Hersteller aus dem Halbleiter- oder anderen Bereichen bauen in ihre Maschinen häufig gleichzeitig schwingungsisolierte, automatische Inspektionsstationen und nicht schwingungsisolierte, robotische Ladesysteme ein. Während des Inspektionszyklus legt der Roboter Teile auf der schwingungsisolierten Station ab und entfernt andere von ihr. Im allgemeinen sind die Roboter so programmiert, dass sie die Teile an einer exakten Position ablegen. Dabei ist die erforderliche Genauigkeit häufig besser als ± 0,1 mm in allen drei Raumachsen. Gleichzeitig soll der Durchsatz hoch und der Inspektionszyklus kurz sein, wodurch von dem Isolierungssystem eine schnelle Niveauregulierung und kurze Rückstellzeit gefordert werden.
Genauigkeit der Repositionierung pneumatischer Isolatoren
Die Genauigkeit der Niveauregulierung der Regelventile der Serie IPV von Newport beträgt ± 0,25 mm—wahrscheinlich der beste Wert für verfügbare Standardventile. Newport fertigt außerdem Ventile mit höherer Präzision für strengere kundenspezifische Anforderungen an die Repositionierungsgenauigkeit. Diese sind allerdings für Anwendungen mit hohem Durchsatz zu langsam.
Die horizontale Isolierung mit Pendelaufhängung von Newport basiert auf der Schwerkraft und repositioniert eine frei bewegliche, schwingungsgedämpfte Plattform mit einer Genauigkeit von etwa 0,025 mm. Allerdings ist darauf zu achten, dass eine von der schwingungsisolierten Plattform zum Untergestell geführte Verkabelung keine Hysterese hervorruft, durch welche die horizontalen Repositionierung nicht mehr wiederholbar wäre und die Genauigkeit außerhalb des zulässigen Bereiches liegen würde.
Kundenspezifische Feststellungen der Montageplatte
Um den Positionsanforderungen des Robotersystems zur Teilehandhabung gerecht zu werden, liefert Newport “Feststellmechanismen” für eine Reihe von OEM-Produkten. Diese Feststellmechanismen senken die schwingungsgedämpfte Montageplatte auf drei halbkinematische Montageelemente ab. Die Präzisions-Schnittstelle besteht typischerweise aus drei auf den Rahmen montierten Stahlkugeln, auf denen drei an der schwingungsgedämpften Montageplatte montierte Adapterplatten aufsetzen. Die Kontaktflächen bestehen aus: 1) einem konischen Kegel, 2) einer V-förmigen Nut und 3) einer flachen Ebene.
Nicht regulierte Schwerkraft-Feststellung
Die einfachste Feststellung des Aufbaus arbeitet mit pneumatischen Dreiwege-Magnetventilen zwischen den Ventilen zur Niveauregulierung und den zugehörigen Isolatoren. Auf den Befehl der Systemsteuerung des Kunden hin, das System festzustellen, schließt das Magnetventil den Auslass des Regelventils zur Niveauregulierung und lässt die Luft aus dem Isolator ab. Da die Montageplatte nicht länger in der Schwebe gehalten wird, wird sie von der Schwerkraft herunter gezogen bis sie auf den Stahlkugeln aufliegt. Auf den Befehl zum Isolieren wird die Entlüftungsöffnung geschlossen, die Auslassöffnung des Regelventils zur Niveauregulierung geöffnet und das System wird wieder normal isoliert.
Allerdings sind nicht regulierte Schwerkraft-Feststellungen langsam und durch die Geschwindigkeit, mit der die mechanischen Niveauregelventile die Isolatoren füllen können, begrenzt. Die Zeitdauern für die Niveauregulierung betragen im allgemeinen 3 bis 5 Sekunden—das ist mehr, als in vielen Inspektionsanwendungen mit hohem Durchsatz akzeptiert werden kann. Wird die maximale Geschwindigkeit für den Luftstrom überschritten, so fängt der Isolator im Betrieb an zu oszillieren. Aus diesem Grund erreicht man durch den Einsatz von Regelventilen mit hohem Durchfluss in diesem Fall keine kürzeren Rückstellzeiten für das System.
Kinematische Befestigungen
Jede Position der Montageplatte lässt sich im Hinblick auf ein willkürlich festgelegtes Koordinatensystem durch sechs unabhängige Koordinaten definieren: drei Translations- und drei Rotationskoordinaten. Eine Halterung wird dann als kinematisch bezeichnet, wenn die Anzahl der Freiheitsgrade (Achsen freier Bewegung) und die Anzahl der Beschränkungen, die auf diese Halterung wirken, identisch ist. Das entspricht der Aussage, dass alle einwirkenden Beschränkungen unabhängig voneinander (nicht redundant) sind. Ein kinematischer Schwingungsdämpfer besitzt daher sechs unabhängige Beschränkungen.
Am weitesten verbreitet bei kinematischen Halterungen ist der in Abbildung 1 schematisch dargestellte Typ aus “Kegel, Nut und Ebene”. Die Darstellung ist so zu verstehen, dass die Plattform im Koordinatensystem mit Kegel, Nut und Ebene untergebracht ist und die Isolatoren mit den drei Kugeln eine feste Referenzfläche aufspannen. Setzt die Montageplatte zunächst mit dem Kegel auf, so sind die drei Freiheitsgrade der Translation (Verschiebungen in X-, Y- und Z-Achse) ohne Redundanz eliminiert.
An diesem Punkt kann die Montageplatte noch um alle Achsen frei rotieren. Nun setzt die Nut, die zum Kegel zeigt, auf der zweiten Kugel auf. Dadurch werden zwei weitere Freiheitsgrade—nämlich Neigen und Gieren—wie in der Abbildung dargestellt, beseitigt. Die Ausrichtung der Nut zum Kegel ist wichtig, um die Translationsfreiheitsgrade nicht übermäßig einzuschränken. Zuletzt bleibt nur ein Freiheitsgrad übrig, das Rollen über die X-Achse. Hierfür wird die dritte Kugel auf eine Ebene gesetzt. Sechs nicht redundante Beschränkungen bilden auf diese Weise eine kinematische Halterung.
Regulierte Schwerkraft-Feststellung
Eine Möglichkeit zur Beschleunigung des Aufbaus einer funktionsfähigen Isolierung besteht darin, den Druck zu regulieren, bis zu welchem die Luft aus den Isolatoren abgelassen wird, wenn sich die Nutzlast absenkt. Sind zum Beispiel 5 bar erforderlich, um die Nutzlast zu isolieren, so kann das Absenken des Drucks auf 3,5 bar bereits dafür sorgen, dass die Nutzlast auf der kinematischen Halterung aufliegt. Es ist offensichtlich, dass anschließend weniger Zeit gebraucht wird, um die Isolatoren von 3,5 bar ausgehend aufzufüllen als von 0 bar. Die untenstehende Abbildung stellt eine regulierte, auf der Schwerkraft basierende Feststellung dar.
Die Rückstellzeit und die Genauigkeit der Niveauregulierung des Systems kann durch eine verstärkte Dämpfung weiter verbessert werden. Diese arbeitet mit engeren Öffnungen in den Dämpfungselementen, um den Luftstrom in der Hybridkammer einzuschränken, und wird zusammen mit Hochleistungsventilen zur Niveauregulierung eingesetzt, welche die Reaktion des Systems beschleunigen.
Feststellung bei vollem Isolatordruck
Feststellungen, welche bei vollem Isolatordruck arbeiten, lassen nicht die Luft aus den Schwingungsdämpfern ab, sondern verwenden ein mechanisches System, um die Montageplatte auf die kinematische Halterung zu ziehen (gegen den Druck der Isolatoren). Hierbei wird ein Zweiwege-Magnetventil zwischen den Regelventilen zur Niveauregulierung und den zugehörigen Isolatoren eingefügt. Nach dem Befehl zur Feststellung schließt sich das Ventil und hält den im Isolator vorhandenen Druck, der erforderlich ist, um die schwingungsgedämpfte Montageplatte zu isolieren, bei. Nachdem das Zweiwege-Magnetventil geschlossen ist, zieht das mechanische System die Platte nach unten, bis sie fest auf dem kinematischen Halter aufliegt. Typischerweise wird eine Reihe von drei (oder vier) pneumatischen Zylindern verwendet, um die Platte nach unten zu ziehen. Manche Systeme verwenden auch Motoren, die an ein Spulen- und Drahtsystem angeschlossen sind, um die Platte herabzuziehen.
Auf den Befehl, die Platte zu lösen, werden die Magnetventile wieder geöffnet. Da der Druck in den Isolatoren für die Feststellung nicht verändert wurde, brauchen die Niveauregelventile ihn nicht nachzuregeln. Somit ist die erzielte Niveauregulierungs- und Rückstellzeit sehr kurz. Mit einer verstärkten Dämpfung in den Isolatoren kann die Rückstellzeit weiter reduziert werden.
Zusammenfassung
Die Auswahl des Mechanismus zur Feststellung der Montageplatte ist vor allem von den Anforderungen an den Durchsatz der Maschinen abhängig. Der unregulierte, auf der Schwerkraft basierende Feststellmechanismus stellt eine einfache Lösung vor allem für Anwendungen mit langen Arbeitsschritten dar, bei denen die Feststellzeit nur einen Bruchteil der Zeit des gesamten Zyklus ausmacht. Der ebenfalls auf der Schwerkraft basierende, regulierte Feststellmechanismus bietet dagegen eine signifikante Verbesserung der Rückstellzeiten bei nur geringerer Zunahme der Kosten und der Systemkomplexität. Systeme, die mit vollem Isolatordruck arbeiten, verfügen dagegen über die schnellsten Rückstellzeiten, besonders, wenn sie mit einer verstärkten Dämpfung eingesetzt werden. Allerdings nehmen Komplexität und Kosten deutlich zu.
Im allgemeinen sind die Konfiguration des Feststellmechanismus und der Isolatordämpfung für jedes kundenspezifische Gerät einzigartig. In manchen Anwendungen müssen leistungsfähigere Diaphragmen gewählt oder eine besondere Konfiguration der Ventile verwendet werden, um das System zu optimieren. Jedes Gerät hat seine eigenen Lastverteilungen, Zyklusanforderungen, Massenschwerpunkte und andere Besonderheiten, denen Rechnung getragen werden muss. Newport steht bereit, um Ihnen und Ihren Kunden bei der Entwicklung des für Sie und ihre Maschine geeignetsten Systems zu helfen.
Beide Arten der Feststellung sind sehr gebräuchlich. Beide Versionen des Feststellsystems, das Luft ablässt, sind für kundenspezifische Anwendungen mit langen Zykluszeiten geeignet, bei denen die Feststellzeit nur einen Bruchteil der gesamten Zykluszeit ausmacht. Für Anwendungen mit kurzen Zykluszeiten ist das mechanische System, das die Montageplatte herabzieht, bei weitem überlegen. Wenden Sie sich bitte an Newport, um die optimale Lösung für Ihre Anwendung auszuwählen.
