DE102006041658A1

DE102006041658A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche

Info

Publication number: DE102006041658A1
Application number: DE200610041658
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Höll
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-13
Also published as: WO2008022694A1

Abstract

Zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche (14) relativ zu einer Referenzlinie (46) wird ein erster Positionssensor (40b) bereitgestellt, der in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche (14) angeordnet ist. Die Tischoberfläche (14) wird entlang einer ersten Bewegungsrichtung (20) verfahren und es wird ein erster Führungsfehler bestimmt, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) repräsentiert. Des Weiteren wird die Tischoberfläche (14) entlang einer zweiten Bewegungsrichtung (19) quer zu der ersten Bewegungsrichtung (20) verfahren und es wird ein zweiter Führungsfehler bestimmt, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert. Außerdem wird ein dritter Führungsfehler bestimmt, der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors (28) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert. Anschließend wird ein aktueller Verlauf der Referenzlinie (46) mit dem zweiten Positionssensor (28) bestimmt und die Tischoberfläche (14) wird in Abhängigkeit von den ersten, zweiten und dritten Führungsfehlern relativ zu dem aktuellen Verlauf ausgerichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche relativ zu einer Referenzlinie, um die Tischoberfläche entlang von zumindest einer ersten Bewegungsrichtung quer zu der Referenzlinie und mit einem definierten Abstand zu der Referenzlinie zu verfahren.
Für die Herstellung von so genannten Flüssigkristallanzeigen (liquid crystal displays, LCDs) wurde ein neues Verfahren unter der Bezeichnung „thin-beam crystallization" vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird eine leitfähige Schicht aus polykristallinem Silizium auf einem Glassubstrat erzeugt, indem ein Siliziumfilm mit Hilfe eines Lasers aufgeschmolzen wird. Um ein möglichst gleichmäßiges Produktionsergebnis zu erhalten, soll das Glassubstrat mit dem Siliziumfilm möglichst gleichmäßig in der Fokuslinie eines fächerartig aufgeweiteten Laserstrahls geführt werden, der senkrecht auf die Glasplatte auftrifft. Jede Abweichung aus der Fokuslinie kann das Produktionsergebnis beeinträchtigen. US 7,009,140 B2 beschreibt eine solche Vorrichtung.
Bei der praktischen Realisierung einer solchen Vorrichtung zeigt sich allerdings, dass es äußerst schwierig ist, eine großflächige, ebene Platte exakt parallel zu einer dünnen Referenzlinie zu führen. Zumindest bei den Genauigkeiten, die für die neue Herstellung von LCDs benötigt wird, spielen schon Abweichungen eine Rolle, die in der Größenordnung der Fertigungs- und Montagetoleranzen von hochgenauen Maschinenführungen liegen. Dementsprechend ist das exakte Ausrichten einer Tischoberfläche, auf der zum Beispiel ein Glassubstrat abgelegt werden soll, relativ zu einer im Idealfall parallelen Referenzlinie ein bislang ungelöstes Problem.
Auf einem anderen Technikgebiet, nämlich der Entwicklung, Herstellung und Verwendung von so genannten Koordinatenmessgeräten, ist es bekannt, die Position eines bewegten Maschinenteils innerhalb eines Raumvolumens mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen, indem man in einem Kalibriervorgang Korrekturwerte entlang der Bewegungsbahnen des Maschinenteils bestimmt. Mit den Korrekturwerten lassen sich die so genannten Führungsfehler zumindest teilweise rechnerisch korrigieren. Die Führungsfehler sind eine Folge von statischen und dynamischen Einflüssen, wie etwa Welligkeiten oder Schräglauf der Führungsbahnen und wechselnde Lasten beim Bewegen des Maschinenteils. Verfahren zur Bestimmung und Korrektur von Führungsfehlern bei einem Koordinatenmessgerät sind bspw. in DE 44 10 267 A1 oder in DE 102 14 490 A1 beschrieben.
Bei einem Koordinatenmessgerät beziehen sich die Korrekturen der Führungsfehler in der Regel auf einen „Punkt", nämlich die Position des Messkopfes im Messvolumen. Die bekannten Verfahren bieten daher keine Lösung, um eine ebene Tischoberfläche relativ zu einer Referenzlinie mit hoher Genauigkeit auszurichten und zu führen.
Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben. Wenngleich die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, ist es insbesondere eine Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um eine ebene Tischoberfläche, die zur Aufnahme eines plattenförmigen Werkstücks dient, mit höchster Genauigkeit relativ zu einer Referenzlinie auszurichten, wobei die ebene Tischoberfläche mit einem definierten Abstand quer zu der Referenzlinie verfahren werden soll.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche relativ zu einer Referenzlinie gelöst, mit den Schritten:

– Bereitstellen von zumindest einem ersten Positionssensor, der in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche angeordnet ist,
– Bereitstellen eines zweiten Positionssensors, der mit der Tischoberfläche verbunden ist,
– Verfahren der Tischoberfläche entlang der ersten Bewegungsrichtung und Bestimmen eines ersten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der ersten Bewegungsrichtung repräsentiert,
– Verfahren der Tischoberfläche entlang einer zweiten Bewegungsrichtung, die quer zu der ersten Bewegungsrichtung liegt, und Bestimmen eines zweiten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der zweiten Bewegungsrichtung repräsentiert,
– Verfahren der Tischoberfläche mit dem zweiten Positionssensor entlang der zweiten Bewegungsrichtung und Bestimmen eines dritten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der zweiten Bewegungsrichtung repräsentiert,
– Bestimmen eines aktuellen Verlaufs der Referenzlinie mit dem zweiten Positionssensor, und
– Ausrichten der Tischoberfläche relativ zu dem aktuellen Verlauf in Abhängigkeit von den ersten, zweiten und dritten Führungsfehlern.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche relativ zu einer Referenzlinie gelöst, mit zumindest einem ersten Positionssensor, der in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, eine Entfernung zu der Tischoberfläche zu bestimmen, mit einem zweiten Positionssensor, der mit der Tischoberfläche verbunden ist und der dazu ausgebildet ist, die Referenzlinie zu detektieren, mit einem Antrieb zum Verfahren der Tischoberfläche entlang der ersten Bewegungsrichtung und entlang von zumindest einer zweiten Bewegungsrichtung, die quer zu der ersten Bewegungsrichtung und in etwa parallel zu der Referenzlinie liegt, mit einer ersten Messeinrichtung zum Bestimmen eines ersten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der ersten Bewegungsrichtung repräsentiert, mit einer zweiten Messeinrichtung zum Bestimmen eines zweiten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung der Tischoberfläche relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der zweiten Bewegungsrichtung repräsentiert, mit einer dritten Messeinrichtung zum Bestimmen eines dritten Führungsfehlers, der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der zweiten Bewegungsrichtung repräsentiert, mit einer Recheneinheit zum Bestimmen eines aktuellen Verlaufs der Referenzlinie in Abhängigkeit von den ersten, zweiten und dritten Führungsfehlern, und mit einer Stelleinrichtung zum Ausrichten der Tischoberfläche relativ zu dem aktuellen Verlauf.
Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung verwenden also zumindest zwei Positionssensoren. Ein erster Positionssensor ist in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche und damit getrennt von der Tischoberfläche angeordnet. Da der erste Positionssensor in der Lage ist, die Entfernungen zu einzelnen Punkten auf der Tischoberfläche zu bestimmen, lässt sich die Tischoberfläche mit Hilfe des ersten Positionssensors vermessen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der erste Positionssensor ein Laserentfernungsmesser, der an einem Gestell oberhalb der Tischoberfläche angeordnet ist.
Ein zweiter, separater Positionssensor ist speziell dazu ausgebildet, die Referenzlinie zu detektieren. Für den bevorzugten Anwendungsfall, dass die Referenzlinie die Fokuslinie eines fächerartig geweiteten Laserstrahls ist, beinhaltet der zweite Positionssensor bspw. eine Kamera, die dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl aufzunehmen, um die Lage der Fokuslinie zu detektieren. Es handelt sich hier also um zwei verschiedene Positionssensoren, von denen einer zur Vermessung der Tischoberfläche ausgebildet ist, während der andere zur Vermessung der Referenzlinie ausgebildet ist. Der zweite Positionssensor ist im Gegensatz zu dem ersten Positionssensor mit der Tischoberfläche verbunden, so dass er sich mit der Tischoberfläche mitbewegt.
Indem man nun die Kippbewegung des zweiten Positionssensors beim Bewegen der Tischoberfläche mit Hilfe des ersten Positionssensor bestimmt, wird ein Bezug zwischen den Messergebnissen des ersten und zweiten Positionssensors gebildet. Des Weiteren werden die Tischoberfläche und die Referenzlinie über die beiden Positionssensoren zueinander in Bezug gesetzt. Mit anderen Worten wird der zweite Positionssensor durch die Bestimmung des dritten Führungsfehlers in dasselbe Referenzkoordinatensystem übernommen, in dem auch die Tischoberfläche unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Führungsfehler geführt wird. Anschließend kann die Lage der Referenzlinie bezogen auf dieses Referenzsystem mit Hilfe des zweiten Positionssensors bestimmt werden. Die Vermessung des zweiten Positionssensors mit dem ersten Positionssensor stellt ein Bindeglied dar, über das die Tischoberfläche in eine definierte Beziehung zu der Referenzlinie gebracht wird.
Dementsprechend ist es nach der Bestimmung der zumindest drei Arten von Führungsfehlern möglich, die ebene Tischoberfläche relativ zu der Referenzlinie auszurichten, weil sowohl die Tischoberfläche als auch die Referenzlinie im gleichen Referenzraum liegen. Eine Schräglage des zweiten Positionssensors relativ zu der Tischoberfläche kann bspw. durch die Berücksichtigung der zweiten und dritten Führungsfehler rechnerisch korrigiert werden.
Insgesamt lässt sich die ebene Tischoberfläche mit Hilfe des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung mit einer hohen Genauigkeit parallel zu einer quer verlaufenden Referenzlinie ausrichten, an der die Tischoberfläche mit einem definierten und möglichst gleichbleibenden Abstand vorbeigefahren werden soll. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Darüber hinaus besitzen die neue Vorrichtung und das neue Verfahren den Vorteil, dass die ermittelten Führungsfehler auch beim Verfahren der Tischoberfläche entlang der ersten Bewegungsrichtung berücksichtigt werden können, so dass die optimale Ausrichtung auch während der Verfahrbewegung gewährleistet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Referenzlinie eine Laserlinie, die quer zu der Tischoberfläche verläuft, und der erste Positionssensor ist dazu ausgebildet, die Laserlinie zu detektieren.
Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, weil eine Laserlinie als Referenzlinie eine sehr exakte Bezugsgröße darstellt, so dass die Ausrichtung der Tischoberfläche im Raum mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Laserlinie eine Fokuslinie eines fächerartig geweiteten Laserstrahls, der senkrecht auf die Tischoberfläche auftrifft.
In dieser Ausgestaltung sind das neue Verfahren und die neue Vorrichtung besonders einfach in eine Anlage der eingangs beschriebenen Art zur Herstellung von LCDs zu integrieren. Umgekehrt profitiert eine solche Anlage in besonderem Maße von der hohen Positioniergenauigkeit beim Ausrichten.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der erste Positionssensor eine Kamera, um die Laserlinie zu erfassen.
In allgemeinen Ausgestaltungen der Erfindung muss der erste Positionssensor lediglich in der Lage sein, die Referenzlinie mit möglichst hoher Genauigkeit zu erfassen. Wenn die Referenzlinie durch einen „konventionellen" Laserstrahl bereitgestellt wird, der von einem Sender seitlich der Tischoberfläche zu einem Empfänger auf der anderen Seite der Tischoberfläche verläuft, kann der erste Positionssensor bspw. ein einfacher Fotoempfänger sein, der ähnlich wie der Fotoempfänger einer herkömmlichen Lichtschranke ausgebildet ist. Bevorzugt beinhaltet der erste Positionssensor jedoch eine Kamera, die eine Vielzahl lichtempfindlicher Bildzellen in einer matrixartigen Anordnung aufweist, weil eine solche Kamera einen großen Erfassungsbereich mit einer hohen Ortsauflösung kombiniert.
Besonders vorteilhaft ist ein solcher zweiter Positionssensor, wenn die Referenzlinie die Fokuslinie eines senkrecht auf die Tischoberfläche auftreffenden, fächerartig geweiteten Laserstrahls ist, weil die Höhe der Fokuslinie über der Tischoberfläche dann parallel zum Verlauf der Referenzlinie detektiert werden kann. In bevorzugten Ausgestaltungen wird der Tisch mit der Kamera von unten an die Fokuslinie herangefahren, um durch eine Auswertung des Kamerabildes die exakte Höhenlage der Fokuslinie an dem Punkt der Kamera zu bestimmen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine automatisierte Detektion der Fokuslinie.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Vielzahl von ersten Tischhöhen zwischen dem ersten Positionssensor und der Tischoberfläche bestimmt, um den ersten Führungsfehler zu bestimmen. Bevorzugt wird der erste Führungsfehler bestimmt, indem eine Messgerade mit Hilfe einer Geradeneinpassung in die erhaltene Punktewolke der ersten Tischhöhen eingepasst wird, wobei anschließend ein Kippwinkel zwischen der Messgeraden und der ersten Bewegungsrichtung bestimmt wird.
Mit dieser Ausgestaltung lässt sich der erste Führungsfehler einfach und mit einer hohen Reproduzierbarkeit bestimmen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Vielzahl von zweiten Tischhöhen zwischen dem ersten Positionssensor und der Tischoberfläche bestimmt, um den zweiten Führungsfehler zu bestimmen. Auch hier ist es wieder bevorzugt, wenn der zweite Führungsfehler in Form eines Kippwinkels zwischen einer Messgeraden, die in die Punktewolke der zweiten Tischhöhen eingepasst ist, und der zweiten Bewegungsrichtung bestimmt wird.
Auch diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der zweite Führungsfehler einfach und mit einer hohen Reproduzierbarkeit bestimmt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Vielzahl von dritten Tischhöhen zwischen dem ersten Positionssensor und dem zweiten Positionssensor bestimmt, um den dritten Führungsfehler zu bestimmen.
Diese Ausführungsbeispiel ermöglicht gut reproduzierbare Bestimmung des dritten Führungsfehlers, insbesondere, wenn der dritte Führungsfehler in Form eines Kippwinkels zwischen einer durch die Punktewolke der dritten Tischhöhen gelegten Messgeraden und der zweiten Bewegungsrichtung ist.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der zweite Positionssensor zumindest eine definierte Referenzfläche auf, die mit dem ersten Positionssensor erfasst wird, um den dritten Führungsfehler zu bestimmen.
In dieser Ausgestaltung besitzt der zweite Positionssensor an einer von außen zugänglichen Gehäuseseite zumindest eine markierte Fläche, die in einer definierten Lage zu der Aufnahmesensorik des Positionssensors angeordnet ist. Indem man eine solche Referenzfläche mit dem ersten Positionssensor erfasst, wird eine besonders hohe Genauigkeit in der Wirkungskette erreicht, mit der die Referenzlinie und die Tischoberfläche zueinander in Bezug gesetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Tischoberfläche mit dem zweiten Positionssensor ferner entlang der ersten Bewegungsrichtung verfahren, um einen vierten Führungsfehler zu bestimmen, der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors relativ zu dem ersten Positionssensor entlang der ersten Bewegungsrichtung repräsentiert.
Diese Ausgestaltung ermöglicht eine noch höhere Genauigkeit. Sie besitzt den Vorteil, dass ein Montagefehler, der sich als Kippwinkel zwischen dem zweiten Positionssensor und der Tischoberfläche entlang der ersten Bewegungsrichtung auswirken kann, bei der Ausrichtung der Tischoberfläche berücksichtigt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Positionssensor stationär oberhalb der Tischoberfläche angeordnet. Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn der zweite Positionssensor mit der Tischoberfläche dauerhaft verbunden ist.
Diese Ausgestaltungen besitzen den Vorteil, dass die Ausrichtung der Tischoberfläche mit einer gleichbleibend hohen Genauigkeit wiederholt werden kann. Außerdem lässt sich die Vorrichtung dieser Ausgestaltung relativ einfach und kostengünstig in eine Anlage der eingangs beschriebenen Art integrieren.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Ausrichten der Tischoberfläche mit Hilfe von Stellgrößen, die in einem Speicher dauerhaft abgespeichert werden.
In dieser Ausgestaltung werden die Stellgrößen, die zum Ausrichten der Tischoberfläche ermittelt werden, dauerhaft abgespeichert. Die Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und schnelle Neuausrichtung der Tischoberfläche, bspw. nach einem unvorhergesehenen Stoß oder nach einer definierten Anzahl von Produktionsdurchlaufen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Tischoberfläche um eine Hochachse senkrecht zur Tischoberfläche verschwenkt und die Bestimmung der Messebene und die Ausrichtung der Tischoberfläche wird nach dem Verschwenken wiederholt.
Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, weil sie eine einfache und schnelle Änderung der Zuführrichtung der Tischoberfläche relativ zu der Referenzlinie ermöglicht. Mit dieser Ausgestaltung ist es bspw. möglich, ein plattenförmiges Werkstück zunächst in einer ersten Richtung und anschließend in einer orthogonalen zweiten Richtung an der Referenzlinie vorbeizuführen. Die Neuausrichtung der Tischoberfläche nach einer Schwenkbewegung um die Hochachse sorgt dabei für eine gleichbleibend hohe Genauigkeit.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung im Zusammenhang mit einer Anlage der eingangs beschriebenen Art,
2 die Vorrichtung aus 1 in einem ersten Zwischenschritt des neuen Verfahrens,
3 die Vorrichtung aus 1 in einem weiteren Zwischenschritt des neuen Verfahrens,
4 die Vorrichtung aus 1 in einem weiteren Zwischenschritt des neuen Verfahrens,
5 die Vorrichtung aus 1 beim Vermessen der Referenzlinie, und
6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens.
In 1 ist eine Anlage zum Bearbeiten eines plattenförmigen Werkstücks insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Anlage 10 beinhaltet hier eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Anlage 10 besitzt einen Tisch 12 mit einer Tischoberfläche 14, auf der das Werkstück 15 angeordnet ist. Bei dem Werkstück 15 handelt es sich hier bspw. um eine Glasplatte, deren Oberseite mit amorphem Silizium beschichtet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen Anwendungsfall beschränkt und kann daher auch bei anderen Anlagen eingesetzt werden, bei denen eine ebene Tischoberfläche 14 relativ zu einer Referenzlinie ausgerichtet werden muss.
In typischen Anwendungen liegt die Glasplatte nicht unmittelbar auf der Tischoberfläche 14 auf, sondern auf einem dazwischen angeordneten Halter. Ein solcher Halter ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Begriff „Tischoberfläche" ggf. den Werkstückhalter einschließt.
Der Tisch 12 ist hier auf einer Grundplatte 16 angeordnet und besitzt einen Antrieb 18, der ein Verfahren des Tisches 12 in Richtung der Pfeile 19 (X-Achse) und 20 (Y-Achse) ermöglicht. Der Tisch 12 besitzt hier drei Beine, deren Höhe individuell verstellbar ist. aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier lediglich ein Bein mit einem entsprechenden Antrieb mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet. Die Höhenverstellbarkeit der Beine ermöglicht es, die Tischoberfläche 14 in Richtung des Pfeils 24 (Z-Achse) zu bewegen. Da die Beine 22 individuell in der Höhe einstellbar sind, kann außerdem die Neigung der Tischoberfläche 14 um die X- und Y-Achse eingestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Einstellen der Tischoberfläche 14 ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 020 681.9 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
Um die Höhe und Neigung der Tischoberfläche 14 zu ermitteln, ist an jedem Bein 22 ein Messsystem 26 angeordnet, das die Bestimmung der individuellen Beinlänge ermöglicht.
Am vorderen Ende des Tisches 12 befindet sich ein Positionssensor 28. Der Positionssensor 28 beinhaltet hier eine Kamera 30 und zwei außen am Gehäuse angeordnete Referenzflächen 32 und 34. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Gehäuse des Positionssensors 28 in X-Richtung über die gesamte Breite des Tisches 12. Die Kamera 30 befindet sich etwa mittig in dem Gehäuse des Positionssensors 28 und „blickt" nach oben.
Die erste Referenzfläche 32 erstreckt sich rechts und links von der Öffnung der Kamera 30 in X-Richtung über die gesamte Länge des Positionssensors 28. Die zweite Referenzfläche 34 verläuft orthogonal zu der ersten Referenzfläche in Y-Richtung. Auf der Tischoberfläche 14 sind zwei weitere Referenzflächen 35, 36 angeordnet. Die Referenzfläche 35 erstreckt sich in X-Richtung quer über die Tischoberfläche 14. Die Referenzfläche 36 erstreckt sich in Y-Richtung quer über die Tischoberfläche 14.
Über der Tischoberfläche 14 ist ein Gestell 38 angeordnet, an dem hier drei weitere Positionssensoren 40a, 40b, 40c mit einem seitlichen Versatz zueinander in X-Richtung angeordnet sind. Die Positionssensoren 40a bis 40c sind hier Laser-Entfernungsmesser, mit deren Hilfe die Entfernung zu einem Punkt an der Tischoberfläche 14 (bzw. der Glasplatte 15) bestimmt werden kann. In bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen der Anlage 10 dienen die Positionssensoren 40a bis 40c u.a. dazu, eine Autofokusregelung beim Verfahren der Tischoberfläche 14 in Richtung 20 durchzuführen. Eine solche Autofokusregelung ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 039 094.3 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
Darüber hinaus dient der Positionssensor 40b in bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung als erster Positionssensor im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Mit der Bezugsziffer 42 ist ein Laserstrahl eines leistungsstarken Lasers (hier nicht näher dargestellt) bezeichnet. Der Laserstrahl 42 wird mit Hilfe einer Optik 44 aufgeweitet, wie dies in 1 vereinfacht dargestellt ist. Der fächerartig aufgeweitete Laserstrahl 42 trifft senkrecht von oben auf die Tischoberfläche 14 bzw. die Glasplatte 15. Die Optik 44 sorgt dafür, dass sich eine Fokuslinie bildet, die hier mit der Bezugsziffer 46 bezeichnet ist. Die Fokuslinie 46 bildet eine Referenzlinie quer zu der Bewegungsrichtung 20 des Tisches 12. Mit Hilfe des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung wird die Tischoberfläche 14 relativ zu der Referenzlinie 46 ausgerichtet, so dass sich die Oberfläche der Glasplatte 15 beim Verfahren des Tisches 12 in Y-Richtung genau in der Fokuslinie des Laserstrahls 42 befindet. Vorzugsweise wird die Tischoberfläche 14 so verfahren, dass die Positionssensoren 40a bis 40c der Fokuslinie 46 in Bewegungsrichtung 20 des Tisches 12 vorauslaufen, das heißt der Tisch 12 wird in der Darstellung gemäß 1 von rechts nach links verfahren.
Um eine Belichtung der Glasplatte 15 mit Hilfe des aufgefächerten Laserstrahls 42 auch quer zu der Bewegungsrichtung 20 zu ermöglichen, ist der Tisch 12 hier um eine Hochachse 50 schwenkbar.
Mit der Bezugsziffer 54 ist eine Steuereinheit bezeichnet, die über mehrere Leitungen 56, 58 mit den Antrieben 18, 22, den Positionssensoren 28, 40 und den Messsystemen 26 verbunden ist. Die Steuereinheit 54 ist dazu ausgebildet, die Bewegungen der Anlage 10 zu steuern, insbesondere also die Verfahrbewegungen des Tisches 12. Die Steuereinheit 54 besitzt einen Prozessor 60 und zumindest zwei Speicher 62, 64. Der Speicher 62 ist ein Festspeicher, in dem ein Computerprogramm abgespeichert ist, das die Durchführung des neuen Verfahrens zum Ausrichten der Tischoberfläche 14 ermöglicht. Außerdem dient der Festspeicher 62 dazu, Steilwerte, die für die ausgerichtete Tischoberfläche 14 repräsentativ sind, dauerhaft abzuspeichern, um die Tischoberfläche 14 nach Bedarf in ihre ausgerichtete Position zurückzuversetzen.
Die 2 bis 5 zeigen verschiedene Verfahrensschritte beim Ausrichten der Tischoberfläche 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor. Des Weiteren ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens in dem vereinfachten Flussdiagramm der 6 dargestellt.
Zunächst wird der Tisch 12 zum Ausrichten der Tischoberfläche in Richtung der Y-Achse verfahren. Dabei werden mit Hilfe des ersten Positionssensors 40b Entfernungsmesswerte zu der Referenzfläche 36 aufgenommen (Siehe 2 und 6, Schritt 80).
Gemäß Schritt 82 wird mit der Steuereinheit 54 als nächstes ein Kippwinkel des Tisches 12 entlang der Y-Achse bestimmt. Der Kippwinkel ist in 2 symbolisch bei der Bezugsziffer 106 dargestellt. In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der Kippwinkel 106 bestimmt, indem zunächst eine Messgerade in die Punktewolke der Entfernungsmesswerte entlang der Referenzfläche 36 eingepasst wird, was bspw. nach der Methode der kleinsten Quadrate erfolgen kann. Anschließend wird der Winkel zwischen dieser Messgeraden und der Bewegungsrichtung 20 bestimmt.
Gemäß den Schritten 84 und 86 wird der Tisch 12 anschließend in X-Richtung verfahren und es werden Entfernungsmesswerte zwischen dem Positionssensor 40b und der Tischoberfläche 14 entlang der Referenzfläche 35, also in X-Richtung bestimmt. Dieser Zwischenschritt ist in 3 dargestellt. Anschließend wird ein Kippwinkel des Tisches 12 entlang der X-Achse bestimmt, und zwar vorzugsweise eben falls mit Hilfe einer Geradeneinpassung in die Punktewolke der Entfernungsmesswerte entlang der Referenzfläche 35. Der Kippwinkel in X-Richtung ist in 3 bei der Bezugsziffer 108 symbolisch dargestellt.
Gemäß Schritt 88 werden als nächstes Entfernungsmesswerte zwischen dem ersten Positionssensor 40b und dem zweiten Positionssensor 28 bestimmt, und zwar entlang der Referenzfläche 32 (siehe auch 4). Anschließend wird gemäß Schritt 90 ein Kippwinkel des zweiten Positionssensors 28 entlang der X-Achse bestimmt. Vorzugsweise erfolgt auch dies, indem eine Messgerade in die Punktewolke der Entfernungsmesswerte entlang der Referenzfläche 32 eingepasst wird, wobei anschließend ein Winkel zwischen der Messgeraden und der Bewegungsrichtung 19 bestimmt wird.
Als nächstes wird der Tisch 12 in Y-Richtung verfahren und es werden Entfernungsmesswerte zwischen dem ersten Positionssensor 40b und der Referenzfläche 34 auf dem zweiten Positionssensor 28 bestimmt (Schritt 92). Gemäß Schritt 94 wird als nächstes ein Kippwinkel des zweiten Positionssensors 28 relativ zu der Y-Bewegungsrichtung 20 bestimmt. Gemäß Schritt 96 wird als nächstes ein Winkelversatz zwischen der Tischoberfläche 14 und dem zweiten Positionssensor 28 in X- und Y-Richtung bestimmt, indem die zuvor bestimmten Kippwinkel 106, 108, 110 zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Anschließend wird der Tisch 12 mit dem zweiten Positionssensor 28 unter die Referenzlinie 46 verfahren, und es wird der Verlauf der Referenzlinie 46 mit Hilfe der Kamera 30 und der Höhenverstellung 24 des Tisches 12 bestimmt (siehe 5). Hierzu wird der Tisch 12 an verschiedenen X-Positionen unter die Referenzlinie 46 verfahren. Anschließend wird der Tisch 12 in Richtung des Pfeils 24 (Z-Richtung) so weit angehoben oder abgesenkt, bis die Referenzlinie 46 exakt detektiert ist. Die entsprechende X-/Y-/Z-Position wird gespeichert. Durch eine Geradeneinpassung in die Punktewolke der erhaltenen Messwerte lässt sich der Verlauf der Referenzlinie 46 bestimmen.
Anschließend wird der Tisch 12 gemäß Schritt 100 ausgerichtet, so dass die Tischoberfläche 14 parallel zu der Referenzlinie 46 liegt. Die erforderlichen Stellwerte für die Antriebe 22 werden im Festspeicher 62 gespeichert.
Gemäß Schritt 102 wird der Tisch 12 anschließend um 90° um die Hochachse 50 verschwenkt. Nun werden die Schritte 80 bis 100 wiederholt, um die Ausrichtung der Tischoberfläche 14 auch für die neue Schwenkposition zu erhalten (Schleife 104).
Zur Ausrichtung der Tischoberfläche 14 werden die erforderlichen Stellwerte rechnerisch bestimmt, indem die Lage der Tischoberfläche 14 unter Berücksichtigung der zuvor bestimmten Kippwinkel an den Verlauf der Referenzlinie 46 angepasst wird.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Tischoberfläche 14 zeitgleich mit mehreren Positionssensoren 40a bis 40c vermessen werden, um eine höhere Dichte der Messwerte zu erhalten (hier nicht dargestellt).

Claims

Verfahren zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche (14) relativ zu einer Referenzlinie (46), um die Tischoberfläche (14) entlang von zumindest einer ersten Bewegungsrichtung (20) quer zu der Referenzlinie (46) und mit einem definierten Abstand zu der Referenzlinie (46) zu verfahren, mit den Schritten: – Bereitstellen von zumindest einem ersten Positionssensor (40b), der in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche (14) angeordnet ist, – Bereitstellen eines zweiten Positionssensors (28), der mit der Tischoberfläche (14) verbunden ist, – Verfahren der Tischoberfläche (14) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) und Bestimmen eines ersten Führungsfehlers (106), der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) repräsentiert, – Verfahren der Tischoberfläche (14) entlang einer zweiten Bewegungsrichtung (19), die quer zu der ersten Bewegungsrichtung (20) liegt, und Bestimmen eines zweiten Führungsfehlers (108), der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert, – Verfahren der Tischoberfläche (14) mit dem zweiten Positionssensor (28) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) und Bestimmen eines dritten Führungsfehlers (110), der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors (28) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert, – Bestimmen (98) eines aktuellen Verlaufs der Referenzlinie (46) mit dem zweiten Positionssensor (28), und – Ausrichten (100) der Tischoberfläche (14) relativ zu dem aktuellen Verlauf in Abhängigkeit von den ersten, zweiten und dritten Führungsfehlern (106, 108, 110).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzlinie (46) eine Laserlinie ist, die quer zu der Tischoberfläche (14) verläuft und dass der erste Positionssensor (40b) dazu ausgebildet ist, die Laserlinie zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlinie (46) eine Fokuslinie eines fächerartig geweiteten Laserstrahls (42) ist, der senkrecht auf die Tischoberfläche (14) auftrifft.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Positionssensor (28) eine Kamera (30) beinhaltet, um die Laserlinie (46) zu detektieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von ersten Tischhöhen (80) zwischen dem ersten Positionssensor (40b) und der Tischoberfläche (14) bestimmt wird, um den ersten Führungsfehler (106) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von zweiten Tischhöhen (84) zwischen dem ersten Positionssensor (40b) und der Tischoberfläche (14) bestimmt wird, um den zweiten Führungsfehler (108) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von dritten Tischhöhen (88) zwischen dem ersten Positionssensor (40b) und dem zweiten Positionssensor (28) bestimmt wird, um den dritten Führungsfehler (110) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Positionssensor (28) zumindest eine definierte Referenzfläche (32, 34) aufweist, die mit dem ersten Positionssensor (40b) erfasst wird, um den dritten Führungsfehler (110) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tischoberfläche (14) mit dem zweiten Positionssensor (28) ferner entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) verfahren wird, um einen vierten Führungsfehler (94) zu bestimmen, der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors (28) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Positionssensor (40b) oberhalb der Tischoberfläche (14) stationär angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Positionssensor (28) mit der Tischoberfläche (14) dauerhaft verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten der Tischoberfläche (14) mit Hilfe von Stellgrößen erfolgt, die in einem Speicher (62) dauerhaft abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tischoberfläche (14) um eine Hochachse (50) senkrecht zu der Tischober fläche (14) verschwenkt wird und dass die Bestimmung der Führungsfehler (106, 108, 110) und die Ausrichtung der Tischoberfläche (14) nach dem Verschwenken wiederholt wird.
Computerprogramm mit Programmcode, der dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
Vorrichtung zum Ausrichten einer ebenen Tischoberfläche (14) relativ zu einer Referenzlinie (46), um die Tischoberfläche (14) entlang von zumindest einer ersten Bewegungsrichtung (20) quer zu der Referenzlinie (46) und mit einem definierten Abstand zu der Referenzlinie (46) zu verfahren, mit: – zumindest einem ersten Positionssensor (40b), der in einem senkrechten Abstand zu der Tischoberfläche (14) angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, eine Entfernung zu der Tischoberfläche (14) zu bestimmen, – einem zweiten Positionssensor (28), der mit der Tischoberfläche (14) verbunden ist und der dazu ausgebildet ist, die Referenzlinie (46) zu detektieren, – einem Antrieb (18, 22) zum Verfahren der Tischoberfläche (14) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) und entlang von zumindest einer zweiten Bewegungsrichtung (19), die quer zu der ersten Bewegungsrichtung (20) und in etwa parallel zu der Referenzlinie (46) liegt, – einer ersten Messeinrichtung (60, 80, 82) zum Bestimmen eines ersten Führungsfehlers (106), der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der ersten Bewegungsrichtung (20) repräsentiert, – einer zweiten Messeinrichtung (60, 84, 86) zum Bestimmen eines zweiten Führungsfehlers (108), der eine Kippbewegung der Tischoberfläche (14) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert, – einer dritten Messeinrichtung (60, 88, 90) zum Bestimmen eines dritten Führungsfehlers (110), der eine Kippbewegung des zweiten Positionssensors (28) relativ zu dem ersten Positionssensor (40b) entlang der zweiten Bewegungsrichtung (19) repräsentiert, – einer Recheneinheit (54) zum Bestimmen eines aktuellen Verlaufs der Referenzlinie (46) in Abhängigkeit von den ersten, zweiten und dritten Führungsfehlern (106, 108, 110), und – einer Stelleinrichtung (22) zum Ausrichten der Tischoberfläche (14) relativ zu dem aktuellen Verlauf.