CN110177648A - 用于磨削能导电的工件的磨削机器人和用于运行这种磨削机器人的方法 - Google Patents

用于磨削能导电的工件的磨削机器人和用于运行这种磨削机器人的方法 Download PDF

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Abstract

用于磨削能导电的工件(6)的磨削机器人，其包括磨具(5)、用于操作磨具(5)的单元(7)和控制部，其中，磨具(5)包括轴状的工具承载件(3)，工具承载件限定出磨具在磨削时能够围绕着进行旋转的转动轴线，并且磨具还包括关于转动轴线旋转对称的头部(1)，头部包含磨料并且具有磨削面，该磨削面在磨削期间与工件(6)接触，其中，磨具包括测量和传输单元(2)以及带有两个彼此间电绝缘的导体股(10、11)的至少一个导体股对，其中，导体股(10、11)埋入到旋转对称的头部(1)中，并且从头部(1)的磨削面延伸至头部(1)的内部并在那里与测量和传输单元(2)电连接。

Description

用于磨削能导电的工件的磨削机器人和用于运行这种磨削机 器人的方法
技术领域
本发明涉及一种用于磨削能导电的工件的磨削机器人和一种用于运行这种磨削机器人的方法。
背景技术
磨削机器人由通常的现有技术中公知。磨具向工件的靠近在此通过测量磨具朝着工件的方向的定位并且通过测量由工件施加到磨具上的力来控制。就此参见EP 0 421 323A1。
实践中所谓的参数的测量是困难的。此外，磨具在运行期间会发生损耗。在公知的磨削机器人中没有考虑到这一点，这就降低了磨削结果的精确度。发明人面临的任务是，提供一种用于磨削能导电的工件的磨削机器人，其中，在正常运行下仅通过测量电参数就能够实现对磨削过程的控制。此外还应提升磨削结果的精确度。
发明内容
根据本发明，该任务通过一种具有关于装置的独立权利要求的特征的磨削机器人和一种具有关于方法的独立权利要求的特征的、用于运行这种磨削机器人的方法来解决。更多的有利设计方案由从属权利要求中得出。
本发明能够从以下构思中推导出来。磨削机器人使用磨具，以便移除工件表面上的材料，例如，在液压机的叶轮的浇注的叶片的情况下用于成形出叶片的液压轮廓。为了避免耗费时间的靠近工序，磨削机器人必须能够确认，磨具何时与工件接触。因为磨具在运行期间发生损耗(其中，头部的直径减少)，所以磨削机器人此外还必须一直获知关于头部当前直径的信息，从而磨削机器人能够制造出工件在公差之内的所期望的轮廓。在传统的磨具中，只能估计出运行期间的当前的头部直径，例如在相应的运行时间内。然而，针对上文提及的液压轮廓的很小的公差，这种估计是不准确的。
附图说明
下面借助附图阐述根据本发明的解决方案。其中示出了以下细节：
图1示出根据本发明的磨削机器人；
图2以沿着转动轴线的剖面图示出磨具在根据本发明的、第一实施方式的磨削机器人中的应用；
图3以横向于转动轴线的剖面图示出磨具在根据本发明的、第一实施方式的磨削机器人中的应用；
图4以沿着转动轴线的剖面图示出磨具在根据本发明的、第二实施方式的磨削机器人中的应用；
图5示出了用于运行根据本发明的磨削机器人的方法。
具体实施方式
图1用高度示意的方式示出了根据本发明的磨削机器人。根据本发明的磨削机器人适合用于自动地磨削能传导的、用6表示的工件。磨削机器人具有用5表示的磨具。磨具5包括用1表示的旋转对称的头部、用3表示的工具承载件和用2表示的测量和传输单元。磨削机器人此外还包括用7表示的、用于操作磨具5的单元。对磨具5的操作在此一方面包括借助工具承载件3对磨具5进行保持和转动。此外，还使磨具5靠近并挤压到工件6上，其中，磨具5的头部1与工件接触。用于操作磨具5的单元7例如能够包括机器人手臂。磨削机器人8此外还包括用8表示的控制部。控制部8与用于操作磨具5的单元7相连并且控制单元7，其中，控制部8使用由测量和传输单元2产生并传送到控制部的数据。
图2沿着转动轴线示出用在根据本发明的、第一实施方式的磨削机器人中的磨具5。在这里，旋转对称的头部用1表示并且工具承载件用3表示。在运行中，磨具围绕着工具承载件3旋转。磨具5此外还包括用2表示的测量和传输单元。测量和传输单元2配备有独立的电源，电源例如包括电池或超级电容器(未示出)。在旋转对称的头部1中埋入有至少两个导体股，其中，两个导体股示例性地用10和11表示。导体股在此分别从旋转对称的头部1的、在运行时与工件6接触的外面延伸至头部1的内部，并且在那里与测量和传输单元2电连接。导体股彼此间电绝缘，这要么能够通过导体股相互间的间隔实现，要么能够通过导体股的电绝缘实现。
图3以横向于转动轴线的剖面图示出了与图1中一样的磨具5的相同实施方式，其具有相同的附图标记。能够看出，导体股10和11在该示图方式中依次排列，并且径向地从头部1的圆柱形的外面延伸至其内部。
图2和图3的磨具5设计成：在运行期间，头部1的圆柱形的外面与能导电的工件6接触。在磨具5的合适的转动位置的情况中，在运行时通过接触能导电的工件6来建立导体股对10和11的股之间的电连接，从而形成电流回路，该电流回路从测量和传输单元2出发经由导体股10、工件6和导体股11返回至测量和传输单元2(或者反向)地延伸。该电流回路被测量和传输单元2用于测量电阻。导体股设计成使得测量的电阻受导体股的电阻的支配。当磨具5在运行期间发生损耗时，头部1的直径就变小，这导致导体股10、11相应地缩短，这又导致测量到的电阻变小。因此，测量到的电阻是与磨具5的损耗度互为反比的量。测量和传输单元2被设计用于将测量到的电阻值进而损耗度传输到控制部8。传输例如能够通过蓝牙来实现。由控制部8接收到的信号被用于控制磨削过程，以便制造出工件的所期望的轮廓。当头部1不碰触工件6时，不存在闭合的电流回路并且没有电流穿流过导体股10和11。在这种情况下，测量和传输单元2不向控制部8传输电阻值。替代地，测量和传输单元能够向控制部8传送另外的信号。该信号或者说不存在电阻的信号被控制部8用于使磨具5靠近工件6的工序。
导体股10、11在图2和3中所示的布置方式仅是许多可能的布置方式中的一种。径向延伸在此是特别简单的，并且因此对制造用在根据本发明的磨削机器人中的磨具5是有利的。作为替选，图3中的导体股也能够螺旋地向内延伸，或者在图2中不垂直于圆柱形的表面，而是倾斜地或者拱曲地延伸。仅要求：导体股长度总是伴随着头部1的预期的损耗而缩短，从而导体股长度的减少针对损耗度而言是连续的量并且因此测量到的电阻与损耗度成反比。
在图3中示出大量导体股对10、11。因为磨具在运行期间非常快速地转动，所以很少量的这种对就足够用于周期性的电阻测量，这是因为每一对都总是重复地经过能导电的工件。因此，一个导体股对10、11足以提供根据本发明的功能。使用过多的导体股对10、11有时候反而是不利的，这是因为可能在某个时间点有多于一个的导体对与工件接触(例如当工件6的表面相应是弯的时)，这就导致同时形成多个闭合的电流回路。然而该问题能够由设计合理的测量和传输装置2解决，为此，识别并相应地考虑这些状态，或者在最简单的情况下通过使用较少数量的导体股对10、11。
图4以沿着转动轴线的剖面图示出了用在根据本发明的、第二实施方式的磨削机器人中的磨具5，其配有和图1、2和3中一样的附图标记。图4中所示的磨具5具有旋转对称的、球形的头部。因为这种头部1在运行期间逐点地与工件接触，所以导体股对10、11必须以非常接近地相邻的方式引导至头部1的表面并且在头部1的预期的磨损区域中彼此间紧密地延伸。因此，图4中分别用单根的线示出导体股对10、11。当然，这种布置方式通常要求导体股10与导体股11电绝缘地实施。一种可能性是：使用相对彼此绝缘的共轴导体股，也就是说其中一个导体股10或11管状地包围另一个导体股，其中，在内导体和外导体之间存在合适的绝缘材料。两个导体股10和11平行延伸也能够是同样良好的，其中，在它们之间存在绝缘材料。
对于如图4中成形出的磨具所期望的是，磨具并非各向同性地发生损耗，而是大致上相比于转动轴线与头部1的表面的交点区域中靠前的部分，头部1的位于轴线的侧向的部分损耗得更快。因此有利的是，导体股对10、11设置成：它们引导到头部1的表面的不同的损耗区域中，并且测量和传输单元2能够在这些导体股对10、11之间进行区分。以这种方式能够使控制部8也获得这种各向异性的损耗情况的信息。
根据本发明的、图4中所示的实施方式此外还包括用于测量工具承载件3的可能发生的弯曲的可选装置。当工件和导体股10、11之间的电接触在运行期间受到干扰时，这种装置能够是有利的。在这种情况下，控制部8持续性地从测量和传输单元2获得反馈，即，不存在闭合的电流回路并且因此不能进行电阻测量。因为存在电阻的信号也向控制部8提供关于磨具与工件存在接触的信息，所以如果控制部8认为尚不存在接触并因此试图将磨具5进一步接近工件6。由此增加已经靠置工件的磨具5上的压力。由此导致工具承载件3过度的弯曲。当没有发现这种状态时，那么就会导致从工件6磨掉过多的材料并且工件6超出公差。通过监控工具承载件3的弯曲能够避免这种情况。图4中用于测量工具承载件3的弯曲的装置附加地还包括垫片，垫片位于在工具承载件3上并且用4表示。在垫片4与测量和传输单元2之间存在合适的距离，并且测量和传输单元2具有合适的传感器，这些传感器能够以分布在垫片周边上的方式在多个部位处对该距离进行测量。测量和传输单元2也将这些测量值传输到控制部8。如果工具承载件3仅略微折弯，那么就意味着一个或者多个被测量的距离发生变化。如果在磨具(5)靠近工件(6)期间(也就是在能够测量到电阻值之前)探测到弯曲超过了预定的界限，那么就生成错误报告，并且磨具5通过单元7从工件6上移开。当然，所描述的可选的、用于测量工具承载件3的可能发生的弯曲的装置在磨具5的所有能想到的实施方式中都能够应用到根据本发明的磨削机器人中，并且不局限于图4中所示的实施方式。
对垫片4与测量和传输单元2之间的距离的测量例如能够借助光学的、机械的、电容式的或者感应式的传感器来实现。
由上文中得知，导体股对10、11的布置和其在测量和传输单元2中的评估必须分别匹配旋转对称的头部1的几何形状以及其预期的损耗。在此能够考虑所有常见的几何形状(例如圆锥形、半倒圆的圆柱形)作为旋转对称的头部1的几何形状。
导体股10、11的材料能够考虑石墨或者碳纤维。然而也能够使用其他的具有合适的电阻率的材料。
图5示出了一种用于运行根据本发明的磨削机器人的方法。方法包括两个用V1和V2表示的步骤。在步骤V1中，使磨具5靠近工件6直至磨具5与工件接触。测量和传输单元2在此一直向控制部8输送如下信号，该信号表明，只要磨具5和工件6之间还不存在接触，那么就没有电流回路经由导体股形成。一旦存在接触，那么就经由导体股形成至少一个电流回路，由此实现电阻测量。测量和传输单元2将测量到的电阻值传送到控制部8，然后控制部终止靠近步骤V1。原则上，只要还不存在接触，测量和传输单元2也就能够不传送信号。无论如何，一旦测量和传输单元2向控制部8传送了测量到的电阻值，控制部8就终止靠近步骤V1。在接下来的步骤V2中，借助磨具5加工工件6直至达到所期望的表面轮廓，其中，测量和传输单元2持续地将测量的电阻值传送到控制部8，该控制部在判断是否达到所期望的表面轮廓时考虑这些值。这通过以下方式得以实现，即，如上面所描述的那样，测量到的电阻值包含关于磨具1的当前的损耗度的信息。对测量到的电阻值的持续传送也能够周期性地进行，也就是说测量和传输单元2总是在经过一段预定的且恒定的时间间隔后才传送电阻值。依据时间单位内预计的磨损和所要求的表面精确度地事先来确定周期时间。表面公差越小，周期时间就选择得越短。

Claims (14)

1.用于磨削能导电的工件(6)的磨削机器人，所述磨削机器人包括磨具(5)、用于操作所述磨具(5)的单元(7)和与用于操作所述磨具(5)的单元(7)连接并控制所述单元的控制部(8)，其中，所述磨具(5)包括轴状的工具承载件(3)，所述工具承载件限定出所述磨具在磨削时能够围绕着进行旋转的转动轴线，并且所述磨具还包括关于所述转动轴线旋转对称的头部(1)，所述头部包含磨料并且具有磨削面，所述磨削面在磨削期间与所述工件(6)接触，其特征在于，所述磨具包括测量和传输单元(2)以及至少一个带有两个彼此间电绝缘的导体股(10、11)的导体股对，其中，所述导体股(10、11)埋入到旋转对称的头部(1)中并且从所述头部(1)的磨削面延伸至所述头部(1)的内部并在那里与所述测量和传输单元(2)电连接，其中，所述导体股(10、11)布置成使得在磨削期间通过与所述工件(6)接触能够形成闭合的、用于测量电阻值的电流回路，其中，所述电流回路从所述测量和传输单元(2)出发经由导体股(10)、工件(6)和导体股(11)返回至所述测量和传输单元(2)地延伸，并且其中，所述导体股(10、11)设计和布置成使得测量到的电阻受所述导体股(10、11)的电阻的支配，因此测量到的电阻是与所述磨具(5)的损耗度成反比的量，并且其中，所述测量和传输单元(2)被设计用于测量所述电阻并且将测量值传到控制部(8)，并且其中，所述控制部(8)构造成使得所述控制部能够在判断是否达到工件(6)的预定的表面轮廓时考虑所传输的电阻值。
2.根据权利要求1所述的磨削机器人，其中，所述导体股(10、11)彼此间隔开地实施以便相互绝缘。
3.根据权利要求1所述的磨削机器人，其中，在所述导体股(10、11)之间存在合适的电绝缘材料。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的磨削机器人，其中，所述导体股(10、11)彼此平行地延伸。
5.根据权利要求3所述的磨削机器人，其中，所述导体股(10、11)彼此共轴地延伸，并且其中，导体股(10)管状地构造并包围导体股(11)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的磨削机器人，其中，所述导体股(10、11)由石墨构成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的磨削机器人，其中，所述导体股(10、11)由碳纤维构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的磨削机器人，其中，所述测量和传输单元(2)包括电池。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的磨削机器人，其中，所述测量和传输单元(2)包括超级电容器。
10.根据上述权利要求中任一项所述的磨削机器人，其中，所述测量和传输单元(2)构造成借助蓝牙将测量值传输到所述控制部(8)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的磨削机器人，其中，所述磨具(5)具有用于测量所述工具承载件(3)的弯曲的机构(4)，并且所述测量和传输单元(2)构造成将弯曲的测量值传输到所述控制部(8)。
12.根据权利要求11所述的磨削机器人，其中，所述磨具(5)包括垫片(4)，所述垫片位于所述工具承载件(3)上，并且所述测量和传输单元(2)包括多个传感器，所述传感器被设立用于在多个围绕所述垫片(4)的周边分布的部位处测量所述垫片(4)与所述测量和传输单元(2)之间的距离。
13.用于运行根据上述权利要求中任一项所述的磨削机器人的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
V1：使磨具(5)靠近工件(6)，直至所述磨具(5)与所述工件(6)接触；
V2：借助所述磨具(5)加工所述工件(6)，直至达到所述工件(6)的预定的表面轮廓；
其特征在于，一旦控制部(8)由测量和传输单元(2)传送得到电阻测量值，所述控制部就终止步骤V1并且过渡到步骤V2，并且其中，所述测量和传输单元(2)在步骤V2中持续地将测量到的电阻值传送到所述控制部(8)，所述控制部在判断是否达到所述预定的表面轮廓时考虑所述电阻值。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法用于运行根据权利要求11或12所述的磨削机器人，其中，当在步骤V1中所述测量和传输单元(2)传送了超出针对弯曲的预定的值的弯曲时，所述控制部(8)生成错误报告并将所述磨具(5)从工件(6)上移开。
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