DD215645A1 - Vorrichtung und verfahren zur ebenen beruehrungslosen mehrkoordinatenmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein ebenes beruehrungsloses Mehrkoordinatenmesssystem und ein Verfahren, das in der Lage ist, die Messkoordinaten eines in der Ebene bewegten Koerpers zu erfassen und den Messwert fuer jede Koordinate getrennt auszugeben. In Verbindung mit entsprechenden Regeleinrichtungen und einem Antrieb entsteht ein Positioniersystem, das insbesondere zur Positionierung von Praeparatetraegern, bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen oder zur automatischen Bildstrukturanalyse eingesetzt werden kann, wobei eine hohe Genauigkeit und gute Dynamik moeglich ist. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass fuer alle Messkoordinaten der Ebene nur eine gemeinsame Massverkoerperung (1) mit einem definierten Muster vorgesehen ist, zu deren Abtastung mindestens drei linienhafte Empfaenger (2) vorgesehen sind, wobei mindestens ein Empfaenger (2) nicht parallel zu einem von den anderen Empfaengern (2) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur ebenen berührungslosen Mehrkoordinatenmessung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein ebenes berührungsloses Mehrkoordinatenmeßsystem und ein Verfahren, das in der Lage ist, die x-, y- und -Koordinate eines in der Ebene bewegten Körpers zu erfassen und den Meßwert für jede Koordinate getrennt auszugeben. In Verbindung mit entsprechenden Regeleinrichtungen und einem Antrieb entsteht ein Positioniersystem, das insbesondere in der Gerätetechnik zur Positionierung von Präparateträgern, bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen oder zur automatischen Bildstrukturanalyse eingesetzt werden kann, wobei eine hohe Genauigkeit und eine gute Dynamik möglich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bisher wurden zur Mehrkoordinatenmessung in Geräten und Maschinen zum Teil direkt arbeitende Einzelmeßsysteme eingesetzt. Hierfür ist es jedoch erforderlich, daß die Bewegungen in den einzelnen Koordinaten an bestimmten Stellen der mechanischen Übertragungskette entkoppelt vorliegen, was oft durch mechanische Koppelglieder erreicht wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Systeme liegt darin, daß es durch die mechanischen Koppelgliederzu Spiel-, Stoß- und Ruckerscheinungen kommt und die Dynamik der Einrichtung durch die zusätzlichen bewegten Massen der Koppeigiieder und der Eihzelmeßsysteme sowie durch Reibeffekte verschlechtert wird. Die Meßgenauigkeit ist infolge des indirekten Meßverfahrens begrenzt. Mit der Anwendung von Mehrkoordinatenantriebssystemen ohne mechanische Bewegungswandler in Mehrkoordinatenpositioniersystemen wird der Einsatz von Einzelmeßsystemen uneffektiv bzw. ist in besonderen Fällen überhaupt nicht möglich. .

Nach PEOS DT 1588018 ist eine Einrichtung zur x-y-Positionierung von Kreuztischen zur Realisierung bestimmter, periodisch wiederkehrender technologischer Prozesse, insbesondere zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, bestehend aus einem optischen Abbildungssystem mit einem Strahlendetektor dadurch gekennzeichnet, daß für beide Bewegungsrichtungen (x,y) des Kreuztisches nur eine gemeinsame optisch elektronische Meßeinrichtung mit zwei Objektiven, von denen eins beweglich ist, beschrieben. In einem weiteren Anspruch wird auf die Verwendung einer integrierten Maßverkörperung für x- und y-Koordinate in Form einer Strich kreuztei Iu ng hingewiesen. Tritt jedoch eine Drehbewegung zwischen Maßstabsplatte und den Abtastern auf; so ist das System nicht mehr funktionsfähig, d.h. eine Verdrehung muß ausgeschlossen werden.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht ein ebenes berührungsloses Meßsystem sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Relativlage eines Körpers in der Ebene, das den Nachteil der Funktionsuntüchtigkeit bei Verdrehungen der Maßverkörperüng nicht aufweist und in der Lage ist, außer der x- und y-Koordinate auch die -Koordinate des in der Ebene bewegten'Körpers zu erfassen. Es wird eine integrierte Maßverkörperung verwendet, die gegenüber anderen Lösungen eine geringere Masse aufweist. MiJ dem gezeigten Auswerteverfahren ist auch eine Messung in anderen als den kartesischen Koordinaten, wie z. B. Polarkoordinaten, möglich.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Mehrkoordinatenantrieb ohne mechanischen Bewegungswandler und einer Regeleinrichtung als dynamisch hochwertiges Positioniersystem anwendbar.

Darlegung des Wesens der Erfindung . . .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ebenes berührungsioses Mehrkoordinatenmeßsystem und ein Verfahren zu schaffen, das eine berührungslose direkte Messung der Position eines Körpers in beliebigen Koordinaten der Ebene sowie

eine Separierung der Lagegrößen ermöglicht. ,

Weiterhin soll die Masse der Maßverkörperung möglichst gering sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für alle Meßkoordinaten der Ebene nur eine gemeinsame Meßverkörperung mit einem definierten Muster vorgesehen ist. Zur Abtastung der Maßverkörperung sind mindestens drei linienhafte Empfänger vorgesehen, wobei mindestens ein Empfänger nicht parallel zu einem von den anderen Empfängern' angeordnet ist Um den Meßfehler gering zu halten, wird ein besonderes Meßverfahren angewendet. Die von den Empfängern gelieferten Signale werden nicht direkt in die geforderten Meßkoordinaten transformiert, sondern zuerst richtungsabhängig in Zwischenspeichern summiert. Die Werte der Zwischenspeicher sind der Lage des Körpers adäquat und nicht fehlerbehaftet, sie sind jedoch noch nicht mit den Werten der geforderten Meßkoordinaten identisch.

In der Auswerteeinrichtung, z. B. einem Rechenwerk, werden die Werte der Zwischenspeicher in die geforderten Meßkoordinaten transformiert. Da jeweils von den fehlerfreien Werten der Zwischenspeicher ausgegangen werden kann, addieren sich die Ruridungsfehler des Rechenwerkes nicht und der Meßfehler bleibt gering.

Zur Erhöhung der Auflösung kann zwischen der Maßverkörperung und den Empfängern eine vergrößernde Abbildungsoptik angeordnet werden.

Eine Verkleinerung des Strahlendetektors wird erreicht, wenn die linienhaften Empfänger zu einem matrixförmigen Empfänger zusammengefaßt sind. Besonders bei dieser Anordnung kann es günstig sein, die Maßverkörperung fest und den Empfänger zusammen mit dem Körper, dessen Lage bestimmt werden soll, beweglich anzuordnen.-

Ausführungsbeispiei

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden. · ,

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Meßsystemanordnung mit drei linienhaften Fotoempfängern .

Fig. 2 Meßsystemanordnung mit matrixförmigem Empfänger und optischer Vergrößerung In Fig. 1 ist eine Anordnung eines berührungsloseq Meßsystems zur Bestimmung derx-, y- und -Koordinate eines Objektes in der Ebene dargestellt. Eine Maßverkörperung 1, die durch eine nichtdargestellte Führung in der Ebene geführt und mit dem Objekt gekoppelt ist, wird durch drei in geringem Abstand zur Maßverkörperung 1 stehenden linienhaften Fotoempfängern abgetastet und die relative Änderung der Lage zwischen Maßverkörperung 1 und jedem Fotoempfänger 2 in einem zugehörigen Zwischenspeicher 3 richtungsabhängig summiert. Aus den Werten der Zwischenspeicher 3 kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt mit einer Auswerte- oder Rechenschaltung 4 die Lage des Objektes zu einem Bezugspunkt und einer Bezugsrichtung ermittelt werden. Die Beleuchtung der Maßverkörperung erfolgt im Durchlichtverfahren.

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Die drei linienhaften Fotoempfänger 2 können dabei aus einer Anordnung einzelner Fotoempfänger (Fotodioden, Fototransistoren o. ä.) oder aus integrierten linienhaften Fotoempfängeranordnungen (z. B. CCD-Zeilen) bestehen. Als Muster auf der Maßverkörperung 1 kann z. B. ein strahlenförmiges Raster verwendet werden. Die Auflösung der Meßanordnung wird, sofern keine zusätzliche elektronische Interpolation erfolgt, von der Größe der lichtempfindlichen Gebiete auf dem linienhaften Fotoempfänger abhängig.

In Fig. 2 ist eine Meßanordnung dargestellt, bei der die linienhaften Fotoempfänger 3 zu einem matrixförmigen Fotoempfänger 6 zusammengefaßt sind. Zur Erhöhung der Auflösung ist ein optisch vergrößerndes Abbildungssystem zwischen Maßverkörperung 1 und matrixförmigem Fotoempfänger 6 angeordnet. Die Auswertung der Signale des matrixförmigen Fotoempfängers 6 kann wie in Fig. 1 dargestellt werden, oder durch ein bilderkennendes Auswertesystem erfolgen.

Die Beleuchtung der Maßverkörperung 1 ist auf Grund des Abbildungssystems 5 im Durchlicht- oder Auflichtverfahren möglich. . .

Claims (4)

1. -3- 251171 4

   Erfindungsanspruch'-

   1. Vorrichtung zur ebenen berührungslosen Mehrkoordinatenmessung zur Bestimmung der Relativlage eines Körpers in der Ebene, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung, einer Maßverkörperung (1) und optischen Empfängern, welche die Maßverkörperung abtasten, gekennzeichnet dadurch, daß für alle Meßkoordinaten der Ebene nur eine gemeinsame Maßverkörperung (1) mit einem definierten Muster vorgesehen ist, zu deren Abtastung mindestens drei linienhafte Empfänger (2) vorgesehen sind, wobei mindestens ein Empfänger (2) nicht parallel zu einem von den anderen Empfängern (2) angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung zur berührungslosen Mehrkoordinatenmessung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die linienhaften Empfänger (2) zu einem matrixförmigen Empfänger (6) zusammengefaßt sind.
3. 3. Vorrichtung zur berührungslosen Mehrkoordinatenmessung nach Punkt 1 oder Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Maßverkörperung (1) und den Empfängern (2) eine vergrößernde Abbildungsoptik (5) fest angeordnet ist.
4. 4. Verfahren zur ebenen berührungslosen Mehrkoordinatenmessung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Signale der Empfänger (2) entsprechend der Bewegung des Objektes in Zwischenspeichern (3) richtungsabhängig summiert und die Werte der Zwischenspeicher (3) durch eine Auswerte- bzw. Rechenschaltung (4) in die Komponenten der geforderten Meßkoordinaten transformiert werden.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen '