DE10230614B3 - Opto-electronic equipment making reference marks on measurement grid plate, has reference mark modules in specified disposition with sensor configurations - Google Patents

Opto-electronic equipment making reference marks on measurement grid plate, has reference mark modules in specified disposition with sensor configurations Download PDF

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Abstract

Reference mark modules (2) are arranged parallel to an edge of the measurement grid (1), each with two linear first reference marks (3) with spacing (A) from the edge, parallel to it, and having mutual spacing (B). First reference marks each have adjacent reference mark modules mutually spaced through distance (C). Between first reference marks (3) of each reference mark module (2) a pair of second reference line marks (4) lie perpendicular to the edge. Spacing (TA) of their respective opposite sides increases. The second reference mark (4) further removed from the edge null point has a fixed spacing (D) from the adjacent first reference mark (3). At least three reference mark sensors (13) are so arranged at the measurement head (11) that the third is rotated through 90degrees relative to the other two reference marks. The sensor (13) is located in the symmetrically-central null point position, but offset to the side near the second reference marks (4) of the respective reference mark module (2). Other reference mark sensors lie centrally-symmetrical over the first reference marks (3) .

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Referenzmarken auf Messrasterplatten und von Referenzmarkensensoren auf einem dazugehörigen optoelektronisch arbeitenden Messkopf zur Erfassung von Relativlagen des Messkopfes zur Messrasterplatte bezüglich der X- und Y- Positionen sowie bezüglich der Verdrehung in der Ebene, wobei die Anordnung von Referenzmarkensensoren des Messkopfes die in der Rasterebene angeordnete Referenzmarkenanordnung abtastet.The invention relates to an arrangement of reference marks on measuring grid plates and of reference mark sensors on a related one optoelectronic measuring head for the detection of relative positions of the measuring head to the measuring grid plate with respect to the X and Y positions as well as regarding the twist in the plane, the arrangement of reference mark sensors of the measuring head the reference mark arrangement arranged in the raster plane scans.

Derartige Referenzmarkenanordnungen und dazugehörige Messköpfe sind wesentliche Bestandteile von Mess- und Bearbeitungsmaschinen.Such reference mark arrangements and related Probes are essential components of measuring and processing machines.

Beim Programmstart einer Messmaschine dienen solche Marken zur „Nullung" des Systems, d.h. der abtastende Messkopf wird bezüglich eines definiertes Messrasters auf einen Nullpunkt. platziert.Serve when starting a measuring machine such marks for "zeroing" of the system, i.e. the scanning measuring head is defined with respect to a Measuring grid to a zero point. placed.

Die Art der Ausbildung solcher Referenzmarkenstrukturen ist entscheidend hinsichtlich der Zeit, die das Steuerungssystem zur Nullung der Anlage benötigt. Selbst die Einsparung von einigen Sekunden erbringt bei derartig hochkomplexen, teuren Anlagen beträchtliche Kosteneinsparungen.The type of formation of such reference mark structures is critical in terms of the time that the control system needed to zero the system. Even saving a few seconds results in such a way highly complex, expensive systems considerable cost savings.

Nach der DE 41 32 942 C2 wird durch die längserstreckerde Ausbildung mindestens einer Referenzmarke in der zu ihrer zugehörigen Messrichtung (X-Richtung) senkrechten Messrichtung (Y-Richtung) diese Referenzmarke bei einer Unterbrechung des Messvorganges aus jeder beliebigen momentanen Messposition heraus durch Verfahren der Abtasteinrichtung lediglich in der zugehörigen Messrichtung zur Wiedergewinnung der Bezugsposition abgetastet. Eine Unterbrechung des Messvorganges, bei der der momentane Positionsmesswert verloren geht, kann beispielsweise durch Stromunterbrechung passieren.After DE 41 32 942 C2 The longitudinal extension of at least one reference mark in the measuring direction (Y direction) perpendicular to its associated measuring direction (X direction) makes this reference mark when the measuring process is interrupted from any momentary measuring position by moving the scanning device only in the associated measuring direction for recovery the reference position is scanned. An interruption of the measuring process, in which the current position measurement value is lost, can occur, for example, due to a power interruption.

Eine Messanordnung zur Bestimmung der Relativlage zweier Gegenstände ist aus der CH-PS 472 021 bekannt, wobei ein Gegenstand eine Referenzspur mit einer Grob- und einer Feinteilung aufweist Die Anordnung ist jedoch nur für eine ständige Positionsmessung anwendbar.A measuring arrangement for determining the relative position of two objects is from the CH-PS 472 021 is known, an object having a reference track with a coarse and a fine division. The arrangement can, however, only be used for a permanent position measurement.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 33 34 398 C1 bekannt. Zusätzlich zu einem inkrementalen Maßstab sind hier Referenzmarken und zugeordnete Sensorfelder vorgesehen, die jeweils einen Strichcode aufweisen und mit denen die Zählung der inkrementalen Teilung des Maßstabes beim Überfahren einer Referenzmarke kalibriert werden kann. Für jede Referenzmarke muss hierbei ein angepasstes Sensorfeld vorhanden sein.A similar arrangement is shown in the DE 33 34 398 C1 known. In addition to an incremental scale, reference marks and associated sensor fields are provided here, each of which has a bar code and with which the counting of the incremental division of the scale can be calibrated when a reference mark is passed. An adapted sensor field must be available for each reference mark.

Ein weiteres derartiges Längenmesssystem mit zwei zugehörigen, verschieden kodierten Referenzspuren zeigt die DE 40 21 010 A1 .Another such length measuring system with two associated, differently coded reference tracks is shown in DE 40 21 010 A1 ,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine schnellere und dabei eineindeutige Zuordnung eines Messkopfes zu den Referenzmarken herzustellen, die in einem Messrasterlayout vorzugsweise an den X- und Y-Achsen parallel zum eigentlichen Messraster am Rand angeordnet sind. The object of the invention is in a faster and clear assignment of a measuring head to produce the reference marks in a grid layout preferably on the X and Y axes parallel to the actual measurement grid are arranged at the edge.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anordnungen mit den Merkmalen nach Anspruch 1 oder 3 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by arrangements solved with the features of claim 1 or 3. Appropriate configurations are the subject of subclaims.

Die Vorteile gegenüber bisher bekannten Lösungen bestehen darin, dass an Stelle einer sich längserstreckenden Marke mehrere Referenzmarkenmodule in festen Abständen parallel zum Messraster angeordnet sind. Diese Referenzmarkenmodule bestehen aus zwei parallel zu einer Kante des Messrasters ausgerichteten strichförmigen Referenzmarken, die vorzugsweise die gleiche Strichlänge aufweisen und mit einem definierten Strichabstand voneinander positioniert sind. Zwischen beiden kollinearen Referenzmarken ist ein weiteres Markenpaar aus zwei dazu senkrechten strichförmigen Referenzmarken angeordnet. Diese zweiten Referenzmarken weisen wachsende Abstände auf, vorzugsweise in Form einer arithmetisch konstant wachsenden Zahlenfolge a1, a1 + d, a1 + 2d, ... a1 + (n – 1) d, wobei für a1 = 1; d > 0 und n eine ganze Zahl gewählt werden kann.The advantages over previously known solutions consist in the fact that instead of a longitudinally extending mark, several reference mark modules are arranged at fixed intervals parallel to the measurement grid. These reference mark modules consist of two line-shaped reference marks aligned parallel to an edge of the measuring grid, which preferably have the same line length and are positioned with a defined line spacing from one another. A further pair of marks comprising two line-shaped reference marks perpendicular to it is arranged between the two collinear reference marks. These second reference marks have increasing distances, preferably in the form of an arithmetically constantly increasing sequence of numbers a 1 , a 1 + d, a 1 + 2d, ... a 1 + (n-1) d, where for a 1 = 1; d> 0 and n an integer can be selected.

Die beispielsweise rechte Referenzmarke dieses Markenpaares ist mit einem festen Abstand vom Ende der rechten der waagerechten verlaufenden ersten Referenzmarken entfernt. Der X-Abstand von einem Referenzmarkenmodul zum nächsten, das heißt der Abstand zweier kollinearer Referenzmarken benachbarter Referenzmarkenmodule, ist betragsmäßig gleich.The right reference mark of this, for example Brand pair is a fixed distance from the end of the right one horizontal first reference marks removed. The X distance from one reference mark module to the next is called the distance between two collinear reference marks of adjacent reference mark modules, is the same in amount.

Zu diesen Referenzmarkenmodulen auf der Messrasterplatte wurden auf einem Messkopf drei baugleiche Sensoren zur Erfassung o.g. Referenzmarkenmodule der Art angeordnet, dass zwei Sensoren zur Detektierung jener parallel zur Kante des Messrasters ausgerichteten Referenzmarken dienen und so ausgerichtet sind, dass die Abtastfelder der Referenzsensoren sich in der Nullpunktstellung symmetrisch mittig über diesen ersten Referenzmarken befinden.To these reference mark modules of the measuring grid plate were three identical sensors on one measuring head to record the above Reference mark modules arranged of the type that two sensors to detect those parallel to the edge of the measuring grid serve aligned reference marks and are aligned such that the scanning fields of the reference sensors are in the zero position symmetrically in the middle these first reference marks.

Der dritte Referenzsensor wurde neben das weitere Markenpaar positioniert.The third reference sensor was next to positioned the other pair of brands.

Verliert der Messkopf z.B. bei Stromausfall seine Nullpunkteinstellung (Zuordnung zu einem Referenzmarkenmodul), wird er bei einem Neustart automatisch mit gleichen X-Koordinaten, aber positiven Y-Koordinaten zu einem Referenzmarkenmodul positioniert.If the measuring head loses e.g. in the event of a power failure Zero point setting (assignment to a reference mark module) automatically restarted with the same X coordinates but positive Y coordinates positioned to a reference mark module.

Fährt man nun das Referenzmarkenmodul in Y-Richtung an, werden zuerst die beiden kollinearen Referenzmarken detektiert. Beim kurzen Ausschwenken des Messkopfes, z.B. in die positive X-Richtung, wird das Markenpaar mit den variablen Abständen abgetastet und die Momentanposition des Messkopfes zum Messraster wird vom Messsystem erfasst.If the reference mark module is approached in the Y direction, the two collinear reference marks are first detected. When the measuring head is swung out briefly, for example into the positive one X-direction, the pair of marks is scanned with the variable distances and the current position of the measuring head to the measuring grid is recorded by the measuring system.

An Hand dieses Positionsfangregimes kann der Messkopfes im Crashfall mit kürzesten Verfahrwegen und damit in kürzester Zeit die Systemnullposition ermitteln, da lediglich das nächstliegende Referenzmarkenmodul angefahren werden muss.Based on this position capture regime can the measuring head in the event of a crash with the shortest travel distances and thus in the shortest Time to determine the system zero position, since only the closest one Reference mark module must be approached.

Alternativ zu der vorbeschriebenen Lösung kann das Referenzmarkenmodul erfindungsgemäß statt des Referenzmarkenpaares mit zunehmendem Abstand auch Referenzmarken aufweisen, deren Anzahl von Referenzmarkenmodul zu Referenzmarkenmodul zunimmt, wobei die Abstände zwischen den Referenzmarken dann gleich bleiben. Ein zugeordneter Referenzmarkensensor kann die Referenzmarkenmodule so anhand der vorhandenen Anzahl der Referenzmarken im Referenzmarkenmodul unterscheiden.As an alternative to the one described above Solution can the reference mark module according to the invention instead of the reference mark pair with increasing distance also have reference marks, their number increases from reference mark module to reference mark module, the distances then remain the same between the reference marks. An assigned The reference mark sensor can use the Distinguish the existing number of reference marks in the reference mark module.

Ein Ausführungsbeispiel wird in der 1 näher erläutert, wobei die räumliche Zuordnung einer Messrasterplatte 12 mit entsprechenden Referenzmarkenmodulen 2 zu relevanten Positionen eines Messkopfes 11 dargestellt ist.An embodiment is in the 1 explained in more detail, the spatial assignment of a measuring grid plate 12 with corresponding reference mark modules 2 to relevant positions of a measuring head 11 is shown.

In X-Richtung erstrecken sich die Referenzmarkenmodule 2, jeweils mit einem definierten festen Abstand C. Jedes Referenzmarkenmodul 2 besteht aus parallel zur Kante eines Messrasters 1 ausgerichteten Referenzmarken 3 mit dem festen Abstand B zueinander und dem Abstand A zur Kante des Messrasters 1. Dazwischen befindet sich jeweils ein Markenpaar 4 von weiteren Referenzmarken mit einem für das jeweilige Markenpaar 4 definierten Abstand TA. Der Abstand D von Markenpaar 4 bis zur jeweils rechten der ausgerichteten Referenzmarken 3 ist fest definiert.The reference mark modules extend in the X direction 2 , each with a defined fixed distance C. Each reference mark module 2 consists of parallel to the edge of a measuring grid 1 aligned reference marks 3 with the fixed distance B to each other and the distance A to the edge of the measuring grid 1 , In between there is a pair of brands 4 of further reference marks with one for the respective pair of marks 4 defined distance TA. The distance D from the pair of brands 4 to the right of the aligned reference marks 3 is firmly defined.

Über dem rechten Referenzmarkenmodul 2 ist die Abtastposition des Messkopfes 11 mit seinen drei Referenzsensoren 13 dargestellt.Above the right reference mark module 2 is the scanning position of the measuring head 11 with its three reference sensors 13 shown.

Gezeigt sind eine Startposition 1a des Messkopfes 11 zu Messbeginn und eine Nullpunktposition, z.B. nach einem Stromausfall. Z1 bis z3 sind die wachsenden Abstände TA zwischen den Referenzmarken der Markenpaare 4.A starting position is shown 1a of the measuring head 11 at the start of the measurement and a zero position, e.g. after a power failure. Z1 to z3 are the growing distances TA between the reference marks of the brand pairs 4 ,

11
Messrastermeasuring grid
22
ReferenzmarkenmodulReference mark module
33
erste Referenzmarkenfirst reference marks
44
zweite Referenzmarken, Markenpaarsecond Reference marks, pair of marks
1111
Messkopfprobe
1212
MessrasterplatteMeasuring grid plate
1313
ReferenzmarkensensorReference mark sensor
1414
Startposition des Messkopfesstarting position of the measuring head
AA
Abstanddistance
BB
Strichabstandline spacing
CC
X-Abstand von Referenzmarkenmodul zum nächstenX-distance from reference mark module to the next
DD
Abstand von Markenpaar 4 zu Marke 3 Distance from brand pair 4 to brand 3
TATA
Abstanddistance
z 1z 1
Abstand zwischen X-Referenzmarkenpaar 1 Distance between the pair of X reference marks 1
z 2z 2
Abstand zwischen X-Referenzmarkenpaar 2 Distance between the pair of X reference marks 2
z 3.z Third
Abstand zwischen X-Referenzmarkenpaar 3 Distance between the pair of X reference marks 3

Claims (5)

Anordnung von Referenzmarken auf Messrasterplatten und von Referenzmarkensensoren auf einem dazugehörigen optoelektronisch arbeitenden Messkopf zur Erfassung von Relativlagen des Messkopfes zur Messrasterplatte bezüglich der X- und Y-Positionen sowie bezüglich der Verdrehung in der Ebene, wobei die Anordnung von Referenzmarkensensoren des Messkopfes die in der Rasterebene angeordnete Referenzmarkenanordnung abtastet, dadurch gekennzeichnet, – dass zu mindestens einer Kante des Messrasters (1) parallel mindestens zwei Referenzmarkenmodule (2) angeordnet sind, – dass jedes Referenzmarkenmodul (2) zwei, im Abstand A zur vorgenannten Kante des Messrasters (1) kantenparallel ausgerichtete, in einem Abstand B voneinander beabstandete, strichförmige erste Referenzmarken (3) aufweist – dass die ersten Referenzmarken (3) jeweils benachbarter Referenzmarkenmodule voneinander einen Abstand C aufweisen, – dass zwischen den ersten Referenzmarken (3) jedes Referenzmarkenmoduls (2) ein Markenpaar aus strichförmigen, senkrecht zur vorgenannten Kante angeordneten zweiten Referenzmarken (4) liegt, deren gegenseitiger Abstand TA von Referenzmarkenmodul (2) zu Referenzmarkenmodul (2) zunimmt und von denen die jeweils weiter vom Kantennullpunkt entfernte zweite Referenzmarke (4) einen festen Abstand D zur benachbarten ersten Referenzmarke (3) aufweist, – dass mindestens drei Referenzmarkensensoren (13) am Messkopf (11) so angeordnet sind, dass der dritte, um 90° gegenüber den beiden anderen gedreht ausgerichtete Referenzmarkensensor (13) in der Nullpunktstellung symmetrisch mittig, jedoch in Kantenrichtung seitlich versetzt neben den zweiten Referenzmarken (4) des jeweiligen Referenzmarkenmoduls (2) liegt, während die anderen Referenzmarkensensoren (13) symmetrisch mittig über den ersten Referenzmarken (3) liegen.Arrangement of reference marks on measuring grid plates and of reference mark sensors on an associated optoelectronic working measuring head for detecting relative positions of the measuring head with respect to the measuring grid plate with respect to the X and Y positions as well as with respect to the rotation in the plane, the arrangement of reference mark sensors of the measuring head being arranged in the grid plane Scans reference mark arrangement, characterized in that - at least one edge of the measuring grid ( 1 ) at least two reference mark modules in parallel ( 2 ) are arranged - that each reference mark module ( 2 ) two, at a distance A from the aforementioned edge of the measuring grid ( 1 ) line-shaped first reference marks aligned parallel to the edges and spaced apart by a distance B ( 3 ) - that the first reference marks ( 3 ) each adjacent reference mark modules have a distance C from each other - that between the first reference marks ( 3 ) of each reference mark module ( 2 ) a pair of marks consisting of line-shaped second reference marks arranged perpendicular to the aforementioned edge ( 4 ), whose mutual distance TA from the reference mark module ( 2 ) to reference mark module ( 2 ) increases and of which the second reference mark further away from the edge zero point ( 4 ) a fixed distance D from the adjacent first reference mark ( 3 ), - that at least three reference mark sensors ( 13 ) on the measuring head ( 11 ) are arranged in such a way that the third reference mark sensor (90 ° rotated relative to the other two) 13 ) symmetrically centered in the zero position, but in Edge direction laterally offset next to the second reference marks ( 4 ) of the respective reference mark module ( 2 ) while the other reference mark sensors ( 13 ) symmetrically in the middle above the first reference marks ( 3 ) lie. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand TA von Referenzmarkenmodul (2) zu Referenzmarkenmodul (2) jeweils um einen Betrag d > 0 zunimmt.Arrangement according to claim 1, characterized in that the distance TA from the reference mark module ( 2 ) to reference mark module ( 2 ) increases by an amount d> 0. Anordnung von Referenzmarken auf Messrasterplatten und von Referenzmarkensensoren auf einem dazugehörigen optoelektronisch arbeitenden Messkopf zur Erfassung von Relativlagen des Messkopfes zur Messrasterplatte bezüglich der X- und Y-Positionen sowie bezüglich der Verdrehung in der Ebene, wobei die Anordnung von Referenzmarkensensoren des Messkopfes die in der Rasterebene angeordnete Referenzmarkenanordnung abtastet, dadurch gekennzeichnet, – dass zu mindestens einer Kante des Messrasters (1) parallel mindestens zwei Referenzmarkenmodule (2) angeordnet sind, – dass jedes Referenzmarkenmodul (2) zwei, im Abstand A zur vorgenannten Kante des Messrasters (1) kantenparallel ausgerichtete, in einem Abstand B voneinander beabstandete, strichförmige erste Referenzmarken (3) aufweist – dass die ersten Referenzmarken (3) jeweils benachbarter Referenzmarkenmodule voneinander einen Abstand C aufweisen, – dass zwischen den ersten Referenzmarken (3) jedes Referenzmarkenmoduls (2) strichförmige, senkrecht zur vorgenannten Kante angeordnete, gleich beabstandete zweite Referenzmarken (4) liegen, deren Anzahl von Referenzmarkenmodul (2) zu Referenzmarkenmodul (2) jeweils um mindestens eins zunimmt und von denen die jeweils am weitesten vom Kantennullpunkt entfernte zweite Referenzmarke (4) einen festen Abstand D zur benachbarten ersten Referenzmarke (3) aufweist, – dass mindestens drei Referenzmarkensensoren (13) am Messkopf (11) so angeordnet sind, dass der dritte, um 90° gegenüber den beiden anderen gedreht ausgerichtete Referenzmarkensensor (13) in der Nullpunktstellung symmetrisch mittig, jedoch in Kantenrichtung seitlich versetzt neben den zweiten Referenzmarken (4) des jeweiligen Referenzmarkenmoduls (2) liegt, während die anderen Referenzmarkensensoren (13) symmetrisch mittig über den ersten Referenzmarken (3) liegen.Arrangement of reference marks on measuring grid plates and of reference mark sensors on an associated optoelectronic working measuring head for detecting relative positions of the measuring head with respect to the measuring grid plate with respect to the X and Y positions as well as with respect to the rotation in the plane, the arrangement of reference mark sensors of the measuring head being arranged in the grid plane Scans reference mark arrangement, characterized in that - at least one edge of the measuring grid ( 1 ) at least two reference mark modules in parallel ( 2 ) are arranged - that each reference mark module ( 2 ) two, at a distance A from the aforementioned edge of the measuring grid ( 1 ) line-shaped first reference marks aligned parallel to the edges and spaced apart by a distance B ( 3 ) - that the first reference marks ( 3 ) each adjacent reference mark modules have a distance C from each other - that between the first reference marks ( 3 ) of each reference mark module ( 2 ) line-shaped, equally spaced second reference marks arranged perpendicular to the aforementioned edge ( 4 ), the number of reference mark modules ( 2 ) to reference mark module ( 2 ) increases by at least one each and of which the second reference mark furthest from the edge zero point ( 4 ) a fixed distance D from the adjacent first reference mark ( 3 ), - that at least three reference mark sensors ( 13 ) on the measuring head ( 11 ) are arranged in such a way that the third reference mark sensor (90 ° rotated relative to the other two) 13 ) symmetrically centered in the zero position, but laterally offset in the edge direction next to the second reference marks ( 4 ) of the respective reference mark module ( 2 ) while the other reference mark sensors ( 13 ) symmetrically in the middle above the first reference marks ( 3 ) lie. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarken (3, 4) die gleiche Länge aufweisen.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reference marks ( 3 . 4 ) have the same length. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkensensoren (13) baugleich aufgebaut sind.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reference mark sensors ( 13 ) are constructed identically.
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