-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors und eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Sensors.
-
Photolithographische Masken werden in Lithographiesystemen oder zum Herstellen mikrostrukturierter Bauelemente, wie etwa integrierter Schaltkreise oder LCDs (Liquid Crystal Displays) eingesetzt. In einem Lithographieprozess oder einem Mikrolithographieprozess beleuchtet ein Beleuchtungssystem eine photolithographische Maske, eine Photomaske oder einfach eine Maske. Das durch die Maske hindurchtretende Licht oder das von der Maske reflektierte Licht wird von einer Projektionsoptik auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes, in der Bildebene der Projektionsoptik angebrachtes Substrat (beispielsweise einen Wafer) projiziert, um die Strukturelemente der Maske auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Die Masken werden vor dem Einsatz in Lithographiesystemen in Inspektionssystemen auf mögliche Fehler untersucht. Die Maske wird in dem Inspektionssystem durch Handhabungsvorrichtungen bewegt und muss dabei mit hoher Positionsgenauigkeit positioniert werden können. Die Positionsgenauigkeit ermöglicht die Vermeidung von Kollisionen und eine genaue Positionierung der Masken in dem Inspektionssystem. Dafür sind an dem Endeffektor, also dem letzten Element einer kinematischen Kette, wie beispielsweise einem Arm einer Handhabungsvorrichtung, der als Aufnahme für die Maske dient, Sensoren angeordnet, die für die Positionierung der Aufnahme und zur Vermeidung von Kollision verwendet werden.
-
Aktuelle Handhabungsvorrichtungen verwenden kapazitive oder Wirbelstromsensoren, die den Nachteil haben, dass der Messabstand sehr gering ist und die elektrischen Signale durch magnetisches Signalrauschen leicht beeinflusst und dadurch verfälscht werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalibrierung der Sensoren anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors, der an einem Endeffektor angeordnet ist, wobei die Kalibrierung eine Kalibrierung der Kennlinie des Sensors und der Position und der Lage des Sensors auf dem Endeffektor umfasst, umfasst folgende Verfahrensschritte:
- a) Einbringen des Endeffektors in eine Kalibriervorrichtung.
- b) Positionierung des Sensors in einem bekannten Abstand zu einer ersten Referenzfläche eines Kalibriernormals der Kalibriervorrichtung und Bestimmung eines Abstandswertes.
- c) Positionieren des Sensors in einem bekannten Abstand zu einer zweiten Referenzfläche des Kalibriernormals der Kalibriervorrichtung und Bestimmung eines zweiten Abstandswertes.
- d) Kalibrierung der Kennlinie des Sensors auf Basis der beiden Abstandswerte.
- e) Verfahren des Sensors parallel zu einem der Kalibriernormale bis zu einer ersten Kante des Kalibriernormals und Bestimmung des benötigten Verfahrweges.
- f) Verfahren des Sensors parallel zu dem Kalibriernormal bis zu einer zweiten Kante des Kalibriernormals, die senkrecht zur ersten Kante verläuft und Bestimmung des Verfahrweges.
- g) Bestimmung der Position und Lage des Sensors auf dem Endeffektor auf Basis der bekannten Positionen der Kanten des Kalibriernormals und der Verfahrwege des Endeffektors.
-
Das Verfahren kann bei einer Kalibrierung eines neu montierten Endeffektors oder aber auch nach einer Reparatur eines Endeffektors, bei dem mechanische Bauteile ausgetauscht und/oder verändert wurden, durchgeführt werden. Der Sensor des Endeffektors kann dabei als Intensitätssensor ausgebildet sein. Derartige Sensoren senden von einer Lichtquelle, die beispielsweise als LED ausgebildet sein kann, einen gebündelten Lichtstrahl aus, der an einer Referenzfläche reflektiert wird. Das reflektierte und gestreute Licht kann von einem Empfänger, der ebenfalls auf dem Sensor angeordnet ist, aufgenommen werden. Die Intensität des reflektierten Lichtes wird ermittelt, wobei die Intensität über den Abstand zwischen Sensor und Referenzfläche sinkt, wodurch der Abstand zwischen Sensor und Referenzfläche ermittelt werden kann. Der Verlauf der Intensität über den Abstand ist in einem gewissen Bereich nahezu linear, wodurch der Sensor über das Vermessen von zwei Messpunkten über diesen linearen Bereich des Intensitätsverlaufs kalibriert werden kann.
-
Weiterhin kann die Kalibriervorrichtung eine Lagervorrichtung für den Endeffektor umfassen. Der Endeffektor kann beispielsweise als Kugeln ausgebildete Lagerstellen umfassen. Diese können beim Heranfahren des Endeffektors an die Kalibriervorrichtung in die beispielsweise als eine Dreipunktlagerung mit V-Lagern ausgebildete Lagervorrichtung der Kalibriervorrichtung eintauchen.
-
Daneben kann die Kalibriervorrichtung mit ihrer Lagervorrichtung auf dem Endeffektor aufliegen. Der Endeffektor kann die Kalibriervorrichtung also auf den Kugeln seiner Lagerstellen aufnehmen. Beispielsweise kann die Kalibriervorrichtung in einem Magazin angeordnet sein, in welchem Masken für die Inspektion in einem Maskeninspektionsmikroskop lagern, und bei Bedarf durch den Endeffektor selbst dort aufgenommen werden.
-
Weiterhin kann der Abstand des Sensors zu dem Kalibriernormal durch die Lagervorrichtung definiert sein. Die Lagervorrichtung und die Referenzflächen des Kalibriernormals der Kalibriervorrichtung und auch die Lagerstellen und der Messort des Sensors des Endeffektors können im Vorfeld beispielsweise in einer Koordinatenmessmaschine genau vermessen werden und die Daten in einer Datenbank hinterlegt werden. Über den bekannten Abstand von den Lagerstellen des Endeffektors bis zum Messort des Sensors und den ebenfalls bekannten Abstand von der Lagervorrichtung der Kalibriervorrichtung zu den Referenzflächen der Kalibriernormale ist auch der Abstand zwischen der Referenzfläche des Kalibriernormals und dem Messort des Sensors bekannt.
-
Daneben kann die Kalibriervorrichtung beim Positionieren des Sensors zu einer zweiten Referenzfläche auf einem Auflager aufliegen. Während die Bestimmung des ersten Intensitätswertes noch mit einer auf den Lagerstellen des Endeffektors aufliegenden Kalibriervorrichtung durchgeführt werden kann, wird die Kalibriervorrichtung für die zweite Messung auf zweckmäßigerweise drei Auflagerpunkten, die an der Kalibriervorrichtung angeordnet sind, auf einem festen Auflager abgelegt. Der Endeffektor fährt von der ersten Position mit dem Sensor entlang des Kalibriernormals nach unten, also in Richtung der der Kalibriervorrichtung abgewandten Seite, bis der Sensor gegenüber einer zweiten Referenzfläche des Kalibriernormals positioniert ist. Die Abstände zwischen den Lagerstellen des Endeffektors und dem Messort des Sensors und dem Auflager der Kalibriervorrichtung und der Referenzfläche des Kalibriernormals sind wiederum bekannt. Der Verfahrweg entlang des Kalibriernormals ist für die Bestimmung des Abstandes nicht relevant und der Versatz des Endeffektors senkrecht zur Verfahrrichtung kann dabei ebenfalls vernachlässigt werden.
-
Weiterhin kann die Kalibrierung der Kennlinie in einem nahezu linearen Bereich der Kennlinie erfolgen. Der Intensitätsverlauf, also der Verlauf der durch den Sensor gemessenen Intensität über den Abstand, weist in einem bestimmten Bereich einen nahezu linearen Bereich auf. Eine Kalibrierung in diesem Bereich hat den Vorteil, dass man bereits mit zwei gemessenen Punkten den gesamten Messbereich kalibrieren kann. Der Abstand zwischen den Referenzflächen des Kalibriernormals kann dabei zweckmäßigerweise so gewählt werden, dass die beiden Punkte im linearen Bereich des Intensitätsverlaufes liegen. Sind mehrere lineare Bereiche in dem Intensitätsverlauf vorhanden, wird bevorzugt der Bereich mit der höheren Steigung gewählt.
-
Daneben kann die Kante des Kalibriernormals durch den Sensor mit einer Genauigkeit von kleiner 200µm, insbesondere von kleiner 30µm bestimmt werden. Damit kann der Sensor nicht nur den Abstand zu einer Referenzfläche des Kalibriernormals, sondern auch eine Kante des Kalibriernormals erfassen. Dies bedeutet, dass auch der Winkelfehler, mit dem der Sensor in dem Endeffektor eingebaut wurde, kalibriert werden kann. Dazu wird der Endeffektor senkrecht zur Messrichtung an der Referenzfläche entlang bewegt, bis eine Kante auf Grund eines Intensitätsabfalls im Signal des Sensors detektiert werden kann. Auf Grund der hohen Oberflächengüte und der dadurch sehr geringen Streuung kann eine Kante mit einer Genauigkeit von bis zu 30µm detektiert werden. Nachdem die erste Kante detektiert wurde, kann der Sensor solange in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden, bis die zweite Kante des Kalibriernormals detektiert wird. Über die bekannten Geometrien und Abstände der Kalibriernormale und des Messortes des Sensors und über die Verfahrwege von der durch die Lagerstellen definierten ersten Position zur ersten Kante und zur zweiten Kante kann ein verkippter Einbau des Sensors detektiert werden und ein entsprechender Korrekturwert abgespeichert werden.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors eines Endeffektors umfasst eine Lagervorrichtung für den Endeffektor und mindestens ein Kalibriernormal mit zwei Referenzflächen, wobei die Referenzflächen des Kalibriernormals in zwei parallelen Ebenen senkrecht zur Ebene der Lagervorrichtung angeordnet sind, deren Position und Lage zu der Lagervorrichtung bekannt sind. Erfindungsgemäß sind die Position und Lage von mindestens zwei Kanten mindestens einer Referenzfläche zu der Lagervorrichtung bekannt. Dies hat den weiter oben schon beschriebenen Vorteil, dass neben dem Abstand des Sensors auch Einbaufehler des Sensors kalibriert werden können. Der Sensor kann dadurch neben der Detektion eines Abstandes in Messrichtung des Sensors auch eine Bewegung seitlich zur eigentlichen Messrichtung erfassen. Soll beispielsweise der Endeffektor in eine Öffnung, wie etwa eine Halterung für eine Maske eingeführt werden, um dort eine Maske abzulegen, kann mit einem Sensor nicht nur der Abstand in Messrichtung des Sensors erfasst werden, sondern auch Hindernisse oder Positioniermarken senkrecht zur Messrichtung detektiert werden. Dadurch kann die Anzahl an Sensoren am Endeffektor vorteilhaft minimiert und so können die Herstellkosten reduziert werden.
-
Weiterhin kann der Abstand der Sensoren von den Referenzflächen so ausgebildet sein, dass die Kennlinie des Sensors in diesem Bereich nahezu linear ist. Dies hat den Vorteil, dass im linearen Bereich des Sensors nur zwei Messpunkte zur Kalibrierung dieses Bereiches ausreichen.
-
Daneben kann der Abstand der Sensoren von den Referenzflächen so ausgebildet sein, dass die Kennlinie des Sensors in diesem Bereich eine höchst mögliche Steigung besitzt. Es kann also der Bereich des Intensitätsverlaufs über den Abstand ausgewählt werden, die einen nahezu linearen Bereich mit einer möglichst hohen Steigung besitzt. Je höher die Änderung des Signalpegels der Intensitätsmessung über den Abstand, desto geringer sind die Störungen, die beispielsweise durch Rauschen bewirkt werden. Dadurch kann der Endeffektor im Messbereich des Sensors auch über die vom Sensor erfassten Signale gesteuert oder geregelt werden. Die Anforderungen an die Genauigkeiten der Positionierung des Endeffektors in den vom Sensor nicht erfassten Freiheitsgraden, wie beispielsweise senkrecht zu der Messrichtung des Sensors, sind üblicherweise geringer, wodurch hierfür die Genauigkeiten der im Roboterarm des Endeffektors ausgebildeten Regelung ausreichend sind.
-
In einer Variante der Erfindung kann die Vorrichtung ein zweites Kalibriernormal mit einer dritten und vierten Referenzfläche umfassen. Das zweite Kalibriernormal kann zur Kalibrierung eines zweiten Sensors dienen. Dieser kann in einem beliebigen Winkel zum ersten Sensor an dem Endeffektor angeordnet sein und ermöglicht so auch in diese Richtung eine Abstandsmessung.
-
Insbesondere kann die dritte und vierte Referenzfläche senkrecht zur ersten und zweiten Referenzfläche ausgebildet sein. Damit kann die Position des Endeffektors in der Ebene bestimmt werden und die Bewegung des Endeffektors in der Ebene kann mit Hilfe der Sensoren überwacht werden. Somit kann im Messbereich des Sensors der Endeffektor auch über die vom Sensor erfassten Signale gesteuert oder geregelt werden.
-
In einer weiteren Variante der Erfindung kann die Kalibriervorrichtung Auflagerpunkte umfassen. Die Auflagerpunkte können in unmittelbarer Nähe der Kalibriernormale angeordnet sein und zusammen mit diesen mit der Kalibriervorrichtung verbunden sein.
-
Insbesondere können die Auflagerpunkte zur Lagerung der Kalibriervorrichtung ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Anbindung des Kalibriernormals durch die unmittelbare Nähe zu den Auflagerpunkten der Kalibriervorrichtung sehr steif ausgebildet und damit weniger anfällig für mechanische Anregungen und andere Störungen ist.
-
Weiterhin können die erste und die zweite Referenzfläche in Bezug zu der Ebene der Lagervorrichtung untereinander angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Kalibriernormale aus einem Stück und in einer Aufspannung hergestellt werden können, was zu einer höheren Genauigkeit bezüglich der Parallelität der beiden Flächen zueinander führen kann.
-
Daneben können die dritte und vierte Referenzfläche in Bezug zu der Ebene der Lagervorrichtung nebeneinander angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass keine der Referenzflächen mit dem Endeffektor kollidieren kann, wenn dieser zur Detektion der seitlichen Kanten des ersten Kalibriernormals in Richtung des zweiten Kalibriernormals bewegt wird.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Endeffektor,
- 2 eine Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine Detailansicht der Erfindung,
- 4 eine weitere Detailansicht der Erfindung,
- 5 ein Diagramm, und
- 6 eine weitere Detailansicht,
- 7 eine weitere Detailansicht der Erfindung,
- 8 ein weiteres Diagramm, und
- 9 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Endeffektor 20, also das letzte Glied einer kinematischen Kette, wie beispielsweise eines bewegbaren Arms 26 einer Handhabungsvorrichtung. Der Endeffektor 20 umfasst einen Grundkörper 25, auf dem eine Lagervorrichtung 23, die drei Lagerstellen 24 in Form von Kugelflächen umfasst, angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Endeffektor 20 Sensoren 21, die an der Vorderseite und den Längsseiten des Grundkörpers 25 angeordnet sind. Beim Handhaben von Elementen in bauraumbegrenzten Umgebungen, wie beispielsweise Inspektionssystemen für photolithographische Masken, wird mit Hilfe der Sensoren 21 die genaue Position des Grundkörpers 25 überprüft, um Kollisionen zu vermeiden und die gehandhabten Elemente auch in Bereichen mit geringen Abständen zu anderen Bauteilen sicher positionieren zu können. Die Sensoren 21 sind als optische Sensoren, die auf Basis der Intensität reflektierten Lichtes arbeiten, ausgebildet.
-
2 zeigt eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung 1 zur Kalibrierung der Sensoren des in 1 beschriebenen Endeffektors 20 (in 2 nicht dargestellt), wobei man in der Darstellung auf die Unterseite der Vorrichtung 1 blickt. Die Kalibriervorrichtung 1 umfasst einen Rahmen 2, an dem eine Aufnahmevorrichtung 3 mit drei Aufnahmepunkten 4, die im, gezeigten Beispiel als V-Lager ausgebildet sind, angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 ein Auflager 16 mit drei Auflagerpunkten 17, die als Kugeln ausgebildet sind. Die Kalibriervorrichtung 1 kann einerseits durch den Endeffektor an der Aufnahmevorrichtung 3 aufgenommen werden oder andererseits mit dem Auflager 16 in einer weiteren nicht dargestellten Halterung abgelegt werden. Weiterhin sind Kalibriernormale 5, 6 an der Stirnseite (in 2 auf der linken Seite) und den beiden Längsseiten der Kalibriervorrichtung 1 angeordnet. Das Kalibriernormal 5 an der Stirnseite ist einstückig ausgeführt, wogegen die Kalibriernormale 6 an den Längsseiten aus zwei Teilen ausgebildet sind. Ein Kalibriernormal umfasst zwei Referenzflächen (in der Figur nicht gesondert bezeichnet) auf zwei parallelen zueinander versetzten Ebenen.
-
3 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Detailansicht der Erfindung mit einem stirnseitigen Kalibriernormal 5 und dem Ende eines Endeffektors 20 mit einem Sensor 21, wobei der Schnitt in der Ebene der Lagerstelle 24 liegt. Das Kalibriernormal 5 umfasst auf 2 Ebenen 10,11, die einen bekannten Abstand zueinander haben, je eine Referenzfläche 12, 13. Die Referenzflächen 12, 13 sind mit einer hoch reflektiven Schicht und optischer Oberflächenqualität ausgebildet, so dass die Streuung des Messlichtes des Sensors 21 minimal ist. Der Abstand x1, x2 der beiden Referenzflächen 12, 13 zu dem Aufnahmepunkt 4 des Kalibriernormals (nicht dargestellt) ist genauso wie die Position x5, y5 des Messortes 22 des Sensors 21 in Bezug auf die Lagerstelle 24 mit einer Genauigkeit von circa 50 µm bekannt. Die Abstände und Positionen können beispielsweise mit einer Koordinatenmessmaschine im Vorfeld bestimmt werden. Weiterhin sind auch die Positionen x3, y3 und x4, y4 der beiden Seitenkanten 8, 9 des Kalibriernormals 5 bekannt.
-
4 zeigt in einer Detaildarstellung eine Seitenansicht auf die Kalibriervorrichtung 1 mit dem am Rahmen 2 angeordneten Kalibriernormal 5 und den Endeffektor 20 mit dem Sensor 21. Die Kalibriervorrichtung 1 liegt mit den Aufnahmepunkten 4 auf den Lagerstellen 24 des Endeffektors 20 auf. Der Endeffektor 20 ist zur Kalibriervorrichtung 1 so positioniert, dass der Sensor 21 auf Höhe der Referenzfläche 12 positioniert ist. In dieser Position wird ein Intensitätswert des reflektierten Lichts des Sensors 21 gemessen und in einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeichert. Der Abstand a des Messortes 22 des Sensors 21 zur Referenzfläche 12 der ersten Ebene 10 ist durch die Lagerstellen 4, 24 vorgegeben und über den Abstand x1 und x5 bekannt. Der Endeffektor 20 wird nun nach unten bewegt, wobei die Kalibriervorrichtung 1 mit allen Auflagepunkten 17 auf einer nicht dargestellten Halterung liegt, bis der Sensor 21 vor der zweiten Referenzfläche 13 der zweiten Ebenen 11 positioniert ist. In dieser Position wird erneut ein Intensitätswert des reflektierten Lichts des Sensors 21 gemessen und in einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) abgespeichert. Der Abstand b des Messortes 22 des Sensors 21 zur Referenzfläche 13 der zweiten Ebene 11 des Kalibriernormals 5 ist ebenfalls durch die Lagerstellen 4, 24 und über den Abstand x2 und x5 vorgegeben. Die Abweichungen senkrecht zur Verfahrrichtung bei dem Verfahren des Endeffektors 20 parallel zu den Ebenen 10, 11 des Kalibriernormals 5 nach unten sind dabei vernachlässigbar. Die untere Kante 7 der Referenzfläche 13 ist über die Abstände x6 und y6 definiert. Alternativ können die beiden Referenzflächen 12, 13 auch auf einer Ebene 10 angeordnet sein (nicht dargestellt) und der zweite Abstand zur Kalibrierung der Steigung des Sensors 21 nach der Bewegung des Endeffektors entlang des Kalibriernormals 5 von der Referenzfläche 12 zur Referenzfläche 13 durch eine zusätzliche Bewegung des Endeffektors 20 senkrecht zur Ebene der Referenzfläche 13 eingestellt werden. Die Differenz des Abstandes des Sensors 21 von der Referenzfläche 12 und der Referenzfläche 13 wird dann durch den Verfahrweg des Endeffektors 20 bestimmt, der bei kleinen Bewegungen ausreichend genau bekannt ist.
-
5 zeigt ein Diagramm einer Kennlinie 40 eines Reflektionssensors, der als Abstandssensor ausgebildet ist. Die Kennlinie 40 entspricht der Signalstärke des Sensors, die proportional zur gemessenen Intensität ist und auf der Ordinate aufgetragen ist und in Abhängigkeit des Abstandes des Sensors zur Referenzfläche in mm der auf der Abszisse aufgetragen ist. Die Abstände a, b der Sensormessfläche von den Referenzflächen des Kalibriernormals sind dabei so gewählt, dass die korrespondierenden Werte der Ausgangspannung c, d in einem nahezu linearen Bereich mit einer betragsmäßig großen Steigung der Kennlinie 40 liegen. Dadurch kann mit den zwei gemessenen Punkten die Steigung 41 der Kennlinie 40 über einen relativ großen Bereich kalibriert werden und die Sensoren können über einen Bereich von 4 bis 4,5 mm mit einer Genauigkeit von circa 50 µm messen.
-
6 zeigt die Funktionsweise des Sensors 21, der einen Sensorkörper 30, eine Lichtquelle 31, die als LED ausgebildet ist, und eine Empfängerdiode 32 umfasst. Die Lichtquelle 31 emittiert Licht mit einem bestimmten Austrittswinkel, wobei das Licht eine Intensitätsverteilung 35 vom Rand zu Rand mit einem Maximum in der Mitte des Lichtpunktes 34 aufweist. Durch die optische Qualität der Oberfläche der Referenzflächen 12, 13 ist die Streuung der reflektierten Strahlung nahezu null, wodurch die Empfängerdiode nur die Strahlen eines sehr kleinen Bereiches auffängt. Der effektive Lichtpunkt 33 des Sensors 21, also der Teil des Lichtpunktes, der auf die Empfängerdiode 32 reflektiert wird, hat daher nur eine Breite von ungefähr 0,5 mm. Dadurch kann eine Änderung des Abstandes, wie beispielsweise an der Kante eines Kalibriernormals sehr präzise detektiert werden.
-
7 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Detailansicht der Erfindung mit einem stirnseitigen Kalibriernormal 5 und dem Ende eines Endeffektors 20 mit einem Sensor 21, wobei der Schnitt in der Ebene der Lagerstelle (nicht dargestellt) liegt. Der Endeffektor 20 ist parallel zur Referenzfläche 13 bis zu einer Kante 8 des Kalibriernormals 5 verfahren. Durch den sehr schmalen effektiven Lichtpunkt des Sensors 21 kann die Kante 8 des Kalibriernormals 5 mit einer Genauigkeit von mindestens 200 µm detektiert werden. Der von der Lichtquelle 31 ausgehende, durchgezogen dargestellte Lichtstrahl wird von der Referenzfläche 13 noch reflektiert und vom Empfänger 32 erfasst, während der von der Lichtquelle 31 ausgehende, gestrichelt dargestellte Lichtstrahl am Kalibriernormal vorbei geht und dadurch von dem Empfänger 32 nicht mehr erfasst wird. Der Messort 22 des Sensors 21 liegt zwischen der Lichtquelle 31 und dem Empfänger 32. Die Lichtquelle 31 und der Empfänger 32 können auch in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sein, also der Empfänger 32 in der 7 auf der linken Seite des Sensors 21 und die Lichtquelle 31 auf der rechten Seite des Sensors 21.
-
8 zeigt ein Diagramm, welches einen Ausschnitt des Sensorsignals 36 beim Überfahren der Kante zeigt, wobei die Kante aus beiden Richtungen überfahren werden kann. Das Signal 36 bricht über einen sehr geringen Bereich e, der im Bereich von circa 50 µm liegt, stark ein, so dass die Kante mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann. Durch die Detektion der Kanten 7, 8, 9, deren Position ebenfalls bekannt ist, kann durch Anfahren von mindestens 2 Kanten die Position und die Lage, also die Messrichtung des Sensors mit der Kalibriervorrichtung kalibriert werden, wobei dies üblicherweise nur bei einer Erstinbetriebnahme oder nach einem Austausch von Komponenten am Endeffektor durchgeführt werden muss. Im Betrieb kann die Kantenerkennung bei geeigneter Gestaltung der Referenzflächen zur Bestimmung der Position des Endeffektors verwendet werden, so dass ein Sensor drei Freiheitsgrade bestimmen kann. Ein Freiheitsgrad entspricht der Richtung der Abstandsmessung des Sensors und die zwei weiteren Freiheitsgrade liegen senkrecht dazu und werden über die Detektion der Kanten bestimmt. Durch die automatische Kalibrierung der Sensoren können kostengünstigere Sensoren verwendet werden. Dies reduziert die Komplexität und die Anzahl der benötigten Sensoren und wirkt sich daher vorteilhaft auf die Herstellkosten aus.
-
9 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors der an einem Endeffektor angeordnet ist, wobei die Kalibrierung eine Kalibrierung der Kennlinie und der Position und Lage des Sensors auf dem Endeffektor umfasst, umfassend folgende Verfahrensschritte.
-
In einem ersten Verfahrensschritt 50 wird der Endeffektor 20 in eine Kalibriervorrichtung 1 eingebracht.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt 51 wird der Sensor 21 in einem bekannten Abstand zu einer ersten Referenzfläche 12 eines Kalibriernormals 5, 6 der Kalibriervorrichtung 1 positioniert und ein Abstandswert bestimmt.
-
In einem dritten Verfahrensschritt 52 wird der Sensor 21 in einem bekannten Abstand zu einer zweiten Referenzfläche 12 eines Kalibriernormals 5, 6 der Kalibriervorrichtung 1 positioniert und ein zweiter Abstandswert bestimmt.
-
In einem vierten Verfahrensschritt 53 wird die Kennlinie 40 des Sensors 21 auf Basis der beiden Abstandswerte kalibriert.
-
In einem fünften Verfahrensschritt 54 wird der Sensor 21 parallel zu dem Kalibriernormal 5, 6 bis zu einer ersten Kante 7 des Kalibriernormals 5, 6 verfahren und der benötigte Verfahrweg bestimmt.
-
In einem sechsten Verfahrensschritt 55 wird der Sensor 21 parallel zu dem Kalibriernormal 5, 6 bis zu einer zweiten Kante 8 des Kalibriernormals 5, 6, die senkrecht zur ersten Kante 7 verläuft, verfahren und der benötigte Verfahrweg bestimmt.
-
In einem siebten Verfahrensschritt 56 wird die Position und Lage des Sensors 21 auf dem Endeffektor 20 auf Basis der bekannten Positionen der Kanten 7, 8 des Kalibriernormals 5, 6 und der Verfahrwege des Endeffektors 20 bestimmt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kalibriervorrichtung
- 2
- Rahmen
- 3
- Aufnahmevorrichtung
- 4
- Aufnahmepunkte
- 5
- Kalibriernormal
- 6
- Kalibriernormal
- 7
- Kante
- 8
- Kante
- 9
- Kante
- 10
- Ebene
- 11
- Ebene
- 12
- Referenzfläche
- 13
- Referenzfläche
- 14
- Kennlinie
- 15
- Steigung
- 16
- Auflager
- 17
- Auflagepunkte
- 20
- Endeffektor
- 21
- Sensor
- 22
- Messort Sensor
- 23
- Lagervorrichtung
- 24
- Lagerstelle
- 25
- Grundkörper
- 26
- Arm
- 30
- Sensorkörper
- 31
- Lichtquelle
- 32
- Empfängerdiode
- 33
- Lichtpunkt
- 34
- effektiver Lichtpunkt
- 35
- Intensitätsverteilung
- 36
- Sensorsignal
- 40
- Kennlinie
- 41
- Steigung
- 50
- Verfahrensschritt 1
- 51
- Verfahrensschritt 2
- 52
- Verfahrensschritt 3
- 53
- Verfahrensschritt 4
- 54
- Verfahrensschritt 5
- 55
- Verfahrensschritt 6
- 56
- Verfahrensschritt 7
