DE69624678T2

DE69624678T2 - Formsteuerungsverfahren und numerisch gesteuerte maschine zur anwendung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE69624678T2
Application number: DE69624678T
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Kato; Sei Moriyasu; Takeo Nakagawa; Hitoshi Ohmori; Ichirou Yamaguchi
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1995-08-15
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2016-08-15
Also published as: EP0790101A1; EP0790101A4; EP0790101B1; JPH0957621A; JP3287981B2; TW312644B; WO1997006922A1; KR100393740B1; DE69624678D1; US5910040A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Form beim elektrolytischen Bearbeitungsschleifen und auch eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsvorrichtung.

Technischer Hintergrund

Mit der jüngsten Entwicklung der wissenschaftlichen Technologie wird zunehmend eine Technik zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer höchsten Präzision nachgefragt. Als eine elektrolytische Schleiftechnik zur Befriedigung einer solchen Nachfrage hat der Anmelder ein elektrolytisches Inprocess-Bearbeitungs-(im folgenden ELID-)Schleifen entwickelt und vorgeschlagen ("Latest technology trend on mirror surface grinding", Riken Symposium, 5. März, 1991).
Beim obenerwähnten ELID-Schleifen wird eine elektrisch leitende Schleifscheibe anstelle einer Elektrode verwendet, die beim herkömmlichen elektrolytischen Schleifen zu verwenden ist. Beim ELID-Schleifen wird eine Elektrode beabstandet von der Schleifscheibe und in zu ihr weisender Beziehung angeordnet, und eine Spannung wird über die Schleifscheibe und die Elektrode angelegt, wobei dafür gesorgt wird, dass ein elektrisch leitendes Fluid zwischen der Schleifscheibe und der Elektrode fließt. Ein Werkstück wird mit der Schleifscheibe geschliffen, wobei die Schleifscheibe durch Elektrolyse bearbeitet wird. Beim ELID-Schleifen tritt selbst dann, wenn ein feineres Schleifkorn verwendet werden soll, kein Zusetzen der Schleifscheibe infolge des Absetzens des Schleifkorns auf, verursacht durch die elektrolytische Bearbeitung. Folglich macht es die Verwendung eines feineren Schteifkorns möglich, eine überragende geschliffene Oberfläche wie eine Spiegelfläche durch das Schleifen zu erhalten. Folglich kann das ELID-Schleifen die Schärfe einer Schleifscheibe in einem Bereich von hocheffizienten Schleifen bis zum Spiegelflächenschleifen aufrechterhalten, und es wird erwartet, dass es auf verschiedene Schleiftechniken als Mittel angewendet wird, das in der Lage ist, eine Oberfläche mit einer hohen Genauigkeit in einer kurzen Zeitspanne zu erhalten, was durch ein herkömmliches Verfahren unmöglich war.
Es ist erforderlich, dass optische Elemente (wie eine Linse und ein Spiegel), die eine asphärische Oberfläche aufweisen, die typischweise aus hoch präzisen Teilen bestehen, nicht nur eine kleine Oberflächenrauhigkeit, sondern auch eine hohe Präzision ihrer Form aufweist. Um solche optische Elemente mildern obenerwähnten ELID-Schleifen zu schleifen, ist eine elektrisch leitende Schleifscheibe, die mit einer Oberfläche ausgebildet ist, die eine gewünschte Form aufweist (zum Beispiel eine asphärische Oberfläche), unentbehrlich. Jedoch war es ein Problem, dass eine solche Schleifscheibe schwierig herzustellen war, und zuviel Zeit und Kosten benötigte. Zusätzlich kann selbst dann, wenn eine Schleifscheibe erhalten wird, die mit einer Oberfläche ausgebildet ist, die eine gewünschte Oberfläche aufweist, die Oberflächenform infolge von Abrieb und Bearbeitung verändert werden, die im Gebrauch auftreten, und folglich war es unmöglich, eine hohe Genauigkeit beim Schleifen eines Werkstücks zu erhalten.
Folglich ist eine NC-Bearbeitungsvorrichtung zum ELID-Schleifen eines Werkstücks vorgeschlagen worden, um dadurch eine erwünschte Oberflächenform durch numerische Steuerung einer Position einer Schleifscheibe zu erhalten. Eine solche NC-Bearbeitungsvorrichtung wird schon durch einige Personen verwendet.
Jedoch trat ein Problem auf, dass es infolge einer elastischen Verformung eines Werkstücks (Materials, das geschliffen werden soll) und einer Schleifscheibe unmöglich war, eine erwünschte hohe Formgenauigkeit durch einen einzigen Schleifvorgang zu erhalten, selbst wenn die obenerwähnte NC-Bearbeitungsvorrichtung verwendet wurde. Um folglich eine hohe Formgenauigkeit zu erreichen, wurde die Abmessung einer Form eines geschliffenen Werkstück gemessen, und dann die NC-Eingangsdaten beruhend auf den Messdaten kompensiert. Dann wurde ein Werkstück wiederholt geschliffen. Folglich gab es Probleme, dass es notwendig war, das Schleifen eines Werkstücks zu wiederholen, um eine gewünschte Formgenauigkeit zu erhalten, was zu viel Zeit brauchte, und dass die Kompen sation in vielen Fällen fehlerhaft war, da die Kompensationsdaten durch den sechsten Sinn von Fachleuten oder empirisch aufgestellt wurden.
Die durch Messung einer Form eines geschliffenen Werkstücks erhaltenen Daten enthalten verschiedene Signalbestandteile ebenso wie wirkliche Signale, die von einem Ziel übertragen werden. Zum Beispiel umfassen verschiedene Signalbestandteile falsche Signale, die von einem anderen Material als einem Ziel übertragen werden, eine Fluktuation der Empfindlichkeit eines Sensors infolge einer Variation der Messumgebung, und eine thermische Drift eines elektrischen Systems. Wenn in einem Anfangsstadium ein Grobschleifen ausgeführt wird, um eine höhere Effizienz beim Schleifen zu erhalten, enthalten die Messdaten feine Signalwellen, die die Rauhigkeit anzeigen, die erhalten werden soll, wenn eine rauhe, geschliffene Oberfläche gemessen wird. Folglich ist es schwierig, eine wirkliche Oberflächenform zu erfassen. Aus diesen Gründen gab es Probleme, dass die Herstellung von Kompensationsdaten aus Messdaten selbst für Fachleute schwierig war, viel Zeit brauchte, und wahrscheinlich viele Kompensationsfehler enthielt.
Zusätzlich war es in einem herkömmlichen Verfahren zur Messung einer Form eines geschliffenen Werkstücks notwendig, das Werkstück aus einer NC-Bearbeitungsvorrichtung zu entfernen und das Werkstück an einer geeigneten Messvorrichtung anzubringen, um dadurch eine Form des Werkstücks zu messen. Dann musste das Werkstück wieder auf einer NC-Bearbeitungsvorrichtung montiert werden. Da ein Werkstück jedesmal beträchtlich dejustiert angeordnet werden kann, wenn es montiert/entfernt wird, trat ein Problem auf, dass es schwierig war, die Position eines Werkstücks einzustellen und dass eine solche Positionseinstellung viel Zeit brauchte.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obenerwähnten Probleme zu lösen. Das heißt es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung einer Form eines Werkstück beim ELID-Schleifen, wobei das Verfahren in der Lage ist, eine höhere Formgenauigkeit mit der kleineren Zahl von Bearbeitungsschritte durch die Verwendung einer NC Bearbeitungsvorrichtung zu erreichen, und eine NC-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die das Verfahren nutzt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung einer Form eines Werkstücks bereitzustellen, wobei das Verfahren in der Lage ist, wirkliche Formsignale aus den Messdaten zu extrahieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine NC Bearbeitungsvorrichtung zum ELID-Schleifen bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Dejustierung eines Werkstücks zu vermeiden, die durch Anbringen/Entfernen eines Werkstücks verursacht wird.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks mit einer Schleifscheibe bereitgestellt, um eine Form des Werkstücks zu steuern, das die Schritte umfasst: Anordnen einer Elektrode beabstandet von einer Schleifscheibe und in zu ihr weisender Beziehung, Anlegen einer Spannung über die Schleifscheibe und die Elektrode, wobei dafür gesorgt wird, dass ein elektrisch leitendes Fluid zwischen der Schleifscheibe und der Elektrode fließt, und numerische Steuerung der Position der Schleifscheibe, wobei die Schleifscheibe durch Elektrolyse bearbeitet wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Schleifen des Werkstücks gemäß Solldaten Zx(i), Messung einer Form einer geschliffenen Oberfläche, Filtern der Messdaten, um Formabweichungsdaten ex(i) aufzuzeichnen, Aufstellen neuer Solldaten Zx(i+1) durch Hinzufügen der Kompensation zu den Solldaten Zx(i), und erneutes Schleifen des Werkstücks mit den so aufgestellten Solldaten Zx(i+1).
Im obenerwähnten Verfahren werden die Abweichungsdaten ex(i) gefiltert, und dann wird eine Kompensation zu den Abweichungsdaten hinzugefügt, um dadurch neue Solldaten Zx(i+1) aufzustellen. Dann wird ein Werkstück wieder geschliffen. Folglich ist es möglich, wirkliche Formsignale durch Filterung zu extrahieren, und eine allmähliche Annäherung an eine höhere Formgenauigkeit durch Kompensation vorzunehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kompensation die Schritte: Bezugnehmen auf vorherige Solldaten und (Form-)Abweichungsdaten, und Bestimmen neuer Solldaten, so dass sie gleich einem erwarteten Wert einer Differenz zwischen den vorherigen Solldaten und Abweichungsdaten sind. Diese Ausführungsform macht es möglich, Kompensationsdaten ohne den sechsten Sinn von Fachleuten und Empirik aufzustellen, und den Einfluss der Abweichung beträchtlich zu reduzieren.
Die Kompensation umfasst die Schritte: Bezugnehmen auf alle vorherigen Solldaten Zx(i) und Abweichungsdaten ex(i) der Anzahl i, und Bestimmen neuer Solldaten Zx(i+1) gemäß der Gleichung: Zx(i+1) = Zx(i) - ex(i)/i. Diese Ausführungsform macht es überflüssig, die Berechnung beruhend auf vielen Daten zu wiederholen, wodurch es möglich gemacht wird, die Zeit zur Berechnung beträchtlich zu verkürzen.
Es wird bevorzugt, dass die Kompensation die Schritte umfasst: Entfernen eines Satzes von Daten, die Abweichungsdaten umfassen, die den größten Absolutwert aufweisen, aus zwei oder drei Abweichungsdaten, die ein gemeinsames Vorzeichen aufweisen, aus drei Sätzen von Daten: bis jetzt erhaltene Sätze von Solldaten und Abweichungsdaten, (ZxI, exI) und (ZxII, exII), und (Zx(i), ex(i)), die in einem i-ten Experiment (i ≥ 3) erhalten werden; und Bestimmen als Kompensationsdaten eines Wertes, der wenn die anderen beiden Sätze von Daten eine Abweichung umfassen, die ein gemeinsames Vorzeichen aufweist, erhalten wird, indem das K-fache einer später angeführten kleineren Abweichung vom Sollwert eines Satzes von Daten subtrahiert wird, die eine kleinere Abweichung umfassen, oder Bestimmen neuer Solldaten Zx(i+1), so dass sie gleich einem x-Achsenwert eines Schnittpunkts einer x-Achse mit einer Linie, die durch die beiden Punkte geht, in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem ist, wenn die anderen beiden Sätzen von Daten eine Abweichung umfassen, die ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist. Dieses Verfahren macht es möglich, eine Konvergenz zu erleichtern, und eine hohe Formgenauigkeit mit der kleineren Anzahl von Bearbeitungsschritten zu erreichen.
Das Filtern wird mittels eines Tiefpassfilters ausgeführt, der eine Frequenzdomänentechnik durch eine schnelle Fourier-Transformation nutzt. Es wird bevorzugt, dass der Tiefpassfilter Frequenzbestandteile höherer Ordnung entfernt, die von etwa 16 bis etwa 64 Zyklen/100 mm reichen. Dieses Verfahren macht es möglich, falsche Signale, die in Messdaten enthalten sind, eine Fluktuation der Empfindlichkeit eines Sensors, eine thermische Drift eines elektrischen Systems und Frequenzbestandteile höherer Ordnung feiner Signalwellen zu beseitigen, die eine Rauhigkeit anzeigen, um dadurch wirkliche Formsignale zu extrahieren.
Erfindungsgemäß wird ferner eine NC-Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine elektrisch leitende Schleifscheibe zum Schleifen eines Werkstücks; eine Elektrode, die von der Schleifscheibe beabstandet ist und in zu ihr weisender Beziehung steht, und eine Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung über die Schleifscheibe und die Elektrode, wobei das Werkstück mit der Schleifscheibe geschliffen wird durch die Schritte: dafür Sorgen, dass ein elektrisch leitendes Fluid zwischen der Schleifscheibe und der Elektrode fließt, Bearbeitung der Schleifscheibe durch Elektrolyse, und numerisches Steuern der Position der Schleifscheibe, wobei die NC-Bearbeitungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Formmessvorrichtung zur Messung einer Form einer geschliffenen Oberfläche und einer Kompensationsvorrichtung zur Kompensation der Solldaten, die zur numerischen Steuerung verwendet werden sollen, wobei das Werkstück mit Solldaten Zx(i) geschliffen wird, eine Form einer geschliffenen Oberfläche mit der Formmessvorrichtung gemessen wird, Messdaten gefiltert werden, um Formabweichungsdaten ex(i) aufzuzeichnen, neue Solldaten Zx(i+1) aufgestellt werden, indem eine Kompensation mittels der Kompensationsvorrichtung hinzugefügt wird, und das Werkstück mit den so aufgestellten neuen Solldaten erneut geschliffen wird.
Gemäß der obenerwähnten Vorrichtung ist es möglich, eine Form eines geschliffenen Werkstücks mittels einer Formmessvorrichtung zu messen, wobei das Werkstück an der Vorrichtung angebracht ist. Folglich ist es möglich, eine Dejustierung eines Werkstücks zu vermeiden, die durch das Anbringen/Entfernen eines Werkstücks verursacht werden würde, und folglich ist es nicht länger notwendig, eine Position eines Werkstücks zu justieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer NC-Bearbeitungsvorrichtung, die erfindungsgemäß hergestellt ist. Fig. 2 ist ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens. Fig. 3 ist ein erster Steuerungsablaufplan der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens. Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die eine Kompensation in Fig. 3 zeigt. Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen den Gleichungen 1, 2 und 3. Fig. 6 ist ein zweiter Steuerungsablaufplan der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens. Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Kompensation in Fig. 6 zeigt. Fig. 8 stellt einen Satz von Nachtfilterungsmessdaten dar, die erhalten werden, wenn ω&sub0; in der Gleichung 5 variiert wird. Fig. 9 zeigt Messdaten dar, die vor und nach dem Filtern erhalten werden. Fig. 10 stellt Abweichungsdaten dar, die vor und nach einer Formkompensation erhalten werden, die erfindungsgemäß auszufüh ren ist. Fig. 11 stellt Abweichungsdaten dar, die vor und nach einer Formkompensation erhalten werden, die erfindungsgemäß auszuführen ist.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen, die erfindungsgemäß hergestellt sind, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine NC-Bearbeitungsvorrichtung darstellt, die erfindungsgemäß hergestellt ist. In Fig. 1 umfasst die NC-Bearbeitungsvorrichtung 10 eine elektrisch leitende Schleifscheibe 2 zum Schleifen eines Werkstücks 1, eine Elektrode 4, die von der Schleifscheibe 2 beabstandet ist und in zu ihr weisender Beziehung steht, und eine Vorrichtung 6 zum Anlegen einer Spannung über die Schleifscheibe 2 und die Elektrode 4. Die Schleifscheibe wird bezüglich ihrer Position numerisch gesteuert, wobei dafür gesorgt wird, dass ein elektrisch leitendes Fluid 7 zwischen der Schleifscheibe 2 und der Elektrode 4 fließt, und die Schleifscheibe 2 durch Elektrolyse bearbeitet wird, um dadurch das Werkstück 1 mit der Schleifscheibe 2 zu schleifen (ELID-schleifen). In der Fig. 1 ist das Werkstück 1 auf einem Drehteller 8 angebracht, so dass sich das Werkstück 1 um eine z- Achse zu drehen und sich in eine z-Achsenrichtung bewegen kann. Die Schleifscheibe 2 kann sich um eine Achse zu drehen, die parallel zu einer y-Achse ist, und sich in eine x- Achsenrichtung bewegen, so dass eine Position (Bearbeitungsposition), an der sich die Schleifscheibe in Kontakt mit dem Werkstück 1 befindet, numerisch gesteuert werden kann.
Die erfindungsgemäße NC-Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Formmessvorrichtung 12 zur Messung einer Form einer geschliffenen Oberfläche, und eine Kompensationsvorrichtung 14 zur Kompensation der Solldaten, die für die numerische Steuerung verwendet werden sollen. Die Formmessvorrichtung 12 besteht zum Beispiel aus einem digitalen Umrisstaster oder einem Laser-Mikrometer, die jeweils eine hohe Messauflösung aufweisen. Die Fomnmessvorrichtung 12 ist so angeordnet, dass sie das Schleifen des Werkstücks 1 durch die Schleifscheibe 2 nicht stört und eine Form einer geschliffenen Oberfläche nach der Beendigung des Schleifens ohne ein Entfernen der Werkstück 1 aus dem Drehteller 8 genau beobachten kann. Die Kompensationsvorrichtung 14 kompensiert die Solldaten beruhend auf den Abweichungsdaten ex(i), die durch Filtern der Messdaten erhalten werden, um dadurch neue Solldaten Zx(i+1) aufzustellen. Die obenerwähnte Anordnung macht es möglich, eine Dejustierung eines Werkstücks zu vermeiden, die durch das Anbringen/Entfernen eines Werkstücks verursacht werden würde, und folglich ist es nicht länger notwendig, eine Position eines Werkstücks zu justieren.
Fig. 2 ist ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens. Wie dargestellt, wird nachdem eine gewünschte Form durch das obenerwähnte ELID-Schleifen aufgestellt ist, die Form mittels der Formmessvorrichtung beobachtet, die eine hohe Auflösung zur Messung aufweist. Die erhaltenen Formabweichungsdaten werden gefiltert, gefolgt durch die Aufstellung von MC-Daten, zu denen eine Kompensation hinzugefügt wird. Dann wird das Werkstück zu einer neuen Form gemäß den neuen MC-Daten geschliffen. Indem diese Schritte wiederholt werden, ist es möglich, die Formabweichung zu reduzieren und dafür zu sorgen, dass sich das Werkstück einer gewünschten Form nähert.
Fig. 3 ist ein erster Steuerungsablaufplan der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens. Wie dargestellt, wird das Werkstück zu einer Form gemäß bestimmten Solldaten Zx(i) geschliffen. Dann wird das Werkstück hinsichtlich seiner Form gemessen, gefolgt von einer Berechnung von Formabweichungsdaten ex(i) (die im folgenden einfach als Abweichungsdaten bezeichnet werden). Die Abweichungsdaten werden gefiltert, und werden dann neu als Abweichungsdaten aufgezeichnet, die zur Aufstellung von Kompensationsdaten verwendet werden sollen. Hierin werden Sätze der Solldaten Zx(i) und der Abweichungsdaten ex(i) für alle Sollpunkte x vorbereitet, und es wird angenommen, dass die Solldaten und Abweichungsdaten, die beim i-ten Schleifen erhalten werden, an einem Sollpunkt x durch Zx(i) bzw. ex(i) angegeben werden. Hierin werden die (i+1)-ten Solldaten Zx(i+1) durch die folgende Gleichung gegeben. Gleichung 1
Diese Gleichung bedeutet, dass auf die Anzahl n vorheriger Solldaten bezug genommen wird und dann ein erwarteter Wert jener Solldaten als neue Solldaten gegeben wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es nicht durch die Abweichung beeinflusst wird. Es sollte beachtet werden, dass Daten, bei denen festgestellt wird, dass sie eine große Abweichung enthalten, nicht als Bezugsdaten verwendet werden können.
In dem Fall, dass auf die Anzahl i aller vorherigen Solldaten Zx(i+1) bezug genommen werden soll, werden die (i+1)-ten Solldaten Zx(i+1) durch die folgende Gleichung gegeben.

Gleichung 2

Zx(i+1) = Zx(i) - ex(i)/i
Im allgemeinen werden die (i+1)-ten Solldaten Zx(i+1) mit der folgenden Gleichung unter Verwendung eines Koeffizienten K dargestellt, der durch den Sollpunkt x, die Anzahl der Schleifschritte i, die Drehzahl eines Werkstücks w, die Beschickungsgeschwindigkeit einer Schleifscheibe f, den i-ten Solldaten Zx(i) und so weiter definiert wird.

Gleichung 3

Zx(i+1) = Zx(i) - Kex(i)
Die Gleichung 2 entspricht Gleichung 3, wobei K = 1/i.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die die Kompensation in Fig. 3 zeigt. In Fig. 4 repräsentiert die Achse der Abszisse die Solldaten Z, wohingegen die Achse der Ordinate die Abweichungsdaten e repräsentiert. Vorausgesetzt, dass es eine unbekannte Beziehung gibt, die durch eine Gleichung e = f(Z) zwischen den Solldaten Z und den Abweichungsdaten e definiert ist. Die Abweichungsdaten sind am Schnittpunkt der Gleichung mit der Achse der Abszisse gleich null.
Wie dargestellt, ist es folglich möglich, eine allmähliche Annäherung an eine höhere Formgenauigkeit vorzunehmen (einen Schnittpunkt mit der Achse der Abszisse), indem die (i+1)-ten Solldaten Zx(i+1) beruhend auf Zx(i) und ex(i) unter Verwendung der Gleichungen 1 und 2 bestimmt werden.
Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen den Gleichungen 1, 2 und 3. Wenn, wie dargestellt, auf die Anzahl i aller vorherigen Solldaten Zx(i) bezug genommen werden soll, ist die Gleichung 1 (die Gleichung (2) in Fig. 5), um einen erwarteten Wert zu erhalten, im wesentlichen dieselbe wie die Gleichung 2 (die Gleichung (3) in Fig. 5) und die Gleichung 3 (die Gleichung (1) in Fig. 5). Indem folglich die Gleichung 2 (oder die Gleichung 3) anstelle der Gleichung 1 verwendet wird, ist es möglich, es überflüssig zu machen, die Berechnung beruhend auf vielen Daten zu wiederholen, und es ist auch möglich, die Berechnungszeit beträchtlich zu reduzieren.
Fig. 6 ist ein zweiter Steuerungsablaufplan der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formsteuerungsverfahrens, und Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die die zweite Kompensation in Fig. 6 zeigt. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird nach dem Schleifen eines Werkstücks gemäß bestimmten Solldaten ZxI eine Form des Werkstücks entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren gemessen. Dann werden berechnete Abweichungsdaten exI erhalten, indem die Messdaten mit einer ursprünglichen Form eines Werkstücks verglichen werden. Nachdem sie gefiltert sind, werden die Messdaten erneut als Abweichungsdaten aufgezeichnet, um zur Aufstellung von Kompensationsdaten verwendet zu werden. Folglich werden Sätze der Solldaten ZxI und Abweichungsdaten exI für alle Solldaten hergestellt. Diese Prozedur wird erneut wiederholt, um dadurch zwei Sätze von Solldaten und Abweichungsdaten herzustellen, wobei jeder der Sätze als (ZxI, exI) bzw. (ZxII, exII) bezeichnet wird.
Die Abweichungen exI und exI werden miteinander an jedem der Sollpunkte verglichen. Wenn sie ein gemeinsames Vorzeichen aufweisen, wird eine K-fache (später angeführte) Abweichung vom Sollwert eines Satzes von Daten abgezogen, die einen kleineren Absolutwert der Abweichung aufweisen, und eine so erhaltene Differenz wird als Kompensationsdaten bestimmt (siehe Fig. 7(A)). Hierin ist K entweder eine Konstante oder eine Zahl, die entsprechend zur ersten Ausführungsform durch den Sollpunkt x, die Anzahl der Schleifvorgänge i, die Drehzahl eines Werkstücks w, die Beschickungsgeschwindigkeit einer Schleifscheibe f, die i-ten Solldaten Zx(i) und so weiter definiert wird.
Wenn die Abweichungen ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, werden den Kompensationsdaten ein Wert gegeben, der durch einen Schnittpunkt (einem Punkt, an dem die Abweichung = 0 ist) einer Linie, die die beiden Punkte in einer Ebene miteinander verbindet, mit einer Achse des Sollwerts angezeigt wird (siehe Fig. 7(B)). Das heißt, die neuen Solldaten Zx(i+1) sind als ein x-Achsenwert eines Schnittpunkts einer Linie, die die beiden Punkte verbindet, mit einer x-Achse in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem gegeben.
Dann wird ein Werkstück gemäß den so erhaltenen Kompensationsdaten geschliffen, gefolgt durch die Aufstellung eines Satzes von Solldaten und Abweichungsdaten in einer ähnlichen Weise. Aus den Datensätzen, das heißt den beiden Datensätzen, die vorher verwendet wurden, und einem neu aufgestellten Satz von Daten, wird ein Datensatz entfernt, der Abweichungsdaten umfasst, die aus zwei oder drei Abweichungsdaten mit einem gemeinsamen Vorzeichen den größten Absolutwert aufweisen. Dann werden Kompensationsdaten beruhend auf den anderen beiden Datensätzen auf dieselbe Weise bestimmt, wie früher angeführt. Diese Schritte werden wiederholt, um dadurch dafür zu sorgen, dass eine gewünschte Form angenähert wird.
Das Verfahren ist relativ zur ersten Ausführungsform durch eine höhere Konvergenzgeschwindigkeit gekennzeichnet. Folglich macht es das Verfahren möglich, die Konvergenz zu erleichtern und eine höhere Formgenauigkeit mit der kleineren Anzahl von Schleifvorgängen bereitzustellen. Die Kompensation kann in der vorliegenden Erfindung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform oder in deren Kombination ausgeführt werden.
Im folgenden wird das Filtern der Abweichungsdaten erläutert. Wie früher erwähnt, enthalten die Messdaten verschiedene Signalbestandteile ebenso wie wirkliche Signale, die von einem Objekt übertragen werden, das gemessen werden soll. Zum Beispiel sind falsche Signale enthalten, die von etwas anderem als einem Ziel, einer Fluktuation der Empfindlichkeit eines Sensors infolge einer Variation der Messumgebung, und einer thermischen Drift eines elektrischen Systems kommen. Es ist ziemlich wichtig, überflüssige andere Signalbestandteile als die wirklichen Signale zu entfernen, die von einem Ziel übertragen werden, um die Schleifgenauigkeit zu verbessern. Zusätzlich sind feine Signalwellen, die eine Rauhigkeit anzeigen, die erhalten wird, wenn eine grob geschliffene Oberfläche gemessen wird, nicht notwendig, um geeignete Kompensationsdaten herzustellen, und folglich ist es absolut notwendig, eine Filterung auszuführen.
In der vorliegenden Erfindung werden die Messdaten mit einem Tiefpassfilter unter Verwendung einer Frequenzdomänentechnik gefiltert, die mit einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) ausgeführt wird, um Frequenzbestandteile höherer Ordnung zu entfernen, um dadurch die Messdaten zu glätten. Vorausgesetzt, dass eine Messdatenfolge vordem Filtern durch x(i) repräsentiert wird und eine Messdatenfolge nach dem Filtern durch y(i) repräsentiert wird, wird die folgende Beziehung aufgestellt.

Gleichung 4

Fourier-Transformation umgekehrte Fourier-Transformation
x(i) → X(ω)·W(ω) → y(i)
Hierin zeigt W(ω) eine Filterfunktion an. Bestimmte Frequenzbestandteile können abhängig davon extrahiert oder entfernt werden, wie eine Filterfunktion ausgewählt wird. In der vorliegenden Erfindung wird eine Filterfunktion wie folgt ausgewählt.

Gleichung 5

W(ω) = 1(ω < (ω&sub0;) oder 0 (ω ≥ ω0)
Es wird bevorzugt, das ω&sub0; zu wählen, das erhalten wird, wenn die nach dem Filtern gemessenen Wellenformen in einer Sollhöhe (0,1 mm) in eine x-Achsenrichtung ausreichend geglättet sind und einer gemessenen Form ausreichend folgen.
Fig. 8 stellt Nachfilterungsmessdatenfolgen dar, die erhalten werden, wenn ω&sub0; in Gleichung 5 variiert wird. In Fig. 8 zeigt ein ganz oben befindlicher Graph auf der linken Seite eine Messdatenfolge vor dem Filtern, und die anderen zeigen eine Messdatenfolge nach dem Entfernen eines Frequenzbandes, das unter jedem der Graphen gezeigt wird. Es ist zu verstehen, dass Frequenzbestandteile höherer Ordnung, wie falsche Signale, die in den Messdaten enthalten sind, eine Fluktuation der Empfindlichkeit eines Sensors, eine thermische Drift eines elektrischen Systems und feine Signalwellen, die eine Rauhigkeit anzeigen, entfernt werden können, um dadurch wirkliche Formsignale durch Entfernen von Fre quenzbestandteilen höherer Ordnung im Bereich von etwa 16 bis 64 Zyklen/100 mm oder größer mit dem obenerwähnten Tiefpassfilter zu extrahieren.

Experimentelle Ausführungsformen

Im folgenden werden experimentelle Ausführungsformen beschrieben, die erfindungsgemäß hergestellt sind.

Experimentelle Ausführungsform 1

Eine Tabelle 1 zeigt den Aufbau und die Spezifikation einer Formsteuerungsvorrichtung, die in der ersten experimentellen Ausführungsform verwendet wird. Tabelle 1 Spezifikation der Vorrichtung
Als eine NC-Bearbeitungsvorrichtung wurde eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer aspärischen Oberfläche mit höchster Genauigkeit verwendet, die eine Positionierungsgenauigkeit von 10 nm aufwies und die mit einem statischen Druckluftlager ausgestattet war. Als eine Schleifscheibe wurde eine gerade Gusseisenbindungsdiamant-Schleifscheibe ( 75 · W 3 mm) der # 1000 verwendet. Schleifkörner hatten einen Durchmesser von etwa 15 um. Als eine Formmessvorrichtung wurde ein digitaler Umrisstaster verwendet, dereine Auflosung von 25 nm und eine Wiederholgenauigkeit von ±0,1 um aufwies. Als ELID-Stromversorgung wurde eine exklusiv verwendete ELID-Stromversorgung verwendet, die eine Hochfrequenz-Impulsspannung erzeugt. Als Schleiffluid wurde das verbreitet verwendete wasserlösliche Schleiffluid AFG-M verwendet, die 50-fach mit Leitungswasser verdünnt wurde.

Verfahren des Experiments

Es wurde ein Experiment unter Verwendung des Systems, das durch Tabelle 1 definiert ist, gemäß den Schleif- und ELID-Bedingungen, die in Tabelle 2 gezeigt werden, gemäß der Prozedur durchgeführt, die in Fig. 1 gezeigt wird. Tabelle 2 Schleif- und ELID-Bedingungen
Es wurde ein Werkstück verwendet, das einen Durchmesser von 100 mm aufwies und aus gesinterten SiC-Material bestand. Der Einfachheit halber wurde das Werkstück zur einer sphärischen Oberfläche geschliffen, die einen Radius von 2 m aufwies. Die Schleifbedingungen, wie sie in Tabelle 2 gezeigt werden, wurden für alle Schleifvorgänge unverändert gelassen. Danach wurde das Werkstück aus der Bearbeitungsvorrichtung entnommen und dessen Oberfläche ausreichend gereinigt. Dann wurde die Form des Werkstücks mittels eines digitalen Umrisstasters gemessen. Es wurden mittels eines Computers Kompensationsdaten beruhend auf den Messdaten aufgestellt, und die so aufgestellten Kompensationsdaten wurden zur NC-Bearbeitungsvorrichtung übertragen. Dann wurde das Werkstück erneut gemäß den MC-Daten geschliffen. Diese Schritte wurden in einem Experiment wiederholt. Die Kompensation in diesem Experiment umfasst den ersten Typ Kompensation, der in der ersten Ausführungsform gezeigt wird, und den zweiten Typ Kompensation, der in der zweiten Ausführungsform gezeigt wird. Das heißt, der zweite Typ Kompensation wur de zuerst ausgeführt, um dadurch Solldaten zu finden, die eine Formabweichung ergeben, die einen verhältnismäßig kleinen Absolutwert aufweist, und dann wurde die Formabweichung durch den ersten Typ Kompensation angenähert.

Ergebnis des Experiments

Fig. 9(A) und (B) zeigen die Messdaten, die erhalten werden, bevor bzw. nachdem das Filtern erfindungsgemäß ausgeführt wurde. Es ist zu verstehen, dass Frequenzbestandteile höherer Ordnung, wie feine Signalwellen entfernt werden, und wirkliche Formsignale extrahiert werden, indem das erfindungsgemäße Filtern ausgeführt wird.
Fig. 10(A) und (B) zeigen Abweichungsdaten bevor bzw. nachdem eine Formkompensation erfindungsgemäß ausgeführt wurde. Die Formabweichung vorder Kompensation betrug etwa 2,2 um (A), wurde jedoch auf etwa 0,39 um (B) nach der Kompensation vermindert. Dies wird erwartet, da ein erfindungsgemäßes Formsteuerungsverfahren effizient arbeitet.

Experimentelle Ausführungsform 2

Als eine Schleifscheibe wurden gerade Gusseisenbindungsdiamant-Schleifscheiben ( 75 · W 3 mm) der # 1000 (der mittlere Korndurchmesser beträgt etwa 15 um) und der # 4000 (der mittlere Korndurchmesser beträgt etwa 4 um) verwendet. Als eine Formmessvorrichtung wurde ein Laser-Mikrometer verwendet, das eine Auflösung von 10 nm aufwies. In einem Experiment wurde nur der erste Typ Kompensation, der in der ersten Ausführungsform gezeigt wird, als Kompensation ausgeführt. Die anderen Bedingungen waren dieselben, wie jene in der experimentellen Ausführungsform 1.

Ergebnis des Experiments

Fig. 11(A) und (B) zeigen Abweichungsdaten bevor bzw. nachdem eine Formkompensation erfindungsgemäß ausgeführt wurde. Es erscheint ein Einschnitt in der Mitte der Messdaten (A), wohingegen sich der Einschnitt in der Mitte in den Messdaten (B) merklich reduziert. Dies wird in erwartet, da ein erfindungsgemäßes Formsteuerungsverfahren effizient arbeitet.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obenerwähnten Ausführungsformen beschränkt ist, da der Rahmen der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben beschrieben, stellen ein Formsteuerungsverfahren und eine NC-Bearbeitungsvorrichtung, die beide das erfindungsgemäße Verfahren verwenden, überragende Vorfeile bereit. Die vorliegende Erfindung macht es nämlich möglich, eine höhere Formgenauigkeit mit der kleineren Anzahl von Bearbeitungsschritten zu erreichen, wirkliche Formsignale aus den Messdaten zu extrahieren, und eine Dejustierung eines Werkstücks zu vermeiden, die durch Anbringen/Entfernen eines Werkstücks verursacht wird, und ist folglich zur Formsteuerung in einem elektrolytischen Bearbeitungsschleifen geeignet.

Claims

1. Verfahren zum Schleifen eines Werkstücks mit einer Schleifscheibe (2), um eine Form des Werkstücks (1) zu steuern, das die Schritte umfasst: Anordnen einer Elektrode (4) beabstandet von einer elektrisch leitfähigen Schleifscheibe (2) und in zu ihr weisender Beziehung, Anlegen einer Spannung zwischen die Schleifscheibe (2) und die Elektrode (4), wobei dafür gesorgt wird, dass ein elektrisch leitfähiges Fluid (7) zwischen der Schleifscheibe (2) und der Elektrode (4) fließt, und numerische Steuerung der Position der Schleifscheibe (2), wobei die Schleifscheibe (2) durch Elektrolyse bearbeitet wird,

wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:

Schleifen des Werkstücks (1) gemäß Steuerdaten Zx(i), Messung einer Form einer geschliffenen Oberfläche, Filtern der Messdaten mit einem Tiefpassfilter, um Formabweichungsdaten ex(i) aufzuzeichnen, Aufstellen neuer Steuerdaten Zx(i+1) durch Hinzufügen der Kompensation zu den Steuerdaten Zx(i), und erneutes Schleifen des Werkstücks (1) mit den so aufgestellten Steuerdaten Zx(i+1)0

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kompensation die Schritte umfasst: Bezugnehmen auf vorherige Steuerdaten und Bestimmen neuer Steuerdaten, so dass sie gleich einem erwarteten Wert der vorherigen Steuerdaten sind,

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kompensation die Schritte umfasst: Bezugnehmen auf alle vorherigen Steuerdaten Zx(i) der Anzahl i, und Bestimmen neuer Steuerdaten Zx(i+1) gemäß der Gleichung:

Zx(i+1) = Zx(i) - ex(i)/i.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kompensation die Schritte umfasst: Entfernen eines Satzes von Daten, die Abweichungsdaten umfassen, die den größten Absolutwert aufweisen, aus zwei oder drei Abweichungsdaten, die ein gemeinsames Vorzeichen aufweisen, in drei Sätzen von Daten: bis jetzt erhaltene Sätze von Steuerdaten und Abweichungsdaten, (ZxI, exI) und (ZxII, exII), und (Zx(i), ex(i)), die in einem i-ten Experiment (i ≥ 3) erhalten werden; und Bestimmen eines Wertes als Kompensationsdaten, der, wenn die anderen beiden Sätze von Daten eine Abweichung umfassen, die ein gemeinsames Vorzeichen aufweist, erhalten wird, indem das K-fache einer später angeführten kleineren Abweichung vom Steuerwert eines Satzes von Daten subtrahiert wird, die eine kleinere Abweichung umfassen, oder Bestimmen neuer Steuerdaten Zx(i+1) so dass sie gleich einem x-Achsenwert eines Schnittpunkts einer x-Achse mit einer Linie, die durch die beiden Punkte geht, in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem ist, wenn die anderen beiden Sätzen von Daten eine Abweichung umfassen, die ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filtern mittel eines Tiefpassfilters, der eine Frequenzdomänentechnik nutzt, durch schnelle Fourier-Transformation ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Tiefpassfilter Frequenzbestandteile höherer Ordnung entfernt, die von etwa 16 bis 64 Zyklen/100 mm reichen.

7. NC-Bearbeitungsvorrichtung (10), die umfasst:

eine elektrisch leitfähige Schleifscheibe (2) zum wiederholten Schleifen eines Werkstücks mit Steuerdaten Zx(i);

eine Elektrode (4), die von der Schleifscheibe (2) beabstandet ist und in zu ihr weisender Beziehung steht, und eine Vorrichtung (6) zum Anlegen einer Spannung zwischen die Schleifscheibe (2) und die Elektrode (4), wobei das Werkstück (1) mit der Schleifscheibe (2) geschliffen wird durch die Schritte: dafür Sorgen, dass ein elektrisch leitfähiges Fluid (7) zwischen der Schleifscheibe (2) und der Elektrode (4) fließt, Bearbeitung der Schleifscheibe durch Elektrolyse, und numerisches Steuern der Position der Schleifscheibe (2), wobei die NC-Bearbeitungsvorrichtung (10) gekennzeichnet ist durch

eine Formmessvorrichtung (12) zur Messung einer Form einer geschliffenen Oberfläche und einer Kompensationsvorrichtung (14), die in der Lage ist, die Messdaten mittels eines Tiefpassfilters zu filtern, um Formabweichungsdaten ex(i) aufzuzeichnen, und neue Steuerdaten Zx(i+1) aufzustellen, indem eine Kompensation zur Kompensation der Steuerdaten hinzugefügt wird, die zur numerischen Steuerung verwendet werden sollen.