EP2852472A2 - Method for grinding workpieces, in particular for centring grinding of workpieces such as optical lenses - Google Patents

Method for grinding workpieces, in particular for centring grinding of workpieces such as optical lenses

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EP2852472A2
EP2852472A2 EP13723403.5A EP13723403A EP2852472A2 EP 2852472 A2 EP2852472 A2 EP 2852472A2 EP 13723403 A EP13723403 A EP 13723403A EP 2852472 A2 EP2852472 A2 EP 2852472A2
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EP
European Patent Office
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movement
current
actuator
feed
grinding
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Joachim Diehl
Steffen Moos
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Satisloh AG
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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
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    • B24B9/148Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass of optical work, e.g. lenses, prisms electrically, e.g. numerically, controlled
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    • B24B9/065Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
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    • B24B9/085Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass for watch glasses

Definitions

  • the present invention generally relates to a method for grinding workpieces by means of a grinding tool using an actuator for generating a relative feed movement between the grinding tool and the workpiece, wherein the actuator integrates with a current regulator for an actuator current determining actuator force in a position control loop is, which is traversed with a predetermined control cycle.
  • the invention relates to a method for centering grinding of workpieces from the fields of fine optics (optical lenses), watch industry (watch glasses) and semiconductor industry (wafers), where workpieces are centered by means of centering initially tensioned and to be subsequently sanded on the edge.
  • PRIOR ART Lenses for objectives or the like are "centered" after the processing of the optical surfaces, so that the optical axis, whose position is characterized by a straight line passing through the two centers of curvature of the optical surfaces, also passes through the geometric center of the lens.
  • the lens is initially aligned and tensioned between two aligned centering spindles such that the two centers of curvature of the lens coincide with the common axis of rotation of the centering spindles.
  • the edge of the lens is processed in a defined relationship to the optical axis of the lens, as will be seen later for the Installation of the lens in a socket is necessary.
  • the edge is by machining a defined geometry both in the plan view of the lens - peripheral contour of the lens
  • the invention is based on the object of providing a method for
  • the feed movement between the grinding tool and the workpiece should be such that on the one hand during grinding neither an overload of the grinding tool still a "burning" or a shape defect on the workpiece occurs / arises, on the other hand, the feed movement and Materialzerspanung be performed as quickly and efficiently.
  • the actual feed rate is ultimately determined by the removal rate of the tool, which can change in the process by, for example, blunting or clogging of the abrasive coating or a change in the coolant and lubricant properties.
  • the setpoint and actual positions of the actuator are evaluated from the current control cycle and from the preceding control cycle, which can be tapped without problems on the position control loop.
  • a comparison signal is generated ⁇ riert, which generates a current reduction signal via a PI or PID transfer element, wherein in step (iii) then a signal for the predetermined current limit is reduced by the respective current reduction signal as the current limiting signal is applied to the current regulator.
  • Fig. 1 is a front view of a centering machine only schematically shown for optical lenses in particular, in which the grinding method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a centering
  • FIG. 3 shows a simplified block diagram of a position control circuit for a feed drive of the centering machine according to FIG. 1, with superordinate current control or limiting for carrying out the inventive grinding method;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a centering
  • Fig. 5 is a diagram are plotted against time t in the way of example for a zentrie ⁇ leaders grinding process with the novel procedure the feed quantity x (top) and the permitted due to the limitation of the actuator current lag error (below).
  • Fig. 1 is a CNC-controlled centering machine 10 for
  • Patent Application DE 10 2012 XXX XXX. are taken X of the present application ⁇ rin, is incorporated herein by reference genome ⁇ men.
  • Zentrierspindelwellen 16, 18 can be seen in Fig. 1 to the left, two with respect to a centering ⁇ axis C arranged in alignment centering spindles 12, 14, whose Zentrierspindelwellen 16, 18 independently in Drehwin ⁇ angle position controlled rotationally driven are (workpiece rotation axes Cl, C2).
  • a synchronous operation of Zentrierspindelwellen 16, 18 is effected in a conventional manner CNC technically.
  • the Zentrierspindelwellen 16, 18 each for receiving a clamping bell 20, 22 obtained from the German standard DIN 58736-3.
  • the optical lens L for firmly gripped the grinding of its edge.
  • a tool spindle 24 On the tool side (at least) a tool spindle 24 is provided with a rotary drive for a tool spindle shaft 26, on which a grinding wheel G is held as a grinding tool.
  • the grinding wheel G is thus rotatably driven according to the arrow in Fig. 1 in the rotational speed driven (tool rotation axis A) to provide with its peripheral surface U for a material removal on the workpiece L.
  • the tool spindle 24 is further mounted on an X-carriage 28, the CNC position-controlled in Fig. 1 to the right or left linearly movable (linear axis X, feed movement).
  • the X-carriage 28 is guided over guide carriages, not shown here, on two parallel running guide rails 30, 32 (not shown) on a machine bed.
  • a linear motor 34 serves as an actuator, of which in Fig. 1, the machine-fixed stator 36 can be seen with its magnet.
  • the rotor (coils) of the linear motor 34 is mounted under the X-carriage 28 and not visible in Fig. 1.
  • a linear displacement measuring system 38 is arranged, by means of which the axial position (x ⁇ s t) of the X-carriage 28 can be detected in a known per se.
  • FIG. 2 illustrates a centering grinding process in general form.
  • a feed movement V of the grinding wheel G rotating about the tool rotation axis A is effected via the linear motor 34.
  • the X-axis is to be adjusted in such a way that the axis (C) rotatably driven about the centering axis C (workpiece axis of rotation C) optical lens L, which may have an arbitrary outer contour AK ⁇ (in the example shown octagonal), on a by an NC Program defined final contour EK is centered.
  • AK ⁇ in the example shown octagonal
  • the feed axis X is additionally coordinated at itself be ⁇ known manner with the workpiece rotation axis Cl, (see Fig. 1) for which the latter with a high resolution angle measurement system WM provided is , It can be seen that the grinding wheel G can not be continuously moved in a feed direction, ie in FIG. 2 only to the left in a non-circular machining of workpieces L, but rather - at least at the end of processing - in dependence on the rotation angle of the workpiece L about the centering axis C has to be moved along the feed axis X before and ⁇ back to the non-circular end contour EK to generate ⁇ Center.
  • FIG. 3 shows the position control circuit 40 for the linear motor 34 (feed drive) with the aid of a simplified block diagram.
  • the position control loop 40 comprises in a manner known per se - cf.
  • FIG. 3 a position controller 44, a speed controller 46, a current regulator 48 and the actuator driven therefrom (the linear motor 34 in the present case) and in the frame
  • the position feedback is a summation point 50 for the desired position x so ii and the actual position-
  • the linear position measuring system 38 which provides the actual position x is , is shown in Fig. 3 as little as the NC-Steue - tion, which specifies the desired position x S0 n. Also under ⁇ stored speed and current feedbacks are not shown, which may be provided as part of a cascade control.
  • the position control circuit 40 as usual through with a particular prior ⁇ control cycle, for example, with a cycle time or sampling rate of 2 ms.
  • the NC control for the feed axis X can be used as input variables for the current limitation 42.
  • the desired position x so ii the actual position x detected by the linear position measuring system 38, is the feed axis X and also a maximum setpoint feed force Fvsoiimaxr predetermined by the NC control, from which a predetermined current limit I S oiimax is generated and which will be explained later in more detail.
  • the desired positions x S oii (n), Xsoii (ni) of the linear motor 34 are derived from the current control cycle (n) and from the preceding control cycle (n-1) evaluated a Signumfunktion ("Sgn").
  • the abbreviation "d / dt” (time derivative) stands for the following relation: d / dt - (Xsoll (n) "Xsoll (nI)) / (t (n)" t ( n- i))
  • the detected actual positions x are (n); -Xist (ni) of the linear motor 34 from the current control cycle (s) and from the previous control cycle (n-1) evaluated by means of a Signumfunktion.
  • the thus determined direction values (1, 0 or -1) for the desired direction of movement Rsoii and the actual direction of movement Ri St of the feed movement V are then respectively switched to a proportionally acting transmission element (P element) 56 and 58, respectively outputs respective signal with an adjustable gain. This gain can be varied to weight the influence of each signal.
  • the thus amplified signals for the desired direction of movement Rsoii and the actual direction of movement R is the feed movement V are then switched to a summation point 60, the ver ⁇ means of a difference (setpoint minus actual value) a Comparison of the determined actual movement direction Ri St of the feed movement ⁇ V with the determined target movement direction R so ii of the feed movement V causes. Parts in this case the target and detected actual movement directions R so and R ii is the feed movement V match -
  • the grinding wheel G is to be with respect to the centering axis C to move forward tends and moves did ⁇ neuter also forward, or (b) the grinding wheel G intended to refer to the centering axis C to move back tends based and moves, in fact, also back, the output of the summation point 60 is zero.
  • the possible deviation cases in the above-described comparison in the summation point 60 include in particular the states:
  • a comparison signal is generated, which via a proportional integrating acting transfer element (PI element) 62 generates a current reduction signal I re d (n).
  • PI element proportional integrating acting transfer element
  • a fast PID element with, for example, a differential or derivative time T v of zero or almost zero can be used here, which acts similarly to a PI controller.
  • the current reduction signal I re d (n) is applied as subtrahend a white ⁇ direct summation point 64th
  • the minuenden at the summation point 64 forms the predetermined current limit, ie a signal for a maximum target current I so iimax / which results from a further proportional acting transfer member (P member) 66 from the above-mentioned maximum target feed force Fvsoiimax, which is specified by the NC control.
  • P member proportional acting transfer member
  • the summation point 64 finally outputs a current limiting signal I ma x (n) (maximum nominal current I S oiimax minus the respective current reduction I re d (n)), which is applied to the current regulator 48.
  • I ma x (n) maximum nominal current I S oiimax minus the respective current reduction I re d (n)
  • the output from the current controller 48 to the linear ⁇ motor 34 actuator current I which determines the feed force F v of the linear motor 34, dynamically limited to the current I ma x (n), ie despite possibly higher current setting I so ii (n ) in the management ⁇ loop 40 outputs the current controller 48 from only the limited current I m ax (n) to the linear motor 34th In the above movement direction deviations cases (d) and (e), this leads to a reduction of the feed force F V (n) of the linear motor 34 (illustrated with differently long force arrows for the forward displacement).
  • the predetermined current limit that is, the maximum target current I so IImax not reduced because the summation point 60 outputs zero and consequently the current reduction signal I re d (n) is zero.
  • the current reduction signal I re d (n) increases correspondingly via the PI element 62; after the summation point 64, the permitted current I m ax (n) accordingly becomes smaller and smaller from one control cycle to another.
  • the control behavior of the PI member 62 - such as fast, "hard” or “soft” - can be influenced here by the parameters for the proportional component (gain K P ) and the integral component (reset time T N ) and also with regard to the material being processed be optimized.
  • the actual values for the controller parameterization are to be optimized individually for the respective centering machine 10 and the respective grinding process, so that a quantification should not take place here. If, in the comparison of the actual and desired directions of movement at the summation point 60, there is no longer any deviation, the actuator current I is again supplied via the current regulator 48 up to the preset value. th current limit I so iimax increased, whereby the feed force F v of the linear motor 34 grows again accordingly.
  • FIG. 5 shows, in a diagram by way of example, a zoning grinding process with the above-mentioned - optionally switched on or off - Aktuatorstrom- or force limit on the linear motor 34 plotted over the time t above the feed path x (solid or dashed line) X-carriage 28, thus the tool spindle 24 with the grinding wheel G and below the resulting due to the limitation of the actuator current I drag error (dot-dash line).
  • the X-carriage 28 starts moving at a preselected feed rate, which does not have to be coupled to the removal capability of the tool and is preferably selected to be as high as possible from the grinding removal with a view to the fastest possible and efficient material cutting.
  • the grinding wheel G encounters the workpiece L. While the actual position x is the set position x so ii to the point b substantially error-free follows, "fall" actual position x is
  • the amount of the preselected feed rate basically does not matter because the desired actuator current I so ii output by the speed controller 46 may be limited anyway in the current controller 48 during processing (Imax).
  • Imax desired actuator current
  • the speed controller 46 may be limited anyway in the current controller 48 during processing (Imax).
  • different preselected feedforward speeds be worked, for example, with a fast rapid traverse for fast approach of tool G and workpiece L and a contrast slower operation during machining.
  • the switching point between rapid traverse and operation can be easily and safely found by continuous evaluation of the following error of the feed axis X. Be (edge detection) because at the moment of contact between the tool G and workpiece L of the following error of the feed axis X by the lack of power reserve or limited feed force F v of the linear motor 34 increases rapidly and sharply (see in Fig. 5 after the point b rapidly building
  • a method for centering grinding workpieces such as optical lenses by means of a grinding tool using an actuator for generating a relative feed movement between the grinding tool and the workpiece, the actuator having a current controller for an actuator current determining a feed force of the actuator in a position control loop is integrated, which is traversed with a predetermined control cycle.
  • a tool rotation axis (speed-controlled)

Landscapes

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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

The invention relates in particular to a method for centring grinding of workpieces such as optical lenses by means of a grinding tool using an actuator (34) for generating a relative advancing movement between the grinding tool and the workpiece, wherein the actuator is integrated in a current regulator (48) for an actuator current which determines an advancing force of the actuator in a position control loop (40) which is run through using a predetermined control cycle. In the method, for each control cycle: (i) a desired direction of movement (Rsoll(n)) of the advancing movement and an actual direction of movement (Rist(n)) of the advancing movement are ascertained; then (ii) the ascertained actual and desired directions of movement are compared to one another; and finally, (iii) when the comparison results in a deviation between the actual and desired directions of movement, a predetermined current limit (ISollmax) for the actuator current emitted via the current regulator is decreased in a defined manner in order to reduce the advancing force of the actuator. As a result the advancing movement and material machining can be carried out quickly and efficiently without overstressing the tool or workpiece.

Description

VERFAHREN ZUM SCHLEIFEN VON WERKSTÜCKEN, INSBESONDERE ZUM ZENTRIERENDEN SCHLEIFEN VON WERKSTÜCKEN WIE OPTISCHEN LINSEN  METHOD FOR GRINDING WORKPIECES, ESPECIALLY FOR CENTERING GRINDING OF WORKPIECES SUCH AS OPTICAL LENSES
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Schleifen von Werkstücken mittels eines Schleifwerkzeugs unter Verwendung eines Aktuators zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werk- stück, wobei der Aktuator mit einem Stromregler für einen eine Vorschubkraft des Aktuators bestimmenden Aktuatorstrom in einem Lageregelkreis integriert ist, welcher mit einem vorbestimmten Regelzyklus durchlaufen wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum zentrierenden Schleifen von Werkstücken aus den Anwendungsgebieten Feinoptik (optische Linsen) , Uhrenindustrie (Uhrengläser) und Halbleiterindustrie (Wafer) , wo Werkstücke mittels Zentriermaschinen zunächst zentriert zu spannen und in der Folge am Rand zu schleifen sind. The present invention generally relates to a method for grinding workpieces by means of a grinding tool using an actuator for generating a relative feed movement between the grinding tool and the workpiece, wherein the actuator integrates with a current regulator for an actuator current determining actuator force in a position control loop is, which is traversed with a predetermined control cycle. In particular, the invention relates to a method for centering grinding of workpieces from the fields of fine optics (optical lenses), watch industry (watch glasses) and semiconductor industry (wafers), where workpieces are centered by means of centering initially tensioned and to be subsequently sanded on the edge.
STAND DER TECHNIK Linsen für Objektive od.dgl. werden nach der Bearbeitung der optischen Flächen "zentriert", damit die optische Achse, deren Lage durch eine Gerade gekennzeichnet ist, welche durch die beiden Krümmungsmittelpunkte der optischen Flächen hindurch verläuft, auch durch die geometrische Mitte der Linse geht. Die Linse wird zu diesem Zweck zunächst zwischen zwei fluchtenden Zentrierspindeln derart ausgerichtet und gespannt, dass die beiden Krümmungsmittelpunkte der Linse mit der gemeinsamen Rotationsachse der Zentrierspindeln zusammenfallen. In der Folge wird der Rand der Linse in einer definierten Beziehung zur optischen Achse der Linse bearbeitet, wie es später für den Einbau der Linse in einer Fassung notwendig ist. Dabei wird dem Rand durch spanende Bearbeitung eine definierte Geometrie sowohl in der Draufsicht auf die Linse - Umfangskontur der LinsePRIOR ART Lenses for objectives or the like are "centered" after the processing of the optical surfaces, so that the optical axis, whose position is characterized by a straight line passing through the two centers of curvature of the optical surfaces, also passes through the geometric center of the lens. For this purpose, the lens is initially aligned and tensioned between two aligned centering spindles such that the two centers of curvature of the lens coincide with the common axis of rotation of the centering spindles. As a result, the edge of the lens is processed in a defined relationship to the optical axis of the lens, as will be seen later for the Installation of the lens in a socket is necessary. In this case, the edge is by machining a defined geometry both in the plan view of the lens - peripheral contour of the lens
- als auch im Radialschnitt gesehen - Kontur des Rands, etwa geradlinige Ausbildung oder Ausbildung mit Stufe (n) /Facette (n)- as well as seen in radial section - contour of the edge, such as straight training or education with stage (s) / facet (s)
- gegeben. Dies erfolgt namentlich im Falle von Glaslinsen durch einen Schleifprozess . Wenn im Zusammenhang mit der vor¬ liegenden Erfindung allgemein von "Schleifen" die Rede ist, soll dies allerdings auch "Feinschleifen" und "Polieren" mit umfassen, wo gleichermaßen mit geometrisch unbestimmten Schneiden gearbeitet wird. - given. This is done especially in the case of glass lenses by a grinding process. If, in connection with the invention before ¬ general "loops" is mentioned, but this should also include "fine grinding" and "polishing" with, where equally worked with geometrically indeterminate cutting.
Was die beim Zentrieren verwendeten Mechanismen zur Erzeugung der relativen Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück angeht, wurden bei den älteren kurvengesteuerten . Zentriermaschinen "LZ 80" der LOH Optikmaschinen AG, Wetzlar, Deutschland (Rechtsvorgängerin der Satisloh GmbH) , die zwei Schleifspindein für den drehenden Antrieb der Schleifwerkzeuge (Schleifscheiben) mittels einstellbarer Gewichte über einen Seilzug zugestellt. Die maximale Zustellbewegung der Schleifspindeln selbst wurde hierbei über langsam rotierende Kurvenscheiben gesteuert, auf denen eine mit der jeweiligen Schleif¬ spindel gekoppelte Abtastrolle als Festanschlag ablief. Wenn¬ gleich diese sehr einfache mechanische Lösung Vorteile in Bezug auf die mögliche Prozessgeschwindigkeit hatte, weil sich der Vorschub weitgehend abhängig von der Leistungsfähigkeit der Schleifscheiben und dem geschliffenen Substratmaterial selbst einstellte, bestand ein gravierender Nachteil darin, dass für jede Werkstückgeometrie eine eigene Kurvenscheibe vorzusehen war. As far as the mechanisms used to center the relative feed movement between the grinding tool and the workpiece are concerned, the older ones were cam-controlled. Centering machines "LZ 80" of LOH Optikmaschinen AG, Wetzlar, Germany (legal predecessor of Satisloh GmbH), the two grinding spindle for the rotating drive of the grinding tools (grinding wheels) by means of adjustable weights delivered via a cable. The maximum feed motion of the grinding spindles itself was in this case controlled by means of slowly rotating cams on which a coupled to the respective grinding spindle ¬ scanning roller expired as a fixed stop. Even though this very simple mechanical solution had advantages with regard to the possible process speed, because the feed largely depends on the performance of the grinding wheels and the ground substrate material itself, a serious disadvantage was that a separate cam disk had to be provided for each workpiece geometry ,
Auch sind Lösungen bekannt (siehe z.B. die Druckschrift EP-A-1 693 151, die allerdings keine Zentriermaschine betrifft), bei denen die Schleifkraft über die Vorspannung von Federn einge- stellt wird, welche auf die SchleifSpindel wirken. Die Verwen- dung von Federn bei der Einstellung der Schleifkraft hat jedoch Nachteile, wenn es gilt, unrunde, insbesondere eckige Geometrien an rotierenden Werkstücken zu schleifen. An den Ecken ist das Werkstück nämlich "bestrebt", die Schleifscheibe entgegen der Vorschubrichtung wegzudrücken, wobei sich die Vorspannung der auf die Schleifspindel wirkenden Feder erhöht. Dies wiederum bewirkt eine unerwünschte Erhöhung der Schleifkraft, was dazu führen kann, dass im Bereich der auf die Schleifscheibe drückenden Ecke des Werkstücks eine Mulde, also ein Formfehler entsteht. Solutions are also known (see, for example, document EP-A-1 693 151, which, however, does not concern a centering machine) in which the grinding force is adjusted by means of the pretensioning of springs which act on the grinding spindle. The use However, the use of springs in setting the grinding force has disadvantages when it comes to grinding non-circular, in particular angular geometries on rotating workpieces. Namely, at the corners, the workpiece tends to push the grinding wheel against the direction of advance, increasing the preload of the spring acting on the grinding spindle. This in turn causes an undesirable increase in the grinding force, which can lead to a depression, that is to say a shape error, in the region of the corner of the workpiece which presses against the grinding wheel.
Bei modernen CNC-gesteuerten Zentriermaschinen, die über eine entsprechende Bahnführung von Werkzeug und/oder Werkstück die Schleifbearbeitung beliebiger Werkstückformen ermöglichen, wird üblicherweise eine Zwangs-Vorschubregelung vorgesehen. Wenn hierbei die Vorschubgeschwindigkeit jedoch zu schnell gewählt wird, kann es zu einer Überlastung des Schleifwerkzeugs und unter Umständen auch zum "Brennen" des Werkstücks im Berührpunkt zwischen Werkzeug und Werkstück kommen, was insbesondere bei der Verwendung von Mineralöl als Kühlschmierstoff zu Verpuffungen und erheblichen Folgeschäden (nicht nur) an der Zentriermaschine führen kann. Abhilfe können hier freilich programmierte Sicherheitsabstände schaffen, z.B. derart, dass die Vorschubgeschwindigkeit bis zu einem vorbestimmten Abstand zwi- sehen Werkzeug und Werkstück hoch eingestellt wird und bei Erreichen dieses Abstands auf eine niedrigere Vorschubgeschwindigkeit umgeschaltet wird. Solche Sicherheitsmechanismen bedingen jedoch zwangsläufig längere Bearbeitungszeiten. Schließlich sind auch sogenannte "Adaptive-Control"-Lösungen bekannt (siehe etwa die Druckschrift US-A-2006/0073765) , bei denen die Stromaufnahme der Schleifspindel und/oder des Rotationsantriebs für das Werkstück oder aber Signale von eigens vorgesehenen Kraftaufnehmern als Eingangsgröße für eine Vor- Schubbegrenzung genutzt werden. Ein Nachteil einer von der Stromaufnahme der Schleifspindel abhängigen Vorschubregelung ist, dass Letztere aufgrund der beim Schleifen erforderlichen hohen Schnittgeschwindigkeiten infolge der Massenträgheit von Schleifspindel und -Werkzeug träge ist und daher nur verzögert, ggf- zu spät reagiert. Die Verwendung einer Kraftsensorik hingegen hat insbesondere den Nachteil, dass diese stets zwischen Werkzeug und Maschine, oder Werkstück und Maschine angeordnet werden muss, was funktionsbedingt zu einer gewissen Nachgiebig¬ keit der Maschine führt, die einer hohen Werkstückgüte und -ge- nauigkeit abträglich sein kann. In modern CNC-controlled centering, which enable the grinding of any workpiece shapes via a corresponding web guide of the tool and / or workpiece, usually a forced feed control is provided. However, if the feed rate is chosen too fast, it may lead to an overload of the grinding tool and possibly also to "burning" of the workpiece in the contact point between the tool and workpiece, which in particular when using mineral oil as a cooling lubricant to deflagration and significant consequential damage ( not only) on the centering machine can lead. A remedy here, of course, programmed safety distances create, for example, such that the feed rate up to a predetermined distance between see tool and workpiece is set high and is switched to this distance to a lower feed rate. However, such security mechanisms inevitably require longer processing times. Finally, so-called "adaptive control" solutions are known (see, for example, the document US-A-2006/0073765), in which the current consumption of the grinding spindle and / or the rotary drive for the workpiece or signals from specially provided force transducers as input for a forward thrust limit can be used. A disadvantage of one of the Current consumption of the grinding spindle dependent feed control is that the latter is sluggish due to the high cutting speeds required for grinding due to the inertia of the grinding spindle and tool and therefore only delayed, if necessary reacts too late. The use of a force sensor, however, has the particular disadvantage that it must always be arranged between the tool and machine, or workpiece and machine, which functionally leads to a certain flexibility ¬ speed of the machine, which can be detrimental to a high workpiece quality and accuracy ,
AUFGABENSTELLUNG Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zumOBJECT The invention is based on the object of providing a method for
Schleifen von Werkstücken, namentlich zum zentrierenden Schleifen von Werkstücken wie optischen Linsen bereitzustellen, das die oben zum Stand der Technik angesprochenen Probleme adressiert. Insbesondere soll hierbei die Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück derart erfolgen, dass einerseits während der Schleifbearbeitung weder eine Überlastung des Schleifwerkzeugs noch ein "Brennen" oder ein Formfehler am Werkstück auftritt/entsteht, andererseits die Vorschubbewegung und Materialzerspanung dennoch möglichst schnell und effizient durchgeführt werden. To provide grinding of workpieces, especially for centering grinding workpieces such as optical lenses, which addresses the above-mentioned in the prior art problems. In particular, in this case, the feed movement between the grinding tool and the workpiece should be such that on the one hand during grinding neither an overload of the grinding tool still a "burning" or a shape defect on the workpiece occurs / arises, on the other hand, the feed movement and Materialzerspanung be performed as quickly and efficiently.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5. SUMMARY OF THE INVENTION This object is solved by the features specified in patent claim 1. Advantageous or expedient developments of the invention are subject matter of the claims 2 to 5.
Erfindungsgemäß werden bei einem Verfahren zum Schleifen von Werkstücken, insbesondere zum zentrierenden Schleifen vonAccording to the invention, in a method for grinding workpieces, in particular for centering grinding of
Werkstücken wie optischen Linsen, mittels eines Schleifwerk- zeugs unter Verwendung eines Aktuators zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück, der mit einem Stromregler für einen eine Vorschubkraft des Aktuators bestimmenden Aktuatorstrom in einem Lageregel- kreis integriert ist, welcher mit einem vorbestimmten Regelzyklus durchlaufen wird, für jeden Regelzyklus zunächst (i) eine Soll-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung sowie eine Ist-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung ermittelt; sodann (ii) wird die ermittelte Ist-Bewegungsrichtung der Vorschub- bewegung mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung verglichen; und schließlich (iii) wird, wenn der Vergleich eine Abweichung zwischen der Ist-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung und der Soll-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung ergibt, eine vorbestimmte Stromgrenze für den über den Stromregler abgegebene Aktuatorstrom definiert reduziert, um die Vorschubkraft des Aktuators zu verringern. Workpieces such as optical lenses, by means of a grinding Using an actuator for generating a relative feed movement between the grinding tool and the workpiece, which is integrated with a current controller for an actuator force of the actuator determining actuator current in a position control circuit, which is traversed with a predetermined control cycle, for each control cycle first (i) determines a desired direction of movement of the feed movement and an actual direction of movement of the feed movement; then (ii) the determined actual direction of movement of the feed movement is compared with the determined desired direction of movement of the feed movement; and finally (iii), if the comparison results in a deviation between the actual direction of movement of the advancing movement and the desired direction of movement of the advancing movement, a predetermined current limit for the actuator current delivered via the current regulator is definedly reduced in order to reduce the advancing force of the actuator.
Durch dieses Verfahren, bei dem dem Vorschubmotor (Aktuator) eine variable Vorschubkraft über den Motorstrom vorgegeben, an- hand der Soll- und Ist-Richtungen der Vorschubbewegung auf die aktuellen Kraftverhältnisse geschlossen und daraus resultierend die Vorschubkraft prozessabhängig über den Motorstrom beein- flusst wird, wird insbesondere die Abtragsleistung beim Schleifen, speziell bei dem Abzentrieren von unrunden Werkstücken optimiert. Es ergeben sich verglichen zum Stand der Technik deutliche Verkürzungen der Prozesszeiten, ein Wegfall von By this method, in which the feed motor (actuator) given a variable feed force on the motor current, closed on the basis of the desired and actual directions of the feed movement on the current force conditions and as a result of the feed force is influenced process-dependent on the motor current, In particular, the removal rate during grinding, especially when centering off non-circular workpieces, is optimized. This results in comparison to the prior art, significant shortening of the process times, a loss of
Sicherheitsabständen, eine einfache Anschnitterkennung sowie eine sichere Verhinderung von Überlastungszuständen von Werkstück und Werkzeug durch zu hohe Vorschubgeschwindigkeiten oder durch Kollisionen. Die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit wird hier letztendlich bestimmt über die Abtragsleistung des Werkzeugs, welche sich im Prozessablauf verändern kann durch z.B. Abstumpfen oder Zusetzen des Schleifbelags oder eine Veränderung der Kühl- und Schmiermitteleigenschaften. Durch die Auswertung der Soll- und Ist-Richtungen der Vorschubbewegung und die Nutzung der Kraft/Strom-Abhängigkeit des Vorschubmotors sind schließlich externe Kraftaufnehmer od.dgl. entbehrlich; der Werkstückgüte und -genauigkeit ggf. abträgliche Nachgiebig¬ keiten werden somit vermieden. Safety distances, a simple edge detection and a safe prevention of overload conditions of workpiece and tool due to excessive feed speeds or collisions. The actual feed rate is ultimately determined by the removal rate of the tool, which can change in the process by, for example, blunting or clogging of the abrasive coating or a change in the coolant and lubricant properties. By evaluating the setpoint and actual directions of the feed motion and the use of the power / current dependence of the feed motor are finally external force transducer or the like. dispensable; The workpiece quality and accuracy possibly detrimental yield ¬ opportunities are thus avoided.
Vorzugsweise werden für die Ermittlung bzw. Bestimmung der Bewegungsrichtungen der Vorschubbewegung im obigen Schritt (i) die Soll- und Ist-Positionen des Aktuators aus dem aktuellen Regelzyklus und aus dem vorhergehenden Regelzyklus ausgewertet, die am Lageregelkreis problemlos abgegriffen werden können. Preferably, for determining or determining the directions of movement of the advancing movement in step (i) above, the setpoint and actual positions of the actuator are evaluated from the current control cycle and from the preceding control cycle, which can be tapped without problems on the position control loop.
Im Hinblick auf eine gute Einflussnahmemöglichkeit auf das Verhalten der Stromänderung ist es ferner bevorzugt, wenn bei dem Vergleich der ermittelten Ist-Bewegungsrichtung der Vorschub- bewegung mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung im obigen Schritt (ii) ein Vergleichssignal gene¬ riert wird, welches über ein PI- oder PID-Übertragungsglied ein Stromreduktionssignal erzeugt, wobei im Schritt (iii) sodann ein Signal für die vorbestimmte Stromgrenze um das jeweilige Stromreduktionssignal verringert als Strombegrenzungssignal dem Stromregler aufgeschaltet wird. In view of a good exercise influence possible on the behavior of the current change, it is further preferred if, in the comparison of the determined actual direction of motion of the feed movement with the determined target direction of movement of the feed movement in the above step (ii), a comparison signal is generated ¬ riert, which generates a current reduction signal via a PI or PID transfer element, wherein in step (iii) then a signal for the predetermined current limit is reduced by the respective current reduction signal as the current limiting signal is applied to the current regulator.
Um das Schleifverfahren für die Bearbeitung unrunder Geometrien, die mehr oder weniger "eckig" sein können, zu optimieren, werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Form des zu schleifenden Werkstücks verschiedene Parametersätze für den Proportionalanteil (Verstärkung KP) und den Integralanteil (Nachstellzeit TN) des PI- oder PID-Übertragungsglieds eingesetzt. Wenngleich für das erfindungsgemäße Schleifverfahren beliebige Aktuatoren als Vorschubantrieb eingesetzt werden können, solange diese eine definierte Kraft/Strom-Abhängigkeit aufweisen, ist es schließlich insbesondere im Hinblick auf eine hohe Feinfühligkeit der Regelung, ein schnelles Reaktionsverhalten, Leichtgängigkeit und Selbsthemmungsf eiheit, etc. bevorzugt, wenn als Aktuator zur Erzeugung der relativen Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück ein Linearmotor verwendet wird. In order to optimize the grinding process for the machining of non-circular geometries, which may be more or less "angular", preferably depending on the shape of the workpiece to be ground, different parameter sets for the proportional component (gain K P ) and the integral component (reset time T N ) of the PI or PID transmission link. Although arbitrary actuators can be used as a feed drive for the grinding method according to the invention, as long as they have a defined force / current dependency, it is finally preferred, in particular with regard to high control sensitivity, fast reaction behavior, ease of movement and self-locking capability, etc. when a linear motor is used as the actuator for generating the relative feed movement between the grinding tool and the workpiece.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, ver- einfachten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: In the following the invention will be explained in more detail by means of a preferred embodiment with reference to the attached, simplified drawings. In the drawings show:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer lediglich schematisch dargestellten Zentriermaschine für insbesondere optische Linsen, bei der das erfindungsgemäße SchleifverfahrenFig. 1 is a front view of a centering machine only schematically shown for optical lenses in particular, in which the grinding method according to the invention
Anwendung finden kann; Application can find;
Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung zu einem zentrierenden Fig. 2 is a schematic representation of a centering
Schleifprozess , wobei im oberen Teil der Figur der Beginn der eigentlichen Schleifbearbeitung und im unteren Teil der Figur das Ende der eigentlichen Schleifbearbeitung gezeigt ist;  Grinding process, wherein in the upper part of the figure, the beginning of the actual grinding machining and in the lower part of the figure, the end of the actual grinding machining is shown;
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Lageregel- kreises für einen Vorschubantrieb der Zentriermaschine gemäß Fig. 1, mit übergeordneter Stromsteuerung bzw. -begrenzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen SchleifVerfahrens ; Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung zu einem zentrierenden 3 shows a simplified block diagram of a position control circuit for a feed drive of the centering machine according to FIG. 1, with superordinate current control or limiting for carrying out the inventive grinding method; Fig. 4 is a schematic representation of a centering
Schleifprozess mit erfindungsgemäßer Verfahrensweise, der an einem Werkstück mit unrunder Außenkontur durchgeführt wird, zur Veranschaulichung der Änderung des entgegen der Vorschubkraft wirkenden Prozess- kraftanteils infolge des sich drehwinkelabhängig ändernden Abstands des Eingriffspunkts zwischen Grinding process with inventive method, which is carried out on a workpiece with non-circular outer contour, to illustrate the change in the counter to the feed force acting process force component as a result of the rotation angle-dependent changing distance of the engagement point between
Schleifwerkzeug und Werkstück zur Werkstück-Drehachse und der sodann entsprechend reduzierten Vorschub¬ kraft; und Grinding tool and workpiece to the workpiece axis of rotation and then correspondingly reduced feed ¬ force; and
Fig. 5 ein Diagramm, in dem exemplarisch für einen zentrie¬ renden Schleifprozess mit erfindungsgemäßer Verfahrensweise der Vorschubweg x (oben) und der infolge der Begrenzung des Aktuatorstroms zugelassene Schleppfehler (unten) über der Zeit t aufgetragen sind. Fig. 5 is a diagram are plotted against time t in the way of example for a zentrie ¬ leaders grinding process with the novel procedure the feed quantity x (top) and the permitted due to the limitation of the actuator current lag error (below).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENT
In Fig. 1 ist eine CNC-geregelte Zentriermaschine 10 zum In Fig. 1 is a CNC-controlled centering machine 10 for
Schleifen von Werkstücken, insbesondere optischen Linsen L lediglich schematisch und nur insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig erscheint. Weitere Details zum Aufbau und zur Funktion der Zentriermaschine 10 können der zeitgleich eingereichten deutschen Grinding of workpieces, in particular optical lenses L only shown schematically and only insofar as it appears necessary for the understanding of the present invention. Further details on the structure and function of the centering machine 10 can simultaneously submitted German
Patentanmeldung DE 10 2012 XXX XXX. X der vorliegenden Anmelde¬ rin entnommen werden, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genom¬ men wird. Patent Application DE 10 2012 XXX XXX. Are taken X of the present application ¬ rin, is incorporated herein by reference genome ¬ men.
In Fig. 1 links zu erkennen sind zwei bezüglich einer Zentrier¬ achse C fluchtend angeordnete Zentrierspindeln 12, 14, deren Zentrierspindelwellen 16, 18 unabhängig voneinander im Drehwin¬ kel lagegeregelt drehend antreibbar sind (Werkstück-Drehachsen Cl, C2) . Ein Synchronlauf der Zentrierspindelwellen 16, 18 wird hierbei in an sich bekannter Weise CNC-technisch bewirkt. An den einander zugewandten Enden sind die Zentrierspindelwellen 16, 18 jeweils zur Aufnahme einer Spannglocke 20, 22 ausgebil¬ det, wie sie aus der deutschen Norm DIN 58736-3 bekannt ist. Zwischen den Spannglocken 20, 22 ist die optische Linse L für die Schleifbearbeitung ihres Rands fest eingespannt. Die hierfür erforderlichen Hub- und Spanneinrichtungen, die eine definierte Bewegung bzw. Kraftaufbringung an einer der Zentrier¬ spindeln 12, 14 entlang der Zentrierachse C ermöglichen, sind in Fig. 1 nicht gezeigt. In einer Richtung senkrecht zur Zentrierachse C sind die Zentrierspindeln 12, 14 fest, d.h. nicht beweglich . Can be seen in Fig. 1 to the left, two with respect to a centering ¬ axis C arranged in alignment centering spindles 12, 14, whose Zentrierspindelwellen 16, 18 independently in Drehwin ¬ angle position controlled rotationally driven are (workpiece rotation axes Cl, C2). A synchronous operation of Zentrierspindelwellen 16, 18 is effected in a conventional manner CNC technically. At the ends facing each other, the Zentrierspindelwellen 16, 18 each for receiving a clamping bell 20, 22 ausgebil ¬ det, as is known from the German standard DIN 58736-3. Between the tensioning bells 20, 22, the optical lens L for firmly gripped the grinding of its edge. The necessary lifting and clamping devices that allow a defined movement or force application to one of the centering ¬ spindles 12, 14 along the centering axis C, are not shown in Fig. 1. In a direction perpendicular to the centering axis C, the centering spindles 12, 14 are fixed, ie not movable.
Werkzeugseitig ist (wenigstens) eine Werkzeugspindel 24 mit einem Drehantrieb für eine Werkzeugspindelwelle 26 vorgesehen, an der eine Schleifscheibe G als Schleifwerkzeug gehalten ist. Die Schleifscheibe G ist somit entsprechend dem Pfeil in Fig. 1 in der Drehzahl gesteuert drehend antreibbar (Werkzeug-Drehachse A) , um mit ihrer Umfangsflache U für einen Materialabtrag am Werkstück L zu sorgen. On the tool side (at least) a tool spindle 24 is provided with a rotary drive for a tool spindle shaft 26, on which a grinding wheel G is held as a grinding tool. The grinding wheel G is thus rotatably driven according to the arrow in Fig. 1 in the rotational speed driven (tool rotation axis A) to provide with its peripheral surface U for a material removal on the workpiece L.
Die Werkzeugspindel 24 ist ferner auf einem X-Schlitten 28 montiert, der CNC-lagegeregelt in Fig. 1 nach rechts bzw. links linear bewegbar ist (Linearachse X; Vorschubbewegung) . Dafür ist der X-Schlitten 28 über hier nicht gezeigte Führungswagen an zwei parallel verlaufenden, auf einem Maschinenbett (nicht dargestellt) angebrachten Führungsschienen 30, 32 geführt. Für den Antrieb des X-Schlittens 28 dient ein Linearmotor 34 als Aktuator, von dem in Fig. 1 der maschinenbettfeste Stator 36 mit seinen Magneten zu erkennen ist. Der Läufer (Spulen) des Linearmotors 34 ist unter dem X-Schlitten 28 montiert und in Fig. 1 nicht zu sehen. In Fig. 1 oberhalb des X-Schlittens 28 ist ein lineares Wegmesssystem 38 angeordnet, mittels dessen die axiale Lage (x±st) des X-Schlittens 28 auf an sich bekannte Weise erfasst werden kann. The tool spindle 24 is further mounted on an X-carriage 28, the CNC position-controlled in Fig. 1 to the right or left linearly movable (linear axis X, feed movement). For this purpose, the X-carriage 28 is guided over guide carriages, not shown here, on two parallel running guide rails 30, 32 (not shown) on a machine bed. For the drive of the X-carriage 28, a linear motor 34 serves as an actuator, of which in Fig. 1, the machine-fixed stator 36 can be seen with its magnet. The rotor (coils) of the linear motor 34 is mounted under the X-carriage 28 and not visible in Fig. 1. In Fig. 1 above the X-carriage 28, a linear displacement measuring system 38 is arranged, by means of which the axial position (x ± s t) of the X-carriage 28 can be detected in a known per se.
In Fig. 1 oberhalb des linearen Wegmesssystems 38 bzw. der Zentrierspindel 14 sind schließlich noch angedeutet rechts die in Richtung auf die Zentrierachse C wirkende Vorschubkraft Fv, die mittels des Linearmotors 34 am X-Schlitten 28 aufgebracht werden kann und deren Größe proportional zu dem am Läufer des Linearmotors 34 angelegten Strom I ist, und links der entlang der x-Richtung der Vorschubkraft Fv entgegenwirkende Prozesskraftanteil FP, der abhängig ist von der Drehzahl und -richtung des Werkstücks L, der Drehzahl und -richtung der Schleifscheibe G (Gleichlauf/Gegenlauf ) , dem Material und der Geometrie des Werkstücks L, dem Material, der Geometrie und dem Verschleißzustand der Schleifscheibe G, der Kühlung und Schmierung (Reibung) an der Eingriffsstelle zwischen Werkstück und Schleif- Scheibe G, etc. In Fig. 1 above the linear position measuring system 38 and the centering spindle 14 are finally indicated on the right acting in the direction of the centering C feed force F v , which applied by means of the linear motor 34 on the X-carriage 28 can be and whose size is proportional to the applied to the rotor of the linear motor 34 current I, and left side along the x-direction of the feed force F v counteracting process force component F P , which is dependent on the speed and direction of the workpiece L, the speed and direction of the grinding wheel G (synchronism / mating), the material and the geometry of the workpiece L, the material, the geometry and the wear state of the grinding wheel G, the cooling and lubrication (friction) at the point of engagement between the workpiece and grinding wheel G , Etc.
Die Fig. 2 veranschaulicht einen zentrierenden Schleifprozess in allgemeiner Form: Über den Linearmotor 34 wird entsprechend dem Pfeil eine Vorschubbewegung V der um die Werkzeug-Drehachse A rotierenden Schleifscheibe G bewirkt. Hierbei ist die X-Achse derart lagezuregeln, dass die um die Zentrierachse C drehend angetriebene (Werkstück-Drehachse Cl) optische Linse L, die an¬ fangs eine beliebige Außenkontur AK aufweisen kann (im dargestellten Beispiel achteckig) , auf eine durch ein NC-Programm definierte Endkontur EK abzentriert wird. Bei einer unrunden Endkontur EK, wie der hier gezeigten leicht elliptischen Endkontur EK, wird die Vorschubachse X zusätzlich auf an sich be¬ kannte Weise mit der Werkstück-Drehachse Cl koordiniert, wofür Letztere mit einem hochauflösenden Winkelmesssystem WM (siehe Fig. 1) versehen ist. Es ist ersichtlich, dass die Schleifscheibe G bei einer Unrundbearbeitung von Werkstücken L nicht kontinuierlich in einer Vorschubrichtung, d.h. in Fig. 2 nur nach links bewegt werden kann, vielmehr - zumindest am Ende der Bearbeitung - in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Werkstücks L um die Zentrierachse C entlang der Vorschubachse X vor und zu¬ rück bewegt werden muss, um die unrunde Endkontur EK zu gene¬ rieren . FIG. 2 illustrates a centering grinding process in general form. Via the linear motor 34, a feed movement V of the grinding wheel G rotating about the tool rotation axis A is effected via the linear motor 34. In this case, the X-axis is to be adjusted in such a way that the axis (C) rotatably driven about the centering axis C (workpiece axis of rotation C) optical lens L, which may have an arbitrary outer contour AK ¬ (in the example shown octagonal), on a by an NC Program defined final contour EK is centered. In a non-circular end contour EK, such as slightly elliptical final contour EK shown here, the feed axis X is additionally coordinated at itself be ¬ known manner with the workpiece rotation axis Cl, (see Fig. 1) for which the latter with a high resolution angle measurement system WM provided is , It can be seen that the grinding wheel G can not be continuously moved in a feed direction, ie in FIG. 2 only to the left in a non-circular machining of workpieces L, but rather - at least at the end of processing - in dependence on the rotation angle of the workpiece L about the centering axis C has to be moved along the feed axis X before and ¬ back to the non-circular end contour EK to generate ¬ Center.
Die Fig. 3 zeigt mit Hilfe eines vereinfachten Blockschaltbilds den Lageregelkreis 40 für den Linearmotor 34 (Vorschubantrieb) der Zentriermaschine 10 gemäß Fig. 1, dem eine besondere 3 shows the position control circuit 40 for the linear motor 34 (feed drive) with the aid of a simplified block diagram. the centering machine 10 of FIG. 1, a special
Stromsteuer- bzw. -begrenzungsschaltung, kurz Strombegrenzung 42, für den Aktuatorstrom I zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schleif erfahrens zugeordnet ist. Der Lageregelkreis 40 umfasst in an sich bekannter Weise - vgl. beispielsweise das Fachbuch "Werkzeugmaschinen Band 3, Automatisierung und Steuerungstechnik" von Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck, 3. Auflage 1989, VDI-Verlag, Düsseldorf, S. 195, Bild 8-3 - einen Lageregler 44, einen Geschwindigkeitsregler 46, einen Stromregler 48 und den hiervon angesteuerten Aktuator (der Linearmotor 34 im vorliegenden Fall) sowie im Rahmen der Lagerückführung eine Summa- tionsstelle 50 für die Soll-Position xsoii und die Ist-Position ist- Das lineare Wegmesssystem 38, das die Ist-Position xist liefert, ist in Fig. 3 ebenso wenig gezeigt, wie die NC-Steue- rung, welche die Soll-Position xS0n vorgibt. Auch sind unter¬ lagerte Geschwindigkeits- und Stromrückführungen nicht dargestellt, die im Rahmen einer Kaskadenregelung vorgesehen sein können. Der Lageregelkreis 40 wird wie üblich mit einem vor¬ bestimmten Regelzyklus durchlaufen, z.B. mit einer Zykluszeit bzw. Abtastrate von 2 ms. Stromsteuer- or limiting circuit, short current limit 42, is assigned for the actuator current I for carrying out the inventive grinding process. The position control loop 40 comprises in a manner known per se - cf. For example, the textbook "Machine Tools Volume 3, Automation and Control Technology" by Prof. Dr.-Ing. Manfred Weck, 3rd edition 1989, VDI-Verlag, Dusseldorf, p. 195, Figure 8-3 - a position controller 44, a speed controller 46, a current regulator 48 and the actuator driven therefrom (the linear motor 34 in the present case) and in the frame The position feedback is a summation point 50 for the desired position x so ii and the actual position- The linear position measuring system 38, which provides the actual position x is , is shown in Fig. 3 as little as the NC-Steue - tion, which specifies the desired position x S0 n. Also under ¬ stored speed and current feedbacks are not shown, which may be provided as part of a cascade control. The position control circuit 40 as usual through with a particular prior ¬ control cycle, for example, with a cycle time or sampling rate of 2 ms.
Zu erwähnen ist an dieser Stelle schließlich noch, dass Isoii im Lageregelkreis 40 gemäß Fig. 3 die Soll-Stromvorgabe für den Stromregler 48 bezeichnet, die - ggf. nach Stromrückführung - im Lageregelkreis 40 in dem Bestreben vorgegeben wird, denIt should be mentioned at this point, finally, that I so ii in the position control loop 40 of FIG. 3, the target current specification for the current controller 48 indicates that - possibly after current feedback - in the position control loop 40 in the endeavor is given, the
Linearmotor 34 so anzusteuern, dass der Lageistwert (Ist-Posi¬ tion Xist) als Regelkreisausgang dem Lagesollwert (Soll-Position Xsoii) als Regelkreiseingang möglichst fehlerfrei folgt. Der über den Stromregler 48 abgegebene Aktuatorstrom I wird jedoch definiert begrenzt, und zwar unter Inkaufnahme auch größerer Schleppfehler, zu welchem Zweck die Strombegrenzung 42 vorge¬ sehen ist, die nachfolgend beschrieben werden soll. To control linear motor 34 so that the actual position value (actual position ¬ Xist) as a control loop output the position setpoint (setpoint position Xsoii) a ls control loop input follows as error-free as possible. The output via the current controller 48 actuator current I, however, defined limited, namely at the expense of larger lag errors, for which purpose the current limit 42 is pre ¬ see, which will be described below.
Als Eingangsgrößen für die Strombegrenzung 42 dienen ersicht- lieh die von der NC-Steuerung für die Vorschubachse X vorgege- bene Soll-Position xsoii, die vom linearen Wegmesssystem 38 er- fasste Ist-Position xist der Vorschubachse X und eine ebenfalls von der NC-Steuerung vorgegebene maximale Soll-Vorschubkraft Fvsoiimaxr aus der sich eine vorbestimmte Stromgrenze ISoiimax er- gibt und die später noch näher erläutert werden wird. As input variables for the current limitation 42, the NC control for the feed axis X can be used. The desired position x so ii, the actual position x detected by the linear position measuring system 38, is the feed axis X and also a maximum setpoint feed force Fvsoiimaxr predetermined by the NC control, from which a predetermined current limit I S oiimax is generated and which will be explained later in more detail.
In dem in Fig. 3 .linken oberen Funktionsglied 52 werden die Soll-Positionen xSoii(n) , Xsoii(n-i) des Linearmotors 34 aus dem aktuellen Regelzyklus (n) und aus dem vorhergehenden Regel- zyklus (n-1) mittels einer Signumfunktion ( "Sgn" ) ausgewertet. Das Kürzel "d/dt" (zeitliche Ableitung) steht hierbei für folgende Beziehung: d/dt - (Xsoll(n) " Xsoll(n-I)) / (t(n) " t(n-i)) In the upper functional element 52, which is in FIG. 3, the desired positions x S oii (n), Xsoii (ni) of the linear motor 34 are derived from the current control cycle (n) and from the preceding control cycle (n-1) evaluated a Signumfunktion ("Sgn"). The abbreviation "d / dt" (time derivative) stands for the following relation: d / dt - (Xsoll (n) "Xsoll (nI)) / (t (n)" t ( n- i))
Da die Abtastrate konstant ist kann dies mit (t() - t(n-i)) = konst. Since the sampling rate is constant, this can be done with (t ( " ) - t (n -i ) ) = const.
vereinfacht werden zu: d/dt - (Xsoll(n) - Xsoll(n-I)) be simplified to: d / dt - (Xsoll (n) - Xsoll (n-I))
Das Ergebnis der gebildeten Signumfunktion ist die Soll-Bewegungsrichtung Rsoii(n) der Vorschubbewegung V im aktuellen Re gelzyklus (n) . Die folgenden drei Fälle sind hierbei möglich (xSoii(n) - Xsoii(n-i)) > 0 -> Sgn (d/dt) = Rson(n) = +1 The result of the formed Signumfunktion is the target direction of movement Rsoii (n) of the feed movement V in the current Re gelzyklus (n). The following three cases are possible (x S oii (n) - Xsoii (ni))> 0 -> Sgn (d / dt) = R so n (n) = +1
(Xsoii(n) - Xsoii(n-i)) = 0 -> Sgn (d/dt) = Rson(n) = 0 (Xsoii (n) - Xsoii (ni)) = 0 -> Sgn (d / dt) = R so n ( n ) = 0
(Xsoii(n) - soii(n-i)) < 0 -> Sgn (d/dt) = RSoii(n) = -1 (Xsoii (n) - soii (ni)) <0 -> Sgn (d / dt) = R S oii (n) = -1
In analoger Weise werden in dem in Fig. 3 rechten oberen Funk- tionsglied 54 die erfassten Ist-Positionen xist(n); -Xist(n-i) des Linearmotors 34 aus dem aktuellen Regelzyklus (n) und aus dem vorhergehenden Regelzyklus (n-1) mittels einer Signumfunktion ausgewertet. Hierbei gilt: d/dt - (Xist(n) - Xist(n-1)) / (t(n) " t(n-i)) In an analogous manner, in the upper right-hand functional element 54 in FIG. 3, the detected actual positions x are (n); -Xist (ni) of the linear motor 34 from the current control cycle (s) and from the previous control cycle (n-1) evaluated by means of a Signumfunktion. Where: d / dt - (Xist (n) - Xist (n-1)) / (t (n) "t ( n -i))
Mit (t(n) - t(n-1)) = konst. vereinfacht sich dieser Ausdruck wiederum zu: d/dt = (Xist(n) - Xist(n-1)) With (t (n) - t ( n-1 )) = const., This expression is again simplified to: d / dt = (Xist (n) - Xist (n-1))
Demnach sind die folgenden drei Fälle für die Ist-Bewegungsrichtung Rist(n) der Vorschubbewegung im aktuellen Regelzyklus (n) möglich: Accordingly, the following three cases are possible for the actual movement direction Rist ( n ) of the feed movement in the current control cycle (s):
(1.) (Xist(n) - Xist(n-1)) > 0 -> Sgn (d/dt) = Rist(n) = +1 (1.) (Xist (n) - Xist (n-1))> 0 -> Sgn (d / dt) = R is t (n) = +1
(2. ) (Xist(n) - ist(n-i)) = 0 -> Sgn (d/dt) = Rist(n) = 0 (2.) (Xist (n) - is (ni)) = 0 -> Sgn (d / dt) = R is t (n ) = 0
( 3. ) (Xist(n) - Xist(n-i)) < 0 -> Sgn (d/dt) = Rist(n) = -1 Mit anderen Worten gesagt findet im ersten Fall (1.) bezogen auf die Zentrierachse C tendenziell eine Vorwärtsbewegung der Schleifscheibe G statt, in dem zweiten Fall (2.) ändert sich der Abstand der Schleifscheibe G zur Zentrierachse C nicht, d.h. die Schleifscheibe G steht (keine Bewegung) und in dem dritten Fall (3.) liegt bezogen auf die Zentrierachse C tendenziell eine Rückwärtsbewegung der Schleifscheibe G vor. (3.) (Xist (n) - Xist (ni)) <0 -> Sgn (d / dt) = R is t ( n) = -1 In other words, in the first case, (1.) with respect to Centering axis C tends to forward movement of the grinding wheel G instead, in the second case (2.), the distance of the grinding wheel G to the centering axis C does not change, ie the grinding wheel G is (no movement) and in the third case (3.) is related on the centering axis C, a rearward movement of the grinding wheel G tends to occur.
Die so bestimmten Richtungswerte (1, 0 bzw. -1) für die Soll- Bewegungsrichtung Rsoii und die Ist-Bewegungsrichtung RiSt der Vorschubbewegung V werden sodann jeweils auf ein proportional wirkendes Übertragungsglied (P-Glied) 56 bzw. 58 geschaltet, welches das jeweilige Signal mit einer einstellbaren Verstärkung ausgibt. Diese Verstärkung kann variiert werden, um den Einfluss des jeweiligen Signals zu gewichten. The thus determined direction values (1, 0 or -1) for the desired direction of movement Rsoii and the actual direction of movement Ri St of the feed movement V are then respectively switched to a proportionally acting transmission element (P element) 56 and 58, respectively outputs respective signal with an adjustable gain. This gain can be varied to weight the influence of each signal.
Die derart verstärkten Signale für die Soll-Bewegungsrichtung Rsoii und die Ist-Bewegungsrichtung Rist der Vorschubbewegung V werden danach auf eine Summationsstelle 60 geschaltet, die ver¬ mittels einer Differenzbildung (Soll-Wert minus Ist-Wert) einen Vergleich der ermittelten Ist-Bewegungsrichtung RiSt der Vor¬ schubbewegung V mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung Rsoii der Vorschubbewegung V bewirkt. Stimmen hierbei die ermittelten Soll- und Ist-Bewegungsrichtungen Rsoii bzw. Rist der Vorschubbe- wegung V überein - The thus amplified signals for the desired direction of movement Rsoii and the actual direction of movement R is the feed movement V are then switched to a summation point 60, the ver ¬ means of a difference (setpoint minus actual value) a Comparison of the determined actual movement direction Ri St of the feed movement ¬ V with the determined target movement direction R so ii of the feed movement V causes. Parts in this case the target and detected actual movement directions R so and R ii is the feed movement V match -
(a) soll(n) = +1 = Rist(n) oder (b) Rsoll(n) = -1 = Rist(n) (a) should be (n) = +1 = Rist (n) or (b) Rsoll (n) = -1 = Rist (n)
- d.h. (a) die Schleifscheibe G soll sich bezüglich der Zen- trierachse C tendenziell vorwärtsbewegen und bewegt sich tat¬ sächlich auch vorwärts, oder (b) die Schleifscheibe G soll sich bezogen auf die Zentrierachse C tendenziell zurückbewegen und bewegt sich in der Tat auch zurück, so ist der Ausgang der Sum- mationsstelle 60 gleich Null. Gleiches gilt für den Grenzfall der gewollt stehenden Vorschubachse X - - that is, (a), the grinding wheel G is to be with respect to the centering axis C to move forward tends and moves did ¬ neuter also forward, or (b) the grinding wheel G intended to refer to the centering axis C to move back tends based and moves, in fact, also back, the output of the summation point 60 is zero. The same applies to the limiting case of the intended feed axis X -
( C ) Rsoll(n) = 0 = Rist(n) (C) Rsoll (n) = 0 = Rist (n)
- d.h. wenn (c) keine Vorschubbewegung V der Schleifscheibe G erfolgen soll und auch nicht vorliegt. Der Schleifprozess läuft bei diesen Fällen wie gewünscht; die Schleifscheibe G ist scharf . - i. if (c) no feed movement V of the grinding wheel G is to take place and is not present. The grinding process runs as desired in these cases; the grinding wheel G is sharp.
Die möglichen Abweichungsfälle bei dem vorbeschriebenen Ver- gleich in der Summationsstelle 60 umfassen insbesondere die Zustände : The possible deviation cases in the above-described comparison in the summation point 60 include in particular the states:
(d) RSoii(n) = +1 * Rist(n) = 0 und (e) RS0||(n) = +1 + Rist(n) = -1 Im erstgenannten Abweichungsfall (d) soll sich die Schleifscheibe G in Richtung auf die Zentrierachse C bewegen (Vorschubbewegung V in Fig. 2), tut dies aber nicht (Blockieren der Vorschubachse X) . Demnach ist zu diesem Zeitpunkt der der Vorschubkraft Fv entgegenwirkende Prozesskraftanteil FP wenigstens gleich der Vorschubkraft Fv (vgl. Fig. 1), wodurch die Schleif- Scheibe G an ihrer weiteren Vorschubbewegung V gehindert wird. Ursächlich hierfür kann z.B. eine abgestumpfte/verschlissene Schleifscheibe G oder eine unzureichende Kühlschmierstoff-Zufuhr sein. (d) R S oii (n) = +1 * Rist (n) = 0 and (e) R S0 || (n) = +1 + Rist (n) = -1 In the former case (d), the Grinding wheel G move in the direction of the centering axis C (feed movement V in Fig. 2), but does not do this (blocking the feed axis X). Accordingly, the process force component F P counteracting the feed force F v is at least equal to the feed force F v (see FIG. Disc G is prevented from its further feed movement V. The reason for this can be, for example, a truncated / worn grinding wheel G or an insufficient supply of cooling lubricant.
Der zweitgenannte Abweichungsfall (e) kann sich bei der The second case of deviation (e) can be found in the
Schleifbearbeitung einer Unrundgeometrie am Werkstück L ergeben, wenn der Prozesskraftanteil FP die Vorschubkraft Fv übersteigt, nachdem es bedingt durch den sich winkelabhängig ändernden Eingriffspunkt zu Betrags- und Wirkrichtungsänderun- gen der Schleifkraft kommt, wobei das Werkstück L die Schleifscheibe G infolge der unrunden Außenkontur AK des Werkstücks L entgegen der Vorschubrichtung wegdrückt. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht: Das drehende Werkstück L schiebt mit seinem sich über den Umfang ändernden Radius zur Zentrierachse C bzw. seinen in radialer Richtung "vorstehenden" Konturabschnitten die Schleifscheibe G um einen Betrag Δχ entgegen der Vorschubrichtung in Fig. 4 nach rechts. In den beschriebenen Abweichungsfällen besteht die Gefahr einer Überbeanspruchung/Überlastung von Werkstück L und/oder Werkzeug G, was zu einem "Brennen" an der Eingriffsstelle führen kann, bei der Unrundbearbeitung zudem die Gefahr eines "Eingrabens" der Schleifscheibe G in das Werkstück L und somit von Formfeh- lern am Werkstück L. Um in diesen Fällen ein Ausweichen der Vorschubachse X zu erleichtern und auch das damit verbundene Losbrechmoment der Linearführungen 30, 32 zu eliminieren, wird die Kraftgrenze der Vorschubachse X über den Aktuatorstrom I dynamisch reduziert. Abrasive machining of a non-circular geometry on the workpiece L result if the process force component F P exceeds the feed force F v , due to the angle-dependent changing engagement point for magnitude and Wirkrichtungsänderun- conditions of the grinding force, the workpiece L, the grinding wheel G due to the non-circular outer contour AK of the workpiece L pushes against the feed direction. This is illustrated in FIG. 4: The rotating workpiece L, with its radius which changes over the circumference to the centering axis C or its "protruding" contour sections extending in the radial direction, pushes the grinding wheel G to the right counter to the feed direction in FIG. 4 by an amount Δχ , In the described deviation cases, there is a risk of overstressing / overloading of workpiece L and / or tool G, which can lead to a "burning" at the point of engagement, in the non-circular machining also the risk of "digging" of the grinding wheel G in the workpiece L and Thus, of form errors on the workpiece L. In order to facilitate evasion of the feed axis X in these cases and to eliminate the associated breakaway torque of the linear guides 30, 32, the force limit of the feed axis X is dynamically reduced via the actuator current I.
Genauer gesagt wird bei dem Vergleich der ermittelten Ist-Bewegungsrichtung Rist(n) der Vorschubbewegung V mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung Rsoii(n) der Vorschubbewegung V in der Summationsstelle 60 ein Vergleichssignal generiert, welches über ein proportional-integrierend wirkendes Übertragungsglied (PI-Glied) 62 ein Stromreduktionssignal Ired(n) erzeugt. Alter¬ nativ kann hier auch ein schnelles PID-Glied mit z.B. einer Differential- oder Vorhaltezeit Tv von Null oder nahezu Null zum Einsatz kommen, der ähnlich wie ein PI-Regler wirkt. More precisely, in the comparison of the determined actual direction of movement Rist ( n ) of the feed movement V with the determined desired direction of movement R so ii (n) of the feed motion V in the summation point 60, a comparison signal is generated, which via a proportional integrating acting transfer element (PI element) 62 generates a current reduction signal I re d (n). Alternatively , a fast PID element with, for example, a differential or derivative time T v of zero or almost zero can be used here, which acts similarly to a PI controller.
Das Stromreduktionssignal Ired(n) wird als Subtrahend einer wei¬ teren Summationsstelle 64 aufgeschaltet . Den Minuenden an der Summationsstelle 64 bildet die vorbestimmte Stromgrenze, d.h. ein Signal für einen maximalen Soll-Strom Isoiimax/ das sich über ein weiteres proportional wirkendes Übertragungsglied (P-Glied) 66 aus der oben bereits erwähnten maximalen Soll-Vorschubkraft Fvsoiimax ergibt, die von der NC-Steuerung vorgegeben wird. Bei dieser Vorgabe für die maximale Soll-Vorschubkraft c Vsollmax The current reduction signal I re d (n) is applied as subtrahend a white ¬ direct summation point 64th The minuenden at the summation point 64 forms the predetermined current limit, ie a signal for a maximum target current I so iimax / which results from a further proportional acting transfer member (P member) 66 from the above-mentioned maximum target feed force Fvsoiimax, which is specified by the NC control. With this specification for the maximum set feed force c Vsollmax
(z.B. 100 N) findet zum einen Berücksichtigung, welche Vor- Schubkraft für den tatsächlichen Schleifprozess gewünscht ist, was vom Bediener eingegeben werden kann; zum anderen werden Kraftschwankungen der Zustellachse X durch den Einfluss von Rastmomenten des Linearmotors 34 sowie Kraftverluste durch Reibung in den Linearführungen 30, 32 und an den Arbeitsraum- abdeckungen (nicht gezeigt) berücksichtigt, die einmalig exem¬ plarisch ermittelt werden und als additiver Wert in die Soll- Vorschubkraft Fvsoiimax einfließen. (eg 100 N) takes into account on the one hand, what advance thrust for the actual grinding process is desired, which can be entered by the operator; On the other hand, force fluctuations of the feed axis X are taken into account by the influence of cogging torques of the linear motor 34 and force losses due to friction in the linear guides 30, 32 and at the working space covers (not shown), which are determined once only exem ¬ plarily and as an additive value in the Nominal feed force Fvsoiimax.
Die Summationsstelle 64 gibt schließlich ein Strombegrenzungs- signal Imax(n) (maximaler Soll-Strom ISoiimax minus der jeweiligen Stromreduktion Ired(n)) aus, das dem Stromregler 48 aufgeschaltet wird. Im Ergebnis wird der vom Stromregler 48 an den Linear¬ motor 34 abgegebene Aktuatorstrom I, der die Vorschubkraft Fv des Linearmotors 34 bestimmt, dynamisch auf den Strom Imax(n) begrenzt, d.h. trotz ggf. höherer Stromvorgabe Isoii(n) im Lage¬ regelkreis 40 gibt der Stromregler 48 lediglich den begrenzten Strom Imax(n) an den Linearmotor 34 ab. Dies führt in den obigen Bewegungsrichtungs-Abweichungsfällen (d) und (e) zu einer Verringerung der Vorschubkraft FV(n) des Linearmotors 34 (illus- triert mit unterschiedlich langen Kraftpfeilen für die Vor- Schubkraft Fv in Fig. 4 oben und unten rechts) . In den obigen Fällen (a) bis (c) hingegen, in denen noch keine Abweichung der Ist- und Soll-Bewegungsrichtungen der Vorschubbewegung V vorliegt, wird die vorbestimmte Stromgrenze, d.h. der maximale Soll-Strom Isoiimax nicht reduziert, weil die Summationsstelle 60 Null ausgibt und folglich auch das Stromreduktionssignal Ired(n) Null beträgt. The summation point 64 finally outputs a current limiting signal I ma x (n) (maximum nominal current I S oiimax minus the respective current reduction I re d (n)), which is applied to the current regulator 48. As a result, the output from the current controller 48 to the linear ¬ motor 34 actuator current I, which determines the feed force F v of the linear motor 34, dynamically limited to the current I ma x (n), ie despite possibly higher current setting I so ii (n ) in the management ¬ loop 40 outputs the current controller 48 from only the limited current I m ax (n) to the linear motor 34th In the above movement direction deviations cases (d) and (e), this leads to a reduction of the feed force F V (n) of the linear motor 34 (illustrated with differently long force arrows for the forward displacement). Thrust F v in Fig. 4 top and bottom right). In the above cases (a) to (c), however, where no deviation of the actual and desired directions of movement of the feed motion exists V, the predetermined current limit, that is, the maximum target current I so IImax not reduced because the summation point 60 outputs zero and consequently the current reduction signal I re d (n) is zero.
Liegt eine Bewegungsrichtungs-Abweichung gemäß den Fällen (d) und (e) über mehrere Regelzyklen n vor, so erhöht sich über das PI-Glied 62 das Stromreduktionssignal Ired(n) entsprechend; nach der Summationsstelle 64 wird der zugelassene Strom Imax(n) demgemäß von Regelzyklus zu Regelzyklus immer kleiner. Das Regelverhalten des PI-Glieds 62 - wie schnell, "hart" oder "weich" - kann hierbei bekanntlich über die Parameter für den Proportionalanteil (Verstärkung KP) und den Integralanteil (Nachstellzeit TN) beeinflusst und auch im Hinblick auf das bearbeitete Material optimiert werden. Vorteilhaft werden in Abhängigkeit von der Rundheit bzw. der Eckigkeit der zu schleifenden Werk- stückgeometrie von Schleifprozess zu Schleifprozess verschie¬ dene Parametersätze für die Verstärkung KP und die Nachstellzeit TN verwendet, dann aber für den jeweiligen Schleifprozess durchgängig. So werden für eine eckige, z.B. quadratische If there is a movement direction deviation according to cases (d) and (e) over several control cycles n, the current reduction signal I re d (n) increases correspondingly via the PI element 62; after the summation point 64, the permitted current I m ax (n) accordingly becomes smaller and smaller from one control cycle to another. The control behavior of the PI member 62 - such as fast, "hard" or "soft" - can be influenced here by the parameters for the proportional component (gain K P ) and the integral component (reset time T N ) and also with regard to the material being processed be optimized. Advantageously, depending on the roundness or angularity of the article to be sanded workpiece geometry of the grinding process for grinding process various ¬ dene parameter sets for the gain K P and the reset time T N is used, but then for the respective grinding process continuous. So be for a square, eg square
Außenkontur AK die Verstärkung KP durchaus hoch, die Nachstell- zeit TN aber eher klein, für eine runde bzw. eckenlose, beispielsweise elliptische Außenkontur AK die Verstärkung KP eher niedriger, die Nachstellzeit TN indes tendenziell höher vorge¬ wählt. Die tatsächlichen Werte für die Regler-Parametrierung sind für die jeweilige Zentriermaschine 10 und den jeweiligen Schleifprozess individuell zu optimieren, so dass eine Quantifizierung hier nicht erfolgen soll. Ergibt sich schließlich bei dem Vergleich der Ist- und Soll-Bewegungsrichtungen an der Summationsstelle 60 keine Abweichung mehr, wird der Aktuatorstrom I über den Stromregler 48 wieder bis maximal zur voreingestell- ten Stromgrenze Isoiimax erhöht, wodurch die Vorschubkraft Fv des Linearmotors 34 wieder entsprechend wächst. Outer contour AK gain K P quite high, the reset time T N but rather small, the gain K P rather low, the reset time T N, however, tends to be higher pre ¬ selected for a round or corner-less, for example elliptical outer contour AK. The actual values for the controller parameterization are to be optimized individually for the respective centering machine 10 and the respective grinding process, so that a quantification should not take place here. If, in the comparison of the actual and desired directions of movement at the summation point 60, there is no longer any deviation, the actuator current I is again supplied via the current regulator 48 up to the preset value. th current limit I so iimax increased, whereby the feed force F v of the linear motor 34 grows again accordingly.
Die Fig. 5 zeigt in einem Diagramm beispielhaft für einen zent- rierenden Schleifprozess mit der vorbeschriebenen - wahlweise zu- oder abschaltbaren - Aktuatorstrom- bzw. Kraftbegrenzung am Linearmotor 34 aufgetragen über der Zeit t oben den Vorschubweg x (durchgezogene bzw. gestrichelte Linie) des X-Schlittens 28, mithin der Werkzeugspindel 24 mit der Schleifscheibe G und dar- unter den sich infolge der Begrenzung des Aktuatorstroms I aufbauenden Schleppfehler (strichpunktierte Linie) . Im Punkt a läuft der X-Schlitten 28 mit einer vorgewählten Vorschubgeschwindigkeit los, die nicht an die Abtragsfähigkeit des Werkzeugs gekoppelt sein muss und im Hinblick auf eine möglichst schnelle und effiziente Materialzerspanung vorzugsweise höher gewählt wird als vom Schleifabtrag her möglich ist. Im Punkt b trifft die Schleifscheibe G auf das Werkstück L auf. Während die Ist-Position xist der Soll-Position xsoii bis zum Punkt b im Wesentlichen fehlerfrei folgt, "fallen" Ist-Position xist FIG. 5 shows, in a diagram by way of example, a zoning grinding process with the above-mentioned - optionally switched on or off - Aktuatorstrom- or force limit on the linear motor 34 plotted over the time t above the feed path x (solid or dashed line) X-carriage 28, thus the tool spindle 24 with the grinding wheel G and below the resulting due to the limitation of the actuator current I drag error (dot-dash line). At point a, the X-carriage 28 starts moving at a preselected feed rate, which does not have to be coupled to the removal capability of the tool and is preferably selected to be as high as possible from the grinding removal with a view to the fastest possible and efficient material cutting. At point b, the grinding wheel G encounters the workpiece L. While the actual position x is the set position x so ii to the point b substantially error-free follows, "fall" actual position x is
(durchgezogene Linie) und Soll-Position xson (gestrichelte Linie) danach "auseinander"; ein Schleppfehler (strichpunktierte Linie unten) entsteht. Im Punkt b ist dabei eine kurz¬ fristige Blockade der Vorschubbewegung V zu erwarten (im Graph nicht zu erkennen) , die wie oben beschrieben über die Strombe- grenzung 42 eine Reduktion der Vorschubkraft Fv induziert, so dass eine Überbeanspruchung von Werkstück L bzw. Werkzeug G nicht erfolgt. In der Folge ist der Lageregelkreis 40 "bestrebt", den Schleppfehler zu kompensieren, wird bei der Be- stromung des Linearmotors 34 trotz entsprechender Stromvorgabe Isoii am Stromregler 48 jedoch durch die Strombegrenzung 42 (solid line) and target position x so n (dashed line) after that "apart"; a following error (dash-dotted line below) arises. At point b it is a short ¬ term blockade of the feed movement V expected (in the graph can not be seen), the limitation on the Strombe- as described above 42 induces a reduction of the feeding force F v, so that overstressing of the workpiece L or Tool G did not take place. As a result, the position control loop 40 "endeavors" to compensate for the following error, however, when the linear motor 34 is energized, despite current command I s oii at the current regulator 48, this is due to the current limitation 42
( Imax ) limitiert. Erst ab dem Punkt c, wenn der Endwert der Soll-Position xsoii erreicht ist, baut sich der Schleppfehler ab bis auch die Ist-Position xist ihren Endwert im Punkt d erreicht. Mit anderen Worten gesagt ergeben sich zwischen den Punkten b und d die Ist-Positionen xist der Schleifscheibe G und die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung V (Steigung des (Limited in ax ). Only from the point c, when the final value of the desired position x so ii is reached, the following error builds up until the actual position x is reached its final value at point d. In other words arising between the points b and d, the actual positions of the grinding wheel G is x, and the speed of the feed movement V (slope of the
Graphen) lediglich als Folge der über die Strombegrenzung 42 zugelassenen Vorschubkraft Fv. Letztere wird zwischen den Punkten b und d infolge der Strombegrenzung 42 so groß sein, dass sich keine längere Abweichung zwischen der Ist-Bewegungsrichtung RiSt und der Soll-Bewegungsrichtung Rsoii der Vorschubbewegung V ergibt, wird im Rahmen des Zulässigen also stets maximal groß sein. Der beschriebene Kraftschleifprozess kann beendet werden, wenn bei d ein einstellbarer Grenzwert für den Schleppfehler (z.B. 0,01 mm) während einer vollständigen Umdrehung des Werkstücks L unterschritten wird. Graphs) merely as a consequence of the feed limit F v permitted via the current limitation 42. The latter will be so large between the points b and d as a result of the current limit 42 that no longer deviation between the actual direction of movement Ri S t and the desired direction of movement R thus ii of the feed movement V, is always within the permissible maximum be great. The described force grinding process can be terminated if, at d, an adjustable limit value for the following error (eg 0.01 mm) is exceeded during a complete revolution of the workpiece L.
Während (u.a.) am Punkt b in Fig. 5 der weiter oben beschriebene Abweichungsfall (d) zu erwarten steht (Blockieren der Vor- schubachse X) , veranschaulicht das in x- wie t-Richtung stark vergrößerte Detail Dv in Fig. 5 die Situation im oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4 erläuterten Abweichungsfall (e) , wenn das drehende Werkstück L die Schleifscheibe G entgegen der Vorschubrichtung um einen Betrag Δχ wegschiebt. Dabei entspricht der Punkt e im Detail Dv dem Zustand in Fig. 4 oben, während der Punkt f im Detail Dv den Zustand in Fig. 4 unten repräsentiert. Demgemäß kommt es zu sich sägezahnartig wiederholenden Erhöhungen des Schleppfehlers (nicht wiederholend dargestellt) . Bei aktivierter Strombegrenzung 42 ist der Betrag der vorgewählten Vorschubgeschwindigkeit im Grunde egal, denn der vom Geschwindigkeitsregler 46 ausgegebene Soll-Aktuatorstrom Isoii wird im Stromregler 48 bei der Bearbeitung ggf. ohnehin limitiert (Imax) · So kann auch mit verschiedenen vorgewählten Vor- Schubgeschwindigkeiten gearbeitet werden, z.B. mit einem schnellen Eilgang zur schnellen Annäherung von Werkzeug G und Werkstück L und einem demgegenüber langsameren Arbeitsgang während der Zerspanung. Der Umschaltpunkt zwischen Eilgang und Arbeitsgang kann dabei durch kontinuierliche Auswertung des Schleppfehlers der Vorschubachse X einfach und sicher gefunden werden (Anschnitterkennung) , weil im Moment der Berührung zwischen Werkzeug G und Werkstück L der Schleppfehler der Vorschubachse X durch die fehlende Kraftreserve bzw. begrenzte Vorschubkraft Fv des Linearmotors 34 schnell und stark ansteigt (vgl. in Fig. 5 den sich nach dem Punkt b rasch aufbauendenWhile the deviation case (d) described above (b) is expected to be present at (b) in FIG. 5 (blocking of the feed axis X), the detail D v in FIG. 5, which is greatly enlarged in the x and t directions, illustrates FIG Situation in the deviation case (e) explained above with reference to FIG. 4, when the rotating workpiece L pushes the grinding wheel G counter to the feed direction by an amount Δχ. Here, the point e in detail corresponds to D v the state in Fig. 4 above, while the point f in detail D v represents the state in Fig. 4 below. Accordingly, it comes to sawtooth repetitive increases in the following error (not shown repeatedly). When the current limit 42 is activated, the amount of the preselected feed rate basically does not matter because the desired actuator current I so ii output by the speed controller 46 may be limited anyway in the current controller 48 during processing (Imax). Thus, also with different preselected feedforward speeds be worked, for example, with a fast rapid traverse for fast approach of tool G and workpiece L and a contrast slower operation during machining. The switching point between rapid traverse and operation can be easily and safely found by continuous evaluation of the following error of the feed axis X. Be (edge detection) because at the moment of contact between the tool G and workpiece L of the following error of the feed axis X by the lack of power reserve or limited feed force F v of the linear motor 34 increases rapidly and sharply (see in Fig. 5 after the point b rapidly building
Schleppfehler) . Ein im Stand der Technik üblicher Sicherheits¬ abstand zum Werkstück L, der einen erheblichen Zeitverlust durch "Luftschleifen im Arbeitsgang" mit sich bringt, ist nicht notwendig, da es durch die Kraftreduzierung am Linearmotor 34 zu keiner kritischen Überlastung oder Zerstörung des Werkzeugs G und/oder Werkstücks L kommen kann. Following error). A common in the prior art security ¬ distance to the workpiece L, which involves a considerable loss of time by "air abrasion in operation" with it, is not necessary since there by the force of reducing the linear motor 34 to no critical overloading or destruction of the tool G and / or workpiece L can come.
Es wird ein Verfahren insbesondere zum zentrierenden Schleifen von Werkstücken wie optischen Linsen mittels eines Schleifwerk- zeugs unter Verwendung eines Aktuators zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück offenbart, wobei der Aktuator mit einem Stromregler für einen eine Vorschubkraft des Aktuators bestimmenden Aktuatorstrom in einem Lageregelkreis integriert ist, welcher mit einem vorbe- stimmten Regelzyklus durchlaufen wird. Bei dem Verfahren werden für jeden Regelzyklus: (i) eine Soll-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung sowie eine Ist-Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung ermittelt; sodann werden (ii) die ermittelten Ist- und Soll-Bewegungsrichtungen miteinander verglichen; und schließ- lieh wird, (iii) wenn der Vergleich eine Abweichung zwischen den Ist- und Soll-Bewegungsrichtungen ergibt, eine vorbestimmte Stromgrenze für den über den Stromregler abgegebenen Aktuatorstrom definiert reduziert, um die Vorschubkraft des Aktuators zu verringern. Im Ergebnis werden die Vorschubbewegung und Materialzerspanung schnell und effizient durchgeführt, ohne dass es zu einer Überbeanspruchung von Werkzeug oder Werkstück kommen kann. BEZUGSZEICHENLISTE A method is disclosed, in particular, for centering grinding workpieces such as optical lenses by means of a grinding tool using an actuator for generating a relative feed movement between the grinding tool and the workpiece, the actuator having a current controller for an actuator current determining a feed force of the actuator in a position control loop is integrated, which is traversed with a predetermined control cycle. In the method, for each control cycle: (i) a desired direction of movement of the feed movement and an actual direction of movement of the feed movement are determined; then (ii) the determined actual and desired directions of movement are compared with each other; and finally, (iii) if the comparison results in a deviation between the actual and desired directions of travel, a predetermined current limit for the actuator current output via the current regulator is definedly reduced to reduce the advancing force of the actuator. As a result, the feed movement and material cutting are carried out quickly and efficiently, without being able to overuse the tool or workpiece. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Zentriermaschine 10 centering machine
12 untere Zentrierspindel  12 lower centering spindle
14 obere Zentrierspindel  14 upper centering spindle
16 untere Zentrierspindelwelle  16 lower center spindle shaft
18 obere Zentrierspindelwelle  18 upper center spindle shaft
20 untere Spannglocke  20 lower clamping bell
22 obere Spannglocke  22 upper clamping bell
24 Werkzeugspindel  24 tool spindle
26 Werkzeugspindelwelle  26 tool spindle shaft
28 X-Schlitten  28 X-slides
30 Führungsschiene  30 guide rail
32 Führungsschiene  32 guide rail
34. Linearmotor  34. Linear motor
36 Stator  36 stator
38 lineares Wegmesssystem  38 linear displacement measuring system
40 Lageregelkreis  40 position control loop
42 Strombegrenzung  42 current limit
44 Lageregler  44 position controller
46 Geschwindigkeitsregler  46 speed control
48 Stromregler  48 current regulator
50 Summationsstelle  50 summation point
52 Funktionsglied  52 functional element
54 Funktionsglied  54 functional element
56 P-Glied  56 P member
58 P-Glied  58 P member
60 Summationsstelle  60 summation point
62 PI-Glied  62 PI member
64 Summationsstelle  64 summation point
66 P-Glied  66 P member
A Werkzeug-Drehachse (drehzahlgesteuert)A tool rotation axis (speed-controlled)
AK Außenkontur AK outer contour
Cl, C2 Werkstück-Drehachse (winkellagegeregelt ) C Zentrierachse Cl, C2 Workpiece rotation axis (angular position controlled) C centering axis
EK Endkontur  EK final contour
FP Prozesskraftanteil in x-Richtung F P Process force component in x-direction
Fv Vorschubkraft F v feed force
G Schleifwerkzeug / Schleifscheibe G grinding tool / grinding wheel
I Aktuatorstrom  I actuator current
L Werkstück / optische Linse  L workpiece / optical lens
R Bewegungsrichtung der Vorschubbewegung t Zeit  R Movement direction of the feed movement t Time
U Umfangsflache der Schleifscheibe U circumferential surface of the grinding wheel
V Vorschubbewegung  V feed movement
WM Winkelmesssystem  WM angle measuring system
x Position des Schleifwerkzeugs x position of the grinding tool
Δχ Betrag der Werkzeugverschiebung  Δχ amount of tool offset
X Vorschubachse / Linearachse Schleifwerkzeug X feed axis / linear axis grinding tool
( lagegeregelt )  (position controlled)

Claims

PATENTANSPRÜCHE: CLAIMS:
1. Verfahren zum Schleifen von Werkstücken (L) , insbesondere zum zentrierenden Schleifen von Werkstücken wie optischen Linsen, mittels eines Schleifwerkzeugs (G) unter Verwendung eines Aktuators (34) zur Erzeugung einer relativen Vorschubbewegung (V) zwischen Schleifwerkzeug (G) und Werkstück ( L ) , wobei der Aktuator (34) mit einem Stromregler (48) für einen eine Vorschubkraft (Fv) des Aktuators (34) bestimmenden Aktuatorstrom (I) in einem Lageregelkreis (40) integriert ist, welcher mit einem vorbestimmten Regelzyklus (n) durchlaufen wird, und wobei für jeden Regelzyklus (n) : 1. A method for grinding workpieces (L), in particular for centering grinding workpieces such as optical lenses, by means of a grinding tool (G) using an actuator (34) for generating a relative feed movement (V) between the grinding tool (G) and workpiece ( L), wherein the actuator (34) with a current regulator (48) for a feed force (F v ) of the actuator (34) determining the actuator current (I) in a position control loop (40) is integrated, which with a predetermined control cycle (s) and for each control cycle (s):
(i) eine Soll-Bewegungsrichtung (Rsoii(n) = ~lr 0 oder 1) der Vorschubbewegung (V) sowie eine Ist-Bewegungsrichtung (i) a target direction of movement (R so ii (n) = ~ lr 0 or 1) of the feed movement (V) and an actual direction of movement
( RiSt(n) = -l 0 oder 1) der Vorschubbewegung (V) ermittelt wer¬ den; (Ri S t (n ) = -l 0 or 1) of the feed movement (V) determines ¬ who;
(ii) die ermittelte Ist-Bewegungsrichtung ( RiSt(n>) der(ii) the determined actual direction of movement (Ri S t (n>) of
Vorschubbewegung (V) sodann mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung ( Rsoii (n) ) der Vorschubbewegung (V) verglichen wird; Feed movement (V) is then compared with the determined desired direction of movement (Rsoii (n)) of the feed movement (V);
und, and,
(iii) wenn der Vergleich eine Abweichung zwischen der Ist-Bewegungsrichtung ( RiSt(n>) der Vorschubbewegung (V) und der Soll-Bewegungsrichtung (Rsoii(n)) der Vorschubbewegung (V) er¬ gibt, eine vorbestimmte Stromgrenze (Isoiimax) fur den über den Stromregler (48) abgegebenen Aktuatorstrom (I(n>) definiert reduziert wird, um die Vorschubkraft (FV(n)) des Aktuators (34) zu verringern. (iii) if the comparison is a deviation between the actual direction of movement (Ri S t ( n>) of the feed movement (V) and the desired direction of movement (R so ii (n)) of the feed movement (V) he ¬ gives a predetermined current limit (I so IImax) f for the output via the current regulator (48) actuator current (I (n>) is reduced defined to the feed force (F V (n)) to reduce the actuator (34).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für die Bestimmung der Bewegungsrichtungen ( RiSt(n>; Rsoii(n)) der Vorschubbewegung (V) im Schritt (i) die Soll- und Ist-Positionen (xsoii(n), XsoiKn-n /" 2. The method of claim 1, wherein for the determination of the directions of movement (Ri S t ( n>; Rsoii (n)) of the feed movement (V) in step (i) the desired and actual positions (x so ii (n) , XsoiKn-n / "
Xist(n), xist(n-i)) des Aktuators (34) aus dem aktuellen Regel¬ zyklus (n) und aus dem vorhergehenden Regelzyklus (n-1) ausgewertet werden. Xist (n), x is (n)) are evaluated of the actuator (34) from the current control cycle ¬ (s) and from the preceding control cycle (n-1).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Vergleich der ermittelten Ist-Bewegungsrichtung (RiSt(n>) der Vorschubbewe¬ gung (V) mit der ermittelten Soll-Bewegungsrichtung (RSoii(n)) der Vorschubbewegung (V) im Schritt (ii) ein Vergleichssignal generiert wird, welches über ein PI- oder PID-Übertragungsglied (62) ein Stromreduktionssignal (Ired(n)) erzeugt, und wobei im Schritt (iii) ein Signal für die vorbestimmte Stromgrenze 3. The method of claim 1 or 2, wherein in the comparison of the determined actual movement direction (Ri S t (n>) of Vorschubbewe ¬ tion (V) with the determined target movement direction (R S oii (n)) of the feed movement ( V) in step (ii) a comparison signal is generated, which via a PI or PID transmission element (62) generates a current reduction signal (I re d (n)), and wherein in step (iii) a signal for the predetermined current limit
(Isoiimax) um das jeweilige Stromreduktionssignal (Ired(n) ) ver¬ ringert als Strombegrenzungssignal (Imax(n) ) dem Stromregler (48) aufgeschaltet wird. (Isoiimax) to the respective current reduction signal (I re d (n)) ver ¬ reduced as a current limiting signal (I ma x (n)) the current regulator (48) is switched.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Abhängigkeit von der Form des zu schleifenden Werkstücks (L) verschiedene Parametersätze für den Proportionalanteil (Verstärkung KP) und den In- tegralanteil (Nachstellzeit TN) des PI- oder PID-Übertragungsglieds (62) eingesetzt werden. 4. The method of claim 3, wherein depending on the shape of the workpiece to be ground (L) different parameter sets for the proportional component (gain K P ) and the integral part (reset time T N ) of the PI or PID transfer member (62) be used.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Aktuator zur Erzeugung der relativen Vorschubbewegung (V) zwischen Schleifwerkzeug (G) und Werkstück (L) ein Linearmotor (34) verwendet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein as an actuator for generating the relative feed movement (V) between the grinding tool (G) and the workpiece (L), a linear motor (34) is used.
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