CN104321163B - 用于研磨工件特别是用于例如光学镜头的工件的定心研磨的方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种工件的定心研磨的方法，通过使用了在研磨工具和工件之间产生相对的推进运动的致动器(34)的研磨工具对工件例如光学镜头进行定心研磨，其中，致动器与致动器电流的电流控制器(48)一起集成在以预定的控制周期运行的位置控制电路(40)中，该电流控制器确定致动器的推进力。在该方法中，对于每个控制周期：(i)确定推进运动的目标运动方向(R_soll(n))以及推进运动的实际运动方向(R_ist(n))；然后(ii)将已确定的实际和目标运动方向进行相互比较；并且最后(iii)如果上述比较显示出在实际和目标运动方向之间存在差异，为了减小致动器的推进力，通过电流控制器传递的致动器电流的预定的电流限制值以规定的方式减小。结果，能迅速并有效地进行推进运动和材料加工，而没有工具或工件的过载发生。

Description

用于研磨工件特别是用于例如光学镜头的工件的定心研磨的方法

技术领域

本发明概括而言涉及一种通过研磨工具来研磨工件的方法，该研磨工具使用在研磨工具和工件之间产生相对推进运动的致动器，其中，致动器与用于致动器电流的电流控制器一起集成在按照预定的控制周期运转的位置控制电路中，该致动器电流确定致动器的推进力。

特别地，本发明涉及一种在高精度光学(光学玻璃)、钟表工业(钟表玻璃)和半导体工业(晶圆)应用领域用于工件定心研磨的方法，其中工件最初通过定心机器被定心夹持，然后在其边缘进行研磨。

背景技术

在处理光学表面之后，物镜等被“定心”，从而光轴也通过镜头的几何中心，该光轴的位置特点在于直线通过光学表面曲率的两个中心点。为了此目的，镜头最初在两个对齐的定心主光轴之间被对齐并夹持，使得镜头曲率的两个中心点与定心主光轴的公共旋转轴相一致。镜头的边缘随后以这种镜头光轴的规定关系进行处理，因为随后需要在框架中安装镜头。在该情况下，同时在镜头的平面视图即镜头的圆周轮廓以及在径向截面即边缘轮廓中看到，通过加工，边缘具有规定的几何形状，例如直线形式或具有(多个)阶梯/小平面的形式。这是通过研磨处理实现的，特别是在玻璃镜头的情况下。如果联系到本发明，指的是“研磨”，然而在此还包括“精磨”和“抛光”，其中通过几何形状上不确定的切割的处理是相似的。

目前，作为定心时用于在研磨工具和工件之间产生相对推进运动所使用的机器，在过去的凸轮控制的定心机器LOHOptikmaschinenAG,Wetzlar,Germany(SatislohGmbH法律上的前身)的“LZ80”的情况下，用于旋转驱动研磨工具(研磨轮)的两个研磨主轴通过线缆牵引以可设重量的方式进行调节。研磨主轴本身的最大调节运动量为此通过慢速旋转凸轮盘来控制，在凸轮盘上，与各个研磨主轴连接的测量滚筒作为固定挡块。虽然这种很简单的机械解决方案在可能达到的处理速度方面具有优点，但是由于推进本身很大程度上依赖研磨轮的性能和研磨基质材料本身，因此存在很严重的缺点，即不得不为每个工件的几何形状提供单独的凸轮盘。

其他已知的现有技术(参见例如EP-A-1693151的说明书，虽然与定心机器不相关)中，通过作用在研磨主轴上的弹簧的偏压设置研磨力。然而，用于设置研磨力的弹簧的使用在涉及进行非圆形特别是多边形几何形状的旋转工件的研磨时具有缺点。特别是，在边角处，工件“努力抵抗”以将研磨盘推向背离推进的方向，在这种情况下，作用在研磨主轴上的弹簧的偏压就会增加。这样就产生了不期望的研磨力增大，其结果是压到研磨轮上工件的边角区域会出现凹槽，因此具有形状缺陷。

在现代CNC控制定心机器——其通过对工具和/或工件进行适当的轨迹引导而能够进行任意工件形状的研磨——中，通常会提供强迫的推进控制。然而，如果在该种情况下推进的速度选择得太快，就会发生研磨工具的过载，以及在特定情况下在工具和工件之间的接触点“烧坏”工件的情况，这也能导致(不仅仅)定心机器的共振和严重的间接损坏，特别是当矿物油被用作冷却润滑剂的时候。程控的安全间隔确实对此能进行补救，例如以这样的方式，将推进速度设置为高于工具和工件之间的预定间隔，并且当达到此间隔时，就转换到较低的推进速度。然而，这种安全机制必然会导致较长的处理时间。

最后，还已知所谓的“自适应控制”方案(参见例如US-A-2006/0073765的说明书)，其中研磨主轴的功率消耗和/或工件的旋转驱动或者无论如何来自特别提供的力采样器的信号被用作用于推进限制的输入变量。依赖于研磨主轴的功率消耗的推进控制的缺点是，由于研磨需要的高剪切速度，后者由于研磨主轴和研磨工具的质量惯性而反应迟钝，因此仅仅能延迟反应，也可能很晚才反应。相反地，力传感器的使用具有特别是这样的缺点，其总是不得不被安装在工具和机器之间或工件和机器之间，其运行的结果导致机器的柔软度，这对工件的高质量和高精确度是有害的。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种研磨工件的方法，特别是用于工件例如光学镜头的定心研磨，其解决了上面讨论的现有技术的问题。特别是，为此，在研磨工具和工件之间的推进运动应该使得一方面在研磨期间既不会发生或产生研磨工具的过载也不会发生或产生工件的“烧坏”或者形状缺陷，另一方面推进速度和材料加工尽可能快速并高效地进行。

发明描述

该目的通过如下特征来实现：本发明的研磨工件的方法，特别是用于工件例如光学镜头的定心研磨，该方法通过使用了致动器的研磨工具，该致动器用于在研磨工具和工件之间产生相对的推进运动，其中，致动器与致动器电流的电流控制器一起集成在以预定的控制周期运行的位置控制电路中，该电流控制器确定致动器的推进力，最初对于每个控制周期：(i)确定推进运动的目标运动方向和推进运动的实际运动方向；然后(ii)将已确定的推进运动的实际运动方向与已确定的推进运动的目标运动方向进行比较；以及最后(iii)如果上述比较显示在推进运动的实际运动方向和推进运动的目标运动方向之间存在差别，为了减小致动器的推进力，通过电流控制器传递的致动器电流的预定的电流限制值以规定的方式减小。

此外，还可以对本发明进行如下的有益的或有利的改进：

为了进行步骤(i)中推进运动的运动方向的确定，从当前控制周期并从前一控制周期中对致动器的目标和实际位置进行评估；为了进行步骤(ii)中已确定的推进运动的实际运动方向与已确定的推进运动的目标运动方向的比较，产生比较信号，该比较信号通过PI或者PID传递元件产生电流减小信号，并且其中在步骤(iii)中，将通过各自电流减小信号而减小的预定的电流限制值的信号做为电流限制信号施加到电流控制器；用于PI或者PID传递元件的比例成分(放大器)和积分成分(重设时间T_N)的不同参数的设置依据待研磨工件的形状而使用；将线性电动机用作在研磨工具和工件之间产生相对推进运动的致动器。

通过本方法——其中变化的推进力是通过电动机电流为推进电动机(致动器)预设的，关于瞬时力关系的推断是基于推进运动的目标和实际方向做出的，并且作为其结果，推进力通过依赖于处理过程的电动机电流被影响——在研磨期间，具有特别是加工能力的优化，特别是在非圆形工件的定心中。通过与现有技术进行比较，结果是处理时间明显减少，消除了安全间隔，简单识别剪切的开始，并可靠地防止了工具和工件由于过高的推进速度或共振而产生的过载状态。实际的推进速度在此最终通过工具的加工能力而确定，在处理过程中，其能够因例如研磨层的钝化或堵塞，或者冷却剂和润滑剂性能的改变而改变。最终，通过对推进运动的目标和实际方向的评估以及推进电动机的力/电流依存关系的应用，外部的力采样器等变得多余；因此可以避免对工件的质量和精确度有害的柔软性。

作为参考，为了查明或确定上面步骤(i)中的推进运动的运动方向，从当前的控制周期和从前一控制周期中评估致动器的目标和实际位置，它们可以从位置控制电路中毫无问题地得到。

关于电流变化行为的影响的好的可能性，额外优选的是，如果在上面步骤(ii)中已确定的推进运动的实际运动方向和已确定的推进运动的目标运动方向的比较中产生比较信号，其通过PI或者PID传递元件产生电流减小信号，其中在步骤(iii)中，通过各自电流减小信号而减小的预定的电流限制值的信号会作为电流限制信号施加到电流控制器。

为了优化用于非圆形几何形状处理的研磨方法，该非圆形几何形状在更大或更小程度上可能是“多边形”，根据待研磨工件的形状，优选对PI或者PID传递元件的比例成分(放大器K_P)和积分成分(积分时间T_N)使用不同的参数设置。

虽然可以使用任何致动器作为本发明研磨方法的推进驱动，条件是它们具有规定的力/电流依存关系，如果使用线性电动机作为用于在研磨工具和工件之间产生相对的推进运动的致动器，那么其是最终优选的，特别是对于调节高水平的灵敏度、快速的反应性能、简易运动和从自锁中释放等等而言。

附图说明

参考随附的简化的附图，在优选实施例的基础上在后面更加详细地描述本发明，其中：

图1示出了特别用于光学镜头的定心机器的主视图，其仅示意性地进行描述，在该定心机器中可实施本发明的研磨方法；

图2示出了关于定心研磨处理原理的示意图，其中在图的上部示出了实际研磨的开始，在图的下部示出了实际研磨的结束；

图3示出了根据图1的定心机器的推进驱动的位置控制电路的简化的电路方块图，具有执行本发明研磨方法的高级的电流控制或电流限制；

图4示出了定心研磨处理原理的附图，该处理具有在具有非圆形外轮廓的工件上进行的本发明过程，用来阐明与推进力相反的处理分力的变化，作为间隔的结果，其根据研磨工具与工件之间的作用点相对于工件旋转轴的旋转角度以及相应减小的推进力而改变；

图5所示为以举例的方式的示意图，具有本发明过程的定心研磨处理的随时间t记录的推进行程X(在顶部)和作为致动器电流(在底部)的限制结果而允许的迟滞误差。

具体实施方式

图1仅示意性地以为了理解本发明而需要的程度示出了用于研磨工件，特别是光学镜头L的CNC控制的定心机器10。关于定心机器10的结构和功能可以从在此明确引用的本申请同时提交的德国专利申请DE102012XXXXXX.X推测出来。

在图1中，能够看到在左侧有两个相对于定心轴C对齐设置的定心主轴12、14，而其定心主轴传动轴16、18可相互独立地被旋转驱动且相对于旋转角度(工件旋转轴C1、C2)位置可调节。定心主轴传动轴16、18的同步性在该场合通过CNC技术已经公知。定心主轴传动轴16、18在相互面对的末端分别构造成用于安装例如从德国标准DIN58736-3中所知的夹紧钟20、22。光学镜头L被牢固地夹持在夹紧钟20、22之间的位置，用于研磨其边缘。图1未示出用于该目的的需要并且能够沿着定心轴C使定心主轴12、14之一产生规定的运动或施力于定心主轴12、14之一的击打和夹持装置。在垂直于定心轴C的方向上，定心主轴12、14被固定，即不可运动。

在工具侧设有一个(至少一个)具有用于工具主轴传动轴26的旋转驱动的工具主轴24，在工具主轴传动轴26上安装有作为研磨工具的研磨轮G。研磨轮G因此以相应于图1中的箭头(工具旋转轴A)的可控旋转速度被旋转驱动，从而实现通过其外周表面U将材料从工件L上移除。

工具主轴24同时被安装在X滑件28上，其在CNC位置调节下可在图1中线性地向右或左运动(线性轴X；推进运动)。为了该目的，X滑件28通过引导车(在此未示出)在安装到机床(未示出)上的两个平行延伸的导轨30、32上引导。作为X滑件28的驱动的是作为致动器的线性电动机34，在图1中，能够看见其固定在机床上的具有磁体的定子36。线性电动机34的转子(线圈)安装在X滑件28下面并且在图1中不能被看到。在图1中X滑件28的上面设置线性行程测量***38，X滑件28的轴位置(X_ist)能够通过该***以已知的方式检测。

最后，在图1中还显示了，在线性行程测量***38或者定心主轴14的上面，在右侧为推进力F_v，其作用在定心轴C的方向上并且通过在X滑件28上的线性电动机34来施加，力的大小与施加到线性电动机34的转子上的电流I成比例，而在左侧的是处理分力F_p，其与沿x方向的推进力F_v相反，并且依赖于工件L的旋转速度和旋转方向、研磨轮G的旋转速度和旋转方向(同向/反向)、工件L的材料和几何形状、研磨轮G的材料、几何形状和磨损情况、工件和研磨轮G之间作用点的冷却和润滑(摩擦)等等。

图2示出了通常形式的定心研磨处理；通过线性电动机3，相对于工具旋转轴A旋转的研磨轮G的推进运动V对应于箭头产生。这样，X轴按位置被控制，从而相对于定心轴C(工件旋转轴C1)旋转驱动并在外部具有任意外部轮廓AK(图示的例子中为八边形)的光学镜头L相对于由NC程序规定的最终轮廓EK而被定心。在非圆形的最终轮廓EK，例如在此所示的略微椭圆形的最终轮廓EK的情况下，推进轴X还以已知的方式与工件旋转轴C1并列，为此目的，后者具有高分辨角测量***WM(参见图1)。明显地看出，研磨轮G在非圆形工件L处理的情况下，不能够连续地在推进方向上运动，即，只在图2中的左侧，更确切地，至少在处理结束时，不得不根据工件L相对于定心轴C的旋转角度，沿着推进轴X前后运动，从而能够产生非圆形的最终轮廓EK。

借助于简化的模块电路图，图3示出了根据图1的定心机器10的线性电动机34(推进驱动)的位置控制电路40，其与一个特别的电流控制或限制电路简称电流限制部42连接，后者用于实施本发明研磨方法的致动器电流I。位置控制电路40以已知的方式(例如参考Prof.Dr.-In.ManfredWeck的著作“WerkzeugmaschinenBand3,AutomatisierungundSteuerungstechnik”，1989年第3版，VDI-Verlag,Düsseldorf，第195页，图8-3)包括位置控制器44、速度控制器46、电流控制器48和由此控制的致动器(本发明中的线性电动机34)以及上下文中的目标位置x_soll和实际位置x_ist的位置反馈求和点50。提供实际位置x_ist的线性行程测量***38在图3中的显示范围不比预设目标位置x_soll的NC控制更长。此外，设置在串联调节范围内的下级速度和电流反馈并没有示出。像通常一样，位置控制电路40以预定的控制周期，例如以2ms的周期或扫描速度运行。

最后，在此需要提到的是，根据图3的位置控制电路40中的I_soll表示为电流控制器48预设的目标电流，可选地与电流反馈一致，其预设在位置控制电路40中，目的是如此可控制线性电动机，从而作为控制电路输出的位置实际值(实际位置x_ist)尽可能无差错地跟随作为控制电路输入的位置目标值(目标位置x_soll)。然而，通过电流控制器48传送的致动器电流I以规定的方式被限制，并且特别地，甚至考虑到大的滞后误差，为此目的，设置了在下面描述的电流限制部42。

作为电流限制部42的输入变量显然包括：通过推进轴X的NC控制而预定的目标位置x_soll、通过线性行程测量***38检测的推进轴X的实际位置x_ist和通过NC控制类似地预定的、并由此得到了预先定义的电流限制值的最大目标推进力F_Vsollmax，这将在后面进行详细地解释。

线性电动机34的目标位置x_soll(n)、x_soll(n-1)在图3中顶部左侧的功能元件52中通过符号函数(“Sgn”)从当前的控制周期(n)和前一控制周期(n-1)进行评估。在此缩写“d/dt”(随时间求导)代表下面的关系：

d/dt＝(x_soll(n)-x_soll(n-1))/(t_(n)-t_(n-1))

由于扫描速度是恒定的，其能够被(t_(n)-t_(n-1))＝const.简化为：d/dt＝(x_soll(n)-x_soll(n-1))

形成符号函数的结果是当前控制周期(n)中推进运动V的目标运动方向R_soll(n)。在这方面，有下面三种可能情况：

(x_soll(n)-x_soll(n-1))>0→Sgn(d/dt)＝R_soll(n)＝+1

(x_soll(n)-x_soll(n-1))＝0→Sgn(d/dt)＝R_soll(n)＝0

(x_soll(n)-x_soll(n-1))<0→Sgn(d/dt)＝R_soll(n)＝-1

以类似的方式，检测到的线性电动机34的实际位置x_ist(n)、x_ist(n-1)在图3上部右侧的功能元件54中通过符号函数从当前的控制周期(n)和前一控制周期(n-1)进行评估。在该情况下，

d/dt＝(x_ist(n)-x_ist(n-1))/(t_(n)-t_(n-1))

该表达式通过(t_(n)-t_(n-1))＝const.被简化为：

d/dt＝(x_ist(n)-x_ist(n-1))

因此，下面的三种情况在当前的控制周期(n)中对于推进运动的实际运动方向R_ist(n)是可能的：

(1)(x_ist(n)-x_ist(n-1))>0→Sgn(d/dt)＝R_ist(n)＝+1

(2)(x_ist(n)-x_ist(n-1))＝0→Sgn(d/dt)＝R_ist(n)＝0

(3)(x_ist(n)-x_ist(n-1))<0→Sgn(d/dt)＝R_ist(n)＝-1

换句话说，在第一种情况(1)下，研磨盘G相对于定心轴C有向前运动的趋势，在第二种情况(2)下，研磨盘G与定心轴C的间隔并不改变，即研磨盘G是固定的(没有运动)，而在第三种情况(3)下，研磨盘G相对于定心轴C有向后运动的趋势。

然后，因此确定的推进运动V的目标运动方向R_soll和实际运动方向R_ist的方向值(1、0或-1)分别被施加到成比例作用传递元件(P元件)56或58，其发出各自的具有可设置放大率的信号。为了加重各自信号的影响，该放大率可变化。

用于推进运动V的目标运动方向R_soll和实际运动方向R_ist的以此方式放大的信号此后被施加到求和点60，其执行已确定的推进运动V的实际运动方向R_ist和已确定的推进运动V的目标运动方向R_soll通过差分格式进行的比较(目标值减去实际值)。如果在该种情况下，已确定的推进运动V的目标和实际运动方向R_soll和R_ist分别对应于：

(a)R_soll(n)＝+1＝R_ist(n)或者(b)R_soll(n)＝-1＝R_ist(n)

即，(a)研磨轮G相对于定心轴C应该具有向前运动的趋势，并且实际也是向前运动，或者(b)研磨轮G相对于定心轴C应该具有向后运动的趋势，并且实际上也是向后运动，则求和点60的输出等于零。相同的内容也适用于有意固定推进轴X的边界情况：

(c)R_soll(n)＝0＝R_ist(n)

即，如果(c)没有发生研磨轮G的推进运动V，并且也没有出现的话。这些情况中的研磨处理按照期望进行；研磨轮G是锋利的。

在求和点60的前述比较中可能的不同情况包括，特别是如下状态：

(d)R_soll(n)＝+1≠R_ist(n)＝0和(e)R_soll(n)＝+1≠R_ist(n)＝-1

在上述第一种不同情况(d)中，研磨轮G应在定心轴C的方向上运动(图2中的推进运动V)，但并没有这样做(推进轴X的阻挡)。于是，在此刻，与推进力F_V相反的处理分力F_P至少与推进力F_V相等(参见图1)，在这种情况下，研磨轮G被防止其进一步的推进运动。原因可能是，例如研磨轮G钝化或磨损或者冷却润滑剂供给不充足。

上述第二种不同情况(e)在对非圆形几何形状的工件L进行研磨时会发生，如果处理分力F_P超过了推进力F_V，由于依赖于角度的作用点的变化，因此就会产生研磨力在总量和有效方向上的变化，在这种情况下，由于工件L的非圆形外部轮廓AK，工件L与推进方向相反而推开研磨轮G。这在图4中进行了描述：旋转工件L沿其半径(随着圆周变化)相对于定心轴C或沿着其“突出”的轮廓部分以径向方向推动研磨轮G与图4中的推进方向相反以量Δx向右移动。

在描述的不同情况中，工件L和/或工具G具有过压或过载的风险，其会导致在作用点被“烧坏”，并且在非圆形处理中，会有研磨轮G“挖入”工件L的额外风险，并因此造成工件L形状上的缺陷。在这些情况下，为了促进推进轴的屈服(yielding)并且为了消除线性导轨30、32的相关的初始分离转矩，推进轴X的力限制值通过致动器电流I同步减小。

更准确地，在将已确定的推进运动V的实际运动方向R_ist(n)与已确定的推进运动V的目标运动方向R_soll(n)的比较中，在求和点60产生比较信号，其通过具有比例积分作用的传递元件62(PI元件)产生电流减小信号I_red(n)。或者，还可以使用快速PID元件，其具有例如为零或者几乎零的差分或导数作用时间T_V，与PI控制器作用相似。

电流减小信号I_red(n)作为减数施加到另一个求和点64。预定的电流限制值在求和点64形成被减数，即最大目标电流I_sollmax信号，其通过另一个比例作用传递元件66(P元件)从最大目标推进力F_Vsollmax产生，该最大目标推进力F_Vsollmax已经在上面提到并且由NC控制预设。在对最大目标推进力F_Vsollmax(例如100N)的预设中，一方面要考虑推进力，期望该推进力用于实际研磨处理并且能够被使用者输入；一方面还要考虑由于线性电动机34的齿槽转矩带来的调整轴X的力的波动以及由于在线性导轨30、32中和在工作区域的盖子(未示出)上的摩擦导致的力的损失，它们以举例的形式在一个单独的情况下被确定并且做为目标推进力F_Vsollmax的附加值被包括。

求和点64最后发出一个电流限制信号I_max(n)(最大目标电流I_sollmax减去各个电流减小值I_red(n))，该电流限制信号I_max(n)被施加到电流控制器48。结果，由电流控制器48传送到线性电动机34的、确定线性电动机34的推进力F_V的致动器电流I被动态地限制为电流I_max(n)，即尽管在位置控制电路40可能有当前较高的电流预设值I_soll(n)，电流控制器48仅传送限制电流I_max(n)给线性电动机34。在上面的运动方向不同的情况(d)和(e)中，这会导致线性电动机34的推进力F_V(n)减小(如在图4中上部右侧和底部右侧推进力FV的不同长度的力箭头所示)。与之相反，在上面的情况(a)到(c)中，并没有表现出推进运动V的实际和目标运动方向的不同，预定的电流限制值，即最大目标电流I_sollmax没有减小，这是由于求和点60输出零，而随后的电流减小信号I_red(n)也是零。

如果根据情况(d)和(e)的移动方向不同表现在几个控制周期n中，那么电流减小信号I_red(n)通过PI元件62相应地增加；在求和点64之后，容许电流I_max(n)因此一个控制周期接一个控制周期地逐渐变小。PI元件62的控制行为，例如快、“硬”或“软”，如公知的那样，在该种情况下能通过比例成分(放大器K_p)和积分成分(重置时间T_N)的参数而被影响，并且相对于被处理的材料而得到优化。有益的是，在每一个研磨处理中，根据待研磨的工件几何形状的圆度或多边形，使用对放大器K_P和重置时间T_N的不同参数设定，不过继续用于各研磨处理。因此对于多边形例如正方形的外部轮廓AK，预先将放大器K_P选择为相当大，但是重置时间T_N相当小，并且对于圆的或无角的例如椭圆形的外部轮廓AK，预先将放大器K_P选择为相当低，并且因此重置时间P_N具有更高的趋势。用于控制器参数化的实际值对于各定心机器10和各研磨处理被独立地优化，从而在此不会发生量化。如果最后在实际和目标运动方向的比较中，在求和点60不再有差别，致动器电流I通过电流控制器48而增加，最多回到预设的电流限制值，借此，线性电动机34的推进力F_V相应地再次增加。

图5是通过定心研磨处理的例子随时间t记录的图，具有上述可选择地能打开或能关闭线性电动机34上的致动器电流限制或力限制，在图5顶部，示出了工件主轴24与研磨轮G一起的X滑件28的推进行程x(实线或虚线)，其下是由于致动器电流I的限制而累积的滞后误差(点虚线)。X滑件28从位于预选的推进速度的点a开始，其并不必须与工具的加工能力相连接，并且相对于最快速和有效的材料加工可能性，优选被选择为高于通过研磨移除的材料可能性。在b点，研磨轮G撞击工件L。然而，实际位置x_ist跟随目标位置x_soll，大体上无差错地直到b点，实际位置x_ist(实线)和目标位置x_soll(虚线)此后“分开”；产生滞后误差(在底部的点虚线)。在该种情况下，期望在b点(在图中不可见)有推进运动V的短暂的阻碍，如上面描述，其通过电流限制部42引起推进力F_V的减小，从而不会发生工件L或工具G的过载。结果是，位置控制电路40“努力”补偿滞后误差，但是尽管在电流控制器48处的合适的电流预设值I_soll，线性电动机34的电流供给被电流限制部42(I_max)所限制。仅从c点，当达到目标位置x_soll的端值，滞后误差减少，直到实际位置x_ist在d点也达到其端值。换句话说，在点b和d之间，研磨轮G的实际位置x_ist和推进运动V的速度(图形的坡度)仅仅作为电流限制部42允许的推进力F_V的结果产生。作为电流限制部42的结果，在点b和d之间推进力值的大小使得在推进运动V的实际运动方向R_ist和目标运动方向R_soll之间没有出现长时间的偏差，因此总是在允许的范围内为最大量。当在d点，滞后误差的可设置限制值(例如0.01mm)在工件L的完整一周旋转期间落在下面时，能推断出所描述的功率研磨处理。

然而(尤其)在图5中的点b，期望出现上面进一步描述的差异情况(d)(推进轴X的阻碍)，图5中细部图D_V——其在x方向和t方向上基本上成比例增加——描述了当旋转的工件L将研磨轮G以量Δx背离推进方向推动时的不同情况(e)的场合，这在上面通过参考图4已经解释。在该种情况下，细部图D_V中的点e与图4上部的状态相对应，而细部图D_V中的点f代表了图4中底部的状态。因此，产生以锯齿状重复(未重复描述)的滞后误差的增加。

当电流限制部42被激活，预选的推进速度的量基本相等，因为速度控制器46传递的目标致动器电流I_soll在处理期间可以在电流控制器48中以任何情况被限制(I_max)。因此，在加工期间，以不同的预选的推进速度(例如向工具G和工件L快速逼近的快速运动)以及工作周期(其通过与之比较而变慢)进行处理也是可能的。通过推进轴X的滞后误差的连续评估，在该种情况下能够简单并可靠地发现在快速运动和工作循环之间的切换点(初步剪切的识别)，这是因为在工具G和工件L接触的瞬间，由于缺乏力的保留或线性电动机34的有限制推进力F_V(例如，在图5中点b之后迅速累积的滞后误差)，推进轴X的滞后误差快速并有力地增加。与工件L的安全间隔并不是必须的，该安全间隔在现有技术中是惯用的并且由于“在工作周期中的半空中研磨”将伴随着大量的时间损失，这是由于作为线性电动机34的力减小的结果，工具G和/或工件L的危险的过载和损坏不会发生。

公开了一种对工件进行定心研磨的方法，通过使用了在研磨工具和工件之间产生相对的推进运动的致动器的研磨工具对工件特别是光学镜头进行定心研磨，其中，致动器与致动器电流的电流控制器一起集成在在以预定的控制周期运行的位置控制电路中，该电流控制器确定致动器的推进力。在该方法中，对于每个控制周期：(i)确定推进运动的目标移动方向以及推进运动的实际运动方向；然后(ii)将已确定的实际和目标运动方向进行相互比较；并且最后(iii)如果上述比较显示出在实际和目标运动方向之间存在差异，为了减小致动器的推进力，通过电流控制器传递的致动器电流的预定的电流限制值以规定的方式减小。结果，能迅速并有效地进行推进运动和材料加工，而没有工具或工件的过载发生。

参考标号列表

10定心机器

12下定心主轴

14上定心主轴

16下定心主轴传动轴

18上定心主轴传动轴

20下夹紧钟

22上夹紧钟

24工具主轴

26工具主轴传动轴

28X滑件

30导轨

32导轨

34线性电动机

36定子

38线性行程测量***

40位置控制电路

42电流限制部

44位置控制器

46速度控制器

48电流控制器

50求和点

52功能元件

54功能元件

56P元件

58P元件

60求和点

62PI元件

64求和点

66P元件

A工具旋转轴(以旋转速度调节)

AK外部轮廓

C1、C2工具旋转轴(在角位置控制)

C定心轴

EK最终轮廓

F_Px方向上的处理分力

F_V推进力

G研磨工具/研磨轮

I致动器电流

L工件/光学镜头

R推进运动的运动方向

t时间

U研磨轮的圆形表面

V推进运动

WM角测量***

x研磨工具的位置

Δx工具位移的量

X推进轴/研磨工具的线性轴(在适当位置控制)。

Claims (10)

1.一种研磨工件(L)的方法，该方法通过使用了致动器(34)的研磨工具(G)来进行，该致动器(34)用于在研磨工具(G)和工件(L)之间产生相对的推进运动(V)，其中，致动器(34)与致动器电流(I)的电流控制器(48)一起集成在以预定的控制周期(n)运行的位置控制电路(40)中，该电流控制器(48)确定致动器(34)的推进力(F_V)，其中，对于每个控制周期(n)：

(i)确定推进运动(V)的目标运动方向(R_soll(n)＝-1、0或1)以及推进运动(V)的实际运动方向(R_ist(n)＝-1、0或1)；

(ii)然后将已确定的推进运动(V)的实际运动方向(R_ist(n))与已确定的推进运动(V)的目标运动方向(R_soll(n))进行比较；并且

(iii)如果上述比较显示在推进运动(V)的实际运动方向(R_ist(n))和推进运动(V)的目标运动方向(R_soll(n))之间存在差异，为了减小致动器(34)的推进力(F_V)，通过电流控制器(48)传递的致动器电流(I_(n))的预定的电流限制值进行规定的减小。

2.根据权利要求1的方法，其中，该工件(L)被定心研磨。

3.根据权利要求1的方法，其中，该工件是光学镜头。

4.根据权利要求2的方法，其中，该工件是光学镜头。

5.根据权利要求1的方法，其中，为了进行步骤(i)中推进运动(V)的运动方向((R_ist(n))；(R_soll(n)))的确定，从当前控制周期(n)并从前一控制周期(n-1)中对致动器(34)的目标和实际位置(x_soll(n)，x_soll(n-1)；x_ist(n)，x_ist(n-1))进行评估。

6.根据权利要求1至5中任意一项的方法，其中，为了进行步骤(ii)中已确定的推进运动(V)的实际运动方向(R_ist(n))与已确定的推进运动(V)的目标运动方向(R_soll(n))的比较，产生比较信号，该比较信号通过PI或者PID传递元件(62)产生电流减小信号(I_red(n))，并且其中在步骤(iii)中，将通过各自电流减小信号(I_red(n))而减小的预定的电流限制值的信号做为电流限制信号(I_max(n))施加到电流控制器(48)。

7.根据权利要求6的方法，其中，用于PI或者PID传递元件(62)的比例成分(放大器K_P)和积分成分(重设时间T_N)的不同参数的设置依据待研磨工件(L)的形状而使用。

8.根据权利要求1至5中任意一项的方法，其中将线性电动机(34)用作在研磨工具(G)和工件(L)之间产生相对推进运动(V)的致动器。

9.根据权利要求6的方法，其中将线性电动机(34)用作在研磨工具(G)和工件(L)之间产生相对推进运动(V)的致动器。

10.根据权利要求7的方法，其中将线性电动机(34)用作在研磨工具(G)和工件(L)之间产生相对推进运动(V)的致动器。