DE4101148A1 - Workpiece contour measurement for surface grinder - using measuring mode with speed monitoring of slowly rotating tool to determine contact points - Google Patents

Workpiece contour measurement for surface grinder - using measuring mode with speed monitoring of slowly rotating tool to determine contact points

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DE4101148A1
DE4101148A1 DE19914101148 DE4101148A DE4101148A1 DE 4101148 A1 DE4101148 A1 DE 4101148A1 DE 19914101148 DE19914101148 DE 19914101148 DE 4101148 A DE4101148 A DE 4101148A DE 4101148 A1 DE4101148 A1 DE 4101148A1
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Bert Dipl Ing Handschick
Frank Dr Ing Hollstein
Frank Dipl Ing Hentschel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/22—Equipment for exact control of the position of the grinding tool or work at the start of the grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

Abstract

The grinding tool (4) is rotated slowly and its speed monitored. The tool is slowly brought into contact with the workpiece (5), with the point of contact determined when the tool speed drops. The programmed control moves the tool to touch the workpiece in a selected pattern. The pattern of contact points provide the required contour, enabling the controller to prepare the grinding pattern, the surface of the workpiece being scanned to generate reference points. The tool is held on a multi-axle support, incorporating rotational and longitudinal degrees of freedom. The controlled contacting, with rapid stopping of the tool, prevents grinding damage to the surface. ADVANTAGE - Automatic surface profiling using grinding tool without additional measuring appts. Minimum damage to workpiece.

Description

Es ist bekannt, daßIt is known that

  • - die Abtastung der Oberflächenkontur mittels spezieller takti­ ler bzw. berührungsloser Sensoren erfolgt und somit die zur Kontakterkennung dienenden Meßgrößen über zusätzliche, von der Bearbeitungseinrichtung unabhängige Meßeinrichtungen auf­ genommen, verarbeitet und anschließend der Steuerung zuge­ führt werden müssen,- The scanning of the surface contour using special tacti ler or non-contact sensors and thus the Contact detection serving measurands via additional, from the processing device independent measuring devices taken, processed and then the control must be led
  • - der technologische Ablauf von der Oberflächenkonturbestimmung bis hin zur Ermittlung der Lage des Werkstückes zum Werkzeug mehrere voneinander getrennte Operationen umfaßt,- the technological process of determining the surface contour to the determination of the position of the workpiece relative to the tool comprises several separate operations,
  • - eine Vorausbestimmung der tatsächlichen Oberflächenkontur des Werkstückes nicht gewährleistet ist,- A prediction of the actual surface contour of the Workpiece is not guaranteed
  • - die meßtechnische Auswertung keine Aussage zur Relativlage des Werkstückes zum Werkzeug liefert,- The metrological evaluation no statement on the relative position supplies the workpiece to the tool,
  • - teilweise keine reproduzierbaren Positionsdaten der Kontakt­ punkte in Form des Speicherzugriffs vorliegen und somit die darauf basierende Anpassung der Schleifoperationen nicht ge­ währleistet ist.- sometimes no reproducible position data of the contact points in the form of memory access and thus the adjustment of the grinding operations based on this not ge is guaranteed.

Neben den Verfahren zur Oberflächenabtastung mittels spezieller Sensoren sind Verfahren zur Kontakterkennung zwischen Schleif­ werkzeug und Werkstück bekannt, welche auf der Erfassung und VerarbeitungIn addition to the methods for surface scanning using special Sensors are methods of contact detection between grinding known tool and workpiece, which on the detection and processing

  • - von Schwingungen bei gegenseitiger Annäherung von Schleif­ scheibe und Werkstück nach DE OS 20 45 314, DE OS 35 30 560, DE OS 36 21 049, DE OS 20 04 911 bzw. DD PS 2 01 502,- of vibrations when grinding approaches each other disc and workpiece according to DE OS 20 45 314, DE OS 35 30 560, DE OS 36 21 049, DE OS 20 04 911 or DD PS 2 01 502,
  • - von elektrischen Kenngrößen wie Spannung, Strom und Pha­ senverschiebung nach DE OS 19 29 518, DE OS 20 04 911 bzw. DD WP 2 19 421,- of electrical parameters such as voltage, current and Pha displacement according to DE OS 19 29 518, DE OS 20 04 911 or DD WP 2 19 421,
  • - vom Verschleiß des Schleifkörpers nach DD PS 1 21 056 und- the wear of the grinding wheel according to DD PS 1 21 056 and
  • - von der Geschwindigkeitsänderung des bewegten Werkzeuges oder Werkstückes nach DE OS 18 01 418- the change in speed of the moving tool or Workpiece according to DE OS 18 01 418

basieren. based.  

Die Nachteile der bekannten technischen Lösungen bestehen in der Trägheit bei der Kontakterkennung bzw. in der eingeschränk­ ten Immunität gegenüber falschen Signalen. In beiden Fällen kann ein Einschleifen in die Werkstückoberfläche nicht ausge­ schlossen werden. Die Ermittlung der Kontur der Werkstück­ oberfläche und eines Maßes für den Verschleiß des Schleifwerk­ zeuges aus den durch die Abtastung der Werkstückoberfläche gewonnenen Kontaktpunkten ist nicht vorgesehen.The disadvantages of the known technical solutions are the sluggishness in contact detection or in the restricted immunity to false signals. In both cases can not be ground into the workpiece surface be closed. Determining the contour of the workpiece surface and a measure of wear of the grinder from the scanning of the workpiece surface won contact points is not provided.

In der manipulatorgeführten Bearbeitungstechnik ist die Kennt­ nis der Kontur der Werkstückoberfläche und die Relativlage des Werkzeuges zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche immer dann von besonderer Bedeutung, wenn bearbeitungsobjektabhängige Konturen erzeugt werden sollen.Known in manipulator-guided processing technology nis the contour of the workpiece surface and the relative position of the Tool to the workpiece surface to be machined then of particular importance if it is dependent on the processing object Contours should be created.

Daher liegt der im Patentanspruch angegebenen Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermög­ licht, die Kontur von Werkstückoberflächen und den Verschleiß so mit einem Schleifwerkzeug und ohne zusätzliche Meßeinrich­ tung abzutasten, daß die Umlaufgeschwindigkeitsänderung des Schleifwerkzeuges bei Berührung mit der Werkstückoberfläche als Signal erfaßt und bei der Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges mit der Werkstückoberfläche ein Einschleifen vermieden wird.Therefore, the invention specified in the claim is the Problem to develop a method that made it possible light, the contour of workpiece surfaces and wear so with a grinding tool and without additional measuring equipment tion to sense that the rotational speed change of Grinding tool when touching the workpiece surface as Signal detected and when contacting the grinding tool grinding in is avoided with the workpiece surface.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß für das, durch ein Führungsgetriebe mit Antrieben, Wegmeßsystemen und Steuerung geführtes Schleifwerkzeug, während der Zustellbe­ wegung in Richtung der Werkstückoberfläche eine solche An­ triebsleistung gewählt wird, daß sich eine Umlaufgeschwin­ digkeit nahe Null einstellt. Durch die bei Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges mit der Werkstückoberfläche auf das Schleif­ werkzeug wirkende Kraft verändert sich die Umlaufgeschwindig­ keit des Schleifwerkzeuges, vorzugsweise bis auf den Wert Null. Somit wird ein Einschleifen in die Werkstückoberfläche verhin­ dert. Die Änderung der Umlaufgeschwindigkeit des Schleifwerk­ zeuges erfaßt in an sich bekannter Weise ein Meßsystem. Dieses gibt bei Veränderung der Umlaufgeschwindigkeit ein Signal an die Steuerung der Schleifeinrichtung ab, die eine sofortige Unterbrechung der Zustellbewegung initiiert. Die mit der Unter­ brechung der Zustellbewegung eingenommene Position des Schleif­ werkzeuges erfaßt die Steuerung und speichert diese ab. Durch die Wiederholung dieses Abtastvorganges für verschiedene Posi­ tionen des Schleifwerkzeuges werden Kontaktpunkte gewonnen, die es ermöglichen die Kontur einer Werkstückoberfläche mittels eines Rechners zu berechnen. Die Abtastung der Werkstückober­ fläche an einem oder mehreren Referenzpunkten außerhalb des Bearbeitungsbereiches vor der Bearbeitung, zwischen einzelnen Bearbeitungsetappen und nach dem Bearbeitungsvorgang ermöglicht die Ermittlung eines Maßes für den Werkzeugverschleiß.According to the invention this problem is solved in that for that, through a guide gear with drives, measuring systems and control guided grinding tool during the delivery Such a movement in the direction of the workpiece surface drive power is chosen so that a revolution speed sets near zero. By contacting the Grinding tool with the workpiece surface on the grinding force acting on the tool changes the rotational speed speed of the grinding tool, preferably down to zero. This prevents grinding into the workpiece surface different. The change in the rotational speed of the grinder Stuff captures a measuring system in a manner known per se. This gives a signal when the circulation speed changes the control of the grinder from an instant  Interruption of the delivery movement initiated. The one with the sub position of the grinding position tool records the control and saves it. By the repetition of this scanning process for different positions of the grinding tool, contact points are obtained that it enables the contour of a workpiece surface by means of to calculate a calculator. The scanning of the workpiece top area at one or more reference points outside the Processing area before processing, between individual Processing stages and after the machining process determining a measure of tool wear.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind eine hohe Wirt­ schaftlichkeit, eine universelle Einsetzbarkeit, Einfachheit und besondere Eignung für den Einsatz von Manipulatoren. Das Verfahren gestattet es, Werkstückoberflächen ohne zusätzliche, von der Schleifeinrichtung unabhängige Meßeinrichtung so abzu­ tasten, daß eine Oberflächen- und Relativlagenbestimmung ohne Schädigung der Werkstückoberfläche und die Ermittlung eines Maßes für den Verschleiß des Schleifwerkzeuges möglich ist.The advantages achieved with the invention are a high host economy, universal applicability, simplicity and special suitability for the use of manipulators. The The process allows workpiece surfaces to be measuring device independent of the grinding device feel that a surface and relative position determination without Damage to the workpiece surface and the determination of a Measure of wear of the grinding tool is possible.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail. Show it

Fig. 1 die Schleifeinrichtung vor der Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges 4 mit der Werkstückoberfläche 5; Fig. 1, the grinding device in front of contacting the grinding tool 4 with the workpiece surface 5;

Fig. 2 die Schleifeinrichtung während der Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges 4 mit der Werkstückoberfläche 5; Fig. 2, the grinding device during acquisition of the contact of the grinding tool 4 with the workpiece surface 5;

Fig. 3 die Schleifeinrichtung nach der Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges 4 mit der Werkstückoberfläche 5 und neuer Ausgangsposition. Fig. 3, the grinding device after contacting the grinding tool 4 with the workpiece surface 5 and new starting position.

Ein Manipulator positioniert eine Schleifeinrichtung zur Bear­ beitung lokaler Oberflächendefekte im Bearbeitungsbereich. Diese Schleifeinrichtung besteht aus einer Zustellachse 1, einer Zusatzrotationsachse 2 und einer Längsvorschubachse 3, die jeweils mit einem nicht näher beschriebenen Antriebs- und Wegmeßsystem ausgerüstet sind, einem Schleifwerkzeug 4 mit zugehörigem Antrieb zur Gewährleistung der Umlaufgeschwindig­ keit vu des Schleifwerkzeuges sowie einer Koppelstelle 6 zum Manipulator. Die die Zustellachse 1, die Zusatzrotationsachse 2 und die Längsvorschubachse 3 führen das Schleifwerkzeug 4 in­ nerhalb eines zylindrischen Arbeitsraumes.A manipulator positions a grinding device for processing local surface defects in the processing area. This grinding device consists of an infeed axis 1 , an additional axis of rotation 2 and a longitudinal feed axis 3 , each of which is equipped with a drive and position measuring system, not described in detail, a grinding tool 4 with associated drive to ensure the Umlaufgeschwindig speed v u of the grinding tool and a coupling point 6 to Manipulator. The feed axis 1 , the additional axis of rotation 2 and the longitudinal feed axis 3 guide the grinding tool 4 within a cylindrical working space.

Fig. 1 zeigt die Lage der Schleifeinrichtung vor der Kontakt­ nahme des Schleifwerkzeuges 4 mit einer gekrümmten Werkstück­ oberfläche 5. Die Antriebsleistung des Schleifwerkzeuges 4 ist derartig begrenzt, daß der Umlauf des Schleifwerkzeuges 4 bei der Umlaufgeschwindigkeit vu nahe dem Wert Null ohne Einwirkung äußerer Kräfte gewährleistet ist. Fig. 1 shows the position of the grinding device before contacting the grinding tool 4 with a curved workpiece surface 5th The drive power of the grinding tool 4 is limited in such a way that the rotation of the grinding tool 4 is ensured at the rotational speed v u close to zero without the action of external forces.

Die geringe Antriebsleistung hat zur Folge, daß die bei Kon­ taktnahme des Schleifwerkzeuges 4 mit der Werkstückoberfläche 5 auftretende Tangentialkraft zur Verringerung der Umlaufge­ schwindigkeit vu bis auf den Wert Null führt und somit ein Einschleifen in die Werkstückoberfläche 5 vermieden wird (vgl. Fig. 2).The low drive power has the result that the tangential force that occurs when the grinding tool 4 is brought into contact with the workpiece surface 5 leads to a reduction in the speed of rotation v u down to the value zero and thus grinding into the workpiece surface 5 is avoided (see FIG. 2 ).

Die Kontaktnahme wird erfaßt durch ein nicht näher beschrie­ benes Meßsystem, das bei Drehzahlveränderung ein Signal an die Steuerung der Schleifeinrichtung abgibt. Die Steuerung der Schleifeinrichtung unterbricht daraufhin die Zustellbewegung und speichert die Position der Zustellachse 1, der Zusatzrota­ tionsachse 2 und der Längsvorschubachse 3 der Schleifeinrich­ tung in Form des erreichten Inkrementestandes ab.The contact is recorded by a measuring system not described in more detail below, which emits a signal to the control of the grinding device when the speed changes. The control of the grinding device then interrupts the feed movement and stores the position of the feed axis 1 , the additional rotation axis 2 and the longitudinal feed axis 3 of the grinding device in the form of the increment reached.

Anschließend initiiert die Steuerung eine Rückstellbewegung der Zustellachse 1, bei der das Abheben des Schleifwerkzeuges 4 von der Werkstückoberfläche 5 erfolgt, sowie eine Bewegung der Längsvorschubachse 3 und/oder Zusatzrotationsachse 2 in die Ausgangsposition für eine erneute Kontaktpunktaufnahme (vgl. Fig. 3).The controller then initiates a return movement of the infeed axis 1 , in which the grinding tool 4 is lifted off the workpiece surface 5 , and a movement of the longitudinal feed axis 3 and / or additional rotation axis 2 into the starting position for a new contact point pick-up (see FIG. 3).

Durch die Wiederholung dieses Vorganges in verschiedenen Posi­ tionen des Schleifwerkzeuges 4 werden Kontaktpunkte gewonnen, aus denen die Oberflächenkontur im Abtastbereich und die Rela­ tivlage der Schleifeinrichtung zur Werkstückoberfläche 5 ermit­ telt werden können. Diese bilden die Grundlage zur Bestimmung der Trajektorie auf der das Schleifwerkzeug 4 geführt wird, um definierte Schleifstellengeometrien zu erzeugen.By repeating this process in different positions of the grinding tool 4 , contact points are obtained from which the surface contour in the scanning area and the relative position of the grinding device to the workpiece surface 5 can be determined. These form the basis for determining the trajectory on which the grinding tool 4 is guided in order to generate defined grinding point geometries.

Als Referenzpunkt wird ein Kontaktpunkt außerhalb des Bearbei­ tungsbereiches gewählt. Dieser Referenzpunkt kann zum Zweck der Bestimmung des Schleifwerkzeugverschleißes zwischen einzelnen Bearbeitungsetappen und/oder nach Beendigung des Bearbeitungs­ prozesses erneut abgetastet werden.As a reference point, a contact point outside the machining is used selected. This reference point can be used for the purpose of Determination of grinding tool wear between individual Processing stages and / or after completion of the processing process can be scanned again.

Legende der verwendeten BezugszeichenLegend of the reference symbols used

1 Zustellachse
2 Zusatzrotationsachse
3 Längsvorschubachse
4 Schleifwerkzeug mit Antrieb
5 Werkstückoberfläche
6 Koppelstelle
vu Umlaufgeschwindigkeit des Schleifwerkzeuges 1 infeed axis
2 additional rotation axis
3 longitudinal feed axis
4 grinding tool with drive
5 workpiece surface
6 coupling point
v u Rotational speed of the grinding tool

Claims (1)

Verfahren zur Abtastung von Werkstückoberflächen mittels Schleifwerkzeug und dessen Verschleißmessung, gekennzeichnet dadurch,
  • - daß vor der Kontaktnahme mit der Werkstückoberfläche (5) das Schleifwerkzeug (4) eine Umlaufgeschwindigkeit (vu) nahe Null erhält,
  • - daß bei Kontaktnahme des Schleifwerkzeuges (4) mit der Werkstückoberfläche (5) sich die Umlaufgeschwindigkeit (vu) des Schleifwerkzeuges (4) verändert, vorzugsweise gleich Null wird und damit ein Einschleifen des Schleif­ werkzeuges (4) in die Werkstückoberfläche (5) vermieden wird,
  • - daß diese Änderung der Umlaufgeschwindigkeit (vu) des Schleifwerkzeuges (4) in an sich bekannter Weise erfaßt und eine Unterbrechung der Zustellung ausgelöst wird,
  • - daß die mit der Unterbrechung der Zustellung eingenommene Position des Schleifwerkzeuges (4) erfaßt und abgespei­ chert wird,
  • - daß durch Wiederholung dieses Abtastvorganges für ver­ schiedene Positionen des Schleifwerkzeuges (4) Kontakt­ punkte gewonnen werden, die zur Berechnung der Kontur der Werkstückoberfläche (5) mittels eines Rechners dienen,
  • - daß durch Abtastung der Werkstückoberfläche (5) außerhalb des Bearbeitungsbereiches ein oder mehrere Referenzpunkte gewonnen werden, die durch wiederholte Abtastung zwischen einzelnen Bearbeitungsetappen und/oder nach Abschluß der Bearbeitung zur Gewinnung eines Maßes für den Verschleiß des Schleifwerkzeuges (4) genutzt werden.
Method for scanning workpiece surfaces using a grinding tool and measuring its wear, characterized in that
  • - That the grinding tool ( 4 ) receives a rotational speed (v u ) close to zero before contacting the workpiece surface ( 5 ),
  • - That when contacting the grinding tool ( 4 ) with the workpiece surface ( 5 ), the rotational speed (v u ) of the grinding tool ( 4 ) changes, preferably zero, and thus grinding in of the grinding tool ( 4 ) in the workpiece surface ( 5 ) is avoided becomes,
  • - That this change in the rotational speed (v u ) of the grinding tool ( 4 ) is detected in a manner known per se and an interruption of the infeed is triggered,
  • - That the position of the grinding tool ( 4 ) assumed with the interruption of the infeed is detected and saved,
  • - That by repeating this scanning process for different positions of the grinding tool ( 4 ) contact points are obtained, which are used to calculate the contour of the workpiece surface ( 5 ) by means of a computer,
  • - That one or more reference points are obtained by scanning the workpiece surface ( 5 ) outside the processing area, which are used by repeated scanning between individual processing stages and / or after completion of the processing to obtain a measure of the wear of the grinding tool ( 4 ).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008062081A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Mtu Aero Engines Gmbh Grinding tool's wear condition detecting method, involves sampling measurement signal at number of time points, and calculating components of data vector as weighted sum of measurement values

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008062081A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Mtu Aero Engines Gmbh Grinding tool's wear condition detecting method, involves sampling measurement signal at number of time points, and calculating components of data vector as weighted sum of measurement values

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