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Die Erfindung betrifft eine Glasbearbeitungsvorrichtung, die eine Bohrschleifvorrichtung aufweist. Solche Glasbearbeitungsvorrichtungen werden vorzugsweise automatisch betrieben. Manche Glasscheiben müssen gebohrt werden. Dazu wird die Bohrschleifvorrichtung eingesetzt. Wenn Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser gefertigt werden sollen, muss der Werkzeugkopf der Bohrschleifvorrichtung gewechselt werden, was automatisiert geschehen soll. Um Stillstandszeiten zu vermindern, muss verhindert werden, dass das Einkoppeln daran scheitert, dass der Werkzeugkopf in einer zum Einkoppeln ungeeigneten Lage relativ zur Spindel ist.
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Eine Glasbearbeitungsvorrichtung, bei der das Einkoppeln automatisiert möglich ist, ist aus der
EP 0 775 546 B1 bekannt. Dort wird der Bohrer über konzentrische angeordnete Magnetkreise mit der Spindel verbunden werden. Nachteilig daran ist der hohe Fertigungsaufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
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Die Erfindung löst das Problem durch eine Glasbearbeitungsvorrichtung, die eine Bohrschleifvorrichtung aufweist, die (a) eine Spindel, die eine Einkoppelstruktur besitzt, (b) einen Satz an Werkzeugköpfen und (c) einen Greifer aufweist, wobei jeder Werkzeugkopf einen Zentrierkonus und eine Koppelstruktur zum formschlüssigen Zusammenwirken mit der Einkoppelstruktur besitzt und zum magnetischen Koppeln mit der Spindel ausgebildet ist und wobei der Greifer Halterollen besitzt, die drehbar gelagert sind und mittels derer ein Werkzeugkopf bezüglich einer Bewegung in axialer Richtung des Werkzeugskopfs haltbar ist. Besonders bevorzugt hat diese Glasbearbeitungsvorrichtung zusätzlich die oben genannten Eigenschaften.
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Vorteilhaft an einer derartigen Bohrschleifvorrichtung, bei der es sich um eine spezielle Schleifvorrichtung handelt, ist, dass die Werkzeugköpfe auf einfache Weise gewechselt werden können. Vorteilhaft ist zudem der einfache Aufbau der Werkzeugköpfe, der sie sehr robust macht.
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Besonders bevorzugt sind die Einkoppelstruktur und die Koppelstruktur so ausgebildet, dass bei einem Bewegen von Werkzeugkopf und Spindel in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Spindel aufeinander zu entweder der Werkzeugkopf und die Spindel ohne Drehung um die Drehachse formschlüssig miteinander koppeln oder ein Drehmoment erzeugt wird, so dass der Werkzeugkopf sich um die Drehachse dreht und der Werkzeugkopf danach mit der Spindel koppelt. Das wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Koppelstruktur und/oder die Einkoppelstruktur eine Fase aufweisen und in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einen so großen Krümmungsradius hat, dass der jeweilige Gegenstand außer in theoretischen Grenzfällen stets auf eine Flanke trifft, so dass ein Drehmoment bezüglich einer Drehung um die Drehachse erzeugt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Einkoppelstruktur und/oder die Koppelstruktur eine Quasi-Drehsymmetrie. Hierunter ist zu verstehen, dass die Einkoppelstruktur und/oder die Koppelstruktur eine nur annähernd drehsymmetrische Gestalt haben. Beispielsweise hat nur die Einkoppelstruktur oder die Koppelstruktur eine Quasi-Drehsymmetrie und die jeweils andere Struktur eine strenge Drehsymmetrie. Das führt dazu, dass dann, wenn die Einkoppelstruktur und die Koppelstruktur zuerst miteinander in Kontakt kommen, fast immer eine Flanke von Einkoppelstruktur oder Koppelstruktur getroffen wird, so dass ein Drehmoment erzeugt wird. Kommen die Koppelstruktur und die Einkoppelstruktur so in Kontakt, dass sie nicht sofort ineinander greifen und kein Drehmoment erzeugt wird, entsteht ein Kippmoment um die Drehachse, wodurch die Koppelstruktur und die Einkoppelstruktur an einer zweiten Stelle miteinander in Berührung kommen. Aufgrund der Abweichung von der idealen Drehsymmetrie führt das dazu, dass an der zweiten Stelle zwei zueinander geneigte Flächen miteinander in Kontakt kommen, so dass das Drehmoment erzeugt wird.
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Vorzugsweise ist der Werkzeugkopf ferromagnetisch und der Spindelkopf ferromagnetisch und magnetisiert. Um eine möglichst große Haltekraft zu erzielen, kann der Spindelkopf einen Seltenerd-Magneten umfassen. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Spindelkopf einen Ferritmagneten oder einen sonstigen Magneten. Auch ist möglich, dass der Spindelkopf selbst magnetisiert ist. Es ist möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, dass der Werkzeugkopf unmagnetisiert ist. Alternativ kann der Werkzeugkopf aber auch magnetisiert sein.
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Es ist möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, dass zwischen dem Magneten des Spindelkopfs und dem Werkzeugkopf ein kleiner Luftspalt existiert. Das garantiert eine reproduzierbare Kopplung zwischen dem Werkzeugkopf und der Spindel, auch wenn der Werkzeugkopf verschmutzt ist.
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Günstig ist es, wenn der Magnet oder der magnetisierte Bereich der Spindel gegenüber einer Spindel-Stirnfläche ausgebildet ist.
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Vorzugsweise besitzt die Glasbearbeitungsvorrichtung einen Werkzeugwechsler, der zumindest einen Greifer aufweist, wobei der Greifer zumindest zwei Greifeinheiten besitzt und wobei jede Greifeinheit je drei Halterollen hat, mittels derer der Werkzeugkopf bezüglich einer Bewegung in axialer Richtung des Werkzeugkopfs haltbar ist hat. So kann mit dem ersten Greifer ein an der Spindel befestigter Werkzeugkopf entnommen werden, dann der Greifer gedreht und/oder translatorisch bewegt werden, sodass der zweite Greifer vor der Spindel positioniert ist, und schließlich ein zweiter Werkzeugkopf, der vom zweiten Greifer gehalten wird, mit der Spindel gekoppelt werden. So kann ein Werkzeugkopf schnell gegen einen anderen ausgetauscht werden.
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Günstig ist es, wenn die Greifer-Längsachsen der Greifer schräg zueinander verlaufen. Insbesondere ist es günstig, wenn ein Winkel zwischen den Greifer-Längsachsen größer als 10° ist. So werden Verkantungen vermieden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Roboter eine Haltevorrichtung, wobei die Haltevorrichtung ein erstes Halteelement, das mittels eines Anschlusses am Roboter befestigt ist, zumindest ein erstes Saugelement aufweist, das über den Anschluss mit einem Fluiddruck zum Halten der Glasscheibe beaufschlagbar ist, und ein erstes Koppelelement besitzt, und ein zweites Halteelement zum Befestigen am ersten Halteelement aufweist, wobei das zweite Halteelement zumindest ein zweites Saugelement besitzt, mittels dem die Glasscheibe gehalten werden kann, und ein zweites Koppelement hat, und mittels des zweiten Koppelelements mit dem ersten Koppelelement automatisch starr so verbindbar ist, dass das zweite Saugelement mittels des Fluids betätigbar ist. Es ergibt sich so ein in seinen Dimensionen veränderbarer Greifer. Eine Glasbearbeitungsvorrichtung um einer derartigen Haltevorrichtung stellt einen unabhängigen Gegenstand der Erfindung dar.
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Das ist vorteilhaft, weil die erfindungsgemäße Glasbearbeitungsvorrichtung vorzugsweise für die Herstellung von Glasscheiben bei sehr kleinen Losgrößen, insbesondere Losgröße 1, eingesetzt wird. Dabei ist es einerseits notwendig, jede Glasscheibe sicher zu halten. Andererseits sollte der Greifer nur an vom Rand der Glasscheibe beabstandeten Stellen angreifen, um eine Bearbeitung aller Kanten ohne Umgreifen zu ermöglichen. Durch die beschriebene Haltevorrichtung kann der Roboter vor der Bearbeitung einer jeden Glasscheibe den Greifer so modifizieren, dass er den Anforderungen optimal entspricht.
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Wenn die beiden Koppelelemente miteinander verbunden sind, sind die Halteelemente so starr miteinander verbunden, dass die Last der Glasscheibe, die vom zweiten Halteelement aufgenommen wird, über das erste Halteelement in den Arm des Roboters, der das erste Halteelement hält, eingeleitet werden kann.
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Unter dem Merkmal, dass das Saugelement mit einem Fluiddruck beaufschlagbar ist, wird insbesondere verstanden, dass ein Überdruck oder ein Unterdruck anlegbar ist. Bei dem Saugelement kann es sich um einen Vakuumsauger handeln, der die Glasscheibe mittels des zumindest einen Saugelements ansaugt und so hält. Dieser Unterdruck kann dadurch erzeugt sein, dass über den Anschluss ein Unterdruck angelegt wird. Es ist aber auch möglich, dass über den Anschluss ein Überdruck angelegt wird, beispielsweise mittels Druckluft, und dass der Unterdruck mittels einer Venturi-Düse erzeugt wird.
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Unter dem Merkmal, dass das zweite Saugelement mittels des Fluiddrucks betätigbar ist, wird insbesondere verstanden, dass das erste Halteelement und das zweite Halteelement so mittels der Koppelelemente verbindbar sind, dass das Vakuum zum Betätigen der Saugelemente vom ersten Halteelement zum zweiten Halteelement übertragbar ist. So ist zumindest das erste Koppelelement vorzugsweise ausgebildet zum Öffnen einer Vakuumleitung, wenn das zweite Koppelelement angekoppelt ist, und zum Verschließen dieser Vakuumleitung, wenn das zweite Koppelement nicht angeschlossen ist. So ist es ausreichend, über den Anschluss am Roboter ein Vakuum zuzuführen, mittels dem sowohl das erste Saugelement als auch das zweite Saugelement betätigt werden können.
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Jedes der Saugelemente kann aus mehreren Teil-Saugelementen aufgebaut sein, um die Saugkraft und die Griffsicherheit der Haltevorrichtung zu erhöhen.
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Besonders bevorzugt besitzt die Haltevorrichtung zumindest ein drittes Halteelement, das zumindest ein drittes Saugelement aufweist, mittels dem die Glasscheibe gehalten werden kann, und das ein drittes Koppelelement besitzt, wobei das dritte Koppelelement mit dem ersten Koppelelement und/oder dem zweiten Koppelelement automatisch starr verbindbar ist, sodass das dritte Saugelement mittels des Fluids betätigbar ist.
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Vorzugsweise besitzt die Glasbearbeitungsvorrichtung zumindest ein viertes Halteelement, das zumindest einen viertes Saugelement aufweist, mittels dem die Glasscheibe gehalten werden kann, und das ein viertes Koppelelement besitzt, wobei das vierte Koppelelement mit dem ersten Koppelelement und/oder dem zweiten Koppelelement und/oder dem dritten Koppelelement automatisch starr so miteinander verbindbar ist, dass das dritte Saugelement mittels des Fluids betätigt ist.
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Besonders günstig ist es, wenn das erste Halteelement zumindest ein weiteres Koppelelement aufweist, und insbesondere zwei, drei, vier oder mehr Koppelelemente besitzt. Auf diese Weise kann das zweite Halteelement und – sofern vorhanden – weitere Halteelemente an mehreren Positionen angekoppelt werden, was die Konfigurierbarkeit der Haltevorrichtung erhöht.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine perspektivische Teil-Ansicht einer erfindungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtung,
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2 in den Teilbildern 2a, 2b und 2c Ansichten von Werkzeugköpfen einer erfindungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtung,
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3 einen Greifer einer erfindungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtung,
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4 eine Haltevorrichtung einer erfindungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtung und
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5 die Haltevorrichtung gemäß 4 mit einem zusätzlichen Halteelement.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Glasbearbeitungsvorrichtung 10, die im vorliegenden Fall einen Roboter 12 und eine erste Bearbeitungsvorrichtung 14 aufweist. Der Roboter 12 besitzt einen Sockel 15, einen am Sockel 15 befestigten Grundkörper 16, einen ersten Arm 18, der am Grundkörper 16 schwenkbar befestigt ist, einen zweiten Arm 20, der am ersten Arm 18 befestigt ist und einen Kopf 22, der am zweiten Arm 20 angebracht ist. Der Roboter 12 umfasst eine Haltevorrichtung 24 in Form eines Sauggreifers zum kraftschlüssigen Halten einer Glasscheibe 26.
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1 zeigt, dass die erste Bearbeitungsvorrichtung 14 eine Bohrschleifvorrichtung 13 umfasst, die zwei von gegenüberliegenden Seiten angreifende Werkzeugköpfe 44.1, 44.2 in Form von Bohrschleifköpfen aufweist. Jeder Werkzeugkopf 44 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix beziehen sich auf alle entsprechenden Objekte) ist mittels einer Spindel 46.1 bzw. 46.2 drehangetrieben und wird so zugestellt, dass die resultierende Kraft auf die Glasscheibe 26 minimiert wird.
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2 zeigt in seiner Teil-2a einen Spindelkopf 64 der Spindel 46.1 (vgl. 1). Der Spindelkopf 64 besitzt eine Einkoppelstruktur 66, die im vorliegenden Fall eine sechszählige Drehsymmetrie aufweist. Eine Stirnfläche 68 der Koppelstruktur 66 besitzt eine Fase 70. Die Fase 70 verläuft geneigt zu einer Ebene E, die senkrecht zu einer Drehachse der Spindel 46.1 verläuft, entlang einer Kurve, deren Krümmungsradius größer ist als 1 mm. Das ermöglicht ein leichtes Einkoppeln.
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Die 2b und 2c zeigen einen Werkzeugkopf 44, der einen Zentrierkonus 72 und eine Koppelstruktur 74 aufweist, die mit der Einkoppelstruktur 66 (2a) formschlüssig zusammenwirkt. Auf einer der Koppelstruktur 74 abgewandten Seite besitzt der Werkzeugkopf 44 einen Bearbeitungsabschnitt 76 zum Bearbeiten der Glasscheibe. In 2c ist der Bearbeitungsabschnitt nicht gezeigt.
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2c zeigt einen Querschnitt durch den Spindelkopf 64 und den Werkzeugkopf 44. Es ist zu erkennen, dass der Spindelkopf 46 an einer Spindelwelle 78 der Spindel befestigt ist, im vorliegenden Fall mittels einer Senkschraube 80.
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Der Werkzeugkopf 44 ist ferromagnetisch. Der Spindelkopf 64 umfasst einen Magneten 65, der gegenüber der Stirnseite 68 des Werkzeugkopfs 44 angeordnet ist. Zwischen beiden ist ein kleiner Luftspalt.
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3 zeigt einen Greifer 100, der Teil eines Werkzeugwechslers 101 (vgl. 1) ist. Der Werkzeugwechsler 101 ist im vorliegenden Fall als Roboter ausgebildet und seinerseits Teil der Bohrschleifvorrichtung 13, die ihrerseits Bestandteil der Bearbeitungsvorrichtung 14 ist. Der Roboter ist beispielsweise ein Fünf-Achs-Roboter.
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Der Greifer 100 besitzt vorzugsweise zumindest zwei Greifeinheiten 102.1, 102.2 Jede Greifeinheit 102 besitzt je drei Halterollen 104, von denen die Halterollen 104.1 und 104.2 in 3 zu sehen sind. Die drei Halterollen 104 sind beispielsweise in äquidistanten Winkelschritten um eine Greifer-Längsachse L100 angeordnet, so dass die dritte Halterolle in der Schnittansicht gemäß 3 nicht zu sehen ist.
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Die Halterollen 104 sind um jeweilige Drehachsen D drehbar und weisen jeweils eine Nut 106 auf. Um eine leichte Drehbarkeit zu erreichen, sind die Halterollen 104 kugelgelagert. Die Nut 106 ist so ausgestaltet, dass ein Koppelvorsprung 108 des Werkzeugkopfs 44 formschlüssig gegriffen werden kann. Es kommt in anderen Worten zu einem Formschluss zwischen dem Koppelvorsprung 108 und der Nut 106. Im gekoppelten Zustand kann der Werkzeugkopf 44 durch eine Bewegung entlang der Greifer-Längsachse L100 von der schematisch gestrichelt eingezeichneten Spindel 46 abgezogen werden.
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Die Halterollen 104 sind an jeweils einem Greiferarm 110 befestigt. Zumindest einer der Greiferarme, vorzugsweise aber zwei oder drei der Greiferarme, können motorisch radial auswärts bewegt werden. Im vorliegenden Fall werden die Greiferarme pneumatisch auswärts bewegt. Durch eine radiale Auswärtsbewegung kommt der Koppelvorsprung 108 außer Eingriff mit den Nuten 106, so dass der Werkzeugkopf 44 entnommen werden kann.
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Dadurch, dass die Nut 106 an der Halterolle 104 ausgebildet ist, kann sich der Werkzeugkopf 44 frei drehen. Das ist von Vorteil, wenn die Koppelstruktur 74 (vgl. 2b) winkelverschoben zur Einkoppelstruktur 66 (2a) angeordnet ist, wenn mit dem Greifer 100 der Werkzeugkopf 44 in den Spindelkopf 64 eingesetzt wird. Dann dreht sich der Werkzeugkopf selbsttätig in die richtige Winkelstellung.
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Die Greiferarme 110 sind beispielsweise an einer ersten Greifeinheit 102.1 ausgebildet. Der Greifer 100 verfügt über zwei, drei oder mehr Greifeinheiten 102.i (i = 2, 3, ...), wobei drei Greifeinheiten besonders bevorzugt sind. Es ist dann möglich, zunächst mit der leeren Greifeinheit 102.1 einen Werkzeugkopf 44 von der Spindel 46 zu lösen (vgl. 2c), durch Drehen des Greifers 100 um eine Drehachse D100 eine zweite, mit einem anderen Werkzeugkopf 44 bestückte Greifeinheit 102 vor der Spindel zu positionieren und danach den neuen Werkzeugkopf in die Spindel einzusetzen. Danach kann eine weitere Bohrschleifvorrichtung angefahren und dort ebenfalls der Werkzeugkopf 44 gewechselt werden.
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4 zeigt die optionale Haltevorrichtung 24, die ein erstes Halteelement 82 aufweist, das mittels eines Anschlusses 84 am Kopf 22 des Roboters 12 (vgl. 1) befestigt ist. Das erste Halteelemente 82 umfasst mehrere erste Saugelemente 86.1, 86.2, ..., die über den Anschluss 84 mit Vakuum beaufschlagt werden können, das über eine Vakuumleitung 88 des Roboters 12 bereitgestellt wird. Das erste Halteelement 82 umfasst zudem ein erstes Koppelement 90.
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5 zeigt ein zweites Halteelement 92, das zweite Saugelemente 94.1, 94.2, 94.3 umfasst und ein zweites Koppelelement 96 besitzt. Das zweite Koppelement 96 ist mit dem ersten Koppelelement 90 starr und zum Übertragen des Vakuums verbunden.
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Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens erhält der Roboter 12.1 (siehe 5) zunächst von der Ansteuereinheit 36 die Abmessungen einer zu bearbeitenden Glasscheibe 26. Je nach Größe der Glasscheibe 26 fährt der Roboter 12 das erste Halteelement 82 zum zweiten Halteelement 92 oder einem dritten, vierten oder fünften Halteelement und koppelt eines, zwei oder mehr Halteelemente so miteinander, dass die Haltevorrichtung 24 hinreichend groß ist, um die Glasscheibe 26 sicher zu halten und hinreichend klein ist, um die vollständige Bearbeitung ohne Umgreifen zu ermöglichen.
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Nach der Wahl des Halters greift der Roboter 12 die Glasscheibe 26 und führt sie wie oben beschrieben in den Linearförderer ein. Die Ansteuereinheit 36 übermittelt dem Roboter die Trajektorie, entlang derer die Glasscheibe 26 zu bewegen ist. Zudem sendet die Ansteuereinheit 36 der Bearbeitungsvorrichtung 14 die Bearbeitungsparameter zum Bearbeiten der Glasscheibe. Nach Ende der Bearbeitung setzt der Roboter 12 die Glasscheibe auf einer Transportvorrichtung ab.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Glasbearbeitungsvorrichtung
- 12
- Roboter
- 13
- Bohrschleifvorrichtung
- 14
- Bearbeitungsvorrichtung
- 15
- Sockel
- 16
- Grundkörper
- 18
- erster Arm
- 22
- Kopf
- 20
- zweiter Arm
- 24
- Haltevorrichtung
- 26
- Glasscheibe
- 28
- Linearförderer
- 30
- erstes Förderelement
- 32
- zweites Förderelement
- 34
- Schiene
- 36
- Auswerteeinheit
- 60
- Feinstpoliervorrichtung
- 61
- Lager
- 62
- Zustelleinheit
- 63
- Übergabestation
- 64
- Spindelkopf
- 65
- Einheit
- 66
- Einkoppelstruktur
- 67
- Ausrichteinheit
- 68
- Stirnfläche
- 70
- Fase
- 72
- Zentrierkonus
- 74
- Koppelstruktur
- 76
- Bearbeitungsabschnitt
- 78
- Spindelwelle
- 80
- Senkschraube
- 82
- erstes Halteelement
- 38
- erster Motor
- 40
- zweiter Motor
- 42
- Vorspanneinheit
- 44
- Werkzeugkopf
- 46
- Spindel
- 48
- erste Schleifvorrichtung
- 50
- zweite Schleifvorrichtung
- 52
- Unterkante
- 54
- erste Poliervorrichtung
- 56
- zweite Poliervorrichtung
- 58
- Feinpoliervorrichtung
- 84
- Anschluss
- 86
- erstes Saugelement
- 88
- Vakuumleitung
- 90
- erstes Koppelelement
- 92
- zweites Halteelement
- 94
- zweites Saugelement
- 96
- zweites Koppelelement
- 100
- Greifer
- 101
- Werkzeugwechsler
- 102
- Greifeinheit
- 104
- Halterolle
- 106
- Nutz
- 108
- Koppelvorsprung
- 110
- Greifarm
- 112
- Greifeinheit
- L
- Längsrichtung
- v12
- Scheibengeschwindigkeit
- v28
- Fördergeschwindigkeit
- K
- Kurve
- L100
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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