够通过连接端子连接固定地连接在一起。在台架系统的另一实施例中，这两个构件备选地或附加地通过形锁合的连接抗扭地相互固定。此外还可备选或附加地规定，这两个构件通过粘贴连接抗扭地相互固定。
[0016]按尤其优选的改进方案，可在台架系统中规定，第一构件和第二构件通过挤压连接彼此连接。因此，能够在这两个构件之间确保尤其简单且固定(即抗导地)的连接。台架臂通过热压装产生。由纤维复合材料构成的第一构件以定义的外径制成。由轻金属构成的第二构件具有内径，该内径比第一构件小十分之一至十分之二。如果对第二构件加热，则该内径由于轻金属的大的膨胀系数而非常轻微增大几个l/100mm或l/10mm。第一构件能够在第二构件加热之后已推入第二构件中。在第二构件冷却之后，在这两个构件之间产生不可松脱的挤压连接。台架系统的这种台架臂具有如前面所述的所有优点。
[0017]此外在优选的台架系统中可规定，第一构件构成为尤其具有圆环形横截面的中空型材。这种由纤维复合材料构成的中空型材可成本低廉且简单地制成,并且同时确保了高的抗弯曲刚性或抗扭刚性，并且很轻，并且具有高的局部刚性。尤其简单且成本低廉地制出具有圆环形横截面的中空型材。同时在第一构件这样构造时，能够轻易地与由轻金属构成的第二构件建立挤压连接。除了圆环形的外部横截面或圆环形的内部横截面以外，第一构件和第二构件还能够具有其它横截面，例如多边形或椭圆形的横截面。
[0018]按本发明的尤其优选的改进方案，可在台架系统中规定，第一构件的纤维复合材料具有碳纤维。由碳纤维构成的第一构件满足了抗弯曲或抗扭刚性非常好且局部刚性高的要求，并且能够轻松地且成本低廉地制成。此外，第二构件优选能够由铝或铝合金构成。台架臂的由铝或铝合金构成的第二构件能够轻松地从外侧加工，并且能够成本低廉地制成，同时重量轻。
[0019]按本发明的另一优选的改进方案，在台架系统中规定，第二构件在至少一个外侧面上具有用来固定台架系统的磁轨的固定元件，磁性元件能够设置在该磁轨上。磁轨可当作线性马达来用。该磁性元件可指线性马达的永久磁铁。线圈部件能够可移动地保持在永久磁铁上。固定元件将磁轨牢固地固定在台架臂的第二构件上。第二构件优选具有笔直的外表面，即笔直的外部罩面。第二构件尤其优选具有长方形的外部横截面。通过这一点，能够在第二构件的外侧面上轻易地设置元件，如码尺、线性导引装置和磁轨。
[0020]在台架系统中能够尤其优选地规定，每个固定元件都具有止动凸肩，该止动凸肩这样构成，即它在背向第二构件的上侧面上搭接磁轨，其中止动凸肩在定义的高度上设置在第二构件上，并且第二构件的外侧面和各止动凸肩之间的间距大于磁轨的厚度。通过该止动凸肩在磁轨的上侧上为磁轨创造了定义的贴靠点，因此朝向线性马达的线圈部件的间距与第二构件的平面度和磁轨的厚度无关。线性马达的线圈部件和磁轨之间的电磁相互关系不会受不同间距的影响。磁轨以小的预应力足以贴靠在止动凸肩上，因此磁轨和第二构件之间的不同热膨胀能够通过以下方式平衡，即磁轨能够在其纵向方向膨胀，但不会有与第二构件拉紧的危险。因为该磁轨不再直接平放在第二构件上，所以避免了大面积的热接触，因此能够在很大程度上避免第二构件沿着磁轨的单侧加热。
[0021]因此根据本发明的尤其优选的改进方案，在台架系统中可规定，磁轨尤其在弹性的预应力下浮动地支承在第二构件的外侧面上。因此，确保磁轨不会接触第二构件的外侧面。尤其有利的是，磁轨以特定的预应力朝固定元件的止动凸肩挤压。因此，能够在磁轨和第二构件的外侧面之间设置弹簧元件、隔套或绳。因此能够调整定义的间距，该间距确保了止动凸肩的统一的高度水平。固定元件优选能够朝两个纵向侧面安放在磁轨上，并且止动凸肩优选构成为搭接在磁轨上的隆起。由此，与第二构件的锚定点位于磁轨的外部，这使磁轨和第二构件之间的热耦合保持较低。
[0022]为了避免由于台架臂和磁轨的两个不同的热膨胀系数而引起的热负荷，磁轨有利地机械地只在一位置固定在台架臂上。为了使磁轨(其能够构成为铁板)保持在正确的位置中，可使用绳子或带子。因此，两个绳子或带子能够设置在磁轨角部附近，它们将磁轨压在止动凸肩上。止动凸肩优选由铝或铝合金构成。为了平衡由于台架系统或台架臂和磁轨之间的不同热膨胀系数而引起的热膨胀，台架系统的台架臂优选具有对称的结构。
[0023]按本发明的另一优选的改进方案，在台架系统中可规定，在第二构件的外侧面上固定着由钢制成的导轨，并且在第二构件的相对而置的外侧面上固定着由纤维复合材料、尤其由碳纤维复合物构成的轨道或温度平衡元件。由钢制成的导轨优选设置在第二构件的设置有磁轨的侧面上。由纤维复合材料、尤其由碳纤维复合物构成的轨道或温度平衡元件能够在第二构件的相对而置的侧面上平衡扭曲或弯曲，所述扭曲或弯曲是由钢制导轨上的温度波动引起的。
[0024]按本发明的第二角度，此目的通过用来制造台架系统的方法得以实现，该台架系统用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头，其中该方法的特征在于以下的方法步骤。
[0025]a)提供由纤维复合材料构成的第一构件。
[0026]b)将由轻金属构成的第二构件这样设置在第一构件周围，即第二构件设置得朝第一构件是抗扭的并且至少逐段地接触第一构件。
[0027]所有针对装置按本发明的第一角度阐述的优点同样也适用于该方法。
[0028]尤其优选的是，在该方法中第二构件收缩在第一构件，以形成挤压连接。尤其由碳纤维管构成的第一构件用定义的外径制造出来。该尤其构成为铝型材的第二构件具有内径，该内径比第一构件小十分之一至十分之二。如果对第二构件加热，则该直径由于轻金属的大的膨胀系数而非常轻微增大几个l/100mm或l/10mm。第一构件能够在第二构件加热之后推入第二构件中。在第二构件冷却之后，在第一构件和第二构件之间产生不可松脱的挤压连接。台架系统的这样制成的台架臂具有高的抗弯曲刚性和抗扭刚性、低的质量和高的局部刚性，该台架系统用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头。此外，这样制成的台架系统确保了了附加元件(例如线性导引装置和码尺)的良好安装性，并且能够成本低廉地制成。
[0029]具有以下特征的方法是尤其优选的，即通过该方法制造按本发明的第一角度的台架系统，即具有权利要求1至12中任一项的特征的台架系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的其它优点、特征和细节从以下的附图描述中得出，在此附图描述中参照附图来详细描述本发明的实施例。在此，在权利要求和说明书中提到的特征都可以单独地或者任意组合地成为本发明的重要内容。分别示意性地示出了。
[0031]图1在横截面中示出了台架系统的台架臂的第二构件，它按本发明的结构原理构成。
[0032]图2在横截面中示出了台架系统的台架臂的第一构件，它按本发明的结构原理构成。
[0033]图3在横截面中示出了台架系统的台架臂，它按本发明的结构原理构成。
[0034]图4在横截面中示出了按图3的台架系统的台架臂的角部。
[0035]图5在前视图中示出了第一台架系统，其具有台架框架和至少一个可活动地支承在台架框架上的台架臂。
[0036]图6在侧视图中示出了按图5的第一台架系统。
[0037]图7在前视图中示出了第二台架系统，其具有台架框架和至少一个可活动地支承在台架框架上的台架臂。
[0038]图8在侧视图中示出了按图7的第二台架系统。
[0039]具有相同功能和工作原理的元件在图1至8中用相同的参考标记表示。
[0040]参考标记清单 I台架臂
2第一构件 3第二构件 4第二构件的外侧面 5固定元件 6磁轨 7磁性元件 8止动凸肩
9弹簧元件/隔套/绳 10导轨 11导轨
12台架臂的端部 DI第二构件的内径 DA第一构件的内径 20台架系统 21拱架连接器 22框架元件 23台架框架 24磁铁 25导轨
26线性驱动装置 27引导小车 30装配头 31装配头的安装板 32线性驱动装置 33引导小车。
【具体实施方式】
[0041]图1在横截面中示意性地示出了台架系统的台架臂I的第二构件3，它按本发明的结构原理构成。图2在横截面中示意性地示出了台架系统的台架臂I的第一构件2，它按本发明的结构原理构成。第一构件2构成为圆环形的中空型材，即圆形管。在此，第一构件2由纤维复合材料构成，尤其由碳纤维构成。这种圆环形的中空型材2能够容易且廉价地制成，并且能够简单地加工。第一构件2形成台架系统的台架臂I的内部部件。台架臂I的外部部件通过图1所示的第二构件3构成。第一构件2和第二构件3这样构成，即第二构件3能够抗扭地且至少逐段接触地包围着第一构件2。第二构件3由轻金属构成，尤其由铝或铝合金构成。第二构件3的内径DI优选略小于第二构件3的外径DA，因此这些构件2、3能够通过收缩工艺在形成挤压连接的情况下彼此固定地连接。
[0042]第二构件3在外侧面4上具有用来固定台架系统I的磁轨6的固定元件5，磁性元件能够设置在该固定元件上。这些外侧面4至少具有构成为笔直的、尤其平坦的区域。第二构件3具有长方形或近似长方形的外部横截面。这一点在与固定元件5结合时，能够在第二构件3的外侧面4上轻易地设置元件，如码尺、线性导引装置和磁轨6。
[0043]固定元件5在第二构件3的外侧面4的外侧上分别具有止动凸肩8。这些止动凸肩8构造得在背向第二构件3的上侧面上搭接磁轨6，其中止动凸肩8在定义的高度上设置在第二构件3上，并且第二构件3的外侧面4和各止动凸肩8之间的间距大于待固定的磁轨6的厚度。这些固定元件5与第二构件3构成为一体的，尤其是不可分割的。
[0044]图3在横截面中示意性地示出了台架系统的台架臂1，它按本发明的结构原理构成。该台架系统可具有多个这种台架臂I。这些台架臂I能够固定在一起。装配头能够可移动地保持在台架臂I上。由轻金属构成的第二构件3在热工艺中收缩在第一构件2上，以便建立抗扭的挤压连接。由纤维复合材料构成的第一构件2已用定义的外径DA制造出来。该尤其构成为铝型材的第二构件3具有内径DI，该内径比第一构件2的外径DA小几个l/100mm或者小十分之一至十分之二。对第二构件3加热，因此该内径DI由于轻金属的大的膨胀系数而略微增大几个l/100mm或l/10mm。在第二构件3的内径DI加热并因此膨胀之后，第一构件2已推入第二构件3中。在第二构件3冷却之后，在第一构件2和第二构件3之间产生不可松脱的挤压连接。台架系统的这样制成的台架臂I具有高的抗弯曲刚性和抗扭刚性、低的质量和高的局部刚性，该台架系统用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头。此外，台架系统的这样制成的台架臂I确保了了附加元件(例如线性导引装置和码尺)在台架臂I上的良好安装性，并且能够成本低廉地制成。
[0045]图4在横截面中示意性地示出了按图3的台架系统的台架臂的角部。在图3和4中，第二构件3的右边外侧面4上下之间浮动地设置有磁轨6。也就是说，磁轨6通过固定元件5的止动凸肩8保持在该侧面上。在磁轨6和第二构件3的外侧面4之间设置有弹簧元件或密封件9。通过该弹簧元件或密封件9，确保磁轨6不会接触第二构件3的外侧面
4。该弹簧元件或密封件9确保了，磁轨6以特定的预应力朝固定元件5的止动凸肩8挤压。设置在两个纵侧面上的固定元件5搭接着磁轨6，因此该磁轨固定地安放在止动凸肩8上。由此，与第二构件3的锚定点在外面位于磁轨6上，这使磁轨6和第二构件3之间的热耦合保持较低。
[0046]在该磁轨6上设置有磁性元件7，其形式尤其是永久磁铁。线性马达的未示出的线圈部件能够沿着该磁性元件7延伸。通过该止动凸肩8在磁轨的上侧上为磁轨6创造了定义的贴靠点，因此朝向线性马达的线圈部件的间距与第二构件3的平面度和磁轨6的厚度无关。线性马达的线圈部件和磁轨6之间的电磁相互关系不会受不同间距的影响。因为该磁轨6不是直接平放在第二构件3上，所以避免了直接的热接触，因此能够在很大程度上避免第二构件3沿着磁轨6的单侧加热。
[0047]在第二构件3的外侧面4上额外地设置有由钢构成的导轨10。在第二构件3的相对而置的外侧面4上固定着由纤维复合材料、尤其是碳纤维复合物构成的轨道或温度平衡元件11。由纤维复合材料构成的导轨11能够平衡扭曲或折弯，所述扭曲或折弯是由钢制导轨上的温度波动引起的。
[0048]图5在前视图中示意性地示出了第一台架系统20，其具有台架框架23和至少一个可活动地支承在台架框架23上的台架臂I。图6在侧视图中示意性地示出了按图5的第一台架系统。该台架系统20构成为悬挂的台架系统20，其具有中央的力引导(Krafteinleitung)。台架臂I通过拱架连接器21可活动地支承在台架框架23上。该台架系统20固定在框架元件22上。该拱架连接器21可使台架臂I在第一方向上移动，并因此可使可活动地支承在台架臂I上的装配头30在第一方向上移动。该拱架连接器21具有线性驱动装置26和至少一个(在此是两个)引导小车27。在台架框架23上为引导台架臂I设置有磁铁24和导轨25，拱架连接器21的引导小车27沿着该导轨运行。台架臂I能够通过该线性驱动装置26沿着第一方向运动。
[0049]装配头30能够可移动地保持在台架臂I上。装配头30通过安装板30沿着朝第一方向垂直的第二方向可活动地支承在台架臂上。也就是说，在安装板31上设置有线性驱动装置32和至少一个(在此是两个)引导小车33。这些引导小车33沿着台架臂I的导轨10运行。台架臂I具有磁铁7。装配头30通过线性驱动装置32能够沿着台架臂I的磁铁7沿着第二方向移动。
[0050]图7在前视图中示意性地示出了第二台架系统20，其具有台架框架23和至少一个可活动地支承在台架框架23上的台架臂I。图8在侧视图中示意性地示出了按图7的第二台架系统。该台架系统20构成为悬挂的台架系统20，其具有侧面的力引导(Krafteinleitung)。台架臂I在台架系统20的框架元件23上可沿着第一方向移动。导轨25和磁铁24设置在该框架元件23上。台架臂I在其端部12上可活动地支承在框架元件23上。在台架臂I的端部12上设置有至少一个线性驱动装置26和两个引导小车27，它们与框架元件23的磁铁24和导轨25共同作用，以便沿着框架元件23来推移台架臂I。台架臂I具有止动凸肩8，台架臂I的磁轨6固定在该止动凸肩上,如图3和4所示。在磁轨6上设置有磁铁7，它与装配头30的线性驱动装置32共同作用，以使装配头30沿着第二方向(其垂直于第一方向)移动。在此，这些装配头30的引导小车33沿着台架臂I的导轨10移动。
[0051]图5至8所示的台架系统20可实现装配头30的两维移动。装配头30自身能够在第三方向上移动，该第三方向垂直于前面两个方向进行延伸。
[0052]本发明在上面已借助优选的实施例、实施方案、实施备选方案和变形方案进行描述，并且图1至8中展示出来。这些描述和视图只是纯示意性的，并不限制这些权利要求的保护范围，而只是用来示例性地展示保护范围。应理解，本发明能够以各种各样的方式实施和变形，而不会离开专利权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头(30)的台架系统(20)，该台架系统具有台架框架(23)和至少一个可活动地支承在台架框架(23)上的台架臂(I)，至少一个装配头(30)能够可活动地支承在该台架臂上，其特征在于，该至少一个台架臂(I)具有第一构件(2)和第二构件(3)，其中第一构件(2)由纤维复合材料构成并且第二构件(3)由轻金属构成，并且第二构件(3)抗扭地且至少逐段接触地包围着第一构件(2)。
2.按权利要求1所述的台架系统(20)，其特征在于，第一构件(2)和第二构件(3)力锁合地相互连接。
3.按权利要求1或2所述的台架系统(20)，其特征在于，第一构件(2)和第二构件(3)通过挤压连接相互连接。
4.按上述权利要求中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，第一构件(2)构成为尤其具有圆环形横截面的中空型材。
5.按上述权利要求中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，第一构件(2)的纤维复合材料具有碳纤维。
6.按上述权利要求中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，第二构件(3)由铝或招合金构成。
7.按上述权利要求中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，第二构件(3)在至少一个外侧面(4)上具有用来固定台架系统(20)的磁轨(6)的固定元件(5)，磁性元件(7)能够设置在该磁轨上。
8.按权利要求7所述的台架系统(20)，其特征在于，每个固定元件(5)都具有止动凸肩(8)，该止动凸肩这样构成，即它在背向第二构件(3)的上侧面上搭接磁轨(6)，其中止动凸肩(8)在定义的高度上设置在第二构件(3)上，并且第二构件(3)的外侧面(4)和各止动凸肩(8)之间的间距大于磁轨(6)的厚度。
9.按权利要求7或8所述的台架系统(20)，其特征在于，磁轨(6)尤其在弹性的预应力下浮动地支承在第二构件(3)的外侧面(4)上。
10.按上述权利要求7至9中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，在磁轨(6)和第二构件(3)的外侧面(4)之间设置弹簧元件、隔套或绳(9)。
11.按上述权利要求中任一项所述的台架系统(20)，其特征在于，在第二构件(3)的外侧面(4)上固定着由钢制成的导轨(10)，并且在第二构件(3)的相对而置的外侧面(4)上固定着由纤维复合材料、尤其由碳纤维复合物构成的轨道(11)。
12.—种用来制造台架系统(20)的方法，该台架系统用来在SMT-装配机中定位至少一个装配头(30)，其中该方法的特征在于以下的方法步骤: a)提供由纤维复合材料构成的第一构件(2)， b)将由轻金属构成的第二构件(3)这样设置在第一构件(2)周围，即第二构件(3)设置得朝第一构件是抗扭的并且至少逐段地接触第一构件。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，第二构件(3)收缩在第一构件(2)上，以形成挤压连接。
14.按权利要求或12或13所述的方法，其特征在于，通过该方法制造具有以上权利要求I至11中任一项的特征的台架系统(20)。
【文档编号】B23P11/02GK104080326SQ201410118204
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】施坦兹尔·哈拉尔德 申请人:先进装配系统有限责任两合公司