DE4030176A1

DE4030176A1 - Calibrating dental crown machining tool for start position - detecting start from change in sound generated from surface when touched by conversion to electrical signal

Info

Publication number: DE4030176A1
Application number: DE19904030176
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Ing Russ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1990-09-24
Publication date: 1992-03-26

Abstract

The blank of ceramic (8) to be used as the basis of the dental crown is held in a spindle assembly and operated upon by grinding polishing discs and cutters. The cutters and discs are supported on spindles and may be rotated at high speed while being fed axially. The initialisation of the positions of the discs and cutters relative to the workpiece is achieved by moving slowly to the point of contact. Sensors respond to the changes in sound generated to indicate the start position. ADVANTAGE - Accurate initialisation of system for machining.

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.The invention relates to a method for calibrating a motor-driven and with the help of a feed device towards and away from a workpiece to be machined movable tool with respect to the workpiece or one Workpiece-holding holder, and device for performing procedure.

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.A particularly advantageous application of such a method and a device operating according to this method is disclosed in seen in dentistry, to the ready-to-use, form giving elaboration of a tooth restoration fitting body.

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.Such a method is described, for example, in EP-A-01 82 098 described. The tooth restoration fitting body is there in one Operation from a blank made of a suitable material, e.g. B. made of dental ceramics, individual and ready to use worked. A processing machine is provided for this purpose, which is a separator rotatably mounted in a tool carrier disc sheet contains. In addition, the processing machine contain a second, finger-shaped removal tool, with the more complicated one, with the cutting disc blade not work out editable shapes from the workpiece as well as the Have the surfaces of the fitting machined better.

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.The workpiece is placed on a holder that is tight is on the one hand and one or more stop surfaces, that have an exact positioning in relation to him Ensure the clamping device and on the other hand one or several reference surfaces that allow adjustment of the position of the cutting blade with respect to the workpiece axis possible, contains.

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.To produce the desired shape of the fitting body are work Tool carrier and workpiece holder adjustable, where individually controllable adjustment motors for the tool thrust and the tool holder are present.

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.The fitting body is based on predetermined design data from the previously prepared tooth using a measurement Camera and a computer created with appropriate software are worked out from the workpiece blank.

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.To pre-orientate yourself about the position of the tool with respect to the workpiece and thus the feed To give the system a starting and reference point contains the known device in the field of the feed system for Tool a fork light barrier, with which the output position of the tool can be roughly defined.

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. To especially wear the work surfaces of the grinding being able to take tools into account can be done before a Machining a calibration of the tools regarding the Axes of the workpiece holder are made. This includes the known device a non-contact rotation number measuring device with a permanent magnet and an in ductive transducer. The frequency signals from the transducer go via a pulse shaper into a counter. In a logical Unit which, like the counter, belongs to a computer discrimination against certain, set frequency values, according to the speed of the tool. Under If the frequency rises above a certain value, tax becomes signals triggered.

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.The calibration takes place in that the tool first with the normal idle speed to the narrowly tolerated Re reference surface of the workpiece holder opens. Because of this The drive of the tool will touch to a low level decelerated speed value. Based on the braking curve, the after the frequency value analysis described above can be determined calculated back to the point of contact or this arithmetically be determined.

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.In a second attempt, the reference point of the in the meantime, the workpiece has been rotated again by 90 ° discriminating against a higher speed value. This before gear corresponds to a smaller braking than the first Attempt.

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.Based on the positions determined using the braking curves and the starting position detected via the fork light barrier becomes the starting point for the start of editing or a into the machine control of the feed device Correction value determined. After calibration, the Be work of the blank in the not to be explained here Start wise.

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:Although with the known method and the one after that tendency device a calibration of the tool itself is possible, this method is possible with some spe specific disadvantages. So the braking curve is on who orientates the measurement by several parameters flows:

- Speed or speed of the cutting disc
- Shape of the cutting disc
- Condition of the coolant and lubricant
- Type of material that is "touched" on
- Efficiency of the entire drive system

Durch diese, die Meßgenauigkeit beeinflussenden Parameter sind hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit in der Bestimmung der Startposition des Werkzeuges bestimmte Grenzen gesetzt.By these parameters which influence the measuring accuracy with regard to the achievable accuracy in determining the Starting position of the tool set certain limits.

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.The invention specified in claim 1 has the object reasons, in contrast an improved method and one after specify working device, in particular with the aim a calibration of tool and workpiece even more precisely to be able to make, and thus the starting position of the plant or a correction quantity for the tool feed to be able to specify more precisely.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:Advantageous refinements and developments of the invention result from the subclaims. Based on the drawing an embodiment of the invention described in more detail. Show it:

Fig. 1 ein zahnärztliches Gerät mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schaubildlichen Darstellung, Fig. 1 is a dental apparatus with the inventive device in a diagrammatic representation,

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 von oben gesehen im Schnitt, Fig. 2 shows part of the apparatus of Fig. 1 seen from above, in section,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für die Ansteuerung der Antriebe. Fig. 3 is a block diagram for the control of the drives.

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. Fig. 1 shows a diagrammatic representation of the overall arrangement of a device according to the invention working in one embodiment for the manufacture of a tooth restoration fitting body, for. B. a tooth crown. The fitting body to be created can be constructed using an optical impression method with the help of a computer on a screen and then constructed in a processing machine from a suitable workpiece, e.g. B. made of dental ceramics. The individual components of this device are an optical camera 1 , a screen 2 , a keyboard 3 , a drawing ball 4 (trackball), a processing machine, generally designated 5 , and further mechanical, electrical and electronic components, not shown, contained in the housing 6 work together with the above components to create the fitting body. The basic structure and the mode of operation of such a device are described in the aforementioned European patent.

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.The housing 6 forms a processing chamber 7 into which some components of the processing machine, which will be explained in more detail later, protrude. These are essentially a holding and holding device for a workpiece 8 , from which the fitting body to be produced is manufactured, and two mutually opposite spindle arrangements 9 and 10 , which each have two tools (in FIG. 2 with 11 , 11 ' and 12 , 12 ' designated) wear for machining the workpiece 8 . The processing chamber 7 can be closed by means of a preferably transparent cover 13 during the processing. The housing 6 contains below the processing machine 5 a water tank 14 designed as a drawer and a chamber 15 in which a container for receiving a care product is held.

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.The processing machine 5 will he explained in more detail with reference to FIG. 2. Fig. 2 shows the machine in the region of the spindle assemblies 9, 10, sectioned in a plan view. First, the holder and storage of the work piece 8 , from which the fitting body is to be created, will be described in more detail. The workpiece 8 consists of a ceramic block 8 a, which is attached to a metallic pin-shaped holder 8 b by gluing or the like. The workpiece is inserted at the end of a spindle 16 designed as a hollow shaft and is held in a rotationally and tensile manner by means of a clamping device designated 17 .

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.The spindle 16 designed as a hollow shaft has at its end facing away from the workpiece 8 a spindle nut 25 which interacts with a threaded spindle 26 which is directly coupled to a drive motor 27 fastened to the housing 6 .

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.With the spindle 16 rotatably connected, a gear 28 , which is in engagement with a toothed shaft 29 , which is between two walls 6 a, 6 b of the housing 6 and just if directly coupled to a second drive motor 30 . The axes of the toothed shaft 29 and spindle 16 run parallel. The drive motor 30 with the toothed shaft 29 serves to set the spin del 16 in a rotational movement, while the drive motor 27 with the threaded spindle 26 ensures a longitudinal feed of the spindle 16 . For this purpose, the bearing 31 facing the workpiece is designed as a longitudinal and rotary bearing. The toothed wheel 28 is designed as a backlash-free double gear; it consists of two coaxially arranged toothed wheel halves 28 a, 28 b, which are supported against each other by a (not shown) spring element, so that regardless of the direction of rotation of the drive, one tooth flank of one or the other gear half with the toothed shaft 29 in A handle stands. Such a backlash-free double gear forms egg on the one hand a low-noise precision gear, on the other hand it serves the safe and exact transmission of motion with egg nem longitudinal feed of the spindle. The engagement connection spindle nut 25 , threaded spindle 26 and hollow shaft 16 requires only little space in the axial direction. The drive motor 27 also forms a fixed bearing for the unit and is connected directly, that is to say without a coupling, to the threaded spindle 26 . Threaded nut 25 and threaded spindle 26 can be built as a play-free ball screw drive or as a play-free slide screw drive. With a slide screw drive, a backlash-free nut can be combined with the hollow shaft.

Nachfolgend wird der Aufbau der Spindelanordnungen 9 und 10 näher erläutert. The structure of the spindle arrangements 9 and 10 is explained in more detail below.

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.The spindle assembly 9 contains a ausgebil Dete spindle 32 as a hollow shaft, one end of which projects into the machining chamber 7 and carries a tool carrier head 33 there . An electric motor 35 is arranged in the center of a housing which is fixedly connected to the spindle 32 , the rotary movement of which is deflected by 90 ° via a bevel gear 36 onto the tool drive shafts provided on both sides. The axes of these drive shafts therefore run parallel to the spindle axis of the Spin del 32 . At the free end of the drive shafts, the machining tools 11 , 11 'are held by means of suitable clamping devices.

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.The oppositely arranged tool carrier head 43 for the spindle arrangement 10 has a similar structure; however, it contains no bevel gear teeth. A motor 40 arranged in the tool carrier head 43 drives the tool drive shafts directly here. The tool axes 45 therefore run parallel to the axis 47 of the workpiece feed spindle 26 . The tool carrier head 43 is, in contrast to the tool carrier head 33 , which carries finger-shaped tools, with disk-shaped or pot-shaped tools 12 , 12 'occupied. One side is preferably provided with a disk-shaped grinding or milling disk ( 12 ) and the other with a cup-shaped polishing disk ( 12 '), which can consist of diamond-coated soft material or can also be designed as an exchangeable brush. Because the tool carrier head 43 can be rotated through 180 ° about the spindle axis 46 , grinding and subsequent polishing of the fitting body can be carried out practically without interrupting work.

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. The two spindle assemblies 9 and 10 have the same drive and drive transmission elements with respect to their pivoting and advancing movement, which are explained below for the Spindelan arrangement 10 .

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.On the spindle 46 designed as a hollow shaft, a spindle nut 48 is fastened which engages with the threaded spindle 44 driven by a motor 49 . With these output elements, the spindle 46 can be adjusted in the axial direction.

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.With the spindle 46 rotatably connected, in turn, a double gear 51 , which is constructed similarly to that marked with 28 be. This double gear 51 meshes with a toothed shaft 53 driven by a further drive motor 52 . With this drive element, the entire tool carrier head 43 can be pivoted about the spindle axis by at least 90 °, but preferably by 180 °. A pivoting through 90 ° is indicated in order to pivot the tool carrier head from the working position shown in FIG. 2 into a basic or rest position in which access to the workpiece 8 is facilitated.

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. After the feed of the individual spindles he very precisely must follow, it is necessary to use the drive provided for this purpose precisely control motors. Therefore they become stepper motors used, which is in itself in very small incremental units be controlled. To compensate for step losses anyway can, it is suggested the stepper motors with a back message. This can be that close the feed spindle, or coupled to it, on contr stand, capacitance, inductance, ultrasonic, magnetic and / or sensor means based on an optical basis are provided are with a via a computer, not shown associated stepper motor are electrically connected. Through a such measuring system, which is both analog and incorrect can work mentally, it is possible to increase the accuracy of the Increase grinding machine.

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.On a housing wall 6 c is a fork light barrier 54 is angeord net, which interacts with a ring 55 interrupted by a slot of the double gear 51 so that the rest or starting position of the spindle can be detected precisely, both with respect to their rotary ( Angular) position and in relation to their position in the direction of the feed axis. While the latter is detected by immersing the ring 55 in the fork light barrier, the angular position is detected by a signal when the slot 55 interrupting the slot is passed through the light barrier. With the help of the fork light barrier, the distance a between the tool axis 45 and the workpiece axis or workpiece holder axis 47 can thus be determined.

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.To fit the fitting body, in the present application case a tooth crown drawn in dashed lines in the workpiece 8 in FIG. 2, on the basis of predetermined construction data, which are created from the prepared tooth stump with the aid of the camera mentioned above, a computer with software, from the workpiece 8 To be able to, it is necessary to calibrate the tool and workpiece or workpiece holder or to determine a precisely defined starting position for the machining tools 11 , 12 , from which the workpiece machining can begin according to the specified design data. It is important to compensate for wear and / or manufacturing tolerances of the tools and any deviations of the workpieces from specified target values, as well as other deviations that occur due to aging of the components.

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.To calibrate or determine the starting position, construction-related fixed variables are taken into account, e.g. B. the above-mentioned distance (a) of the axes 45 , 47 from tool to workpiece or clamping device in the starting position detected by the fork light 54/55 , the distance (b) between the axis 47 of the workpiece or the holder and the touch surface (reference surface R), and the grinding wheel diameter as the specified target size. These known fixed quantities are stored in a memory of a computer which will be explained in more detail below.

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.Taking these fixed quantities into account, the Above-mentioned deviations from the target sizes determined by the machining tool by the the fork light barrier fixed starting position up to Contact with the reference surface on the workpiece or its Holder is driven and the corresponding to this actual value Size introduced into the computer and with the specified target sizes is processed. The deviations determined from this can be used as a correction variable in the machine control system, i.e. in the control program for the tool feed, who introduced the, where it is possible to either the starting position as Leaving the starting position and the correction in the given Incorporate design data to create the fitting body, So to change the design data, or this unchanged to leave and the starting position of the tool, so their starting position to change the correction size.

Der Istwert wird gemäß der Erfindung festgestellt, indem die Bearbeitungswerkzeuge 11 oder 12 mit Hilfe der Vorschubeinrich tungen auf die in Fig. 2 mit R bezeichnete Referenzfläche des Werkstückes 8a oder des Werkstückhalters 8b so lange zu bewegt werden, bis eine Berührung (touch) erfolgt. Beim Berühren werden die sprunghaft auftretenden Körperschallimpulse, die deutlich über dem normalen Maschinenlaufgeräusch liegen, von einem in unmittelbarer Nähe angeordneten Sensor (S1 bis S4) erfaßt und als Spannungsimpulse an die Maschinensteuerrung weitergemeldet. Nachdem der Körperschallsensor möglichst nahe der Berührungs stelle angeordnet sein soll, kann er mit Vorteil auf der Vorder oder Rückseite des die Bearbeitungskammer 7 bildenden Gehäuses 6c befestigt (S1, S2) oder in der Spannvorrichtung 17 oder in der Hohlwelle 16 integriert angeordnet sein (S3, S4). Als Sensor kann im einfachsten Fall ein Piezoaufnehmer verwendet werden. Dieser kann mit Vorteil bereits mit integriertem Verstärker und Impulsformer versehen sein. Denkbar und im Rahmen der Erfindung liegt es auch, auf magnetischer oder kapazitiver Basis arbei tende Sensoren zu verwenden. Wegen des relativ kleinen zur Ver fügung stehenden Einbauvolumens eignen sich Elektret-Mikrofone mit integrierten Vorverstärkern besonders gut.The actual value is determined according to the invention in that the processing tools 11 or 12 are moved with the aid of the feed devices to the reference surface of the workpiece 8 a or the workpiece holder 8 b denoted by R in FIG. 2 until a touch (touch) he follows. When touched, the abruptly occurring structure-borne sound pulses, which are significantly above normal machine running noise, are detected by a sensor (S1 to S4) arranged in the immediate vicinity and reported as voltage pulses to the machine control system. Is to be arranged after the body sound sensor position close to the touch as possible, it can be advantageously integrated on the front or rear of the processing chamber 7 forming the housing 6 c attached (S1, S2) or in the clamping device 17 or in the hollow shaft 16 may be arranged (S3 , S4). In the simplest case, a piezo sensor can be used as the sensor. This can advantageously already be provided with an integrated amplifier and pulse shaper. It is also conceivable and within the scope of the invention to use sensors working on a magnetic or capacitive basis. Because of the relatively small installation volume available, electret microphones with integrated preamplifiers are particularly suitable.

Das Touchieren kann entweder wie bisher üblich auf einer Referenzfläche eines eng tolerierten Werkstück-Halters erfolgen oder auch auf einer auf der Hohlwelle oder der Spannvorrichtung angebrachten Referenzfläche, z. B. in Form eines Referenz zylinders. Besonders vorteilhaft ist es, am Werkstück selbst eine Referenzfläche vorzusehen, an der touchiert werden kann, z. B. in Form eines maßgenau geschliffenen Rundkörpers (8c) am freien Ende des Werkstückes 8.Touching can either take place, as has been customary hitherto, on a reference surface of a closely tolerated workpiece holder, or else on a reference surface attached to the hollow shaft or the clamping device, e.g. B. in the form of a reference cylinder. It is particularly advantageous to provide a reference surface on the workpiece itself, which can be touched, e.g. B. in the form of a dimensionally ground round body ( 8 c) at the free end of the workpiece 8 .

Bevor das Kalibrieren bzw. das Festlegen der genauen Start position weiter erläutert wird, werden anhand der die Prin zipschaltung in Fig. 3 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′.Before the calibration or the setting of the exact starting position is explained further, the principle circuit in FIG. 3 drive and control of the drive and adjusting motors for the tools 12 , 12 'and the workpiece 8 are described. Analogously, the control for the drive motor 35 of the tool 11 and for the unspecified adjusting motor of the feed device for the tool 11 , 11 '.

Eine mit 60 bezeichnete Recheneinheit enthält ein Drehzahlvor gabestellglied 61, mit dem der Antriebsmotor 40 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, um die aus der Gabellicht schranke 54, 55 mit Beginn der Vorschubbewegung bis zur Berüh rung des Werkstückes 8 durch die Schleifscheibe 12 erhaltenen Signale abspeichern zu können. Ein Komparator 65 enthält aus dem vorgesehenen Körperschall-Sensor (S1 bis S4) ein entspre chend aufbereitetes, einem Istwert entsprechendes Signal, wel ches mit einem Vergleichssignal als Sollwert zur Ansteuerung des Impulsgenerators 62 herangezogen wird. Zweckmäßigerweise ist einer digitalen Signalauswertung der Vorzug zu geben. Sind die beiden eingehenden Signale am Komparator verschieden, lie fert 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 Werk stück 8 zubewegt, zum anderen wird der zurückgelegte Weg im Zähler 64 zwischengespeichert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Berührungspunkt erreicht ist und sodann die Signale am Komparator übereinstimmen. Der Komparator 65 schal tet 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. Arbeitsfläche (in Fig. 2 mit P bezeichnet), von der Ausgangsposition bis zur Re ferenzfläche (in Fig. 2 mit R bezeichnet). An einem Vergleich mit den bereits genannten festen Größen, die im Rechgenwerk 66 abgespeichert sind, kann eine Korrekturgröße ermittelt und hier aus die Startposition für eine Bearbeitung entsprechend vorge gebener, in einem Speicher 68 einer Steuereinheit 67 abgelegter Konstruktionsdaten errechnet werden, wobei bei Abweichungen an schließend entweder die Vorgabedaten für die Vorschubeinrich tung oder die Ausgangsposition der Vorschubeinrichtung ent sprechend geändert werden. Mit diesen Steuerdaten werden sodann die Stellmotoren 49, 27 und 30 sowie die Antriebsmotoren 40 und 35 aus der Steuereinheit 67 angesteuert, wobei die Steuerein heit 67 auch integraler Bestandteil der Recheneinheit 60 sein kann. An arithmetic unit designated by 60 contains a speed setting element 61 with which the drive motor 40 can be set to a starting speed which is freely selectable per se. The computing unit 60 also contains two pulse generators 62 , 63 , with which the stepper motor 49 for feeding the tools 12 , 12 'and on the other hand the stepper motor 27 for feeding the workpiece 8 are controlled. A memory in the form of a counter 64 serves to be able to store the signals obtained from the fork light barrier 54 , 55 at the start of the feed movement until the workpiece 8 is touched by the grinding wheel 12 . A comparator 65 contains from the structure-borne noise sensor provided (S1 to S4) a correspondingly processed, an actual value corresponding signal, which is used with a comparison signal as a setpoint for controlling the pulse generator 62 . It is advisable to give preference to digital signal evaluation. If the two incoming signals on the comparator are different, the downstream pulse generator 62 delivers a pulse to the counter 64 and to the stepper motor 49 . On the one hand, the tool is moved a defined distance in the direction of the workpiece 8 , on the other hand, the distance covered is temporarily stored in the counter 64 . This process is repeated until the point of contact is reached and then the signals on the comparator match. The comparator 65 then switches the pulse generator 62 off. The counter 64 transfers the current counter reading to an arithmetic unit 66 , where it is stored. The stored value is a measure of the path actually traveled by the tool tip or work surface (denoted by P in FIG. 2), from the starting position to the reference surface (denoted by R in FIG. 2). A comparison can be made with a comparison with the already mentioned fixed variables, which are stored in the arithmetic logic unit 66 , and can be calculated from the starting position for processing correspondingly specified design data stored in a memory 68 of a control unit 67 , with deviations subsequently either the default data for the feed device or the starting position of the feed device can be changed accordingly. These control data are then used to control the actuators 49 , 27 and 30 and the drive motors 40 and 35 from the control unit 67 , the control unit 67 also being an integral part of the computing unit 60 .

Vorteilhaft kann es sein, wenn der Schrittmotor 30 aus dem Impulsgenerator 63 eine Impulsfolge erhält, die bewirkt, daß das Werkstück nach dem ersten Touch um 180° gedreht wird und nach der Drehung derselbe Vorgang erneut durchgeführt wird. Dem Rechenwerk 66 liegen danach zwei Werte über zurückgelegte Wege vor, aus denen die Dicke (Durchmesser) des Werkstückes (2d) in Bearbeitungsebene bzw. der Durchmesser der Schleif scheibe 12 errechnet werden kann.It can be advantageous if the stepper motor 30 receives a pulse sequence from the pulse generator 63 , which causes the workpiece to be rotated by 180 ° after the first touch and the same process is carried out again after the rotation. The arithmetic unit 66 then have two values for the distances covered, from which the thickness (diameter) of the workpiece (2d) in the working plane or the diameter of the grinding wheel 12 can be calculated.

Nach dem gleichen Prinzip kann auch der Durchmesser bzw. die Ausgangsposition des Fingerfräsers 11 in der gegenüber liegenden Schleifeinheit ermittelt werden.The diameter or the starting position of the end mill 11 in the grinding unit opposite can also be determined according to the same principle.

Claims

1. A method for calibrating a motor-driven and with the aid of a feed device to a tool to be machined to and away from this movable tool with respect to the workpiece or a workpiece receiving the holder, characterized in that the tool ( 11 , 12th ) is moved from a starting position to a reference surface (R) of the workpiece ( 8 a) or workpiece holder ( 8 b) until it touches it, the sound signals that occur when touched and are raised from the normal noise level and then detected in electrical signals are converted, which are then fed to an arithmetic unit ( 60 ) for determining an exact starting position of the machining tool in relation to the workpiece or a correction quantity for the tool feed, taking into account the detected starting position.

2. Device for performing the method according to claim 1, comprising a clamping device ( 17 ) for receiving the workpiece ( 8 a), at least one feed device ( 32 , 46 ) for at least one rotatable machining tool ( 11 , 12 ), the Feed device is designed and arranged so that the tool ( 11 , 12 ) in the sense of a material removal on the workpiece ( 8 a) can be moved towards and away from it, containing at least one, on the workpiece ( 8 a) or on its holder ( 8 b) arranged reference surface (R), against which the machining tool ( 11 , 12 ) can be moved, further comprising means ( 54 , 55 ) for detecting an initial position of the machining tool and the distance that the machining tool from the starting position to at least to touch the reference surface (R), as well as at least one structure-borne noise sensor (S1 to S4) arranged in the vicinity of the reference surface (R), which detects the at a touch of the reference surface by the processing tool ( 11 , 12 ), which is heard from the normal noise level and is further processed and supplied as electrical signals to a computing unit ( 60 ) in which the signals for determining the exact starting position of the processing tool ( 11 , 12 ) in relation to the workpiece ( 8 a) or the correction quantity for the tool feed can be processed further.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that it is provided for machining a workpiece ( 8 a) for the purpose of producing a tooth restoration fitting body.

4. The device according to claim 2, characterized in that the structure-borne noise sensor (S3) in or on the clamping device ( 17 ) for the workpiece ( 8 a) is arranged.

5. The device according to claim 2, characterized in that the structure-borne noise sensor (S1, S2) on the housing ( 6 c) in the immediate vicinity of the clamping device ( 17 ) is attached.

6. The device according to claim 2, characterized in that the structure-borne noise sensor (S4) in the hollow shaft ( 16 ) of the feed device for the workpiece ( 8 a) is arranged.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that as Structure-borne noise sensor (S1 to S4) provided a piezo sensor is.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that a Structure-borne noise pulse sensor (S1 to S4) with integrated off value electronics is provided.