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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine industrielle Vorrichtung und
betrifft insbesondere eine Industrievorrichtung, die einen beweglichen
Teil, der ausgebildet ist, sich entlang einer vorbestimmten axialen
Richtung in Bezug auf ein Objekt zu bewegen, und eine Aufnahme aufweist,
die ausgebildet ist, das Objekt entlang einer biaxialen Richtung
senkrecht zur vorbestimmten Achse zu bewegen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Im
Stand der Technik kennt man Industrievorrichtungen oder Anlagen,
etwa eine Messanlage, die ausgebildet ist, ein Objekt der Messung
zu unterwerfen, indem ein beweglicher Teil mit einem Messkopf zum
Messen des Objekts relativ in Bezug auf das Objekt bewegt wird,
oder es ist eine Prozessanlage bekannt, die ausgebildet ist, das
Objekt zu bearbeiten, indem ein beweglicher Teil mit einem Werkzeug
zum Bearbeiten des Objekts relativ zu dem Objekt bewegt wird (beispielsweise
gemäß der
japanischen
ungeprüften Patentanmeldung mit der Nr. 5-248852 ).
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Eine
dreidimensionale Koordinatenmessanlage (Industrievorrichtung bzw.
Anlage), die in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 5-248852 offenbart
ist, enthält eine spezielle Fehlerkorrektureinrichtung,
um eine Tastsonde (beweglicher Teil) mit einem Messkopf zu einem
zu messenden Objekt entsprechend einem Positionsbefehlswert bzw.
Positionssollwert zu positionieren, und das Objekt wird gemessen,
indem die Tastsonde relativ in Bezug auf das Objekt bewegt wird.
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6 ist
eine Blockansicht, in der ein schematischer Aufbau einer Korrektureinrichtung
für räumliche Fehler 10 gezeigt ist.
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Die
Korrektureinrichtung für räumliche Fehler
10 besitzt
einen ähnlichen aber vereinfachten Aufbau im Vergleich
zur Korrektureinrichtung für räumliche Fehler
in der dreidimensionalen Koordinatenmessanlage, die in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung 5-248852 offenbart
ist, und, wie in
6 gezeigt ist, umfasst diese
einen Lagedetektor
12, der ausgebildet ist, die Position
einer Tastsonde
11 zu erkennen, und enthält eine
Korrektureinheit für räumliche Fehler
13,
die ausgebildet ist, die von dem Lagedetektor
12 erkannte
Position zu korrigieren, und enthält ferner eine Positionssteuerung
14,
die ausgebildet ist, die Position der Tastsonde
11 auf
der Grundlage einer Abweichung der erkannten Position von einem
Positionssollwert zu steuern, wobei die Abweichung durch die Korrektureinheit
für räumliche Fehler
13 korrigiert ist,
und ferner wird die Lage der Tastsonde
11 mittels Rückkopplung
gesteuert. Die Korrektureinrichtung für räumliche
Fehler
10 korrigiert einen räumlichen Fehler bzw.
Lagefehler in geeigneter Weise, indem die Korrektureinheit für
räumliche Fehler
13 als Element einer Rückkopplungsschleife
vorgesehen ist. Ein räumlicher Fehler bedeutet einen Fehler
zwischen einem Befehlskoordinatensystem und einem Bewegungskoordinatensystem (siehe
die ungeprüfte
japanische
Patentanmeldung 5-248852 ).
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Wenn
beispielsweise eine Sollposition Pt der Tastsonde 11 als
der Positionssollwert festgelegt wird, ist die Position, an der
die Tastsonde 11 tatsächlich angeordnet ist, Pm
(= Pt – Δm). In dieser Phase erfasst der Positionsdetektor 12 die
Position der Tastsonde 11 einschließlich eines
räumlichen Fehlers Δm, Pm (= Pt – Δm).
Daraufhin wird dieser Wert zurückgespeist, nachdem dieser
in einen Wert (Pt) umgewandelt wurde, von dem der räumliche
Fehler Δm mittels der Korrektureinheit für räumliche
Fehler 13 eliminiert wurde. Da die räumliche Abweichung
0 beträgt, ist somit die Korrektureinrichtung für
räumliche Fehler 10 in der Lage, die Tastsonde 11 an
der Sollposition Pt in dem Befehlskoordinatensystem anzuordnen und
gleichzeitig wird eine Substanz an der Position angeordnet, zu der
die Differenz zwischen dem Befehlskoordinatensystem und dem Bewegungskoordinatensystem
hinzuaddiert ist.
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Die
Korrektur des räumlichen Fehlers bzw. Lagefehlers wird
vorzugsweise unter Anwendung eines Korrekturbetrags ausgeführt,
der auf der Grundlage eines kinematischen Modells der Industrieanlage
berechnet wird (siehe beispielsweise die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung 8-247756 (siehe
3)).
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Des
weiteren ist im Stand der Technik eine Industrievorrichtung bekannt,
etwa eine Messvorrichtung mit einem beweglichen Teil, der ausgebildet
ist, sich entlang einer definierten Achsenrichtung im Hinblick auf
ein Objekt zu bewegen, mit einer Aufnahme, die ausgebildet ist,
das Objekt biaxial entlang einer Richtung senkrecht zur vorbestimmten
Achse zu bewegen und mit einer Steuereinrichtung, die ausgebildet
ist, die Position des beweglichen Teiles und der Aufnahme entsprechend
einem Positionssollwert einzustellen und um das Objekt zu vermessen,
indem der bewegliche Teil relativ zu dem Objekt bewegt wird (siehe
beispielsweise die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung 2008-216122 ).
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Eine
Oberflächenaspektmessvorrichtung (industrielle Anlage),
die in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung
2008-216122 offenbart ist, umfasst eine nachbildende Sonde
(beweglicher Teil), die ausgebildet ist, sich entlang der Richtung
einer vertikalen Achse in Bezug auf ein Objekt zu bewegen (im Weiteren
als Z-Achse bezeichnet), eine XY-Aufnahme, die ausgebildet ist,
das Objekt entlang einer biaxialen Richtung (im Weiteren als X-Achse
und Y-Achse bezeichnet), die senkrecht zur Z-Achse verläuft, und
eine Steuereinrichtung, wobei das Objekt vermessen wird, indem die
nachbildende Sonde relativ in Bezug auf das Objekt bewegt wird.
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7 ist
eine schematische Darstellung, in der ein Bewegungsbereich des Messkopfes 20A in Bezug
zu einer nachbildenden Sonde 20 gezeigt ist.
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Die
nachbildende Sonde besitzt einen ähnlichen jedoch vereinfachten
Aufbau im Vergleich zu der nachbildenden Sonde in der Oberflächenaspektmessvorrichtung,
die in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung
2008-216122 offenbart ist, und umfasst den Messkopf
20A,
der ausgebildet ist, das Objekt zu messen, wie dies in
7 gezeigt
ist. Ferner ist die nachbildende Sonde
20 an einem Z-Achsen-Gleitelement
fixiert (nicht gezeigt), das ausgebildet ist, sich entlang der Z-Achsenrichtung
zu bewegen, und der gesamte Bereich wird entsprechend der Bewegung
des Z-Achsengleitelements in Bewegung versetzt. Ferner ist der Messkopf
20A so
ausgebildet, dass er entlang der Z-Achsenrichtung in Bezug auf die
nachbildende Sonde
20 bewegbar ist.
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8 ist
eine Darstellung eines Zustands, in welchem das Oberflächenaspektverhältnis
eines Objekts W gemessen wird. 9 ist eine
Darstellung, in der Fehler in den X-, Y-Achsenrichtungen entsprechend
der Bewegung des Messkopfes 20A gezeigt sind.
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Wenn
das Oberflächenaspektverhältnis des Objekts W
gemessen wird, wie in 8 gezeigt ist, wird der Messkopf 20A mit
dem Objekt W in Kontakt gebracht, indem die Positionen der XY-Aufnahme und
des Z-Achsengleitelements gesteuert werden. Danach wird die Messung
fortgesetzt, während der Prüfkopf 20A in
der Z-Achsenrichtung in Bezug auf die nachbildende Sonde 20 so
bewegt wird, dass eine auf dem Messkopf 20A ausgeübte
Kraft konstant bleibt.
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Wenn
der Messkopf 20A in Bezug auf die nachbildende Sonde 20 bewegt
wird, können Fehler in der Position des Messkopfes 20A in
den X- und Y-Achsenrichtungen gemäß der Bewegung
des Messkopfes 20A auftreten, wie dies in 9 gezeigt ist
(dicke Linie in 9).
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10 ist
eine Darstellung, in der ein Ergebnis der Messung des Oberflächenaspektverhältnisses
des Objekts W gezeigt ist. 10(A) ist
eine Ansicht, die einen Vergleich zwischen einem Ergebnis der Messung
G1 und einem tatsächlichen Wert G2 zeigt, wobei die vertikale
Achse den gemessenen Wert in der Z-Achsenrichtung bezeichnet, und
wobei die laterale Achse die gemessene Position in der X-Achsenrichtung
bezeichnet.
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Ferner
ist 10(B) eine Darstellung, in der eine
Abweichung G3 zwischen dem Ergebnis der Messung G1 und dem tatsächlichen
Wert G2 gezeigt ist, wobei die vertikale Achse die Formabweichung
in der Z-Achsenrichtung und die laterale Achse die gemessene Position
in der X-Achsenrichtung bezeichnet.
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Um
den räumlichen Fehler zu korrigieren, wird dabei vorzugsweise
so vorgegangen, dass das kinematische Modell der Industrieanlage,
wie sie zuvor beschrieben ist, auf ein kinematisches Modell der Industrieanlage
erweitert wird, das die Fehler in der Y-Achsenrichtung gemäß der
Bewegung des Messkopfes beinhaltet. Da jedoch das kinematische Modell
dann sehr kompliziert wird, verlängert sich die Berechnungszeit,
die zum Berechnen des Korrekturbetrages erforderlich ist, und somit
wird die Eigenschaft für die Steuerungsnachführung
der Steuereinrichtung nachteilig beeinträchtigt.
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Im
Gegensatz dazu umfasst die Oberflächenaspektmessvorrichtung,
die in der ungeprüften
japanischen
Patentanmeldung 2008-216122 offenbart ist, eine Korrekturdatentabelle,
die die Lage des Messkopfes und die Fehler in der X-Y-Achsenrichtung
entsprechend der Bewegung des Messkopfes in zueinander korrigierter
Weise enthält, und die Fehler in den X-Y-Achsenrichtungen
werden entsprechend der Bewegung des Messkopfes korrigiert, indem der Korrekturbetrag,
der auf der Grundlage der Position des Messkopfes z. Z. der Messung
und auf Grundlage der Korrekturdatentabelle berechnet wird, zu der Position
der nachbildenden Sonde und der XY-Aufnahme hinzuaddiert wird, wobei
diese Positionen durch eine Verschiebedetektiereinrichtung ermittelt werden.
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Jedoch
gibt es bei der Korrektur mittels der Oberflächenaspektmessvorrichtung,
wie sie in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung 2008-216122 offenbart
ist, ein Problem der gegenseitigen Störung im Hinblick
auf die Korrektur des räumlichen Fehlers bei Anwendung
des kinematischen Modells der zuvor beschriebenen industriellen
Anlage, da der Korrekturbetrag den erfassten Positionen der nachbildenden
Sonde und der XY-Aufnahme hinzugefügt wird, so dass die
Anwendung der Steuerung mit einer Korrekturfunktion für
die räumliche Genauigkeit schwierig ist. Um ein derartiges
Problem zu vermeiden, wird ein Messverfahren betrachtet, das die
Korrektur nicht während der Messung, sondern nach dem Ende
der Messung ausführt und in welchem ausschließlich
der gemessene Wert verarbeitet wird. Jedoch entsteht in diesem Messverfahren
das Problem, dass dies zu einem nicht vorteilhaften Messverfahren
führt, selbst wenn die Korrekturwirkung hoch ist, da der
Messkopf Positionen abtastet, die sich von einer idealen Abtastbahn
unterscheiden, wobei dieser Unterschied dem Bewegungsfehler der Sonde
in der tatsächlichen Messung entspricht.
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Überblick über
die Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Industrievorrichtung
bzw. Anlage bereitzustellen, die einen räumlichen Fehler
in geeigneter Weise korrigieren kann, ohne die Nachführeigenschaft
einer Steuereinrichtung zu beeinträchtigen.
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Eine
industrielle Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Industrievorrichtung mit: einem beweglichen Teil, der ausgebildet
ist, sich entlang der vorbestimmten Achsenrichtung in Bezug auf ein
Objekt zu bewegen; einer Aufnahme bzw. beweglichen Halterung, die
ausgebildet ist, das Objekt biaxial einer Richtung zu bewegen, die
senkrecht zu der vorbestimmten Achse ist; und einer Steuervorrichtung,
die ausgebildet ist, das Nachführen der Positionen des
beweglichen Teils und der Aufnahme so einzurichten, dass einem Positionssollwert
gefolgt wird, wobei die Steuereinrichtung ferner ausgerichtet ist, das
Objekt zum Bewegen des beweglichen Teils relativ zu dem Objekt zu
messen oder zu bearbeiten, wobei die Steuereinrichtung umfasst:
einen Positionsdetektor bzw. Lagedetektor, der aus gebildet ist, die
Position des beweglichen Teils und der Aufnahme zu erfassen, eine
Positionssteuerung, die ausgebildet ist, die Position des beweglichen
Teils und der Aufnahme auf der Grundlage einer Abweichung der von
dem Lagedetektor erfassten Position von dem Positionssollwert zu
steuern, und eine Korrektureinrichtung für den Lagefehler
des beweglichen Teils, die ausgebildet ist, einen Fehler der Lage
des beweglichen Teils in Bezug auf die biaxiale Richtung zu berechnen
und den Fehler durch Verfahren der Aufnahme auf der Grundlage der
Position des beweglichen Teils in der vorbestimmten axialen Richtung
zu korrigieren.
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In
dieser Konfiguration enthält die industrielle Anlage die
Korrektureinrichtung für Lagefehler des beweglichen Teils,
die ausgebildet ist, den Fehler der Position des beweglichen Teils
in der biaxialen Richtung (beispielsweise in den X-Y-Achsenrichtungen) auf
der Grundlage der Position des beweglichen Teils in der vorbestimmten
axialen Richtung (beispielsweise der Z-Achsenrichtung) zu berechnen
und den Fehler zu korrigieren, indem die Aufnahme verfahren wird,
und die Korrektur mittels der Korrektureinrichtung für
Lagefehler des beweglichen Teils ist unabhängig von der
Korrektur des räumlichen Fehlers unter Anwendung des kinematischen
Modells der zuvor beschriebenen industriellen Anlage. Anders ausgedrückt,
da der Fehler in den X-Y-Achsenrichtungen gemäß der
Bewegung des beweglichen Teils in Bezug auf die Rückkopplungssteuerschleife
korrigiert wird, können die Fehler in den X-Y-Achsenrichtungen entsprechend
der Bewegung des beweglichen Teils korrigiert werden, ohne dass
das kinematische Modell kompliziert wird.
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Da
die Korrektur die Korrektureinrichtung für Lagefehler des
beweglichen Teils unabhängig von der Korrektur des räumlichen
Fehlers unter Anwendung des kinematischen Modells ist, kann die
Korrektureinrichtung für Lagefehler des beweglichen Teils so
gestaltet werden, dass der Verlauf der Korrektur mittels der Korrektureinrichtung
für Lagefehler des beweglichen Teils länger ist
als der Verlauf der Korrektur des räumlichen Fehlers unter
Anwendung des kinematischen Modells.
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Daher
ist die industrielle Anlage in der Lage, die räumliche
Fehlerrechnung in adäquater Weise ohne Beeinträchtigung
des Steuerungsablaufs der Steuereinrichtung auszuführen.
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In
der vorliegenden Erfindung ist die industrielle Anlage vorzugsweise
eine Messanlage, die ausgebildet ist, das Objekt zu vermessen, indem
der bewegliche Teil mit einem Messkopf zum Messen des Objekts relativ
zu dem Objekt in Bewegung versetzt wird.
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In
dieser Konfiguration werden die gleichen Wirkungen und Vorteile
erreicht, wie sie für die zuvor beschriebene industrielle
Anlage gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Vorderansicht, in der eine Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung gezeigt ist;
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2 ist
eine Seitenansicht, die die Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung
der Ausführungsform darstellt;
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3 ist
eine Blockansicht, in der ein detaillierter Aufbau einer Steuervorrichtung
der Ausführungsform dargestellt ist;
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4 ist
eine Prinzipansicht, in der ein Zustand gezeigt ist, in welchem
ein Messkopffehler mittels einer Korrektureinrichtung für
Messkopffehler in der Ausführungsform korrigiert wird;
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5 ist
eine Blockansicht, die den detaillierten Aufbau der Steuervorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Blockansicht, in der ein schematischer Aufbau einer Korrektureinrichtung
für räumliche Fehler dargestellt ist;
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7 ist
eine schematische Ansicht, in der ein Bewegungsbereich eines Messkopfes
in Bezug auf eine nachbildende Sonde dargestellt ist;
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8 ist
eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Oberflächenaspektverhältnis eines
Objektes gemessen wird;
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9 ist
eine Diagrammansicht, in der Fehler in X-Y-Achsenrichtungen entsprechend
der Bewegung des Messkopfes gezeigt sind;
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10 ist
eine Ansicht, die ein Messergebnis des Oberflächenaspektverhältnisses
des Objekts zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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(Erste Ausführungsform)
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Mit
Bezug zu den Zeichnungen wird nunmehr eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(schematischer Aufbau einer Oberflächenaspektmessvorrichtung)
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1 ist
eine Vorderansicht, in der eine Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. 2 ist
eine Seitenansicht der Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1.
In 1 und 2 erfolgt die Beschreibung unter
der Annahme, dass die Richtung der Zeichenebene die +Z-Achse ist
und dass die beiden Achsen senkrecht zur Z-Achse einer X-Achse bzw.
einer Y-Achse darstellen.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist die Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1 als eine
industrielle Anlage eine Messvorrichtung mit: einer Sonde 2 die
ausgebildet ist, sich entlang einer Z-Achsenrichtung in Bezug auf
ein Objekt W zu bewegen; einem Verfahr- bzw. Bewegungsmechanismus 3,
der ausgebildet ist, die Sonde 2 in Bewegung zu versetzen;
einer Aufnahme bzw. beweglichen Halterung 4, die ausgebildet
ist, darauf das Objekt W anzuordnen und dieses entlang der X-Y-Achsenrichtung
zu bewegen; und einer Steuervorrichtung 5 (siehe 3),
die ausgebildet ist, um zu veranlassen, dass die Positionen der
Sonde 2 und der Aufnahme 4 einem Positionssollwert
folgen, und die ferner ausgebildet ist, das Objekt W durch Bewegen
der Sonde 2 relativ in Bezug auf das Objekt zu vermessen.
Die Steuereinrichtung 5 wird nachfolgend detaillierter
beschrieben.
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Die
Sonde 2 als beweglicher Teil wird entlang der Z-Achsenrichtung
in Bezug auf das Objekt bewegt bzw. verfahren und umfasst einen
Messkopf 2A, der ausgebildet ist, das Objekt W an einem
entfernten Ende bzw. distalen Ende auf der Seite der –Z-Achserichtung
zu vermessen. Anders ausgedrückt, in der Ausführungsform
entspricht die vorbestimmte Richtung der Z-Achsenrichtung.
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Der
Bewegungsmechanismus 3 umfasst ein Gestell 31,
einen Eingangsrahmen 32, der über einer oberen
Fläche des Gestells 31 vorgesehen ist, ein Gleitelement 33,
das an einer Querschiene 32A des Eingangsrahmens 32 angebracht
ist, und einen Z-Achsenantriebsmechanismus 34 zum Bewegen des
Gleitelements 33 entlang der Z-Achsenrichtung. Ferner umfasst
das Gleitelement 33 die Sonde 2, die an der abgewandten
Endposition auf der Seite der –Z-Achsenrichtung montiert
ist. Die Sonde 2 besitzt den gleichen Aufbau wie die nachbildende
Sonde 20, wie sie zuvor beschrieben ist, und folgt vollständig der
Bewegung des Gleitelements 33. Des weiteren ist der Messkopf 2A so
ausgebildet, dass dieser entlang der Z-Achsenrichtung in Bezug auf
die Sonde 2 bewegbar ist.
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Die
Aufnahme 4 umfasst eine flache Aufnahmeoberfläche 41A,
um darauf das Objekt W anzuordnen, und enthält einen Sitz 41,
der so vorgesehen ist, dass dieser in der X-Y-Achsenrichtung bewegbar
ist, wobei ferner ein X-Achsenantriebsmechanismus 42, der
zum Bewegen des Sitzes 41 entlang der XY-Achsenrichtungen
ausgebildet ist, und ein X-Achsenantriebsmechanismus 42 vorgesehen sind.
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(schematischer Aufbau der Steuereinrichtung)
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3 ist
eine Blockansicht, in der ein detaillierter Aufbau der Steuereinrichtung 5 gezeigt
ist.
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Die
Steuereinrichtung 5 ist ausgebildet, das Nachführen
der Positionen des Messkopfes 2A und der Aufnahme 4 gemäß einem
Positionssollwert zu veranlassen und, wie in 3 gezeigt
ist, umfasst einen Positionsdetektor bzw. Lagedetektor 51,
der ausgebildet ist, die Positionen des Messkopfes 2A und der
Aufnahme 4 zu erfassen, eine Korrektureinrichtung für
räumliche Fehler 52, die ausgebildet ist, die von
dem Positionsdetektor 51 erfasste Position zu korrigieren,
und eine Positionssteuerung 53, die ausgebildet ist, die
Positionen des Messkopfes 2A und der Aufnahme 4 zu
steuern, indem ein Geschwindigkeitssollwert an die jeweiligen Antriebsmechanismen 34, 42, 43 auf
der Grundlage der Abweichung der erfassten Position, die von der
Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52 korrigiert
ist, in Bezug auf den Positionssollwert ausgegeben wird, wobei die
Positionssteuerung eine Rückkopplungssteuerung der Position
des Messkopfes 2A und der Aufnahme 4 ausführt.
Der räumliche Fehler bedeutet einen Fehler zwischen einem
Befehlskoordinatensystem und einem Bewegungskoordinatensystem. Die
Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52 berechnet
den Betrag der Korrektur auf der Grundlage eines kinematischen Modells
der Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1.
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Die
Steuereinrichtung 5 umfasst eine Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 als
eine Korrektureinrichtung für Fehler des beweglichen Teils
mit einer Fehlerberechnungseinheit 541, die ausgebildet
ist, einen Lagefehler des Messkopfes 2A in der X-Y-Achsenrichtung
(im Weiteren als Messkopffehler bezeichnet) auf der Grundlage der
Position des Messkopfes 2A in der Z-Achsenrichtung zu berechnen, wobei
die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, den von der Fehlerberechnungseinheit 541 berechneten
Fehler durch Bewegen der Aufnahme 4 zu korrigieren. Die
Fehlerberechnungseinheit 541 ist in der Lage, den Messkopffehler
unter Anwendung von beispielsweise einer Korrekturdatentabelle zu
berechnen, die die Positionen des Messkopfes und die zugehörigen
Messkopffehler enthält.
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4 ist
eine Prinzipdarstellung, in der ein Zustand gezeigt ist, in welchem
der Messkopffehler mittels der Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 korrigiert
wird.
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Wenn
beispielsweise der Messkopf 2A mit einer Oberseite des
Objekts W in der +Z-Achsenrichtung in Kontakt gebracht wird, wie
in 4 gezeigt ist, positioniert die Steuereinrichtung 5 den
Messkopf 2A über dem Objekt W, indem die Positionen
des Gleitelements 33 und der Aufnahme 4 gesteuert
werden. Danach bewegt die Steuereinrichtung 5 den Messkopf 2A entlang
der Z-Achsenrichtung in Bezug auf die Sonde 2 (Pfeil A
in 4).
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Wenn
der Messkopf 2A in Bezug auf die Sonde 2 bewegt
wird, kann der Messkopfpositionsfehler des Messkopfes 2A entsprechend
der Bewegung des Messkopfes 2A auftreten (Pfeil B in 4).
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Daher
korrigiert die Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 den
Messkopffehler entsprechend der Bewegung des Messkopfes 2A,
indem das Objekt durch Bewegen der Aufnahme 4 verfahren
wird (Pfeil C in 4).
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Der
Vorgang des Korrigierens des von der Fehlerberechnungseinheit 541 berechneten
Messkopffehlers durch Bewegen der Aufnahme 4 entspricht
dem Prozess, den von der Fehlerberechnungseinheit 541 berechneten
Messkopffehler mit der Position zu kombinieren, die von dem Positionsdetektor 51 umfasst
wurde, wobei dies der Blockansicht der Steuereinrichtung 5 entspricht
(siehe 3).
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Wenn
beispielsweise eine Sollposition Pt des Messkopfes 2A und
der Aufnahme 4 als der Positionssollwert bzw. Positionsbefehlwert
definiert ist, ist die Position, an der der Messkopf 2A und
die Aufnahme 4 tatsächlich angeordnet sind, Pm
+ ΔL (= Pt – Δm + ΔL). Zu dieser
Zeit erkennt der Positionsdetektor 51 die Positionen des
Messkopfes 2A und der Aufnahme 4 einschließlich
einem räumlichen Fehler Δm und einem Messkopffehler ΔL;
Pm + ΔL (= Pt – Δm + ΔL). Nach
dem Eliminieren des Messkopffehlers ΔL mittels der Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 und
nach der Umwandlung in einen Wert (Pt), aus welchem mittels der
Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 13 der
räumliche Fehler Δm eliminiert ist, wird dieser
korrigierte Wert zurückgespeist. Da die Positionsabweichung
0 ist, ist somit die Steuereinrichtung 5 in der Lage, den
Messkopf 2A und die Aufnahme 4 an der Sollposition
Pt im Befehlskoordinatensystem anzuordnen und gleichzeitig wird
eine Substanz an der Position angeordnet, der der Unterschied zwischen
dem Befehlskoordinatensystem und dem Bewegungskoordinatensystem
hinzuaddiert ist.
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Gemäß der
zuvor beschriebenen Ausführungsform werden die folgenden
Wirkungen erreicht.
- (1) Die Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1 umfasst
die Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 und die Korrektur
durch diese Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 ist unabhängig von
der Korrektur des räumlichen Fehlers mittels der Korrektureinrichtung
für räumliche Fehler 52, so dass die
Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 auch ausgebildet
ist, die Fehler in der X-Y-Achsenrichtung entsprechend der Bewegung
des Messkopfes 2A zu korrigieren, ohne dass das kinematische
Modell kompliziert wird, wobei auch die Ablaufdauer für
die Korrektur durch die Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 länger
ist als die Ablaufdauer der Korrektur des räumlichen Fehlers durch
die Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52.
Daher ist die Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1 in
der Lage, die Rechnung des räumlichen Fehlers in adäquater
Weise ohne Beeinträchtigung des Steuerungsablaufs der Steuereinrichtung 5 auszuführen.
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(zweite Ausführungsform)
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Mit
Bezug zu den Zeichnungen wird nunmehr eine zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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5 ist
eine Blockansicht, in der ein detaillierter Aufbau einer Steuereinrichtung 5a gemäß der zweiten
Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
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In
der folgenden Beschreibung werden die bereits beschriebenen Komponenten
mit den gleichen Bezugszeichen belegt und deren Beschreibung wird
weggelassen.
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Die
Steuereinrichtung 5a umfasst eine Positionsvorwärtskopplungssteuerung 55 und
eine Korrekturbetragsvorwärtskopplungssteuerung 56.
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Die
Positionsvorwärtskopplungssteuerung 55 ist ausgebildet,
eine vorwärts gekoppelte Steuerung für die jeweiligen
Antriebsmechanismen 34, 42, 43 auf der
Grundlage des Positionssollwertes auszuführen, und es wird
eine Positions-FF-(Vorwärtskopplung)Kompensatoreinrichtung 551 in
einer Schleife der Positionsvorwärtskopplungssteuerung 55 vorgesehen.
Die Positions-FF-Kompensatoreinrichtung 551 gibt den Geschwindigkeitssollwert
auf der Grundlage des Positionssollwertes an die jeweiligen Antriebsmechanismen 34, 42, 43 aus.
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Anschließend
wird der Geschwindigkeitssollwert, der von der Positions-FF-Kompensatoreinrichtung 151 ausgegeben
wird, dem Geschwindigkeitssollwert, der von der Positionssteuerung 53 ausgegeben
wird, hinzugefügt und an die jeweiligen Antriebsmechanismen 34, 42, 43 ausgegeben.
Die Korrekturbetragvorwärtskopplungssteuerung 56 ist ausgebildet,
die vorwärts gekoppelte Steuerung für die jeweiligen
Antriebsmechanismen 34, 42, 43 auf der
Grundlage der Korrekturbeträge der erfassten Position mittels
der Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 und der Korrektureinrichtung
für räumliche Fehler 52 auszuführen,
und umfasst ferner eine Korrekturbetrags-FF-(Vorwärtskopplungs-)Kompensationseinrichtung 561 in
einer Schleife der Korrekturbetragvorwärtskopplungssteuerung 56.
Die Korrekturbetrags-FF-Kompensationseinrichtung 561 gibt
den Geschwindigkeitssollwert auf der Grundlage der Korrekturbeträge
aus den Positionen der Messkopffehlerkorrektur einrichtung 54 und
der Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52 an
die jeweiligen Antriebsmechanismus 34, 42, 43 aus.
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Dabei
ist die Eingabe an die Korrekturbetrag-FF-Kompensationseinrichtung 561 ein
Wert, der aus der Differenz zwischen der Position vor und nach der
Korrektur, die von der Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 und
der Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52 ausgeführt
wird, berechnet ist, d. h. es sind alle Korrekturbeträge
des gesamten Systems enthalten.
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Daraufhin
wird der Geschwindigkeitssollwert, der von der Korrekturbetrag-FF-Kompensationseinheit 561 ausgegeben
wird, von dem Sollgeschwindigkeitswert substrahiert, der von der
Positionssteuerung 53 ausgegeben wird, und dieser Wert wird
an die jeweiligen Antriebsmechanismen 34, 42, 43,
ausgegeben.
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Auch
in der zuvor beschriebenen Ausführungsform werden die gleichen
Auswirkungen und Vorteile wie in der ersten Ausführungsform
erreicht, und die folgenden Auswirkungen und Vorteile, wie sie nachfolgend
beschrieben sind, werden ebenfalls erreicht.
- (2)
In der Steuereinrichtung 5 gemäß der
ersten Ausführungsform kann, wenn die Änderungsgeschwindigkeit
der Sollposition Pt, die Positionen des Messkopfes 2 und
der Aufnahme 4 möglicherweise nicht dem Positionssollwert
folgen, und somit kann ein Nachführfehler auftreten. Da
die Steuereinrichtung 5A die Positionsvorwärtskopplungssteuerung 55 enthält,
kann somit der durch die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertes hervorgerufene
Nachführfehler vermieden werden.
- (3) In der Steuereinrichtung 5A empfängt die
Positions-FF-Kompensationseinheit 551 als Eingangswert
den Positionssollwert, der nicht den Korrekturbetrag enthält,
der zum Zeitpunkt der Rückkopplung ausgeführt
werden, und somit kann der Vorwärtskopplungseffekt für
die Korrekturbeträge, die von der Messkopffehlerkorrektureinrichtung 54 und
der Korrektureinrichtung für räumliche Fehler 52 hinzuaddiert
werden, nicht erreicht werden, so dass ein von dem Korrekturbetrag
abhängiger Nachführfehler auftritt. Im Gegensatz
dazu enthält die Steuereinrichtung 5A die Korrekturbetragsvorwärtskopplungssteuerung 56, so
dass der Nachführfehler, der von dem zum Zeitpunkt der
Rückkopplung angewendete Korrekturbetrag abhängig
ist, vermieden wird.
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(Modifizierung von Ausführungsformen)
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Die
Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Ausführungsformen
beschränkt und es können Modifizierungen oder
Verbesserungen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung
vorgenommen werden.
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Obwohl
die vorbestimmte Richtung als die Z-Achsenrichtung (vertikale Richtung)
in den jeweiligen Ausführungsformen festgelegt ist, kann
diese die horizontale Richtung oder eine andere Richtung sein. Wichtig
ist, dass die Erfindung auf die industrielle Vorrichtung mit dem
beweglichen Teil angewendet wird, der ausgebildet ist, sich entlang
der vorbestimmten axialen Richtung im Hinblick auf das Objekt zu
bewegen.
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Obwohl
die Oberflächenaspektverhältnismessvorrichtung 1 als
die industrielle Vorrichtung in den jeweiligen Ausführungsformen
beispielhaft aufgeführt ist, können auch beispielsweise
andere industrielle Vorrichtungen, etwa andere Messeinrichtungen
oder maschinelle Einrichtungen verwendet werden. Wichtig ist, dass
die Erfindung auf die industrielle Anlage mit dem beweglichen Teil
anwendbar ist, der ausgebildet ist, sich entlang der vorbestimmten
axialen Richtung in Bezug auf das Objekt zu bewegen, und wobei die
Aufnahme ausgebildet ist, das Objekt entlang der biaxialen Achse
senkrecht zur vorbestimmten Richtung zu bewegen.
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In
der zweiten Ausführungsform führt die Korrekturbetragsvorwärtskopplungssteuerung 56 die vorwärts
gekoppelte Steuerung für die jeweiligen Antriebsmechanismen 34, 42, 43 auf
der Grundlage des Korrekturbetrags aus, der aus der Differenz zwischen dem
Eingangswert und dem Ausgangswert der Korrektureinrichtung für
räumliche Fehler 52 berechnet ist. Wenn im Gegensatz
dazu der Korrekturbetrag der Korrektureinrichtung für räumliche
Fehler 52 bereits bekannt ist, kann die Korrekturbetragsvorwärtskopplungssteuerung 56 die
vorwärts gekoppelte Steuerung für die jeweiligen
Antriebsmechanismen 34, 42, 43 auch auf
der Grundlage des bekannten Korrekturwerts ausführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 5-248852 [0002, 0003, 0005, 0005]
- - JP 8-247756 [0007]
- - JP 2008-216122 [0008, 0009, 0011, 0018, 0019]