DE4401896A1

DE4401896A1 - Verfahren zum Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen sowie ein Glänzgerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4401896A1
Application number: DE19944401896
Authority: DE
Inventors: Hartmut Surmann
Original assignee: SURMANN HARTMUT DIPL INFORM
Current assignee: SURMANN, HARTMUT, DR.-ING., 53757 SANKT AUGUSTIN,
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2014-01-25
Also published as: DE4401896C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Glänzen (Polieren) von Cobalt-Chrom- Dentalgußlegierungen nach der Gattung des Anspruchs 1, außerdem ein Glänzgerät für die Cobalt- Chrom-Dentalgußlegierungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Die elektrochemische Bearbeitung von Metallen und Halbleitern mit äußerer Stromquelle in elektroche mischen Badanlagen (EC-Badanlagen) ist in der neuzeitlichen Fertigungstechnik durch eine Reihe von Verfahren seit längerer Zeit verbreitet. Das "anodische Abtragen" ist das "Auflösen" elektrisch leitender bzw. halbleitender Werkstoffe (VDI-Richtlinie 3401 Blatt 2).

Aus der DE 39 41 820 A1 sind die Zusammensetzung von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen zur Herstellung von Zahnersatzteilen bekannt, die lasergeschweißt werden.

Bisher ist kein automatisches Verfahren bekannt, das auf der Grundlage der Oberfläche und der Anzahl von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen sowie des Zustands des Elektrolyten eine optimale Stromdichte und Glänzzeit einstellt. Bisher wird diese Aufgabe von erfahrenem Bedienpersonal durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glänzverfahren bzw. ein Glänzgerät zu schaffen, durch das der Glänzvorgang automatisiert wird. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 haben gegenüber dem Stand der Technik die Vorteile, daß das Glänzen bei op timaler Stromdichte gewährleistet ist, die Glänzzeit automatisch eingestellt wird, die Glänzzeit mini miert und damit der Elektrolytverbrauch gesenkt wird.

Durch den Einsatz der Fuzzy-Logik-Steuerung können vielfältige Randbedingungen berücksichtigt und in einem automatischen Glänzverfahren realisiert werden, ohne den Aufwand zur Realisierung des Ver fahrens wesentlich zu erhöhen. Dabei bleibt der Glänzvorgang transparent und nachvollziehbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Strom und Temperatur zwischen den Elektroden, beziehungsweise in der Glänzflüssigkeit, sowie deren zeitliche Ableitungen erfaßt.

Weiterhin wird der Zustand des Elektrolyts auf der Basis der zeitlichen Integration über dem Strom gemessen und gespeichert. Auf der Grundlage des maximalen Stroms kann auf die Anzahl und die Oberfläche von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen geschlossen werden. Mit Hilfe relativ weniger Si gnale kann bereits ein gutes automatisches Glänzverfahren realisiert werden.

Bevorzugt wird außerdem eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der verschiedene Glänzvorgänge danach unterschieden werden können, ob eine oder zwei Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen geglänzt werden und ob die Größe der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierung zwischen sehr klein und sehr groß variiert. Zusätzlich werden verschiedene Glänzvorgänge durch den vorangegangenen Verbrauch des Elektrolyts beeinflußt. Des weiteren wird durch die Regelung der Temperatur mittels einer Heizung und Kühlung sichergestellt, daß das Glänzgerät immer im richtigen Temperaturbereich arbeitet. Durch die Berücksichtigung dieser Meßwerte kann auf einfache Weise nicht nur ein automatisches Glänzverfah ren, sondern auch ein minimaler Verbrauch der Glänzflüssigkeit sichergestellt werden, da mit nahezu optimaler Stromdichte geglänzt wird.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Glänzgeräts für Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen zeichnet sich dadurch aus, daß ein Fuzzy-Prozessor vorgesehen ist. Durch den Einsatz eines derartigen Prozessors eignet sich das Glänzgerät dafür die Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen automatisch in minimaler Zeit zu glänzen und damit den Elektrolytverbrauch zu minimieren.

Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz des Verfahrens beziehungsweise des Glänzgeräts beim Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen erwiesen.

Die Erfindung wird im folgenden Anhang der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Glänzgeräts,

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Durchführung des Verfahrens zum Glänzen von Cobalt- Chrom-Dentalgußlegierungen,

Fig. 3 Zugehörigkeitsfunktionen der linguistischen Variablen an den Eingängen und

Fig. 4 Zugehörigkeitsfunktionen der linguistischen Variablen an den Ausgängen.

Fig. 5 Fuzzy-Regeln.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektrolytischen Glänzgerätes 17 zum elektroche mischen Polieren von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen 16. Das Glänzgerät ist an eine geeignete Netzversorgung anschließbar. Die abgegriffene Spannung wird durch einen Gleichrichter 18 und eine Filterschaltung 19 geglättet und einer Stromregelung 14, die durch eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) realisiert wird, zugeführt. Deren Ausgangssignal wird dann über die Glänzelektroden 22 den in einem Glänzbad 23 befestigten Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen 16 zugeführt. Die Cobalt- Chrom-Dentalgußlegierungen 16 sind über ein Gestänge mit einem Motor 11 verbunden und kann im Glänzbad 23 bewegt werden. Der Motor 11 ist über ein Relais 25 mit dem Mikrocontroller 1 verbunden und kann darüber ein- und ausgeschaltet werden. Zur Strommessung 12 des im Glänzbad 23 fließenden Stroms wird die Spannung über dem Meßwiderstand 21 gemessen und dem Mikrocontroller 1 zugeführt. Das Glänzgerät 17 enthält eine Heiz- 9 und Kühlungsvorrichtung 10 welche ebenfalls über Relais 25 mit dem Mikrocontroller 1 verbunden sind, wodurch die Heizung bzw. Kühlung ein- und ausgeschaltet werden können. Die Heizvorrichtung 9 heizt elektrisch. Die Kühlvorrichtung 10 enthält ein Ventil 26, das mit dem Relais 25 verbunden ist und darüber gesteuert wird. Die Kühlvorrichtung 10 besteht aus einem Leitungssystem 27, das an die externe Wasserversorgung angeschlossen ist. Selbstverständlich sind die Heizungs- und Kühlvorrichtungen hier lediglich beispielhaft gewählt. Deren Festlegung kann an entsprechenden Umgebungsbedingungen angepaßt werden. Das Glänzbad 23 ist mit einem Temperaturwiderstand 24 versehen, dessen Spannungsabfall gemessen wird 13 und ebenfalls dem Mikrocontroller 1 zugeführt wird.

An dem Mikrocontroller 1 ist ein EPROM 3 angeschlossen, das die Fuzzy-Logik-Steuerung enthält. Weiterhin sind am Mikrocontroller als Eingangssignale der durch die Cobalt-Chrom-Dentalgußlegie rungen 16 fließende Strom, die Temperatur der Glänzflüssigkeit und Taster 7 angeschlossen. Als Aus gangssignale sind die Stromregelung 14, die Relais zur Steuerung der Heizung 9, der Kühlung 10 und des Motors 11 sowie weiterhin LEDs 8 und ein Display 6 angeschlossen. Über das Display 6 werden die Zustände des Glänzvorganges ausgegeben. Weiterhin können über die Taster 7 externe Eingaben an der Steuerung vorgenommen werden. Der Mikrocontroller 1 ist des weiteren mit Akkumulatoren 5 verbunden (Ruhestromversorgung), um nach dem Abschalten der Netzversorgungsspannung den Mikrocontroller mit Strom zu versorgen. Damit kann dieser die Qualität der Glänzflüssigkeit und andere Zustände auch nach dem Abschalten der Netzspannung zu speichern.

Die Eingangssignale werden von dem Mikrocontroller 1 aufgenommen und für die weitere Verarbeitung aufbereitet. Dabei wird die zeitliche Ableitung der Temperatur und des Stroms erzeugt. Überdies wird während der Signalaufbereitung eine Glättung der Signale vorgenommen, um eine möglichst fehlerfreie Weiterverarbeitung zu gewährleisten. Der Mikrocontroller 1, beziehungsweise dessen Fuzzy-Logik- Steuerung, berechnen die optimale Stromdichte und die Glänzzeit auf der Grundlage des maximalen Stroms im Glänzbad, der Temperatur der Glänzflüssigkeit und/oder der Ableitung von Strom und Tem peratur nach der Zeit sowie des Zustands der Glänzflüssigkeit. Aus dem maximal fließenden Strom werden die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierung und die Anzahl der Cobalt-Chrom- Dentalgußlegierung ermittelt. Weiterhin regelt der Mikrocontroller die Temperatur der Glänzflüssig keit.

Anhand des in Fig. 2 wiedergegebenen Funktionsdiagramms wird das Verfahren zum Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen naher erläutert.

Bei der Inbetriebnahme des Glänzgerätes 17 in Fig. 1 wird das Glänzverfahren in einem ersten Schritt 31 gestartet. Zunächst findet dabei eine Initialisierung statt, die dazu dient, das Glänzgerät in einen be triebsbereiten Zustand zu versetzen.

In einem zweiten Schritt 33 wird auf der Grundlage des gespeicherten Elektrolytzustands festgestellt, ob das Elektrolyt noch gebrauchsfähig ist. Falls nicht, muß in Schritt 35 das Elektrolyt ausgetauscht werden. Die Gebrauchsfähigkeit des Elektrolyts wird festgestellt, indem der vom Elektrolyt aufgenom mene Strom über der Zeit integriert wird (Ladung) und überprüft wird, ob dieser Wert einen maximal vorgegebenen Wert überschreitet.

Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 37 festgestellt, ob Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen im Glänzbad eingehängt sind. Befindet sich keine Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen im Glänzbad, so müssen in Schritt 39 diese eingehängt werden. Zur Überprüfung wird eine Spannung an die Elektroden angelegt. Sind keine Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen eingehängt so kann kein Strom fließen. Zur Überprüfung muß der zugeführte Strom erfaßt und dessen Ableitung gebildet werden.

Im Schritt 41 wird überprüft, ob sich die Temperatur des Glänzbades im Arbeitsbereich befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 43 mit Hilfe der Fuzzy-Regeln 4-6 (Fig. 5) durch Heizen oder Kühlen die Temperatur in den Arbeitsbereich gebracht. Dazu muß der Meßwert Temperatur erfaßt und dessen Ableitung gebildet werden.

Ist die Temperatur im Arbeitsbereich, so wird im Schritt 45 die Anzahl und die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierung bestimmt. Dazu wird 30 Sekunden lang an der PWM (Puls-Weiten- Modulation) 2 (Fig. 1) die maximale Spannung eingestellt. Aus dem sich ergebenden maximalen Strom kann in geeigneter Weise die Anzahl und die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen bestimmt werden.

Im nachfolgenden Schritt 47 wird aus der Anzahl und Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegie rung mit Hilfe der Fuzzy-Regeln 7-16 (Fig. 5) die Glänzzeit t_max und die an der PWM 2 anzulegende Steuerspannung ermittelt, um die optimale Stromdichte einzustellen. Die Fuzzy-Regeln ermitteln dazu eine Grundglänzzeit auf der Grundlage der Anzahl und Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegie rungen. Diese Grundglänzzeit wird in Abhängigkeit vom Zustand des Elektrolyts entsprechend erhöht (Fuzzy-Regeln 13-16, Fig. 5).

Im weiteren wird die Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierung t_max Sekunden bei optimaler Stromdichte geglänzt, wobei in Schritt 49 überprüft wird, ob die ermittelte Glänzzeit t_max überschritten ist. Ist dies nicht der Fall wird im Schritt 51 überprüft, ob die Temperatur im Arbeitsbereich ist. Ist dies nicht der Fall so wird im Schritt 53 mit Hilfe der Fuzzy-Regeln 4-6 die Temperatur in den Arbeitsbereich gebracht. Dabei darf entsprechend der Fuzzy-Regeln 1-3 keine Spannung an die Elektroden angelegt werden. Ist die Temperatur im Arbeitsbereich, so wird im Schritt 55 die Steuerspannung an die Elektro den gelegt und der Zeittakt erhöht. Der Wert der während des Glänzvorgangs vom Elektrolyt aufge nommenen Ladung wird im RAM des Mikrocontroller 1 (Fig. 1) gespeichert.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Mikrocontroller mit Fuzzy-Logik-Steuerung diverse Eingangssignale verarbeitet und entsprechend die Ausgangssignale einstellt. Weiterhin sind die vom Steuergerät führen den Eingänge und Ausgänge bezeichnet.

Fig. 3 zeigt für die Eingänge die sogenannten linguistischen Variablen und deren Fuzzy-Mengen bzw. Zugehörigkeitsfunktionen. Von links oben nach rechts unten sind dies die Temperatur der Glänz flüssigkeit, die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierung, die Anzahl der Cobalt-Chrom- Dentalgußlegierungen und der Zustand des Elektrolyts. Die Zugehörigkeit eines bestimmten Wertes auf der x-Achse zu einer Fuzzy-Menge, die durch die Zugehörigkeitsfunktion definiert ist, liegt immer im Intervall [0,1]. Die entsprechende Einteilung und die Bezeichnung der Fuzzy-Mengen bzw. Zugehörig keitsfunktionen für die Eingänge können aus Fig. 3 entnommen werden.

Fig. 4. zeigt für die Ausgänge die linguistischen Variablen und deren Zugehörigkeitsfunktionen. Dies sind von links oben nach rechts unten die Glänzzeit, die Erhöhung der Glänzzeit, die Größe der Steuer spannung für die Stromdichte, das Einschalten der Spannung, der Heizung und der Kühlung. Die ent sprechende Einteilung und die Bezeichnung der Fuzzy-Mengen bzw. Zugehörigkeitsfunktionen für die Ausgänge können aus Fig. 4 entnommen werden.

Selbstverständlich sind die Zahlenwerte für die Bereiche der Zugehörigkeitsfunktionen hier lediglich beispielhaft gewählt. Deren Festlegung kann an die zu glänzenden Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen angepaßt werden.

Durch den Einsatz der Fuzzy-Logik ist es möglich, die Glänzzeit und die optimale Stromdichte auf der Grundlage der Temperatur, der Oberfläche, der Anzahl und des Zustands des Elektrolyten einzustellen. Dabei ist es möglich, Wissen von erfahrenen Bedienern aufzunehmen und in Form von Fuzzy-Regeln, linguistischen Variablen und deren Zugehörigkeitsfunktionen auf den Mikrocontroller abzubilden. Durch die Verknüpfung von Termen, beispielsweise der Anzahl und der Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen, sowie der Berücksichtigung des Elektrolytzustands ist auf jeden Fall sichergestellt, daß unter unterschiedlichen Bedingungen immer eine optimale Stromdichte eingestellt wird, so daß ein gleichmäßig gutes Glänzen bei minimalem Elektrolytverbrauch erreicht wird.

Vorzugsweise können bei der Einstellung der Ausgangsgrößen die Meßwerte des Stroms und der Tem peratur sowie deren zeitliche Ableitung über mehrere Meßzyklen gemittelt werden, um einen möglichst gleichmäßigen Glänzvorgang zu gewährleisten.

Durch die Erfassung der verschiedenen Randbedingungen kann gerade durch einen automatischen Glänzvorgang die Glänzzeit minimiert und die Qualität der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen verbessert werden.

Aus dem oben Dargestellten ergibt sich ohne weiteres, daß sowohl das Verfahren als auch das erläu terte Glänzgerät sehr wohl geeignet sind zum Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen.

Claims

1. Verfahren zum Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen, bei der der momentan flie ßende Strom im Glänzbad, die Temperatur der Glänzflüssigkeit und/oder die Ableitung von Strom und Temperatur nach der Zeit gemessen werden und der Zustand der Glänzflüssigkeit, die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen und die Anzahl der Cobalt-Chrom- Dentalgußlegierungen bestimmt werden, um die optimale Stromdichte, die Temperatur sowie die Glänzzeit einzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte nach Art der Fuzzy- Logik-Steuerung miteinander verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Elektrolytzustand ge speichert wird und der Strom, die Temperatur sowie deren Ableitung nach der Zeit erfaßt wer den und auf der Grundlage des maximalen Stroms und des Elektrolytzustands die Oberfläche und die Anzahl der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fälle "Temperatur nied rig", "Temperatur normal" und "Temperatur hoch" unterschieden werden, um den Glänzvor gang und den Motor (11) an- und auszuschalten und weiterhin die Falle "Temperatur zu klein", "Temperatur mittel" und "Temperatur zu groß" unterschieden werden, um die Heizung und die Kühlung an- und auszuschalten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fälle "Anzahl der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen eins" und "Anzahl der Cobalt-Chrom-Dentalgußle gierungen zwei" sowie die Fälle "Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen sehr klein", "Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen klein", "Oberfläche der Cobalt- Chrom-Dentalgußlegierungen mittel groß", "Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegie rungen groß" und "Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen sehr groß" unter schieden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fälle "Elektrolytzustand schlecht", "Elektrolytzustand gut", "Elektrolytzustand mittel" und "Elektrolytzustand schlecht" unterschieden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und die Oberfläche der Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen auf der Grundlage des maximalen Stroms und des Elektrolytzustands gemessen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des Elektrolyts aus der aufgenommenen Ladung ermittelt und gespeichert wird.

8. Glänzgeräte für Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen mit Mitteln zur Erfassung des momen tanen Stroms und/oder der Temperatur im Glänzbad und mit einem den Glänzvorgang beeinflussenden Steuergerät, insbesondere zur Durchführung eines Glänzvorgangs nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (27) so ausgelegt ist, daß die für den Glänzvorgang relevanten Größen nach Art der Fuzzy-Logik-Steuerung zur Einstel lung des Stroms (14), der Heizung (9), der Kühlung (10) und des Motors (11) verknüpfbar sind.

9. Glänzgeräte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergerät (27) die dem Strom und der Temperatur sowie deren Ableitung nach der Zeit zugeordneten Signale mit einander verknüpft werden.

10. Glänzgeräte nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß Strom und Temperatur in mehreren aufeinanderfolgenden Messungen erfaßbar und vorzugsweise mittelbar sind.

11. Glänzgeräte nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (27) mit einem Mikrocontroller (1) ausgelegt ist.

12. Glänzgeräte nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (27) mit einem Fuzzy-Prozessor (1+3) ausgelegt ist.

13. Verwendung eines Glänzgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12 zum Glänzen von Cobalt-Chrom-Dentalgußlegierungen.