DE4030185A1 - Verfahren zum kalibrieren eines motorisch angetriebenen werkzeuges in bezug auf ein mit diesem zu bearbeitendes werkstueck sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum kalibrieren eines motorisch angetriebenen werkzeuges in bezug auf ein mit diesem zu bearbeitendes werkstueck sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines
motorisch angetriebenen und mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung
auf ein zu bearbeitendes Werkstück zu und von diesem weg be
wegbaren Werkzeuges in bezug auf das Werkstück bzw. einen das
Werkstück aufnehmenden Halter, sowie Vorrichtung zur Durchfüh
rung des Verfahrens.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung eines solchen Verfahrens
und einer nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtung wird in
der Zahnmedizin gesehen, und zwar zur verwendungsfertigen, form
gebenden Ausarbeitung eines Zahnrestaurations-Paßkörpers.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der EP-A-01 82 098
beschrieben. Der Zahnrestaurations-Paßkörper wird dort in einem
Arbeitsgang aus einem Rohling aus geeignetem Material, z. B.
aus Dentalkeramik, individuell und verwendungsfertig heraus
gearbeitet. Hierzu ist eine Bearbeitungsmaschine vorgesehen,
die ein in einem Werkzeugträger rotierbar gelagertes Trenn
scheibenblatt enthält. Zusätzlich kann die Bearbeitungsmaschine
noch ein zweites, fingerförmiges Abtragungswerkzeug enthalten,
mit dem sich kompliziertere, mit dem Trennscheibenblatt nicht
bearbeitbare Formen aus dem Werkstück herausarbeiten sowie die
Oberflächen des Paßkörpers besser bearbeiten lassen.
Das Werkstück ist auf einem Halter aufgesetzt, der eng tole
riert ist und einerseits eine oder mehrere Anschlagflächen,
die eine exakte Positionierung in bezug auf die ihn aufnehmen
de Spannvorrichtung sicherstellen und andererseits eine oder
mehrere Referenzflächen, die eine Justierung der Position
des Trennscheibenblattes bezüglich der Werkstückachse er
möglichen, enthält.
Zur Erzeugung der gewünschten Form des Paßkörpers sind Werk
zeugträger und Werkstückhalter verstellbar angeordnet, wobei
individuell ansteuerbare Verstellmotoren für den Werkzeugvor
schub und die Werkzeughalterung vorhanden sind.
Der Paßkörper wird anhand vorgegebener Konstruktionsdaten, die
aus dem zuvor präparierten Zahn mit Hilfe einer Vermessungs-
Kamera und eines Computers mit entsprechender Software erstellt
werden, aus dem Werkstückrohling herausgearbeitet.
Um eine Vororientierung über die Position des Werkzeuges in
bezug auf das Werkstück zu erhalten und damit dem Vorschub
system einen Anfangs- und Bezugspunkt zu geben, enthält die
bekannte Vorrichtung im Bereich des Vorschubsystems für das
Werkzeug eine Gabellichtschranke, mit der die Ausgangs
position des Werkzeuges grob definiert werden kann.
Um insbesondere Abnützungen der Arbeitsflächen der Schleif
werkzeuge berücksichtigen zu können, kann vor Beginn einer
Bearbeitung eine Kalibrierung der Werkzeuge bezüglich der
Achsen des Werkstückhalters vorgenommen werden. Hierzu enthält
die bekannte Vorrichtung eine berühungslos arbeitende Dreh
zahlmeßeinrichtung mit einem Permanentmagneten und einem in
duktiven Aufnehmer. Die Frequenzsignale des Aufnehmers gehen
über einen Impulsformer in einen Zähler. In einer logischen
Einheit, welche, wie der Zähler, einem Rechner angehören, wird
eine Diskrimination auf bestimmte, eingestellte Frequenzwerte,
entsprechend der Drehzahl des Werkzeuges, durchgeführt. Unter
schreitet die Frequenz einen bestimmten Wert, werden Steuer
signale ausgelöst.
Die Kalibrierung erfolgt dadurch, daß das Werkzeug zunächst
mit der normalen Leerlaufdrehzahl auf die eng tolerierte Re
ferenzfläche des Werkstückhalters auffährt. Durch dieses
Touchieren wird der Antrieb des Werkzeuges auf einen niedrige
ren Drehzahlwert abgebremst. Anhand der Abbremskurve, die nach
der oben geschilderten Frequenzwertanalyse ermittelt wird, kann
auf den Berührungspunkt zurückgerechnet bzw. dieser rechnerisch
ermittelt werden.
In einem zweiten Versuch wird danach die Referenzstelle des
inzwischen um 90° gedrehten Werkstückes nochmals angefahren
und dabei ein höherer Drehzahlwert diskriminiert. Dieser Vor
gang entspricht einer kleineren Abbremsung als beim ersten
Versuch.
Anhand der mittels der Abbremskurven ermittelten Positionen
und der über die Gabellichtschranke erfaßten Ausgangsposition
wird der Startpunkt für den Beginn der Bearbeitung bzw. ein
in die Maschinensteuerung der Vorschubeinrichtung eingehender
Korrekturwert ermittelt. Nach der Kalibrierung kann die Be
arbeitung des Rohlings in der hier nicht näher zu erläuternden
Weise beginnen.
Obgleich mit dem bekannten Verfahren und der danach arbei
tenden Vorrichtung eine Kalibrierung des Werkzeuges an sich
gut möglich ist, ist dieses Verfahren jedoch mit einigen spe
zifischen Nachteilen behaftet. So wird die Abbremskurve, an
der sich die Messung orientiert, durch mehrere Parameter beein
flußt:
- - Drehzahl bzw. Geschwindigkeit der Trennscheibe
- - Form der Trennscheibe
- - Zustand des Kühl- und Schmiermittels
- - Art des Materials, an dem "touchiert" wird
- - Wirkungsgrad des gesamten Antriebssystems
Durch diese, die Meßgenauigkeit beeinflussenden Parameter sind
hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit in der Bestimmung der
Startposition des Werkzeuges bestimmte Grenzen gesetzt.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zu
grunde, demgegenüber ein verbessertes Verfahren und eine danach
arbeitende Vorrichtung anzugeben, insbesondere mit dem Ziel,
eine Kalibrierung von Werkzeug und Werkstück noch genauer
vornehmen zu können, und damit die Startposition des Werk
zeuges bzw. eine Korrekturgröße für den Werkzeugvorschub
noch genauer festlegen zu können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen. Anhand der Zeichnung wird
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein zahnärztliches Gerät mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schaubildlichen Darstellung,
Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 von oben
gesehen im Schnitt,
Fig. 3 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 von vorne
gesehen,
Fig. 4 das Werkstück mit Halter in schaubildlicher Dar
stellung,
Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für die Ansteuerung der Antriebe.
Die Fig. 1 zeigt in einer schaubildlichen Darstellung die
Gesamtanordnung eines nach der Erfindung arbeitenden Gerätes
in einer Ausführungsform zur Herstellung eines Zahnrestau
rations-Paßkörpers, z. B. einer Zahnkrone. Der zu erstellende
Paßkörper kann mit Hilfe eines optischen Abdruckverfahrens
unter Zuhilfenahme eines Computers an einem Bildschirm kon
struiert und anschließend in einer Bearbeitungsmaschine aus
einem geeigneten Werkstück, z. B. aus Dentalkeramik, hergestellt
werden. Die einzelnen Komponenten dieses Gerätes sind eine
optische Kamera 1, ein Bildschirm 2, eine Tastatur 3, eine
Zeichenkugel 4 (Trackball), eine allgemein mit 5 bezeichnete
Bearbeitungsmaschine sowie im Gehäuse 6 enthaltene, nicht näher
dargestellte weitere mechanische, elektrische und elektronische
Komponenten, die mit den vorgenannten Komponenten zusammen
arbeiten, um den Paßkörper erstellen zu können. Der prinzipielle
Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Gerätes sind in der
eingangs genannten europäischen Patentschrift beschrieben.
Das Gehäuse 6 bildet eine Bearbeitungskammer 7, in die einige,
später noch näher erläuterte Komponenten der Bearbeitungsma
schine ragen. Diese sind im wesentlichen eine Aufnahme- und
Haltevorrichtung für ein Werkstück 8, aus dem der zu erstel
lende Paßkörper gefertigt wird sowie zwei einander gegenüber
liegende Spindelanordnungen 9 und 10, welche je zwei Werkzeuge
(in Fig. 2 mit 11, 11′ und 12, 12′ bezeichnet) zur Bearbeitung
des Werkstückes 8 tragen. Die Bearbeitungskammer 7 kann mittels
eines vorzugsweise durchsichtigen Deckels 13 während der Bear
beitung geschlossen werden. Das Gehäuse 6 enthält unterhalb der
Bearbeitungsmaschine 5 einen als Schublade ausgebildeten Wasser
tank 14 sowie eine Kammer 15, in der ein Behälter zur Aufnahme
eines Pflegemittels gehaltert ist.
Anhand der Fig. 2 wird die Bearbeitungsmaschine 5 näher er
läutert. Die Fig. 2 zeigt dabei die Bearbeitungsmaschine
im Bereich der Spindelanordnungen 9, 10, geschnitten in einer
Draufsicht. Zunächst wird die Halterung und Lagerung des Werk
stückes 8, aus dem der Paßkörper erstellt werden soll, näher
beschrieben. Das Werkstück 8 besteht aus einem Keramikblock 8a,
der an einem metallischen zapfenförmigen Halter 8b durch Kleben
oder dergleichen befestigt ist. Das Werkstück ist am Ende einer
als Hohlwelle ausgebildeten Spindel 16 eingesteckt und wird
mittels einer mit 17 bezeichneten Spannvorrichtung dreh- und
zugfest gehalten.
Die als Hohlwelle ausgebildete Spindel 16 weist an ihrem dem
Werkstück 8 abgewandten Ende eine Spindelmutter 25 auf, die mit
einer Gewindespindel 26 zusammenwirkt, die direkt mit einem am
Gehäuse 6 befestigten Antriebsmotor 27 gekuppelt ist.
Mit der Spindel 16 drehfest verbunden ist ein Zahnrad 28,
welches mit einer Zahnwelle 29 in Eingriff steht, die zwi
schen zwei Wandungen 6a, 6b des Gehäuses 6 gelagert und eben
falls direkt mit einem zweiten Antriebsmotor 30 gekuppelt ist.
Die Achsen von Zahnwelle 29 und Spindel 16 verlaufen parallel.
Der Antriebsmotor 30 mit der Zahnwelle 29 dient dazu, die Spin
del 16 in eine Drehbewegung zu versetzen, während der Antriebs
motor 27 mit der Gewindespindel 26 für einen Längsvorschub der
Spindel 16 sorgt. Zu diesem Zweck ist das dem Werkstück zuge
wandte Lager 31 als Längs- und Drehlager ausgebildet. Das Zahn
rad 28 ist als spielfreies Doppelzahnrad ausgebildet; es be
steht aus zwei gleichachsig nebeneinander angeordneten Zahn
radhälften 28a, 28b, die durch ein (nicht dargestelltes) Feder
element gegeneinander abgestützt sind, wodurch unabhängig von
der Drehrichtung des Antriebs jeweils eine Zahnflanke von der
einen oder anderen Zahnradhälfte mit der Zahnwelle 29 in Ein
griff steht. Ein solches spielfreies Doppelzahnrad bildet ei
einerseits ein geräuscharmes Präzisionsgetriebe, andererseits
dient es der sicheren und exakten Bewegungsübertragung bei ei
nem Längsvorschub der Spindel. Die Eingriffsverbindung Spindel
mutter 25, Gewindespindel 26 und Hohlwelle 16 fordert in Axial
richtung nur geringen Raumbedarf. Der Antriebsmotor 27 bildet
gleichzeitig ein Festlager für die Einheit und ist direkt, also
ohne Kupplung, mit der Gewindespindel 26 verbunden. Gewinde
mutter 25 und Gewindespindel 26 können als spielfreier Kugel
gewindetrieb oder auch als spielfreier Gleitgewindetrieb auf
gebaut sein. Bei einem Gleitgewindetrieb kann eine spielfreie
Mutter mit der Hohlwelle kombiniert werden.
Nachfolgend wird der Aufbau der Spindelanordnungen 9 und 10
näher erläutert.
Die Spindelanordnung 9 enthält eine als Hohlwelle ausgebil
dete Spindel 32, deren eines Ende in die Bearbeitungskam
mer 7 ragt und dort einen Werkzeugträgerkopf 33 trägt. In
einem fest mit der Spindel 32 verbundenen Gehäuse ist mittig
ein Elektromotor 35 angeordnet, dessen Drehbewegung über eine
Kegelverzahnung 36 auf die beidseitig vorhandenen Werkzeug
antriebswellen um 90° umgelenkt werden. Die Achsen dieser
Triebwellen verlaufen also parallel zur Spindelachse der Spin
del 32. Am freien Ende der Triebwellen sind mittels geeigneter
Spannvorrichtungen die Bearbeitungswerkzeuge 11, 11′ gehaltert.
Der gegenüberliegend angeordnete Werkzeugträgerkopf 43 für die
Spindelanordnung 10 ist ähnlich aufgebaut; er enthält jedoch
keine Kegelradverzahnung. Ein im Werkzeugträgerkopf 43 angeord
neter Motor 40 treibt hier die Werkzeugantriebswellen direkt
an. Die Werkzeugachsen 45 verlaufen demnach parallel zur Ach
se 47 der Werkstückvorschubspindel 26. Der Werkzeugträgerkopf
43 ist im Gegensatz zum Werkzeugträgerkopf 33, der finger
förmige Werkzeuge trägt, mit scheiben- oder topfförmigen Werk
zeugen 12, 12′ belegt. Vorzugsweise ist die eine Seite mit
einer scheibenförmigen Schleif- bzw. Frässcheibe (12) und die
andere mit einer topfförmigen Polierscheibe (12′) versehen, die
aus mit Diamanten besetztem Weichstoff bestehen kann oder auch
als austauschbare Bürste ausgebildet sein kann. Dadurch, daß
der Werkzeugträgerkopf 43 um die Spindelachse 46 um 180°
gedreht werden kann, kann ein Schleifen und anschließendes
Polieren des Paßkörpers praktisch ohne Arbeitsunterbrechung
durchgeführt werden.
Die beiden Spindelanordnungen 9 und 10 weisen bezüglich ihrer
Schwenk- und Vorschubbewegung gleiche Antriebs- und Antriebs
übertragungselemente auf, die im folgenden für die Spindelan
ordnung 10 erläutert werden.
An der als Hohlwelle ausgebildeten Spindel 46 ist eine Spindel
mutter 48 befestigt, die mit der von einem Motor 49 angetrie
benen Gewindespindel 44 in Eingriff steht. Mit diesen Abtriebs
elementen kann die Spindel 46 in Achsrichtung verstellt werden.
Mit der Spindel 46 drehfest verbunden ist wiederum ein Doppel
zahnrad 51, welches ähnlich aufgebaut ist wie das mit 28 be
zeichnete. Dieses Doppelzahnrad 51 kämmt mit einer von einem
weiteren Antriebsmotor 52 angetriebenen Zahnwelle 53. Mit die
sem Antriebselement kann der gesamte Werkzeugträgerkopf 43 um
die Spindelachse um wenigstens 90°, vorzugsweise jedoch um
180°, geschwenkt werden. Ein Schwenken um 90° ist angezeigt,
um den Werkzeugträgerkopf aus der in Fig. 2 gezeigten Arbeits
stellung in eine Grund- oder Ruheposition zu schwenken, in
der der Zugang zu dem Werkstück 8 erleichtert ist.
Nachdem der Vorschub der einzelnen Spindeln sehr präzise er
folgen muß, ist es notwendig, die hierzu vorgesehenen Antriebs
motoren genau anzusteuern. Es werden deshalb Schrittmotoren
verwendet, die an sich in sehr kleinen Schritteinheiten ange
steuert werden. Um dennoch Schrittverluste ausgleichen zu
können, wird vorgeschlagen, die Schrittmotoren mit einer Rück
meldung zu versehen. Diese kann darin bestehen, daß in Nähe
der Vorschubspindel, oder mit dieser gekoppelt, auf Wider
stands-, Kapazitäts-, Induktivitäts-, Ultraschall-, Magnet-
und/oder optischer Basis aufbauende Sensormittel vorgesehen
sind, die über einen nicht dargestellten Rechner mit dem zu
gehörigen Schrittmotor elektrisch verbunden sind. Durch ein
solches Wegmeßsystem, welches sowohl analog als auch inkre
mental arbeiten kann, ist es möglich, die Genauigkeit der
Schleifmaschine zu erhöhen.
An einer Gehäusewand 6c ist eine Gabellichtschranke 54 angeord
net, die mit einem durch einen Schlitz unterbrochenen Ring 55
des Doppelzahnrades 51 so zusammenwirkt, daß die Ruhe- oder
Ausgangsstellung der Spindel genau erfaßt werden kann, und
zwar sowohl in bezug auf ihre Dreh-(Winkel-)Stellung als auch
in bezug auf ihre Position in Richtung der Vorschubachse.
Während letztere durch Eintauchen des Ringes 55 in die
Gabellichtschranke erfaßt wird, wird die Winkelstellung durch
ein Signal beim Durchfahren des den Ring 55 unterbrechenden
Schlitzes durch die Lichtschranke erfaßt. Mit Hilfe der
Gabellichtschranke kann somit der Abstand a der Werkzeug
achse 45 zur Werkstückachse bzw. Werkstückhalterungsachse 47
festgelegt werden.
Um den Paßkörper, im vorliegenden Anwendungsfall eine im
Werkstück 8 in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Zahnkrone,
anhand vorgegebener Konstruktionsdaten, die aus dem prä
parierten Zahnstumpf mit Hilfe der eingangs erwähnten
Kamera, eines Computers mit Sofware, erstellt werden, aus dem
Werkstück 8 paßgerecht herausarbeiten zu können, ist es not
wendig, Werkzeug und Werkstück bzw. Werkstückhalter zu
kalibrieren bzw. für die Bearbeitungswerkzeuge 11, 12 eine
genau definierte Startposition zu ermitteln, von der aus
die Werkstückbearbeitung entsprechend den vorgegebenen Kon
struktionsdaten beginnen kann. Dabei gilt es, Abnutzungen
und/oder Fertigungstoleranzen der Werkzeuge und gegebenenfalls
Abweichungen der Werkstücke von vorgegebenen Sollwerten, sowie
sonstige, durch Alterungen an den Bauteilen auftretende Ab
weichungen auszugleichen.
Zur Kalibrierung bzw. Festlegung der Startposition werden kon
struktionsbedingte feste Größen berücksichtigt, z. B. der vor
genannte Abstand (a) der Achsen 45, 47 von Werkzeug zu Werk
stück bzw. Spannvorrichtung in der durch die Gabellicht
schranke 54/55 erfaßten Ausgangsposition, der Abstand (b)
zwischen der Achse 47 des Werkstückes bzw. des Halters und der
Touchierfläche (Referenzfläche R), und der Schleifscheibendurch
messer als vorgegebene Sollgröße. Diese bekannten festen Größen
werden in einem Speicher eines nachfolgend noch näher erläuter
ten Rechners abgelegt.
Unter Berücksichtigung dieser festen Größen werden die aus den
obengenannten Gründen auftretenden Abweichungen von den Soll
größen ermittelt, indem das Bearbeitungswerkzeug von der durch
die Gabellichtschranke festgelegten Ausgangsposition bis zur
Berührung mit der Referenzfläche am Werkstück oder deren
Halterung gefahren wird und die diesem Istwert entsprechende
Größe in den Rechner eingebracht und mit den vorgegebenen Soll
größen verarbeitet wird. Die hieraus ermittelten Abweichungen
können als Korrekturgröße in die Maschinensteuerung, also in
das Steuerprogramm für den Werkzeugvorschub, eingebracht wer
den, wobei es möglich ist, entweder die Ausgangsposition als
Startposition zu belassen und die Korrektur in die vorgegebenen
Konstruktionsdaten zur Erstellung des Paßkörpers einzuarbeiten,
also die Konstruktionsdaten zu verändern, oder diese unverändert
zu lassen und dafür die Ausgangsposition des Werkzeuges, also
deren Startposition, um die Korrekturgröße zu verändern.
Die Istwerte können gemäß der Erfindung auf zwei Wegen optisch
bzw. optoelektronisch ermittelt werden. Bei der einen Variante
ist in der Bearbeitungskammer 7 an geeigneter Stelle ein opti
scher Sensor 70 in Form von z. B. einer Reflex-Lichtschranke
oder eines Lasertasters vorgesehen, welcher in einem definier
ten Punkt (M) einen Meßpunkt darstellt. Bei Verwendung eines
Lasertasters ist dies der Brennpunkt, an dem die Laserstrahlen
reflektiert werden. Dieser Meßpunkt M liegt im Schnittpunkt der
Ebene der beiden Werkzeuge mit der Mittellinie 47 des Werk
stückes 8 bzw. der Werkstückhalterung 16, 17.
Zur Bestimmung des Istwertes fährt man mit der Vorschub
einrichtung des betreffenden Werkzeuges so weit auf das Werk
stück zu, bis die Bearbeitungsfläche des Werkzeuges (in Fig. 2
für das Werkzeug 12 mit P bezeichnet) in den Brennpunkt bzw.
Meßpunkt kommt. Der Lasertaster gibt sodann ein Signal ab,
welches entsprechend dem Blockschaltbild nach Fig. 5 ver
arbeitet wird.
Die andere, gemäß der Erfindung vorgeschlagene Version wird
anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert, wobei Fig. 3 die
Bearbeitungskammer nicht in der Draufsicht, wie in Fig. 2,
sondern von vorne, und Fig. 4 das Werkstück in perspektivi
scher Darstellung zeigen. Nach dieser Anordnung wird von ei
ner Infrarot-Leuchtdiode 71 Licht auf eine genau definierte
Stelle des Werkstückes 8a gerichtet. Der hierzu vorgesehene
Absatz 8c wird zuvor mit Hilfe des Werkzeuges 12 erstellt.
Der Schattenwurf dieses beleuchteten Absatzes 8c wird mittels
eines Sensorelements 72, vorzugsweise einer CCD-Zeile, ver
messen. Der hieraus ermittelte Durchmesser und die Differenz
zum Solldurchmesser ergibt einen Korrekturfaktor für die
Maschinensteuerung.
Mit dem gleichen Vermessungssystem kann der entstehende Form
körper während der Bearbeitung bei Bedarf auf Maßgenauigkeit
hin untersucht und, sofern erforderlich, damit die Maschinen
steuerung korrigiert werden.
Ein wesentlicher Vorteil der beiden vorgeschlagenen Versionen
ist, daß an sich keine besonderen Referenzflächen am Werk
zeughalter vorgesehen zu werden brauchen.
Bevor das Kalibrieren bzw. das Festlegen der genauen Start
position weiter erläutert wird, werden anhand der die Prin
zipschaltung in Fig. 5 Antrieb und Steuerung der Antriebs
und Verstellmotoren für die Werkzeuge 12, 12′ und das Werkstück
8 beschrieben. Analog erfolgt die Steuerung für den Antriebs
motor 35 des Werkzeuges 11 sowie für den nicht näher bezeich
neten Verstellmotor der Vorschubeinrichtung für die Werk
zeuge 11, 11′.
Eine mit 60 bezeichnete Recheneinheit enthält ein Drehzahlvor
gabestellglied 61, mit dem der Antriebsmotor 40 auf eine an
sich frei wählbare Anfahrdrehzahl eingestellt werden kann. Die
Recheneinheit 60 enthält weiterhin zwei Impulsgeneratoren 62,
63, mit denen einerseits der Schrittmotor 49 für den Vorschub
der Werkzeuge 12, 12′ und andererseits der Schrittmotor 27 für
den Vorschub des Werkstückes 8 angesteuert werden. Ein Speicher
in Form eines Zählers 64 dient dazu, die aus der Gabellicht
schranke 54, 55 mit Beginn der Vorschubbewegung bis zur Be
rührung des Werkstückes 8 durch die Schleifscheibe 12 erhal
tenen Signale abspeichern zu können. Einem Komparator 65 wird
einerseits ein Sollwert (+Eingang) und andererseits ein Istwert
(-Eingang) zugeführt. Der Istwert wird repräsentiert durch
Signale entweder aus dem vorgesehenen Sensor, der der in Fig.
2 angedeutete Lasertaster 70 sein kann, oder durch Signale aus
dem CCD-Element 72, die in einem Baustein 73 entsprechend auf
bereitet werden. Zweckmäßigerweise ist einer digitalen Signal
auswertung der Vorzug zu geben. Sind die beiden eingehenden
Signale am Komparator verschieden, liefert der nachgeschaltete
Impulsgenerator 62 einen Impuls an den Zähler 64 und an den
Schrittmotor 49. Damit wird zum einen das Werkzeug um einen
definierten Weg in Richtung auf das Werkstück 8 zubewegt, zum
anderen wird der zurückgelegte Weg im Zähler 64 zwischenge
speichert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die
Signale am Komparator übereinstimmen.
Im Falle der Verwendung eines Lasertasters 70 ist dies dann der
Fall, wenn der Brenn- oder Meßpunkt M erreicht wird. Der Kompa
rator 65 schaltet dann den Impulsgenerator 62 ab. Der Zähler 64
übergibt den aktuellen Zählerstand einem Rechenwerk 66, wo er
abgespeichert wird. Der abgespeicherte Wert ist ein Maß für den
tatsächlich zurückgelegten Weg der Werkzeugspitze bzw. Arbeits
fläche (in Fig. 2 mit P bezeichnet), von der Ausgangsposition
bis zur Mittellinie (in Fig. 2 mit 47 bezeichnet). An einem
Vergleich mit den bereits genannten festen Größen, die im
Rechgenwerk 66 abgespeichert sind, kann eine Korrekturgröße
ermittelt und hieraus die Startposition für eine Bearbeitung
entsprechend vorgegebener, in einem Speicher 68 einer Steuer
einheit 67 abgelegter Konstruktionsdaten errechnet werden,
wobei bei Abweichungen anschließend entweder die Vorgabedaten
für die Vorschubeinrichtung oder die Ausgangsposition der Vor
schubeinrichtung entsprechend geändert werden. Mit diesen
Steuerdaten werden sodann die Stellmotoren 49, 27 und 30 sowie
die Antriebsmotoren 40 und 35 aus der Steuereinheit 67 ange
steuert, wobei die Steuereinheit 67 auch integraler Bestandteil
der Recheneinheit 60 sein kann.
Für die zweite aufgezeigte Version gilt, daß zunächst mit Hilfe
des Werkzeuges 12 am Werkstück 8a ein an sich im Durchmesser
beliebig wählbarer zylindrischer Absatz 8c angeschliffen wird.
Nach Zurückfahren des Werkzeuges in seine Ausgangsposition wird
dieser Absatz 8c optisch ausgemessen, indem sein Schattenwurf
an der CCD-Zeile 72 erfaßt und hieraus sein Durchmesser errech
net wird. Aus dem Durchmesser und dem Schleifscheibendurch
messer kann der Istwert, also der tatsächliche Abstand der
Werkzeugspitze (P) von der Mittellinie 47 ermittelt und, bei
Abweichung von dem vorgegebenen Sollwert, als Korrekturgröße in
die Maschinensteuerung eingegeben werden.
Nach dem gleichen Prinzip kann auch der Durchmesser bzw.
die Ausgangsposition des Fingerfräsers 11 in der gegenüber
liegenden Schleifeinheit ermittelt werden.
Claims (8)
1. Verfahren zum Kalibrieren eines motorisch angetriebenen und
mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung auf ein zu bearbeitendes
Werkzeug zu und von diesem weg bewegbaren Werkzeuges in bezug
auf das Werkstück bzw. einen das Werkstück aufnehmenden Halter,
bei dem zunächst das Werkzeug (11, 12) von einer Ausgangs
position so weit in Richtung Werkstück (8a) bzw. Werkstück
halter (8b) bewegt wird, bis die Bearbeitungsfläche (P) des
Werkzeuges (11, 12) einen in Verlängerung der Werkstückachse
(47) liegenden oder parallel dazu verlaufenden Schaltpunkt (M)
einer Lichtschrankenanordnung (70) erreicht, wobei dabei die
Wegstrecke des Werkzeugvorschubes von der Ausgangsposition
bis zum Schaltpunkt erfaßt wird, indem, beginnend mit der Vor
schubbewegung bis Erreichen des Schaltpunktes die Signale er
zeugt werden, die zur Ermittlung der genauen Startposition
des Werkzeuges in bezug auf das Werkstück bzw. den Werkstück
halter oder zur Ermittlung einer Korrekturgröße für den Werk
zeugvorschub unter Berücksichtigung der erfaßten Ausgangs
position in eine Recheneinheit (60) eingegeben werden.
2. Verfahren zum Kalibrieren eines motorisch angetriebenen
und mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung aus einer Ausgangs
position auf ein zu bearbeitendes Werkstück zu und von diesem
weg bewegbaren Werkzeuges in bezug auf das Werkstück bzw. einen
das Werkstück aufnehmenden Halter, bei dem zunächst am Werk
stück (8a) durch Bearbeitung durch das Werkzeug (11, 12)
eine Referenzfläche (8c) erzeugt wird, bei dem weiterhin die
Referenzfläche optisch vermessen wird und die hieraus ermittel
ten Meßgrößen zusammen mit einer der Wegstrecke des Werkzeug
vorschubes von der Ausgangsposition bis Erreichen der Referenz
fläche entsprechenden Meßgröße zur Ermittlung der genauen
Startposition des Werkzeuges in bezug auf das Werkstück bzw.
den Werkstückhalter oder zur Ermittlung einer Korrekturgröße
für den Werkzeugvorschub in eine Recheneinheit (60) eingegeben
und dort weiterverarbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches zur Erstellung
eines medizinischen, insbesondere zahnmedizinischen, Zahn
prothetik-Paßkörpers angewendet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die von
der Recheneinheit (60) ermittelten Werte über die Position des
Werkzeuges (11, 12) bzw. des Korrekturfaktors einer in der
Recheneinheit (60) integrierten oder separaten Steuereinheit
(67) zugeführt werden, welche anhand vorgegebener Bearbeitungs
konstruktionsdaten die Vorschubeinrichtung (32, 33; 43, 46, 49)
für das Werkzeug (11, 12) sowie einen Stellmotor (27, 30) für
das Werkstück (8a) im Sinne einer Bearbeitung des Werkstückes
nach den vorgegebenen Konstruktionsdaten steuern.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
bei der eine Spannvorrichtung (17) zur Aufnahme des Werk
stückes (8a) sowie mindestens eine Vorschubeinrichtung (32, 46)
für mindestens ein in Rotation versetzbares Bearbeitungswerk
zeug (11, 12) vorhanden ist, wobei die Vorschubeinrichtung so
ausgebildet und angeordnet ist, daß das Werkzeug im Sinne einer
Materialabtragung am Werkstück auf dieses zu und von diesem
weg bewegbar ist, bei der eine Lichtschrankenanordnung in Form
z. B. eines Lasertasters (70) vorhanden ist, dessen Brennpunkt
(M) im Schnittpunkt der Werkstückachse (47) mit der Werkzeug
achse liegt, bei der ferner Mittel (54, 55) zur Erfassung ei
ner Ausgangsposition des Werkzeuges und der Wegstrecke, die
das Werkzeug von der Ausgangsposition bis Erreichen des Brenn
punktes (M) zurücklegt, vorhanden sind, wobei im Brennpunkt
des Lasertasters (70) ein Schaltsignal erzeugt wird, welches
der Recheneinheit (60) zur Festlegung der genauen Startposition
des Werkzeuges in bezug auf das Werkstück oder zur Ermittlung
der Korrekturgröße für den Werkzeugvorschub zugeführt und
weiterverarbeitet wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,
bei der eine Spannvorrichtung (17) zur Aufnahme des Werk
stückes (8a) sowie mindestens eine Vorschubeinrichtung (32, 46)
für mindestens ein in Rotation versetzbares Werkzeug (11, 12)
vorhanden ist, wobei die Vorschubeinrichtung so ausgebildet
und angeordnet ist, daß das Werkzeug im Sinne einer Materialab
tragung am Werkstück auf dieses zu und von diesem weg bewegbar
ist, bei der zur Vermessung der Referenzfläche (8c) ein licht
emittierender Strahler, vorzugsweise eine Leuchtdiode (71), vor
gesehen ist, welche die Referenzfläche (8c) beleuchtet und bei
der weiterhin ein den Schattenwurf der Referenzfläche erfassen
der lichtempfindlicher Sensor, vorzugsweise eine CCD-Zeile
(72), vorhanden ist, deren dem Schattenwurf der Referenzfläche
entsprechende Signale einer Auswerteelektronik der Rechenein
heit (60) zugeführt werden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine
von einem Schrittmotor (49) in kleinen Schritten steuerbare
Vorschubeinrichtung (43, 46, 49) vorhanden ist, mit der das
Werkzeug (12) in mindestens einer Ebene und in dieser Ebene in
mindestens einer Richtung auf das Werkstück (8a) zu und von
diesem weg bewegt werden kann, bei der Antriebsmotor (40) für
das Werkzeug ein in seiner Drehzahl regelbarer Gleichstrommotor
vorgesehen ist, der über integrierte Sensoren drehzahlpropor
tionale Signale liefert, bei der weiterhin die Recheneinheit
(60) einen Speicher (64), in welchem den Vorschubbewegungen des
Werkzeuges (12) entsprechende Größen abgespeichert werden, so
wie ein Stellglied (61) enthält, welches die Dehzahl des An
triebsmotors (40) für das Werkzeug (12) auf eine Anfahrdreh
drehzahl einstellt, und bei der die Recheneinheit einen Kom
parator (65) enthält, in welchem entsprechend aufbereitete,
einer Istgröße entsprechende Signale aus der Lichtschranke (70)
oder dem Sensor (72) mit einer vorgegebenen Sollgröße vergli
chen werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Recheneinheit
(60) einen Impulsgenerator (62, 63) zur Steuerung einerseits
des Stellmotors (49) für den Vorschub des Werkzeuges (12) und
andererseits des Stellmotors (27, 30) für das Werkstück (8a)
umfaßt, bei der als Speicher ein Zähler (64) vorhanden ist, der
die Wegstrecke des Werkzeuges, ausgehend von der Ausgangspo
sition, erfaßt und bei der die Recheneinheit ein Rechenwerk
(66) beinhaltet, welches aus den Zählergrößen die zurückgelegte
Wegstrecke des Werkzeuges und hieraus die Startposition oder
die Korrekturgröße ermittelt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904030185 DE4030185A1 (de) | 1990-09-24 | 1990-09-24 | Verfahren zum kalibrieren eines motorisch angetriebenen werkzeuges in bezug auf ein mit diesem zu bearbeitendes werkstueck sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
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Publications (1)
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ID=6414866
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