DE102009005217A1

DE102009005217A1 - System zur Bereitstellung einer quantitativen Prozesssteuerung des Finesse-Polierens

Info

Publication number: DE102009005217A1
Application number: DE102009005217A
Authority: DE
Inventors: Justin L. Ortonville Hermann
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-08-20
Also published as: US20090186556A1; CN101491884A; US7922561B2

Abstract

Ein System zum Bereitstellen einer quantitativen Prozesssteuerung eines Finesse-Polierens auf der Grundlage einer Rückkopplung an den Bediener bezüglich dessen, ob er die eine oder die mehreren vorgegebenen Schlüsselsteuercharakteristiken (KCCs) einhält. Eine oder mehrere Sensoren liefern Daten an einen Controller, wobei der Controller an den Bediener eine Rückkopplung hinsichtlich seiner Bedienereinhaltung in Bezug auf die KCCs liefert und den Betrieb im Fall einer Bedienernichteinhaltung mit der Absicht sperrt, die richtige Bedienerprozedur zu fördern und einen Bedienerfehler, wenn eine fehlerhafte lackierte Oberfläche poliert wird, zu verhindern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Polieren lackierter Oberflächen und insbesondere auf ein System, das eine quantitative Prozesssteuerung des Polierens bereitstellt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer Lackiererei ist die Prozesssteuerung entscheidend, um sicherzustellen, dass Qualitätsnormen erfüllt werden. In Abhängigkeit von der Operation, der ausgeführt wird, bietet die Steuerung verschiedene Schwierigkeitsgrade. Eine besonders herausfordernde Operation ist das Finesse-Schleifen und -Polieren, das durch Personal an einem lackierten Produkt üblicherweise unter Verwendung pneumatischer Handwerkzeuge zur Entfernung oder zum Verdecken kleiner, sonst aber sichtbarer Mangel ausgeführt wird. Im Allgemeinen umfasst diese Operation zunächst das Finesse-Schleifen, gefolgt vom Finesse-Polieren der fehlerhaften lackierten Oberfläche, um eine mängelfreie lackierte Oberfläche zu erreichen.
1 zeigt eine Finesse-Polieroperation des Standes der Technik, in der ein Polierwerkzeug 10 (als nicht einschränkendes Beispiel ein Modell Dynabuffer^TM 57126 von der Dynabrade, Inc., aus Clarence, NY 14031) an dem Griff 14 des Polierwerkzeugs in der Hand 12 eines Bedieners gehalten wird. Wenn der Bediener einen schwenkbar an dem Griff 14 angebrachten Betätigungsarm 18 niederdrückt, betätigt eine innen angeordnete Be dienerbetätigungsvorrichtung (d. h. ein elektrischer Schalter oder ein Pneumatikventil) das Polierwerkzeug, während das Polierwerkzeug anderenfalls nicht betätigt wird. Ferner enthält das Polierwerkzeug 10 einen an dem Griff 14 befestigten Kopf 20 und eine Drehkomponente 22, an der sich ein ausgewähltes Polierpad 24 befindet. Wie in 1 zu sehen ist, wird das Polierwerkzeug 10 dazu verwendet, eine lackierte Oberfläche 26 so zu polieren, dass ihr dadurch eine fehlerfreie Oberflächenbeschaffenheit erteilt wird.
Um bei jeder Polierprozedur eine gewünschte fehlerfreie Lackoberflächenbeschaffenheit zu erhalten, muss von dem Bediener gleich bleibend eine richtige Finesse-Poliertechnik verwendet werden. Falls nicht die richtige Finesse-Poliertechnik verwendet wird, bleiben in der Oberfläche des Lacks kleine Kratzer, die einen matten, wirbelartigen Mangel darstellen können, der, obgleich er unter Lackierereibeleuchtung schwer zu sehen ist, bei Tageslicht vollkommen sichtbar sein könnte. Üblicherweise stützt sich das Lackierereimanagement auf eine Personalschulung, um sicherzustellen, dass die Bediener mit der richtigen Finesse-Technik polieren. Leider ist die Schulung zeitaufwändig und liefert häufig unbeständige Langzeitergebnisse.
Beim Identifizieren von Kriterien, die an einer richtigen Finesse-Poliertechnik beteiligt sind, gibt es vier beteiligte Schlüsselsteuercharakteristiken (KCCs): die Polierzeit, die angewendete Kraft, die Werkzeugdrehzahl (Paddrehzahl) und die Polierwerkzeugbewegung. Hinsichtlich der Polierzeit liegt diese in Abhängigkeit von der Substrattemperatur der Lackoberfläche, die poliert wird, üblicherweise zwischen 8 und 16 Sekunden, wobei, wenn die Substrattemperatur zunimmt, die Polierzeit ebenfalls zunehmen sollte. Hinsichtlich der angewendeten Kraft glättet zu viel Kraft die Waffelstruktur des Polierpads und führt zu Wirbelflecken in dem Lack, während zu wenig Kraft die Schleifflecken nicht angemessen entfernt und ebenfalls zu Wirbelflecken führt, wobei eine angewendete Zielnettokraft z. B. zwischen etwa 4,45 und 8,9 Newton (zwischen etwa einem und zwei Pfund) liegt (wobei die angewendete Nettokraft die angewendete Gesamtkraft des Polierpads auf die Lackoberfläche abzüglich des Gewichts des Polierwerkzeugs bedeutet und wobei das Polierwerkzeug 10 aus 1 ein typisches Gewicht von 4,89 N (1,1 Pfund) aufweist). Als Nächstes gibt es hinsichtlich der Werkzeugdrehzahl (Paddrehzahl) eine (im Folgenden ausführlich diskutierte) Beziehung zwischen der Werkzeugdrehzahl und der bei dem Polierpad durch den Bediener auf die lackierte Oberfläche angewendeten Kraft, wobei höhere angewendete Kräfte zu niedrigeren Werkzeugdrehzahlen führen. Schließlich sollte sich das Polierpad ununterbrochen über den Fleck bewegen, um die vollständige Entfernung der Schleifkratzer sicherzustellen, wobei im Idealfall eine Reihe zueinander orthogonaler Bewegungen (d. h. x-y-Achsen-Bewegungen) verwendet werden, wobei das Muster während jeder Bewegung eine Überlappung von etwa einem Viertel des Polierpads verwendet.
Dementsprechend wäre es im Gebiet nützlich, wenn ein System geschaffen werden könnte, das verhindert, dass ein Bediener eine fehlerhaft lackierte Oberfläche poliert, sofern vorgegebene KCCs nicht eingehalten werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein System zur Schaffung einer quantitativen Prozesssteuerung des Finesse-Polierens auf der Grundlage des automatischen Anhaltens des Polierwerkzeugs im Fall einer Störungsdetektierung und der ununterbrochenen Bedienerrückkopplung darüber, ob der Bediener wenigstens eine vorgegebene Schlüsselsteuercharakteristik (KCC) einhält, wobei die Informationsrückkopplung die richtige Bedienerprozedur fördern soll und einen Bedienerfehler beim Polieren einer fehlerhaften lackierten Oberfläche verhindern soll.
Das System zur Bereitstellung einer quantitativen Prozesssteuerung des Finesse-Polierens gemäß der vorliegenden Erfindung enthält wenigstens einen Sensor zum Abtasten und dadurch zum Liefern von Daten hinsichtlich wenigstens einer Betriebscharakteristik des ausgewählten Polierwerkzeugs, einen Controller (d. h. einen Mikrocontroller mit geeigneten elektronischen Komponenten für die Datenverarbeitung und mit E/A-Schnittstellen), der so programmiert ist, dass er die abgetasteten Daten von dem wenigstens einen Sensor erkennt und in Ansprechen auf die Daten und die Programmierung wenigstens einer Ausgabe liefert, und einen Rückkopplungsanzeiger, der in Ansprechen auf die Ausgabe Informationen hinsichtlich der Einhaltung der wenigstens einen Betriebscharakteristik durch den Bediener, am meisten bevorzugt wenigstens einer vorgegebenen KCC, liefert. Der Controller überwacht den Betrieb des Polierwerkzeugs und sperrt den Betrieb des Polierwerkzeugs, falls er eine Störung detektiert, wobei eine "Störung" einen detektierten Betrieb des Polierwerkzeugs außerhalb eines akzeptablen Bereichs der wenigstens einen Betriebscharakteristik bedeuten soll. Das Sperren des Betriebs erfordert vorzugsweise ein manuelles Zurücksetzen wie z. B. durch manuelles Drücken eines Rücksetzknopfs, um das Polierwerkzeug wieder freizugeben.
Im Betrieb ermöglichen die Daten und die Programmierung, dass der Controller dem Bediener über den Anzeiger eine ununterbrochen aktualisierte Rückkopplung hinsichtlich seiner Einhaltung der einen oder mehreren ausgewählten KCC während eines Polierprozesses liefert. Zum Beispiel kann ein Sensor die Drehzahl des Polierwerkzeugs abtasten, wobei die Daten daraus dadurch ermöglichen, dass der Controller die vom Bediener angewendete Kraft des Polierpads auf eine lackierte Oberfläche (die KCC der angewendeten Kraft) über eine vorgegebene Polierzeitdauer (Polierzeit-KCC) erkennt. Dementsprechend wird ermöglicht, dass der Bediener über den Anzeiger wie etwa z. B. über vorgegebene visuelle und/oder hörbare Anzeigen ununterbrochen seine Einhaltung der wenigstens einen KCC beurteilt und dadurch bei Bedarf Echtzeitkorrekturen vornimmt, um die KCC-Einhaltung aufrechtzuerhalten wie z. B. die auf das Polierwerkzeug angewendete Kraft einzustellen. Wenn der Controller bestimmt, dass der Bediener die wenigstens eine vorgegebene KCC nicht einhält, gibt der Controller eine Störung aus, woraufhin das Polierwerkzeug gesperrt wird und ein manuelles Zurücksetzen erforderlich ist, um den Betrieb des Polierwerkzeugs wieder freizugeben.
Vorzugsweise wird während der Polierzyklen ein Protokoll der Polierwerkzeug-Betriebscharakteristiken aufgezeichnet, auf das zur periodischen Beurteilung der Bedienerleistung zugegriffen werden kann.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen, das auf der Grundlage einer Rückkopplung der Erfüllung der vorgegebenen KCCs durch den Bediener an den Bediener eine quantitative Prozesssteuerung des Finesse-Polierens ermöglicht, um eine richtige Bedienerprozedur zu fördern und um einen Bedienerfehler beim Polieren einer fehlerhaften lackierten Oberfläche zu verhindern.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform klarer.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Polierwerkzeugs des Standes der Technik, das von einem Bediener zum Polieren einer lackierten Oberfläche verwendet wird.
2 ist ein Blockschaltplan eines Beispiels einer Vorrichtung und von deren Schnittstellen zur Bereitstellung des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Teilschnittansicht eines Polierwerkzeugs, die einen inneren Orbitalschwingarm und einen Hall-Effekt-Sensor zum Detektieren von dessen Umdrehungen zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung der angewendeten Kraft gegenüber der Polierwerkzeug-Drehzahl, die für ein ausgewähltes Polierwerkzeug eine gemessene Darstellung der Beziehung dazwischen zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Polierwerkzeugs, das gemäß der vorliegenden Erfindung so geändert wurde, dass es die ausgewählte Vorrichtung aus 2 enthält.
6A ist eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Polierwerkzeug-Drehzahl, die eine gemessene Darstellung eines erfolgreichen Finesse-Polierzyklus zeigt.
6B ist eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der angewendeten Polierwerkzeug-Nettokraft gemäß dem erfolgreichen Finesse-Polierzyklus aus 6A.
7 ist eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Polierwerkzeug-Drehzahl, die eine gemessene Darstellung eines Finesse-Polierzyklus zeigt, der durch eine Störung wegen eines Bedienerzeitablauffehlers unterbrochen wurde.
8 ist eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Polierwerkzeug-Drehzahl, die eine gemessene Darstellung eines Finesse-Polierzyklus zeigt, der durch eine Störung wegen eines Fehlers der vom Bediener angewendeten Kraft unterbrochen wurde.
9 ist ein Ablaufplan für eine beispielhafte Programmierung des Controllers aus 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nunmehr unter Beachtung von 2 bis 9 zeigt 2 eine Blockschaltplanübersicht des Systems zur Bereitstellung einer quantitativen Prozesssteuerung des Finesse-Polierens 100.
Ein herkömmliches Polierwerkzeug 102 wie z. B. ein Orbitalpolierwerkzeug wie etwa als ein nicht einschränkendes Beispiel ein Modell 57126 Dynabuffer^TM von der Dynabrade, Inc., aus Clarence, NY 14031, wobei andere Polierwerkzeuge anderer Unternehmen ebenfalls verwendet werden können, wird so geändert, dass es wenigstens einen Sensor 104 enthält. Als ein bevorzugtes Beispiel ist der wenigstens eine Sensor 104 ein an dem Kopf 102a des Polierwerkzeugs 102 befestigter Drehzahlsensor 104', der die Drehzahl des Polierwerkzeugs 102 abtastet. Beispielhaft ist der Drehzahlsensor 104' ein Hall-Effekt-Sensor 104'', der wie in 3 angegeben an dem Kopf 102a des Polierwerkzeugs 102 befestigt ist, wobei der Hall- Effekt-Sensor die Umdrehungen des inneren Orbitalschwingarms 102b des Polierwerkzeugs 102 abtastet. Der wenigstens eine Sensor 104 ist durch eine Datenleitung 106 mit einem Controller 108 verbunden.
Es besteht die Absicht, die durch den Bediener auf die lackierte Oberfläche angewendete Kraft des Polierwerkzeugs gegenüber einem Bereich akzeptabler angewendeter Kräfte (KCC der angewendeten Kraft) zu überwachen, wobei diese Informationen durch vorherige Kenntnis der Beziehung zwischen der Werkzeugdrehzahl und der angewendeten Kraft indirekt erhalten werden. Es ist festzustellen, dass der Sensor 104 auch ein Sensor der angewendeten Kraft (d. h. ein kommerziell verfügbarer Drucksensor) sein kann, wie er sich z. B. an dem Griff des Polierwerkzeugs oder anderswo befindet, um direkt Daten der angewendeten Kraft an den Controller zu liefern.
Hinsichtlich der Verwendung eines Drehzahlsensors zum Erhalten von Daten der angewendeten Kraft ist 4 eine graphische Darstellung 110 der angewendeten Kraft gegenüber der Polierwerkzeug-Drehzahl, wobei ein Diagramm 112 eine gemessene Beziehung zwischen der Werkzeugdrehzahl und der angewendeten Nettokraft (wobei die angewendete Nettokraft gleich der auf die lackierte Oberfläche angewendeten Gesamtkraft des Polierpads 102c (z. B. Finesse-it^TM Buffin Pad 02648 der Minnesota Mining & Manufacturing Co. aus St. Paul, MN 55144) abzüglich des Gewichts des Polierwerkzeugs, das in Abhängigkeit von dem Gewicht des Anzeigers, falls vorhanden, siehe im Folgenden, z. B. etwa 4,89 N (1,1 Pfund) oder etwas mehr beträgt) für ein Polierwerkzeug vom Typ Dynabuffer^TM zeigt. Um den Test auszuführen, wurde eine lackierte Oberfläche der Größe 10,16 cm mal 30,48 cm (4'' mal 12'') auf einer Waage angeordnet. Vor jeder Messung wurde auf einen gereinigten Bereich der lackierten Oberfläche ein Klecks Poliermittel von der Größe eines Zehncentstücks (z. B. Poliermittel Fines se-it^TM der Minnesota Mining & Manufacturing Co. aus St. Paul, MN 55144) aufgetragen. Daraufhin wurde das Polierwerkzeug (wie z. B. in einer in 1 gezeigten Weise) normal betrieben, um die lackierte Oberfläche zu polieren, wobei für jede gemessene Drehzahl von der Waage die entsprechende angewendete Kraft abgelesen und aufgezeichnet wurde. Es ist zu sehen, dass es zwischen der Werkzeugdrehzahl und der angewendeten Kraft im Allgemeinen eine lineare Beziehung gibt. Diese Beziehung wird für jedes ausgewählte Polierwerkzeug empirisch bestimmt und daraufhin so in den Controller programmiert, dass der Controller aus den Werkzeugdrehzahldaten von dem Drehzahlsensor 104', 104'' die angewendete Kraft ableiten kann. Wie durch das Diagramm 112 beispielhaft gezeigt ist, liegt ein Bereich der angewendeten Zielwerkzeugnettokraft zwischen 4,45 N (1 Pfund) (siehe Diagrammpunkt 112a) und 8,9 N (2 Pfund) (siehe Diagrammpunkt 112b), wobei die entsprechenden Werkzeugdrehzahlen 9012 min^–1 bzw. 8568 min^–1 sind, wenn ein wie oben angegebenes pneumatisches Polierwerkzeug (und ein wie oben angegebenes Polierpad) mit 10000 min^–1 bei 620,5 kPa (90 PSI) betrieben wird.
Der Controller 108 ist irgendeine geeignete elektronische Rechenvorrichtung wie z. B. ein Mikrocontroller wie etwa als ein nicht einschränkendes Beispiel ein Mikrocontroller Basic Stamp 2 von der Parallax, Inc., aus Rocklin, California 95765, wobei andere Mikrocontroller anderer Unternehmen ebenfalls verwendet werden können. Der Controller 108 weist eine vorzugsweise integrierte Zeitgebervorrichtung 114 auf und weist verschiedene Peripheriegeräte oder integrierte Vorrichtungen einschließlich beispielhaft einer Datenprotokollierungsvorrichtung 116, einer Programmierschnittstelle 118 und einer Bedienerrücksetzvorrichtung 120 auf. Der Controller 108 ist z. B. wie im Folgenden ausführlich anhand von 9 beschrieben programmiert.
Wie in 5 gezeigt ist, ist ein Bedienerrückkopplungsanzeiger 122 vorgesehen, der sich vorzugsweise durch eine Änderung davon an dem Polierwerkzeug befindet, wobei der Rückkopplungsanzeiger an dem Kopf 102a des Polierwerkzeugs 102 befestigt ist oder sich anderswo wie etwa z. B. (siehe gestrichelte Linie 122) bei dem Bedienfeld 108a für das Gehäuse des Controllers 108 befindet. Beispielhaft kann der Rückkopplungsanzeiger den Bediener mittels Lampen (vorzugsweise LEDs) und/oder Klängen (vorzugsweise einer Sirene) informieren. Wo Lampen verwendet werden, ist es bevorzugt, eine Normalbetriebs-Anzeigelampe (vorzugsweise grün) 122a zur Angabe, dass der Polierwerkzeugsbetrieb innerhalb der wenigstens einen KCC liegt, eine Hoch-Anzeigelampe (vorzugsweise rot, möglicherweise aber orange oder gelb) 122b zur Angabe, dass der Polierwerkzeugsbetrieb über der wenigstens einen KCC liegt, eine Tief-Anzeigelampe (vorzugsweise rot, möglicherweise aber orange oder gelb) 122c zur Angabe, dass der Polierwerkzeugsbetrieb unter der wenigstens einen KCC liegt, und eine Störungsanzeigelampe (vorzugsweise rot) 122d zur Angabe, dass durch den Controller 108 gemäß Daten von dem wenigstens einen Sensor 104 und der Programmierung (siehe 9) eine Störung detektiert worden ist, aufzunehmen. Wo ein Klang verwendet wird, wird vorzugsweise ein Klang erzeugt, wenn durch den Controller 108 eine Störung detektiert worden ist.
Wie weiter in 2 gezeigt ist, wird das Polierwerkzeug durch eine Werkzeugleistungsquelle 130 mit Leistung wie z. B. mit elektrischer Leistung, falls das Polierwerkzeug elektrisch mit Leistung versorgt wird, oder mit einer Druckluftquelle, falls das Polierwerkzeug pneumatisch betrieben wird, versorgt. Über eine Datenleitung 134 ist ein kommerziell verfügbarer gesteuerter Schalter 132 (d. h. ein elektrisches oder pneumatisches Ventil, wobei seine Freigegeben/Gesperrt-Zustände durch ein Signal von dem Controller gesteuert werden, z. B. ein Magnetventil der Serie 8210 von der Asco Valve, Inc., aus Florham Park, NJ 07932) mit dem Controller 108 verbunden, wobei der Controller den Betrieb des Polierwerkzeugs im Fall einer Störungsdetektierung sperren kann. Wie in 5 gezeigt ist, kann das Polierwerkzeug 102 einen Aktuatorarm 138 aufweisen, der, wenn er durch den Bediener niedergedrückt wird, eine innen angeordnete Bedienerbetätigungsvorrichtung 140 (d. h. einen elektrischen Schalter oder ein pneumatisches Ventil) schließt, um dadurch den Betrieb des Polierwerkzeugs zu bewirken, sofern der Controller 108 den gesteuerten Schalter 132 freigegeben hat, um dem Polierwerkzeug über die Leistungsleitung 142 Leistung zuzuführen.
Aspekte des Betriebs einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung können anhand von 6A bis 8 verstanden werden, wobei die ausgewählten KCCs die KCC der angewendeten Kraft (wie sie aus der abgetasteten Werkzeugdrehzahl gefolgert wird) und die Polierzeit-KCC sind. Es ist festzustellen, dass andere KCCs wie etwa z. B. die Werkzeugbewegung in Bezug auf die lackierte Oberfläche (Werkzeugbewegungs-KCC) ausgewählt werden können, wobei ein herkömmlicher Bewegungssensor an den Controller 108 angeschlossen ist.
Die 6A und 6B zeigen eine Situation, in der der Bediener die vorgegebenen KCCs während des Betriebs des Polierwerkzeugs einhält. 6A ist eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Drehzahl des Polierwerkzeugs 150 mit einem akzeptablen Bereich R der Drehzahl in Bezug auf die KCC der angewendeten Kraft, die (wie z. B. gemäß einer empirisch erhaltenen Beziehung dazwischen, wie sie in 4 gezeigt ist) aus dem akzeptablen Bereich der Drehzahl des Polierwerkzeugs, der durch eine maximale Drehzahl R_MAX und durch eine minimale Drehzahl R_MIN definiert ist, gefolgert wird. Die Beziehung zwischen der Werkzeugdrehzahl und der angewendeten Kraft ist explizit durch Vergleich zwischen 6A und 6B gezeigt, wobei 6B eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der angewendeten Nettokraft (der angewendeten Gesamtkraft abzüglich des Werkzeuggewichts) 150' mit einem akzeptablen Bereich R' der angewendeten Nettokraft, wie sie sich direkt auf die KCC der angewendeten Kraft bezieht, der durch eine maximale angewendete Nettokraft R'_MAX und durch eine minimale angewendete Nettokraft R'_MIN definiert ist, ist. In dem Beispiel der 6A und 6B ist R_MAX 9012 min^–1, was einem R'_MIN von 4,45 N (1 Pfund) entspricht, und ist R_MIN 8568 min^–1, was einem R'_MAX von 8,9 N (2 Pfund) entspricht.
Das Diagramm 152 gibt die vom Polierwerkzeug angewendete Kraft, korreliert mit der Drehzahl als Funktion der Zeit, an und das Diagramm 152' gibt die vom Polierwerkzeug angewendete Nettokraft an. Wenn dem Polierwerkzeug dadurch, dass sowohl die Bedienerbetätigungsvorrichtung 140 als auch der gesteuerte Schalter 132 freigegeben (oder geschlossen) sind, Leistung zugeführt wird, wird die Betriebsdrehzahl des Polierwerkzeugs erhalten und wird die Werkzeugdrehzahl über den Sensor 104, 104', 104'' überwacht und durch den Controller ein Anzeiger der Einhaltung der KCC der angewendeten Kraft durch den Bediener ausgegeben, was für die Diagrammabschnitte 152a, 152a' in Form des Leuchtenlassens der Normalbetriebs-Anzeigelampe 122a erfolgt. Es ist zu sehen, dass der Diagrammabschnitt 152a zwischen R_MAX und R_MIN liegt und dass der Diagrammabschnitt 152a' zwischen R'_MAX und R'_MIN liegt, sodass der Controller somit keine Störung ermittelt, da der Bediener immer die KCC der angewendeten Kraft einhält, indem er die angewendete Nettokraft zwischen 4,45 N und 8,9 N (zwischen ein und zwei Pfund) hält.
7 zeigt eine Situation, in der der Bediener die vorgegebenen KCCs während eines ersten Abschnitts des Betriebs des Polierwerkzeugs einhält, daraufhin die Bedienerbetätigungsvorrichtung 140 aber vorzeitig freigibt. Wie in 6A zeigt eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Drehzahl des Polierwerkzeugs 160 den akzeptablen Bereich R der KCC der angewendeten Kraft, der (wie z. B. gemäß einer empirisch erhaltenen Beziehung dazwischen, wie sie in 4 gezeigt ist) aus dem akzeptablen Bereich der Drehzahl des Polierwerkzeugs gefolgert wird, der durch eine maximale Drehzahl R_MAX von 9012 min^–1, die einer minimalen angewendeten Nettokraft des Pads des Polierwerkzeugs gegen die lackierte Oberfläche von 4,45 N (1 Pfund) entspricht, und durch eine minimale Drehzahl R_MIN von 8568 min^–1, die einer maximalen angewendeten Nettokraft des Pads des Polierwerkzeugs gegen die lackierte Oberfläche von 8,9 N (2 Pfund) entspricht, definiert ist. Das Diagramm 162 gibt eine vom Polierwerkzeug angewendete Kraft, korreliert mit der Drehzahl, als eine Funktion der Zeit an. Die Werkzeugdrehzahl wird über den Sensor 104, 104', 104'' überwacht und durch den Controller wird ein Anzeiger der Einhaltung der KCC der angewendeten Kraft durch den Bediener ausgegeben, der für den Diagrammabschnitt 162a die Form des Leuchtenlassens der Normalbetriebs-Anzeigelampe 122a hat, da die KCC der angewendeten Kraft eingehalten wird. Wie durch den Diagrammabschnitt 162c angegeben ist, wird die Bedienerbetätigungsvorrichtung allerdings beim Punkt 162b vorzeitig durch den Bediener freigegeben. In dieser Situation bestimmt der Controller 108 eine Störung, da die Polierzeit-KCC nicht erfüllt worden ist, schaltet die Normalbetriebs-Anzeigelampe 122a aus, lässt die Störungsanzeigelampe 122d leuchten und sperrt den gesteuerten Schalter 132, was den Polierwerkzeugsbetrieb verhindert, bis die Systemstörung durch manuelles Drücken der Bedienerrücksetzvorrichtung 120 behoben worden ist.
Ferner wird hinsichtlich der Polierzeit-KCC erwartet, dass der Bediener das Polierwerkzeug betreibt, bis der Controller bestimmt hat, dass die Dauer der Polierzeit-KCC erfüllt worden ist, woraufhin der Controller den gesteuerten Schalter vorübergehend sperrt, um den Bediener über die Erfüllung der Polierzeit-KCC und darüber, sofort mit dem Polieren aufzuhören, zu informieren. Auf diese Weise lernt der Bediener die Dauer der Polierzeit-KCC, die z. B. zwischen 8 und 16 Sekunden liegen kann, wobei in 6A bis 8 beispielhaft 15 Sekunden gezeigt sind.
8 zeigt eine Situation, in der der Bediener die vorgegebenen KCCs während eines ersten Abschnitts des Betriebs des Polierwerkzeugs einhält, daraufhin während eines zweiten Abschnitts des Betriebs aber nicht einhält. Wie in 6A zeigt eine graphische Darstellung der Zeit gegenüber der Drehzahl des Polierwerkzeugs 170 den akzeptablen Bereich R der KCC der angewendeten Kraft, der (wie z. B. gemäß einer empirisch erhaltenen Beziehung dazwischen, wie sie in 4 gezeigt ist) aus dem akzeptablen Bereich der Drehzahl des Polierwerkzeugs gefolgert wird, der durch eine maximale Drehzahl R_MAX von 9012 min^–1, die einer minimalen angewendeten Nettokraft des Pads des Polierwerkzeugs gegen die lackierte Oberfläche von 4,45 N (1 Pfund) entspricht, und durch eine minimale Drehzahl R_MIN von 8568 min^–1, die einer maximalen angewendeten Nettokraft des Pads des Polierwerkzeugs gegen die lackierte Oberfläche von 8,9 N (2 Pfund) entspricht, definiert ist. Das Diagramm 172 gibt eine vom Polierwerkzeug angewendete Kraft, korreliert mit der Drehzahl, als Funktion der Zeit an. Wenn dem Polierwerkzeug dadurch, dass sowohl die Bedienerbetätigungsvorrichtung 140 als auch der gesteuerte Schalter 132 freigegeben (oder geschlossen) werden, Leistung zugeführt wird, nimmt die Werkzeugdrehzahl zu und wird die Werkzeugdrehzahl über den Sensor 104, 104' und 104'' überwacht, wobei durch den Controller ein Anzeiger der Einhaltung der KCC der angewendeten Kraft durch den Bediener ausgegeben wird, der für den Diagrammabschnitt 172a in Form des Leuchtenlassens der Normalbetriebsanzeigelampe 122a erfolgt. Es ist zu sehen, dass der Diagrammabschnitt 172c selbst dann zwischen R_MAX und R_MIN liegt, wenn er beim Diagrammabschnitt 172b vorübergehend über R_MAX ist, sodass der Controller somit keine Störung wegen der KCC der angewendeten Kraft feststellt. Allerdings beginnt der Bediener beim Punkt 172c, wenn er zu stark drückt, eine Nichteinhaltung der KCC der angewendeten Kraft, wobei die Drehzahl dementsprechend unter R_MIN fällt. Der Controller 108 detektiert dieses Ereignis und misst seine Zeitdauer wie z. B. 1,5 Sekunden Nichteinhaltungszeit durch den Bediener während des Diagrammabschnitts 172e, währenddessen der Controller die Normalbetriebsanzeigelampe 122a ausschaltet, die Hoch-Anzeigelampe 122b leuchten lässt (es wird angemerkt, dass die Hoch-Anzeigelampe leuchten gelassen wird, da die angewendete Kraft zu hoch ist und die betroffene KCC die der angewendeten Kraft, nicht die der Werkzeugdrehzahl ist). Am Ende der zugelassenen Nichteinhaltungszeit (wie z. B. 1,5 Sekunden) ermittelt der Controller 108 beim Punkt 172d eine Systemstörung, woraufhin der Controller die Hoch-Betriebs-Anzeigelampe 122b ausschaltet, die Störungs-Anzeigelampe 122d leuchten lässt und den gesteuerten Schalter sperrt, sodass die Leistung zu dem Polierwerkzeug beendet wird. In dieser Situation verhindert der Controller 108 den Polierwerkzeugbetrieb, bis die Systemstörung durch manuelles Drücken des Bedienerzurücksetzens 120 behoben worden ist.
Nunmehr übergehend zu 9 ist ein Beispiel eines Algorithmus 200 zum Programmieren des Controllers 108 genau beschrieben.
Beim Entscheidungsblock 202 erfolgt eine Abfrage, ob das System in Betrieb ist, wobei gewartet wird, bis die Antwort auf die Abfrage ja ist, woraufhin das Programm zu Block 204 fortschreitet, wo der gesteuerte Schalter 132 freigegeben wird. Im Entscheidungsblock 206 erfolgt eine Abfrage, ob der Bedienerbetätigungsschalter 140 freigegeben ist (d. h., ob das Polierwerkzeug ausgelöst worden ist). Falls die Antwort auf die Abfrage nein ist, schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 208 fort, wo eine Abfrage erfolgt, ob eine vorgegebene Zeitdauer ohne Werkzeugauslösung verstrichen ist. Falls die Antwort auf die Abfrage nein ist, wird das Programm zu Block 204 zurückgeschleift; wenn die Antwort auf die Abfrage dagegen ja ist, schreitet das Programm zu Block 210 fort, wo die Leistung in einen Erhaltungsmodus gebracht wird und das Polierwerkzeug bei Block 212 wegen der Sperrung des gesteuerten Schalters 132 gesperrt wird. Im Entscheidungsblock 214 erfolgte eine Abfrage, ob die Bedienerrücksetzvorrichtung 120 manuell zurückgesetzt (d. h. gedrückt) worden ist, wobei das Ereignis beim Block 216 in einem Protokoll gespeichert wird und das Programm zu Block 204 zurückkehrt, wenn die Antwort auf die Abfrage ja ist.
Falls die Antwort auf die Abfrage bei erneuter Betrachtung des Entscheidungsblocks 206 dort ja ist, schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 218 fort, wo gemäß Daten von dem Drehzahlsensor eine Abfrage erfolgt, ob die Werkzeugbetriebsdrehzahl des Polierwerkzeugs erreicht worden ist. Falls die Antwort auf die Abfrage nein ist, erfolgt im Entscheidungsblock 220 weiter eine Abfrage, ob eine Werkzeugstartstörung aufgetreten ist, woraufhin das Programm zu Block 222 fortschreitet, wo die Störungsanzeigelampe leuchten gelassen wird, und daraufhin zu Block 212 und im Folgenden wie oben beschrieben fortschreitet, wenn die Antwort auf die Abfrage ja ist.
Falls die Antwort auf die Abfrage bei erneuter Betrachtung des Entscheidungsblocks 218 dort ja ist, beginnt in Block 224 der Polierzyklus, damit gemäß der Polierzeit-KCC die Zeit gemessen wird. In Block 226 wird bei dem Rückkopplungsanzeiger 122 die Betriebsbedingung des Polierwerkzeugs gegenüber der KCC der angewendeten Kraft und der Polierzeit-KCC angegeben. Die Drehzahlsensordaten werden gemäß der empirisch bestimmten Beziehung dazwischen in Daten der angewendeten Kraft umgesetzt, und solange die angewendete Kraft innerhalb des akzeptablen Bereichs der KCC der angewendeten Kraft liegt, wird in Block 226 die Normalbetriebs-Anzeigelampe leuchten gelassen, während anderenfalls in Block 226 entweder die Hoch- oder die Tief-Anzeigelampe leuchten gelassen wird.
Daraufhin schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 228 fort, wo gemäß Daten von einem Drehzahlsensor gemäß Korrelation mit der empirisch bestimmten Drehzahlbeziehung eine Abfrage erfolgt, ob der Bediener die KCC der angewendeten Kraft einhält. Falls die Antwort auf die Abfrage nein ist, d. h., falls der Bediener das Polierwerkzeug für eine vorgegebene Nichteinhaltungszeit außerhalb des vorgegebenen Bereichs der KCC der angewendeten Kraft betrieben hat, schreitet das Programm zu Block 222 fort, wo nur die Störungsanzeigelampe leuchten gelassen wird, und schreitet es daraufhin weiter zu Block 212 und weiter wie oben beschrieben fort. Falls die Abfrage im Entscheidungsblock 228 dagegen ja ist, schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 230 fort.
Im Entscheidungsblock 230 erfolgt eine Abfrage, ob der Bediener die Polierzeit-KCC einhält. Falls die Antwort auf die Abfrage nein ist, wie z. B., falls der Bediener die Bedienerbetätigungsvorrichtung 140 vorzeitig gesperrt hat (siehe 7), schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 222 und weiter wie oben beschrieben fort. Falls die Antwort auf die Ab frage dagegen ja ist, schreitet das Programm zum Entscheidungsblock 232 fort, wo die Abfrage erfolgt, ob der Polierzyklus rechtzeitig abgeschlossen worden ist, wie etwa z. B. durch eine vorgegebene verstrichene Zeit seit Block 224, z. B. 15 Sekunden, wobei dann, wenn die Antwort auf die Abfrage nein ist, das Programm zum Entscheidungsblock 226 zurückkehrt; während dann, wenn die Antwort auf die Abfrage ja ist, das Programm zu Block 234 fortschreitet, bei dem eine vorübergehende Sperrung des Werkzeugs über den gesteuerten Schalter 132 stattfindet, was einen Bediener, der weiter poliert, informieren soll, dass die Polierzeit-KCC eingehalten worden ist und dass das Polieren abgeschlossen werden muss. Daraufhin schreitet das Programm zu Block 216 und ferner wie oben beschrieben fort.
Entsprechend der obigen ausführlichen Beschreibung in Bezug auf ein Handpolierwerkzeug kann selbstverständlich irgendein angetriebenes Handwerkzeug quantitativ prozessgesteuert werden, indem Betriebscharakteristiken des Werkzeugs (wie z. B. Schlüsselsteuercharakteristiken) identifiziert werden, wenigstens die Betriebscharakteristiken abgetastet werden und durch einen Controller eine Betriebssteuerung des Werkzeugs und eine Bedienerrückkopplung der Bedienereinhaltung eines vorgegebenen Bereichs der Betriebscharakteristik bereitgestellt wird.
Für den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, kann die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Abwandlung unterliegen. Eine solche Änderung oder Abwandlung kann ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung, der nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll, abzuweichen.

Claims

System zum Bereitstellen einer quantitativen Prozesssteuerung eines angetriebenen Handwerkzeugs, wobei das System umfasst: ein Handwerkzeug mit vorgegebenen Betriebscharakteristiken beim Betrieb; einen Controller; wenigstens einen Sensor, der wenigstens eine Betriebscharakteristik der vorgegebenen Betriebscharakteristiken abtastet, wobei der wenigstens eine Sensor mit dem Controller verbunden ist, um dadurch an den Controller Daten in Bezug auf die wenigstens eine Betriebscharakteristik zu liefern; und einen gesteuerten Schalter, der in der Weise mit dem Werkzeug und mit dem Controller verbunden ist, dass der Controller den gesteuerten Schalter wahlweise freigibt und sperrt, wobei der gesteuerte Schalter die Leistung zu dem Werkzeug freigibt, wenn der gesteuerte Schalter freigegeben ist, und wobei der gesteuerte Schalter die Leistung zu dem Werkzeug sperrt, wenn der gesteuerte Schalter gesperrt ist; wobei der Controller den gesteuerten Schalter in Ansprechen darauf, dass der wenigstens eine Sensor die wenigstens eine Betriebscharakteristik abtastet, wahlweise freigibt und sperrt.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen Rückkopplungsanzeiger, der mit dem Controller verbunden ist; wobei der Controller bei dem Rückkopplungsanzeiger ausgewählte Informationen hinsichtlich der Daten registriert.
System nach Anspruch 1, bei dem das Werkzeug ein Polierwerkzeug umfasst; und bei dem die wenigstens eine Betriebscharakteristik wenigstens eine Schlüsselsteuercharakteristik des Betriebs des Werkzeugs umfasst.
System nach Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine Betriebscharakteristik die in Bezug auf eine Oberfläche angewendete Kraft des Werkzeugs umfasst; wobei der Controller den gesteuerten Schalter in Ansprechen darauf, dass der Controller bestimmt, dass die angewendete Kraft entweder unter einer vorgegebenen minimalen angewendeten Kraft liegt oder dass die angewendete Kraft über einer vorgegebenen maximalen angewendeten Kraft liegt, freigibt und sperrt.
System nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine Sensor die Drehzahl des Werkzeugs abtastet; wobei der Controller die Drehzahl gemäß einer vorgegebenen Beziehung dazwischen in die angewendete Kraft umsetzt.
System nach Anspruch 2, bei dem: der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft zwischen der maximalen und der minimalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine erste Anzeige liefert; der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft über der maximalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine zweite Anzeige liefert; der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft unter der minimalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine dritte Anzeige liefert; und der Controller in Ansprechen darauf, dass der Controller den gesteuerten Schalter sperrt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine vierte Anzeige liefert.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Bedienerrücksetzvorrichtung umfasst, die mit dem Controller verbunden ist, wobei dann, wenn der Controller den gesteuerten Schalter sperrt, ein manuelles Zurücksetzen der Bedienerrücksetzvorrichtung erforderlich ist, bevor der Controller anschließend den gesteuerten Schalter freigibt.
System nach Anspruch 3, bei dem die wenigstens eine Betriebscharakteristik die Polierzeit umfasst; wobei der Controller ferner den gesteuerten Schalter in Ansprechen darauf, dass das Polierwerkzeug unter Einhaltung der Polierzeit betrieben wird, wahlweise freigibt und sperrt.
System nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine Sensor die Drehzahl des Werkzeugs abtastet; wobei der Controller die Drehzahl gemäß einer vorgegebenen Beziehung dazwischen in die angewendete Kraft umsetzt.
System nach Anspruch 2, bei dem: der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft zwischen der maximalen und der minimalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine erste Anzeige liefert; der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft über der maximalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine zweite Anzeige liefert; der Controller in Ansprechen darauf, dass die angewendete Kraft unter der minimalen angewendeten Kraft liegt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine dritte Anzeige liefert; und der Controller in Ansprechen darauf, dass der Controller den gesteuerten Schalter sperrt, bei dem Rückkopplungsanzeiger eine vierte Anzeige liefert.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Bedienerrücksetzvorrichtung umfasst, die mit dem Controller verbunden ist, wobei dann, wenn der Controller den gesteuerten Schalter sperrt, ein manuelles Zurücksetzen der Bedienerrücksetzvorrichtung erforderlich ist, bevor der Controller anschließend den gesteuerten Schalter freigibt.
Verfahren zum Bereitstellen einer quantitativen Prozesssteuerung eines Werkzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen wenigstens einer Betriebscharakteristik eines Werkzeugs; Bestimmen eines akzeptablen Bereichs jeder jeweiligen Betriebscharakteristik der wenigstens einen Betriebscharakteristik des Werkzeugs; Betreiben des Werkzeugs; Abtasten des Betriebs des Werkzeugs, um dadurch Daten zu liefern, die sich auf die wenigstens eine Betriebscharakteristik des Werkzeugs während des Betriebs des Werkzeugs beziehen; und automatisches Sperren des Betriebs des Werkzeugs in Ansprechen auf den Schritt des Abtastens, falls der Betrieb des Werkzeugs außerhalb des akzeptablen Bereichs einer Betriebscharakteristik der wenigstens einen Betriebscharakteristik liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Angeben von Informationen hinsichtlich des Werkzeugbetriebs in Bezug auf den akzeptablen Bereich wenigstens einer Betriebscharakteristik des Werkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Bestimmens wenigstens einer Betriebscharakteristik das Bestimmen wenigstens einer Schlüsselsteuercharakteristik eines Polierwerkzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Bestimmens eines akzeptablen Bereichs jeder Betriebscharakteristik der wenigstens einen Charakteristik des Werkzeugs umfasst: Bestimmen eines Bereichs einer akzeptablen in Bezug auf eine Oberfläche angewendeten Kraft des Polierwerkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Abtastens umfasst: Abtasten der Drehzahl des Polierwerkzeugs; und Umsetzen der Drehzahl in die angewendete Kraft gemäß einer vorgegebenen Beziehung dazwischen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das manuelle Zurücksetzen einer Bedienerrücksetzvorrichtung umfasst, falls das Polierwerkzeug in dem Schritt des automatischen Sperrens automatisch gesperrt worden ist, um dadurch den Betrieb des Werkzeugs wieder freizugeben.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Abtastens umfasst: Abtasten der Drehzahl des Polierwerkzeugs; und Umsetzen der Drehzahl in die angewendete Kraft gemäß einer vorgegebenen Beziehung dazwischen.
System nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Bestimmens eines akzeptablen Bereichs jeder jeweiligen Betriebscharakteristik der wenigstens einen Betriebscharakteristik des Werkzeugs umfasst: Bestimmen einer Polierzeit des Polierwerkzeugs.
System nach Anspruch 12, das ferner das vorübergehende Sperren des Werkzeugs am Ende der Polierzeit umfasst.