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Die
Erfindung befasst sich mit der Verbesserung einer über viele
Jahrhunderte überlieferten,
erprobten und bewährten
Anbringung eines Bearbeitungsstifts an einen zu schleifenden Edelstein
im Rahmen eines Fertigungsverfahrens zum Schleifen und/oder Polieren
von Edelsteinen.
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Das
Verfahren zur Anbringung des Bearbeitungsstifts befasst sich mit
dem Anbringen eines nächsten
Folgestiftes als Handhabungs- oder Bearbeitungsstift an dem zu schleifenden
Stein, der zuvor von einem vorhergehenden Stift gehalten wird, welcher
bspw. als Messstift vorangehenden Messungen am Stein diente, um
die Geometrie des zu schleifenden Rohsteins, insbesondere Roh-Edelsteins,
bestmöglich
in eine zu gewinnende Form eines geschliffenen Edelsteins einzupassen,
respektive anders herum. Der Edelstein in seiner gewünschten
geometrisch vorgegebenen Form soll bestmöglich ausgenutzt werden, unter
Reduzierung des Verlustes von Rohvolumen (insbesondere volumenoptimiert
gestaltet werden).
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Die
Jahrhunderte lang tradierte und erprobte Technik zum Schleifen von
rohen, ungeschliffenen Edelsteinen arbeitet mit einem bleistiftähnlichen
Haltestift und einem normalen Holzklotz, der als Lochbrett zum Einstecken
des Holzstiftes dient, an dessen Spitze der rohe, ungeschliffene
Stein mit einem Harztropfen befestigt ist, wobei das Einstecken
des Stiftes in das Lochbrett eine Winkelneigung definiert, die zum
Schleifen benötigt
wird und möglichst
gleichförmig
beim Schleifen und später
beim Polieren zu halten ist, vgl.
DE 85 04 419 U1 (Landgraf), dort Seite 1, mittlerer
Absatz. Nur dann können
der Schliff und das Feuer des entstehenden geschliffenen Edelsteins
erhalten oder verbessert werden.
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Der
Holzstift wird nach dem Schleifen der ersten Hälfte des Steins durch Temperatureinfluss gelöst, wobei
das Harz erweicht, und es findet ein Umstiften statt, bei dem der
Stein mit einem anderen Holzstift gehalten wird, der an einer anderen
Stelle mit derselben Technik neu befestigt wird, vgl. erneut Landgraf,
Seite 18, 8 und Seite 12, letzter Absatz
mit den Begriffen des ”Umkittens” nach Seite
9, mittlerer Absatz. Der Stein wird dazu gedreht und an dem daran
befestigten Holzstift erneut in das Loch des Lochbretts gesteckt,
um die gegenüberliegende Seite
des Steins schleifen und polieren zu können.
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Auch
für diese
Seite gilt eine größtmögliche Konsistenz
der Winkeleinhaltung für
die zu schleifenden Facetten, wobei das Lochbrett die Schleifwinkel in
einem Raster von einem halben Grad einzustellen erlaubt.
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Beim
Umstiften im genannten Sinne erfolgt eine Veränderung des Bearbeitungszenits,
von der ”nördlichen
Halbkugel” zur ”südlichen
Halbkugel” des zu
schleifenden rohen Edelsteins. Bei diesem Umstiften ist der erfahrene
Bearbeiter seinem eigenen Ermessen, Fingerspitzengefühl und seiner
optischen Einschätzung
unterworfen, um den Folgestift beim ”Umstiften” an einer ihm genehmen Stelle
des vom ersten Stift thermisch befreiten Steins zu positionieren,
wie er ebenso beim ”Anstiften”, also
dem Anbringen des ersten Holzstiftes auf seine eigene Wahrnehmung
und Erfahrung angewiesen ist. Das Verhältnis der anzubringenden beiden
Stifte hat dabei keine definierte, wiederholbare Genauigkeit, oder
nur diejenige Genauigkeit, die der erfahrene Schleifer der ersten
Stiftanbringung und der zweiten Stiftanbringung beigeben kann.
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Andere
Verfahren zum Wechsel auf den Folgestift beim ”Umstiften” sind beschrieben in
EP 945 217 A1 (Dueffe,
Forlani Fausto). Dort wird das Facettieren von Schmucksteinen oder ähnlichem
beschrieben, die an sogenannten ”Dop Sticks” angebracht sind. Beschrieben
wird das Arbeitsverfahren des Facettierens, und besonders in Spalte
5, Absatz [12] und [13] das Verändern
des Stiftes
9a,
9b nach den dortigen
8 und
9.
Zwei solcher Haltestifte (Dop Sticks) werden koaxial zueinander
gehalten, und einer dieser Stifte greift an der facettierten Fläche des
Edelsteins an, dagegen ist der andere Stift (dort Dop Stick
9a)
an der nicht facettierten Flachseite des Stiftes in noch nicht vollständig behandeltem Zustand
angeordnet. Beschrieben wird, dass ein Kleber zum Halten des Stiftes
am Edelstein, oder andersherum verwendet wird. Nähere Ausführung zur Entfernung des Klebers
und zur Art und Weise des Wechsels der Stifte sind hier nicht enthalten.
Andere Schriften, so
GB
2,009,642 A (Gersoran) befassen sich hauptsächlich mit
der Form von Haltestiften, bspw.
1 mit den
dortigen Bezugszeichen
8,
11 und
12,
oder
US 3,940,888 A (Wain)
mit dem dortigen Haltestift nach
3 und
mit dem daran andeuteten Edelstein nach
2, dort
Bezugszeichen
31,
32,
35 und dortige
Spalte 4, Zeilen 18 bis 36. Eine ”Doppe” (vgl. auch den Dop Stick)
zum Halten von Edelsteinen ist aus
AT 90 548 B (vom 27. Dezember 1922) bekannt,
allerdings in Gestalt eines kegelförmigen Körpers an dessen Spitze der
zu schleifende Edelstein gehalten wird. Vom Wesen her betrifft diese stark
kegelförmig
ausgebildete ”Doppe” nicht
mehr einen Stift, gleichwohl ist sie funktionsmäßig zum Halten des Steins ausgebildet
und kann an dem breiteren Ende durch eine Vielzahl von Zähnen oder Löchern in
vorbestimmten Winkelstellungen zum Zwecke des Schleifens von Facetten
fein eingestellt, justiert und verändert werden.
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Der
Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Umstiften von einem ersten
Stift zu einem Folgestift zu vereinfachen und zu automatisieren,
und dabei die Genauigkeit zu erreichen, die für eine automatisierte Bearbeitung
beim Messen und/oder Schleifen und/oder Polieren nötig ist,
um Koordinatensysteme für
die Orientierung und die geometrische Platzierung des entweder rohen,
halbgeschliffenen oder fertigen Steins beibehalten und beim Umstiften übergeben
zu können
(in einem berechnenden oder steuernden Prozessrechner).
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Für die Lösung dieser
Problemstellung schlägt
die Erfindung die Lehre der Ansprüche 1 und/oder 15 vor. Die
Stifte zum Ausmessen und zum Bearbeiten eines Steins sind im Rahmen
des vorgenanten Verfahrens Gegenstand der Ansprüche 20, 25 und 30.
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Das
Umstiften betrifft dabei zum einen den Wechsel von einem Messstift
hin zu einem ersten Folgestift als Bearbeitungs- oder Handhabungsstift (Anspruch
7). Das Umstiften im Sinne dieser Problemstellung betrifft aber
auch den Wechsel von einem ersten Handhabungs- oder Bearbeitungsstift
hin zu einem zweiten Handhabungs- oder Bearbeitungsstift (Anspruch
8), um die andere Hemisphäre
(das zu der Rundistenebene gegenüberliegende
Profil des insoweit noch rohen Steins) bearbeiten zu können, insbesondere
schleifen und/oder polieren zu können.
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Das
Verfahren zum Anbringen des nächsten Bearbeitungsstiftes,
kurz ”Folgestiftes”, beginnt
mit der Montage oder ”dem
Fixieren” dieses
Stiftes an dem entweder rohen oder zumindest hälftig fertig geschliffenen
und polierten Stein. Das Anbringen geschieht über eine zweite Klebestelle,
welche von der ersten Klebestelle, an der der alte Stift als vorhergehender
Stift noch immer befestigt ist, beabstandet ist.
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Bevorzugt
ist die zweite Klebestelle auf einem Oberflächenabschnitt des Steins angeordnet, welche
in Fluchtung der Achse des ersten, vorhergehenden Stiftes definiert
wird, aber dieser geometrische Zusammenhang ist nicht zwingend.
Durch die Platzierung des neuen Stifts im Winkel größer oder kleiner
als Null ggü.
dem noch haltenden Stift kann die Lage des zu bearbeitenden Steins
relativ zum neuen Stift (erster Bearbeitungsstift) vorgegeben werden.
Beim Wechsel vom ersten zum zweiten Bearbeitungsstift ist die Bevorzugung
der axialen Fluchtung gegeben.
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Unter
einem 'fluiden Klebstoff' für die Haft- oder
Klebestelle sollen alle möglichen
Werkstoffe verstanden werden, welche klebende oder haftende Eigenschaften
besitzen, einen viskoplastischen Zustand aufweisen und auszuhärten vermögen. Beispiele
für Temperaturen,
bei denen der viskoplastische Zustand gegeben ist, ist die Raumtemperatur
in der die Vorrichtung arbeitet. Ein Aushärten sollte in einem Ausmaß geschehen,
welches den Stein mit ausreichender Haftkraft an dem jeweiligen
Folgestift befestigt, um ihn im Sinne von Schleifen und Polieren bearbeiten
sowie handhaben zu können.
Beispiele für
solche Klebstoffe sind Harze, wie sie derzeit gebräuchlich
sind.
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Dadurch,
dass die verschiedenen Stifte unterschiedliche Aufgaben erfüllen müssen, sind
sie geometrisch unterschiedlich ausgebildet, so der Handhabungs-
und/oder Bearbeitungsstift (Anspruch 20) und der Messstift (Anspruch
25). Ihre Vertauschung oder Austauschung ist Umstiften genannt, wobei
ein vorhergehender Stift gegen einen nächsten Stift ausgetauscht wird
(Anspruch 15) und in einem Zwischenzustand der Stein beide Stifte
trägt,
respektive an dem Stein zwei mit einer jeweiligen Klebestelle angeordnete
Stifte angeordnet sind, die beide tragfähig wären, aber nur an einem der
Stifte der Stein mit einem frei stehenden zweiten Stift gehalten und
bewegt wird (Anspruch 1).
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Der
nächste
Stift als Folgestift ist bei einem vorhergehenden Stift als Messstift
der erste Handhabungs- oder Bearbeitungsstift. Soll die andere Hemisphäre des Steins
bearbeitet werden, wird ein erster Handhabungs- und Bearbeitungsstift
gegen einen zweiten Handhabungs- oder Bearbeitungsstift ausgetauscht,
die beide geometrisch gleich ausgebildet sein können, aber gegenüberliegend
(achsgleich) angeordnet sind, also oberflächen-beabstandet, vorübergehend
beide, und für
den Bearbeitungsvorgang nur der später angeordnete Stift, der
an dem Stein klebend oder haftend verbleibt, dagegen der zuvor angeordnete
Handhabungs- und Bearbeitungsstift von diesem Stein abgetrennt wird.
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Der
Stein wird zunächst
an dem vorhergehenden Stift gehalten. Auch während des Einleitens des Wechselvorgangs
(Umstiften) wird der Stein an diesem vorhergehenden Stift gehalten
(erstes Merkmal des Anspruchs 1). Der Folgestift, im vorher genannten
Sinne, wird in einem Abstand von der Stelle angeordnet, an der der
vorhergehende Stift am Stein angeklebt ist, respektive anders herum.
Dazu erhält der
Folgestift frontendig einen viskoplastischen Klebstoff, insbesondere
ein oder eine Art Harz, welches auszuhärten vermag. Der Folgestift
wird mit diesem Klebstoff – in
einem von Anlage zu Anlage verschiedenen räumlichen Abstand – gegen
die Anbringungsstelle am Stein bewegt, bis das genannte axiale Frontende
dieses Folgestiftes und der Stein sich berühren.
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Das
Aufeinander-zu-bewegen kann auch invers verlaufen, so dass relativ
von einer Reduzierung des räumlichen
Abstandes von Stein und beschichtetem Frontende des Folgestifts
gesprochen werden soll (zweites Merkmal). Sind beide Stifte an dem Stein
platziert, wird die neue Berührstelle
als zweite Klebstelle ausgehärtet.
Beispielsweise durch thermischen Einfluss oder durch Lichteinfluss
aus einer UV-Quelle (Anspruch 8), die mit ihrem Strahl auf die Klebestelle
positioniert wird.
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Die
Positionierung des Folgestiftes führt dazu, dass ein Wechsel
des Haltens der Kombination aus beiden Stiften und Stein vorgenommen
wird.
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Der
Stein mit zwei Stiften wird nunmehr von einer anderen Haltevorrichtung,
beispielsweise einer spannfähigen
Backenvorrichtung oder eines Futters gehalten, so dass der alte
Stift frei abragt. Das Positionieren dieses alten Stiftes als vorhergehender
Stift unter einer Wärme
zuführenden
Quelle, sorgt durch Wärmeleitung
für eine
Zufuhr von thermischer Energie zur ersten Klebestelle (viertes Merkmal
des Anspruchs 1). Das Einleiten der Wärme erfolgt bevorzugt durch
ein Heißluftgebläse und eine
die heiße Luft
bündelnde
Düse, um
auf den vorhergehenden Stift einzuwirken und über diesen Stift in die erste Klebestelle
per Wärmeleitung
eingeleitet zu werden.
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Ein
weiterer Abstand ist dabei als Distanz vorgesehen, mit der Bedeutung,
dass die durch Heißluft
vorgegebene thermische Energie nicht direkt auf die erste Klebstelle
Einfluss nimmt, sondern unter Zwischenschaltung des ersten Stifts
und zumindest eines Stücks
seiner geometrischen Länge.
Aufgrund der Ausbildung des Stiftes als metallischer Stift, oder aus
einem solchen Werkstoff, der metallähnlich ist und Wärme zu leiten
vermag (Anspruch 12), wird die erste Klebestelle lokal gezielt geschwächt und
dann erweicht.
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Die
so geschwächte
und bevorzugt auch erweichte Klebestelle kann jetzt abgetrennt bzw.
gelöst werden.
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Das
Lösen geschieht
durch Aufbringen einer Kraftkomponente, bspw. einer Querkraft, welche
außerhalb
der Achsrichtung der beiden Stifte einwirkt, bevorzugt senkrecht
dazu. Diese Kraftkomponente wirkt auf den vorhergehenden Stift als
den abzutrennenden Stift ein (letztes Merkmal des Anspruchs 1). Mit
der Lösekraft
wird die geschwächte
Klebstelle physisch gelöst
(Anspruch 15), und der Stift wird vom Stein abgetrennt, insbesondere
in Form eines einfachen Herunterfallens bei einer vertikal von oben
wirkenden Kraft. Andere Richtungen der Lösekraft sind von schräg oben oder
nach rückwärts entlang
der Achse als Zugkraft.
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Der
Folgestift, der zuvor an der zweiten Klebstelle mit dem Stein verbunden
wurde, hält
den Stein weiterhin, und nachdem dieser Folgestift an einem Handhabungsarm,
bevorzugt in einer Backenvorrichtung eingespannt ist, hat der Stein
bis zum Lösen bzw.
Abtrennvorgang keine Relativbewegung zu dem einen oder anderen Stift
erfahren (Anspruch 14).
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Eine
hochgenaue Übertragung
des im Stein angelegten Koordinatensystems kann auf diese Weise
erfolgen. Die beiden Platzierungen der Klebstellen sitzen exakt
so, dass zu keiner Zeit eine Ungenauigkeit dieser Positionierung
und der genauen geometrischen Achse durch beide Stifte eintreten
kann (Anspruch 37). Diese Genauigkeit ist besonders für alle Stiftwechsel
vorgesehen.
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Mit
der an sich freien Wahl der ersten Klebstelle (für Messstift) und einer vom
Programmsystem gesteuerten Vorgabe der zweiten Klebstelle (erster Bearbeitungsstift)
sowie der zu letzterer in der Stiftachse fluchtend ausgerichteten
dritten Klebestelle (zweiter Bearbeitungsstift) werden die Messung optimiert
und die Reihenfolge der Bearbeitung der Hemisphären festgelegt. Dabei gibt
es eine gewisse Abhängigkeit
bzw. nicht unmittelbar vorhersehbare Beeinflussung.
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Die
Beeinflussung ergibt sich zunächst
durch die sinnvollen Vorgaben, welche für den Messstift und für den ersten
Bearbeitungsstift zu wählen
sind. Der Messstift hat einen sehr dünnen Anbringungs- oder Montageschaft,
mit dem er durch eine erste Klebstelle an dem rohen Stein zu befestigen
ist. Hierfür
wird unter zwei Kriterien eine Position ausgesucht, die für die Befestigung
günstig
ist, um anschließend
einen möglichst
großen
optischen Freiraum zur optischen Vermessung zu haben. Dazu wäre eine
Stelle am Stein zu wählen,
die bei der Vermessung uninteressant ist (da ein blinder Fleck hier entsteht),
und eine gewisse Flächigkeit
besitzt, um zu dem dünnen
Anbringungsstift günstig
zu liegen und leicht programmtechnisch zu kompensieren ist. Nachdem
beim Anbringen dieses Messstiftes zunächst der Stein in roher Form
betrachtet wird, ohne zu wissen, welche genaue Lage eine Designform
innerhalb es rohen Steins später
haben wird, kann die Wahl eines anfänglich menschlichen Bearbeiters nicht
auf den ganzen Fertigungsprozess ausgerichtet werden oder ihn überschauen,
sondern bemisst sich zunächst
primär
an der Anfangsaufgabe einer guten Vermessung und einer sinnvollen Haltung
des Stiftes zu Messzwecken sowie der leichten Herausrechnung (dem
programmtechnischen Kompensieren des blinden Flecks), Anspruch 33.
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Nachdem
der Messstift seine Aufgabe erfüllt hat,
der rohe Stein vermessen wurde und ein Bearbeitungsstift an einer
beabstandeten Stelle von der ersten Klebestelle anzukleben ist,
wird festgelegt, wie der erste Schleifvorgang vor sich geht.
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Der
Bearbeitungsstift wird dabei nicht zwingend axial fluchtend zum
Messstift angeordnet, sondern hauptsächlich so, wie es die folgende
Bearbeitung erfordert, und das Handhabungssystem bei der Positionierung
des Bearbeitungsstifts erlaubt, Anspruch 34. Gleichzeitig wird dabei
festgelegt, ob das vom Programmsystem gesteuerte Bearbeiten (zunächst primär das Schleifen
des Spitzenendes oder des flächigen
Endes der Designform) erfolgt. Das steuernde Programmsystem kann
hierbei umschalten und kompensieren, Anspruch 36.
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Die
Zuführung
des ersten Bearbeitungsstiftes durch ein Handhabungssystem ist hierbei
nur in einem gewissen Winkel einstellbar, jedenfalls geringer als
räumlich
180°, so
dass nur eine beschränkte Richtungsvorgabe
aus Werkzeuggründen
besteht. Innerhalb dieser Hemisphäre wird die Anbringung des
ersten Bearbeitungsstiftes so liegen, dass die erste Bearbeitung
auf der Flachseite des geformten Edelsteins (der Tafelseite) liegt,
oder von der spitzen Seite des geformten Edelsteins (von der Pavillonseite)
aus erfolgt, Anspruch 35. Die Lage des geformten Edelsteins im rohen
Stein liegt erst nach der Messung fest, und vor dieser Vermessung
war der Messstift angeordnet, so dass diese beiden Zuordnungen zueinander
nicht immer optimiert sind, und oft vom Benutzerempfinden abhängig sind.
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Diese
Unübersehbarkeit
(Zufälligkeit)
kann durch die Umschaltung des Programmsystems für den Schleifprozess kompensiert
werden, indem von diesem Programmsystem festgelegt wird, Anspruch 36,
ob das Schleifen von der Tafelseite oder der Pavillonseite aus beginnt,
eben von dieser Seite aus, welche aufgrund der räumlichen Gegebenheiten und aufgrund
des Einstellwinkels des Handhabungsorgans, welche den ersten Bearbeitungsstift
zuführt, möglich ist.
Wenn die Anbringung des ersten Befestigungsstiftes nicht an der
Stelle möglich
ist, welche das Programmsystem für
die erste Bearbeitung von der Tafelseite aus vorsieht, schaltet
das Programmsystem im genannten Sinne um und legt die Platzierung
des ersten Bearbeitungsstiftes nach Ort der Klebestelle und Richtung
des ersten Bearbeitungsstiftes relativ zum rohen Stein in die andere
Hemisphäre, um
von der Pavillonseite aus zunächst
das Schleifen beginnen zu können,
Anspruch 35, 36.
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Gründe dafür, warum
die eigentlich errechnete erste Position maschinell nicht erreichbar
ist, sind Maschineneinschränkungen,
Kollision mit dem Messstift oder der Klebestelle des Messstiftes.
Dann nimmt das Programmsystem den Wechsel vor und kompensiert die
anfänglich
vielleicht ungünstig
gewählte
Platzierung des Messstiftes über
die erste Klebstelle.
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Die
erste Klebstelle sollte deshalb möglichst flach sein, weil sie
nach der optischen Erfassung von der Programmtechnik herausgerechnet
werden muß, als
ein blinder Fleck, der durch möglichst
einfache Oberflächenkontur
zu ersetzen ist. Der Folgestift, also der erste Bearbeitungsstift
sollte dagegen senkrecht zur (optimierten) Rundistenebene angeordnet werden.
Diese Anbringung nach Ort und Richtung ist schon eine Folge der
Berechnung und der Lage des geformten Steins im rohen Stein. Hier
gibt es hierbei zwei um 180° versetzte
Richtungen, welche vorgeben, ob die Tafelseite oder die Pavillonseite
den ersten Bearbeitungsvorgang erfährt.
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Bei
Anbringung des zweiten Bearbeitungsstiftes an der dritten Klebstelle,
wobei der rohe Stein hälftig
(von der Pavillon- oder Tafelseite aus) schon geschliffen ist, wird
die Klebstelle in genauer axialer Fluchtung zur Richtung des am
Stein noch angeklebten ersten Bearbeitungsstifts ausgerichtet, ebenfalls berechnet
von dem Programmsystem. Bevorzugt wird ein Lösen und ein anschließendes Abtrennen des ”vorhergehenden
Stiftes” durch
eine freistehende Kante oder einen Steg ausgeübt (Anspruch 10). Dazu kann
entweder die Kante gegen den abzutrennenden (vorhergehenden) Stift
bewegt werden, oder anders herum, welche Bewegung bevorzugt ist
(Anspruch 11). Die Kante ist auch bevorzugt nahe der Wärmequelle
angeordnet, so dass keine weiten Wege für die Bewegung der Haltevorrichtung
als Handhabungsarm notwendig sind; besonders bevorzugt ist die Kante
oberhalb des Austritts der Heißluft angeordnet
(Anspruch 13). Der Stein wird dabei als Kombination aus Stein und
zwei daran angeordneten Stiften bewegt (Anspruch 11), bis zu dem
Zeitpunkt, zu dem an der Kante oder dem Steg der eine der beiden
Stifte gelöst
und abgetrennt wird. Eine Relativbewegung vom Stein zu beiden Stiften
findet nach der Anbringung des neuen Stifts, bis zum Lösen oder
Abtrennen des alten Stifts nicht statt (Anspruch 14). Dieser Zeitraum
sichert die Genauigkeit der Übergabe, oder
des Beibehaltens des Koordinatensystems des Steins.
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Es
versteht sich, dass die Wärmeeinwirkung nicht
sofort wirkt, aber aufgrund eines ausreichenden Energieeintrags
(Anspruch 4), kann die erste Klebstelle schnell geschwächt werden.
Je stärker
beispielsweise ein Gebläse
einer Heißlufteinrichtung (Anspruch
16) auf einen abzutrennenden Stift einwirkt, und je besser seine Wärmeleitung
in Längsrichtung
(Anspruch 3) ist, desto schneller kann die Klebstelle geschwächt, insbesondere
auch erweicht werden.
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Durch
das präzise,
punktuelle Einleiten der Wärmeenergie
in die Klebstelle, ohne umliegende Verluste auf den Stein kann sichergestellt
werden, dass der Stein thermisch nicht belastet, insbesondere nicht überlastet
wird, was seine Qualität
herabsetzen könnte,
insbesondere auch ihn gänzlich
verbrennen könnte.
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Obwohl
das Einbringen der Wärme
auf den Stift eine gewisse Verzögerung
mit sich bringt, welche durch die Wärmeleitung verursacht ist,
kann verhindert werden, dass der Stein unter thermischen Schock
gerät und
danach nicht mehr geschliffen werden kann. Er würde bei einem Schleifvorgang
nach einem solchen thermischen Schock platzen oder brechen.
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Bevorzugte
Materialien für
die Stifte zum Messen oder Bearbeiten oder Handhaben sind alle Arten
von Metallen und Metalllegierungen, besonders bevorzugt Messung
(Anspruch 12).
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Andere
Arten der Einbringung von Wärmeenergie
sind das Aufbringen von Strom durch einen Abschnitt des Stiftes,
das Einbringen von Magnetfeldern mit Wirbelströmen im Stift und Weiterleitung
der dadurch entstehenden Wärmeenergie,
wie auch letztlich das Berühren
mit einem thermisch heißen Gegenstand
(Anspruch 2).
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Erprobungen
zur Optimierung haben gezeigt, dass mit einem Gebläse einer
Heißlufteinrichtung
(Anspruch 13, Anspruch 16) eine Zeit von nicht mehr als 40 sec,
bevorzugt unter 20 sec für
den Messstift benötigt
werden, um ausreichend thermische Energie in einen Stift zum Lösen der
Klebestelle einzubringen (Anspruch 4, 38). Die Temperatur liegt bei
ca. 80°C
bis 100°C,
wodurch der Stein (Edelstein) thermisch nicht exzessiv belastet
wird, gleichzeitig aber auch die noch erforderlichen Kräfte beim
Abscheren nicht zu groß werden
(Anspruch 11, Anspruch 14, Anspruch 17).
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Die
eingebrachte Wärmeenergie
breitet sich durch Wärmeleitung
im Stift bis zur Klebstelle aus, die so punktgenau thermisch geweicht
werden kann (Anspruch 2). Es versteht sich, dass dabei die thermische
Energie praktisch ausschließlich
in Längsrichtung
des Stifts (der abzutrennen ist) geführt wird (Anspruch 3). Diesbezüglich kann
erwähnt
werden, dass der erste Stift, der abzutrennen ist, zuerst der Messstift
ist, also derjenige, der zum Ausmessen des Steins diente und seinem
zugehörig
genauen Halten.
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Wenn
der Stein dann die erste Bearbeitungsstufe erlebt, ist der Messstift
nicht mehr erforderlich. Der verbleibende Kleberest der ersten Haltestelle, der
nach dem Abtrennen des Messstifts verbleibt, wird beim Schleifen
entfernt.
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Wenn
der Stift in den zweiten Bearbeitungsvorgang eintritt, wird die
andere Hemisphäre
bearbeitet, an der der vorhergehende Handhabungs- und Bearbeitungsstift
fixiert ist. Dann ist diese Fixierung zu lösen, und das neue Anbringen
eines weiteren Handhabungs- oder Bearbeitungsstifts erfolgt in der Weise,
wie oben beschrieben und in den Ansprüchen beansprucht, durch thermisches
Weichen der Klebstelle des ersten Handhabungs- und Bearbeitungsstifts,
die mechanische Lösekraftkomponente,
bevorzugt als Querkraft, und das Lösen und folgende Abtrennen
des jetzt nicht mehr erforderlichen ersten Handhabungs- oder Bearbeitungsstiftes,
wobei der zweite Handhabungs- und Bearbeitungsstift zuvor an der
gegenüberliegenden
Stelle der Oberfläche
des Steins angebracht worden ist, wie das zuvor mit einem allgemeineren
Ort für
den ersten Handhabungs- oder Bearbeitungsstift erläutert wurde,
der im Bereich der gegenüberliegenden
Hemisphäre
in Fluchtung mit der Normalen zur Tafelebene angeklebt wurde.
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Zu
der minimalen Länge
des Abstands, in dem die Wärme
in den zum Lösen
vorgesehen Stift eingebracht wird, haben Messungen und Erprobungen
erbracht, dass diese Stelle zumindest die hälftige Länge des zu trennenden Stifts
einnehmen sollte (Anspruch 5). Nachdem die Stifte selbst eine sehr
unterschiedliche Länge
haben können,
kann zum Schutz eines wertvollen Edelsteins gesagt werden, dass
der Abstand zumindest 2 cm betragen sollte, und die Wärmeleitung über diese
2 cm erfolgen kann, zum thermischen Erweichen der Klebstelle (Anspruch
6).
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Aufgrund
der unterschiedlichen Arbeitsvorgänge, die mit den Stiften vorzunehmen
sind, sind die Frontenden der Stifte unterschiedlich gestaltet.
Der Messstift hat eine möglichst
kleinflächige
Front, mit wenig Fläche
oder Querschnitt, um möglichst
wenig von dem Stein zu bedecken, den es zunächst zu vermessen gilt (Anspruch
9, 15).
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Wenn
ein Handhaben und insbesondere Bearbeiten erforderlich ist, ist
eine größere Fläche an dem
Frontende sinnvoll, um größere Kräfte für das Schleifen
und/oder Polieren aufbringen zu können, so dass der Handhabungs-
oder Bearbeitungsstift eine Fläche
von größer 4 mm2 an seinem Frontende haben sollte (Anspruch
9, 20).
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Der
Messstift sollte bevorzugt kleiner als 3 mm2 an
seiner Front sein, und bevorzugt größer als der Faktor 2 sollten
die Flächen
der Frontenden der beiden unterschiedlichen Stifte sich unterscheiden (Anspruch
9, 25, 20, 30). Die abhängigen
Ansprüche von
Anspruch 20 bis Anspruch 29 beziehen sich als jeweilige Ausgestaltungen
auch auf das Set (Anspruch 30).
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Die
unterschiedlichen Aufgabenstellungen für die zumindest zwei verwendeten
Stifte zum Halten des Steins umschreiben ihre Geometrie, wobei sie
nicht vollständig
unterschiedlich sind, sondern nicht mehr als hälftig. Der Messstift zum Ausmessen (Anspruch
25) dient der Haltung des Steins, um ihn in einer Messstation so
auszumessen, dass ein Koordinatensystem festgelegt wird, dass dieser
Stein für
die weitere Bearbeitung trägt
und ihn vom Rechner aus zugeordnet ist und bleibt. Der Handhabungsstift,
insbesondere auch zur Bearbeitung im Sinne von Schleifen oder Polieren, übernimmt
den ausgemessenen Stein für
die genannte weitere Handhabung, insbesondere die Bearbeitung. Hierfür ist der
Handhabungs- oder Bearbeitungsstift an einem vorderen Ende besonders
ausgebildet (Anspruch 20).
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Ein
weiterer Handhabungs- oder Bearbeitungsstift, der für die Bearbeitung
der gegenüberliegenden
Hemisphäre
des Steins vorgesehen ist, kann genauso aussehen.
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Der
Messstift und der Bearbeitungsstift haben einen gleichen hinteren
Abschnitt, damit beide Stifte von gleichen Handhabungssystemen bedient werden
können,
ergriffen werden können
und abgesetzt werden können.
Dazu dient der Zwischenabschnitt, der für beide Stifte eine Greifzone
aufweist, die mit einem Handhabungssystem, insbesondere einem Greiferarm
mit vorderen parallel verschiebbaren Backen, ergriffen und zwischen
den Backen eingeklemmt werden kann. Oberhalb der Greifzone sind die
Stifte unterschiedlich, unterhalb der Greifzone können die
Stifte gleich ausgebildet sein.
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Als
Greifzone ist eine umfänglich
symmetrische Greifzone vorgesehen. Sie erstreckt sich über den
ganzen Umfang eines rund angenommenen Zwischenabschnitts, so dass
der Stift eine beliebige umfängliche
Lage in einer Ablage haben kann, von der ihn ein Handhabungsarm
entnehmen möchte.
Besonders bevorzugt ist eine umfängliche
nutförmige Kerbe
(Anspruch 21). Diese erlaubt es, dass die Backen des Handhabungsarms
Vorsprünge
besitzen, mit denen sie in die Kerbe bei einer beliebigen Drehlage
des Stiftes eingreifen können.
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Auch
bei beiden Stiften gleich ausgebildet ist eine Erkennungsmarke,
welche es erlaubt, die Drehlage des Stiftes reproduzierbar zu erfassen
oder mit Meßsystemen
zu erkennen. Insbesondere ist diese Markierung ein sich radial erstreckender
Steg, auch Radialsteg genannt (Anspruch 22). Dadurch kann sich ein
System, welches das Koordinatensystem des Steins kennt, auf die
im Prozess gerade liegende oder stehende Stiftausrichtung einstellen,
beispielsweise durch eine Koordinatentransformation, orientiert
an der Markierung.
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Die
Markierung ist von der Greifzone ausgehend nach frontseitig (oder
frontendig) ausgerichtet, welche Ausbildung bevorzugt ist, so dass
der Messstift und der Bearbeitungsstift auch insoweit gleich ausgebildet
sind.
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Unterschiedlich
ausgebildet ist der jeweilige Halteabschnitt, welches der vorderseitige
Abschnitt ist. Der jeweilige Schaftabschnitt ist bevorzugt gleich ausgebildet,
welcher auf der gegenüberliegenden Seite
der Greifzone angeordnet ist.
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Der
Halteabschnitt bei dem Bearbeitungsstift ist zumindest abschnittsweise
konisch, welche Konizität
sich nach frontendig erstreckt. Die Konizität dient der Reduzierung des
Durchmessers des Greifabschnitts (Greifzone), hin zum frontseitigen
Ende, welches an dem Stein über
den Klebstoff angebracht wird.
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Zumindest
4 mm2 beträgt die Anbringungsfläche bei
dem Bearbeitungsstift, bevorzugt größer. An dieser Fläche wird
der Klebstoff aufgetragen, um dann an dem Stein klebend befestigt
zu werden und auszuhärten.
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Für eine besonders
große
Anbringungsfläche
kann der Halteabschnitt auch als Doppelkonus ausgebildet werden
(Anspruch 23). Zunächst
reduziert sich der Durchmesser von der Greifzone entlang des ersten
Konus, dann verdickt sich der Halteabschnitt zur Frontseite hin
erneut, so dass sich durch den Doppelkonus im Zuge des Halteabschnitts
eine Einschnürung
oder Verjüngung
ergibt, bei großer Klebefläche.
-
Um
die Handhabungseinrichtungen die beiden Stifte gut greifen zu lassen,
ist der Zwischenabschnitt als Greifzone besonders ausgeprägt. Er hat einen
Durchmesser, der größer ist,
als alle anderen Abschnitte. Dadurch ist quer zur Achsrichtung die
Erstreckung des Schaftabschnitts und des Halteabschnitts kleiner,
als die Querabmessung des Zwischenabschnitts. Bei einem runden Stift
kann diese Interpretation auf den Durchmesser angewendet werden.
-
Bei
dem Messstift (Anspruch 25) ist das Halteende auch zumindest abschnittsweise
nach frontseitig konisch ausgebildet, um von der in der Querabmessung
größeren Greifzone
sich zur Frontseite hin verjüngen
zu können.
Die konische Ausbildung ist indes wesentlich deutlicher ausgeprägt, als
beim Bearbeitungsstift, und es findet insbesondere keine erneute
Erweiterung des Durchmessers hin zum frontseitigen Ende statt (Anspruch
29), vielmehr ist das frontseitige Ende (= Frontende) mit einer
Fläche
versehen, die nicht größer als
3 mm2 als Anbringungsfläche für den Stein ist. Dies betrifft
das Halteende im vorderen Abschnitt vor, oder oberhalb der Greifzone.
-
Für eine Gesamtbearbeitung
und Messung eines Steins wird ein Set aus zumindest einem Paar von
Messstift und Bearbeitungsstift verwendet (Anspruch 30). Die Ausbildung
von Messstift und Bearbeitungsstift kann dabei so sein, wie zuvor
erläutert und
beansprucht. Meist werden aber eine Vielzahl von Steinen auf einer
Vielzahl von Messstiften angeordnet um mit ihren Schaftabschnitten
in einem Register abgelegt oder ”gespeichert” zu werden,
bis sie von dem Handhabungsarm jeweils an der Greifzone ergriffen
und einer optischen Vermessung (kurz: Messung) zugeführt werden
oder nach einer Messung dem Umstiftvorgang (Anspruch 1, Anspruch
15) zugeführt
werden.
-
Das
Set ist also nicht einschränkend
so zu verstehen, dass nicht mehr als ein Messstift und ein Bearbeitungsstift
verwendet werden, sondern zumindest einer jeder Kategorie zur Verwendung
beim Gesamtvorgang gebraucht wird.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben:
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1 ist
eine Form eines ungeschliffenen Steins mit einer darin angeordneten
geometrischen Form 1a eines geschliffenen Edelsteins, deren
Außenabmessungen
gänzlich
innerhalb der Außenabmessung
des Steins in der Rohform 1 liegen. Im Beispiel ist eine
Trillion Form gezeigt.
-
2 ist
eine zweite Form eines ungeschliffenen rohen Steins 2 eingebettet
dargestellt mit einem rechteckig wirkenden zweiten geschliffenen Stein,
der eine Emeraldform 2a besitzt.
-
2a ist
eine weitere Form eines ungeschliffenen rohen Steins 2 mit
eingebetteter rechteckig wirkender (vorgesehener) geschliffenen
Designform, die vom Programmsystem so eingepasst wird.
-
3a ist
ein erster Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 20. 3b ist
ein erster Messstift 10.
-
3c 3d zeigen
einen zweiten Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 30.
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4a ist
der erste Messstift 10 mit einem daran über eine Klebstelle 11 angeordneten
ungeschliffenen Stein 3.
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4b ist
derselbe Messstift 10 mit einem anderen ungeschliffenen
Stein 4, verbunden über
die Klebstelle 11a mit einem Frontende des Messstifts 10.
Die Stifte von 4 sind um ca. 90° gedreht
(ersichtlich an der Erkennungsmarke 15).
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5 ist
eine Handhabung eines ungeschliffenen Steins 5 an einem
Messstift 10 mit einer Beschichtungseinrichtung 8.
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6 ist
eine Aufreihung einer Vielzahl von Messstiften 10, die
jeder eine andere Form eines rohen Steins (beispielsweise im Sinne
eines ungeschliffenen Edelsteins) trägt, und dabei mit ihren unteren
Stiftenden (Schaft) in Abständen
auf einer gemeinsamen Tragleiste T lösbar eingesetzt sind, um sie
daraus auch entnehmen zu können.
Die Steine 3, 4 und 5 sind aus den vorhergehenden
Figuren gezeigt.
-
6a ist
eine weitere Ansicht von noch weiteren ungeschliffenen Steinen,
die bereits mit einer dünnen
Auftragschicht beschichtet wurden, und dabei jeweils von einem Messstift 10 gehalten
werden. Besonders ersichtlich sind die Klebstellen jeweils an der
Unterseite des ungeschliffenen rohen Steins, in Verbindung mit dem
jeweils verdünnten
vorderen Ende des jeweiligen Messstifts.
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7 ist
der Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 30 aus 3c,
der von einem Ablageteller 40 in einer Öffnung herausnehmbar gehalten
wird, wobei eine Greifvorrichtung 50 mit zwei auseinanderfahrbaren
Backen an einer umlaufend eingeformten Haltezone 33a angreift,
um den Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 30 aus der Halteeinrichtung 40 herauszunehmen,
oder – nicht
dargestellt, aber leicht vorstellbar – darin eine oder mehrere dieser
Haltestifte 30 einzusetzen, um sie kurzfristig aufzubewahren, wobei
der Handhabungs- oder Bearbeitungsstift noch keinen Stein an seinem
vorderen Ende 34f trägt.
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8 veranschaulicht
denselben Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 30 von 7,
eingesetzt in eine Spann- oder Backenvorrichtung 76 eines Handhabungsarms 70,
wobei eine Auftragseinrichtung 60 einen liquiden Klebstoff 31 über eine
Düseneinrichtung 61, 61a auf
der verbreiterten vorderen ”Spitze” des Handhabungs-
oder Bearbeitungsstifts 30 aufträgt.
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9 9 veranschaulichen
das Heranfahren des Handhabungs- oder Bearbeitungsstifts 30 an
dem Handhabungsarm 70 (in der Darstellung nach rechts),
und mit einem vorne aufgetragenen Klebstoff 31 in Richtung
eines von einem Messstift 10 gehaltenen Steins 3,
der in einer anderen Handhabungseinrichtung 78 in einem
dortigen Futter 79 an einem hinteren Schaft eingespannt
gehalten und positioniert ist. Eine mit Licht arbeitende Aushärteinrichtung 80 ist
mit ihren Lichtleitfasern 81,82 an derjenigen
Stelle ersichtlich, an der der Handhabungs- und Bearbeitungsstift 30 (als
Folgestift) mit seinem vorderen Klebstoff 31 an den Stein 30 anzusetzen
ist. Dorthin verläuft
die Bewegung des Handhabungsarms 70.
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9a 9b veranschaulichen
verschiedene Richtungen zur Anbringung des Folgestifts.
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10 10a veranschaulichen den Handhabungsarm 70 mit
darin eingespanntem einem von zwei Stiften 30, 10,
die zwischen sich über
eine jeweilige Klebestelle 11, 31 den unbearbeiteten,
aber mit einer undurchsichtigen Oberfläche beschichteten Stein 3 halten.
Beide Klebestellen 11, 31 sind noch aktiv und
ungelöst.
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11 veranschaulicht
dieselbe Anordnung von 10 mit der Handhabungseinrichtung 70,
welche die zwei Stifte und den Stein 3 unter eine Heißlufteinrichtung 90 bewegt
hat, welche zu dem Schaft 12 des Messstifts 10 ausgerichtet
ist; oberhalb dieser Platzierung ist eine Abschlagkante 94 gezeigt,
welche unbeweglich neben dem konischen Abschnitt der Heißlufteinrichtung 90 platziert
ist.
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12a veranschaulicht den Handhabungsarm 70,
wie er nach Lösen
und Abtrennen des Messstifts 10 und Aushärten der
Klebstelle 31 den ungeschliffenen Stein 3 auf
einer Schleifscheibe 100 platziert, welche mit einer hohen
Drehzahl bewegt wird. Der Handhabungs- und Bearbeitungsstift 30 ist
in dem Handhabungsarm 70, respektive dessen Futter 76 eingespannt.
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12b zeigt den Fortschritt der Bearbeitung, bei
der dieselbe Anordnung nach 12a dargestellt
ist, und der Handhabungs- und Bearbeitungsstift 30 den
zu schleifenden Stein 3 bei dem Schleifen hält, und
dabei die Oberfläche
des Steins unter Abtragung der Beschichtung und Ausbildung von Facetten
auf der Schleifscheibe 100 hergestellt wird.
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12c zeigt einen Poliervorgang nach dem Schleifen
von 12a, 12b.
-
13 zeigt
eine Übersicht über das
Programmsystem PS, welches die Anlage steuert.
-
Anhand
der 1 und 2 sind verschiedene Rohsteine 1, 2 zu
sehen, die auch in den anderen Beispielen als Rohsteine 3, 4 und 5 auftreten. Dort
jeweils in unterschiedlichen Formen, wobei die 6 besonders
anschaulich die unterschiedlichsten Formen von ungeschliffenen Steinen,
insbesondere Rohedelsteinen zeigt, ebenso, wie die 6a in einer
Seitenansicht.
-
Nach
den 1 und 2 ist anschaulich gemacht, wie
eine Form eines geometrisch definierten geschliffenen Steins in
einen vorhandenen, zufällig
gestalteten rohen Stein eingepasst wird. Diese Formen 1a, 2a sind
dort bestmöglich
zu platzieren, so dass möglichst
wenig Volumen des wertvollen Steins verloren geht, wenn der Stein
an den verschiedenen zu beschreibenden Stiften gehalten, gemessen,
gehandhabt und bearbeitet wird.
-
3a, 3b zeigen
zwei Repräsentanten von
unterschiedlichen Stiften. Der Stift 20 ist ein erster
Handhabungs- oder Bearbeitungsstift, der Stift 10 ist ein
erster Messstift. Eine andere Form eines handhabungs- oder Bearbeitungsstiftes
ist der Stift 30, der in den 7, 8 und 3c deutlicher
wird.
-
Der
Messstift 10 hat einen ersten Schaft 12 und einen
sehr viel dünneren
Anbringungs- oder Montageschaft 14,
mit dem er an dem Stein 3 durch eine Klebstelle befestigt
wird, vgl. beispielsweise die 4a, 4b.
Dazu verjüngt
sich der Messstift von einer Greifzone als Griffabschnitt 13 hin
zu dem Anbringungsschaft 14. Bevorzugt ist ein Konusabschnitt vorgesehen,
der von einem größeren Durchmesser zu
dem geringstmöglichen
Durchmesser zur Aufbringung von Haltekräften am Frontende 14f führt. Der Konusabschnitt 14a ist
einstückig
mit einem Fahnenabschnitt 15 verbunden, der in den Griffabschnitt 13 einmündet.
-
Im
Griffabschnitt 13 ist eine umlaufende nutförmige Kerblinie 13a vorgesehen,
die in Form und Querschnitt einer entsprechenden Kerblinie 23a des Handhabungsstiftes 20 entspricht.
Beide Stifte müssen
gehandhabt werden, und die Handhabungs-Einrichtungen können den Messstift und den
Bearbeitungsstift 20 aufnehmen, bewegen und an geeigneter Stelle
wieder absetzen. Dazu greifen sie an der Greifzone mit einem entsprechend
geformten Vorsprung an.
-
Die
Greifzone hat einen größeren Durchmesser
als die anderen Abschnitte der Stifte 10, 20, und 30.
-
Der
erste Bearbeitungsstift 20 hat einen gegenüber dem
Halteabschnitt 14 von 3b wesentlich
längeren
vorderen Abschnitt 24, der sich im Zuge seines Verlaufes
verjüngt,
hin zu einem vorderen Flächenabschnitt 24f,
auf dem symbolisch ein Klebstoff 21 zur Ausbildung einer
Klebstelle am Stein 3 dargestellt ist. Auch dieser Stift 20 hat
einen Fahnenabschnitt 25 in einem einstückigen Übergang von dem beschriebenen
längeren
Abschnitt 24 zu dem Griffabschnitt 23, in dem
die umlaufende Kerbe 23a angebracht ist, beispielsweise
als V- oder U-förmige
Nut, die umfänglich
symmetrisch verläuft.
-
Am
gegenüberliegenden
Ende ist ein Schaft 22 vorgesehen, der dieselbe Ausbildung
hat, wie der Schaft 12 des Messstifts von 3b.
-
Beide
Stifte sind im unteren Bereich im wesentlichen gleich ausgebildet,
insbesondere sind die Messfahnen 25,15 harmonisiert
(zumindest in Umfangsrichtung gleich breit), so dass anhand dieser Fahnen
die relative Position des Stiftes festgestellt werden kann, um daraus
auf die relative Position des daran durch die Klebestelle angeordneten
Steins 3 zu schließen.
Sie dienen der Markierung oder der zugehörigen Erkennbarkeit der Position,
so dass sie funktionell 'Markierungsabschnitte' genannt werden.
-
Die
andere Alternative eines Handhabungs- oder Bearbeitungsstiftes,
im Folgenden kurz Bearbeitungsstift 30 genannt, zeigen
die 3c, 3d, 7 und 8.
Der untere Abschnitt 32 ist erneut vergleichbar. Auch hier
ist die Haltezone 33a als eine umlaufende Kerbe vorgesehen,
die im Griffabschnitt 33 platziert ist. Der untere Schaftabschnitt 32 ist
in 7 nicht zu sehen, da er in die Aufnahme des Haltetellers 40 eingesetzt
ist.
-
Der
vordere Abschnitt 34 besteht entsprechend dem längeren Abschnitt 24 von 3a hier aus
einem Sockel und zwei im wesentlichen konischen Abschnitten 34a, 34b,
die gegenläufig
sind, so dass sich eine verjüngte
Zone 34c im Zwischenbereich des Abschnitts 34 ergibt.
Dadurch kann der vordere Abschnitt 34 zwei Aufgaben erfüllen, er
kann vom Griffabschnitt 33 sich verjüngen und er kann gleichzeitig
eine Front 34f aufweisen, die eine große Fläche besitzt, um an dem Stein 3 mit
einer deutlichen Klebestelle gut haltend und starke Kräfte aufnehmend
fixiert zu werden. Ein radialer Steg 35 bildet den Markierungsabschnitt,
der an Sockel 34d des Halteabschnitts 34 und oberhalb
des Griffabschnitts als Greifzone 33 angeordnet ist. Sie
hat oberhalb und unterhalb der ringförmigen Kerbe 33a je
einen Ringteller 33b, 33c.
-
Der
entstehende verjüngende
Zone als Bund 34c kann stärker nach oben oder stärker nach
unten verlagert sein.
-
Alle
Handhabungs- oder Bearbeitungsstifte 20 oder 30 halten
einen Stein 1 bis 5 mit dem ersten Halteabschnitt,
werden mit dem Schaftabschnitt 32 selbst gehalten und verfügen über einen
Zwischenabschnitt, der in der quer zu der Achsrichtung 100 liegenden
Erstreckung größer ist,
als die größte Querabmessung
der beiden ersten Abschnitte. Der jeweilige Zwischenabschnitt als
Greifzone hat eine umfängliche
symmetrische Ausbildung. Auf der von dem Schaftabschnitt 22 abgewandten
Seite des Zwischenabschnitts als Greifzone ist eine Erkennungsmarke
vorgesehen. Der Halteabschnitt für
den Stein hat zumindest abschnittsweise nach frontseitig (zum Stein)
eine konische Ausbildung, und frontendig eine mindestens 4 mm2 große
Anbringungsfläche
für den Stein.
-
Auch
der Messstift 10 ist mit einem ersten Schaftabschnitt 12 zum
Einspannen des Messstiftes, einem Zwischenabschnitt 13 und
einem ersten Halteabschnitt 14, mit Front 14a versehen,
wobei in der quer zur Achsrichtung liegenden Erstreckung der Zwischenabschnitts 13 größer ist
als eine Querabmessungen der anderen Abschnitte 12, 14.
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Die
umfänglich
symmetrische Greifzone 13 und die Erkennungsmarke 15 sind
ebenso vorgesehen und ausgebildet, wie bei dem Bearbeitungsstift. Nur
das zumindest abschnittsweise nach frontseitig konische Halteende 14, 14a hat
frontseitig eine nicht mehr als 3 mm2 große Anbringungsfläche 14f für den Stein.
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Das
Verhältnis
der Anbringungsflächen
von Bearbeitungsstift zu Messstift ist größer als 2, bevorzugt wesentlich
größer.
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Die
Seitenansicht der 4a, 4b zeigt den
montierten Stein mit einer Klebstelle 11, 11a an den
Messstiften 10, die hier gleich ausgebildet sind. Die unterschiedlichen
Steine sind in dem Rohsteinregister der 6, 6a nochmals
deutlich zu sehen. Ihre Beschichtung zur Neutralisierung der Oberfläche erfolgt
gemäß 5.
-
Hier
wird mit einer Auftragseinrichtung 8 ein Pulver auf die
Oberfläche
des rohen Steins 5 aufgetragen, welches seine Oberfläche vereinheitlicht
und opak ist, bevorzugt eine weiße Beschichtung darstellt.
Damit können
eine vereinfachte Vermessung und eine genauere optische Vermessung
erfolgen.
-
Die
Beschichtung hat eine maximale Dicke von 1/100 mm (im Sinne von
10 μm),
ist aber unkritisch und sollte zur Verbesserung der Messung nicht zu
stark werden.
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Die
so beschichteten Rohsteine sind im Register der 6, 6a an
Messstiften 10 angeordnet dargestellt, jeweils an ihrer
Griffzone 13 in der umlaufenden Kerbe 13a von
einer Handhabungseinrichtung ergreifbar und im System der Be- und
Verarbeitung transportierbar.
-
13 zeigt
die Übersicht über das
Programmsystem PS, welches die Anlage steuert. Die Messstation M
vermisst den Stein. Die bewegliche Greifvorrichtung 50 bewegt
den Stein mit Messstift oder den Stein mit Handhabungs- oder Bearbeitungsstift 30 (oder 20)
von und/oder zu einer jeweiligen Stelle. Der jeweilige oder mehrere
Stein(e) können
in dem Rohsteinregister als bspw. Tragleiste T zwischengespeichert
werden. Eine Spann- oder Backenvorrichtung 79 hält den Stein
bei dem Umkleben nahe der Düseneinrichtung 61, 61a und
der UV-Aushärtungseinrichtung 80.
Ein Handhabungsarm 70 hält
und bewegt den Stein an dem Handhabungs- oder Bearbeitungsstift
zu dem Schleifen S und Polieren P. Ein Eingabesystem E über Tastatur
und Bildschirm lässt
den Benutzer eingreifen und das PS steuert die Anlage.
-
Auf
die Messung und die Vermessung M der Steine soll hier nicht näher eingegangen
werden. Es soll angenommen werden, dass die Steine in einer geeigneten
optischen Messvorrichtung so vermessen worden sind, dass ein Koordinatensystem
mit einer seiner Achsen durch die Achse jedes Messstiftes 10 gelegt
werden kann, welches den Stein genau beschreibt. Dieses Koordinatensystem
gilt es für
die weitere Bearbeitung zu erhalten, und seine Relation zu der Achse
des Messstiftes 10 und zu der Markierung des Messstiftes 10,
die in der 3b als Radialsteg (als Fahne) 15 erläutert wurde,
gilt es auch für jeglichen
weiteren Bearbeitungsvorgang mit einem Bearbeitungsstift 20 oder 30 zu
erhalten, der eine gleichermaßen
ausgebildete Messfahne 25 oder 35 besitzt.
-
In
diesem Sinne geht es darum, den Stein von einem Stift zu einem anderen
Stift zu portieren, respektive den Stift auszuwechseln, und dabei
den Stein zu vermessen, und dann zweimal zu bearbeiten, auf jeder
seiner Hemisphären.
Dies wird von dem in 13 dargestellten Programmsystem
PS gesteuert. Die Art und Weise der Steuerung ist hier eingehend
beschrieben, und der Fachmann kann sie nach dieser Beschreibung
mit gängigen
programmierbaren Bausteinen und Elementen realisieren.
-
Diese
Handhabungsbeschreibung erfolgt anhand der 8 ff, wobei
hier davon ausgegangen wird, dass der Handhabungs- und Bearbeitungsstift 30 Verwendung
findet, der eine größere vordere
Fläche 34f aufweist,
die insbesondere auch geometrisch aufgeraut ist, beispielsweise
durch konzentrische Ringe.
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An
der vorderen Fläche 34f liegt
ein Klebstoff 31 auf, der zunächst über eine Auftragseinrichtung 60 in
liquider Form aufgetragen wird. Dazu wird die Auftragseinrichtung 60 mit
einem Klebstoffspeicher 63 versehen zu der Vorderfläche 34f bewegt,
oder eine Handhabungseinrichtung 70 mit konzentrischen Backen 76,
an dem der Bearbeitungsstift 30 eingespannt wird, wird
zu der fest stehenden Klebstoffeinrichtung 60 bewegt. Eine
verjüngende
Düse 61 mit
einem vorderen Ende 61a bringt einen Tropfen Klebstoff,
insbesondere in Form eines aushärtbaren
Harzes, auf die Fläche 34f auf,
was anhand der 8 nachvollzogen werden kann.
-
Der
so mit einem Klebstoffpunkt 31 versehene Bearbeitungsstift 30 wird
nach 9 an dem Handhabungsarm 70 weiter bewegt.
Er wird dabei zu einem bereits in einem anderen Handhabungsarm 78 eingespannten
Stein 3 bewegt, der noch an dem Messstift 10 mit
einer Klebstelle 11 befestigt ist. Dieser Messstift 10 sitzt
in einem weiteren Futter 79 (mit Spannbacken versehenen
Futter) und wartet im Arbeitsbereich einer UV-Aushärtungseinrichtung 80.
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Die
Bewegung des Handhabungsarms 70 in 9 nach rechts
führt bis
zu dem Punkt, zu dem der Klebpunkt 31 mit noch aushärtbarem
(vispoplastischem) Klebstoff an der vertikal orientierten Vorderfläche des
Steins 3 anliegt. Dabei wird der Abstand zwischen diesen
beiden Objekten verringert, was bevorzugt durch Bewegung des Handhabungsarms 70 erfolgt.
Ist der Punkt der Berührung
erreicht, haftet der Klebstoff 31 an dem Bearbeitungsstift 30 und
an der Vorderfläche
des Steins 3 an der neuen Klebestelle 31'. Eine kurze
Einschaltung von wenigen Sekunden für das Einwirken eines UV-Lichtstrahls
auf die Klebestelle 31' sorgt
für deren
Aushärtung,
bspw. durch Polymerisation. Dazu sind zwei Lichtleiter 81,82 vorgesehen,
welche von einem oberen Arm und einem unteren Arm 81a, 82a an
einem vertikalen Träger 83 gehalten
werden, um den austretenden, freien Lichtstrahl von beiden Seiten
der Klebstelle 31 einwirken lassen zu können. Zum Ausgleich verschiedener
Steingrößen sind
die Arme zusammen mit einem vertikalen Träger 83 verschiebbar.
Die Lichtleiter können
so zumindest mit ihren Enden, aus denen der UV Stahl austritt, auf
die Klebestelle 31' ausgerichtet
werden.
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Diese
Lichteinwirkung ist nicht dargestellt, und kann durch andere Arten
von Aushärtvorrichtungen
ersetzt werden, sie zeigt lediglich ein Beispiel, den neuen Stift 30 als
Handhabungs- oder Bearbeitungsstift an dem Stein 3 anzusetzen,
der zuvor an dem Messstift 10 gehalten wurde.
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In
einem Zwischenzustand nach 10 sind an
dem Stein 3 beide Messstifte 10, 30 mit
einer jeweiligen Klebstelle 11, 31 befestigt.
Die Klebstellen sind schön
bildlich aufwölbend
ersichtlich, auch die deutlich unterschiedlichen Durchmesser der
Halteabschnitte 14 und 34 der beiden unterschiedliche
Funktionen erfüllenden
Stifte 10, 30. Ebenfalls ersichtlich ist die jeweilige
Fahne 15, 35, welche nicht umfänglich zueinander genau ausgerichtet
sein muß,
welche der Steuereinrichtung nur in ihrer relativen umfänglichen
Differenzlage bekannt sein muß,
um das von dem Messstift 10 portierte Koordinatensystem
auf den Handhabungs- und/oder Bearbeitungsstift 30 übertragen
oder übergeben
zu können.
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Bei
einem Wechsel von Bearbeitungsstift zu Bearbeitungsstift fluchten
die Achsen.
-
Nicht
in jedem Fall fallen die Achsen 100 und 101 der
beiden Halteabschnitte 14, 34 übereinander. In den Fällen des
Wechsels vom Mess- zum ersten Bearbeitungsstift nicht.
-
Eine
umfängliche
Verdrehung der Messfahnen 15, 35 relativ zueinander,
wie in 10 dargestellt, ist ebenso möglich. Sie
brauchen axial nicht zu fluchten. Das Programmsystem rechnet dies
bei der Koordinatenübergabe
mit dem Wechsel der Stifte heraus.
-
Wird
der Stift 30 in einem anderen Winkel angesetzt, stehen
die Achsen 100, 101 der Stifte 10, 30 in
einem Winkel größer oder
kleiner 0° zueinander. Erreicht
wird das mit einer Verstellung des Handhabungsarms 70 in
der x-y Ebene, und einer Verdrehung des Steins 3 um die
Achse 101 mit der Spannvorrichtung 79. Dadurch
wird der Ort der Anbringung des Harzes 31 als Klebestelle 31' und die Winkellage von
Achsen 100, 101 festgelegt. Sie liegen in der
freien Hemisphäre,
ggf. eingeschränkt
im Raumwinkel auf < 180° durch Werkzeugeinflüsse oder
-freiheiten.
-
Die
verschiedenen Orientierungen der Achsen 100, 101 zeigt 9b,
wobei angenommen ist, dass eine Achse 102 in der Achse 101 liegt,
welche Achse 102 die Achse senkrecht zur vorgesehenen Tafelebene
des geschliffenen Steins ist. 9a veranschaulicht
das Heranfahren des Arms 70, der in der x-y Ebene verschwenkbar
ist, und ohne Auf/Ab-Neigefähigkeit
entlang Bahn b bewegbar ist. Auch in Höherrichtung z ist der Arm 70 verstellbar. Zur
Anbringung von Stift 30 in der x-y Ebene wird der Stein
von der anderen Spannvorrichtung 70 so gedreht, dass die
Senkrechte 102 zur Tafelebene des Steins in der x-y Ebene
zu liegen kommt.
-
Das
Programmsystem rechnet die Koordinaten bzw. Systeme entsprechend
um. Ein einstellbarer Freiheitsgrad an dem Arm 70 kann
damit wegfallen, was die Genauigkeit begünstigt und die Kosten dieses
Handhabungswerkzeugs senkt.
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Der
neue Stift 30 ist jetzt angebracht. Die Spannvorrichtung 79 löst, so dass
der Messstift 10 freikommt und jetzt ein frei abragender
Stift 10 mit seinem unteren Schaft 12 ist. Der
Handhabungsarm 70 hält
mit dem zweiten Stift die Kombination, wie sie in 10 dargestellt
ist. Er bewegt diese Kombination gemäß 11 zu
einer dort dargestellten Heißlufteinrichtung 90,
die an einem Luftstutzen 91 mit vorderem Auslass 91a einen
Heißluftstrom
auf den Abschnitt 12 des Messstifts 10 einwirken
lässt.
Das Einwirken ist unmittelbar am Auslass 91a und im Abstand 'a' von der Klebstelle 11. Durch
Wärmeleitung wird
die eingetragene Energie punktgenau in die Klebstelle 11 geleitet,
so dass diese thermisch geschwächt,
insbesondere erweicht wird. Nach spätestens 10 sec ist die Klebstelle 11 so
stark geschwächt, dass
ein Rückwärts-Aufwärtsbewegen
des Handhabungsarms 70 und der Backenvorrichtung 76 das
Abschlagen des Messstiftes 10 einleiten kann. Dazu wird
die Kombination aus zwei Stiften und einem Stein rückwärts aufwärts bewegt,
um an einer Abschlagkante 94 als Steg oder Kante, auf einem
zugehörig
länger
ausgebildeten Steg, mit einer Querkraft belastet zu werden, die
mit Fq symbolisiert ist.
-
Bei
einer Aufwärtsbewegung
des Arms 70 sorgt eine abwärts gerichtete Kraftkomponente
Fq auf den Schaft 12 des Messstifts 10 für ein Abknicken dieses
Stifts und damit für
ein Lösen
der schon geschwächten
Klebstelle 11. Bei einer weiteren Aufwärtsbewegung fällt der
Stift 10 ganz herab, womit er von dem Stein 3 abgetrennt
wird, auch durch die Querkraft Fq. Andere
Richtungen der lösenden
Kraftkomponente sind Zug oder geneigte Richtungen mit Winkeln größer 0° und kleiner
90° ggü. der Achse.
-
Das
entstehende Gebilde ist gemäß 12a ein Handhabungsarm 70 mit einer Backenvorrichtung 76,
welche den vermessenen Stein 3 trägt. Dabei ist das Koordinatensystem
ohne Verlust von Genauigkeit übertragen
worden und die Steuerung weiß exakt,
in welcher Drehlage und in welcher axialen Position der Stein 3 mit
seiner geometrischen Erstreckung sich bei einer bestimmten Position
des Handhabungsarms 70 befindet.
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In 12a hat die Steuerung diesen Handhabungsarm an
eine Schleifscheibe 200 bewegt, welche mit der Winkelgeschwinndigkeit ω (omega) bewegt
wird. Durch entsprechende Bewegung des Steins 3 kann eine
Facettenstruktur in den Stein eingeschliffen werden und dabei der
verbliebene Rest der Klebstelle 11, wie in 12b gezeigt, abgetragen werden.
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In 12c wird das Polieren auf einer Polierscheibe 300 dargestellt.
Der Arm 70 am Futter 76 hält und führt den Stein 3 mit
der geschliffenen Facette auf der Polierscheibe. Die relative Drehlage
und Vorschublage kann durch die Markierung 35 gemessen werden.
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Durch
das Facettieren und Polieren der ersten Hemisphäre des Steins 3, wie
in 12b und 12c gezeigt,
ist die erste Bearbeitung abgeschlossen.
-
Nicht
dargestellt, aber aus dem Kontext leicht ersichtlich, ist die zweite
Stufe der Bearbeitung des Steins 3 als Folge der 12c.
-
Dabei
wird der Bearbeitungsstift 30 ausgetauscht gegen einen
anderen Bearbeitungsstift, welcher an dem Stein an der schon bearbeiteten
Seite angebracht wird. Das Anbringen erfolgt so, wie zuvor für den Stift 30 beschrieben,
wobei der Folgestift eine andere Geometrie an seiner vorderen Front
aufweisen kann, beispielsweise eine kleine Einsenkung, aber nicht
aufweisen muß.
Die Achsen der Stifte sind hierbei kongruent.
-
Ist
der Stein 3 auch nach Bearbeitung der anderen Hemisphäre auf der
gegenüber
liegenden Seite von 12b auf der Schleifscheibe 200 und
der Polierscheibe 300 fertig bearbeitet, kann das Abtrennen
auch des letzten Bearbeitungsstifts erfolgen. Hierzu wird bevorzugt
auch ein thermischer Einfluss verwendet, aber keiner mit höherer Temperatur,
sondern ein Abkühlen
auf unter 0°C,
bevorzugt auf –10°C, bei welcher
Temperatur sich der Kleber an dem schon geschliffenen Ende des Steins
so löst, dass
der Stein fertig bearbeitet von dem zweiten Bearbeitungsstift abfällt.