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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschleifen eines insbesondere ungleichförmigen, unter einer Andruckkraft nachgiebigen Oberflächenabschnitts eines Produkts, insbesondere eines Metallprodukts, mit einer Halteeinrichtung, in der ein Schleifstein mit einer ebenen Schleiffläche gehalten ist, mit einer die Halteeinrichtung tragenden Einrichtung zum Aufsetzen des Schleifsteins mit seiner Schleiffläche auf den zu schleifenden Oberflächenabschnitt und mit einer Einrichtung, welche im Betrieb den Schleifstein und das Produkt relativ zueinander bewegt.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beurteilen der Güte eines Oberflächenabschnitts eines Produkts.
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Bei der Qualitätskontrolle von Oberflächen von Metallprodukten sind Kratzer, Krater, Erhebungen, Wellen und andere Oberflächenstörungen von besonderem Interesse. Dies gilt insbesondere für die Beurteilung von Oberflächen von Stahl- oder Leichtmetallflachprodukten, an deren Beschaffenheit heute in der Regel höchste Anforderungen gestellt werden sollen. Als ”Flachprodukte” werden dabei üblicherweise alle als Band, Blech, Zuschnitt oder Platine vorliegenden Walzprodukte im warm- oder kaltgewalzten Zustand verstanden.
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Unter die hier anzuschleifenden Oberflächen fallen dabei beispielsweise solche Oberflächen, an denen Erhebungen in Form von Wellen, Falten, Beulen etc. vorhanden sind, welche sich aufgrund der Elastizität oder Formgebung des Materials, aus dem das jeweilige Produkt besteht, unter Druck verformen. Ein typisches Beispiel für solche Oberflächen sind die Oberflächen von Metallflachprodukten, wie Stahl- oder Leichtmetallbleche oder -bänder, die produktionsbedingt abschnittsweise wellig sind. Aufgrund der geringen Dicke solcher Flachprodukte geben die Wellen oder sonstigen Formfehler beim Anschleifen unter dem Druck des Schleifsteins elastisch nach, um anschließend wieder zurück in ihre Ausgangsform zu springen.
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Ein Problem bei der Erfassung von Oberflächenfehlern besteht darin, dass sie mit optischen Mitteln ohne vorhergehende Präparation schwer zu identifizieren sind. Daher werden die jeweils zu prüfenden Oberflächen stichprobenartig abschnittsweise mit einem formstabilen Schleifmittel (Schleifstein) leicht überschliffen. Auf diese Weise werden erhabene Bereiche durch ein lokal verstärktes Anschliffbild deutlich erkennbar und dazwischen liegende Vertiefungen ebenso verdeutlicht. Während die erhabenen Bereiche durch die Anschleifspuren deutlich erkennbar sind, zeigen sich im Bereich von Vertiefungen keinerlei Schleifspuren. Der besonders interessierende Fehlerbereich, in dem unterhalb des mittleren Niveaus der zu untersuchenden Oberfläche ausgebildete Krater oder Kratzer vorhanden sind, erscheint dann dunkler und umgeben von einem angeschliffenen Bereich, der in der Regel heller oder glänzender erscheint.
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Das Anschleifen des jeweils zu beurteilenden Oberflächenabschnitts erfolgt heute in der Regel manuell. Dabei steht das zu untersuchende Probenstück still, während der Kontrolleur den jeweiligen Abschnitt überschleift, indem er den in der Regel quaderförmigen, blockartigen Schleifstein mit seiner ebenen Schleiffläche unter leichtem Druck über den jeweils zu beurteilenden Oberflächenabschnitt bewegt. Die beim Anschleifen für den erforderlichen Materialabtrag erforderliche Druckkraft und die für ein ausreichend gleichmäßiges Schleifergebnis notwendige Ausrichtung werden von Bediener dabei aufgrund seiner Erfahrung aufgegeben.
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Diese manuelle Vorgehensweise birgt das Problem in sich, dass das Anschleifergebnis stark abhängig ist von der Erfahrung und dem Vorgehen des Kontrolleurs. Dementsprechend abhängig ist auch das Ergebnis der Oberflächenbeurteilung von der subjektiven Empfindung des Kontrolleurs bei der manuellen Bearbeitung des jeweils untersuchten Oberflächenabschnitts.
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Er wird daher angestrebt, das Anschleifen zu automatisieren und von manueller Tätigkeit unabhängig zu machen. Hierbei ergibt sich die Herausforderung, die beim manuell ausgeführten Anschleifvorgang wie selbstverständlich vom Kontrolleur vorgenommenen, zum Ausgleich von Unebenheiten oder anderen Ungleichförmigkeiten der Oberfläche erforderlichen Ausgleichsbewegungen automatisch auszuführen und gleichzeitig sicherzustellen, dass stets ein ausreichender, die Relativbewegung von Werkzeug und Oberfläche nicht behindernder Kontakt zwischen Schleifwerkzeug und zu beurteilender Oberfläche besteht.
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Als besonders problematisch hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn die zu untersuchenden Oberflächen einen nach oben oder unten gebogenen oder sogar welligen Oberflächenverlauf besitzen. Solche Verhältnisse können insbesondere dann vorliegen, wenn die Oberfläche von Stahlflachprodukten untersucht werden soll, die als Bandmaterial vorliegen und im kontinuierlichen Durchlauf untersucht werden sollen. Bei derartigen Metallbändern können als Ergebnis eines vorherigen Walzprozesses Planheitsabweichungen von mehreren Zentimetern vorliegen. Dabei treten diese Abweichungen lokal begrenzt oder großflächig in Erscheinung. Insbesondere bei sehr dünnen Bändern kann es darüber hinaus beim Auftreffen des Schleifwerkzeugs auf Unebenheiten zu unerwünschten Verschiebungen und Abbremsungen des zu prüfenden Guts kommen, die ebenfalls zu einer Verfälschung des Anschleifergebnisses führen.
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Eine Möglichkeit der Schleifwerkzeuglagerung, die den Ausgleich von Unebenheiten ermöglicht und ein planes Anliegen der ebenen Schleiffläche an der zu schleifenden Oberfläche selbsttätig gewährleistet, ist die sogenannte ”kardanische Lagerung”. Bei einer kardanischen Lagerung ist das jeweilige Werkzeug in einer Halterung um mindestens zwei rechtwinklig zueinander ausgerichtete Schwenkachsen verschwenkbar. Die Schwenkachsen sind dabei im Betrieb quer zum auf die jeweils zu schleifende Oberfläche gefällten Lot ausgerichtet. Beim Aufsetzen der ebenen Schleiffläche des Schleifsteins auf die zu untersuchende Oberfläche schwenkt der Schleifstein dementsprechend selbsttätig um die Schwenkachsen der kardanischen Lagerung, bis seine Schleiffläche satt auf der zu schleifenden Oberfläche sitzt.
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Ein Beispiel für den Nutzen einer kardanischen Aufhängung von Schleifwerkzeugen ist in der
WO 2007/014732 A2 beschrieben. Bei der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung zum Nachbearbeiten von Glasscheiben können als Schleifwerkzeuge verwendete rotierende Polierteller kardanisch aufgehängt sein, damit sich beim Andrücken des Polierwerkzeugs auf die zu schleifende Oberfläche der Anpressdruck besser über die Schleiffläche verteilen kann.
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Des Weiteren ist es bekannt, dass die durch eine kardanische Lagerung ermöglichten Ausgleichsbewegungen beim Schleifen von Werkstücken durch Hinzufügen zusätzlicher jeweils im Betrieb ebenfalls quer zum Lot auf die zu schleifende Oberfläche ausgerichtete Schwenkachsen erweitert werden können. So ist beispielsweise bei der in der
DE 10 2008 063 575 A1 beschriebenen, für eine Schleifmaschine vorgesehenen Werkstückaufnahme eine 3-fach kardanisch gelagerte Aufnahme vorgesehen.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik ergab sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Anschleifen eines Oberflächenabschnitts der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln ein optimales Anschleifergebnis auch dann sichergestellt ist, wenn die zu untersuchende Oberfläche Geometriefehler oder andere lokal begrenzte Ungleichförmigkeiten, wie Übergänge von ebenen zu unebenen Bereichen, aufweist. Des Weiteren sollte ein Verfahren angegeben werden, welches auf betriebssichere Weise die automatisierte Vorbereitung eines Oberflächenabschnitts eines Metallprodukts für die Beurteilung seiner Oberflächengüte ermöglicht.
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In Bezug auf die Vorrichtung ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass eine solche Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
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In Bezug auf das Verfahren ist die voranstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst worden, dass bei der automatisierten Vorbereitung eines Oberflächenabschnitts eines Produkts mindestens die in Anspruch 6 angegebenen Arbeitsschritte absolviert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend genauso wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anschleifen eines Oberflächenabschnitts eines Produkts, insbesondere eines Metallprodukts, weist somit in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik eine Halteeinrichtung auf, in der ein Schleifstein mit einer ebenen Schleiffläche gehalten ist. Bei dem Schleifstein handelt es sich typischerweise um ein quaderförmiges, blockartiges Schleifwerkzeug mit einer rechteckigen, langgestreckten Schleiffläche. Es können jedoch beispielsweise auch Schleifwerkzeuge mit einer quadratischen Schleiffläche eingesetzt werden. Von besonderer Bedeutung ist lediglich, dass die Kontaktfläche, mit der das Schleifmittel das Schleifgut berührt, möglichst eben ausgebildet ist.
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Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halteeinrichtung, die wiederum von einer Einrichtung zum Aufsetzen des Schleifsteins mit seiner Schleiffläche auf den zu schleifenden Oberflächenabschnitt getragen ist.
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Ebenso weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung auf, welche im Betrieb den Schleifstein und das Produkt relativ zueinander bewegt. Diese Relativbewegung kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass das Schleifwerkzeug relativ zum stillstehenden Produkt, das Produkt relativ zum in Bezug auf den den Materialabtrag bewirkenden Bewegungsvorgang stillstehenden Werkzeug oder sowohl das Schleifwerkzeug als auch das Produkt so bewegt werden, dass zwischen ihnen eine Relativbewegung entsteht.
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Erfindungsgemäß ist nun der Schleifstein in der Halteeinrichtung kardanisch gelagert, wobei die Halteeinrichtung, in der der Schleifstein kardanisch gelagert ist, an der Einrichtung zum Aufsetzen auf die zu beurteilende Oberfläche derart gehalten ist, dass bei einer Projektion auf die anzuschleifende Oberfläche die Schwenkachsen der kardanischen Lagerung ausgehend von einer Position, in der die eine Schwenkachse rechtwinklig quer und die andere Schwenkachse achsparallel zur Richtung der linearen Relativbewegung von Schleifstein und anzuschleifendem Oberflächenabschnitt ausgerichtet sind, gemeinsam um einen Schleifwinkel β verschwenkt sind, der größer 0° und kleiner 90° ist.
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In entsprechender Weise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Vorbereiten eines Oberflächenabschnitts eines Produkts zur Beurteilung seiner Oberflächengüte folgende Arbeitsschritte:
- a) Es wird das zu untersuchende Produkt bereitgestellt.
- b) Es wird ein kardanisch in einer Halteeinrichtung gelagerter Schleifstein mit seiner Schleiffläche auf die zu beurteilende Oberfläche aufgesetzt. Dabei ist der Schleifstein mit seiner kardanischen Lagerung in Bezug auf die zu beurteilende Oberfläche unter einem Schwenkwinkel β verschwenkt, so dass bei einer Projektion auf die anzuschleifende Oberfläche die Schwenkachsen der kardanischen Lagerung ausgehend von einer Position, in der die eine Schwenkachse rechtwinklig quer und die andere Schwenkachse achsparallel zur Richtung der linearen Relativbewegung von Schleifstein und anzuschleifendem Oberflächenabschnitt ausgerichtet sind, gemeinsam um einen Schleifwinkel β verschwenkt sind, der größer 0° und kleiner 90° ist.
- c) Mit dem derart ausgerichteten Schleifstein wird der jeweils anzuschleifende Oberflächenabschnitt des Produkts durch Bewegen des auf der Oberfläche sitzenden Schleifsteins und des Produkts relativ zueinander angeschliffen, bis ein bestimmter Materialabtrag erfolgt ist. Der Materialabtrag ist dabei so bestimmt, dass ein möglichst flächiger, gleichmäßiger Anschliff erzielt wird.
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Die Erfindung macht sich somit die an sich bekannte Möglichkeit zu Nutze, durch Verwendung einer kardanischen Lagerung einen Schleifstein mit seiner ebenen Schleiffläche so auf die zu untersuchende Oberfläche aufzusetzen, dass sich der Schleifstein bei Kontakt mit der betreffenden Oberfläche selbsttätig ausrichtet, bis seine Schleiffläche satt aufsitzt.
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Die Erfindung ist dabei insbesondere für solche Produkte geeignet, bei denen lokal oder großflächig auftretende Geometriefehler, wie Wellen, Dellen, Falten oder desgleichen vorhanden sind, wobei diese von der optimal ebenen Form abweichenden Fehler unter der vom Schleifwerkzeug ausgeübten Andruckkraft nachgeben und nach dem Überschleifen wieder in ihre Ausgangsform zurückspringen.
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Zusätzlich ist erfindungsgemäß der Schleifstein mit seiner kardanischen Lagerung um eine im praktischen Betrieb normal zur zu untersuchenden Schleiffläche ausgerichteten Schwenkachse um einen Schwenkwinkel β verschwenkt, der größer 0° und kleiner 90° ist. Gemäß der Erfindung ist also während des Schleifvorgangs keine der Schwenkachsen der kardanischen Lagerungen des Schleifsteins achsparallel in Bezug auf die Richtung der momentanen Bewegung oder quer dazu ausgerichtet. Abhängig von der Größe des Schleifwinkels β kann dies zwar insbesondere bei konventionellen Schleifsteinen mit einer rechteckigen Schleiffläche zu einer Verminderung der Breite des vom Schleifstein effektiv überstrichenen Oberflächenabschnitts führen. Jedoch wird durch die erfindungsgemäße Verschwenkung verhindert, dass sich der Schleifstein bei Auftreffen auf Oberflächenwellen oder anderen Störungen durch ein selbsttätiges Verschwenken um jeweils mindestens eine der Schwenkachsen der kardanischen Lagerung soweit verschwenkt, dass er über seine von der zu untersuchenden Oberfläche in Bewegungsrichtung jeweils zuerst angelaufene Kante verkantet. Ein solches Verkanten muss verhindert werden, da es eine Beschädigung der zu untersuchenden Oberfläche oder des Schleifsteins verursachen kann. Auch bewirkt bereits ein leichtes Verkanten, dass die Schleiffläche des Schleifsteins nicht mehr ordnungsgemäß auf der anzuschleifenden Oberfläche sitzt und so das Anschleifergebnis beeinträchtigt wird.
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Mit der Erfindung ist somit der Schleifstein fest mit der jeweiligen Einrichtung verbunden, die die Relativbewegung zwischen Schleifstein und anzuschleifender Oberfläche bewirkt. Dabei ist durch die Erfindung sichergestellt, dass sich das Schleifmedium selbsttätig schnellstmöglich der jeweiligen Oberflächengeometrie der anzuschleifenden Oberfläche anpasst. Aufwändiger Ausweichmechanismen bedarf es dazu nicht. Vielmehr reicht eine einfache kardanische Lagerung und eine bezogen auf die Ebene der Relativbewegung geeignete Verschwenkung der Lagerung um eine orthogonal zu den Schwenkachsen der kardanischen Lagerung ausgerichtete zusätzliche Schwenkachse aus, um ein betriebssicheres Anschleifen auch empfindlicher Oberflächen und Produkte zu ermöglichen.
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Sofern sich die Geometrie des untersuchten Produkts in Folge der Andruckkraft während des Anschliffes ändert, führt dies ebenfalls zu einer selbsttätigen Neuausrichtung des Schleimittels.
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Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäß verschwenkte Aufhängung des Schleifsteins für alle Anschleifoperationen unabhängig von der Richtung der Relativbewegung zwischen Schleifstein und anzuschleifendem Oberflächenabschnitt. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Schleifwerkzeug bogenförmige oder linear ausgerichtete Schleifbewegungen ausführt. Unabhängig von der Art der Bewegung bewirkt der zwischen der anzuschleifenden Oberfläche und dem Schleifstein bestehende Reibkontakt ein Moment, in Folge dessen der Schleifstein bestrebt ist, um die jeweils quer zur momentanen Bewegungsrichtung ausgerichtete Schwenkachse der kardanischen Lagerung zu schwenken. Durch die erfindungsgemäße Verschwenkung der Schwenkachsen der kardanischen Lagerung wird das jeweils wirksame Moment um die Schwenkachsen so beschränkt, dass ein Verkippen oder Verkanten und ein damit einhergehendes Abheben der Schleiffläche des Schleifsteins vermieden wird.
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Um die zum Schleifen notwendige Andruckkraft während des Anschleifens konstant zu halten, kann ein Kraftsensor vorgesehen sein, der die zwischen anzuschleifender Oberfläche und Schleifstein aktuell herrschenden Andruckkräfte erfasst. Der Sensor liefert die von ihm erfassten Messwerte an eine Steuer- und Regeleinrichtung, die bei Abweichung der erfassten Messwerte von einem Sollwert die Andruckkraft so regelt, dass sie wieder den Sollvorgaben entspricht. Hierzu kann die Regeleinrichtung ein Signal an die Einrichtung zum Aufsetzen des Schleifsteins abgeben, auf das hin die betreffende Einrichtung die Anpresskraft, mit der sie den Schleifstein gegen die anzuschleifende Oberfläche drückt, verändert, bis die erfassten Andruckkräfte wieder im Sollbereich liegen. Alternativ oder ergänzend kann die Andruckkraft auch durch mindestens ein an der Halteeinrichtung vorgesehenes Gewicht bewirkt werden. Hierzu kann die Halteeinrichtung so an der Einrichtung zum Aufsetzen gehalten sein, dass über die Aufsetzeinrichtung gar keine oder nur eine definierte Andruckkraft ausgeübt und alle darüber hinaus gehenden Andrückkräfte durch die jeweils vorgesehenen Gewichte bestimmt werden.
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Gemäß einer praxisgerechten Ausführung der Erfindung ist die Einrichtung zum Aufsetzen des Schleifsteins durch einen konventionellen Roboterarm gebildet, der an seinem freien Ende die Halteeinrichtung trägt. Aufgrund der einem solchen Roboterarm eigenen Beweglichkeit ist es besonders einfach, unterschiedliche Oberflächenabschnitte der zu untersuchenden Oberfläche zu erreichen und anzuschleifen, um stichprobenartige Beurteilungen der Oberflächenqualität durchzuführen. Alternativ kann der Schleifstein mit der Halteeinrichtung von einem Schlitten getragen sein, der in einer einzigen Richtung oder zwei insbesondere nach Art eines Kreuzschlittens orthogonal zueinander ausgerichteten Richtungen hin und her verschoben werden kann. Gerade bei einer solchen Ausgestaltung kann es zweckmäßig sein, die jeweilige Andruckkraft durch Gewichte vorzunehmen, da auf diese Weise auf eine gesonderte Einrichtung zum Andrücken des Schleifsteins auf die anzuschleifende Oberfläche verzichtet werden kann.
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Grundsätzlich ist die Form der Schleiffläche des erfindungsgemäß eingesetzten Schleifmittels beliebig. Der jeweils zu wählende Schleifwinkel β ist hierbei abhängig von der Art der jeweiligen Oberfläche, der Art des Schleifmittels, aus dem der Schleifstein besteht, der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Schleifstein und anzuschleifender Oberfläche sowie der Anpresskraft, mit der der Schleifstein auf die Oberfläche gedrückt wird. Bezogen auf die jeweils anzuschleifende Oberfläche kann der Schleifwinkel einmal empirisch ermittelt und anschließend für alle weiteren Schleifvorgänge an gleichartigen Produkten beibehalten bleiben.
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Besonders dann, wenn, wie bei konventionellen Schleifsteinen üblich, das Schleifmittel eine rechteckige, insbesondere langgestreckte Schleiffläche aufweist, ist es zweckmäßig, den Schwenkwinkel β so zu wählen, dass bei einer Projektion auf den zu schleifenden Oberflächenabschnitt die Längskanten der Schleiffläche mit der Richtung der linearen Relativbewegung einen Winkel einschließen, der größer 0° und kleiner 45° ist. Diese Ausrichtung ist beispielsweise auch dann günstig, wenn die Schleiffläche des Schleifsteins quadratisch ist. Allgemein haben Versuche belegt, dass ein Verkanten des Schleifsteins insbesondere dann vermieden werden kann, wenn der Schleifwinkel 45–80°, insbesondere mindestens 60°, beträgt. Indem der Schleifwinkel höchstens 70° beträgt, kann beispielsweise bei einem Schleifstein mit rechtwinkliger, langgestreckter Schleiffläche sichergestellt werden, dass der Schleifstein weder über eine seiner Schmal- noch über eine seiner Längsseiten verkantet. Als optimal für das Anschleifen von Stahlflachprodukten hat es sich hier beispielsweise herausgestellt, wenn der Schleifwinkel im Bereich von 60–70°, beispielsweise bei 65°, liegt.
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Soll nur ein bestimmter Produkttyp angeschliffen werden oder für den Fall, dass ein bestimmter Schleifwinkel sich als geeignet für das störungsfreie Anschleifen unterschiedlicher Produkttypen herausstellt, kann es daher ausreichen, den Schleifwinkel bereits bei der Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung einmalig und fest einzustellen. Eine größere Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten und eine nachträgliche Justage des Schleifwinkels ist jedoch dann möglich, wenn die Halteeinrichtung mit der kardanischen Lagerung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, die im Betrieb normal zum anzuschleifenden Oberflächenabschnitt, d. h. bezogen auf die Hauptebene der linearen Relativbewegung zwischen Schleifstein und Produkt, orthogonal ausgerichtet ist. Die auf die betreffende Schwenkachse bezogene Schwenkstellung der Halteeinrichtung kann dann arretierbar sein, um die Halteeinrichtung sicher beim jeweiligen Schleifwinkel zu halten.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für die im Zuge der optischen Beurteilung von Oberflächenfehlern durchgeführte Vorbereitung von Oberflächen von Stahlflachprodukten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Anschleifen der Oberfläche eines Stahlflachprodukts in einer perspektivischen Ansicht;
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2 ein Stahlflachprodukt beim Anschleifen eines Oberflächenabschnitts mittels einer Vorrichtung gemäß 1 in einer schematisch vereinfachten Draufsicht.
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Die Vorrichtung 1 zum Anschleifen eines Oberflächenabschnitts 2 einer Oberfläche 3 eines als Stahlblechprobe vorliegenden Produkts 4 umfasst eine Halteeinrichtung 5, die am freien Ende eines Roboterarms 6 gehalten ist. Die Halteeinrichtung 5 ist dabei an einer Schwenkeinrichtung 7 befestigt, die auf von der hier nicht gezeigten Steuerung des Roboterarms 6 abgegebene entsprechende Steuersignale hin die Halteeinrichtung 5 um eine Schwenkachse Z schwenken und in der jeweiligen Schwenkstellung arretieren kann.
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In der Halteeinrichtung 5 ist ein quaderförmiger, blockartiger Schleifstein 8 kardanisch gelagert. Dazu weist die Halteeinrichtung 5 einen U-förmigen Haltebügel 9, der drehfest mit der Schwenkeinrichtung 7 verkoppelt ist, einen rechteckigen, langgestreckten Rahmen 10, der zwischen den Schenkeln des Halteglieds 9 um eine rechtwinklig quer zur Schwenkachse Z ausgerichtete Schwenkachse Y schwenkbar gelagert ist, und einen Schleifsteinhalter 11 auf. In dem Schleifsteinhalter 11 sitzt der Schleifstein 8 derart, dass seine Längsseiten 12, 13 achsparallel zu den Längsseiten 14, 15 des Rahmens 10 angeordnet sind. Die rechtwinklige Schleiffläche 16 des Schleifsteins 8 liegt dementsprechend frei auf der von der Schwenkeinrichtung 7 abgewandten Seite der Halteeinrichtung 5.
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Der Schleifsteinhalter 11 selbst ist im Rahmen 10 um eine Schwenkachse X verschwenkbar gelagert, die rechtwinklig quer zu den beiden anderen Schwenkachsen Y, Z ausgerichtet ist. Die Schwenkachse X ist dabei mittig in Bezug auf die Längsseiten 14, 15 des Rahmens 10 positioniert, während die Schwenkachse Y mittig in Bezug auf die Schmalseiten 17, 18 des Rahmens 10 angeordnet ist. Gleichzeitig ist der Haltebügel 9 so in Bezug auf die Schwenkachse Z ausgerichtet, dass die Schwenkachse Z den Mittelpunkt der vom Rahmen 10 umgrenzten rechtwinkligen Öffnung 19 durchsticht.
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Zum Anschleifen setzt der Roboterarm 6 die Halteeinrichtung 5 mit dem Schleifstein 8 auf die anzuschleifende Oberfläche 3 und hebt sie nach Beendigung des Anschleifvorgangs wieder von der Oberfläche 3 des Produkts 4 ab. Dabei ist die Halteeinrichtung 5 um die Z-Achse so verschwenkt, dass bei einer Projektion auf die anzuschleifende Oberfläche 3 (2) die Schwenkachsen X, Y der kardanischen Lagerung ausgehend von der in 2 durch punktierte Linien dargestellten Position, in der die eine Schwenkachse Y rechtwinklig quer und die andere Schwenkachse X der kardanischen Lagerung achsparallel zur Richtung L der linearen Relativbewegung von Schleifstein 8 und anzuschleifendem Oberflächenabschnitt 2 ausgerichtet sind, gemeinsam um die Schwenkachse Z um einen Schleifwinkel β verschwenkt sind, der größer 0° und kleiner 90° ist. Konkret ist beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Schleifwinkel β von 65° eingestellt worden, so dass bei der Projektion auf die Oberfläche 3 der zwischen den Längsseiten 12, 13 des Schleifsteins 8 und der Richtung L der Relativbewegung eingeschlossene Winkel β' 35° betrug.
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Der Roboterarm 6 diente nicht nur zum Absetzen und Anheben der Halteeinrichtung 5 mit dem Schleifstein 8, sondern auch zum für das Anschleifen erforderlichen, hier oszillierend ausgeführten linearen Bewegen des Schleifsteins 8 in Relation zu der anzuschleifenden Oberfläche 3 des Produkts 4. Dabei erfolgte die Relativbewegung zwischen dem Produkt 4 nur über eine begrenzte Länge, so dass nur der bestimmte Oberflächenabschnitt 2 vom Schleifstein 8 überstrichen worden ist.
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Auch die für den gewünschten Materialabtrag erforderliche Anpresskraft wurde über den Roboterarm 6 aufgebracht. Dabei wurde durch einen zwischen dem Roboterarm 6 und der Halteeinrichtung 5 angeordneten Sensor 20 die jeweils wirksame Druckkraft erfasst und an die Steuer- und Regeleinrichtung des Roboterarms 6 weitergegeben. Dieser hat daraufhin die Anpresskraft so geregelt, dass sie stets im optimalen Sollbereich lag.
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Mit der Vorrichtung 1 sind sechs Versuche V1–V6 an einer Stahlblechprobe durchgeführt worden, bei der eine nachgiebige, wellenförmige und quer zur Bewegungsrichtung L ausgerichtete, etwa 900 mm lange Verformung dadurch simuliert wurde, dass mittig unter die Probe ein ca. 25 mm dicker Schwamm gelegt wurde. Geschliffen wurde mit einem Schleifstein 8, dessen Schleiffläche 16 30 mm breit und 100 mm lang war.
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Es zeigte sich, dass bei einem Schleifwinkel β von 65° bei Relativgeschwindigkeiten V von 50–500 mm/s und Anpresskräften K, die 40–70 N betrugen, beim Überfahren der simulierten Erhebung stets eine vollflächige Auflage der Schleiffläche 16 auf dem anzuschleifenden Oberflächenabschnitt 2 gewährleistet war und jedes Verkanten vermieden wurde. Im Einzelnen sind die bei den Versuchen eingestellten Bewegungsgeschwindigkeiten V und Anpresskräfte K in Tabelle 1 angegeben.
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Durch die erfindungsgemäß verschwenkte kardanische Lagerung des Schleifsteins
8 konnte der flächige Kontakt zwischen Schleifstein
8 und anzuschleifender Oberfläche
3 auch bei sich – je nach Andruckkraft K – ändernder Wellenform gehalten werden. Auch in Fällen, in denen die simulierte Welle aufgrund der hohen Andruckkraft K zunächst eingedrückt und anschließend wieder plötzlich hervorgesprungen ist, war ein flächiger Kontakt gesichert. Mit der kardanisch montierten Schleifsteinhalterung konnte somit ein instabiler Oberflächenabschnitt einschließlich einer Welle flächig angeschliffen werden.
| Versuch: | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 |
| V [mm/s]: | 50 | 90 | 90 | 200 | 250 | 500 |
| K [N]: | 40 | 40 | 70 | 70 | 70 | 50 |
Tabelle 1
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Anschleifen des Oberflächenabschnitts 2
- 2
- Oberflächenabschnitt der Oberfläche 3
- 3
- Oberfläche des Produkts 4
- 4
- Produkt (Stahlflachprodukt)
- 5
- Halteeinrichtung
- 6
- Roboterarm
- 7
- Schwenkeinrichtung
- 8
- Schleifstein
- 9
- Haltebügel
- 10
- Rahmen
- 11
- Schleifsteinhalter
- 12, 13
- Längsseiten des Schleifsteins 8
- 14, 15
- Längsseiten des Rahmens 10
- 16
- Schleiffläche des Schleifsteins 8
- 17, 18
- Schmalseiten des Rahmens 10
- 19
- vom Rahmen 10 umgrenzte Öffnung
- 20
- Sensor
- β
- Schleifwinkel
- β'
- Winkel
- K
- Andruckkraft
- L
- Richtung der Relativbewegung
- X, Y, Z
- Schwenkachsen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/014732 A2 [0011]
- DE 102008063575 A1 [0012]
