DE3739866A1

DE3739866A1 - Method for grinding and lapping

Info

Publication number: DE3739866A1
Application number: DE19873739866
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Ing Schael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-25
Filing date: 1987-11-25
Publication date: 1989-06-08

Abstract

In the method for grinding and lapping parallel surfaces, a plurality of workpieces are worked at the same time in one operation, at least one of the workpieces consisting of a piezoelectric material, with the aim of virtually continuously monitoring and/or regulating the progress of the working operation by measuring the resonant frequency of the workpiece made of piezoelectric material. The measurement signal is obtained from characteristic changes in the electrical impedance (modulus, phase) using a high-frequency current whose frequency corresponds, at least at certain times, to the resonant frequency of the workpiece made of piezoelectric material. To eliminate disturbances due to impedance changes which do not stem from resonance phenomena, an impedance measurement is carried out at the same time using a measurement current whose frequency lies outside the range of the resonant frequencies, in order to correct the first measurement signal using the thus obtained second measurement signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu seiner Durchführung bestimmte Vorrichtung zur Schleifbearbeitung und zum Läppen paralleler Flächen an Werkstücken. Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine weitgehend störungsfreie und genaue Messung der Dicke der Werkstücke während des laufenden Schleifvorganges zu ermöglichen, um aufgrund der Ergebnisse dieser Messung den Schleifvorgang überwachen und regeln zu können, und um insbesondere den Schleifvorgang zuverlässig dann zu unterbrechen, wenn eine bestimmte, vorgewählte Dicke des Werkstückes erreicht worden ist.The invention relates to a method and one for its Implementation of certain device for grinding and for lapping parallel surfaces on workpieces. The invention especially aims to provide a largely trouble free and accurate measurement of the thickness of the workpieces while in progress Allow grinding to take place based on the results monitor and regulate the grinding process for this measurement can, and then in particular the grinding process reliably to interrupt when a certain, pre-selected thickness of the Workpiece has been reached.

Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Fabri kation von Schwing- und Filterquarzen, bei der scheibenförmige Quarzkristalle durch Schleifen so bearbeitet werden müssen, daß sie eine bestimmte Resonanzfrequenz erreichen, wobei ein defi nierter Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz und der Dicke der Quarzkristallscheibe besteht. Das Verfahren eignet sich auch zur Anwendung bei der Präzisionsbearbeitung anderer piezoelek trischer Materialien und - wie weiter unten erläutert - auch von Materialien, die selbst nicht piezoelektrisch sind, z. B. Halb leiter- und anderen Kristallen, Metallen, Glas, Keramik usw.The main field of application of the invention is the fabric cation of oscillating and filter quartz, in the disc-shaped Quartz crystals must be processed by grinding so that they reach a certain resonance frequency, with a defi Relationship between the resonance frequency and the thickness of the quartz crystal disc. The procedure is also suitable for use in the precision machining of other piezoelek tric materials and - as explained below - also from Materials that are not themselves piezoelectric, e.g. B. Half conductor and other crystals, metals, glass, ceramics etc.

Der Materialabtrag erfolgt bei dem Verfahren und der Vorrichtung entsprechend der Erfindung in an sich bekannter Weise dadurch, daß die Werkstücke, z. B. Quarzscheiben, zwischen zwei planparal lelen Platten in sogenannten Läppkäfigen in einer im allgemeinen zykloidenförmigen Bahn unter Zugabe einer Schleifmittelsuspen sion bewegt werden. Die Abtragungsgeschwindigkeit an den plan parallelen Oberflächen der Werkstücke hängt im wesentlichen von der Bewegungsgeschwindigkeit, dem von den Platten ausgeübten Druck und den Eigenschaften der Schleifmittelsuspension ab.The removal of material takes place in the method and the device according to the invention in a manner known per se, that the workpieces, e.g. B. quartz disks, between two plane-parallel lelen plates in so-called lapping cages in one in general cycloidal web with the addition of an abrasive suspension sion to be moved. The rate of removal to the plan parallel surfaces of the workpieces essentially depends on the speed of movement, that of the plates Pressure and the properties of the abrasive suspension.

Beim Schleifen von Schwingquarzen nach diesem Verfahren ist es ferner bereits bekannt, die von der jeweils erreichten Dicke abhängige Resonanzfrequenz während des Bearbeitungsvorganges zu messen. Dies geschieht mit Hilfe mindestens einer in eine der Schleifplatten isoliert eingesetzten Elektrode, die an eine Hochfrequenz-Meßanordnung zur Bestimmung der Resonanzfrequenz angeschlossen ist. Während des Schleifvorganges laufen immer wieder Quarzscheiben durch den Zwischenraum zwischen der Elek trode und der gegenüberliegenden Schleifplatte, so daß immer wieder verschiedene Quarzscheiben mit der Hochfrequenz-Meß anordnung in Kontakt gebracht werden. When grinding quartz crystals using this method, it is also already known, the thickness achieved in each case dependent resonance frequency during the machining process measure up. This is done with the help of at least one in one of the Abrasive plates insulated inserted electrode that is attached to a High-frequency measuring arrangement for determining the resonance frequency connected. Always run during the grinding process again quartz disks through the space between the elec trode and the opposite grinding plate, so that always again different quartz disks with the high frequency measuring arrangement can be brought into contact.

Zur Bestimmung der Resonanzfrequenz wird bei diesem bekannten Verfahren die Tatsache ausgenutzt, daß sich die meßbare elektri sche Impedanz der Quarzscheibe in charakteristischer Weise verändert, wenn die Frequenz eines durch die Meßvorrichtung zugeführten Hochfrequenzstromes die Resonanzfrequenz durchläuft. Mit einer entsprechenden Ausstattung der Meßanordnung ist es aufgrund des so gewonnenen Meßsignals möglich, die Frequenz, bei der die Resonanz festgestellt wird, anzuzeigen und darüber hinaus den Bearbeitungsvorgang automatisch zu unterbrechen, wenn die Resonanzfrequenz einen vorbestimmten Wert erreicht.To determine the resonance frequency, this is known Process exploited the fact that the measurable electrical characteristic impedance of the quartz disk changed when the frequency one through the measuring device supplied high-frequency current passes through the resonance frequency. With appropriate equipment of the measuring arrangement it is due to the measurement signal thus obtained, the frequency at the resonance is determined to indicate and above also automatically interrupt the editing process when the resonance frequency reaches a predetermined value.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, daß die zwischen der Elektrode und den Schleifplatten gemessene Impedanz auch von anderen Umständen und Vorgängen beeinflußt wird, die die Meßinformation überlagern und verfälschen. Solche Störungen des Meßsignals entstehen insbesondere dadurch, daß sich zwischen der Meßelektrode und der gegenüberliegenden Schleifplatte in unregelmäßigem Wechsel einmal eine Quarz scheibe, dann ein Läppkäfig, dann die Schleifmittelsuspension usw. befindet. Vor allem besteht die Möglichkeit, daß ein Läppkäfig, wenn er nicht völlig plan ist oder eine schiefe Lage einnimmt, eine leitende Verbindung zwischen der Meßelektrode und einer der Schleifplatten herstellt. Die Meßstrecke wird dadurch in unregelmäßigen Zeitabständen vorübergehend kurzgeschlossen (Impedanz Null), und es entsteht jeweils eine starke Schwankung des Meßsignals, die einen ähnlichen Effekt wie eine Resonanz einer unter der Meßelektrode hindurchlaufenden Quarzscheibe vortäuschen kann. Schwankungen dieser Art können auch bereits entstehen, wenn ein Läppkäfig in sehr geringem Abstand unter der Meßelektrode hindurchläuft, ohne sie direkt zu berühren. Die bei geringem Abstand auftretende erhöhte Kapazität bedeutet eben falls eine mehr oder weniger starke Absenkung der Impedanz, was zu einem entsprechenden Störsignal führt.A disadvantage of this known method is, however, that the measured between the electrode and the grinding plates Impedance also influenced by other circumstances and processes will overlay and falsify the measurement information. Such Faults in the measurement signal arise in particular from the fact that between the measuring electrode and the opposite one Sanding plate in irregular alternation once a quartz disc, then a lapping cage, then the abrasive suspension etc. is located. Above all, there is a possibility that a Lapping cage if it is not completely flat or an inclined position occupies a conductive connection between the measuring electrode and manufactures one of the grinding plates. The measuring section is thereby temporarily short-circuited at irregular intervals (Zero impedance), and there is a strong fluctuation in each case of the measurement signal, which has an effect similar to a resonance a quartz disk passing under the measuring electrode can pretend. Fluctuations of this kind can already occur arise when a lapping cage at a very short distance below the Measuring electrode runs through without touching it directly. The at Increased capacity occurring at a short distance simply means if a more or less sharp drop in impedance what leads to a corresponding interference signal.

Noch ungünstigere Verhältnisse ergeben sich, wenn eine elektrisch leitende (z. B. wasserhaltige) Schleifmittelsuspension verwendet wird. Die Impedanz der Meßstrecke ändert sich dann noch zusätz lich durch die erheblichen Schwankungen des Leitwertes in Abhängigkeit davon, ob jeweils eine Quarzscheibe, ein Läppkäfig oder eine die Schleifmittelsuspension oder aber Luft enthaltende Lücke des Läppkäfigs unter der Meßelektrode hindurchläuft.Even more unfavorable conditions arise when one is electric conductive (e.g. water-containing) abrasive suspension used becomes. The impedance of the measuring section then changes additionally Lich due to the considerable fluctuations in the conductance in Depending on whether a quartz disc or a lapping cage or one containing the abrasive suspension or air Gap of the lapping cage passes under the measuring electrode.

Die genannten Störeinflüsse bedeuten eine erhebliche Beeinträch tigung des Verfahrens und machen es im allgemeinen erforderlich, daß der Bearbeitungsvorgang von einer erfahrenen Bedienungsperson überwacht wird, die z. B. in der Lage ist, die auf dem Bildschirm eines Oszilloskops abgebildeten oder akustisch wiedergegebenen Resonanzsignale von den Störsignalen zu unterscheiden und dem entsprechend den Fortschritt des Bearbeitungsvorganges zu beur teilen.The disturbances mentioned mean a considerable impairment completion of the procedure and generally require that the machining process by an experienced operator is monitored, the z. B. is able to do that on the screen of an oscilloscope shown or reproduced acoustically Distinguish resonance signals from the interference signals and the to assess the progress of the machining process accordingly share.

Angesichts der beschriebenen Nachteile des Standes der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Störanfälligkeit des Verfahrens zu beseitigen oder zumindest erheblich zu vermindern und eine Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfah rens zu schaffen. Eine damit verbundene wichtige Zielsetzung war es, den Aufwand für die Beaufsichtigung des Bearbeitungsvor ganges zu vermindern, eine Automatisierung, insbesondere eine automatische Unterbrechung des Bearbeitungsvorganges bei Errei chen eines vorgegebenen Dickenmaßes, zu ermöglichen und die Gefahr der Produktion fehlerhafter Teile zu reduzieren.In view of the disadvantages of the prior art described the invention was based on the problem of susceptibility to failure Eliminate the process or at least significantly reduce it and an apparatus for performing the improved method to create rens. An important objective associated with this was to oversee the processing effort ganges to reduce automation, especially one automatic interruption of the machining process when it is reached chen a predetermined thickness, and to enable Reduce the risk of producing faulty parts.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der beschriebenen Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß zusätzlich eine Impedanzmessung mit einem zweiten Meßstrom anderer Frequenz durchgeführt und das dadurch gewonnene zweite Meßsignal zur Korrektur des ersten Meßsignals verwendet wird.This object is achieved according to the invention in a method and a device of the type described essentially thereby solved that additionally an impedance measurement with a second Measuring current of different frequency carried out and the thus obtained second measurement signal used to correct the first measurement signal becomes.

Im folgenden wird die Erfindung ausführlicher beschrieben und anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Aus dieser Beschrei bung werden auch weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfin dung und Möglichkeiten der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ersichtlich. Von den zugehörigen Abbildungen zeigtIn the following the invention is described in more detail and explained using exemplary embodiments. From this description Exercise will also have other properties and advantages of the invention dung and possibilities of further advantageous embodiment evident. From the associated pictures shows

Fig. 1 - eine Anordnung entsprechend der Erfindung in einer allgemeinen, schematischen Darstellung, Fig. 1 - an arrangement according to the invention in a general, schematic representation,

Fig. 2 - ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 auftretenden Meßsignale einschließlich des korrigierten Meßsignals, Fig 2 -.. An example of the temporal course of the measurement signals occurring with an arrangement according to Fig 1 including the corrected measurement signal,

Fig. 3 - ein weiteres Beispiel für den zeitlichen Verlauf der Meßsignale und des nach einer anderen Methode korrigierten Meßsignals, Fig. 3 - another example of the time course of the measurement signals and corrected by another method the measurement signal,

Fig. 4 - ein weiteres, ausführlicheres Beispiel einer Anordnung entsprechend der Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 4 - another, more detailed example of an arrangement according to the invention in a schematic representation;

Fig. 5 - ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung. Fig. 5 - another embodiment in a schematic representation.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 weist die eigentliche Schleifvor richtung in an sich bekannter Weise eine untere Schleifplatte 10, eine obere Schleifplatte 12 und dazwischen angeordnete Läpp käfige auf. Ein solcher Läppkäfig ist in Fig. 1 mit dem Bezugs zeichen 14 bezeichnet. Die genannten Teile werden durch einen in der Abbildung nicht dargestellten Mechanismus in bekannter, zweckentsprechender Weise in eine Relativbewegung zueinander versetzt, wobei eine der Schleifplatten, im vorliegenden Fall die obere, zweckmäßigerweise stillsteht. Die Läppkäfige in Form dünner Bleche weisen an ihrem äußeren Rand im allgemeinen eine Verzahnung auf, die mit dem Antriebsmechanismus in Eingriff steht. In Aussparungen oder Löcher der Läppkäfige sind die zu bearbeitenden Werkstücke eingelegt, so daß ihre planparallel zu bearbeitenden Endflächen an die obere und die untere Schleif platte grenzen. Eines dieser Werkstücke, z. B. eine Quarzkri stallscheibe, ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 16 gekenn zeichnet. In the arrangement according to FIG. 1, the actual Schleifvor direction has a lower grinding plate 10 , an upper grinding plate 12 and lapping cages arranged between them in a manner known per se. Such a lapping cage is referred to in Fig. 1 with the reference sign 14 . The parts mentioned are set in a known, appropriate manner in a relative movement to one another by a mechanism, not shown, in which case one of the grinding plates, in the present case the upper one, expediently stands still. The lapping cages in the form of thin sheets generally have a toothing on their outer edge which is in engagement with the drive mechanism. The workpieces to be machined are inserted into recesses or holes in the lapping cages, so that their end faces to be machined parallel to the upper and lower grinding plates are adjacent. One of these workpieces, e.g. B. a quartz crystal stall disc is marked in Fig. 1 marked with the reference numeral 16 .

In die obere Schleifplatte 12 ist, durch eine Isolierbuchse 18 von dieser elektrisch isoliert, eine Meßelektrode 20 eingesetzt. Im einfachsten Falle handelt es sich bei dieser um einen Metall bolzen, dessen Stirnfläche mit der Bearbeitungsfläche der oberen Schleifplatte abschließt und somit quasi einen Teil der Bearbei tungsfläche bildet. Es kommen für die Erfindung jedoch auch andere Arten der Anordnung und Ausbildung der Meßelektrode in Betracht. Während des Bearbeitungsvorganges kommen wiederholt Werkstücke in den Bereich der Meßelektrode. Eine aussagefähige Messung ist jeweils in dem Augenblick möglich, wenn eines der Werkstücke einigermaßen genau unter der Meßelektrode liegt. Eine solche Situation ist in Fig. 1 dargestellt.A measuring electrode 20 is inserted into the upper grinding plate 12 , electrically insulated from it by an insulating bushing 18 . In the simplest case, this is a metal bolt, the end surface of which is flush with the processing surface of the upper grinding plate and thus virtually forms part of the processing surface. However, other types of arrangement and design of the measuring electrode are also possible for the invention. Workpieces repeatedly come into the area of the measuring electrode during the machining process. A meaningful measurement is possible at the moment when one of the workpieces is reasonably exactly below the measuring electrode. Such a situation is shown in Fig. 1.

Die Meßelektrode 20 steht mit der (ersten) Meßvorrichtung 22 in Verbindung, die dazu bestimmt ist, ein Meßsignal (Signal A) zu gewinnen, das Informationen über die Dicke des unter der Meßelektrode befindlichen Werkstückes liefert. Hierzu wird in bekannter Weise die Tatsache ausgenutzt, daß die elektrische Impedanz einer Quarzkristallscheibe (oder eines anderen piezo elektrischen Resonators) sich nach Betrag und Phase in charak teristischer Weise ändert, wenn die Frequenz eines zur Messung benutzten Hochfrequenzstromes sich der mechanischen Eigenfre quenz annähert, so daß Resonanz auftritt. Speziell beim Schlei fen von Quarzscheiben für Schwingquarze ist die Resonanzfrequenz selbst die eigentlich interessierende Meßgröße und die Dicke der Scheibe nur von sekundärem Interesse, wobei jedoch zwischen beiden bekanntermaßen ein exakter Zusammenhang besteht.The measuring electrode 20 is connected to the (first) measuring device 22 , which is intended to obtain a measuring signal (signal A) which provides information about the thickness of the workpiece located under the measuring electrode. For this purpose, the fact is exploited in a known manner that the electrical impedance of a quartz crystal disc (or another piezoelectric resonator) changes characteristically in terms of amount and phase when the frequency of a high-frequency current used for measurement approaches the mechanical eigenfrequency, so that resonance occurs. Especially when grinding quartz disks for quartz crystals, the resonance frequency itself is the measurement parameter of interest and the thickness of the disk is only of secondary interest, although it is known that there is an exact relationship between the two.

Zur Erkennung der Resonanz wird z. B. bei der Meßvorrichtung 22 die Frequenz des zur Messung benutzten Hochfrequenzstromes in bestimmten Grenzen im Bereich und in der Umgebung der erwarteten Resonanzfrequenz variiert, wobei jedesmal beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz eine charakteristische Änderung elektrischer Größen, insbesondere eine Strom- und/oder Spannungsänderung, im Stromkreis der Meßelektrode auftritt, sofern sich zu dem betref fenden Zeitpunkt eine Quarzscheibe unter der Meßelektrode befin det.To detect the resonance z. B. in the measuring device 22, the frequency of the high-frequency current used for measurement varies within certain limits in the range and in the vicinity of the expected resonance frequency, each time a characteristic change in electrical quantities, in particular a current and / or voltage change, in the circuit when passing through the resonance frequency the measuring electrode occurs if there is a quartz disk under the measuring electrode at the time in question.

Das so gewonnene Meßsignal wird über die erfindungsgemäß vorge sehene Korrekturvorrichtung 24 der Auswertungsvorrichtung 26 zugeführt, wobei in der Korrekturvorrichtung 24 aus dem ursprünglichen Meßsignal (Signal A) ein korrigiertes Meßsignal (Signal C) gebildet wird. Wichtigster Bestandteil der Auswer tungsvorrichtung 26 ist eine Einrichtung zur direkten Anzeige oder anderweitigen Ermittlung der Frequenz, bei der die für eine Resonanz charakteristische Impedanzänderung auftritt, z. B. mit einem digitalen Frequenzzähler und/oder einer oszillografischen Abbildung des Meßsignals über einer den Bereich der Frequenz variation darstellenden Frequenzskala. Einrichtungen dieser Art sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung. Die Auswertungsvorrichtung kann darüber hinaus Einrichtungen aufweisen, die der Automatisierung des Bearbei tungsvorganges dienen, z. B. in der Weise, daß sie die Antriebs geschwindigkeit und/oder die Zufuhr der Schleifmittelsuspension beeinflussen und insbesondere den Bearbeitungsvorgang durch Abschaltung des Antriebes automatisch unterbrechen, wenn eine gemessene Resonanzfrequenz einen vorgebenen Grenzwert erreicht. Eine solche automatische Beeinflussung des Bearbeitungsvorganges setzt allerdings voraus, daß die Häufigkeit von fehlerhaften Bestimmungen der Resonanzfrequenz äußerst gering ist.The measurement signal thus obtained is fed via the correction device 24 provided according to the invention to the evaluation device 26 , a corrected measurement signal (signal C) being formed in the correction device 24 from the original measurement signal (signal A) . The most important component of the evaluation device 26 is a device for directly displaying or otherwise determining the frequency at which the characteristic impedance change occurring for a resonance occurs, for. B. with a digital frequency counter and / or an oscillographic image of the measurement signal over a frequency range representing the range of frequency variation. Devices of this type are known to the person skilled in the art and therefore require no further explanation. The evaluation device can also have facilities that serve to automate the machining process, z. B. in such a way that they affect the drive speed and / or the supply of the abrasive suspension and in particular automatically interrupt the machining process by switching off the drive when a measured resonance frequency reaches a predetermined limit value. Such an automatic influencing of the machining process, however, presupposes that the frequency of incorrect determinations of the resonance frequency is extremely low.

Um fehlerhafte Messungen weitgehend auszuschließen, ist erfin dungsgemäß eine zweite (Hilfs-)Meßvorrichtung 28 vorgesehen, die ebenfalls mit der Meßelektrode 20 in Verbindung steht. Diese zweite Meßvorrichtung erzeugt ebenfalls ein Meßsignal (Signal B), das von der an der Meßelektrode wirksamen elektrischen Impedanz abhängig ist, jedoch wird für diese Messung ein Meß strom benutzt, dessen Frequenz außerhalb des Bereiches liegt, in dem Resonanzen auftreten oder erwartet werden können. Diese Frequenz kann sowohl unterhalb als auch oberhalb des von der (Haupt-)Meßvorrichtung 22 überstrichenen Frequenzbereiches liegen. Unter bestimmten Voraussetzungen, insbesondere bei Anwendung von elektrisch leitenden Schleifmittelsuspensionen, kann es zweckmäßig sein, bei der (Hilfs-)Meßvorrichtung 28 als Meßstrom einen Gleichstrom (Frequenz Null) anzuwenden.In order to largely rule out erroneous measurements, a second (auxiliary) measuring device 28 is provided according to the invention, which is also connected to the measuring electrode 20 . This second measuring device also generates a measuring signal (signal B) , which is dependent on the effective electrical impedance at the measuring electrode, but a measuring current is used for this measurement, the frequency of which is outside the range in which resonances can occur or can be expected. This frequency can be both below and above the frequency range swept by the (main) measuring device 22 . Under certain conditions, in particular when using electrically conductive abrasive suspensions, it may be expedient to use a direct current (zero frequency) as the measuring current in the (auxiliary) measuring device 28 .

Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des ersten (Haupt-) Meßsignals (Signal A), des zweiten (Hilfs-)Meßsignals (Signal B) und des daraus gewonnenen korrigierten Meßsignals (Signal C) ist in Fig. 2 veranschaulicht. Das Signal A zeigt eine charakte ristische Schwankung R, die jedesmal dann auftritt, wenn sich eine Querscheibe unter der Meßelektrode befindet und die regel mäßig variierende Frequenz des Meßstromes die Resonanzfrequenz durchläuft. Außerdem zeigt das Signal A erhebliche Schwankungen, die auf andere Ursachen zurückzuführen sind, nämlich darauf, daß der Raum zwischen der Meßelektrode und den Schleifplatten in unregelmäßigem Wechsel nicht nur von Quarzscheiben oder anderen Werkstücken, sondern auch von den Läppkäfigen und Lücken der Läppkäfige, die mehr oder weniger vollständig mit Schleifmittel suspension gefüllt sein können, durchquert wird, wobei außerdem der Abstand zwischen der Meßelektrode und den Läppkäfigen durch Wölbung und/oder Schieflage der Läppkäfige variiert. Hinzu kommen eventuell rein elektrische Störsignale, die von benach barten elektrischen Anlagen eingekoppelt werden können.An example of the temporal course of the first (main) measurement signal (signal A) , the second (auxiliary) measurement signal (signal B) and the corrected measurement signal (signal C) obtained therefrom is illustrated in FIG. 2. The signal A shows a characteristic fluctuation R , which occurs every time a cross plate is located under the measuring electrode and the regularly varying frequency of the measuring current passes through the resonance frequency. In addition, the signal A shows considerable fluctuations that can be attributed to other causes, namely that the space between the measuring electrode and the grinding plates alternates not only from quartz disks or other workpieces, but also from the lapping cages and gaps in the lapping cages, the more or less completely filled with abrasive suspension, is crossed, the distance between the measuring electrode and the lapping cages also varies due to the curvature and / or inclination of the lapping cages. In addition, there may be purely electrical interference signals that can be coupled in from neighboring electrical systems.

Das Signal B zeigt im wesentlichen den gleichen oder einen zumindest weitgehend ähnlichen zeitlichen Verlauf, da sich die genannten Störeinflüsse auf dieses Signal in der gleichen Weise wie auf das Signal A auswirken. Das Signal B enthält bei entsprechender Wahl der Frequenz des Meßstromes jedoch keine Resonanzstellen. Wenn nun das Signal B invertiert und dem Signal A überlagert wird (Differenzbildung), entsteht ein korrigiertes Meßsignal C, in dem die Störanteile weitgehend eliminiert und die Resonanzstellen R entsprechend wesentlich deutlicher hervor gehoben sind. Bei diesem korrigierten Signal C ist es dann möglich, Resonanzstellen mit großer Sicherheit automatisch zu erkennen, z. B. in der Weise, daß ein Spannungskomparator die Signalspannung mit einem vorgewählten Schwellwert S vergleicht und einen Impuls erzeugt, wenn die Signalspannung den Schwell wert S überschreitet, wie es in Fig. 2 angedeutet ist.Signal B shows essentially the same or at least largely similar temporal course, since the disturbances mentioned affect this signal in the same way as on signal A. With a corresponding choice of the frequency of the measuring current, the signal B contains no resonance points. If the signal B is inverted and the signal A is superimposed (difference formation), a corrected measurement signal C is produced in which the interference components are largely eliminated and the resonance points R are accordingly emphasized much more clearly. With this corrected signal C , it is then possible to automatically detect resonance points with great certainty, e.g. B. in such a way that a voltage comparator compares the signal voltage with a preselected threshold S and generates a pulse when the signal voltage exceeds the threshold S , as indicated in Fig. 2.

Eine andere Methode der Fehlerkorrektur, die sich vorzugsweise für den Einsatz bei einer elektrisch leitenden Schleifmittel suspension eignet, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Es sind wiederum das Meßsignal A und ein bei einer geeigneten anderen Frequenz gewonnenes Meßsignal B dargestellt. Das (Hilfs-) Meßsignal B wird durch einen Spannungskomparator dahingehend bewertet, ob ein vorgegebener Schwellwert S′ überschritten wird oder nicht. Auf diese Weise wird ein modifiziertes Signal B′ mit den Zuständen "0" und "1" erhalten, wobei der Zustand "0" bedeutet, daß in dem betreffenden Zeitabschnitt an der Meßelek trode eine relativ niedrige Impedanz vorliegt, der Zustand "1", daß die Impedanz an der Meßelektrode in dem betreffenden Zeitab schnitt relativ hoch ist. Eine hohe Impedanz ergibt sich jeweils dann, wenn die Stirnfläche der Meßelektrode von einer unter ihr vorbeigeführten Quarzscheibe vollständig abgedeckt wird, so daß die Meßelektrode vollständig von ihrer Umgebung isoliert ist. Nur in diesen Zeitabschnitten ist ein gültiges Meßsignal A mit Resonanzstellen zu erwarten. Die Korrektur wird daher so vorge nommen, daß das Meßsignal A nur in den Zeitabschnitten, in denen das Korrektursignal B′ = "1" ist, weitergeleitet wird, während in den Zeitabschnitten, in denen das Korrektursignal B′ = "0" ist, der zuletzt vorhandene Augenblickswert des Meßsignals A aufrechterhalten wird und das Meßsignal A ersetzt. Diese Funktion ist z. B. mit Hilfe eines vom Korrektursignal B′ gesteu erten elektronischen Schalters in Verbindung mit einem Speicher kondensator nach Art einer sogenannten Track-and-Hold-Schaltung leicht realisierbar. Es entsteht auf diese Weise das korrigier te Meßsignal C, dessen zeitlicher Verlauf in Fig. 3 veranschau licht ist.Another method of error correction, which is preferably suitable for use with an electrically conductive abrasive suspension, is illustrated in FIG. 3. The measurement signal A and a measurement signal B obtained at a suitable other frequency are again shown. The (auxiliary) measurement signal B is evaluated by a voltage comparator to determine whether a predetermined threshold value S 'is exceeded or not. In this way, a modified signal B ' with the states "0" and "1" is obtained, the state "0" meaning that there is a relatively low impedance at the measuring electrode in the period in question, the state "1", that the impedance at the measuring electrode in the relevant Zeitab section is relatively high. A high impedance results in each case when the end face of the measuring electrode is completely covered by a quartz disk passed beneath it, so that the measuring electrode is completely isolated from its surroundings. A valid measurement signal A with resonance points can only be expected in these time periods. The correction is therefore carried out in such a way that the measurement signal A is only forwarded in the periods in which the correction signal B ' = "1", while in the periods in which the correction signal B' = "0", the last existing instantaneous value of the measurement signal A is maintained and the measurement signal A is replaced. This function is e.g. B. with the aid of a correction signal B ' gestu erten electronic switch in conjunction with a storage capacitor in the manner of a so-called track-and-hold circuit easily realized. This results in the corrected measurement signal C , the temporal course of which is illustrated in FIG. 3.

Fig. 4 zeigt weitere Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels entsprechend der Erfindung in Form eines Blockschemas. Der Meß elektrode werden über eine vorgeschaltete Impedanz (Kondensator 30) zwei überlagerte Meßströme zugeführt, und zwar ein erster Meßstrom, dessen Frequenz variabel ist und den Bereich der erwarteten Resonanzfrequenzen überstreicht, und ein zweiter (Hilfs-)Meßstrom, dessen Frequenz außerhalb des Bereiches der erwarteten Resonanzen liegt. Der erste Meßstrom wird von einem Generator 32 geliefert, dessen Frequenz, z. B. mittels einer Kapazitätsdiode 34, periodisch innerhalb der interessierenden Frequenzbereiches verändert wird (sogenannter Wobbelgenerator). Der zeitliche Verlauf der periodischen Frequenzänderung wird dabei von dem vorzugsweise sägezahnförmigen niederfrequenten Ausgangssignal eines Steuergenerators 36 bestimmt, so daß die Frequenz des ersten Meßstromes periodisch etwa zeitlinear den betreffenden Frequenzbereich überstreicht. Der zweite (Hilfs-) Meßstrom wird von dem Generator 38 geliefert. Fig. 4 shows further details of an embodiment according to the invention in the form of a block diagram. The measuring electrode are supplied via an upstream impedance (capacitor 30 ) two superimposed measuring currents, namely a first measuring current, the frequency of which is variable and covers the range of the expected resonance frequencies, and a second (auxiliary) measuring current, the frequency of which is outside the range of expected resonances. The first measuring current is supplied by a generator 32 , the frequency, z. B. is changed periodically within the frequency range of interest by means of a capacitance diode 34 (so-called wobble generator). The time course of the periodic frequency change is determined by the preferably sawtooth-shaped, low-frequency output signal of a control generator 36 , so that the frequency of the first measuring current periodically sweeps over the relevant frequency range approximately linearly. The second (auxiliary) measuring current is supplied by the generator 38 .

An der Meßelektrode 20 ergeben sich aus beiden Meßströmen Signalspannungen, deren Höhe in der bereits beschriebenen Weise von der an der Meßelektrode wirksamen Impedanz abhängt, wobei speziell das erste Meßsignal sich charakteristisch verändert, wenn seine Frequenz die Resonanzfrequenz einer unter der Meßelektrode hindurchgehenden Quarzscheibe überstreicht. Beide Signalspannungen werden zunächst gemeinsam von einem Vorverstär ker 40 verstärkt und dann in den Verstärker- und Demodulator schaltungen 42 und 44 getrennt weiter verarbeitet. Die beiden Schaltungen 42 und 44 enthalten zu diesem Zweck Selektionsein richtungen 46, 48 (Frequenzweichen mit Hoch-, Tief- oder Band pässen) und bei Bedarf zusätzliche Verstärker 50, 52 sowie Demodulatoren, z. B. in Form einfacher Hüllkurven-Detektoren mit Gleichrichtung der Signale durch Dioden 54, 56.At the measuring electrode 20 , signal voltages result from both measuring currents, the magnitude of which depends in the manner already described on the impedance acting on the measuring electrode, the first measuring signal in particular changing characteristically when its frequency sweeps over the resonance frequency of a quartz disk passing under the measuring electrode. Both signal voltages are initially amplified together by a pre-amplifier 40 and then separately processed in the amplifier and demodulator circuits 42 and 44 . The two circuits 42 and 44 contain for this purpose Selektionsein devices 46, 48 (crossovers with high, low or band passes) and if necessary additional amplifiers 50, 52 and demodulators, eg. B. in the form of simple envelope detectors with rectification of the signals by diodes 54, 56th

Die so gewonnenen Signale werden der Korrekturvorrichtung 24 zugeführt, die nach einem der in Verbindung mit Fig. 2 oder Fig. 3 beschriebenen Verfahren arbeitet. In Fig. 4 ist speziell eine Anordnung entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren angedeutet, nämlich mit einem elektronischen Schalter, z. B. in Form eines Feldeffekttransistors 58, und einem Speicherkonden sator 60. Der Feldeffekttransistor leitet das erste (Haupt-) Meßsignal nur weiter, wenn das zweite (Hilfs-)Meßsignal eine bestimmte Mindestamplitude hat. Zweckmäßigerweise wird eine solche Einrichtung mit einem zusätzlichen Verstärker 62 ausge stattet.The signals obtained in this way are fed to the correction device 24 , which operates according to one of the methods described in connection with FIG. 2 or FIG. 3. In Fig. 4, an arrangement according to the method shown in Fig. 3 is specifically indicated, namely with an electronic switch, for. B. in the form of a field effect transistor 58 , and a storage capacitor 60 . The field effect transistor only forwards the first (main) measurement signal if the second (auxiliary) measurement signal has a certain minimum amplitude. Such a device is expediently equipped with an additional amplifier 62 .

Die Auswertung erfolgt bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung mit Hilfe eines Oszilloskops 64, dessen Horizontalablenkung (X) von dem Steuergenerator bestimmt wird, während die Vertikalablenkung durch das korrigierte Meßsignal erfolgt. Aufgrund der beschrie benen Zusammenhänge erhält man somit auf dem Bildschirm des Oszilloskops über einer horizontalen Frequenzskala eine Abbil dung des korrigierten Meßsignals mit den auftretenden charakte ristischen Resonanzmarken. Die Frequenzskala kann mit zusätzlich eingeblendeten Eichmarken in bekannter Weise kalibriert werden, und außerdem besteht die Möglichkeit, die Resonanzfrequenzen in an sich bekannter Weise mit verstellbaren Eichmarken unmittelbar auszumesssen.The evaluation is carried out in the arrangement shown in FIG. 4 with the aid of an oscilloscope 64 , the horizontal deflection (X) of which is determined by the control generator, while the vertical deflection is carried out by the corrected measurement signal. Due to the described relationships, you get an image of the corrected measurement signal with the occurring characteristic resonance marks on the screen of the oscilloscope over a horizontal frequency scale. The frequency scale can be calibrated in a known manner with additionally displayed calibration marks, and there is also the possibility of directly measuring the resonance frequencies in a manner known per se with adjustable calibration marks.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschemas. Diese Anordnung ist besonders geeignet, wenn eine elektrisch leitende (wasserhaltige) Schleifmittelsuspension eingesetzt wird. Der hauptsächliche Unterschied gegenüber der Anordnung von Fig. 4 besteht darin, daß als Meßstrom zur Gewinnung des zweiten (Hilfs-)Meßsignals ein Gleichstrom verwendet wird. Von einer Gleichspannungsquelle wird über einen Widerstand 68 und eine Drossel 70 eine Gleichspannung an die Meßelektrode 20 gelegt. Bei geeigneter Wahl des Widerstandes 68 tritt in Abhängigkeit davon, ob die Meßelektrode durch eine unter ihr vorbeigeführte Quarzscheibe isolierend abgedeckt wird oder nicht, an der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 68 und der Drossel 70 entweder annähernd die volle Spannung der Gleichspannungsquelle 66 oder eine sehr niedrige Spannung auf. Eine in dieser Weise zwischen zwei Grenzwerten schwankende Spannung kann unmittelbar zur Steuerung eines elektronischen Schalters der Korrekturvorrichtung 24 benutzt werden. Die übri gen Funktionen der mit gleichlautenden Bezugszeichen gekenn zeichneten Teile entsprechen im wesentlichen denen des vorher gehenden Beispiels. Fig. 5 shows a further embodiment in the form of a block diagram. This arrangement is particularly suitable if an electrically conductive (water-containing) abrasive suspension is used. The main difference compared to the arrangement of FIG. 4 is that a direct current is used as the measuring current for obtaining the second (auxiliary) measuring signal. A DC voltage is applied to the measuring electrode 20 from a DC voltage source via a resistor 68 and a choke 70 . With a suitable choice of the resistor 68 , depending on whether or not the measuring electrode is covered in an insulating manner by a quartz disk passed beneath it, either approximately the full voltage of the DC voltage source 66 or a very low voltage occurs at the connection point between the resistor 68 and the choke 70 on. A voltage which fluctuates between two limit values in this way can be used directly to control an electronic switch of the correction device 24 . The remaining functions of the parts marked with the same reference numerals correspond essentially to those of the previous example.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet des beschriebenen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen ist, wie oben erwähnt, die Bearbeitung von Werkstücken aus piezoelektrischen Materialien, insbesondere von Quarzkristallscheiben für Schwingquarze. Das Verfahren eignet sich jedoch auch für die Bearbeitung von Werk stücken aus nicht-piezoelektrischen Materialien. Um den gewünschten Meßeffekt zu erhalten, genügt es in diesem Falle, neben den nicht-piezoelektrischen Werkstücken gleichzeitig auch einzelne Teile aus piezoelektrischem Material mit zu bearbeiten, so daß aufgrund von deren gemessenen Resonanzfrequenzen die erreichte Dicke fortlaufend ermittelt und auch eine automatische Beendigung des Bearbeitungsvorganges bei Erreichen eines vorge gebenen Maßes bewirkt werden kann.An important area of application of the described method and of the corresponding devices is, as mentioned above, the Machining of workpieces made of piezoelectric materials, in particular of quartz crystal disks for quartz crystals. The However, this method is also suitable for machining work pieces of non-piezoelectric materials. To the In this case, it is sufficient to obtain the desired measurement effect in addition to the non-piezoelectric workpieces to process individual parts made of piezoelectric material, so that based on their measured resonance frequencies reached thickness continuously determined and also an automatic Completion of the machining process when reaching a pre given measure can be effected.

Claims

1. A method for grinding and lapping parallel surfaces of workpieces, wherein at least one of the workpieces machined at the same time in one operation consists of a piezoelectric material, for. B. of quartz crystal wafers for the production of quartz crystals, which are performed in a conventional manner with the addition of an abrasive suspension between another opposing grinding plates, with at least one measuring electrode used in an electrically insulated grinding plate and a measuring device connected thereto for obtaining a measurement signal from The effective electrical impedance in the gap between the grounded grinding plates and the measuring electrode is dependent, a high-frequency current of variable frequency being used for impedance measurement in order to make characteristic frequency-dependent changes in impedance, in particular correspondences between the mechanical natural frequency of the workpiece passing through the area of the measuring electrode and the frequency to detect the high-frequency current (resonance), characterized in that in addition an impedance measurement is carried out with a second measuring current of a different frequency and the resultant two ite measurement signal is used to correct the first measurement signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that for Correction of the first measurement signal a subtraction of the second Measurement signal from the first measurement signal in the form of a superimposition of the Signal voltages with appropriate choice of the sign of the second measurement signal is provided, the amplitude of the second measurement signal is adjustable for optimal compensation.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Correction of the first measurement signal by the second measurement signal in which causes fluctuations in the second measurement signal, which exceed a certain limit, a suppression cause the first measurement signal.

4. The method according to claim 3, characterized in that for the duration of the signal suppression as a corrected signal size that value of the signal magnitude of the first measurement signal is maintained is obtained at the moment of the start of the limit step was present.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the measuring arrangement for obtaining the second Measurement signal works at a frequency that is below the Range of the expected resonance frequency is.

6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized records that as a measuring current in the measuring arrangement for extraction a direct current is applied to the second measurement signal.