DE102021113446A1

DE102021113446A1 - Vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren

Info

Publication number: DE102021113446A1
Application number: DE102021113446.3A
Authority: DE
Inventors: Yu-Hsin Lin; Chih-Chun Cheng; Wen-Nan Cheng; Wei-Jen Chen; Ping-Chun TSAI; Wen-Chi Huang; Yu-Sheng Chiu; Chih-Ming Tsai; Yih-Chyun HWANG; Szu-Wei Yu
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-08-11
Also published as: JP7074912B1; TW202232071A; TWI765567B; JP2022121351A

Abstract

Vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren, wobei das Vorschubsystem aus einem Achsenbett, einem Langwellenteil und einem Schiebeteil besteht, wobei die Lauffläche des Achsenbetts mit wenigstens einem graphischen Volumenetikett versehen ist und der Schiebeteil mit einem Optiksensor versehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: I. Generieren von zwei Abbildern durch zweimalige Aufzeichnungen durch den Optiksensor an das graphische Volumenetikett während einer gesteuerten Verschiebung des Schiebeteils entlang dem Langwellenteil, II. Selektieren eines gleichen Abbildmerkmals aus den beiden Abbildern, III. Erfassen der Lageabweichung durch einen Vergleich an die Positionen der Abbildmerkmale in den beiden Abbildern. Dadurch kann die eventuelle Lageabweichung während des Vorschubablaufs in Echtzeit ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschubsystem, insbesondere ein vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren.
Im Stand der Technik ist aus der taiwanischen Patentoffenlegung Nr. 1539143 ein nicht paralleles Detektionsystem für die Linearvorschübe bekannt, dessen Kameraeinheiten jeweils an einer festen Stelle außerhalb eines Linearvorschubs angebracht sind bzw. jeweils mit einem charakteristischen Muster komplementär bleiben. Zum Überwachen eventueller Verformung verschiedener Stellen einer Schnecke müssen also nicht nur mehrere charakteristische Muster an der Schnecke angebracht sein, sondern auch mehrere Kameraeinheiten eingesetzt sein. Des Weiteren ist noch ein Dehnungsmessstreifen zum Messen der Nichtparallelität erforderlich. Dieses System nimmt demzufolge nicht nur höhere Fertigungskosten in Anspruch, sondern kann auch keine anderen Abweichungen detektieren.
Angesichts des Mangels der herkömmlichen Ausgestaltung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren bereitzustellen, welches Lageabweichungen in mehrere Achsenrichtungen (verschiedenartig) erfassen kann.
Zum Lösen der Aufgabe stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform ein vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren bereit, wobei das Vorschubsystem aus einem Achsenbett, einem Langwellenteil und einem Schiebeteil besteht, wobei der Langwellenteil auf dem Achsenbett angebracht ist und der Schiebeteil beweglich an dem Langwellenteil angebracht ist, die Lauffläche des Achsenbetts mit wenigstens einem graphischen Volumenetikett versehen ist und der Schiebeteil mit einem dem ersten graphischen Volumenetikett entsprechenden ersten Optiksensor versehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: I. Generieren von zwei Abbildern, nämlich des ersten und des zweiten Abbilds durch zweimalige Aufzeichnungen durch den ersten Optiksensor an das erste graphische Volumenetikett während einer gesteuerten Verschiebung des Schiebeteils entlang dem Langwellenteil, II. Selektieren eines ersten Abbildmerkmals aus dem ersten und dem zweiten Abbild, III. Erfassen der Lageabweichung durch einen Vergleich der Positionen der ersten Abbildmerkmale in dem ersten und dem zweiten Abbild.
Bei derartiger Ausgestaltung kann die an dem Schiebeteil angebrachte Sensorik eine Aufzeichnung an wenigstens ein in der Lauffläche angeordnetes graphisches Volumenetikett während der Verschiebung des Schiebeteils machen, um die Lageabweichung relativ zu dem einzelnen graphischen Volumenetikett in Echtzeit zu erfassen. Zudem ist die Optiksensorik bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer Bildanalysetechnik (beispielsweise Digital image correlation - DIC Algorithmus) kombiniert, um die Lageabweichungen in mehrere Achsenrichtungen zu erfassen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

1 Ansicht des zum Messen bereitgestellten Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
2 Blockbild des zum Messen bereitgestellten Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3 Ansicht aus einem Betrachtungswinkel für einen Teil des Vorschubsystems in Bezug auf 1.
4 Flussdiagramm des Lageabweichungsmessverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5A Schematische Darstellung der Bildanalyse eines graustufenbezogenen ersten Abbilds gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung der Positionen des Etikettabbilds und des Abbildmerkmals eines graphischen Volumenetiketts.
5B Schematische Darstellung der Bildanalyse eines graustufenbezogenen zweiten Abbilds gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung der Positionen des Etikettabbilds und des Abbildmerkmals eines graphischen Volumenetiketts.
6 Flussdiagramm der Rückenspielmessung der Kugelrollspindel gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lageabweichungsmessverfahrens.
7A Schematische Darstellung der Lageabweichungsmessung des Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung des bewegten Schiebeteils ab dem vorderen Ende des Langwellenteils in eine Richtung, wobei der Optiksensor eine erste Aufzeichnung an ein graphisches Volumenetikett vornimmt.
7B Schematische Darstellung der Lageabweichungsmessung des Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung des zum Ende des Langwellenteils bewegten Schiebeteils, wobei der Optiksensor eine erste Aufzeichnung an alle graphischen Volumenetiketten jeweils vorgenommen hat.
7C Schematische Darstellung der Lageabweichungsmessung des Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Anzeige des in die Gegenrichtung bewegten Schiebeteils, wobei der Optiksensor eine zweite Aufzeichnung an ein graphisches Volumenetikett vornimmt.
8 Flussdiagramm des Lageabweichungsmessverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Parallelitätsprüfung von zweien Lineargleitführungen.
9A Schematische Darstellung der Lageabweichungsmessung des Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung des bewegten Schiebeteils in eine Richtung, wobei der Optiksensor eine erste Aufzeichnung an ein graphisches Volumenetikett vornimmt.
9B Schematische Darstellung der Lageabweichungsmessung des Vorschubsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Anzeige des in dieselbe Richtung bewegten Schiebeteils, wobei der Optiksensor eine zweite Aufzeichnung an dasselbe graphische Volumenetikett vornimmt.
10 Ansicht des zum Messen bereitgestellten Vorschubsystems gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
11 Blockbild des zum Messen bereitgestellten Vorschubsystems gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
12 Flussdiagramm des Lageabweichungsmessverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Versatzmessung von zwei Lineargleitführungen.
13A Schematische Darstellung der Bildanalyse eines graustufenbezogenen dritten Abbilds gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung der Positionen des Etikettabbilds und des Abbildmerkmals eines graphischen Volumenetiketts.
13B Schematische Darstellung der Bildanalyse eines graustufenbezogenen vierten Abbilds gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, zur Darstellung der Positionen des Etikettabbilds und des Abbildmerkmals eines graphischen Volumenetiketts.
14 Flussdiagramm des Lageabweichungsmessverfahrens gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Versatzmessung von den einzelnen Lineargleitführungen.

Das erfindungsgemäße Lageabweichungsmessverfahren ist für ein Vorschubsystem bestimmt. Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich, weist das Vorschubsystem ein Achsenbett 1, eine Werkbank 2 (Schiebeteil), zwei Lineargleitführungen 3, zwei Lagerungen 4, eine Kugelrollspindel 5, eine Kupplung 6, einen Motor 7 und eine Servoseite 8 auf. Dabei erstreckt sich das Achsenbett 1, das einen Bock 11 und zwei Schultern 12 aufweist, in eine Achsenrichtung D1 (erste Achsenrichtung) . Die beiden Schultern 12 ragen aus dem Bock 11 in eine Achsenrichtung D3 (dritte Achsenrichtung) hervor und befinden sich auf zwei entgegenstehenden Seiten des Bocks 11 in eine Achsenrichtung D2 (zweite Achsenrichtung). Die Achsenrichtungen D1, D2 und D3 sind zueinander senkrecht ausgelegt. Die beiden Lineargleitführungen 3 sind auf zwei entgegenstehenden Seiten des Achsenbetts 1, wie zum Beispiel auf den beiden Schultern 12, angebracht, jedoch ohne Einschränkung darauf. In der vorliegenden Ausführungsform weist jede Lineargleitführung 3 eine Gleitschiene 31 (Langwellenteil) und zwei Schlitten 32 (Schiebeteil) auf, wobei die beiden Schlitten 32 an der Gleitschiene 31 hin und her gleitbar aufgesetzt sind. Die erfindungsgemäße Ausführungsform wird jedoch nicht darauf beschränkt. Die Anzahl der Schlitten 32 kann je nach Bedarf bestimmt sein, beispielsweise ein oder mehr als zwei Schlitten. Die beiden Lagerungen 4 sind auf zwei in die Achsenrichtung D1 entgegenstehenden Enden des Achsenbetts 1 eingesetzt. Die Kugelrollspindel 5 weist eine Schnecke 51 (Langwellenteil) und eine Verschlusskappe 52 (Schiebeteil) auf. Ein Ende der Schnecke 51 ist an eine Lagerung 4 gekoppelt, während das entgegenstehende Ende durch die andere Lagerung 4 und die Kupplung 6 an den Motor 7 gekoppelt ist. Die Verschlusskappe 52 ist an der Schnecke 51 aufgesetzt und kann sich entlang der Schnecke 51 hin und her bewegen. Die Werkbank 2 (Schiebeteil) ist mit den beiden Schlitten 32 und der Verschlusskappe 52 verbunden. Der Motor 7 ist an die Servoseite 8 angeschlossen und wird davon angesteuert. Bei der durch die Servoseite 8 gesteuerten Rotation des Motors 7 wird die Schnecke 51 zum Drehen mitgenommen, so dass sich die Werkbank 2 entlang der Gleitschiene 31 und der Schnecke 51 bewegt.
Zum Messen der Lageabweichung des Vorschubsystems kann der Optiksensor OT1 (erster Optiksensor) an der Werkbank 2 angebracht werden und können mehrere graphische Volumenetiketten TP1 (erste graphische Volumenetiketten) in die Achsenrichtung D1 an der Lauffläche 13 des Bocks 11 angebracht werden (siehe 1 und 3). Der Optiksensor OT1 kann als ein lichtempfindlicher CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement) - oder ein CMOS (komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt)-Transistor-Bildsensor ausgebildet sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Montagestelle des Optiksensors OT1 ist je nach Bedarf auszuwählen, also nicht auf die in 1 und 3 gezeigte Positionen beschränkt, vorausgesetzt, dass der Abtastbereich des Optiksensors OT1 das sämtliche graphische Volumenetikett TP1 völlig oder teilweise abdeckt. Der Optiksensor OT1 kann entweder kabelbedingt oder drahtlos an die Servoseite 8 angeschlossen sein, um von der Servoseite 8 angesteuert zu werden.
Die Servoseite 8 kann beispielsweise ein oder mehrere Rechengeräte jeweils mit wenigstens einer Auswerteeinheit 81 umfassen. Die Auswerteeinheit 81 steuert unter anderem den Betrieb jeweils des Motors 7 und des Optiksensors OT1 an, um das erfindungsgemäße Lageabweichungsmessverfahren zu implementieren.
Wie aus dem Flussdiagramm des Lageabweichungsmessverfahrens in 4 ersichtlich, veranlasst die Auswerteeinheit 81 in Schritt S10 den Motor 7 zum Drehen, um den Schiebeteil (beispielsweise die Werkbank 2, die Verschlusskappe 52 und den Schlitten 32) zum Bewegen entlang dem Langwellenteil (beispielsweise der Gleitschiene 31 und der Schnecke 51) mitzunehmen. Daraufhin stellt die Auswerteeinheit 81 die Laufstrecke des Schiebeteils anhand der aus der Rotation des Motors 7 ergebenen Prozessdaten (beispielsweise des Drehgebersignals des Motors 7) fest und entscheidet dann, ob der Optiksensor OT1 eine Aufzeichnung machen soll. In dem nachfolgenden Schritt S11 veranlasst die Auswerteeinheit 81 den Optiksensor OT1, zweimalige Aufzeichnungen an das graphische Volumenetikett TP1 vorzunehmen, um zwei Abbilder (zum Beispiel statische Abbilder) zu erzielen, soweit der Abtastbereich des Optiksensors OT1 während der Bewegung des Schiebeteils das sämtliche graphische Volumenetikett TP1 völlig oder teilweise abdeckt.
In dem nachfolgenden Schritt S12 implementiert die Auswerteeinheit 81 eine Graustufenauswertung an das aus der erstmaligen Aufzeichnung ergebene Abbild (nachfolgend als erstes Abbild bezeichnet) und wählt ein Abbildmerkmal aus dem graustufenbezogenen ersten Abbild mittels beispielsweise eines DIC-Algorithmus, jedoch ohne Einschränkung darauf, aus. Wie aus 5A ersichtlich, wird ein einer Standardschablone entsprechendes Abbildmerkmal FI1 (erstes Abbildmerkmal) aus einem Abbild (nachfolgend als Etikettabbild PI1 (erstes Etikettabbild) bezeichnet) des graphischen Volumenetiketts TP1, welches in dem graustufenbezogenen ersten Abbild IM1 dargestellt ist, herausgefunden. In dem nachfolgenden Schritt S13 implementiert die Auswerteeinheit 81 eine Graustufenauswertung an das aus der zweitmaligen Aufzeichnung ergebene Abbild (nachfolgend als zweites Abbild bezeichnet) und wählt eine mit dem Abbildmerkmal des ersten Abbildes identische Partie aus dem graustufenabhängigen zweiten Abbild mittels beispielsweise eines DIC-Algorithmus, jedoch ohne Einschränkung darauf, aus. Wie aus 5B konkret ersichtlich, wird ein damit identisches Abbildmerkmal FI1 aus dem in dem graustufenbezogenen zweiten Abbild IM2 dargestellten Etikettabbild PI1 herausgefunden.
Wie aus Schritt S14 ersichtlich, vergleicht die Auswerteeinheit 81 im Abschluss mittels beispielsweise eines DIC-Algorithmus, jedoch ohne Einschränkung darauf, in Verbindung mit einer Faltungsoperation die Positionen der genannten Abbildmerkmale in den beiden Abbildern, berechnet also einen positionellen Differenzwert zwischen dem Abbildmerkmal FI1 im ersten Abbild IM1 und dem Abbildmerkmal FI1 im zweiten Abbild IM2 in wenigstens eine Achsenrichtung, um einen Verschiebungsmaß in diese Achsenrichtung zu ermitteln und dann die Lageabweichung des Langwellenteils von dem graphischen Volumenetikett TP1 zu erfassen. Das heißt, dass die mit der gleichen Position komplementären Graustufenwerte von dem ersten Abbild IM1 und dem zweiten Abbild IM2 multipliziert werden und dann eine Integralrechnung anhand folgender Formel (1) implementiert wird: $(ƒ \times g) (t) ≙ \int_{- \infty}^{\infty} ƒ (τ) g (t - τ) d τ$
Dabei versteht sich f (τ) als ein Graustufenwert einer Position in dem ersten Abbild IM1 und g (t-τ) als ein Graustufenwert der gleichen Position in dem zweiten Abbild IM2. Daraufhin werden die Koeffizienten γij von dem ersten Abbild IM1 und dem zweiten Abbild IM2 anhand folgender Formel (2) berechnet: $γ_{i j} \frac{\sum_{m} \sum_{n} [ƒ (m + i, n + j) - ƒ] \times [g (m, n) - \bar{g}]}{\sqrt{\sum_{m} \sum_{n} {[ƒ (m, n) - \bar{ƒ}]}^{2} \times \sum_{m} \sum_{n} {[g (m, n) - \bar{g}]}^{2}}}$
Dabei ist ƒ ein Mittelwert von den Graustufenwerten aller Pixel in dem ersten Abbild, ist g ein Mittelwert von den Graustufenwerten aller Pixel in dem zweiten Abbild, ist „m“ die x-Koordinate des einzelnen Pixels in dem Abbild und ist „n“ die y-Koordinate des einzelnen Pixels in dem Abbild. Wenn die errechneten Koeffizienten γij das Maximum erreicht haben, beziehen sich die entsprechenden Positionen auf die maximale Ähnlichkeit zwischen den beiden Abbildern, also auf die Positionen der Abbildmerkmale FI1. Es kann nun der Verschiebungsmaß in eine Achsenrichtung anhand der folgenden Formel (3) berechnet werden: $Verschiebungsmaß = (Laufstrecke - Abbildgr \ddot{o} ße) \times Pixelgr \ddot{o} ße$
Dabei versteht sich der Verschiebungsmaß als das Offset des zweiten Abbildes IM2 relativ zu dem ersten Abbild IM1 in diese Achsenrichtung, die Laufstrecke als Abstand (Einheit: Pixel) bezüglich dieser Achsenrichtung zwischen der Ist-Position und der Ausgangsposition des zweiten Abbildes IM2 bei den das Maximum erreichten Koeffizienten, die Abbildgröße als Weite (Einheit: Pixel) des zweiten Abbildes IM2 in diese Achsenrichtung, und die Pixelgröße als Größe (Einheit: beispielsweise µm) des einzelnen Pixels.
So kann man anhand der obigen Messergebnisse beurteilen, ob der Langwellenteil gebogen ist, und dann gegebenenfalls überlegen, den Langwellenteil zu reparieren oder ersetzen.
Das erfindungsgemäße Lageabweichungsmessverfahren kann zum Messen der Lageabweichungen in mehrere (verschiedenartige) Achsenrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 in einer Horizontalebene (beispielsweise ausgebildet mit den Achsenrichtungen D1 und D2), zum Beurteilen eventuellen Rückenspiels der Kugelrollspindel 5 oder zur Versatzmessung an einzelne Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene (beispielsweise mit den Achsenrichtungen D1 und D3 ausgebildet) . Im Folgenden wird die Anwendung anhand der Ausführungsbeispiele erläutert.
In Bezug auf 6 sowie die 7A bis 7C ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lageabweichungsmessverfahrens zum Messen des eventuellen Rückenspiels der Kugelrollspindel 5 dargestellt. Bei zweimaligen Aufzeichnungen jeweils an dasselbe graphische Volumenetikett TP1 geschehen die Aufzeichnungen an vorgegebene gleiche Positionen, so dass die beiden ergebenen Abbilder aus den Aufzeichnungen fast gleich bleiben. Es sei bemerkt, dass der Versatz des einzelnen Abbildmerkmals von den zweimaligen Aufzeichnungen einen Toleranzbereich überschreiten kann, da ein an der Kugelrollspindel 5 auftretendes Rückenspiel aufgrund des Differenzrückschlags dazu führt, dass die Positionen der beiden Aufzeichnungen mit einem bestimmten Abstand distanziert sind. In dem Fall implementiert das erfindungsgemäße Lageabweichungsmessverfahren zunächst einen mit dem Schritt S10 identischen Schritt S20, damit sich die Werkbank 2 in eine Laufrichtung V1 (erste Laufrichtung) entlang der Gleitschiene 31 und der Schnecke 51 bewegt. Wie aus 7A ersichtlich, wird der Schritt S21, immer wenn der Abtastbereich des in die Laufrichtung V1 bewegten Optiksensors OT1 das einzelne graphische Volumenetikett TP1 völlig oder teilweise abdeckt, implementiert, damit der Optiksensor OT1 eine erstmalige Aufzeichnung an das graphische Volumenetikett TP1 vornimmt und dann ein erstes Abbild zubringt.
Wenn jedes graphische Volumenetikett TP1 einer erstmaligen Aufzeichnung unterlegen ist (siehe 7B), wird der Schritt S22 ausgeführt, damit sich die Werkbank 2 in eine Laufrichtung V2 (zweite Laufrichtung) entlang der Gleitschiene 31 und der Schnecke 51 bewegt. Die Laufrichtung V2 bleibt zu der Laufrichtung V1 entgegengesetzt. Wie aus 7C ersichtlich, wird der Schritt S23, immer wenn der Abtastbereich des in die Laufrichtung V2 bewegten Optiksensors OT1 das einzelne graphische Volumenetikett TP1 völlig oder teilweise abdeckt, implementiert, damit der Optiksensor OT1 eine zweitmalige Aufzeichnung an das graphische Volumenetikett TP1 vornimmt und dann ein zweites Abbild zubringt.
Bei den erzielten ersten Abbildern wird der mit dem Schritt S12 identische Schritt S24 implementiert, um die Abbildmerkmale aus den graustufenbezogenen ersten Abbildern auszuwählen. Ebenfalls bei den erzielten zweiten Abbildern wird der mit dem Schritt S13 identische Schritt S25 implementiert, um die Abbildmerkmale aus den graustufenbezogenen zweiten Abbildern auszuwählen. Von demselben graphischen Volumenetikett TP1 ist das Abbildmerkmal des ersten Abbildes mit demjenigen des zweiten Abbildes identisch.
Danach wird ein mit dem Schritt S14 identischer Schritt S26 eingeleitet, um die Positionen der genannten Abbildmerkmale in dem ersten Abbild und dem zweiten Abbild zu vergleichen, und dann einen ersten Verschiebungsmaß der genannten Abbildmerkmale in die Achsenrichtung D1 und/oder einen zweiten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D2 zu ermitteln, und zuletzt einen Abweichungsmaß des Bewegungswegs des Optiksensors OT1 (oder des Vorschubwegs der Werkbank 2) von dem graphischen Volumenetikett TP1 zu erfassen. Falls der Abweichungsmaß einen Vorgabebereich überschreitet, ist ein Rückenspiel an der Kugelrollspindel 5 aufgetreten.
In Bezug auf 8, 9A und 9B ist das erfindungsgemäße Lageabweichungsmessverfahren zur Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 dargestellt. Es wird zunächst ein mit dem Schritt S10 identischer Schritt S20 implementiert, damit sich die Werkbank 2 in eine Laufrichtung V1 entlang der Gleitschiene 31 und der Schnecke 51 bewegt. Wie aus 9A ersichtlich, wird der Schritt S31, immer wenn der Abtastbereich des in die Laufrichtung V1 bewegten Optiksensors OT1 ein graphisches Volumenetikett TP1 völlig oder teilweise abdeckt, implementiert, damit der Optiksensor OT1 zwei aufeinander folgende Aufzeichnungen an das graphische Volumenetikett TP1 vornimmt und dann ein erstes Abbild sowie ein zweites Abbild zubringt.
Bei den erzielten ersten Abbildern wird der mit dem Schritt S12 identische Schritt S32 implementiert, um die Abbildmerkmale aus den graustufenbezogenen ersten Abbildern auszuwählen. Ebenfalls bei den erzielten zweiten Abbildern wird der mit dem Schritt S13 identische Schritt S33 implementiert, um die Abbildmerkmale aus den graustufenbezogenen zweiten Abbildern auszuwählen. Von demselben graphischen Volumenetikett TP1 ist das Abbildmerkmal des ersten Abbildes mit demjenigen des zweiten Abbildes identisch.
Danach wird ein mit dem Schritt S14 identischer Schritt S34 eingeleitet, um die Positionen der genannten Abbildmerkmale in dem graustufenbezogenen ersten Abbild und zweiten Abbild zu vergleichen, und dann einen ersten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D1 und/oder einen zweiten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D2 der genannten Abbildmerkmale in dem graphischen Volumenetikett TP1 zu ermitteln, und zuletzt einen Abweichungsmaß der einzelnen Lineargleitführung 3 von dem graphischen Volumenetikett TP1 zu erfassen. So kann man eventuell eine Nichtparallelität der beiden Gleitschienen 31 in einer mit den Achsenrichtungen D1 und D2 ausgebildeten Ebene beurteilen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 ferner durch eine Rückenspielmessung an die Kugelrollspindel 5, also durch Erfassen eines Abweichungsmaßes der einzelnen Lineargleitführung 3 von dem graphischen Volumenetikett TP1 (siehe 6 bis 7C), realisiert werden. So kann man eventuell eine Nichtparallelität der beiden Gleitschienen 31 in einer mit den Achsenrichtungen D1 und D2 ausgebildeten Ebene beurteilen.
Zur Versatzmessung an die einzelnen Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene können gemäß 10 und 11 mehrere graphische Volumenetiketten TP2 (zweite graphische Volumenetiketten) an einer Flanke 14 der jeweiligen Schulter 12 des Achsenbettes 1 angebracht werden. Dementsprechend kann an dem Schiebeteil (zum Beispiel an der Werkbank 2) ein mit diesen graphischen Volumenetiketten TP2 komplementärer Optiksensor OT2 (zweiter Optiksensor) angebaut werden. Der eingeschlossene Winkel zwischen der Flanke 14 und der Lauffläche 13 ist größer als 0 Grad und kleiner als 180 Grad. Die Versatzmessung an die einzelnen Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene erfolgt ähnlich wie die Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 in Bezug auf 12. Es wird zunächst ein mit dem Schritt S10 identischer Schritt S50 und ein mit dem Schritt S31 identischen Schritt S51 implementiert, um jeweils ein drittes Abbild und ein viertes Abbild zu erzielen. Bei den erzielten dritten Abbildern wird ein mit dem Schritt S12 identischer Schritt S52 implementiert, um ein bestimmtes Abbildmerkmal aus dem graustufenbezogenen dritten Abbild zu selektieren. In 13A ist ein Abbildmerkmal FI2 (zweites Abbildmerkmal) des Etikettabbilds PI2 (zweiten Etikettabbilds) aus dem graustufenbezogenen dritten Abbild IM3 dargestellt. Bei den erzielten vierten Abbildern wird noch ein mit dem Schritt S13 identischer Schritt S53 implementiert, um ein bestimmtes Abbildmerkmal aus dem graustufenbezogenen vierten Abbild zu selektieren. In 13B ist ein Abbildmerkmal FI2 des Etikettabbilds PI2 aus dem graustufenbezogenen vierten Abbild IM4 dargestellt. Von demselben graphischen Volumenetikett TP2 ist das Abbildmerkmal des dritten Abbilds mit demjenigen des vierten Abbilds identisch.
Danach wird ein mit dem Schritt S14 identischer Schritt S54 eingeleitet, um die Positionen der genannten Abbildmerkmale in dem graustufenbezogenen dritten Abbild und vierten Abbild zu vergleichen, und dann einen dritten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D1 und/oder einen vierten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D3 der genannten Abbildmerkmale in dem graphischen Volumenetikett TP2 zu ermitteln, und zuletzt einen Abweichungsmaß der einzelnen Lineargleitführung 3 von dem graphischen Volumenetikett TP2 in einer mit den Achsenrichtungen D1 und D3 ausgebildeten Ebene zu erfassen.
Analog dazu kann die Versatzmessung an die Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene ähnlich wie die Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 in Bezug auf 6 erfolgen. Wie in den 10 bis 14 dargestellt ist, werden zunächst ein mit dem Schritt S10 identischer Schritt S50 und ein mit dem Schritt S21 identischer Schritt S61 implementiert, um ein drittes Abbild zu erzielen. Nachfolgend werden ein zu dem Schritt S22 analoger Schritt S62 und ein zu dem Schritt S23 analoger Schritt S63 implementiert, um ein viertes Abbild zu erzielen.
Bei dem erzielten dritten Abbild wird der Schritt S52 ausgeführt, um ein bestimmtes Abbildmerkmal aus dem graustufenbezogenen dritten Abbild zu selektieren. Bei dem erzielten vierten Abbild wird der Schritt S53 implementiert, um ein bestimmtes Abbildmerkmal aus dem graustufenbezogenen vierten Abbild zu selektieren. Von demselben graphischen Volumenetikett TP2 ist das Abbildmerkmal des dritten Abbilds mit demjenigen des vierten Abbilds identisch.
Danach wird der Schritt S54 eingeleitet, um die Positionen der genannten Abbildmerkmale in dem graustufenbezogenen dritten Abbild und vierten Abbild zu vergleichen, und dann einen dritten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D2 und/oder einen vierten Verschiebungsmaß in die Achsenrichtung D3 der genannten Abbildmerkmale in dem graphischen Volumenetikett TP2 zu ermitteln, und zuletzt einen Abweichungsmaß der einzelnen Lineargleitführung 3 von dem graphischen Volumenetikett TP2 in einer mit den Achsenrichtungen D2 und D3 ausgebildeten Ebene zu erfassen.
Bei der jeweiligen Ausführungsform in Bezug auf 4, 6, 8, 12, 14 werden zunächst aus demselben graphischen Volumenetikett ein erstes Abbild und ein zweites Abbild erzielt und dann eine Bildverarbeitung und Merkmalsuche an die beiden Abbilder durchgeführt. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform kann jedes erzielte Abbild unmittelbar einer Bildverarbeitung und einer Merkmalsuche unterzogen werden.
Bei der jeweiligen Ausführungsform in Bezug auf 6 und 14 folgt zwar eine zweitmalige Aufzeichnung an alle graphischen Volumenetiketten nur auf eine erstmalige Aufzeichnung an alle graphischen Volumenetiketten, die erfindungsgemäße Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform kann so veranlasst werden, dass der Optiksensor beim Bewegen in eine erste Laufrichtung eine erstmalige Aufzeichnung an ein graphisches Volumenetikett, und anschließend beim Bewegen in die der ersten Laufrichtung entgegenstehende zweite Laufrichtung eine zweitmalige Aufzeichnung an demselben graphischen Volumenetikett macht, und danach beim Bewegen in die erste Laufrichtung wieder eine erstmalige Aufzeichnung an ein nächstes graphisches Volumenetikett, und anschließend beim Bewegen in die zweite Laufrichtung wieder eine zweitmalige Aufzeichnung an dieses nächste graphische Volumenetikett macht.
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Anzahl der Optiksensoren je nach Bedarf bestimmt sein und ist also nicht auf die genannte Anzahl bei jeder obigen Ausführungsform beschränkt.
Bei den Ausführungsformen in Bezug auf 1, 3, 7A bis 7C, 9A bis 9B und 10 sind die jeweiligen Optiksensoren OT1/OT2 an der Werkbank 2 angebracht. Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform können die Optiksensoren OT1/OT2 je nach Bedarf auch an dem Schlitten 32 oder der Verschlusskappe 52 (zum Beispiel an der Flanke 53 der Verschlusskappe 52) angebracht sein.
Obwohl die Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 in einer Horizontalebene, die Beurteilung eventuellen Rückenspiels der Kugelrollspindel 5 und die Versatzmessung an einzelne Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene in den oben genannten Ausführungsformen separat erläutert sind, können jedoch praktisch wenigstens zwei Anwendungen gleichzeitig implementiert werden, also beispielsweise die Parallelitätsprüfung von zwei Lineargleitführungen 3 in einer Horizontalebene gleichzeitig mit der Versatzmessung an einzelne Lineargleitführungen 3 in einer Vertikalebene.

Claims

Vorschubsystemspezifisches Lageabweichungsmessverfahren, wobei das Vorschubsystem aus einem Achsenbett (1), einem Langwellenteil (31) und einem Schiebeteil (2) besteht, wobei der Langwellenteil auf dem Achsenbett angebracht ist und der Schiebeteil beweglich an dem Langwellenteil angebracht ist, wobei die Lauffläche (13) des Achsenbetts mit wenigstens einem graphischen Volumenetikett (TP1) versehen ist und der Schiebeteil mit einem dem ersten graphischen Volumenetikett entsprechenden ersten Optiksensor (OT1) versehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (A) Generieren von zwei Abbildern, nämlich des ersten Abbilds (IM1) und des zweiten Abbilds (IM2) durch zweimalige Aufzeichnungen durch den ersten Optiksensor (OT1) an das erste graphische Volumenetikett während einer gesteuerten Verschiebung des Schiebeteils entlang dem Langwellenteil, (B) Selektieren eines ersten Abbildmerkmals (PI1) jeweils aus dem ersten und dem zweiten Abbild, und (C) Erfassen der Lageabweichung durch einen Vergleich an die Positionen der ersten Abbildmerkmale in dem ersten und dem zweiten Abbild.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (A) folgende Vorgänge umfasst: (A1) Bewirken, dass sich der Schiebeteil (2) entlang dem Langwellenteil (31) in eine erste Laufrichtung (V1) bewegt, (A2) Bewirken, dass der erste Optiksensor (OT1) beim Bewegen des Schiebeteils in die erste Laufrichtung eine Aufzeichnung an das erste graphische Volumenetikett (TP1) macht und dann ein erstes Abbild (IM1) zubringt, (A3) Bewirken, dass sich der Schiebeteil entlang dem Langwellenteil in eine der ersten Laufrichtung entgegenstehende zweite Laufrichtung (V2) bewegt, und (A4) Bewirken, dass der erste Optiksensor beim Bewegen des Schiebeteils in die zweite Laufrichtung eine Aufzeichnung an das erste graphische Volumenetikett macht und dann ein zweites Abbild (IM2) zubringt.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (C) folgende Vorgänge umfasst: (C1) Berechnen eines positionellen Differenzwerts zwischen dem ersten Abbildmerkmal (FI1) im ersten Abbild (IM1) und dem ersten Abbildmerkmal im zweiten Abbild (IM2) in wenigstens eine Achsenrichtung (D1), um einen Verschiebungsmaß in diese Achsenrichtung als wenigstens eine Partie der Lageabweichung zu ermitteln.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schiebeteil (2) in Schritt (A) entlang dem Langwellenteil (31) in eine Laufrichtung (V1) bewegt, wobei der erste Optiksensor (OT1) zwei aufeinander folgende Aufzeichnungen an das erste graphische Volumenetikett (TP1) vornimmt und dann ein erstes Abbild (IM1) sowie ein zweites Abbild (IM2) zubringt.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (C) folgende Vorgänge umfasst: (C2) Berechnen eines positionellen Differenzwerts zwischen dem ersten Abbildmerkmal (FI1) im ersten Abbild (IM1) und dem ersten Abbildmerkmal im zweiten Abbild (IM2) in eine erste Achsenrichtung (D1), um einen ersten Verschiebungsmaß in diese Achsenrichtung als eine Partie der Lageabweichung zu ermitteln, und (C3) Berechnen eines positionellen Differenzwerts zwischen dem ersten Abbildmerkmal im ersten Abbild und dem ersten Abbildmerkmal im zweiten Abbild in eine zweite Achsenrichtung (D2), um einen zweiten Verschiebungsmaß in diese Achsenrichtung als die andere Partie der Lageabweichung zu ermitteln, wobei die erste Achsenrichtung zu der zweiten Achsenrichtung senkrecht bleibt.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flanke (14) des Achsenbettes (1) mit wenigstens einem zweiten graphischen Volumenetikett (TP2) versehen ist, wobei der eingeschlossene Winkel zwischen der Flanke und der Lauffläche (13) größer als 0 Grad und kleiner als 180 Grad ist, während an dem Schiebeteil (2) ein mit diesem zweiten graphischen Volumenetikett komplementärer zweiter Optiksensor (OT2) angebracht ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (D) Bewirken, dass der zweite Optiksensor beim Bewegen des Schiebeteils jeweils zweimalige Aufzeichnungen an das zweite graphische Volumenetikett macht und dann ein drittes Abbild (IM3) sowie ein viertes Abbild (IM4) zubringt, (E) Selektieren eines zweiten Abbildmerkmals (FI2) jeweils aus dem dritten und dem vierten Abbild, und (F) Erfassen der Lageabweichung durch einen Vergleich an die Positionen der zweiten Abbildmerkmale in dem dritten und dem vierten Abbild.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (F) folgende Vorgänge umfasst: (F1) Berechnen eines positionellen Differenzwerts zwischen dem zweiten Abbildmerkmal (FI2) im dritten Abbild (IM3) und dem ersten Abbildmerkmal im vierten Abbild (IM4) in eine erste Achsenrichtung (D1), um einen dritten Verschiebungsmaß in diese Achsenrichtung als eine Partie der Lageabweichung zu ermitteln, und (F2) Berechnen eines positionellen Differenzwerts zwischen dem zweiten Abbildmerkmal in dem dritten Abbild und dem zweiten Abbildmerkmal in dem vierten Abbild in eine dritte Achsenrichtung (D3), um einen dritten Verschiebungsmaß in diese dritte Achsenrichtung als die andere Partie der Lageabweichung zu ermitteln, wobei die zweite Achsenrichtung zu der dritten Achsenrichtung senkrecht bleibt.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (D) folgende Vorgänge umfasst: (D1) Bewirken, dass sich der Schiebeteil (2) entlang dem Langwellenteil (31) in eine erste Laufrichtung (V1) bewegt, (D2) Bewirken, dass der zweite Optiksensor (OT2) beim Bewegen des Schiebeteils in die erste Laufrichtung eine Aufzeichnung an das zweite graphische Volumenetikett (TP2) macht und dann ein drittes Abbild (IM3) zubringt, (D3) Bewirken, dass sich der Schiebeteil entlang dem Langwellenteil in eine der ersten Laufrichtung entgegenstehende zweite Laufrichtung (V2) bewegt, und (D4) Bewirken, dass der zweite Optiksensor beim Bewegen des Schiebeteils in die zweite Laufrichtung eine Aufzeichnung an das zweite graphische Volumenetikett macht und dann ein viertes Abbild (IM4) zubringt.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (B) anhand eines Digitalabbild-Algorithmus bzw. bedingt durch Folgendes implementiert wird: $γ_{i j} \frac{\sum_{m} \sum_{n} [ƒ (m + i, n + j) - ƒ] \times [g (m, n) - \bar{g}]}{\sqrt{\sum_{m} \sum_{n} {[ƒ (m, n) - \bar{ƒ}]}^{2} \times \sum_{m} \sum_{n} {[g (m, n) - \bar{g}]}^{2}}},$
• wobei γij die Koeffizienten von dem ersten Abbild (IM1) und dem zweiten Abbild (IM2) sind, ƒ ein Mittelwert von den Graustufenwerten aller Pixel in dem ersten Abbild ist, g ein Mittelwert von den Graustufenwerten aller Pixel in dem zweiten Abbild ist, „m“ die x-Koordinate eines einzelnen Pixels in dem ersten Abbild oder dem zweiten Abbild ist und „n“ die y-Koordinate eines einzelnen Pixels in dem ersten Abbild oder dem zweiten Abbild ist.
Lageabweichungsmessverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (C) bedingt durch Folgendes implementiert wird: $Verschiebungsmaß = (Laufstrecke - Abbildgr \ddot{o} ße) \times Pixelgr \ddot{o} ße,$
• wobei der Verschiebungsmaß das Offset des zweiten Abbilds (IM2) relativ zu dem ersten Abbild (IM1) in eine Achsenrichtung (D1) ist, die Laufstrecke der Abstand bezüglich dieser Achsenrichtung zwischen der Ist-Position und der Ausgangsposition des zweiten Abbilds bei den das Maximum erreichten Koeffizienten ist, die Abbildgröße die Weite des zweiten Abbilds in diese Achsenrichtung ist und die Pixelgröße die Größe eines einzelnen Pixels ist.