DE19727094C2

DE19727094C2 - Verfahren zur Abstandsmessung zwischen einem Werkzeugendteil einer Manipulatoreinheit und einer mit dem Werkzeugendteil zu bearbeitenden Objektoberfläche oder eines zu manipulierenden Objektes

Info

Publication number: DE19727094C2
Application number: DE1997127094
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schwaab; Ute Gramann; Achim Stock
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: DE19727094A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abstandsmessung zwischen einem Werkzeugendteil einer Manipulatoreinheit und einer mit dem Werkzeugendteil zu be arbeitenden Objektoberfläche oder eines zu manipulierenden Objektes, wobei das Werkzeugendteil sowie die Objektoberfläche bzw. das Objekt wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen.

Für die Durchführung vollautomatischer, roboterunterstützter Arbeitsschritte, die die Handhabung bzw. Bearbeitung von Objektoberflächen oder von zu manipulierenden Objekten vorsehen, bedarf es einer hochgenauen Abstandsregelung zwischen der Manipulatoreinheit, die in üblicher Form am Ende eines Roboterarms angebracht ist und zumeist eine Vielzahl kinematischer Freiheitsgraden aufweist, und dem jeweils zu bearbeitenden Objekt.

Handelt es sich bei den Werkzeugendteilen um Greiferwerkzeuge, so ist die Ab standsmessung bzw. -regelung auch dadurch erschwert, daß der tatsächliche Ab stand von der jeweiligen Lage und Anordnung des Greiferwerkzeuges abhängt. So ist festzustellen, wieweit beispielsweise eine Greifebacke geöffnet ist und in welchem Winkel die Greifereinrichtung zu dem zu manipulierenden Objekt respektive zu der Objektoberfläche ausgerichtet ist. Dies setzt aufwendige Steuer- und Kontrollme chanismen voraus, die eine Abstandsmessung technisch sehr aufwendig und kost spielig machen.

Neben der geschilderten Problematik der Abstandsmessung zwischen Greifwerk zeugen und den jeweils mit diesen zu manipulierenden Objekten besteht insbeson dere beim Erfassen und Regeln des Abstandes einer Dispensernadel zu einer Ob jektoberfläche das Problem, daß häufig die mit Dispensermaterial zu beaufschlagen den Objektoberflächen wellig sing. Um den Abstand konstant zu halten, muß die Dispensernadel gemäß dem Höheprofil verfahren werden, dies erfordert jedoch eine hochgenaue Messung und Regelung. Derzeit sind für das Erfassen und Regeln des Abstandes eine Dispensernadel zu einer Objektoberfläche folgende Abstandsmeß verfahren bekannt:

1. Mechanisches Abtasten: Mit einem mechanischen Tastkopf wird die Objektober fläche des zu behandelnden Werkstückes an bestimmten Stellen vermessen, woraus anhand gewonnener Meßpunkte eine imaginäre Ebene ermittelt wird. Auf diese Ebene wird im Weiteren der Verfahrweg der Dispensernadel abgestimmt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die ermittelte, imaginäre Ebe ne nur eine Näherung der Werkstückoberfläche darstellt und bereits aus diesem Grund kein konstanter Nadelspalt bzw. keine exakte Dosierung des Dispenser materials für alle Punkte der Objektoberfläche gewährleistet ist. Darüberhinaus ist bei diesem Verfahren ein großer Rechenaufwand erforderlich, der zu einem großen technischen und finanziellen Aufwand führt. Zwar läßt sich diese Vorge hensweise für Objektoberflächen mit ebener Ausdehnung anwenden, doch ist sie für Oberflächen mit Vertiefungen und Erhöhungen nicht geeignet.
2. Lasertriangulation: Eine Laserdiode ist in einem bestimmten Winkel zur Werk stückoberfläche respektive Objektoberfläche angeordnet. Der Abstand der Dis pensernadel zur Oberfläche kann anhand der vorher eingestellten Winkel durch die Stelle, an der der reflektierte Strahl auf die Photozelle auftritt, berechnet wer den. Weist die Objektoberfläche jedoch mehere, unmittelbar nebeneinander lie gende, erhöhte Bereiche auf, so treten Abschattungseffekte auf, die nur zu einer ungenauen Erfassung der Topographie der Objektoberfläche mit Hilfe des Trian gulationsverfahrens führt.
3. Fokussierende Verfahren: Der Strahl, vorzugsweise von Laserdioden, wird auf die Objektoberfläche fokussiert. Der Abstand zwischen einem Werkstückendteil und der Objektoberfläche wird mittels eines Bildverarbeitungssystems über die jeweilige Größe des Fokuspunktes auf der Objektoberfläche bestimmt und gere gelt. Problematisch könnte dieses Abstandsverfahren jedoch, wenn man unter schiedliche Dispensernadellängen verwenden möchte, da sie jeweils auf die Meßapparatur individuell abgestimmt werden müssen. Auch hängt die Genauig keit dieses Verfahrens von den individuellen Reflexionseigenschaften der Objek toberfläche ab. Ein weiterer Nachteil ist auch bei diesem Verfahren die Abschat tung einzelner Stellen durch Nachbarkomponenten.
4. Verfahren mit Einsatz von Kameras: Der Abstand von Dispensernadeln zur Ob jektoberfläche kann beispielsweise durch den Einsatz von Videosystemen mit seitlich angeordneten Kameras ermittelt werden. Dadurch ist eine Kontrolle des Abstandes möglich. Nachteilhaft bei diesem Verfahren ist jedoch, daß ein großer freier seitlicher Bereich neben der Dispensernadel notwendig ist, um diese Mes sung durchführen zu können. Auch läßt sich diese Art des Verfahrens nur sehr schwer automatisieren.

In diesem Zusammenhang wird in [P. Levi und L. Vajta; Sensoren für Roboter, in: Robotersysteme 3, 1987, Springer-Verlag, Seiten 1 bis 15] ein Verfahren zur Be stimmung des Abstandes zwischen dem Greifer eines Roboters und einer zu bear beitenden Objektoberfläche beschrieben, bei dem sowohl der Endbereich des Grei fers als auch die Objektoberfläche wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen. Ein derartiges Verfahren wird mit Hilfe sog. interner und externer Senso ren realisiert. Interne Sensoren messen hierbei roboterspezifische Daten, wie bspw. Gelenkwinkel, während die externen Sensoren Aufschluss über die äußere Situation, etwa die stabile Lage eines zu greifenden Objekts geben. Bei den externen Senso ren sind sowohl taktile als auch visuelle Sensorfunktionen zu realisieren, wobei der artige Sensoren in binäre Signalgeber, Messfühler sowie Muster erkennende Syste me aufteilbar sind. In der vorgenannten Druckschrift werden eine Vielzahl von Sen soren sowie Möglichkeiten zur Verwendung dieser Sensoren beschrieben. Trotzdem wird in jedem Fall der Robotergreifer bzw. das Werkzeugendteil unmittelbar als Messmedium verwendet. Daher muss zunächst eine Eichkurve erstellt werden, die den Zusammenhang der elektrischen Messgrößen und dem Abstand zwischen Werkzeugendteil und der Objektoberfläche wiedergibt.

Weiterhin ist aus der DE 37 31 704 A1 ein Industrieroboter bekannt, der über einen an der Roboterhand montierten Sensor verfügt, der die Lage eines Gegenstandes relativ zum Sensor erfasst. Während der automatischen Arbeitsweise des Roboters steuert der Sensor die Bewegung relativ zu dem genannten Gegenstand und das Steuersystem des Roboters bestimmt den vom Roboter zu durchlaufenden Pfad auf der Grundlage der Messsignale vom Sensor. Insbesondere wird in dieser Druck schrift die Eichung des an der Hand des Industrieroboters montierten Sensors be schrieben. Für diese Eichung des Sensors wird dieser automatisch an bestimmte, mit einem Eichgegenstand verbundene Haltepunkten gefahren und so die Lage der Sensoren im Roboter-Koordinatensystem ermittelt.

Die EP 0 683 378 A2 beschreibt ein Verfahren zur Abstandsbestimmung, das in ei ner Koordinatenmessmaschine oder in einer Werkzeugmaschine zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Messsensor und einer Werkstückoberfläche einsetz bar ist. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren wird ein kapazitiver Messsensor verwendet, dessen Kapazität sich bei der Annäherung des Messsensors an eine Werkstückoberfläche ändert und so nach der Kalibrierung des Messsensors der Abstand bestimmbar ist.

Ferner ist aus der D1 (DE 37 31 704 A1) ein Roboter bekannt, der eine Roboterhand aufweist, an der als Werkzeugendteil bspw. ein Schweißwerkzeug befestigt ist. Zu sätzlich zu dem Schweißwerkzeug ist an der Roboterhand ein Sensorkopf ange bracht, der als optischer Triangulationssensor ausgebildet ist und mit dem ein Ab stand zwischen dem Sensor und einer Objektoberfläche erfassbar ist. Auf diese Wei se ist allerdings ebenfalls nicht der genaue Abstand zwischen dem Schweißwerk zeug und der Werkstückoberfläche bestimmbar, da jeweils noch die Lage des Sen sors relativ zur Roboterhand berücksichtigt werden muss.

Bei allen vorbeschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen werden spezielle Mess sensoren eingesetzt, die zusätzlich zu einem für die Bearbeitung benötigten Werk zeug an einer entsprechenden Maschine angebracht werden müssen. Allerdings hängt, bspw. bei der Manipulation von Objekten mit Hilfe an sich bekannter Greifer backen, der Abstand der Greiferbacken vom handzuhabenden Objekt auch von der Greiferbackenöffnung sowie Greiferbackenneigung ab und bemisst sich jeweils von der dem Objekt nächstliegenden Kante des Werkzeugendteils. Wird ein Messsensor an einer bestimmten Stelle dieser Greiferbacke angebracht, so kann nicht sicherge stellt werden, dass bei einer Neigung des Greifers eine Kollision mit der Werkstücko berfläche zu verhindern ist.

Darüber hinaus ist insbesondere das Dispensen von viskosen Flüssigkeiten mit den bekannten, vorstehend erläuterten Verfahren zur Abstandmessung nicht durchführ bar, da etwa Unebenheiten an der zu beaufschlagenden Objektoberfläche eine ex akte Dosierung des zu dispensenden Materials unmöglich machen. Bedingt durch die Unebenheiten der Objektoberflächen wird entweder kein, zu wenig, oder auch zu viel Material aufgetragen oder die Dispensernadel wird direkt auf den Träger aufge setzt, was zudem zu mechanischen Schäden führen kann.

Um eine möglichst exakte Dosierung zu erreichen, ist ein konstanter Nadelspalt, d. h. der Abstand zwischen der Dispensernadel zur Werkstückoberfläche muss exakt ein gestellt sein, notwendig. Bei vielen Anwendungen ist es erforderlich, nicht den ab soluten Betrag des Abstandes zwischen Dispensernadel zur Werkstückoberfläche zu erfassen, sondern eine zuverlässige Aussage darüber treffen zu können, ob das zu dispensende Material die Werkstückoberfläche berührt oder nicht.

Insbesondere bei der Montage von Kleinstteilen ist das hochpräzise Erfassen des Abstandes des Werkzeugendteiles zu einem Objekt bzw. Objektoberfläche erforder lich, um einerseits Beschädigungen des Objektes bzw. der Objektoberfläche durch das Werkstückendteil zu vermeiden und andererseits eine genau definierte Lage des Objektes relativ zum Werkzeugendteil zu erreichen. So ist es beispielsweise ausrei chend beim Ergreifen von Bauteilen festzustellen, ob der Kontakt zwischen einer Greifereinheit und einem Bauteil hergestellt ist. Mit den bekannten Verfahren ist zwar eine Absolutmessung des Abstandes möglich, doch erfordern sie auch zum Teil sehr technisch aufwändige Komponenten und sind daher sehr kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Abstandsmessung zwi schen einem Werkzeugendteil einer Manipulatoreinheit und einer mit dem Werkzeu gendteil zu bearbeitenden Objektoberfläche oder eines zu manipulierenden Objek tes, wobei das Werkzeugendteil sowie die Objektoberfläche bzw. das Objekt wenig stens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen, derart weiterzubilden, dass die Abstandsmessung sowohl quantitativ als auch qualitativ mit geringem technischem und finanziellem Aufwand durchführbar ist. Insbesondere soll es möglich sein, den tatsächlichen Abstand der Dispensernadel und der jeweiligen Objektoberfläche zu erfassen. Die bei den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der art angegeben, daß das Werkezugendteil unmittelbar als Meßmedium für eine elek trische Spannungs-, Strom-, Kapazitäts- und/oder Frequenzmessung verwendet wird, und daß eine Eichkurve erstellt wird, die den Zusammenhang der elektrischen Meßgrößen und den Abstand zwischen Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. des Objektes wiedergibt.

So werden gemäß einer erfindungsgemäßen Verfahrensvariante die elektrischleiten den Bereiche des Werkzeugendteils und/oder die der Objektoberfläche bzw. des Objektes mit einer elektrischen Ladung Q beaufschlagt. In der sich gegenüberlie genden Konfiguration aus Werkzeugendteil und Objektoberfläche bildet sich eine Kondensatoranordnung, bei der eine elektrische Spannung zwischen den elektrisch leitenden Bereichen des Werkzeugendteils und der Objektoberfläche bzw. des Ob jektes gemessen wird. Durch Abstandsänderung erfährt die elektrische Spannung gemäß der zugrundliegenden Kondensatorbeziehung eine Änderung, so daß bei ge eigneter Abstandsvariation eine Eichkurve erstellt werden kann, anhand der konkret ermittelte Spannungswerte den jeweiligen Abstandswerten, die vorzugsweise mit üblichen Wegmeßverfahren ermittelt werden können, in Zusammenhang gebracht werden. Bei nachfolgenden Abstandsmessungen, die jeweils gleichen oder ver gleichbaren Meßkonfigurationen entsprechen, zu denen man Eichkurven ermittelt hat, ist es möglich mit einer einfachen Spannungsmessung und unter zu Hilfenahme der Eichkurve den jeweiligen Abstand zu ermitteln.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäße Verfahrens besteht insbesondere darin, daß bei Verwendung elektrisch leitfähigen Dispensermaterials, das durch ein Dispensernadel auf die jeweilige Objektoberfläche aufgetragen werden soll, der tat sächliche Abstand zwischen der Dispensernadel und der Objektoberfläche ermittelt werden kann.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Spannungsmeßverfahren ist das Werk zeugendteil mit einer bestimmten elektrischen Ladung Q zu beaufschlagen, so daß unter Verwendung eines geeigneten Referenzkondensators die Kapazität zwischen dem Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. dem Objekt ermittelbar ist. Auch hier dient zur Abstandsermittlung die Erstellung einer Eichkurve, aus der der Zusammenhang aus den ermittelten Kapazitätswerten C und exakt vermessenen Abstandswerten entnommen werden kann.

Als weitere Alternative zur Abstandsmessung wird zwischen den elektrischleitenden Bereichen des Werkezeugendteils sowie der Objektoberfläche bzw. dem Objekt eine elektrische Wechselspannung U angelegt, und der zwischen dem Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. dem Objekt fließende Wechselstrom i(t) gemessen. Mit der Erfassung des Wechselstromes i(t) ist es ebenso möglich, eine entspre chenden Eichkurve wie vorstehend beschrieben zu erstellen.

Zur Erstellung eines Schwingkreises ist schließlich als vierte alternative Verfahrens variante parallel zu der aus Werkzeugendteil und Objektoberfläche bzw. Objekt ge bildeten Kapazität eine Induktivität zu schalten, die nach entsprechender Versorgung mit Wechselspannung eine bestimmte Schwingkreisresonanzfrequenz in Abhängig keit der Kapazität und Induktivität aufweist. Durch Änderung des Abstandes zwi schen Werkzeugendteil und Objektoberfläche ändert sich die Kapazität, wodurch sich eine Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ergibt. Durch ent sprechende Frequenzerfassung ist es möglich eine abstandsabhängige Meßgröße zu erfassen, die nach entsprechender Erstellung einer Eichkurve zur Abstandsmes sung herangezogen werden kann.

Grundsätzlich lassen sich die alternativen erfindungsgemäßen Verfahren auf allge meine Konfigurationen von Werkzeugendteilen anwenden.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Abstandsbestimmung über Spannungsmessung,

Fig. 2 Abstandsbestimmung über Kapazitätsmessung,

Fig. 3 kapazitive Abstandsregelung unter Einsatz einer Wechselspannungs quelle,

Fig. 4 Schaltung für einen Versuchsaufbau, sowie

Fig. 5 Kontaktierung einer Dispensernadel auf einer Objektoberfläche.

Zum Verständnis der nachfolgenden Ausführungsbeispiele ist es wichtig darauf hin zuweisen, daß das Werkstückendteil, das vorzugsweise als Dispensernadel bzw. als Greifwerkzeug ausgebildet ist, zusammen mit der Objektoberfläche bzw. dem Objekt idealisiert einen Kondensator bildet. Wird an dieser Kondensatorkonfiguration eine externe elektrische Spannung U angelegt, so bildet sich auf der Grundlage der Ma xwell-Gleichung

ein elektrisches Feld E zwischen den idealisierten Kondensatorplatten aus, das in Abhängigkeit des Abstandes d zwischen beiden Kondensatorhälften, die dem Ab stand des Werkzeugendteiles zu der elektrisch leitenden Objektoberfläche entspricht, variiert. Für die sich im Kondensator ausbildenden Kapazität C gilt die Beziehung,

wobei Q die aufgebrachte Ladung und U die meßbare Spannung darstellt. Weiterhin gilt für die Kapazität die nachfolgende Beziehung:

Hierbei ist i(t) der Strom, C die Kapazität und der Quotient dU(t)/dt die zeitliche Än derung der elektrischen Spannung.

Zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Werkzeugendteil, respektive Dispen sernadel oder Dispensermaterial zu beispielsweise einer auf der Objektoberfläche befindlichen Leiterbahn oder des Greifwerkzeuges zu einem Bauteil über die Erfas sung der Kapazität können folgende zwei prinzipielle Meßverfahren eingesetzt wer den:
In Fig. 1 befindet sich über der als Träger T bezeichneten Objektoberfläche eine Dis pensernadel 1, an der dem Träger T gegenüberliegenden Nadelöffnung ein zu dis pensendes Material 2 ausgetragen wird. Beispielsweise wird auf diese Weise Kleb stoff zur Fixierung von Leiterbahnen 3 auf Trägern T aufgebracht. Mit Hilfe eines Spannungsmeßgerätes 4 wird die Spannungsdifferenz zwischen der Dispenserspitze 1 und der metallischen Werkstückfläche T bzw. des Greiferwerkzeuges vom Bauteil gemessen. Wenn sich die Dispensernadel der metallischen Oberfläche oder der Greifer dem Bauteil nähert, steigt die Kapazität an. Grundsätzlich kann nach der Be ziehung C = Q/U die Kapazität berechnet werden. Aus Praktikabilitätsgründen wird jedoch eine Eichkurve für eine spezielle Meßkonfiguration erstellt, in der der Meß wertezusammenhang zwischen der gemessenen elektrischen Spannung U und dem auf konventionelle Weise ermittelten Abstand zwischen Dispensernadel und der Werkstückoberfläche hergestellt wird.

Eine weitere alternative Meßmöglichkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Mit Hilfe eines Refe renzkondensators 5, wird die Kapazität zwischen der Dispensernadel 1 und dem Werkstückträger T, auf dem beispielsweise Leiterbahnen 3 aufgebracht sind, erfaßt und gemessen. Die Kapazität des Kondensators, bestehend aus der Dispensernadel und dem Substratträger oder dem Greifwerkzeug und dem Bautteil, steigt beim An nähern der Dispenserspitze an die metallische Oberfläche oder des Greifers an das Bauteil an. Die Änderung der Kapazität des Kondensators, bestehend bspw. aus Dispensernadel und Objektoberfläche ist bedingt durch die Variation des Luftspaltes. zwischen Dispensernadel und Träger.

Durch diese entstehenden Änderungen kann die Kapazität C bestimmt werden.

Unter Einsatz eines elektrischen Wechselfeldes kann mit der in Fig. 3 dargestellten Meßanordnung ebenso der Abstand ermittelt werden. Bei diesem Verfahren wird ein elektrisches Wechselfeld zwischen der Dispensernadel 1 und der elektrisch leitenden Werkstückfläche T oder zwischen einem Greifer und einem Bauteil mit einer Wech selspannungsquelle 5 erzeugt. Dabei bildet die Dispensernadel 1 und die leitende Werkstückoberfläche T oder das Greifwerkzeug und das Bauteil einen Kondensator mit dem kapazitiven Blindwiederstand X_C, der der nachfolgenden Beziehung folgt:

ω stellt die Winkelfrequenz 2πf dar, wobei f die Frequenz der Spannung U ist. C ist die Kapazität des Kondensators. Durch die Variation des Abstandes der Dispenser nadel vom leitenden Werkstückmaterials oder des Greiferwerkzeuges vom Bauteil, verändert sich die Kapazität und somit der Blindwiderstand X_C des Kondensators bei konstanter Frequenz und Spannung des Spannungs- bzw. Wechselspannungsquelle 6. Durch die Änderung des Blindwiderstandes variieren der durch den Kondensator fließende Wechselstrom, der mit einem Strommeßgerät 7 erfassbar ist sowie die meßbare Spannung.

Die Realisierung der beschriebenen Lösungen ermöglicht beim Dispensen eine hochgenaue Regelung des Nadelspaltes und bei der Montage von Kleinstteilen ein präzises Greifen von Bauteilen. Durch dieses Verfahren ist eine Online-Steuerung des Prozeßes möglich. Kurze Bearbeitungszeit, schneller Verfahrensablauf, Erhö hung der Zuverlässigkeit des Abstandsmeßprozeßes, Qualitätssteigerungen auf grund der höheren realisierbaren Genauigkeiten und eine Verringerung des Aus schußes bei den Produktionsverfahren des Dispensens und der Montage können auf dies Weise erreicht werden.

Die kapazitive Regelung des Abstandes ist erforderlich, um die in Zukunft verschärf ten Anforderungen an die Montage bzw. das Dispensen bezogen auf eine zuneh mende Miniaturisierung der Bauelemente und der erhöhten geforderten Positionier genauigkeiten in den Bereichen der Feinwerktechnik, Mikroelektronik und der Mikro systemtechnik erfüllen zu können. Ferner bietet dieses Verfahren eine kostengünsti ge Lösung, sofern keine absolute Abstandsmessung erforderlich ist, sondern eine qualitative Bestimmung des Abstandes Nadel bzw. Greifer zur Werkstückoberfläche ausreicht.

Eine vorteilhafte Meßanordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Der Aufbau einer elektri schen Meßschaltung besteht aus einer Wechselspannungsquelle 6, einem durch die Dispensernadel und der leitfähigen Substratoberfläche gebildeten Kondensator C und einem mit dem Kondensator C in Reihe geschalteten Vorwiderstand R. Der am Vorwiderstand R entstehende Spannungsabfall ist mittels eines Voltmeters (V) meß bar. Der fließende Strom i(t) ist über die Größen Spannung und Widerstand bere chenbar. Anschließend ist durch Rechenalgorythmen der Abstand der Dispenserna del bzw. Werkzeugspitze von der Substratoberfläche zu bestimmen. Alternativ zur Bestimmung des Abstandes mit Hilfe von Rechenalgorythmen können ebenso Eich kurven verwendet werden, die einen Zusammenhang zwischen den aktuell vermes senen Meßgrößen sowie dem Abstand angeben.

In Fig. 5 ist die Kontaktierung der Dispensernadel 1 und des Werkstückträgers T dargestellt. Die elektrisch kontaktierte Nadel ist an einer Achse A befestigt, unter der sich der Werkstückträger T befindet. Der Werkstückträger T ist im angegebenen Fall geerdet und mit einer Zuleitung L verbunden.

Die zeitliche veränderliche Versorgungsspannung, die zwischen der Dispensernadel und dem Werstückträger T anliegt, wird durch ein, nicht dargestelltes, parallel ge schaltetes Oszilloskop gemessen. Die am Meßwiderstand abfallende Spannung, die Meßgröße V, wird entsprechend parallel zu dem zweiten Kanal des Oszilloskop ge messen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Dispensernadel

2

dispensendes Material

3

Leitbahn

4

Spannungsmeßgerät

5

Referenzkondensator

6

Wechselspannungsquelle

7

Strommeßgerät
T Träger, Objektoberfläche
L Zuleitung

Claims

1. Verfahren zur Abstandsmessung zwischen einem Werkzeugendteil einer Ma nipulatoreinheit und einer mit dem Werkzeugendteil zu bearbeitenden Objektoberflä che oder eines zu manipulierenden Objektes, wobei das Werkzeugendteil sowie die Objektoberfläche bzw. das Objekt wenigstens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugendteil unmittelbar als Meßmedium für eine elektrische Spannungs-, Strom-, Kapazitäs- oder Frequenzmessung verwendet wird, und daß eine Eichkurve erstellt wird, die den Zusammenhang der elektrischen Meßgrößen und dem Abstand zwischen Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. des Objektes wiedergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche des Werkzeugend teils und/oder die der Objektoberfläche bzw. des Objektes mit elektrischer Ladung Q beaufschlagt werden, und
daß die elektrische Spannung U zwischen den elektrisch leitenden Bereichen des Werkzeugendteils und die der Objektoberfläche bzw. des Objektes gemessen wird,
daß eine Eichkurve erstellt wird, anhand der die ermittelten Spannungswerte U Ab standswerten zugeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bereiche des Werkzeugend teils und/oder die der Objektoberfläche bzw. des Objektes mit elektrischer Ladung Q beaufschlagt werden,
daß unter Verwendung eines Referenzkondensators die Kapazität C zwischen dem Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. dem Objekt ermittelt wird, und
daß eine Eichkurve erstellt wird, anhand der die ermittelten Kapazitätswerte C Ab standswerten zugeordnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den elektrisch leitenden Bereichen des Werkzeugendteils sowie der Objektoberfläche bzw. Objekt eine elektrische Wech selspannung U angelegt wird,
daß der zwischen dem Werkzeugendteil und der Objektoberfläche bzw. dem Objekt fließende Wechselstrom i(t) gemessen wird, und
daß eine Eichkurve erstellt wird, anhand der der gemessene Wechselstrom i(t) Ab standswerten zugeordnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Wechselstromes i(t) eine an einem Meßwiderstand abfallende elektrische Spannung mit Hilfe eines Zweikanaloszil loskop gemessen wird, an dessen anderen Meßkanal die Wechselspannung U er fasst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den elektrisch leitenden Bereichen des Werkzeugendteils sowie der Objektoberfläche bzw. Objekt eine elektrische Wech selspannung U angelegt sowie eine Induktivität vorgesehen wird, die zusammen mit der Kapazität aus Werkzeugendteil und Objektoberfläche bzw. Objekt einen Schwingkreis bildet,
daß die Änderung der Frequenz des Schwingkreises durch Änderung des Abstandes ermittelt wird, und
daß eine Eichkurve erstellt wird, anhand der die ermittelten Frequenzänderungen Abstandswerten zugeordnet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugendteil ein Greifwerkzeug oder eine Dispensernadel ist, deren der Objektoberfläche bzw. dem Objekt nächsliegender Teil der Abstandsmessung zugrundegelegt wird.