WO2017178243A1 - Werkstückträgersystem - Google Patents

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WO2017178243A1
WO2017178243A1 PCT/EP2017/057658 EP2017057658W WO2017178243A1 WO 2017178243 A1 WO2017178243 A1 WO 2017178243A1 EP 2017057658 W EP2017057658 W EP 2017057658W WO 2017178243 A1 WO2017178243 A1 WO 2017178243A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece carrier
electrodes
receiving
receiving electrodes
carrier system
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/057658
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Seiz
Markus Hanisch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2017178243A1 publication Critical patent/WO2017178243A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/023—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap

Definitions

  • the present invention relates to a workpiece carrier system.
  • the invention relates to a workpiece carrier system with a free-floating workpiece carrier, wherein the position of the free-floating workpiece carrier can be determined.
  • Workpiece carrier systems are known from the prior art.
  • workpiece carriers which are in particular freely floating above a surface movable, must be monitored in order to determine a position of the workpiece carrier.
  • capacitive sensors are known, for example, but can not be used in applications because of the required space size.
  • Optical sensors, in particular stereo cameras, are expensive and expensive to install, whereby such sensors are not suitable depending on the application.
  • a workpiece carrier system comprising a stereo camera for
  • the workpiece carrier system very cost-effective and easy to manufacture.
  • the workpiece carrier system according to the invention comprises a freely suspended workpiece carrier and a reference surface. It is provided that the workpiece carrier is freely floating above the reference surface. Under free-floating is provided in particular that the workpiece carrier is movable via an electromagnetic drive contactlessly over the reference surface.
  • the electromagnetic drive is preferably partially within the
  • the workpiece carrier is movable relative to the reference surface in six degrees of freedom.
  • the six degrees of freedom preferably comprise a rotation and a translation about a respective spatial axis, wherein the spatial axes are oriented perpendicular to one another.
  • the reference surface comprises a plurality of receiving electrodes or a system of a plurality of first transmitting electrodes and receiving electrodes.
  • the workpiece carrier in turn has a plurality of second transmitting electrodes and / or dielectric elements.
  • the dielectric elements may advantageously be dielectric components of the workpiece carrier or additionally attached dielectric elements.
  • An electric field can be generated by the first transmitting electrodes and / or the second transmitting electrodes. The generated electric field is detectable by the receiving electrodes.
  • a position of the workpiece carrier relative to the receiving electrodes can be determined.
  • the workpiece carrier has only the second transmitting electrodes
  • the reference surface has only the receiving electrodes.
  • it can be deduced from the location of the second transmitting electrodes, based on the electric field detected by the receiving electrodes, which is generated by the second transmitting electrodes.
  • the position of the workpiece carrier relative to the reference surface can be determined.
  • the reference surface comprises the system of first transmitting electrodes and
  • the workpiece carrier comprises the dielectric elements.
  • the electric field generated by the first transmitting electrodes is detectable by the receiving electrodes.
  • the generated electric field is variable by the dielectric elements, especially reinforceable.
  • the receiving electrodes detect an amplified electric field, it can be concluded that the dielectric elements of the workpiece carrier are located above the detecting receiving electrodes.
  • a position of the workpiece carrier relative to the reference surface can be determined.
  • the alternatives mentioned are combined.
  • the first transmitting electrodes and the second transmitting electrodes have different frequencies, so that the source of the electric field is uniquely identifiable.
  • the receiving electrodes are strip-shaped.
  • the strip-shaped electrodes are arranged in a grid pattern.
  • a raster-shaped arrangement is to be understood as meaning that a first plurality of strip-shaped receiving electrodes is arranged in parallel, with a second plurality of receiving electrodes arranged in parallel being provided at an angle thereto.
  • An overlapping area of the individual receiving electrodes of the first plurality and of the second plurality, which inevitably results from such an arrangement, is advantageously kept as small as possible.
  • a cross section of the receiving electrodes at the overlapping regions is reduced. In this way, a crosstalk of the signals received by the individual receiving electrodes is reduced to other receiving electrodes.
  • the first plurality of receiving electrodes is perpendicular to the second plurality of
  • Receiving electrodes arranged. In all angle data made is especially provided that a tolerance range of up to 10 ° is present.
  • the raster shape makes it possible to unambiguously determine a position of the workpiece carrier above the reference surface.
  • two independent coordinates can be determined, which indicate a two-dimensional position of the workpiece carrier on the reference surface.
  • a height of the workpiece carrier above the Reference surface can be determined by a signal strength of the
  • the first transmitting electrodes and / or additionally existing grounding electrodes are directly surrounded by four strip-shaped receiving electrodes.
  • the grounding electrodes serve advantageously as a shielding of the individual receiving electrodes, so that an accurate measurement is made possible.
  • Particularly advantageous two strip-shaped receiving electrodes are connected to a measuring circuit.
  • the measuring circuit is arranged to have a capacitance between the two strip-shaped ones connected to the measuring circuit
  • each strip-shaped electrode is connected to a receiving circuit.
  • Receive circuit is designed to determine an electric field relative to a zero potential.
  • the zero potential is, in particular, a ground, and with particular advantage the potential of the described grounding electrodes. Furthermore, it is advantageously provided that at least a first pair of
  • each receiving electrode of the first pair is arranged adjacent to a receiving electrode of the second pair and to a receiving electrode of the third pair.
  • each receiving electrode of the second pair is arranged adjacent to a receiving electrode of the first pair and to a receiving electrode of the third pair.
  • Edge electrodes having only one further adjacent electrode By such an arrangement, an overlap between the pairs of
  • Electrodes present. Due to the overlap is a complete coverage of the Position of the workpiece carrier allows. Thus, an accurate, safe and reliable detection of the position of the workpiece carrier is possible.
  • the receiving electrodes are rectangular in an advantageous alternative, in particular square.
  • the receiving electrodes are arranged in particular mosaic. At least two rows of receiving electrodes are connected to a measuring circuit.
  • the measuring circuit is in particular identical to the measuring circuit described above. Since, in particular, no grounding electrodes are required for such a measurement, the alternative arrangement of the receiving electrodes allows a large area
  • independent spatial coordinates determine which one
  • the two rows of receiving electrodes connected to a measuring circuit are oriented in particular parallel to one another. It is further provided that a plurality of first rows and a plurality of second rows are provided, wherein the first rows perpendicular to the second
  • Rows are oriented.
  • the workpiece carrier system preferably has a control unit.
  • the control unit is set up to calculate a histogram from the electric fields detected by the receiving electrodes. Based on the
  • Histogram is in particular a position and orientation of the
  • the histogram can be determined in such a way that an intensity which is detected by the reception electrodes, in particular in a strip-shaped manner, is detected.
  • Bar represents an intensity determined by a receiving electrode. These bars can be, taking into account a position of
  • Workpiece carrier corresponds to the reference surface, while a spatial
  • Extension of the pattern of the composite bar represents a position of the workpiece carrier.
  • About the histogram are thus on easy and low-cost manner both a position and an orientation and in particular a height of the workpiece carrier relative to the
  • Reference surface can be determined.
  • the second transmitting electrodes and / or the dielectric elements, which are arranged on the workpiece carrier, are advantageously strip-shaped.
  • Transmitting electrodes and / or dielectric elements arranged parallel to each other thus, a safe and reliable detection by the receiving electrodes.
  • the second transmitting electrodes and / or dielectric elements are asymmetrically mounted on the workpiece carrier. Such an arrangement makes it possible, in particular, to reliably and reliably detect rotations of the workpiece carrier.
  • zero position is meant such a position that the
  • Workpiece carrier occupies the beginning of the position determination. By a bend of 45 °, it is particularly ensured that both the direction and the angular amount of the rotation can be determined unambiguously during a rotation of the workpiece carrier. Due to the arrangement of the second transmitting electrodes and / or dielectric elements, this is possible up to a rotation of 45 °.
  • FIG. 1 is a schematic view of a workpiece carrier system according to a first embodiment of the invention, a schematic view of a workpiece carrier system according to a second embodiment of the invention, a schematic view of an interconnection of
  • a schematic view of a workpiece carrier system according to a third embodiment of the invention a schematic view of the workpiece carrier system according to the third embodiment of the invention during a detection of foreign objects, a schematic view of the workpiece carrier of
  • Embodiment of the invention a schematic view of an alternative workpiece carrier of the workpiece carrier system according to the first
  • a first schematic view of histograms, with which a position of the workpiece carrier can be determined a second schematic view of histograms, with which a position of the workpiece carrier can be determined, a third schematic view of a histogram, with a position of the workpiece carrier determinable is a fourth schematic view of a histogram, with which the position of the workpiece carrier is determinable, a fifth schematic view of a histogram, with which a position of the workpiece carrier is determinable
  • Figure 13 is a schematic view of a reference surface of a
  • FIG. 1 shows schematically a workpiece carrier system 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the workpiece carrier system 1 comprises a reference surface 3 and a workpiece carrier 2.
  • the workpiece carrier 2 is freely floating over the reference surface 3 movable.
  • a capacitive sensor system is present.
  • the capacitive sensor system comprises on the one hand electrodes which are connected to the
  • Workpiece carrier 2 are mounted. So grounding electrodes 8 and second transmitting electrodes 6 are arranged on the workpiece carrier 2. Via the second transmitting electrodes 6, the workpiece carrier 2 is set up to generate an electric field.
  • the receiving electrodes 5 are for detecting the second of the
  • the receiving electrodes 5 are formed strip-shaped.
  • Receiving electrodes 5 are subdivided into a first plurality of
  • Receiving electrodes 5 are connected to receiving circuits 14, via which a determination of an electric field with respect to grounding electrodes 8 is made possible. Between the receiving electrodes 5 grounding electrodes 8 are arranged. This means that each ground electrode 8 is of four different ones
  • Receiving electrodes 5 is framed. By the grounding electrodes 8, the individual receiving electrodes 5 are shielded, so that a secure and reliable reception of signals is possible. Thus, one is
  • Receiving electrodes 5 form a grid due to their arrangement, thus can determine a position of the workpiece carrier 2. This will be described below with reference to FIGS. 8 to 12.
  • Figure 2 shows schematically a second embodiment of the invention. In this case, the reference surface 3 differs from the reference surface 3 of the
  • the Workpiece carrier system 1 such that instead of the ground electrodes 8 first transmitting electrodes 4 are present.
  • the first transmitting electrodes 4 emit a signal derived from the
  • Receiving electrodes 5 is receivable. Not shown is one
  • Receive circuits 14 are thus configured to determine an electric field with respect to the large area ground electrode.
  • the workpiece carrier 2 differs from the first embodiment in that it has only dielectric elements 7.
  • Dielectric elements 7 may be either dielectric components of the
  • receiving electrodes 5 receive a stronger signal when the workpiece carrier 2 is above them
  • Receiving electrode 5 is because the dielectric elements 7 increase the capacitive coupling between the first transmitting electrodes 4 and receiving electrodes 5.
  • receive the receiving electrodes 5 at such locations a modified, in particular amplified, signal at which the
  • Workpiece carrier 2 is located. A position determination takes place again advantageously analogous to the first embodiment and is described below with reference to FIGS 8 to 12.
  • Figure 3 shows a connection of the receiving electrodes 5, in particular in the workpiece carrier system 1 according to a fourth embodiment, to the
  • an orientation of the workpiece carrier 2 can also be determined.
  • two receiving electrodes 5 are connected to a measuring circuit 9.
  • Measuring circuit 9 is designed in particular for determining a capacitance between the receiving electrodes 5 connected to the measuring circuit 9.
  • Receiving electrodes 5 each connected to a measuring circuit 9. It is provided that receiving electrodes 5 of a first pair 10 are each adjacent to receiving electrodes 5 of a second pair 1 1 and a third pair 12 are arranged. Likewise receiving electrodes 5 of the second pair 1 1 are arranged adjacent to receiving electrodes 5 of the first pair 10 and the third pair 12. An exception to this is only true for receiving electrodes 5 at one edge of the reference surface 3. At one edge, two variations are possible. According to a first variation, there is a gap at one point, since one of the pairs 10, 11, 12 can no longer be formed due to the edge. Alternatively, it can be provided in a second variation that two reference surfaces 3 adjoin one another. In this case, one of the pairs 10, 1 1, 12 is preferably provided across areas, so that one of the pairs 10, 1 1, 12 in each case comprises a receiving electrode 5 in each of the two adjoining reference surfaces 5.
  • the measuring circuits 9 may advantageously be C2D converters. These allow a very fast conversion of the capacity into a digital one
  • Control unit 13 connectable. Thus, further processing of the capacitances determined by the measuring circuits 9 takes place via the control unit 13.
  • the control unit 13 in particular determines the position on the basis of Histograms, which will be described below with reference to Figures 8 to 12.
  • the reference surface 3 can be advantageously divided into several modules.
  • a module includes a predefined number
  • a connection between the modules is advantageously present in order to exchange position data, in particular in the form of measured capacitances of the receiving electrodes 5 to be able to.
  • the control unit 13 is also known a dimension of the reference surface 13. Thus, it can be determined on the basis of the control unit 13 when the workpiece carrier 13 is located on an edge of the reference surface 3. In this case, the position is calculated only on the basis of those capacities that are influenced by the workpiece carrier 3.
  • the above-described first embodiment of the workpiece carrier system 1 has the advantage that a detection of the position only on the
  • Workpiece carrier 2 refers. Additional items, in particular
  • the first embodiment has the disadvantage that a power supply to the workpiece carrier 2 is needed.
  • a power supply can in particular by a battery, a rechargeable battery or via inductive
  • the second embodiment has the advantage that foreign objects 15 (see FIG. In addition, the workpiece carrier 2 requires no power supply.
  • Figures 4 and 5 show a workpiece carrier system 1 according to a third embodiment of the invention, wherein the third embodiment is a combination of the first embodiment and the second
  • FIG. 4 shows a schematic view of the workpiece carrier system 1 according to the third exemplary embodiment of FIG Invention
  • Figure 5 shows the workpiece carrier system 1 according to the third embodiment of the invention, while foreign objects 15 are detected.
  • first transmitting electrodes 4 some of the ground electrodes 8 of the reference surface 3 are replaced by first transmitting electrodes 4.
  • the first transmitting electrodes 4 and the second transmitting electrodes 6 emit signals of a different frequency.
  • other methods may be used to distinguish the signals of the first transmitting electrodes 4 from the signals of the second transmitting electrodes 6. Such methods may in particular be a time division multiplex and / or a code division.
  • a position detection of the workpiece carrier 2 takes place analogously to the first embodiment.
  • Figure 6 shows schematically the workpiece carrier 2 according to the first
  • Figure 7 shows an alternative embodiment of the workpiece carrier 2, which in the workpiece carrier system according to the first
  • Embodiment of the invention can be used.
  • the workpiece carrier 2 comprises a plurality of second transmitting electrodes 6, wherein the second transmitting electrodes 6 are framed by grounding electrodes 8. Thus, the second transmitting electrodes 6 are shielded by the grounding electrodes 8. In this way, a defined transmission of signals is possible. In particular, it prevents that from the second Transmitting electrodes 6 emitted signals propagate undefined in all spatial directions.
  • the second transmitting electrodes 6 and the grounding electrodes 8 are identical to The second transmitting electrodes 6 and the grounding electrodes 8.
  • FIG. 6 shows that the second transmitting electrodes 6 and the
  • Grounding electrodes 8 are only rotated by 45 ° relative to the workpiece carrier 2.
  • the orientation of the workpiece carrier 2 shown in FIG. 6 corresponds to an orientation of the workpiece carrier 2 in a zero position.
  • the zero position is in particular that position which the workpiece carrier 2 occupies at the beginning of the position determination.
  • Reference surface 3 rotated by 45 °. This allows detection of a
  • Control unit 13 can be created.
  • the histograms serve to determine the position as well as to determine the orientation of the
  • Figures 8 and 9 show a determination of a rotation of the workpiece carrier 2 and a position of the
  • Figures 10 to 12 indicate the determination of a height of the workpiece carrier and a tilting of the workpiece carrier.
  • control unit 13 determines an intensity of a received signal for each receiving electrode 5.
  • the intensity is shown in the histogram 16 as a bar. It is on an axis of
  • Receiving electrodes 5 are arranged in a grid pattern and are in particular divided into two groups, wherein the groups of receiving electrodes 5 are oriented perpendicular to each other, results for the determination of position and orientation, a comparison of two histograms 16.
  • one histogram corresponds to one of the groups of receiving electrodes 5.
  • the orientation of the second transmitting electrodes 6 or the dielectric elements 7 of the workpiece carrier 2 can be represented. Since an orientation of the second transmitting electrodes 6 and the dielectric elements 7 is known, also a position and orientation of the workpiece carrier 2 is known.
  • Figure 8 shows a case in which the workpiece carrier 2 has no rotation.
  • the histograms 16 of the two spatial axes which are each represented by a group of receiving electrodes 5, are identical. If the histograms are not identical, the case shown in FIG. 9 occurs. A comparison of the histograms therefore reveals that a rotation of the workpiece carrier 2 is present.
  • FIG. 10 shows a histogram 16 of the workpiece carrier 2 in a basic position.
  • FIG. 11 shows a histogram 16 of the workpiece carrier 2 when a distance to the reference surface 3 relative to the basic position is increased. In this case, it can be seen that the intensity of the histogram decreases. As a result, the control unit 13 is aware of the height of the workpiece carrier 2 above the reference surface 3.
  • both a position in three-dimensional space and an orientation of the workpiece carrier 2 can be reliably and reliably determined by means of the receiving electrodes 5 mounted within the reference surface 3.
  • the Receiving electrodes 5 simple and inexpensive to provide, in particular by means of printed circuit boards.
  • the receiving electrodes 5 and the grounding electrodes 8 and / or the first transmitting electrodes 4 need only a small overall height, so that only a small distance between the workpiece carrier 2 and the reference surface 3 is required to the receiving electrodes 5 and the first transmitting electrodes 4 and the grounding electrodes. 8 to install.
  • FIG. 13 shows a reference surface 3 according to an alternative
  • Embodiment of the fourth embodiment wherein an alternative electrode shape of the receiving electrodes 5 is used.
  • the reference surface 3 in turn comprises a plurality of receiving electrodes 5, wherein the
  • Receiving electrodes 5 are square. In addition, it is provided that the receiving electrodes 5 at outer corners with adjacent
  • Receiving electrodes 5 are connected so that rows of such
  • Receiving electrodes 5 result.
  • the receiving electrodes 5 are arranged in a mosaic shape, whereby the entire surface of the reference surface 3 is covered with the receiving electrodes 5. It is envisaged that two different groups of receiving electrodes 5 are present.
  • a first group comprises parallel rows of connected receive electrodes 5.
  • the second group also comprises parallel rows of connected receive electrodes 5, the parallel rows of the first group being oriented perpendicular to the parallel rows of the second group.
  • at least two such parallel networks are connected by means of a measuring circuit 9.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückträgersystem (1), umfassend einen frei schwebenden Werkstückträger (2), und eine Referenzfläche (3), wobei der Werkstückträger (2) frei schwebend über der Referenzfläche (3) bewegbar ist, wobei die Referenzfläche (3) eine Vielzahl von Empfangselektroden (5) oder ein System aus einer Vielzahl von ersten Sendeelektroden (4) und einer Vielzahl von Empfangselektroden (5) aufweist, wobei der Werkstückträger (2) eine Vielzahl von zweiten Sendeelektroden (6) und/oder dielektrischen Elementen (7) aufweist, wobei durch die ersten Sendeelektroden (4) ein von den dielektrischen Elementen (7) veränderbares elektrisches Feld erzeugbar ist und/oder wobei von den zweiten Sendeelektroden (6) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, und wobei das erzeugte elektrische Feld von den Empfangselektroden (5) detektierbar ist, sodass eine Position des Werkstückträgers relativ zu den Empfangselektroden (3) bestimmbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Werkstückträgersvstem Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkstückträgersystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Werkstückträgersystem mit einem frei schwebenden Werkstückträger, wobei die Position des frei schwebenden Werkstückträgers bestimmbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind Werkstückträgersysteme bekannt. Dabei ist außerdem bekannt, dass Werkstückträger, die insbesondere frei schwebend über einer Oberfläche bewegbar sind, überwacht werden müssen, um eine Position des Werkstückträgers zu ermitteln. Für solche Überwachungen sind beispielsweise kapazitive Sensoren bekannt, die jedoch aufgrund der benötigten Bauraumgröße in machen Anwendungen nicht eingesetzt werden können. Optische Sensoren, insbesondere Stereokameras, sind teuer und aufwändig zu installieren, wodurch solche Sensoren je nach Anwendungsfall nicht geeignet sind. Ein Werkstückträgersystem umfassend eine Stereokamera zur
Positionsbestimmung eines frei schwebenden Werkstückträgers ist
beispielsweise aus der WO 2013/059934 A1 bekannt.
Grundsätzlich ist an den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen nachteilig, dass eine große Anzahl von Sensoren verwendet werden muss, wodurch das Werkstückträgersystem sehr teuer ist. Außerdem ist durch die Vielzahl von Sensoren eine große Bauhöhe von Nöten, die sich negativ auf die Leistungsfähigkeit des Werkstückträgersystems auswirkt.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Werkstückträgersystem erlaubt eine genaue
Positionierung eines frei schwebenden Werkstückträgers über einer
Referenzfläche. Dabei wird nur ein geringer Bauraum benötigt, um die
notwendigen Sensoren bereitzustellen. Gleichzeitig ist das
Werkstückträgersystem sehr kostengünstig und aufwandsarm zu fertigen. Das erfindungsgemäße Werkstückträgersystem umfasst einen frei schwebenden Werkstückträger und eine Referenzfläche. Dabei ist vorgesehen, dass der Werkstückträger über der Referenzfläche frei schwebend bewegbar ist. Unter frei schwebend ist insbesondere vorgesehen, dass der Werkstückträger über einen elektromagnetischen Antrieb kontaktlos über die Referenzfläche bewegbar ist.
Der elektromagnetische Antrieb ist bevorzugt teilweise innerhalb der
Referenzfläche und teilweise innerhalb des Werkstückträgers angeordnet.
Insbesondere ist der Werkstückträger relativ zu der Referenzfläche in sechs Freiheitsgraden bewegbar. Die sechs Freiheitsgrade umfassen bevorzugt eine Rotation und eine Translation um je eine Raumachse, wobei die Raumachsen senkrecht zueinander orientiert sind. Es ist außerdem vorgesehen, dass die Referenzfläche eine Vielzahl von Empfangselektroden oder ein System aus einer Vielzahl von ersten Sendeelektroden und Empfangselektroden aufweist. Der Werkstückträger wiederum weist eine Vielzahl von zweiten Sendeelektroden und/oder dielektrischen Elementen auf. Bei den dielektrischen Elementen kann es sich vorteilhafterweise um dielektrische Bauteile des Werkstückträgers oder um zusätzlich angebrachte dielektrische Elemente handeln. Durch die ersten Sendeelektroden und/oder die zweiten Sendeelektroden ist ein elektrisches Feld erzeugbar. Das erzeugte elektrische Feld ist von den Empfangselektroden detektierbar. Auf diese Weise ist eine Position des Werkstückträgers relativ zu den Empfangselektroden bestimmbar. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass der Werkstückträger lediglich die zweiten Sendeelektroden aufweist, während die Referenzfläche lediglich die Empfangselektroden aufweist. In diesem Fall kann anhand des von den Empfangselektroden detektierten elektrischen Felds, das von den zweiten Sendeelektroden erzeugt wird, darauf geschlossen werden, wo sich die zweiten Sendeelektroden befinden. Auf diese Weise ist die Position des Werkstückträgers relativ zu der Referenzfläche bestimmbar. Alternativ weist die Referenzfläche das System von ersten Sendeelektroden und
Empfangselektroden auf, wobei der Werkstückträger die dielektrischen Elemente aufweist. In diesem Fall ist das von den ersten Sendeelektroden erzeugte elektrische Feld von den Empfangselektroden detektierbar. Dabei ist das erzeugte elektrische Feld von den dielektrischen Elementen veränderbar, insbesondere verstärkbar. Somit lässt sich an solchen Stellen, an denen die Empfangselektroden ein verstärktes elektrisches Feld detektieren, darauf schließen, dass sich die dielektrischen Elemente des Werkstückträgers oberhalb der detektierenden Empfangselektroden befinden. Somit lässt sich wiederum eine Position des Werkstückträgers relativ zu der Referenzfläche bestimmen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die genannten Alternativen kombiniert. Bei einer derartigen Kombination weisen die ersten Sendeelektroden und die zweiten Sendeelektroden unterschiedliche Frequenzen auf, sodass die Quelle des elektrischen Felds eindeutig identifizierbar ist. In diesem Fall wird vorteilhafterweise eine Positionserkennung gemäß der zuerst beschriebenen
Alternative durchgeführt, während eine Erkennung von Fremdobjekten gemäß der zweiten Alternative durchgeführt wird. Dazu ist vorgesehen, dass die
Fremdobjekte dielektrische Eigenschaften aufweisen. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum
Inhalt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Empfangselektroden streifenförmig ausgebildet sind. Dabei sind die streifenförmigen Elektroden rasterförmig angeordnet. Unter rasterformiger Anordnung ist insbesondere zu verstehen, dass eine erste Vielzahl von streifenförmigen Empfangselektroden parallel angeordnet ist, wobei abgewinkelt dazu eine zweite Vielzahl von parallel angeordneten Empfangselektroden vorhanden ist. Ein Überlappungsbereich der einzelnen Empfangselektroden der ersten Vielzahl und der zweiten Vielzahl, der durch eine solche Anordnung zwangsläufig entsteht, ist vorteilhafterweise so gering wie möglich gehalten. Insbesondere ist ein Querschnitt der Empfangselektroden an den Überlappungsbereichen verringert. Auf diese Weise ist ein Übersprechen der von den einzelnen Empfangselektroden empfangenen Signale auf andere Empfangselektroden reduziert. Besonders bevorzugt ist die erste Vielzahl von Empfangselektroden rechtwinklig zu der zweiten Vielzahl von
Empfangselektroden angeordnet. Bei allen gemachten Winkelangaben ist insbesondere vorgesehen, dass ein Toleranzbereich von bis zu 10° vorhanden ist. Durch die Rasterform lässt sich eine Position des Werkstückträgers oberhalb der Referenzfläche eindeutig bestimmen. So können aus den empfangenen Signalen der Empfangselektroden zwei unabhängige Koordinaten ermittelt werden, die eine zweidimensionale Position des Werkstückträgers auf der Referenzfläche anzeigen. Eine Höhe des Werkstückträgers oberhalb der Referenzfläche lässt sich anhand einer Signalstärke des von den
Empfangselektroden empfangenen elektrischen Feldes ermitteln.
Besonders bevorzugt sind die ersten Sendeelektroden und/oder zusätzlich vorhandene Erdungselektroden von vier streifenförmigen Empfangselektroden unmittelbar umgeben. Die Erdungselektroden dienen vorteilhafterweise als Abschirmung der einzelnen Empfangselektroden, sodass eine genaue Messung ermöglicht ist. Durch eine derartige Anordnung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass eine Vielzahl von ersten Sendeelektroden und/oder Empfangselektroden und/oder Erdungselektroden auf der Referenzfläche platzsparend angebracht werden können.
Besonders vorteilhaft sind zwei streifenförmige Empfangselektroden mit einer Messschaltung verbunden. Die Messschaltung ist eingerichtet, eine Kapazität zwischen den zwei mit der Messschaltung verbundenen streifenförmigen
Elektroden zu ermitteln. In diesem Fall erfolgt die Messung unabhängig von einer Erdung. Für derartige Anwendungsfälle sind einfache und kostengünstige Messschaltungen vorhanden. Gleichzeitig ist eine genaue und lückenlose Erfassung einer Position des Werkstückträgers ermöglicht. Alternativ ist jede streifenförmige Elektrode mit einer Empfangsschaltung verbunden. Die
Empfangsschaltung ist zum Bestimmen eines elektrischen Feldes relativ zu einem Nullpotential ausgebildet. Das Nullpotential ist insbesondere eine Erdung, besonders vorteilhaft das Potential der beschriebenen Erdungselektroden. Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zumindest ein erstes Paar von
Empfangselektroden, zumindest ein zweites Paar von Empfangselektroden und zumindest ein drittes Paar von Empfangselektroden mit jeweils einer
Messschaltung verbunden sind. Dabei ist jede Empfangselektrode des ersten Paares benachbart zu einer Empfangselektrode des zweiten Paares und zu einer Empfangselektrode des dritten Paares angeordnet. Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass jede Empfangselektrode des zweiten Paares benachbart zu einer Empfangselektrode des ersten Paares und zu einer Empfangselektrode des dritten Paares angeordnet ist. Eine Ausnahme hierfür gilt nur für
Randelektroden, die nur eine weitere benachbarte Elektrode aufweisen. Durch eine solche Anordnung ist eine Überlappung zwischen den Paaren von
Elektroden vorhanden. Durch die Überlappung ist eine lückenlose Erfassung der Position des Werkstückträgers ermöglicht. Somit ist eine genaue, sichere und zuverlässige Erfassung der Position des Werkstückträgers ermöglicht.
Die Empfangselektroden sind in einer vorteilhaften Alternative rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet. Außerdem sind die Empfangselektroden insbesondere mosaikförmig angeordnet. Dabei sind zumindest zwei Reihen von Empfangselektroden mit einer Messschaltung verbunden. Die Messschaltung ist insbesondere identisch zu der zuvor beschriebenen Messschaltung. Da für eine derartige Messung insbesondere keine Erdungselektroden von Nöten sind, erlaubt die alternative Anordnung der Empfangselektroden ein großflächiges
Abdecken der Referenzfläche. Somit ist eine sichere und zuverlässige Detektion der Position des Werkstückträgers ermöglicht. Die Bestimmung der Position erfolgt dabei insbesondere analog wie zuvor beschrieben. Durch die
Verschaltung von zwei Reihen von Empfangselektroden lassen sich
insbesondere unabhängige Raumkoordinaten bestimmen, die eine
zweidimensionale Position des Werkstückträgers relativ zu der Referenzfläche anzeigen. Dazu sind die zwei zu einer Messschaltung verbundenen Reihen von Empfangselektroden insbesondere parallel zueinander orientiert. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von ersten Reihen und eine Vielzahl von zweiten Reihen vorhanden sind, wobei die ersten Reihen senkrecht zu den zweiten
Reihen orientiert sind.
Bevorzugt weist das Werkstückträgersystem eine Steuerungseinheit auf. Die Steuerungseinheit ist eingerichtet, aus den von den Empfangselektroden detektierten elektrischen Feldern ein Histogramm zu berechnen. Anhand des
Histogramms lässt sich insbesondere eine Position und Ausrichtung des
Werkstückträgers bestimmen. Das Histogramm ist insbesondere derart bestimmbar, dass eine Intensität, die von den, insbesondere streifenförmig ausgebildeten, Empfangselektroden detektiert wird. Eine grafische
Repräsentation des Histogramms ist somit ein Balkendiagramm, wobei jeder
Balken eine von einer Empfangselektrode bestimmte Intensität repräsentiert. Diese Balken lassen sich, unter Berücksichtigung einer Position der
detektierenden Empfangselektroden, zu einem zweidimensionalen Muster zusammensetzen, wobei die Höhe der Balken einer Entfernung des
Werkstückträgers von der Referenzfläche entspricht, während eine räumliche
Ausdehnung des Musters aus den zusammengesetzten Balken eine Position des Werkstückträgers repräsentiert. Über das Histogramm sind somit auf einfache und aufwandsarme Weise sowohl eine Position als auch eine Ausrichtung und insbesondere auch eine Höhe des Werkstückträgers relativ zu der
Referenzfläche ermittelbar.
Die zweiten Sendeelektroden und/oder die dielektrischen Elemente, die auf dem Werkstückträger angeordnet sind, sind vorteilhafterweise streifenförmig ausgebildet. Insbesondere sind die streifenförmig ausgebildeten zweiten
Sendeelektroden und/oder dielektrischen Elemente parallel zueinander angeordnet. Somit erfolgt eine sichere und zuverlässige Detektierung durch die Empfangselektroden.
Besonders vorteilhaft sind die zweiten Sendeelektroden und/oder dielektrischen Elemente asymmetrisch auf dem Werkstückträger angebracht. Durch eine solche Anordnung ist insbesondere ermöglicht, Rotationen des Werkstückträgers sicher und zuverlässig zu erkennen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die zweiten
Sendeelektroden und/oder dielektrischen Elemente in einer Nullposition des Werkstückträgers gegenüber den, insbesondere streifenförmig ausgebildeten, Empfangselektroden abgewinkelt. Ein derartiger Winkel beträgt insbesondere 45°. Unter Nullposition wird eine solche Position verstanden, die der
Werkstückträger bei Beginn der Positionsbestimmung einnimmt. Durch eine abwinkelung von 45° ist insbesondere sichergestellt, dass bei einer Rotation des Werkstückträgers sowohl die Richtung als auch der Winkelbetrag der Rotation eindeutig bestimmbar ist. Aufgrund der Anordnung der zweiten Sendeelektroden und/oder dielektrischen Elemente ist dies bis zu einer Rotation um 45° ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: eine schematische Ansicht eines Werkstückträgersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht eines Werkstückträgersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht einer Verschaltung der
Empfangselektroden des Werkstückträgersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht eines Werkstückträgersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht des Werkstückträgersystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung während einer Erkennung von Fremdobjekten, eine schematische Ansicht des Werkstückträgers des
Werkstückträgersystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht eines alternativen Werkstückträgers des Werkstückträgersystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine erste schematische Ansicht von Histogrammen, mit denen eine Position des Werkstückträgers bestimmbar ist, eine zweite schematische Ansicht von Histogrammen, mit denen eine Position des Werkstückträgers bestimmbar ist, eine dritte schematische Ansicht eines Histogramms, mit dem eine Position des Werkstückträgers bestimmbar ist, eine vierte schematische Ansicht eines Histogramms, mit dem die Position des Werkstückträgers bestimmbar ist, eine fünfte schematische Ansicht eines Histogramms, mit dem eine Position des Werkstückträgers bestimmbar ist, und Figur 13 eine schematische Ansicht einer Referenzfläche eines
Werkstückträgersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch ein Werkstückträgersystem 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Werkstückträgersystem 1 umfasst eine Referenzfläche 3 sowie einen Werkstückträger 2. Der Werkstückträger 2 ist frei schwebend über der Referenzfläche 3 bewegbar. Um eine Position sowie eine Ausrichtung des Werkstückträgers 2 relativ zu der Referenzfläche 3 zu ermitteln, ist ein kapazitives Sensorsystem vorhanden.
Das kapazitive Sensorsystem umfasst einerseits Elektroden, die an dem
Werkstückträger 2 angebracht sind. So sind Erdungselektroden 8 und zweite Sendeelektroden 6 an dem Werkstückträger 2 angeordnet. Über die zweiten Sendeelektroden 6 ist der Werkstückträger 2 eingerichtet, ein elektrisches Feld zu erzeugen.
An der Referenzfläche 3 ist eine Vielzahl von Empfangselektroden 5 angeordnet. Die Empfangselektroden 5 dienen zum Detektieren des von den zweiten
Sendeelektroden 6 erzeugten elektrischen Feldes.
Um eine Positionserkennung des Werkstückträgers 2 durchführen zu können, sind die Empfangselektroden 5 streifenförmig ausgebildet. Die
Empfangselektroden 5 unterteilen sich in eine erste Vielzahl von
Empfangselektroden 5 und in eine zweite Vielzahl von Empfangselektroden 5, wobei die erste Vielzahl senkrecht zu der zweiten Vielzahl angeordnet ist. An solchen Bereichen, an denen sich die Empfangselektroden 5 überschneiden, weisen diese einen verminderten Querschnitt auf, um einen
Überlappungsbereich der Empfangselektroden 5 zu minimieren. Auf diese Weise ist ein Übersprechen eines von einer Empfangselektrode 5 empfangenen Signals auf eine andere Empfangselektrode 5 vermieden. Die streifenförmigen
Empfangselektroden 5 sind mit Empfangsschaltungen 14 verbunden, über die eine Bestimmung eines elektrischen Feldes bezüglich Erdungselektroden 8 ermöglicht ist. Zwischen den Empfangselektroden 5 sind Erdungselektroden 8 angeordnet. Dies bedeutet, dass jede Erdungselektrode 8 von vier unterschiedlichen
Empfangselektroden 5 eingerahmt ist. Durch die Erdungselektroden 8 sind die einzelnen Empfangselektroden 5 abgeschirmt, sodass ein sicheres und zuverlässiges Empfangen von Signalen ermöglicht ist. Somit ist eine
Verfälschung der Signale verhindert.
Um eine Position des Werkstückträgers 2 zu bestimmen, ist vorgesehen, dass die von den jeweiligen Empfangselektroden 5 empfangene Intensität des von den zweiten Sendeelektroden 6 erzeugten elektrischen Feldes ermittelt wird. Da die
Empfangselektroden 5 aufgrund ihrer Anordnung ein Raster bilden, lässt sich somit eine Position des Werkstückträgers 2 bestimmen. Dies wird nachfolgend anhand der Figuren 8 bis 12 beschrieben. Figur 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei unterscheidet sich die Referenzfläche 3 von der Referenzfläche 3 des
Werkstückträgersystems 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel derart, dass anstatt der Erdungselektroden 8 erste Sendeelektroden 4 vorhanden sind. Die ersten Sendeelektroden 4 senden ein Signal aus, das von den
Empfangselektroden 5 empfangbar ist. Nicht eingezeichnet ist eine
darunterliegende, großflächige Erdungselektrode, welche das Bezugspotential für die Sendeelektroden 4 und die Empfangselektroden 5 bildet. Die
Empfangsschaltungen 14 sind somit zum Bestimmen eines elektrischen Feldes bezüglich der großflächigen Erdungselektrode ausgebildet.
Der Werkstückträger 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass dieser lediglich dielektrische Elemente 7 aufweist. Die
dielektrischen Elemente 7 können entweder dielektrische Bauteile des
Werkstückträgers 2 selbst sein, oder alternativ zusätzlich aufgebrachte dielektrische Elemente 7, insbesondere in Form von dielektrischen
Materialstreifen. Auf diese Weise empfangen Empfangselektroden 5 ein stärkeres Signal, wenn sich der Werkstückträger 2 oberhalb von diesen
Empfangselektroden 5 befindet, da die dielektrischen Elemente 7 die kapazitive Kopplung zwischen ersten Sendeelektroden 4 und Empfangselektroden 5 verstärken. Somit empfangen die Empfangselektroden 5 an solchen Stellen ein verändertes, insbesondere verstärktes, Signal, an denen sich der
Werkstückträger 2 befindet. Eine Positionsbestimmung erfolgt wiederum vorteilhafterweise analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel und ist nachfolgend anhand der Figuren 8 bis 12 beschrieben.
Figur 3 zeigt ein Verschalten der Empfangselektroden 5, insbesondere bei dem Werkstückträgersystem 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, um die
Position des Werkstückträgers 2 ermitteln zu können. Zusätzlich zu der Position ist außerdem eine Ausrichtung des Werkstückträgers 2 ermittelbar. Dazu sind zwei Empfangselektroden 5 mit einer Messschaltung 9 verbunden. Die
Messschaltung 9 ist insbesondere zum Bestimmen einer Kapazität zwischen den mit der Messschaltung 9 verbundenen Empfangselektroden 5 ausgebildet.
Insbesondere sind auf diese Weise drei verschiedene Paare von
Empfangselektroden 5 mit jeweils einer Messschaltung 9 verbunden. Dabei ist vorgesehen, dass Empfangselektroden 5 eines ersten Paares 10 jeweils benachbart zu Empfangselektroden 5 eines zweiten Paares 1 1 sowie eines dritten Paares 12 angeordnet sind. Ebenso sind Empfangselektroden 5 des zweiten Paares 1 1 benachbart zu Empfangselektroden 5 des ersten Paares 10 sowie des dritten Paares 12 angeordnet. Eine Ausnahme hiervon gilt lediglich für Empfangselektroden 5 an einem Rand der Referenzfläche 3. An einem Rand sind zwei Variationen möglich. Gemäß einer ersten Variation befindet sich an einer Stelle eine Lücke, da eines der Paare 10, 1 1 , 12 aufgrund des Randes nicht mehr gebildet werden kann. Alternativ kann in einer zweiten Variation vorgesehen sein, dass zwei Referenzflächen 3 aneinander grenzen. In diesem Fall ist eines der Paare 10, 1 1 , 12 bevorzugt flächenübergreifend vorgesehen, so dass eines der Paare 10, 1 1 , 12 jeweils eine Empfangselektrode 5 in jeder der beiden aneinandergrenzenden Referenzflächen 5 umfasst. Durch die genannte
Verschachtelung der Paare 10, 1 1 , 12 von Empfangselektroden 5 ist eine Überlappung der Messbereiche vorhanden. Somit ist sowohl eine Position als auch eine Ausrichtung des Werkstückträgers 2 lückenlos erfassbar. Bei den Messschaltungen 9 kann es sich vorteilhafterweise um C2D-Konverter handeln. Diese ermöglichen eine sehr schnelle Wandlung der Kapazität in einen digitalen
Wert. Außerdem ist eine Zeitmessung bei einer Ladekurve und/oder einer Endladekurve der Kapazität vorhanden. Die Messung erfolgt dabei unabhängig von Erdungselektroden 8. Vorteilhafterweise sind derartige Messschaltungen 9 sehr kostengünstig und über eine serielle Schnittstelle 17 mit einer
Steuerungseinheit 13 verbindbar. Somit erfolgt eine Weiterverarbeitung der von den Messschaltungen 9 bestimmten Kapazitäten über die Steuerungseinheit 13. Die Steuerungseinheit 13 bestimmt insbesondere die Position anhand von Histogrammen, was nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 8 bis 12 beschrieben wird.
Die Referenzfläche 3 kann vorteilhafterweise in mehrere Module unterteilt werden. Dabei umfasst ein Modul eine vordefinierte Anzahl an
Empfangselektroden 5. Um eine Positionsbestimmung des Werkstückträgers 2 auch dann durchführen zu können, wenn dieser sich von einem Modul zu einem nächsten Modul bewegt, ist vorteilhafterweise eine Verbindung zwischen den Modulen vorhanden, um Positionsdaten, insbesondere in Form von gemessenen Kapazitäten der Empfangselektroden 5, austauschen zu können.
Der Steuerungseinheit 13 ist außerdem eine Abmessung der Referenzfläche 13 bekannt. Somit ist anhand der Steuerungseinheit 13 bestimmbar, wann sich der Werkstückträger 13 an einem Rand der Referenzfläche 3 befindet. In diesem Fall erfolgt ein Berechnen der Position lediglich anhand solcher Kapazitäten, die von dem Werkstückträger 3 beeinflusst werden.
Das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel des Werkstückträgersystems 1 hat den Vorteil, dass sich eine Detektion der Position lediglich auf den
Werkstückträger 2 bezieht. Zusätzliche Gegenstände, wie insbesondere
Überbauten, Hände eines Benutzers, oder sonstige Elemente oberhalb der Referenzfläche 3 bleiben bei der Positionsbestimmung unberücksichtigt. Somit ist eine sehr robuste und genaue Positionsbestimmung ermöglicht. Das erste Ausführungsbeispiel hat jedoch den Nachteil, dass eine Stromversorgung an dem Werkstückträger 2 benötigt wird. Eine solche Stromversorgung kann insbesondere durch eine Batterie, einen Akkumulator oder über induktive
Kopplung realisiert sein.
Das zweite Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass auch Fremdobjekte 15 (vgl. Figur 5) erkannt werden. Außerdem benötigt der Werkstückträger 2 keinerlei Stromversorgung.
Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Werkstückträgersystem 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das dritte Ausführungsbeispiel eine Kombination aus dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten
Ausführungsbeispiel darstellt. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht des Werkstückträgersystems 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Figur 5 das Werkstückträgersystem 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, während Fremdobjekte 15 erkannt werden. Grundsätzlich ist der Aufbau des Werkstückträgersystems 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung identisch zu dem Aufbau des
Werkstückträgersystems 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Allerdings sind einige der Erdungselektroden 8 der Referenzfläche 3 durch erste Sendeelektroden 4 ersetzt. Die ersten Sendeelektroden 4 und die zweiten Sendeelektroden 6 senden Signale mit einer unterschiedlichen Frequenz aus. Alternativ können andere Verfahren angewandt werden, um die Signale der ersten Sendeelektroden 4 von den Signalen der zweiten Sendeelektroden 6 zu unterscheiden. Bei solchen Verfahren kann es sich insbesondere um einen Zeitmultiplex und/oder um einen Codemultiplex handeln.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Positionserkennung des Werkstückträgers 2 analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt. Über die ersten
Sendeelektroden 4 und die Empfangselektroden 5 ist zusätzlich ein Erkennen von Fremdobjekten 15 ermöglicht. Dabei folgt das Erkennen der Fremdobjekte 15 den Prinzipien des zweiten Ausführungsbeispiels. Durch Fremdobjekte 15 ist sichergestellt, dass nur solche Bereiche der Referenzfläche 3 von dem
Werkstückträger 2 angefahren werden, die nicht durch Fremdobjekte 15 belegt sind. Durch das genaue Bestimmen der Position der Fremdobjekte 15, wie dies im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ist ein sicheres und zuverlässiges Umfahren von
Fremdobjekten 15 ermöglicht.
Figur 6 zeigt schematisch den Werkstückträger 2 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 7 zeigt eine alternative Ausführung des Werkstückträgers 2, der in dem Werkstückträgersystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt werden kann.
Der Werkstückträger 2 umfasst eine Vielzahl von zweiten Sendeelektroden 6, wobei die zweiten Sendeelektroden 6 von Erdungselektroden 8 eingerahmt sind. Somit sind die zweiten Sendeelektroden 6 durch die Erdungselektroden 8 abgeschirmt. Auf diese Weise ist ein definiertes Aussenden von Signalen ermöglicht. Insbesondere ist verhindert, dass sich von den zweiten Sendeelektroden 6 ausgesandte Signale Undefiniert in alle Raumrichtungen ausbreiten.
Die zweiten Sendeelektroden 6 sowie die Erdungselektroden 8 sind
insbesondere asymmetrisch auf der Oberfläche des Werkstückträgers 2 angeordnet. Dies ist insbesondere aus Figur 7 ersichtlich. Durch ein solches asymmetrisches Anordnen lässt sich eine Rotation des Werkstückträgers 2 aufgrund der veränderten Signale eindeutig erkennen. Somit liegen unabhängig von einer Verdrehung des Werkstückträgers 2 keinerlei Beschränkungen bei der Erfassung der Position und der Ausrichtung des Werkstückträgers 2 vor.
In Figur 6 ist gezeigt, dass die zweiten Sendeelektroden 6 sowie die
Erdungselektroden 8 lediglich um 45° gegenüber dem Werkstückträger 2 verdreht sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die in Figur 6 gezeigte Orientierung des Werkstückträgers 2 einer Orientierung des Werkstückträgers 2 in einer Nullposition entspricht. Die Nullposition ist insbesondere diejenige Position, die der Werkstückträger 2 bei Beginn der Positionsbestimmung einnimmt. Somit sind die zweiten Sendeelektroden 6 sowie die
Erdungselektroden 8 auch gegenüber den Empfangselektroden 5 der
Referenzfläche 3 um 45° verdreht. Dies ermöglicht eine Erkennung einer
Rotation des Werkstückträgers 2, wenn die Rotation des Werkstückträgers 2 maximal 45° beträgt. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf Figuren 8 und 9 erklärt. Die Figuren 8 bis 12 zeigen unterschiedliche Histogramme 16, die mittels der
Steuerungseinheit 13 erstellbar sind. Dabei dienen die Histogramme zu einer Positionsbestimmung sowie zu einer Bestimmung der Ausrichtung des
Werkstückträgers 2. Insbesondere zeigen die Figuren 8 und 9 eine Bestimmung einer Verdrehung des Werkstückträgers 2 sowie einer Position des
Werkstückträgers 2, während die Figuren 10 bis 12 die Bestimmung einer Höhe des Werkstückträgers sowie einer Verkippung des Werkstückträgers anzeigen.
Es ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit 13 für jede Empfangselektrode 5 eine Intensität eines empfangenen Signals bestimmt. Die Intensität ist in dem Histogramm 16 als Balken dargestellt. Dabei ist auf einer Achse des
Koordinatensystems des Histogramms 16 eine Intensität des empfangenen Signals dargestellt, während auf einer anderen Achse ein Maß für die räumliche Anordnung der jeweiligen Empfangselektrode 5 abgetragen ist. Da die
Empfangselektroden 5 rasterförmig angeordnet sind und insbesondere in zwei Gruppen unterteilt sind, wobei die Gruppen von Empfangselektroden 5 senkrecht zueinander orientiert sind, ergibt sich für das Bestimmen von Position und Ausrichtung ein Vergleich von zwei Histogrammen 16. Dabei entspricht jeweils ein Histogramm einer der Gruppen der Empfangselektroden 5. Werden diese Histogramme 16 in einem zweidimensionalen Koordinatensystem
zusammengeführt, so lässt sich die Orientierung der zweiten Sendeelektroden 6 oder der dielektrischen Elemente 7 des Werkstückträgers 2 darstellen. Da eine Orientierung der zweiten Sendelektroden 6 sowie der dielektrischen Elemente 7 bekannt ist, ist auch eine Position und Ausrichtung des Werkstückträgers 2 bekannt.
Figur 8 zeigt einen Fall, in dem der Werkstückträger 2 keine Verdrehung aufweist. In diesem Fall sind die Histogramme 16 der beiden Raumachsen, die durch jeweils eine Gruppe an Empfangselektroden 5 repräsentiert werden, identisch. Sind die Histogramme nicht identisch, so tritt der in Figur 9 gezeigte Fall ein. Ein Vergleich der Histogramme offenbart daher, dass eine Verdrehung des Werkstückträgers 2 vorliegt.
Figur 10 zeigt ein Histogramm 16 des Werkstückträgers 2 in einer Grundposition. Abweichend davon zeigt Figur 1 1 ein Histogramm 16 des Werkstückträgers 2, wenn ein Abstand zu der Referenzfläche 3 gegenüber der Grundposition vergrößert ist. In diesem Fall ist ersichtlich, dass die Intensität des Histogramms abnimmt. Dies führt dazu, dass der Steuerungseinheit 13 bekannt ist, welche Höhe der Werkstückträger 2 über der Referenzfläche 3 aufweist.
Selbiges gilt für eine Verkippung des Werkstückträgers 2. Dieser Fall ist in Figur 12 dargestellt. Ein Vergleich mit Figur 10 zeigt, dass das Histogramm 16 einseitig abfällt. Somit ist der Steuerungseinheit 13 bekannt, dass der Werkstückträger 2 keine konstante Höhe über der Referenzfläche 3 aufweist, sondern vielmehr gegenüber der Referenzfläche 3 verkippt sein muss.
Aus den Figuren 8 bis 12 ist somit ersichtlich, dass mittels der innerhalb der Referenzfläche 3 angebrachten Empfangselektroden 5 sowohl eine Position im dreidimensionalen Raum als auch eine Ausrichtung des Werkstückträgers 2 sicher und zuverlässig bestimmt werden kann. Dabei sind die Empfangselektroden 5 einfach und kostengünstig bereitstellbar, insbesondere mittels Leiterkarten. Außerdem benötigen die Empfangselektroden 5 sowie die Erdungselektroden 8 und/oder die ersten Sendeelektroden 4 nur eine geringe Bauhöhe, sodass nur ein geringer Abstand zwischen dem Werkstückträger 2 und der Referenzfläche 3 benötigt wird, um die Empfangselektroden 5 und die ersten Sendeelektroden 4 sowie die Erdungselektroden 8 anzubringen.
Figur 13 zeigt eine Referenzfläche 3 gemäß einem alternativen
Ausführungsbeispiel. Insbesondere entspricht das alternative
Ausführungsbeispiel dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei eine alternative Elektrodenform der Empfangselektroden 5 verwendet ist. Die Referenzfläche 3 umfasst wiederum eine Vielzahl von Empfangselektroden 5, wobei die
Empfangselektroden 5 quadratisch ausgebildet sind. Außerdem ist vorgesehen, dass die Empfangselektroden 5 an äußeren Ecken mit benachbarten
Empfangselektroden 5 verbunden sind, sodass sich Reihen solcher
Empfangselektroden 5 ergeben. Die Empfangselektroden 5 sind mosaikförmig angeordnet, wodurch die gesamte Oberfläche der Referenzfläche 3 mit den Empfangselektroden 5 bedeckt ist. Es ist vorgesehen, dass zwei verschiedene Gruppen von Empfangselektroden 5 vorhanden sind. So umfasst eine erste Gruppe parallele Reihen von verbundenen Empfangselektroden 5. Die zweite Gruppe umfasst ebenso parallele Reihen von verbundenen Empfangselektroden 5, wobei die parallelen Reihen der ersten Gruppe senkrecht zu den parallelen Reihen der zweiten Gruppe orientiert sind. Wiederum sind zumindest zwei solcher parallelen Verbünde mittels einer Messschaltung 9 verbunden.

Claims

Ansprüche
1 . Werkstückträgersystem (1 ), umfassend
- einen frei schwebenden Werkstückträger (2), und
- eine Referenzfläche (3),
- wobei der Werkstückträger (2) frei schwebend über der Referenzfläche (3) bewegbar ist,
- wobei die Referenzfläche (3) eine Vielzahl von Empfangselektroden (5) und/oder ein System aus einer Vielzahl von ersten Sendeelektroden (4) und einer Vielzahl von Empfangselektroden (5) aufweist,
- wobei der Werkstückträger (2) eine Vielzahl von zweiten
Sendeelektroden (6) und/oder dielektrischen Elementen (7) aufweist,
- wobei durch die ersten Sendeelektroden (4) ein von den dielektrischen Elementen (7) veränderbares elektrisches Feld erzeugbar ist und/oder wobei von den zweiten Sendeelektroden (6) ein elektrisches Feld erzeugbar ist, und
- wobei erzeugte elektrische Felder von den Empfangselektroden (5) detektierbar sind, sodass eine Position des Werkstückträgers relativ zu den Empfangselektroden (3) bestimmbar ist.
2. Werkstückträgersystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangselektroden (5) streifenförmig ausgebildet sind, wobei die streifenförmigen Empfangselektroden (5) bevorzugt rasterförmig angeordnet sind.
3. Werkstückträgersystem (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sendeelektroden (4) und/oder Erdungselektroden (8) von vier streifenförmigen Empfangselektroden (3) unmittelbar umgeben sind.
4. Werkstückträgersystem (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass zwei streifenförmige Empfangselektroden (5) mit einer Messschaltung (9), die zur Ermittlung einer Kapazität zwischen den streifenförmigen Empfangselektroden (5) ausgebildet ist, elektrisch verbunden sind, und/oder dass jede streifenförmige Empfangselektrode (5) mit einer Empfangsschaltung (14), die zum Bestimmen eines elektrischen Feldes gegenüber einem Nullpotential, insbesondere einer Erdung, elektrisch verbunden ist.
Werkstückträgersystem (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Paar (10) von Empfangselektroden (5), zumindest ein zweites Paar (1 1 ) von Empfangselektroden (5), und zumindest ein drittes Paar (12) von Empfangselektroden (5) mit jeweils einer Messschaltung (9) elektrisch verbunden ist, wobei jede
Empfangselektrode (5) des ersten Paares (10) benachbart zu einer Empfangselektrode (5) des zweiten Paares (1 1 ) und zu einer
Empfangselektrode (5) des dritten Paares (12) angeordnet ist.
Werkstückträgersystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangselektroden (5) rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet und mosaikförmig angeordnet sind, wobei zwei Reihen von Empfangselektroden (5) mit einer Messschaltung verbunden sind.
Werkstückträgersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinheit (13), mit der aus dem von den Empfangselektroden (5) detektierten elektrischen Feld Histogramme berechenbar ist, wobei aus den Histogrammen eine Position und
Ausrichtung des Werkstückträgers (2) bestimmbar ist.
Werkstückträgersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sendeelektroden (6) und/oder die dielektrischen Elemente (7) streifenförmig ausgebildet und parallel zueinander ausgerichtet sind.
Werkstückträgersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sendeelektroden (6) und/oder die dielektrischen Elemente (7) asymmetrisch auf dem Werkstückträger (2) angeordnet sind.
Werkstückträgersystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sendeelektroden (6) und/oder die dielektrischen Elemente (7) in einer Nullposition des Werkstückträgers (2) gegenüber den, insbesondere streifenförmig ausgebildeten, Empfangselektroden (5) abgewinkelt, insbesondere um einen Winkel von 45° abgewinkelt, sind.
PCT/EP2017/057658 2016-04-12 2017-03-31 Werkstückträgersystem WO2017178243A1 (de)

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DE102016206087.2 2016-04-12
DE102016206087.2A DE102016206087A1 (de) 2016-04-12 2016-04-12 Werkstückträgersystem

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PCT/EP2017/057658 WO2017178243A1 (de) 2016-04-12 2017-03-31 Werkstückträgersystem

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WO (1) WO2017178243A1 (de)

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