DE19910534B4

DE19910534B4 - Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werkzeugs und eines Werkstücks einer optischen Maschine

Info

Publication number: DE19910534B4
Application number: DE19910534A
Authority: DE
Inventors: Gunter Schneider; Klaus Krämer
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: DE19910534A1

Abstract

Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werkzeugs (7, 20) und eines Werkstücks (15) einer optischen Maschine, welche sowohl eine drehbare Spindel (6) für das Werkzeug (7, 20) als auch eine drehbare Spindel (17) zur Aufnahme des Werkstücks (15) hat, mit den folgenden Schritten:
Während des Annäherns des Werkzeugs (7, 20) und des Werkstückes (15) wird eine der Spindeln (6, 17) rotatorisch angetrie ben und die jeweils andere Spindel (17, 6) in einem nicht angetriebenen, jedoch frei drehbaren Zustand belassen,
während des Annäherns wird eine bei gegenseitiger Berührung einsetzende Drehbewegung der nicht angetriebenen Spindel (17, 6) überwacht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werkzeugs und eines Werkstücks einer optischen Maschine, welche sowohl eine drehbare Spindel für das Werkzeug als auch eine drehbare Spindel zur Aufnahme des Werkstücks hat.

Als Beispiel für eine optische Maschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann, sei auf die EP 0 727 280 B1 verwiesen. Bei der Bearbeitung von optischen Linsen auf solchen Maschinen muss man genau wie bei anderen Werkzeugmaschinen vor dem Beginn einer automatischen Maschinensteuerung ermitteln, welche Position das Werkstück und das Werkzeug nach dem Einspannen hat, damit Leerhübe des Werkzeugs oder Werkstückes mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt und Korrekturdaten für die Maschinensteuerung gewonnen werden können. Hierzu ist es bei Werkzeugmaschinen allgemein bekannt, Messeinrichtungen vorzusehen, die vor der Bearbeitung beispielsweise die Position der Werkzeugschneide ermitteln. Bei optischen Maschinen hat man bisher auf solche Messungen verzichtet und sich bisher meist damit beholfen, die Position des Werkstückes, also der optischen Linse, rechnerisch zu bestimmen, was naturgemäß mit Ungenauigkeiten verbunden ist, weil die Geometrie des Werkstückes Toleranzen aufweist.

In der DE 36 08 156 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Berührungspunktes zwischen einem motorisch angetriebenen drehbaren Werkzeug und einem feststehenden Werk stück beschrieben. Das Verfahren zur Bestimmung des Berührungspunktes sieht vor, dass die durch die Berührung bewirkte Motorstromänderung überwacht wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches möglichst kostengünstig auf heute gebräuchlichen optischen Maschinen ausgeführt werden kann und zuverlässig das Berühren eines Werkzeugs und Werkstückes detektiert.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man während des Annäherns des Werkzeugs und des Werkstückes eine der Spindeln rotatorisch antreibt und die jeweils andere Spindel in einem nicht angetriebenen, jedoch frei drehbaren Zustand belässt und dass während des Annäherns eine bei gegenseitiger Berührung einsetzende Drehbewegung der nicht angetriebenen Spindel überwacht wird.

Bei dieser Verfahrensweise kann man auf separate Messeinrichtungen für die Position des Werkstückes und des Werkzeugs verzichten. Da übliche Schleifmaschinen für die Linsenbearbeitung zur Ausführung unterschiedlicher Schleifvorgänge Sensoren aufweisen, mit denen die Drehzahl und der Phasenwinkel der Werkstückachse überwacht wird, benötigt man zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei zusätzliche Einrichtungen an der jeweiligen optischen Maschine, auf der das Verfahren ausgeführt wird. Da Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens sich die Berührungskoordinaten des Werkzeugs und Werkstücks bestimmen lassen, können sich das Werkzeug und das Werkstück bei den anschließenden Arbeitsgängen zum Erreichen der Arbeitsposition mit hoher Geschwindigkeit einander nähern, ohne dass die Gefahr von Kollisionen und damit verbundenen Beschädigungen besteht. Die unterschiedlichen Maße des Werkzeugs, z.B. infolge von Abnutzung, werden bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise voll berücksichtigt. Der Verfahrweg mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit kann dann auf die Toleranzunterschiede in der Mittendicke der verschiedenen Linsen oder Linsenrohlinge beschränkt werden. Die Erfindung erlaubt es, mit geringem Aufwand die Berührungskoordinaten für jede Linse neu zu bestimmen.

Besonders kurze Bearbeitungszeiten ergeben sich, wenn man das Werkzeug mit möglichst hoher Verschubgeschwindigkeit bis unmittelbar vor die zu bearbeitende Linse fährt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Maschine einen bauartbedingten Bremsweg für den Werkzeug- oder Werkstückschlitten benötigt, so dass man die hohe Vorschubgeschwindigkeit bereits kurz vor einer Berührung des Werkzeugs und des Werkstückes reduzieren und dann mit geringer Vorschubgeschwindigkeit weiterfahren muss. Das lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreichen, dass man die beiden Spindeln bis zum Erreichen eines durch Messung der Annäherung bestimmten Umschaltpunktes mit hoher Vorschubgeschwindigkeit sich annähern lässt und nach Erreichen des Umschaltpunktes die weitere Annäherung mit geringer Vorschubgeschwindigkeit vornimmt.

Der Umschaltpunkt kann mit geringem Aufwand ausreichend genau bestimmt werden, wenn man zur Festlegung des Umschaltpunktes mittels einer Luftzuleitung aus einer der Spindeln einen Luftstrom zur anderen Spindel hin richtet und mittels eines Drucksensors den Druckanstieg in der Luftzuleitung ermittelt.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. zur weiteren Erläuterung ihres Grundprinzips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in
1 eine optische Maschine mit einem Topfwerkzeug und einer Linse,
2 die optische Maschine mit einem Formwerkzeug und der Linse,
3 die optische Maschine mit einem Formwerkzeug und einem Abrichtwerkzeug.
Die 1 zeigt eine optische Maschine, welche an einem Rahmen 1 Führungen 2 hat, die einen X-Schlitten 3 tragen. An diesem ist ein Schwenkkopf 4 mittels einer B-Achse 5 drehbar gelagert. Eine Spindel 6 ist mit einem senkrecht gestellten Schwenkkopf 4 verbunden und trägt an ihrem unteren Ende ein Topfwerkzeug 7, das über eine Bohrung 8 verfügt. In der Spindel 6 ist ebenfalls eine zentrale Bohrung 9 vorgesehen, die mit einer Drehdurchführung 10 verbunden ist. An die Drehdurchführung 10 ist eine Luftzuleitung 11 angeschlossen, die mit einem Drucksensor 12 in Verbindung steht. An einer Anschlussstelle 13 wird Luft in die Luftzuleitung 11 eingeleitet. Diese Luft tritt zwischen einer Ringschneide 14 und einer Linse 15 wieder aus und erzeugt bei Erreichen eines Vorabschaltpunktes einen Staudruck, der in dem Drucksensor 12 einen Schaltvorgang auslöst, mit dem die Linearbewegung der Linse 15 in Z-Richtung auf die langsame Vorschubbewegung heruntergeschaltet wird.
Die Linse 15 wird von einer Werkstückaufnahme 16 gehalten, die ihrerseits mit einer Spindel 17 in Verbindung steht, die an einem Z-Schlitten 18 befestigt ist. Führungen 19 des Z-Schlittens 18 sind mit dem Rahmen 1 verbunden.
Wenn die Linse 15 von dem Z-Schlitten 18 mit langsamer Vorschubbewegung gegen die Ringschneide 14 des Topfwerkzeuges 7 gefahren wird und diese berührt, so nimmt die rotierende Spindel 6 die feststehende Spindel 17, die als C-Achse ausgebildet ist, mit, so dass von der C-Achse das entsprechende Signal an die CNC-Steuerung gegeben wird. Die Bewegung in Z-Richtung wird dann sofort gestoppt und die Berührungskoordinate von der CNC-Steuerung gespeichert. Es ist dabei beliebig, ob die Spindel 6 mit dem Topfwerkzeug 7 oder die Spindel 17 mit der Linse 15 als C-Achse ausgebildet wird. Wenn z.B. die Spindel 17 als C-Achse ausgebildet ist, so wird diese während ihrer Vorschubbewegung in Z-Richtung zunächst stillstehen. Erst nach der Berührung mit der Ringschneide 14 des rotierenden Topfwerkzeuges 7 wird sie mitgenommen und ebenfalls in Drehbewegungen versetzt, die dann das Signal zum Stop des Vorschubs in Z-Richtung und zum Registrieren der Berührungskoordinate auslösen.
In 2 arbeitet die gezeigte optische Maschine als Poliermaschine. Die senkrecht gestellte Spindel 6 für das Werkzeug trägt in diesem Fall jedoch ein Formwerkzeug 20, gegen das die Linse 15, die in einer Werkstückaufnahme 21 liegt, gedrückt wird. Die Werkstückaufnahme 21 ist mit der Spindel 17 für das Werkstück verbunden. Wenn z.B. wieder die Spindel 17 als C-Achse ausgeführt wird, so wird diese während der linearen Bewegung in Z-Richtung, mit der normalen Verfahrgeschwindigkeit der Maschine, zunächst stillstehen. Erst nach der Berührung mit einem rotierenden Formwerkzeug 20 wird die Spindel 17 dann mitgenommen und beginnt ebenfalls Drehbewegungen auszuführen. Diese lösen dann das Signal zum Stop des Vorschubs in Z-Richtung und zum Registrieren der Berührungskoordinate aus. Da das Formwerkzeug 20 mit einer weichen und auch elastischen Polierfolie 22 belegt ist, können Formwerkzeug 20 und Linse 15 mit der normalen Verfahrgeschwindigkeit der Maschine zur Berührung gebracht werden, ohne dass Beschädigungen an den beteiligten Drehkörpern entstehen.
Die Werkstückaufnahme 21 verfügt über eine Gummimembran 23, die auf ihrer der Linse 15 abgewandten Seite mit Druckluft beaufschlagt werden kann, die über eine Bohrung 24 in der Werkstückaufnahme 21 und eine zentrale Bohrung 25 in der Spindel 17 zugeführt wird. Diese Gummimembran 23 drückt die Linse 15 während des Poliervorgangs gegen das schräggestellte Formwerkzeug 20 und sorgt für einen gleichmäßigen Arbeitsdruck. Hierzu ist es notwendig, beim Zusammenfahren von Linse 15 und schlräggestelltem Formwerkzeug 20 zunächst einen Spalt zu lassen, der dann von dem Arbeitshub der Gummimembran 23 überbrückt wird.
Die 3 zeigt die gleiche Poliermaschine wie 2. Die senkrecht gestellte Spindel 6 für das Werkzeug trägt wieder das Formwerkzeug 20, gegen das in diesem Fall jedoch ein Abrichtwerkzeug 26 mit seiner Ringschneide 27 gedrückt wird. Das Abrichtwerkzeug 26 ist mit der Spindel 17 für das Werkstück verbunden. Wenn wieder die Spindel 17 als C-Achse ausgeführt wird, so wird der Vorgang zum Ermitteln der Berührungskoordinaten genauso ablaufen, wie anhand der 2 beschrieben. Das Formwerkzeug 20 mit seiner weichen und elastischen Polierfolie 22 sorgt wieder dafür, dass es zu keinen Beschädigungen an den beteiligten Drehkörpern kommt.

1: Rahmen
2: Führungen
3: X-Schlitten
4: Schwenkkopf
5: B-Achse
6: Spindel
7: Topfwerkzeug
8: Bohrung
9: zentrale Bohrung
10: Drehdurchführung
11: Luftzuleitung
12: Drucksensor
13: Anschlussstelle
14: Ringschneide
15: Linse
16: Werkstückaufnahme
17: Spindel
18: Z-Schlitten
19: Führung
20: Formwerkzeug
21: Werkstückaufnahme
22: Polierfolie
23: Gummimembran
24: Bohrung
25: zentrale Bohrung
26: Abrichtwerkzeug
27: Ringschneide

Claims

Verfahren zum Feststellen des Berührens eines Werkzeugs (7, 20) und eines Werkstücks (15) einer optischen Maschine, welche sowohl eine drehbare Spindel (6) für das Werkzeug (7, 20) als auch eine drehbare Spindel (17) zur Aufnahme des Werkstücks (15) hat, mit den folgenden Schritten: Während des Annäherns des Werkzeugs (7, 20) und des Werkstückes (15) wird eine der Spindeln (6, 17) rotatorisch angetrie ben und die jeweils andere Spindel (17, 6) in einem nicht angetriebenen, jedoch frei drehbaren Zustand belassen, während des Annäherns wird eine bei gegenseitiger Berührung einsetzende Drehbewegung der nicht angetriebenen Spindel (17, 6) überwacht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die beiden Spindeln (6, 7) bis zum Erreichen eines durch Messung der Annäherung bestimmten Umschaltpunktes mit hoher Vorschubgeschwindigkeit sich annähern lässt und nach Erreichen des Umschaltpunktes die weitere Annäherung mit geringer Vorschubgeschwindigkeit vornimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Festlegung des Umschaltpunktes mittels einer Luftzuleitung (11) aus einer der Spindeln (6, 17) einen Luftstrom zur anderen Spindel (17, 6) hin richtet und mittels eines Drucksensors (12) den Druckanstieg in der Luftzuleitung (11) ermittelt.