DE2738772C2 - Anordnung zur automatischen Steuerung des Schleifprozesses von Piezoelementen - Google Patents

Description

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J| Weise mit Sicherheit beseitigt gnale des !Comparators 17 werden Transistoren 18, 19

?> Durch die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich so- zugeführt, und die in F i g. 1 dargestellte Sehleifvorrich-

fii mit ein gewünschter Schleifzustand eines Piezoelements tung wird mit Leistung gespeist, um den Schleifprozeß jö feststellen und kontrollieren. Insbesondere wird eine einzuleiten, wenn der Transistor 19 in den EI N-Zustand ρ spezielle Eigenfrequenz festgestellt, indem zwei Filter 5 geschaltet wird. Ein manuell betätigter Schalter 21 dient P verwendet werden, die bei eier gewünschten Eigenfre- zur Einleitung des Schieifprozesses.
quenz des Piezoelements gleiche Dämpfungswerte ha- Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsge-

ii ben. mäßen Anordnung erläutert. Ein Kristallelement ist in

"£ Im folgende.» werden bevorzugte Ausführangsfor- die Befestigung 5 entsprechend F i g. 1 eingesetzt; es

jl men der erfindungsgemäßen Kontrollanordnung zur 10 wird davon ausgegangen, daß der Grobschleifvorgang **f Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnun- bereits beendet ist und das Kristallelement die betrefft gen beschrieben. Es zeigt fende Dicke hat Der Grund dafür läßt sich durch die Ij F i g. 1 eine Ansicht einer Schleifvorrichtung, tatsächliche Messung erläutern, die zeigt daß während β F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der des Schleifvorganges viele Störfrequenzen erzeugt wer-Jf Anordnung zur Kontrolle des Schleifprozesses, 15 den und daß die gleiche Frequenzkomponente, die der Fig.3 den Frequenzverlauf abhängig vom Dämp- gewünschten Eigenfrequenz entspricht unter diesen f ungswert ex der in F i g. 2 verwendeten Filter, Störfrequenzen zu finden ist Der Sc hleif Vorgang wird F i g. 4 eine Darstellung der Schleifzeit unabhängig ersichtlicherweise dazu ausgeführt, daß die erforderlivon der Spannung E zum Zeitpunkt des Schleifens eines ehe Dicke erreicht wird, bei der die gewünschte Eigen-Kristalls, 20 frequenz des Kristallelements vorließ- F i g. 4 zeigt die-F i g. 5 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Aus- sen Zustand, in welchem verschiedene- Siörfrequenzen f ührungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, und erzeugt werden, wobei entlang der Abszisse die Schleif-F i g. 6 eine grafische Darstellung der Schkifzeit ab- zeit f und entlang der Ordinate die Spannung £ zu demhängig von der Spannung E zum Zeitpunkt des Schlei- jenigen Zeitpunkt aufgetragen ist, an welchem das verfens eines Kristallelements. 25 stärkte Signal jeder von der Leitung 6 abgegebenen In F i g. 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer Schleif- Frequenz durch das Bandpaß-Filter hindurchgelangt vorrichtung dargestellt Die Schleifvorrichtung weist ei- welches eine Frequenz /₀ als Mitten- oder Resonanzfrenen Arm 2 auf, der auf einem Führungs-Podest oder quenz aufweist Störfrequenzen Z₀, die durch die Span-Gestell befestigt ist; am einen Ende des Arms 2 sitzt ein nungen Ei_n E₃ und E₂ dargestellt sind, werden vor der Antrieb 3. Eine Befestigung 5 zur Führung bzw. Aufnah- 30 Spannung E\ erzeugt, wobei die Spannung £1 der Eigenme eines Kristallelements ist an der Spitze einer Welle 4 frequenz /₀ entspricht und zum Zeitpunkt /1 erhalten angeordnet die durch den Antrieb 3 in Drehung ver- wird. Das in der vorliegenden Ausführungsform versetzt wird. Eine Leitung 6, die aus einem Teil des An- wendete Kristallelement wurde daher bereits im voraus triebs 3 herausgeführt ist, liefert elektrische Signale, die auf einen Umfang zwischen der Zeit t\ und to geschliffen, während der Zeit des Schleifens der Kristallelemente 35 bevor unmittelbar die Frequenz /₀ erhalten bzw. erzeugt erzeugt werden. Ein in dem Gestell 1 angeordneter An- wird. Zum Zeitpunkt fc treten einige Änderungen auf, trieb 7 dreht und bewegt eine Läppscheibe bzw. Läpp- die von dem betreffenden Kristallelement abhängen; die einrichtung 8, die eine konkave Oberfläche aufweist Frequenz /0, die jedoch als nächstes hervorgerufen wird, Das nicht bezeichnete KristaHelement wird durch die liefert die gewünschte Eigenfrequenz, wenn das Schleikonkave Schleifoberfläche 8a der Läppscheibe 8 ge- 40 fen über ein maximales Zeitintervall ausgeführt wird, schliffen. Die Läppscheibe 8 steht in elektrischer Ver- während welchem diese Änderung möglich ist Das Kribindung mit dem Gestell 1, wobei das Gestell 1, die Stallelement welches auf eine derartige Dicke abge-Welle 4, die Befestigung 5 und die Läppscheibe 8 jeweils schliffen wurde, befindet sich in der Befestigung 5.
elektrisch leitende Elemente sind. Entsprechend F i g. 2 behält der Komparator 17 den Gemäß Fig. 2 steht die Leitung 6 mit einem Ein- 45 Ausgangszustand entsprechend dem logischen Wert gangsanschluß 10 eines Verstärkers 9 in Verbindung; »0« im Anfangszustand bei. Wenn nunmehr der manuell der Ausgang des Verstärkers 9 ist mit Bandpaß-Filtern betätigbare Schalter 21 geschlossen wird, so daß die 11,12 verbunden. Die Bandpaßfilter 11,12 haben die in Transistoren 18 und 19 in den EiN-Zustand geschaltet F i g. 3 dargestellten Dämpfungscharakteristiken. In werden, wird ein Relais 20 aktiviert, so daß die Schleif-F i g. 3 ist entlang der Abszisse die Frequenz /aufgetra- 50 vorrichtung in Betrieb gesetzt wird. Während dieses gen, während entlang der Ordinate der Dämpfungswert Schleifprozesses werden Signale erzeugt,- die die Eigen- x aufgetragen ist Die Kurve a veranschaulicht die Cha- frequenz des Kristalls urd andere Frequenzkomponenrakteristik des Bandpaß-Filters 11, welches als Mitten- t«n enthalten; diese Signale werden über die Leitung 6 frequenz die Frequenz /1 hat, die größer ist als die ge- abgegeben. Die Signale mit diesen unterschiedlichen wünschte Eigenfrequenz /"0, die sich aufgrund des 55 Frequenzkompontr.ten werden durch den Vei-stärker 9 Schleifprozesses des Kristalls ergibt. Die Kurve b ver- verstärkt und dann den Bandpaß-Filtern 11, 12 zugeanschaulicht die Dämpfungscharakteristik des Band- führt Da sich die Dämpfungswerte χ der beiden Bandpaß-Filters 12, welches die Mitten- oder Resonanzfre- paß-Filter 11,12 gemäß F i g. 3 für Frequenzen mit Ausquenz /2 aufweist, die niedriger ist als die Eigenfrequenz nähme der Frequenz /0 voneinander unterscheiden, sind /0. Aus F i %, 3 ist ersichtlich, daß die Kurven a und b bei 60 die von den Gleichrichtern 15, 16 jeweils umgesetzten der Eigenfrequenz /₀ gleichen Dämpfungswert haben. Gleichspannungen unterschiedlich groß. Mit dem Zeit-Die Ausgänge der Bandpaß-Filter 11 und 12 sind über ablauf des Schleifprozesses erhöht sich die Eigenfre-Verstärker 13,14 an Gleichrichter 15,16 angeschlossen, quenz; wenn die Eigenfrequenz /"0 geringfügig überwie aus F i g. 2 hervorgeht Die Ausgänge ρ und q der schritten ist, ändert sich der logische Wert am Kompabeiden Gleichrichte.· 15, 16 sind an einen Komparator 65 rator 17 in »1«, so da£ die Transistoren 18 und 19 in den 17 angeschlossen, so daß ein logischer Wert »1« dann AUS-Zustand geschaltet werden, d. h. gesperrt werden, erzeugt wird, wenn der Üipannungspegel am Eingang q Dann wird das Relais 20 deaktiviert und die Schleifvorhöher ist als derjenige am Eingang p. Die Ausgangssi- richtung wird demzufolge angehalten. Auf diese Weise

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wird die Frequenz f₀ durch die beiden Bandpaß-Filter 11 in welchem die Störfrequenzen /o erzeugt werden, ist in

und 12 erfaßt, die gleiche Dämpfungswerte bei dem Fre- F i g. 6 dargestellt, wobei die Abszisse die Zeit und die

quenzwert /o liefern, so daß die umgewandelten oder Ordinate die Spannung Zf wiedergeben. Diese Charakte-

umgesetzten Gleichspannungswerte bei der Frequenz /₀ ristik entspricht somit der unter Bezugnahme auf F i g. 2

unabhängig von einer Änderung im Ausgangspegel des 5 erläuterten Ausführungsform. Gemäß F i g. 6 werden

Verstärkers 9 übereinstimmen, weil die Ausgangspegel die Spannungen E\ bis Ea aufgrund der Störfrequenzen

beider Bandpaß-Filter 21, 12 ebenfalls entsprechend /o während des Zeitintervalls zwischen dem Startzeit-

dieser Änderung sich ändern würden, d. h. die Gleich- punkt ίο des Schleifprozesses und dem Zeitpunkt ft un-

spannungswerte sind in jedem Fall bei der Frequenz /o mittelbar vor Erreichen der erwünschten Eigenfrequenz

gleich. Somit unterliegt diese Betriebsweise keiner io /o erzeugt. Daher wird das Zeitintervall Tzwischen dem

Schwankung, auch wenn die Eingangswerte der Filter Zeitpunkt ίο und dem Zeitpunkt ii im voraus gemessen

sich ändern, so daß eine äußerst genaue Erfassung der bzw. festgestellt, so daß der Ausgangswert des Univi-

gewünschten Eigenfrequenz möglich ist. brators 24 für eine Zeitspanne auf dem Wert »0« gehal-

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie vor- ten wird, welcher der Zeit Γ entspricht. Nach Schließen stehend erläutert ist, werden somit elektrische Signale 15 des Schalters 30 werden die Transistoren 27 und 28 im erfaßt, welche die Eigenfrequenzen beinhalten und die AUS-Zustand gehalten, wobei das Relais 29 ebenfalls während des Zeitpunkts des Schleifens der Kristalle er- deaktiviert bleibt, bis die Zeit T verstrichen ist, so daß zeugt werden. Diese Signale werden durch diic Band- die Schleifvorrichtung ihren Betrieb nicht unterbricht, paß-Filter hindurchgeführt, welche gleiche Dämpfungs- auch wenn die Störfrequenzen /< > während dieses Zeitinwerte bei der erwünschten Eigenfrequenz haben, so daß 20 tervalls auftreten.

die Schleifvorrichtung angehalten wird, wenn die umge- Nach der Zeit Γ wird das Ausgangssignal am Aussetzten Gleichspannungswerte der Ausgangssiginale der gang 0 des Univibrators 24 auf den hohen Wert »1« beiden Bandpaß-Filter miteinander übereinstimmen. umgeschaltet und das Flipflop wird durch das differen-Daher ist es möglich, automatisch und sicher festzustel- zierte Ausgangssignal zurückgestellt, so daß der Auslen, daß ein Kristallelement soweit geschliffen ist, daß 25 gang Q des Flipflops einen niedrigen Wert »0« erzeugt, die gewünschte Eigenfrequenz erreicht ist und der Wenn die Eigenfrequenz des Kristallelements den Wert Schleifprozeß läßt sich ohne Hilfe und unabhängig von /0 erreicht hat, werden dann die Eingänge ρ und q des Änderungen der elektrischen Signale anhalten. Kompat ators 17 gleich groß und der Ausgang des Kom-

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der parators liefert den logischen Wert »1«, wodurch das

erfindungsgemäßen Anordnung unter Bezugnahme auf 30 Flipflop 22 gesetzt wird. Demzufolge ergibt sich am

F i g. 5 erläutert Gegenüber F i g. 2 in F i g. 5 verwende- Ausgang Q der logische Wert »1«, die Transistoren 27

te gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. und 28 werden durchgeschaltet und das Relais 29 wird

Gemäß F i g. 5 ist ein Flipflop 22 vorgesehen, das durch aktiviert, wodurch die Schleifvorrichtung außer Betrieb

das Ausgangssignal des Komparator 17 gesetzt und gesetzt wird und somit der Schleifvorgang beendet ist.

durch ein Signal zurückgestellt wird, welches von einer 35 Mit der erfindungsgemilßen Anordnung läßt sich so-

Differenzierschaltung 23 differenziert wird, wenn die mit eine Beseitigung von Störfrequenzen gewährleisten; Takisteuerciririchiüng, ein als Univibrator 24 ausgebii- es ist ferner sichergestellt, daß die gewünschte Eigcnffc-

deten Zeitgeber, vom niedrigen Wert (»0«) auf einen quenz auch dann erreicht wird, wenn der Schleifvorgang

hohen Wert (»1«) umgeschaltet wird. Mit 25 und 26 sind mit einem Grobschleifzustand eingeleitet wird, der zu

Dioden, mit 27 und 28 Transistoren bezeichnet Ein Re- 40 der ersten Ausführungsform zusätzlich ausgeführt wer-

lais 29 ist derart angeschlossen, daß es die in F i g. 1 den kann.

gezeigte Schleifvorrichtung im betriebslosen Zustand Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können

hält, solange das Relais aktiviert ist, während das Relais grundsätzlich piezoelektrische Elemente aus Lithium-

im deaktivierten Zustand die Schleifvorrichtung in Be- tantalat, Bariumtitanat usw. geschliffen werden.

trieb setzt Mit 30 ist ein von Hand betätigbarer Sichalter 45 -

bezeichnet der sich selbst zurückstellt Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in F i {·. 5 dar- '

gestellten Ausführungsform näher beschrieben. Die Beschreibung der Arbeitsweise der Elemente, die vor dem

Komparator 17 angeschlossen sind, entspricht der be- 50 reits unter Bezugnahme auf Fig.2 angegebenen Arbeitsweise und wird nicht nochmals wiederholt Im folgenden wird davon ausgegangen, daß das Flipflop 22 in seinen Ausgangszustand gesetzt ist und der Univibrator

24 ein Signal mit dem Ausgang »1« erzeugt Demzufol- 55 ge sind die Transistoren 27 und 28 dt. chgeschaliiet wobei das Relais 29 aktiviert ist und somit die Schleifvorrichtung sich im betriebslosen Zustand befindet. Wenn der Schalter 30 geschlossen wird, wird der Univibrator

24 angesteuert, so daß das Signal an seinem Ausgang Q 50 von »1« auf »0« geändert wird Demzufolge werden die Transistoren 27,28 gesperrt, das Relais 29 wird deaktiviert und die Schleifvorrichtung wird in Betrieb gesetzt Während des Zeitintervalls zwischen dem Einleiten des

Schicifvorganges bis zu demjenigen Zeitpunkt, an wel- 65 chem das Kristallelement auf die gewünschte Dicke abgeschliffen ist, werden Störfrequenzkomponenten, die gleich der Eigenfrequenz Fo sind, erzeugt Der Zustand,

Claims (3)

1 2 anschließenden Messung des Schwingquarzes, daß desPatentansprüche: sen Dicke noch nicht der Dicke entspricht, die für die Erzeugung der gewünschten Eigenfrequenz des

1. Anordnung zur automatischen Steuerung des Schwingquarzes erforderlich ist, muß das betreffende Schleifprozesses von Piezoelementen nach Maßga- 5 Werkstück erneut in die Schleifvorrichtung eingesetzt be der erfaßten Eigenfrequenz der Piezoelemente, werden, um die gewünschte Dicke durch Fortsetzung deren Schaltung ein Bandpaß-Filter und einen Korn- des Schleifprozesses zu erzielen. Entsprechende parator enthält, dessen Ausgangssignal die Beendi- Schwierigkeiten können sich ergeben, wenn ars sonstigung des Schleifprozesses verursacht, dadurch gen Gründen Änderungen des Ausgangssignals des gekennzeichnet, daß das von dem Piezoele- io Verstärkersauftretea

ment abgeleitete Signal über zwei parallel geschalte- Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordte Bandpaß-Filter (10,11) und Gleichrichter (15,16) nung zur automatischen Steuerung des Schleifprozesses den Eingängen des Komparators (17) zuführbar ist, von Piezoelementen derart zu verbessern, daß beim und daß die Mittenfrequenz (72) des einen Bandpaß- Auftreten von Störsignalen der genannten Art mög-Filters kleiner und die Mittenfrequenz (ft) des ande- 15 liehst weitgehend vermieden werden kann, daß der ren Bandpaß-Filters größer als die gewünschte Ei- Schleif prozeß beendet wird, bevor das Piezoelement eigenfrequenz (70) und die Dämpfung (λ) durch beide ne seiner Eigenfrequenz entsprechende Dicke aufweist, Bandpaß-Filter bei der gewünschten Eigenfrequenz so daß der Schleifprozeß nach der Durchführung einer (70) gleich ist Kontrollmessung fortgesetzt werden müßte.

2. Anoiidsung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der einzeichnet, daß ein Zeitgeber (24) zur Verhinderung gangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kenndsr Beendigung des Schleifprozesses vor Ablauf ei- zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst nes vorherbestimmten Zeitintervalls (T) nach dem Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegen-Beginn des Schleifprozesses vorgesehen ist stand der Unteransprüche.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 25 Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein zeichnet, daß das Ausgangssignal des Komparators elektrisches Signal erfaßt, das als Komponente die Ei-(17) dem Setzeingang eines durch den Zeitgeber (24) genfrequenz beinhaltet, die zum Zeitpunkt des Schleifzurücksetzbaren Flipflops (22) zuführbar ist, so daß Vorgangs eines Piezoelements erzeugt wird. Dieses Sinach dem Ablauf der vorherbestimmten Zeitspanne gnal gelangt durch die Bandpaß-Filter hindurch, die (T) beim Auftreten des den Schleifzustand mit der 30 gleichen Dämpfusigswert bei der gewünschten Eigengewünschten Eigenfrequenz (70) entsprechenden frequenz aufweisen, so daß dieses Signal in eine Gleich-Ausgangssignals des Xompa* "itors (17) die Schleif- spannung umgewandelt wird und die umgewandelten vorrichtung über eine an das Flipflop (22) ange- Signale beider Bandpaß-Filter miteinander verglichen schlossene Transistorschaitung (27, 28) abschaltbar werden können; wenn diese umgewandelten Gleich-'St. 35 Stromausgänge miteinander übereinstimmen, wird der

Schieifvorgang unterbrochen.

Mit der Anordnung zur Kontrolle des Schleifprozesses eines Piezoelements ist es somit möglich, den Schleifprozeß dann zu unterbrechen, wenn der ge-

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur au- 40 wünschte Schleifzustand erhalten ist, tomatischen Steuerung des Schleifprozesses von Piezo- Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann somit

elementen entsprechend dem Oberbegriff des Patenten- ein elektrisches Signal erfaßt werden, welches als Komspruchs 1. ponente die Eigenfrequenz beinhaltet, die entsprechend

Es sind bereits Schleifvorrichtungen zur Herstellung dem Schleifzustand des Piezoelements erzeugt wird; die von Piezoelementen (US-PS 30 97 458) oder derglei- 45 Übereinstimmung der umgewandelten Gleichstromauschen Werkstücken (US-PS 40 12 870) bekannt, bei de- gangssignale beider Filter wird festgestellt, wobei zwei nen ohne Entfernung des Werkstücks aus der Schleif- Filter verwendet werden, die bezüglich der gewünschvorrichtung zum Messen und ohne Unterbrechung des ten Eigenfrequenz des Piezoelements gleichen Dämp-Schleifprozesses der Schleifprozeß automatisch nach fungswert liefern. Auf diese Weise kann nach entspre-Maßgabe der gemessenen Eigenfrequenz der Werk- 50 chender Unterbrechung des Schleifprozesses ein Piezostücke steuerbar ist Bei der bekannten Schleifvorrich- element geschaffen werden, welches mit Sicherheit die tung der eingangs genannten Art (US-PS 40 12 870) gewünschte Eigenfrequenz hat, ohne daß ein Fehler in wird das von den Werkstücken abgeleitete Frequenzsi- der Frequenzwahl durch Änderung des den Filtern eingnal über einen Verstärker und ein Tiefpaß-Fiiter dem gegebenen Eingangssignals möglich ist einen Eingang eines Komparators zugeführt, an dessen 55 Nachdem bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein anderem Eingang eine als Bezugsgröße dienende vor- die Eigenfrequenz zum Zeitpunkt des Schleifvorganges herbestimmte Gleichspannung anliegt. Beim Auftreten im Piezoelement enthaltendes elektrisches Signal erfaßt der Eigenfrequenz des Werkstücks kann deshalb das am wird und dieses Signal durch zwei Filter hindurchge-Ausgang des Komparators auftretende Signal zur langt, die für die gewünschte Eigenfrequenz äquivalente Steuerung und Beendigung des Schleifprozesses ver- ω Dämpfungswerte haben und somit der Schleifvorgang wendet werden. beendet werden kann, sobald die umgewandelten

Bei Verwendung derartiger Steuereinrichtungen zur Gleichstromausgärige beider Filter übereinstimmen, automatischen Beendigung des Schleifprozesses ergäbe wobei diese Ausgangssignale nach Ablauf einer besieh jedoch bei der Herstellung von Piezoelementen wie stimmten Zeit vom Beginn des Schleifvorganges erhal-Schwingquarzen die iichwierigkeit, daß bereits beim 65 ten werden, läßt sich somit ein Piezoelement mit der Grobschleifen Störfrequenzen auftreten können, deren gewünschten Eigenfrequenz erzeugen; Störfrequenzen, Frequenz gleich derjenigen der gewünschten Eigenfre- die mit der gewünschten Eigenfrequenz übereinstimquenz des Schwingquarzes ist. Zeigt sich dann bei einer men, bzw. in deren Bereich liegen, werden auf diese