DE19910534A1 - Contact detection between tool and work piece of optic machine - Google Patents

Contact detection between tool and work piece of optic machine

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Abstract

The method involves detecting a contact between a tool (7) and a work piece (15) in an optic machine which comprises, a revolving spindle (6) for the tool, and one (17) for the work piece, attached to a Z-carriage (18). One spindle is driven while the tool approaches the work piece, and the other spindle is left in a freely revolving condition. A rotation of the non-driven spindle, initiated during the contacting of tool and work piece, is monitored. The work piece (15) is moved towards the tool cutter (14). When they touch the rotating spindle (6) catches the non-driven spindle (17) which provides a signal to CNC control. Movement in the z-direction is then stopped and contact coordinates are stored by the CNC control.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werkzeugs und eines Werkstücks einer op­ tischen Maschine, welche sowohl eine drehbare Spindel für das Werkzeug als auch eine drehbare Spindel zur Aufnahme des Werkstücks hat.The invention relates to a method for determining the Touching a tool and a workpiece of an op table machine, which both a rotatable spindle for the tool as well as a rotatable spindle for holding of the workpiece.

Als Beispiel für eine optische Maschine, bei der das er­ findungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann, sei auf die EP 0 727 280 verwiesen. Bei der Bearbeitung von opti­ schen Linsen auf solchen Maschinen muss man genau wie bei anderen Werkzeugmaschinen vor dem Beginn einer automati­ schen Maschinensteuerung ermitteln, welche Position das Werkstück und das Werkzeug nach dem Einspannen hat, damit Leerhübe des Werkzeugs oder Werkstückes mit hoher Ge­ schwindigkeit ausgeführt und Korrekturdaten für die Ma­ schinensteuerung gewonnen werden können. Hierzu ist es bei Werkzeugmaschinen allgemein bekannt, Messeinrichtun­ gen vorzusehen, die vor der Bearbeitung beispielsweise die Position der Werkzeugschneide ermitteln. Bei opti­ schen Maschinen hat man bisher auf solche Messungen ver­ zichtet und sich bisher meist damit beholfen, die Posi­ tion des Werkstückes, also der optischen Linse, rechne­ risch zu bestimmen, was naturgemäß mit Ungenauigkeiten verbunden ist, weil die Geometrie des Werkstückes Tole­ ranzen aufweist.As an example of an optical machine in which he methods according to the invention can be applied to refer to EP 0 727 280. When processing opti You have to use the lenses on such machines just like with other machine tools before the start of an automati machine control determine which position that Workpiece and tool after clamping, so Empty strokes of the tool or workpiece with a high Ge speed and correction data for the Ma machine control can be obtained. This is it generally known for machine tools, measuring equipment to provide conditions before processing, for example determine the position of the cutting edge. At opti machines have been used for such measurements waived and so far mostly used the Posi tion of the workpiece, i.e. the optical lens to determine what is inherently inaccurate is connected because the geometry of the workpiece Tole satchel.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches mög­ lichst kostengünstig auf heute gebräuchlichen optischen Maschinen ausgeführt werden kann und zuverlässig das Be­ rühren eines Werkzeugs und Werkstückes detektiert.The problem underlying the invention is a method of the type mentioned at the outset, which is possible as inexpensively as possible on optical systems in use today  Machines can be executed and the loading reliably stirring of a tool and workpiece is detected.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man während des Annäherns des Werkzeugs und des Werkstü­ ckes eine der Spindeln rotatorisch antreibt und die je­ weils andere Spindel in einem nicht angetriebenen, jedoch -frei drehbaren Zustand belässt und dass während des Annä­ herns eine bei gegenseitiger Berührung einsetzende Dreh­ bewegung der nicht angetriebenen Spindel überwacht wird.This problem is solved according to the invention in that one while the tool and the workpiece are approaching ckes drives one of the spindles in rotation and each because other spindle in a non-driven one, however - freely rotatable condition and that during the Annä herns a turn that starts with mutual contact movement of the non-driven spindle is monitored.

Bei dieser Verfahrensweise kann man auf separate Messein­ richtungen für die Position des Werkstückes und des Werk­ zeugs verzichten. Da übliche Schleifmaschinen für die Linsenbearbeitung zur Ausführung unterschiedlicher Schleifvorgänge Sensoren aufweisen, mit denen die Dreh­ zahl und der Phasenwinkel der Werkstückachse überwacht wird, benötigt man zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei zusätzliche Einrichtungen an der je­ weiligen optischen Maschine, auf der das Verfahren ausge­ führt wird. Da Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens sich die Berührungskoordinaten des Werkzeugs und Werkstücks bestimmen lassen, können sich das Werkzeug und das Werk­ stück bei den anschließenden Arbeitsgängen zum Erreichen der Arbeitsposition mit hoher Geschwindigkeit einander nähern, ohne dass die Gefahr von Kollisionen und damit verbundenen- Beschädigungen besteht. Die unterschiedlichen Maße des Werkzeugs, z. B. infolge von Abnutzung, werden bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise voll berücksich­ tigt. Der Verfahrweg mit langsamer Vorschubgeschwindig­ keit kann dann auf die Toleranzunterschiede in der Mit­ tendicke der verschiedenen Linsen oder Linsenrohlinge be­ schränkt werden. Die Erfindung erlaubt es, mit geringem Aufwand die Berührungskoordinaten für jede Linse neu zu bestimmen. With this procedure you can have separate measurements directions for the position of the workpiece and the work do without stuff. Since usual grinding machines for the Lens processing to perform different Grinding processes have sensors with which the rotation number and the phase angle of the workpiece axis are monitored is required to carry out the invention Procedure no additional facilities at the ever dwelling optical machine on which the procedure is performed leads. Because thanks to the inventive method the touch coordinates of the tool and workpiece can determine the tool and the work piece in the subsequent operations to achieve the working position at high speed each other approach without the risk of collision and thus associated damage exists. The different Dimensions of the tool, e.g. B. due to wear fully taken into account in the method of operation according to the invention does. The travel path with slow feed speed speed can then be based on the tolerance differences in the Mit tendicke of the different lenses or lens blanks be restricted. The invention allows with little Add new touch coordinates for each lens determine.  

Besonders kurze Bearbeitungszeiten ergeben sich, wenn man das Werkzeug mit möglichst hoher Verschubgeschwindigkeit bis unmittelbar vor die zu bearbeitende Linse fährt. Da­ bei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Maschine ei­ nen bauartbedingten Bremsweg für den Werkzeug- oder Werk­ stückschlitten benötigt, so dass man die hohe Vorschubge­ schwindigkeit bereits kurz vor einer Berührung des Werk­ zeugs und des Werkstückes reduzieren und dann mit gerin­ ger Vorschubgeschwindigkeit weiterfahren muss. Das lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dadurch erreichen, dass man die beiden Spindeln bis zum Erreichen eines durch Messung der Annäherung bestimmten Umschaltpunktes mit hoher Vorschub­ geschwindigkeit sich annähern lässt und nach Erreichen­ des Umschaltpunktes die weitere Annäherung mit geringer Vorschubgeschwindigkeit vornimmt.Particularly short processing times result when you the tool with the highest possible displacement speed until immediately in front of the lens to be processed. There However, it must be taken into account that the machine Design-related braking distance for the tool or factory piece sledge needed so that you can feed the high speed just before touching the work reduce the material and the workpiece and then reduce it lower feed speed must continue. That leaves according to an advantageous further development of the inventor method according to the invention achieve that the two spindles until one is reached by measuring the Approach certain switching point with high feed speed can be approached and after reaching of the changeover point the further approximation with less Feed rate.

Der Umschaltpunkt kann mit geringem Aufwand ausreichend genau bestimmt werden, wenn man zur Festlegung des Um­ schaltpunktes mittels einer Luftzuleitung aus einer der Spindeln einen Luftstrom zur anderen Spindel hin richtet und mittels eines Drucksensors den Druckanstieg in der Luftzuleitung ermittelt.The switchover point can be sufficient with little effort to be determined precisely when one is laying down the order switching point by means of an air supply line from one of the Spindles direct an air flow towards the other spindle and by means of a pressure sensor the pressure increase in the Air supply line determined.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Erläuterung ihres Grundprinzips wird nach­ folgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt inThe invention permits various embodiments. To further explain their basic principle, subsequently referred to the drawing. This shows in

Fig. 1 eine optische Maschine mit einem Topfwerkzeug und einer Linse, Fig. 1, an optical engine having a cup-shaped tool and a lens,

Fig. 2 die optische Maschine mit einem Formwerkzeug und der Linse, Fig. 2, the optical engine with a die and the lens,

Fig. 3 die optische Maschine mit einem Formwerkzeug und einem Abrichtwerkzeug. Fig. 3 shows the optical machine with a mold and a dressing tool.

Die Fig. 1 zeigt eine optische Maschine, welche an einem Rahmen 1 Führungen 2 hat, die einen X-Schlitten 3 tragen. An diesem ist ein Schwenkkopf 4 mittels einer B-Achse 5 drehbar gelagert. Eine Spindel 6 ist mit einem senkrecht gestellten Schwenkkopf 4 verbunden und trägt an ihrem un­ teren Ende ein Topfwerkzeug 7, das über eine Bohrung 8 verfügt. In der Spindel 6 ist ebenfalls eine zentrale Bohrung 9 vorgesehen, die mit einer Drehdurchführung 10 verbunden ist. An die Drehdurchführung 10 ist eine Luft­ zuleitung 11 angeschlossen, die mit einem Drucksensor 12 in Verbindung steht. An einer Anschlussstelle 13 wird Luft in die Luftzuleitung 11 eingeleitet. Diese Luft tritt zwischen einer Ringschneide 14 und einer Linse 15 wieder aus und erzeugt bei Erreichen eines Vorabschalt­ punktes einen Staudruck, der in dem Drucksensor 12 einen Schaltvorgang auslöst, mit dem die Linearbewegung der Linse 15 in Z-Richtung auf die langsame Vorschubbewegung heruntergeschaltet wird. Fig. 1 shows an optical engine, having on a frame 1 guides 2, which carry a X-carriage 3. A swivel head 4 is rotatably mounted on this by means of a B-axis 5 . A spindle 6 is connected to a vertically positioned swivel head 4 and carries at its lower end a pot tool 7 , which has a bore 8 . A central bore 9 is also provided in the spindle 6 and is connected to a rotary feedthrough 10 . At the rotary union 10 , an air supply line 11 is connected, which is connected to a pressure sensor 12 . Air is introduced into the air supply line 11 at a connection point 13 . This air exits between an annular cutting edge 14 and a lens 15 and generates a back pressure when a pre-shutdown point is reached, which triggers a switching process in the pressure sensor 12 with which the linear movement of the lens 15 is switched down in the Z direction to the slow feed movement.

Die Linse 15 wird von einer Werkstückaufnahme 16 gehal­ ten, die ihrerseits mit einer Spindel 17 in Verbindung steht, die an einem Z-Schlitten 18 befestigt ist. Führun­ gen 19 des Z-Schlittens 18 sind mit dem Rahmen 1 verbun­ den.The lens 15 is held by a workpiece holder 16 , which in turn is connected to a spindle 17 which is attached to a Z-slide 18 . Guides 19 of the Z-carriage 18 are connected to the frame 1 .

Wenn die Linse 15 von dem Z-Schlitten 18 mit langsamer Vorschubbewegung gegen die Ringschneide 14 des Topfwerk­ zeuges 7 gefahren wird und diese berührt, so nimmt die rotierende Spindel 6 die feststehende Spindel 17, die als C-Achse ausgebildet ist, mit, so dass von der C-Achse das entsprechende Signal an die CNC-Steuerung gegeben wird. Die Bewegung in Z-Richtung wird dann sofort gestoppt und die Berührungskoordinate von der CNC-Steuerung gespei­ chert. Es ist dabei beliebig, ob die Spindel 6 mit dem Topfwerkzeug 7 oder die Spindel 17 mit der Linse 15 als C-Achse ausgebildet wird. Wenn z. B. die Spindel 17 als C- Achse ausgebildet ist, so wird diese während ihrer Vor­ schubbewegung in Z-Richtung zunächst stillstehen. Erst nach der Berührung mit der Ringschneide 14 des rotieren­ den Topfwerkzeuges 7 wird sie mitgenommen und ebenfalls in Drehbewegungen versetzt, die dann das Signal zum Stop des Vorschubs in Z-Richtung und zum Registrieren der Be­ rührungskoordinate auslösen.If the lens 15 of the Z-carriage 18 is moved with slow feed movement against the ring cutter 14 of the pot tool 7 and touches it, the rotating spindle 6 takes the fixed spindle 17 , which is designed as a C-axis, so that the corresponding signal is sent from the C axis to the CNC control. The movement in the Z direction is then stopped immediately and the touch coordinate is saved by the CNC control. It is irrelevant whether the spindle 6 is designed with the pot tool 7 or the spindle 17 with the lens 15 as the C axis. If e.g. B. the spindle 17 is formed as a C-axis, this will initially stand still during its pushing movement in the Z-direction. Only after contact with the cutting edge 14 of the rotating the pot tool 7 , it is taken along and also set into rotary movements, which then trigger the signal to stop the feed in the Z direction and to register the loading coordinate.

In Fig. 2 arbeitet die gezeigte optische Maschine als Poliermaschine. Die senkrecht gestellte Spindel 6 für das Werkzeug trägt in diesem Fall jedoch ein Formwerkzeug 20, gegen das die Linse 15, die in einer Werkstückaufnahme 21 liegt, gedrückt wird. Die Werkstückaufnahme 21 ist mit der Spindel 17 für das Werkstück verbunden. Wenn z. B. wieder die Spindel 17 als C-Achse ausgeführt wird, so wird diese während der linearen Bewegung in Z-Richtung, mit der normalen Verfahrgeschwindigkeit der Maschine, zu­ nächst stillstehen. Erst nach der Berührung mit einem ro­ tierenden Formwerkzeug 20 wird die Spindel 17 dann mitge­ nommen und beginnt ebenfalls Drehbewegungen auszuführen. Diese lösen dann das Signal zum Stop des Vorschubs in Z- Richtung und zum Registrieren der Berührungskoordinate aus. Da das Formwerkzeug 20 mit einer weichen und auch elastischen Polierfolie 22 belegt ist, können Formwerk­ zeug 20 und Linse 15 mit der normalen Verfahrgeschwindig­ keit der Maschine zur Berührung gebracht werden, ohne dass Beschädigungen an den beteiligten Drehkörpern ent­ stehen.In FIG. 2, the optical engine shown operates as a polishing machine. In this case, however, the vertically positioned spindle 6 for the tool carries a molding tool 20 against which the lens 15 , which lies in a workpiece holder 21, is pressed. The workpiece holder 21 is connected to the spindle 17 for the workpiece. If e.g. B. again the spindle 17 is designed as a C axis, it will stand still during the linear movement in the Z direction, with the normal travel speed of the machine. Only after contact with a ro forming tool 20 , the spindle 17 is then taken along and also begins to perform rotary movements. These then trigger the signal to stop the feed in the Z direction and to register the touch coordinate. Since the mold 20 is covered with a soft and elastic polishing film 22 , mold 20 and lens 15 can be brought into contact with the normal speed of the machine without causing damage to the rotating bodies involved.

Die Werkstückaufnahme 21 verfügt über eine Gummimembran 23, die auf ihrer der Linse 15 abgewandten Seite mit Druckluft beaufschlagt werden kann, die über eine Bohrung 24 in der Werkstückaufnahme 21 und eine zentrale Bohrung 25 in der Spindel 17 zugeführt wird. Diese Gummimembran 23 drückt die Linse 15 während des Poliervorgangs gegen das schräggestellte Formwerkzeug 20 und sorgt für einen gleichmäßigen Arbeitsdruck. Hierzu ist es notwendig, beim Zusammenfahren von Linse 15 und schräggestelltem Form­ werkzeug 20 zunächst einen Spalt zu lassen, der dann von dem Arbeitshub der Gummimembran 23 überbrückt wird.The workpiece holder 21 has a rubber membrane 23 which can be pressurized with compressed air on its side facing away from the lens 15 and which is supplied via a bore 24 in the workpiece holder 21 and a central bore 25 in the spindle 17 . This rubber membrane 23 presses the lens 15 against the inclined mold 20 during the polishing process and ensures a uniform working pressure. For this purpose, it is necessary to leave a gap when moving lens 15 and inclined mold 20 first, which is then bridged by the working stroke of the rubber membrane 23 .

Die Fig. 3 zeigt die gleiche Poliermaschine wie Fig. 2. Die senkrecht gestellte Spindel 6 für das Werkzeug trägt wieder das Formwerkzeug 20, gegen das in diesem Fall je­ doch ein Abrichtwerkzeug 26 mit seiner Ringschneide 27 gedrückt wird. Das Abrichtwerkzeug 26 ist mit der Spindel 17 für das Werkstück verbunden. Wenn wieder die Spindel 17 als C-Achse ausgeführt wird, so wird der Vorgang zum Ermitteln der Berührungskoordinaten genauso ablaufen, wie anhand der Fig. 2 beschrieben. Das Formwerkzeug 20 mit seiner weichen und elastischen Polierfolie 22 sorgt wie­ der dafür, dass es zu keinen Beschädigungen an den betei­ ligten Drehkörpern kommt. FIG. 3 shows the same polishing machine as FIG. 2. The vertically positioned spindle 6 for the tool again carries the shaping tool 20 , against which in this case a dressing tool 26 is pressed with its ring cutting edge 27 . The dressing tool 26 is connected to the spindle 17 for the workpiece. If the spindle 17 is again designed as a C axis, the process for determining the touch coordinates will proceed in exactly the same way as described with reference to FIG. 2. The molding tool 20 with its soft and elastic polishing film 22 ensures that there is no damage to the rotating bodies involved.

BezugszeichenlisteReference list

11

Rahmen
frame

22nd

Führungen
guides

33rd

X-Schlitten
X-slide

44th

Schwenkkopf
Swivel head

55

B-Achse
B axis

66

Spindel
spindle

77

Topfwerkzeug
Potting tool

88th

Bohrung
drilling

99

zentrale Bohrung
central hole

1010th

Drehdurchführung
Rotary union

1111

Luftzuleitung
Air supply

1212th

Drucksensor
Pressure sensor

1313

Anschlussstelle
Junction

1414

Ringschneide
Ring edge

1515

Linse
lens

1616

Werkstückaufnahme
Workpiece holder

1717th

Spindel
spindle

1818th

Z-Schlitten
Z slide

1919th

Führung
guide

2020th

Formwerkzeug
Molding tool

2121

Werkstückaufnahme
Workpiece holder

2222

Polierfolie
Polishing film

2323

Gummimembran
Rubber membrane

2424th

Bohrung
drilling

2525th

zentrale Bohrung
central hole

2626

Abrichtwerkzeug
Dressing tool

2727

Ringschneide
Ring edge

Claims (3)

1. Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werk­ zeugs und eines Werkstücks einer optischen Maschine, wel­ che sowohl eine drehbare Spindel für das Werkzeug als auch eine drehbare Spindel zur Aufnahme des Werkstücks hat, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Annä­ herns des Werkzeugs und des Werkstückes eine der Spindeln rotatorisch antreibt und die jeweils andere Spindel in einem nicht angetriebenen, jedoch frei drehbaren Zustand belässt und dass während des Annäherns eine bei gegensei­ tiger Berührung einsetzende Drehbewegung der nicht ange­ triebenen Spindel überwacht wird.1. A method for determining the contact of a tool and a workpiece of an optical machine which has both a rotatable spindle for the tool and a rotatable spindle for receiving the workpiece, characterized in that during the approaching of the tool and the Workpiece drives one of the spindles in a rotary manner and leaves the other spindle in a non-driven, but freely rotatable state, and that during the approaching, a rotational movement of the non-driven spindle that starts with mutual contact is monitored. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die beiden Spindeln bis zum Erreichen eines durch Messung der Annäherung bestimmten Umschaltpunktes mit hoher Vorschubgeschwindigkeit sich annähern lässt und nach Erreichen des Umschaltpunktes die weitere Annäherung mit geringer Vorschubgeschwindigkeit vornimmt.2. The method according to claim 1, characterized in that that you have the two spindles until you reach one by measuring the approximation of a certain switching point can be approached at high feed speed and after reaching the switchover point the further approach with a low feed rate. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Festlegung des Umschaltpunktes mittels einer Luftzuleitung aus einer der Spindeln einen Luftstrom zur anderen Spindel hin richtet und mittels eines Drucksen­ sors den Druckanstieg in der Luftzuleitung ermittelt.3. The method according to claim 2, characterized in that that one can use a Air supply line from one of the spindles to an air flow other spindle and by means of a thrust sors determines the pressure rise in the air supply line.
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