DE1917148A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen der gewuenschten Oberflaechenkontur auf Werkstuecken - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung sum Erzeugen der gewünschten Oberfläehenkontur auf Werkstücken

Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von gev/ünschten Oberflächenkonturen. Insbesondere besieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erseugen von gewünschten optischen Oberflächen 3owie auf eine Vorrichtung aur Durchführung dieses Verfahrens»

iiach bekannten Verfahren werden optische Oberflächen nach vollständig empirisch entwickelten Methoden geschliffen und poliert. Die. Praxis der Erzeugung von optischen Oberflächen naeh diesen Methoden leidet an einer Heihe von Nachteilen, da sie hochgradig geschulte Tschniker und lange Arbeitszeiten orfor- ä-YC'-t und beim Bearbeiten oder Erzeugen von rotationsaoyamotri- ;3c>:on Oberflächen nur einen begrenzten Wirkungsgrad hat. Diese ivUi'^el sind bei der Herstellung grosser Oberflächen, 3,B₀ gö1~ ■2./.Ö3? von 38 ca Durchmesser und mehre bcGoMers ausgaprSg-fe, da DicU ia ^rossqn Oberfluchen oeia Polieren häufig notations-Ci-'?i-i.sj©trien und isufäll^e lisjtrejaloäesigkeit-sn entwickeln, dio 'i.-i·. Bearbeiten kleiner Oberflächen nicht vorkosmien. Auesordeia

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machen die gegenwärtig angewandten Verfahren zur Urzeugung grosser optischer Oberflächen im allgemeinen von unzulänglichen empirischen Methoden Gebrauch, die für das Bearbeiten von kleinen Oberflächen entwickelt worden sind. Ss besteht daher ein Bedürfnis nach einem verbesserten Verfahren und/einer Vorrichtung sur Erzeugung optischer Oberflächen, und zwar insbesondere grosser Oberflächen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe au Grunde, ein vereinfachtes Verfahren sur Erzeugung optischer Oberflächen sur Verfügung zu stellen, bei dem die erforderliche Bearbeitungszeit verkürzt ist, und das sowohl auf grosse als auch auf Bnregelmassig© Oberflächen anwendbar ist.

Die Erfindung stellt in arßter Lini© sin Verfahren som Erzeugen einer gewünschten Oberflächenkontur auf ei&sia Werkstiic&rohling zur Verfügung, dessen Oberfläche in bezug auf die gewünschte Oberfläche anfänglich Konturfehler aufweist· Meoes Verfahren besteht darin, dass man die εη£angliche Wersotücko'bgrflache gedanklich in ein Hetz von aneinander angrensonöen Feldern aufteilt, die gesamte rslative Anzahl von RohiaateriaMekresasntsn oiner bestimmten, glsicliiaässigen Grögsso "beotisiiats öic in ^eö.em Feld erforderlich ist, um die gewünsclita Olierflächsiikontur su erzeugen, worauf man sin optisciise Sehleiiforgan ütes dio Werkstückoberfläche auf sinsEi \inregslEiäaoigen₇ susaruoei&än&enden Weg drirch die ainselsian leider derart bav/egt-, ä£so jsde Bewegung ÜQB Schleif organs über ein FsId hinweg eist rJsr&sto^fdekrsEient von bestiEiater Grosso erzeigt, wobei lafen &±a Be-i-Tcr^m^ fies SGhlsiforgaaaa so ■ steuert, öasa ss isinfieatsne ±m allgeuainsn von eineiB Feld au demjenigen unmittelbar öe3i£;c.höai?tcn IPolä vorrückt, das noch die gr-Sest© relative Anzahl von Sohsaterialdekrementen erfordert. Durch diese systöiaatiache I'letxioa-g sur Steuerung des Sehleifos?gans werden vorhandene Ofcerflä fehler in äusserst wirkimgavoller Weise varsiiiiäeri;, xmä Wirkungsgrad der Methode ist unabhängig von Oberiläch ffiässigkeiten in der anfänglichen Werkstückoberfläche odsr in

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der gewünschten, fertig bearbeiteten Oberfläche.

Ein weiteres Herkftftl der Erfindung ist ein Verfahren der oben genannten Art, bei dem das Schleiforgan immer iron den feld, das es gerade einnimmt_s zu demjenigen angrenzenden feld geführt wird, das noch die gröaste Anzahl von Rohsiaterialdekr·- menten erfordert, aber unmittelbar Tor der Bewegung des Schleif organe in seine gegenwärtige Lage sieht von dem Schleiforgan eingenommen wurde. Sie Steuerung dee Sohle if organs in dieser Art verhindert eine direkte Bewegungeuakehr, durch die die optische Qualität der erzeugten Oberfläche leiden könnte.

Sin weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren der oben angegebenen Art, bei dem das Schleiforgan gelegentlich zu einem anderen angrenzenden Feld als demjenigen geführt wird, das noch die grösste Anzahl von Werkstoffdokrementen erfordert. Dadurch, dass man die systematische Bewegung des Schleiforgans zu einem Feld hin, das noch den grossten relativen Konturfehler aufweist;, in gewissen Fällen absichtlich ändert, schliesst man die Möglichkeit aus, dass für längere Zeiträume nur Felder mit hohem Eonturfehler bearbeitet werden, während die Felder mit verhältnismässig geringem Konturfehler vernschläBaigt worden. Auf diese Weise vjird die Möglichkeit verringert, dass bedeutungsvolle und unerwünscht© änderungen im Ergebnis des Schleifvorganges auftreten.

Bin weiteres Merkmal der Erfindung iat ein Verfahren der oben angegebenen Art, bei dem das Schleiforgan nur su solchen angrenzenden Feldern gefübxt wird, su deren Erreichung eine BichtmigsäBderusg in der Bewegung des Schleiforgans vm-weniger als 90 erforder-lich ist. Sasiirch. daaö kein® scslaarfen Hich-

in der Bewegung fies Sohlö'iförgasu9-_:TorkO!si3Gn₉ eins optische Oberfläche τοώ v©2?O©ss©2rte2? Qualität.

Bia wöiterss ^Erkaal der BrfiMung ist ©ine Torrichtung sur Er seuguag optischer Obesfläehen· di© einen frager für einen opti

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solion Eohling, Ftihrungaorgane» die ein optisches Schleif organ tragen und so ausgebildet sind, dass sie die Bewegung desselben Über die Oberfläche des optischen Rohlings führen, oinen Antriebsmechanismus zur Erzeugung imabhängig voneinander gesteuerter Bewegungen des Schleiforgans in zwei Dimensionen und einen Antriebes teuerffiechtinisHnis für selektive Betätigung derart aufweist, dass das Schleiforgan jeweils in eine bestimmte Stellung in bezug auf die Oberfläche des optischen· Rohlings geführt wird. Dies© Vorrichtung eignet sich besonders zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung optischer Oberflächen.

Ein anderes, allgemeineres Kerkraal der Erfindung ist eine systematische Methode zur Erzeugung ainer" gewünschten Oberflächenkontur auf eines gegebenen Werkstück. Nach dieser Methode wird die anfängliche Oberfläche des Werkstücks gedanklich in ein ETetz aus einzelnen, aneinander angrenzenden Feldern eingeteilt, und es' wird eine Bestimmung der gesamten Oberflächen- , änderung durchgeführt, die in jedem der Felder erforderlich ist, um die gewünschte Oberflächenkontur zu erzeugen·. Bei jedem derartigen Arbeitsvorgang werden auf jedem, der Felder aohrere Arbeitsvorgänge durchgeführt, die zu einer gleichmässigen Änderung in der relativen Erhebung dos bearbeiteten Feldes in bezug auf die anderen Felder führen. Diese Oberflächenänderung kann entweder ein Werkstoff öefcrsiüent oder ein stufem/oißor Werkstoffaufbau in der bearbeiteten Fläche sein. Wenn die Arbeitevorgänge in einer derart geordneten Reihenfolge durchgeführt werden, dass aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge auf benachbarten Feldern erfolgen, und wenn <Ue Gesamtzehl der Arbeitsvorgänge, als auf den einzelnen Feldern durchgeführt werden, in ÜbereinstiEjnmng axt äsr geaasten, erforderlichen Qfcsr« fläehenöaderung variiert wird, wird der anfänglichen Werkstückoberfläche 6. ie £c*.:ün<scivic Oberflächenkontur erteilt. Mene systematische Αηε-tousrung dor Oberfläohenändtorung führt luv Iir~ sougung einer äaeaerct i'fcgelJnü^aigeE. Oberfläicis v.im ißt aui

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verschiedene Methoden zur Oberfläehenerzeugung, wie ZoB» auf das Schleifen, Polieren, die Abscheidung aus der Dampfphase, das Besprühen usw., anwendbar.

Bin anderes Merkmal der Erfindung iet ein Verfahren dor

beschriebenen Art, bei dorn naiie Arbeitsvorgänge is ßllgoiHsinsn auf demjenigen benachbarten FsId durchgeführt v/erden, das noch die grösste Anzahl von Arbeitsvorgängen erfordert, ura die gewünschte Oherflächenkontur au erzielen. Auf diese Weise wird der 3?ehlerbereich zwischen der vorhandenen und der gewünschtsn Oberfläche systematisch verkleinert.

Ein,weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Verfahr©n der oben beschriebenen Art, bei deia die Arbeitsvorgänge in einer derart geordneten Reihenfolge durchgeführt werden, dass ©in neiier Arbeitsvorgang immer auf einem Feld erfolgt, das bei den beiden vorhergehenden Arbeitsvorgängen nicht bearbeitet worden ist. Durch dieess Verfahrsn wird eine direkte Umkehr ire Weg der aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgänge verhindert, da durch eine solche Umkehr örtliche Ungleiohsässigkeiten in der Oberfläche entstehen könnten»

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung v/ird auf die 3Qiohnungon Be2Ug geaoamen*

Pig. 1 XBt sine scheiüatisehs Darstellung der Yorfahrensstufen ©iner bevorzugten Methode gsiüäss ösr Erfindung sur Srzeugung einer optischen Oberfläche.

Eig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung sur optischer Oberflächen geinäss der Erfindung'.

Pig. 3 erläutert schematisch einen optischen Rohling, der gedanklich in ein Heΐβ von einäelnen Seldom unterteilt worden ist.. CcIb Bs25eic}inungen der betreffenden Konturfeiiler tragen.

Mg« 4 erläutert dis Bewagung einas optischen Schleiforgane über das Hetz von leidern hinwog auf einem Weg, der nach einem

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Verfahren geinäss der Erfindung bestimmt wird.

fig. 5 erläutert die Fortsetzung des in Fig* 4 dargestellten Wegea des Schleiforgans.

Pig, 6 seigt das Oborfläohennets der Pigo 3» wobei" die einzelnen Folder Bezeichnungen der Konturfehlor tragen, dis eic nach längerer Bearbeitung mit dem Schleiforgan noch aufweisen.

Fig. T aoigt ein anderes bevorzugtes Oberflächennets gemäss der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch die funktionell miteinander in Besiohung stehenden Elemente» die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. Me anfängliche Oberfläche 15 des optischen Rohlings 16 wird durch eine Oberfläehenuntersuchungsvorriohtung 17 ausgemessen. Die Messung der Oberfläche 15 kenn mechanisch erfolgen, z.B. durch Skalenanzeiger oder durch eine wandernde Sonde. Vorzugsweise wird die Oberflächenmessung jedoch durchgeführt, indem man die Oberfläche 15 mit. einea Interferometer untersucht, das ein Interforenzbild 18 erzeugt, welches die Oberflächenkennwerte dos Rohlings 16 darstellt.

Dann wird dia durch die Messung der Oberfläche 15 gewonnene Information mit einer Information verglichen» die sich auf die gewünschte optische Oberfläche bezieht, und es werden die relativen Konturfehler, nämlich die Unterschiedeswischsn den vorhandenen und den gewünschten relativen Oborflachenerhebiingsn, bestimmt, die in den verschiedenen Teilen der Oberfläche 15 vorhanden sind. Dieser Vergleich erfolgt vorzugsweise mit Hilfe des Rechners 19» der über die Leitungen 21 und 22. Digital-information, auegibt, die in das Steuerorgan 23 eingespeist wird. In Übereinstimmung mit der Digitalinformation aus den Laitungen 21 und 22 und den Löschsignalen aus den Leitungen 24 imd 25 erzeugt das Steuerorgan 23 in den Leitungen 26 und 27 Ausgangsspannungea, die die Bewegung des Schleiforgans 28 auf der Oberfläche 15 steuern.

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Dae Schleiforgan 28 wird von dem Siech 29 getragen, dor eine zweidimensional© Bewegung des Schleiforgans über die Oberflache 15 dee Werkstüekrohlings 16 zulässt. Wie nachotshonö beschrieben wird, wird die Bewegung des Schleiforgans 28 systematisch eo gesteuert, dass die Konturfehler verhindert werden und dadurch die gewünschte Oberfläciio auf dem Rohling 16 er- «eugt wird.

Pig. 2 zeigt im einzelnen don Siech 29» der den auf der Grundplatte 32 angeordneten Vagen 31 aufweist. Zu dem Wagen 31 gehurt die bewegliche Führung 33, die von den feststehenden Führungen 34 und 35 getragen v/ird und sich längs dieser Führungen bewegen kann. Ein weiterer Bestandteil des Wagens 31 ist die Platte 36, die das Schleiforgan 28 auf der Welle 37 trägt und sich, in Längsrichtung der beweglichen Führung 33 bewegen kann. Auf die Welle 37 ist das Spurrad 36 aufgekeilt, welches seinerseits in das Schraubengetriebe 39 eingreift. Der Antriebsmotor 4-1 betätigt das Getriebe 38 und 39 so, dass das Schleiforgan 28 rotiert.

Auf der Grundplatte 32 sind ferner der y-Antrioba-Schrittschaltmotor 43» der x-Antriebs-Schrittschaltinotor 44 und die dazugehörigen Antriebsräder 45 bzw. 46 angebracht. Der (Treibriemen 47 ist mit seinen beiden Enden an den gegenüberliegenden Rändern der Platte 36 befestigt und läuft um das Antriebsrad 45 und das Rücklaufrad 46 herum. Ein zweiter Creibrieraon läuft um das Antriebsrad 46 und das Rücklauf rad 52 herum und ist an dem Aussenrand 49 und der Innenschulter 51 der Führung 33 befestigt. Die Ausrichtung des Treibriemens 50 wird durch die in den Ecken angeordneten Ortungsräder 53 und 54 bewerkstelligt. Die Stellungsfühler 56 und 57 sind oo angeordnet, dass sie sich mit den Rücklauf rädern. 48 bsw. 52 drehen können.

Je nach der Polarität der durch das Steuerorgan 25 an die Komoren 43 und 44 über die Leitungen 26 bsw. 27 angelegten Spnmiungon bewegt sich das Schleiforg&n in der durch aio Führungen 34 und 35 vorgeschriebenen x-Eichtung, :ln der durch die Führung

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vorgeschriebenen y»Richtung oder gleichseitig in beiden Eichtungen. Zum Beispiel bewirkt die !Drehung d©s x^AntriebsHiotara 44 und des dasugehörigen Antriebsrades 46 im Uhrseigerninn© eine Bewegung der Hthrung 33 und des daran bsföstigten SohXöiiorganc 28 in dor x~Richtung von rechts nach links, während ©in© Ursiiung des Motors 44 und des Rades 46 entgegen deio Uhveeigor-sinne sine Bewegung des Schleif organs- 28 in der entg©g©ng©se1»sten Richtung aur Folg© hat. Ebenso orseugi di© Drohung des y-Antriebsnsotorö 43 und des dasugeiiörigen Antriebsrades 45 im ■Uhrzeigersinne eine Bewegung der Platte 56 und &ee daran Tbef©« stigten Schleiforgane 28 in einer y-Blohtung, während ©ia@ drehung entgegen dem UhEssigersiane ©ime Bewegimg des Schleiforgans ia der ©ntgegengesetsten Hiolitung smr Folge hat« Ba® Steuerorgan ©rseugt also als Hoakiiion auf di© aus den Is©it-ang©n 21 und 22 empfangene Digitälinforsation in ämi Seitiiiagen 26 lind 27 Steuerspanauagen, die di© Bewegung des Bchleiforgane in oiae bestiauBtc, von dem Rechner 19 ausgewählte Stellung auf -&©r Oberfläche 15 sur 3?olge haben» lach Erreichung der bestimmtes' Stellung erzeugen die Stellungsfühler 56 im.d 5? Signal© in den Leitungen 24 und 25» die die Steuerspannungen in den lieitungen 26 und 21 loschen, bis der nächste Befehl von dem Rechner 19 eiapfangen wird.

Pig. 5 erläutert echematisch die Werks tüclco bar fläche .15, die gedanklich in ein Hets 61 aus 25 aneinander angrenzenden Feldern 62 VOE gleicher Grosse unterteilt", ist. Jedes der Felder trägt eine 2ahlenb8s®ichnung, die in dem vorliegenden Beispiel den Eonturfehler des betreffenden Feldes angibt. Die Siffer bedeutet die relativ© Ansah! von Rohiaaterialdekreinenten von gleicher bestimmter. Grosse, die für ;jeües Feld 62 erforderlich ist, um der anfänglichen Oberfläche 15 die gewünschte optiocho Kontur BU erteilen."-Die relativen Konturfehle:? sind grundsätslich in der Information des Interferonsabiides 18 enthalten, öio von dem Rechner 19 in die Zn Mg₀ ? dargestsllte Fora luBgesetist wird= Der Rechner 19 ordnet auoh die? verechieöenen Felder 62

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nach ihren relativen lagen in sin Cartesiaches Koordinatensystem ein. Daher können die ©inaeinen QuadratfeXöer 62 durch die in Pig. 3 angegebenen x- und y-Werte von 1 Ms 5 gekennzeichnet werden» ■

So zeigt s.Β, das (x = 5, ' y ^s 5)-Fel& (das ober© rechte 2¹ des Retires 61) den Konturfehlar 1, während das (x « 1, y » 5)-PeId (in der oberen linken Ecke des Hetaes 61) d©n JKontnrfehler 10 aufweist. Dies bedeutet» dass auf dem (x = 1, y * S)-FeId neun Msiteriäldekreiaento von bestimmter Grßsse siehr erforderlich sind als auf dem (x - 5₉ y ~ 5)-l?eld, um auf diesen Feldern die gewünschten relativen Oberflächenerhebungen au erssmgen. Auf dem (x = 5» y - I)-IeId müssan zwei Matsrialdekreraente mehr erfolgen als auf dea (ζ =5, J = 5)-·?β1α, und das (x = 1, y S= 2)-]?eld benötigt sieben Materialdokröraente. mehr als das (s = 4# y « J)-FeId.

Uachdem der Heohser die in lig« 3 dargestellte Information berechnet hat, wird ©r so programmiert, dass er über die Leitun» gen 21 und 22 aufeinanderfolgende Digitalausgangsleistungen liefert, die ©inselne leider 62 in form ihrer x~ und y-Koordinatenwert© darstellen,. Dies© Digitalinformation wird von dem Steuerorgan 23 in entsprochend© s- und y-Steuerspannungen umgewandelt, die aufeinanderfolgend© Bewegungen d©s Schleiforgems 28 au den verschiedenen leidern dor Werksttickobörflächs 15 auslösen, di© mit den angegebenen gedachten Feldern 62 susamia©nfallen» Die jeweilige Reihenfolge, in der di© Felder 62 von dem Eechner 19 ausgewählt werden, nand doiäentoprachend di© Ρογβ des ύ®η das Sehleiforgan 28 surüsklegt, iet ©in wichtiges oLer nachstehend b©schriebsnea

die gewünscht© Oberfläohenlcostur auf dar Rohlingsoberfläch© 15 su erseugen, müssen Hohiiaterialvoluiaina verschiedener GrÖes© von äen Psldern- 62 abgetragen werden, wie ©s in den ungleichen Werten der Konturfehlersiffern ssum Ausdruck kommt» Jedoch v©rhindsrn die Schleif- und Poliersethodon, die erforderlich sind,

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optische Oberflachen von hochgradiger Qualität zu erzeugen, die ununterbrochene Bearbeitung eines jeden Feldes 62 durch das Schleiforgan so lange, bis die erforderliche Menge an !Rohmaterial von diesem Feld abgetragen worden ist. Diese Methoden erfordern z.B., dass das Schleiforgan fortschreitend dergestalt über die Werkstückoberfläche 15 vorrückt, dass es niemals längere Zeit auf einem bestimmten Teil der Oberfläche arbeitet. Ferner soll der Weg, den das Schleiforgan 28 auf der Werkstückoberfläche 15 zurücklegt, keine direkte Richtungsumkehr des Schleiforgans und so wenig plötzliche Richtungsänderungen wie möglich aufweisen; denn diese Faktoren führen zu örtlichen Oberflächenunregelmässigkeiten, die die Qualität der fertigen optischen Oberfläche verschlechtern.

Daher bewegt sich bei dem bevorzugten Verfahren das Schleiforgan 28, dessen Arbeitsfläche im wesentlichen gleich der Grösse des einzelnen Feldes 62 ist, ununterbrochen über die Oberfläche 15 und die einzelnen Felder 62 hinweg. Die Bewegung des Schleiforgane 28 wird so gesteuert, dass bei jedem Durchgang desselben durch ein einzelnes Feld 62 immer ein gleiches, bestimmtes Volumen an Hohaaterial abgetragen wird. Zum Beispiel stellt in Fig. 3 jede Einheit der den einzelnen Feldern 62 zugeordneten Konturfehlerzahlen eines dieser gleichen Materialvolumendekremente dar. So erfordert die Erzeugung der gewünschten optischen Oberfläche, dass das Schleiforgan 28 das ""(ac * 1, y - 5)-Feld neunmal öfter bearbeitet als das (x = 4, y a 3)-Feld und siebenmal öfter als das (x = 5₉ y = T)-FeId usw.

Geraäss der Erfindung werden die einzelnen Folder 62 in dein gewünschten Ausmasse abgetragen, und es wird eine gute optische Bearbeitung erzielt, indem man die aufeinanderfolgenden Bewegungen des Mittelpunktes des Schleiforgans"zwischen den Mittelpunkten der Folder 62 nach*den folgenden Regeln steuerts {1) Nachdem das Schleiforgan ein bestimmtes Feld bearbeitet hat_f rückt es nur zu einem angrenzenden Feld vor, dessen Mittelpunkt

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entweder auf einer direkten Port Setzung der vorherigen Bewegungerichtung liegt oder einen Winkel von 45° mit derselben bildet. Diese Begrenzung in der Bewegungsrichtung verhindert eine längere Bearbeitung einer kleinen Gruppe von feldern mit hohem Konturfehler. (2) Das Schleiforgan rückt im Rahmen der ihm auferlegten Richtungsbeschränkungen zu demjenigen Feld vor, das nooh den grösetan Konturfohler aufweist. Dies bedingt eine Bevorzugung von Poldern mit höherem Konturfehler, wodurch der maximale Fehlerbereich auf dGr Oberfläche vermindert wird. (3) Wenn zwei oder mehrere der zur Verfügung stehenden angrenzenden Felder gleich hohe Oberflächenkonturfehlerwarte aufweisen, wird die Bewegungsrichtung des Schleiforgans durch zufallsmässige Auswahl bestimmt. (4-) Om das Festfahren des Schleiforgans zu verhindern₅ werden die ©ben beschriebenen Eiohtungsbeschränkungen geändert, sobald das Schleiforgan sich auf einem Feld am Rande des Netzes 61 befindet. In diesem Falle igt ein Vorrücken dee Sohle if organs zu jedem beliebigen angrenzenden Feld gestattet, mit Ausnahme desjenigen, das von dem Schleiforgan bearbeitet wurde, unmittelbar bevor es in seine gegenwärtige Stellung gelangt©.

Fig. 4 erläutert echematiech die Steuerung des Schleiforgans nach der oben beschriebenen Methode, wobei die ausgezogene Linie 63 den Weg des Schleiforgane auf der Oberfläche 15 darstellt und die Pfeile die möglichen Sichtungen andeuten, die dem Schleiforgan zum Verlassen des gerade bearbeiteten Feldes 62 zur Verfugung stehen. Wie Fig. 4 zeigt, beginnt das Schleiforgan seine Arbeit auf dem' (x = 3, y «= I)-FeId und hat für seine anfängliche Bewegung das in der Geradeauaricfrtung liegende (χ β 3, y s 2)-Feld und die eine Richtungsänderung von erfordernden Felder (x * 2, y » 2) und (x «4, y - 2) zur Verfügung. Von diesen weist das (x = 4, y = 2J-FeId den höchsten Konturfehlerwert von 7 auf und wird daher für die anfängliche Bewegung ausgewählt. Für die nächste Bewegung des Schleiforgans stehen das in der bisherigen Bewegungsrichtung liegende

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(χ β 5, y * 3)-Feld und die eine Richtungsänderung von 45° erfordernden Felder (x « 4_f y = 3) und (x «5, y « 2) zur Verfügung. Von diesen weisen die Felder (x « 5, y = 2) und (χ β 5, y β 3) die gleichen Konturfehlerwerte von 1 auf, die grosser sind als der Konturf ehlerwert Hull des (x *= 4, y ^s 3)-Feldes. Daher wird in diesem Falle eine zufallsroässige Auswahl zwischen den beiden Feldern mi.t dem höheren Konturfehlerwert getroffen, und das Schleif organ rückt auf dae (x .■* 5, y » 3)-FeId vor. Da dieses Feld am Rande des Netzes 61 liegt, wird die der Bewegung des Schleif organe, vorgeschriebene 4ü>°-Begrenzung ungültig, so dass hier sämtliche angrenzenden Felder mit Ausnahme des (i = 4, y * 2)-Feldes zur Verfügung stehen, das von dem Schleiforgan unmittelbar vorher bearbeitet worden ist. Von diesen Feldern hat das (x = 5» y * 4)-Feld den höchsten Konturfehlerwert von 10 und wird daher für die nächste Bewegung des Schleiforgans ausgewählt* Dieses Feld liegt wiederum am Rande des ffetzes 61, so dass alle angrenzenden Felder mit Ausnahme des gerade von dem Schleiforgan bearbeiteten (x «5, . y = 5)-Feldes sur Verfügung stehen. Daher rückt das Schleiforgan nunmehr zu dem (x · 41 y * 4)-Feld vor, das den höchsten Konturfehlerwert von 7 aufweist. Da dieses Feld nicht am Rande des Hetzes 61 liegt, ist die nächste Bewegung des Schleif organe wiederum auf die geradlinige Bewegung zum (x »3, y = 4)-PeId und die Riohtungsaaderungen um 45° zu den Feldern (x « 3, y ■ 5) und (x a 3» y ■ 3) beschränkt. Die obigen Bewegungeregeln werden weiter befolgt, wenn das Schleiforgan nacheinander durch die Felder (x «3, y ~ 5), (x « 2, y « 5), (x « 1, y « 5), (χ β 2, y * 4), (x = 2, y =* 3), (x'« 1, y * 2), (x * 1, y β 1) und (x » 2, y » 1) vorrückt.

Fig. 5 zeigt die Fortsetzung der <in Fig. 4 beschriebenen Wanderung des Schleiforgane. Die Konturfehlerwerte der einzelnen Felder 62, die auf dem.Weg 63 der Fig. 4 liegen, Bind aiii eine Einheit herabgesetzt worden. Meao Verminderungen entsprechen den Rohraaterieldekrementen, die die Bearbeitung Äicccr FelÖÄr durch das Sohleiforgan aur Folgo- gehabt hat. Von den angrenzen«

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den Poldern, die für eine Bev/egung von dem (x « 2, y =* 1)-PeId aus aur Verfügung 3telien, v/eiat sowohl das (χ »Ί» y β 2)-Peld als auch das (x - 3, y * 2)~Peld einen Konturfehler von 6 auf, da der EoiLturfehlor des {x * 1, y ^Ä 2)~Polde3 infolge d©s bei des in Pig. 4 dargestellten.Wanderung dos Schleiforgans herbeigeführten HaterialaekrGffientsD von 7 auf 6 vermindert worden ist. Infolgedessen wird hier wieder eino aufallsiaässige Auswahl getroffen, und das Schleif organ rückt su dem (x « 3, y » 25-Peld vor. Ton dort wandert das Schloiforgan entsprechend den oben angegobemen Bewegungsregeln weiter und durchläuft nacheinander die Polder (x « 4> y = 2), (x =5, y = 1) imd (x « 4, y= 1).

So rückt das Schleiforgan 28 im allgemeinen von einem gegebenen Feld au einem benachbarten PeId vor, dac nicht unmittelbar, bevor das Schleiforgan zu dem gegebenen PeId gelangte, von dem Schleiforgan bearbeitet worden ist und entsprechend seiner Konturfehlersahl noch die grösate relative Ansahl von Haterialdekrementen erfordert. Dia einzigen AuBiiahmen sind diejenigen PaIIe₉ in denen eino solche Bewegung durch die obige Bpwegungsregel (1) verboten wird. Ein Beispiel für eine solche Ausnahme ist dia in Pig. 4 fi£2gestellte Bewegung von dem {x = 4, y β 2)-Peld su dem (x '« 5, y - 3)-Peld statt zu einem der benachbarten Folder (2ε » 3, y ~ 2), (x « 3, y « 3), {x a 4, y * i) und (x «5, y » 1), dia eämtlich höhers Kontiirfehlerwortö aufvföissn» Infolge der absichtlich ausgelösten Bevorsugyjßg für das 7orsÜoken auf Polder mit don höchsten KonturfehlQrwertoH v;irö der aaacimale Wertobereich aller Konturfehlersahlän allmählich varkleinert. Aue der obigen Beschrailiung argibt sich, daao dieser maximale Bereioh theoretisch proportional dem maxlBialon relativen Erhobungsfehlor ist, der swiachen don einzelnen Feldern in dem lots besteht, und dass die genaue gewünschte Öbarflächenkontur durch identische Pehlerwsrto in sämtlichen Poldern 62 angeseigt werden würde.

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Die Verringerung doe Konturf ehlerbereiobs ergibt sich aus Fig. 6, die das Nets 61 Bit den Feldern 62 mit den KonturfQk-. lsrwerten zeigt, die nach einer langandauernden Bearbeitung in der oben beschriebenen Weis© erreicht worden sind. Die verschiedenen Fehlerwerte sind nun negativ, was lediglich bedeutet, dass das Schleiforgan 28 jedes Feld einmal oder mehrmals öfter bestrichen hat, als es dem in Fig. 3 angegebenen ursprünglichen Konturfehlerv/ert des betreffenden Feldes entspricht. So ist a.B. das (x » 1, y β D-Feld von dem Schleiforgan siebenmal gesondert bearbeitet worden» das (χ * 1, y « 5)-?eld ist elfmal, dae (x » 4» y ^s 3)-Feld zweimal bearbeitet worden usw. Da nur die relativen Werte der Konturfehlerzahlen, nioht aber die absoluten Grossen der Zahlen von Bedeu-

* tung sind, sind die Änderungen im Vorzeichen unerheblich. Wichtig ist nur, dass nach einem ausgedehnten Arbeitsweg des Schleiforgans der maximale Bereich der Konturfehlerwerte 3 beträgt. Dieser maximale Bereich besteht zwischen dom (u= 5, y « 4)~Feld und den Feldern (x a 2, y m 3)» (x « 3» y *» 3) und (i » 4j y » 5) und bedeutet eine beträchtliche Verkleinerung des ursprünglichen Boreichs von 10, der zwischen dem (x ■ 4» y ■■ 3)-Feld und den Feldern (x »1,-- y » 5) und (x · 5» y ■ 4) vorhanden war. Diese Verkleinerung bedeutet natürlich eine entsprechende Abnahme im Grad des OberflächenkonturfehXeret den die Oberflocht 15 ursprünglich aufwies. Das beschriebene Verfahren gestattet also die systematische Erzeugung einer gewünschten Oberflächenkontur und stellt ausserdem eine optische Schleifmethode dar, wie sie zur Erzielung von Oberfläohen von hochgradiger Qualität erforderlich ist.

Die scheroatiach an Hand von Fig. 3 bis 6 erläuterte Oberflächeneraeugungenethode ist nur beispielsweise beeohrieben worden und kann in der Praxis in verschiedenen Hinsichten abgeändert worden. Zürn Beispiel kann die Anzahl der einzelnen Felder in einem Je nach der Grosse undΓ de» Zustand des zu bearbeitendon ViSiiieten* Fü» befitimiti Arten von optischen Oberflü-

chen können die lets* hunderte τοη eineeinen Feldern aufweieen. Auch dl· geeiste Veglänge dee Schleiforgans, ausgedruckt in Durchgängen durch die einseinen Felder, ist im allgemeinen viel länger, als es in Fig. 3 und 6 sum Ausdruck kommt. Deshalb kann eine periodisohe oder ständige Modifizierung der erwarteten Dekresentgröeee angeseigt sein, us langsame Änderungen der charakteristischen Eigenschaften des Sohleiforgans zu kompensieren. Eine solche Kompensation kann auf den zuvor beobachteten Geschwindigkeiten der Änderung der Oberfläche des Schleiforgans beruhen. Um ausserdea auoh noch Imponderabilien in Rechnung su stellen· kann ein vollständiges Oberfläohenbearbeitungsprogramm eine Ansahl von aufeinanderfolgenden Routinevorgängen umfassen, swisohen denen die Werkstückoberfläche gemessen und die Information verwendet wird, um jeweils den nächsten Routinevorgang bestimmen.

Wie bereite erwähnt, wird durch die Begrensungen der Bewegungsregeln (1) und (♦) verhindert, dass das Sohleiforgan eine gegebene Stelle des Rohlinge ttseraassif lange bearbeitet* frotsdem kann unter Umständen die ständige Auswahl des Feldes mit dem höoheten Korrekturfehlerwert aus den allgemein sur Verfügung stehenden drei Feldern dasu führen, dass Feldergruppen mit hohen lonturfehlerwerten vsrhältnismässig längs bearbeitet und Feldergruppen mit niedrigen Konturfehlerwerten vernachlässigt werden. Biss kann su bedeutungsvollen und unerwünschten Änderungen der charakterietieohen Schleifwerte führen, um dieser möglichen Sohleifstreuung entgegensuwirken, kann nan etwas abgeänderte Bearbeitungeverfahren anwenden, bei denen ein anderes sur Verfügung stehendes Feld als dasjenige mit dem höoheten Konturfehlerwert für die nächste Bewegung des Sohleiforgans ausgewählt wird. Sum Beispiel können die drei Felder, die nach dem oben beschriebenen Programm für die nächste Bewegung des Schleiforgane sur Verfügung stehen, nach ihren jeweiligen Konturf ehlerwerten als hoch, mittel bsw. niedrig gekennzeichnet werden» Die Auswahl eines Feldes für die nächste Bewegung des

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Schleiforgans kann dann enteprsehend einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit vorgenommen werden. Zum Beispiel kann das Schleiforgan für 85 fi der Zeit su öem sur Verfügung stehenden, mit "hoch" bezeichneten Feld, für 10 9& der Zeit zu dem mit "mittel" bezeichneten Feld und für 5 # der Zeit zu des iait "niedrig" bezeichneten Feld geführt werden. Auf diese Weise erreicht man eine weitere Verteilung der Bewegung des Schleiforgane, wobei immer noch eine relative Bevorzugung für die Felder mit den höchsten Konturfehlerwerten erhalten bleibt.

Das oben beschriebene Verfahren einschlieeslioh der durch die Bewegungsregeln (1) und (4) bedingten Beschränkungen ist sehr geeignet für die Erzeugung von optischen Oberflächen von hochgradiger Qualität. Für gewisse Anwendungezwecke kann man jedoch auf eine oder mehrere der dein Schleiforgan vorgeschriebenen Bev/egungsbeschränkungen verzichten* Zum Beispiel kann das Schleiforgan immer zu dem angrenzenden Feld mit dem höchsten Kontürfehlerwert vorrücken, unabhängig davon, welches Feld es vorher eingenommen hat. In diesem Falle kommen direkte Richtungsumkehrbewegungen des Schleiforgano vor. Ebenso kann das Verbot einer Richtungeabweichung des Schleiforgane um mehr als 45° fortgelassen werden» Auch durch derartige Methoden erzielt man eine systematische Verringerung des Oberflächenkonturfehlerso Für die Verminderung dee Konturfehlers ist es nur erforderlich, dass der Weg des Schleiforgans bevorzugt zu Feldern mit hohen Konturfehlerwerten führt. Solche zusätzlichen Methoden können daher für andere Anvenclungszwecke» besonders für solche geeignet oein, bei denen die optische Oberfläch© nicht den höchsten Gütegrad Eufsuwoiaon braucht.

Fig.-7 soigt eino anders bevorsugto Art des liotzoo 71, das in dieses Falle aus aneinander angrenzenden, gleich groseen seohoeckigen Feldern 72 besteht. 3)ao Verfahren zur Eraougung der optischer. Oberfläche unter Verwendung diesos Netzes 71 ist dorn oben beschriebenen ähnlich; jedoch bewegt aich-daa Schleiforgan in diesem Falle eu Feldern, deren Mittelpunkte in der Richtung

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der "bisherigen Bewegung liegen, und su Feldern, clis eine Richtungsänderung nicht um 45°> wie in dem obigen Beispiel, sondern um 60° erfordern. Die ausgezogene linie 73 stellt den Weg des Schleiforgans über die Fläch© 72 dar, und die Pfeil© deuten die zulässigen Bewegungsrichtungen von jedem von dem Schleiforgan bearbeiteten feld aus an,

Das sechseckige Netz 71 erleichtert nicht nur die Verkleinerung des Konturfehlers» wie oben beschrieben, sondern hat auch noch den Vorteil, sich besser an den kreisförmigen Umfang der üblichen optischen Werkstücke anzupassen. Daher kann das Schleiforgan alle Punkte am Rand der Werkstückoberfläche leichter erreichen· Da die Mittelpunkte aller aneinander angrenzenden PelÖer 72 des sechseckigen letzes 71 gleich weit voneinander entfernt sind, wird die Schwierigkeit der Zuordnung zu den wirklichen Oberflächenparametern, die sich aus deia Unterschied in der Länge zwischen geradlinig fortgesetzter Bewegung und Diagonalbewegung ergibt, vermieden.

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Claims (2)

1*

Itek Corporation 2. April 1969

JFS-7865

Patentansprüche

Verfabren sura Erzeugen der gewünschten Oberflächenkontur auf Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass man die anfängliche Oberfläche des Werkstücks in ein Hetz aus einzelnen, einander benachbarten Feldern unterteilt, die gesamte Oberflächenänderung bestimmt, die für jedes dieser Felder erforderlich ist, um die gewünschte Oberflächenkontur zu erzeugen, eine Anzahl von Arbeitsvorgängen auf den einzelnen Feldern durchführt, von denen jeder eine im wesentlichen gleichmäseige Änderung der relativen Erhebung des bearbeiteten Feldes in bezug auf die anderen Felder zur Folge hat, die Arbeitsvorgänge in einer geordneten Reihenfolge durchführt, in der aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge auf benachbarten Feldern des Netzea erfolgen, und die Gesamtzahl der auf den einseinen Feldern durchgeführten Arbeitsvorgänge in Abhängigkeit von der Bestimmung der erforderlichen Oberflächenänderungen derart variiert, dass das Werkstück die gewünschte Oberflächenkontur annimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsvorgänge in einer geordneten Reihenfolge durchgeführt werden, indem man mindestens im allgemeinen für einen neuen Arbeitsvorgang dasjenige benachbarte Feld auswählt, das zufolge, der genannten Bestimmung noch die grösste Anzahl von · Arbeitsvorgängen erfordert.

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Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeAchnet, jäass die Arbeitsvorgänge in einer geordneten Reihenfolge durchgeführt werden» indem man gelegentlich für einen neuen Arbeitsvorgang ein anderes benachbartes BOId als dasjenige auswählt, d&s zufolge der genannton Bestimmung nooh die grösste Anzahl von Arbeitsvorgängen erfordert«

Verfahren nach Anspruoh 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet. dass die Arbeitsvorgänge in einer geordneten Reihenfolge durchgeführt werden» indem man mindestens im allgemeinen für neue Arbeitsvorgänge ein Feld auswählt, das bei den unmittelbar vorhergehenden, beiden Arbeitsvorgängen nicht bearbeitet worden ist.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekannseichnet, dass die Arbeitsvorgänge in einer geordneten Reihenfolge durchgeführt werden, indem man mindestens im allgemeinen für neue Arbeitsvorgänge ein neues Feld derart auswählt, dasa die Verbindungelinie vom Mittelpunkt dieses Feldes aum M\vtelpunkt des unmittelbar vorher bearbeiteten Feldes mit άο? Verbindungslinie vom Mittelpunkt des letztgenannten Feldoo Mittelpunkt des vor dem letztgenannten FaId bearbeite-

ten Feldes einen Winkel von nicht mehr ale 90° bildet-

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die ursprünglich© Werfentückoberfläche in ein liotz von gleichmäaeigen_{ aneinander angrenzenden Ifcläorn unterteilt, die gesamt© relative Annohl von Werketücfcmaterial-" dekrementen von gleichraässiger, vorboetiEsrntor G-röose bestimmt, die für äedee der Felder erforderlich istj um die . gewünschte Oberflächankontur zu orseugen, ein optiachee Sohleiforgan, dessen Arbeitsfläche etwa die G-röase oinoo jeden Feldes aufweist, Übor die Verkstückoberflache auf einem unregelroäseigen, zusammenhängenden Weg Mnvregführt, wobei jede Bewegung des Schleiforgano Über eines der Felder auf diesem Feld ein Werkstückmaterialdekrement hervorbringt, und

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die Bewegung dee Schleiforgans eo steuert, dass der zusammenhängende Weg mindestens im allgemeinen von dem jeweils von dem Sehleiförgan bearbeiteten Feld zu demjenigen diesem unmittelbar benachbarten FeM führt, das zufolge der genannten Bestimmung noch die grßsate relative Ansshl von Werksttickmaterialdekreroenten erfordert.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass E>an die Bewegung dee Schleiforgane so steuert, dass der zusammenhängende Weg desselben gelegentlich von dem jeweils von dem Schleiforgan bearbeiteten Feld su einem anderen benachbarten Feld führt als demjenigen, das zufolge der genannten Bestimmung noch die grösste relative Anzahl von Werkstüekmaterialdekrementen erfordert.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bewegung des Schloiforgans auf dem zusammenhängenden Weg so steuert, daae das Schleiforgan mindestens im allgemeinen von dem jeweils von üie bearbeiteten Feld au demjenigen unmittelbar benachbarten Feld vorrückt, daa zufolge der genannten Bestimmung noch die grcJsste Anzahl von WerkstÜekmaterialdekrementeiJL erfordort und nicht unmittelbar vorher von dem Schleif organ bearbeitet worden ist,,

9. Verfahren nach Anspruch 1 hxs 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückoberfläche in ein ifots aus sechseckigen Feldern unterteilt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bio C, dadurch gökennssaichnet, dass die Werkstückoberfläche in ε in Hats aits -rechteckigen. Feldern unterteilt Viird.

11. Vorrichtung zinn Erzeugen von oir-tißchon Oberflächen, gekenn-Eeichnet durch einen l'räger (2S) f'Ur einen op ti schon Eohling (16), ein optiechee'Sei-?.ciiforgan (2ö) sub Erzeugen'der gewünschten Oberfläche aiii c.sa optieclig·! Hohl-iag, lührirngsorgane (53-36), die dae optische Bahloifo^au tragen-und iia

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stand© sind, dio Bewegung dessolfcsn in ewei Biuansionen längs der Oberfläche dee optischen Rohlings au leiten., und Antrie'osorgane (43» 44, 56» 57) sur Erseugung einev uaafrhängigsa Bewegung des optischen. Sehleiforgasiß in den beiden Diiiienoionon.

12. Vorrichtimg nach Anspruch 11., gekennzeichnet durch, sinan Stöuersäechaaissaue (17-27) für die s$lelctiv© Betätigung dor Antriobsorgana (43_} 44» 56, 57) derart, dass das optische Schleif organ (28) in beatiräiate Stellungen in beeug aiif die Ohorflacho (15) des Rohlings (16) geführt wird.

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