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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Schleifvorrichtung sowie eine entsprechende Schleifvorrichtung.
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Schleifvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Sie verfügen über wenigstens ein Schleifmittel, das beispielsweise eine Tellerbürste, ein Schleifband oder ein sonstiges Schleifmittel sein kann. Sie werden verwendet, um Oberflächen unterschiedlichster Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien zu schleifen, zu entgraten, zu polieren oder auf sonstige Weise zu behandeln. Während über lange Zeit versucht wurde, die Oberfläche des zu schleifenden Werkstückes so zu behandeln, dass möglichst keine Schleifspuren vorhanden sind, werden diese Schleifmuster zunehmend als Dekor-Element entdeckt und gezielt hervorgerufen. Dennoch sind weiterhin Anwendungen bekannt, bei denen ein Schleifmuster möglichst zu vermeiden ist.
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Der zu schleifende Gegenstand hat nicht immer eine ebene Oberfläche, die parallel zur Ebene des Schleifmittels verläuft. Oftmals verfügt der zu schleifende Gegenstand über eine strukturierte Oberfläche, die beispielsweise Erhöhungen und/oder Vertiefungen aufweist. Um dieser Oberflächenstruktur gerecht zu werden und das gewünschte Schleifergebnis hervorzurufen sind aus dem Stand der Technik verschiedene Vorschläge bekannt. Bei Bandschleifmaschinen, die über ein umlaufendes Schleifband verfügen, lässt sich beispielsweise ein Winkel zwischen der Umlaufrichtung des Schleifbandes und der Förderrichtung, entlang derer das Werkstück durch die Vorrichtung geführt wird, einstellen. Auch der Druck, mit dem das Schleifband oder eine Tellerbürste auf die zu schleifende Oberfläche gedrückt wird, lässt sich einstellen. Dafür sind Schleifbalken bekannt, die über mehrere nebeneinander angeordnete Druckschuhe verfügen, die gegebenenfalls unabhängig voneinander angesteuert werden können.
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Nachteilig ist, dass die jeweiligen Einstellungen für das zu schleifende Werkstück individuell angepasst werden müssen. Sind die Einstellungen einmal vorgenommen worden, werden in der Regel nur Werkstücke mit der Schleifmaschine geschliffen, die alle die gleiche Oberflächenstruktur aufweisen, damit umständliche Einstellungen der verschiedenen Schleifparameter möglichst selten, vorteilhafterweise gar nicht, vorgenommen werden müssen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Schleifmaschine und eine entsprechende Schleifmaschine vorzuschlagen, mit denen möglichst gute Schleifergebnisse vorzugsweise möglichst unabhängig von der Struktur und Art der zu schleifenden Oberfläche erzielt werden können.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Schleifvorrichtung mit den Schritten:
- a. Schleifen einer Oberfläche eines Werkstückes mit wenigstens einem Schleifmittel,
- b. Erfassen von Ist-Daten der Oberfläche nach dem Schleifen mittels wenigstens einer Datenerfassungseinrichtung,
- c. Vergleichen der Ist-Daten mit in einem elektronischen Datenspeicher gespeicherten Soll-Daten in einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung und
- d. Anpassen wenigstens eines Schleifparameters wenn eine Abweichung der Ist-Daten von den Soll-Daten einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Schleifergebnis überwacht werden. Auf diese Weise wird es möglich, Abweichungen vom gewünschten Schleifergebnis frühzeitig und schnell zu erkennen und wenigstens eine, gegebenenfalls auch mehrere Schleifparameter der Schleifmaschine anzupassen, um dem Soll-Ergebnis möglichst nahe zu kommen. Dies kann vorteilhafterweise vollständig automatisiert geschehen, ohne dass die Einstellungen von einem Menschen überprüft oder vorgenommen werden müssten. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist vorteilhafterweise in der Lage, aus den erfassten Ist-Daten und der ermittelten Abweichung von den hinterlegten Soll-Daten eine Gegenmaßnahme zu ermitteln, die geeignet ist, die Soll-Daten zu erreichen oder zumindest in den Toleranzbereich der Soll-Daten zu gelangen, so dass die Abweichung der Ist-Daten von den Soll-Daten bei den nächsten zu schleifenden Werkstücken kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist.
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Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Schleifparameter
- - eine Geschwindigkeit des Schleifmittels, vorzugsweise eine Rotationsgeschwindigkeit des Schleifmittels,
- - eine Vorschubgeschwindigkeit einer Transportvorrichtung, durch die das Werkstück durch die Schleifvorrichtung transportiert wird,
- - ein Anpressdruck und/oder eine Verteilung des Anpressdruckes des Schleifmittels an das Werkstück,
- - eine Einzugsstelle, an der das Werkstück mit dem Schleifmittel in Kontakt kommt,
- - die Art des Schleifmittels,
- - das Zu- und/oder Abschalten von Schleifaggregaten und/oder
- - die Schleifrichtung des Schleifmittels ist.
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Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist eingerichtet, wenigstens einen, gegebenenfalls auch mehrere oder gar alle der genannten Schleifparameter anzupassen. So kann die Geschwindigkeit des Schleifmittels und/oder die Vorschubgeschwindigkeit einer Transportvorrichtung variiert werden. Auf diese Weise wird eine Relativgeschwindigkeit des Schleifmittels zu dem Werkstück, das durch die Schleifvorrichtung transportiert wird, geändert. Eine Änderung der Geschwindigkeit des Schleifmittels liegt beispielsweise bei einem Schleifband auch dann vor, wenn ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Schleifbandes und der Vorschubrichtung geändert wird. Auch dadurch wird die Relativgeschwindigkeit von Schleifband und zu schleifendem Werkstück variiert. Wird bei der Interpretation der Abweichung zwischen den Ist-Daten und den Soll-Daten festgestellt, dass beispielsweise das Schleifmittel nicht mehr gleichmäßig schleift, sondern beispielsweise an einigen Stellen abgenutzter ist als an anderen Stellen, kann die Einzugsstelle variiert werden, an der das Werkstück in die Schleifmaschine eingeführt wird. Dadurch wird beeinflusst, mit welchen Teilen des Schleifmittels das Werkstück in Kontakt kommt.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann beispielsweise ein zusätzliches Schleifaggregat zugeschaltet oder ein bereits verwendetes Schleifaggregat abgeschaltet werden, um das gewünschte Schleifergebnis zu erhalten.
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Vorzugsweise verfügt die Datenerfassungseinrichtung über wenigstens ein optisches System, das wenigstens eine Kamera und vorzugsweise wenigstens eine Lichtquelle aufweist. Das optische System ist eingerichtet, Daten zumindest eines Teiles der Oberfläche, bevorzugt der gesamten Oberfläche, zu erfassen. Diese Erfassung und insbesondere die anschließende Verarbeitung geschieht vorzugsweise in Echtzeit, um möglichst schnell auf Abweichungen reagieren zu können, die größer sind als der vorbestimmte Grenzwert.
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Die Kamera ist vorzugsweise eine im sichtbaren Licht funktionierende Digitalkamera. Auch ein im ultravioletten oder infraroten Bereich arbeitende Kamera kann verwendet werden. Soll beispielsweise durch das Schleifen des Werkstückes die Beschichtung des Werkstückes mit einer beispielsweise nur im Infrarotbereich sichtbaren Substanz entfernt werden, kann dies nur geprüft werden, indem ein optischer Sensor, also eine Kamera, verwendet wird, die Strahlung im Infrarotbereich erkennen und verarbeiten kann. Vorzugsweise wird eine zur Kamera passende Lichtquelle verwendet, um eine möglichst optimale Ausleuchtung der zu erfassenden Oberfläche mit der für die Kamera benötigten Strahlung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise wird dabei die Oberfläche mit einer elektromagnetischen Strahlung aus einer Einstrahlrichtung bestrahlt, wenn die Datenerfassungseinrichtung die Daten der Oberfläche erfasst, wobei die Einstrahlrichtung vorzugsweise nicht senkrecht auf der Oberfläche und/oder nicht senkrecht auf einer Vorschubrichtung der Transporteinrichtung steht. Auf diese Weise kann eine schräge Beleuchtung der Oberfläche bis hin zum streifenden Einfall der elektromagnetischen Strahlung erreicht werden, wodurch insbesondere Unebenheiten leicht erkennbar werden, da sie einen auffälligen Schatten der elektromagnetischen Strahlung werfen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine möglichst glatte Oberfläche erzeugt werden soll, die keine oder nur wenig dreidimensionale Strukturen aufweist. Selbstverständlich kann das Verfahren jedoch auch bei anderen Oberflächen verwendet werden.
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Vorteilhafterweise wird aus den Ist-Daten ein Ist-Schleifmuster extrahiert, das mit einem Soll-Schleifmuster verglichen wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Werkstück nach dem Anpassen des wenigstens einen Schleifparameters wenigstens einem Schleifmittel zugeführt. Dieses zusätzliche Schleifmittel kann Teil der gleichen Schleifvorrichtung oder Teil einer weiteren Schleifvorrichtung sein. Es wird verwendet, um das Schleifergebnis, von dem die Ist-Daten stammen, dem Soll-Ergebnis anzupassen.
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Beim Schleifen eines Werkstückes werden die Ist-Daten durch eine Datenerfassungseinrichtung erfasst. Zeigt ein Vergleich mit den Soll-Daten, dass die Abweichung größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, erfüllt die Qualität der geschliffenen Oberfläche offensichtlich nicht die gewünschten Eigenschaften und Toleranzen. Das Werkstück ist somit normalerweise als Ausschuss zu betrachten und aus dem weiteren Produktionsgang zu entfernen. Liegt jedoch beispielsweise die Abweichung darin, dass zu wenig Material von der Oberfläche des Werkstückes abgetragen wurde, lässt sich dies korrigieren, indem das Werkstück einem weiteren Schleifmittel zugeführt wird. Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens lässt sich folglich die Menge des Ausschusses reduzieren, so dass das Verfahren insgesamt produktiver und damit kosteneffizienter wird.
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Vorteilhafterweise wird aus den Ist-Daten, die zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst werden, eine Veränderung des Schleifergebnisses ermittelt, auf deren Basis ein Zustand des wenigstens einen Schleifmittels ermittelt wird. Das Verfahren zum Betreiben der Schleifvorrichtung wird dazu vorzugsweise mehrfach hintereinander durchgeführt. Dabei werden vorzugsweise Ist-Daten von mehreren zu schleifenden Werkstücken nach dem Schleifen erfasst. Daraus lässt sich ein zeitlicher Verlauf des Schleifergebnisses ermitteln, was insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, dann von Vorteil und besonders einfach ist, wenn die zu schleifenden Werkstücke identisch oder zumindest sehr ähnlich ausgebildet sind. Aus einer Veränderung des Schleifergebnisses bei ansonsten vorzugsweise unveränderten Schleifparametern lässt sich auf den Zustand des Schleifmittels schließen.
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Vorteilhafterweise wird daraus ein Wechselzeitpunkt ermittelt, bei dem das wenigstens eine Schleifmittel getauscht wird. Stellt sich beispielsweise heraus, dass ein Teil des Schleifmittels bereits durch oftmaliges Verwenden abgenutzt ist und das gewünschte Schleifergebnis mit diesem Teil des Schleifmittels nicht zu erreichen ist, kann zunächst ein Schleifparameter angepasst werden. Dies ist beispielsweise die Einzugsstelle, an der das Werkstück mit dem Schleifmittel in Kontakt kommt und/oder ein Druck, mit dem das Schleifmittel an das Werkstück angepresst wird.
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Ist jedoch zu erkennen, dass eine Veränderung dieser Schleifparameter nicht mehr ausreichend ist, um das gewünschte Schleifergebnis zu erreichen, so dass die Abweichung zwischen den Ist-Daten von den Soll-Daten kleiner als der vorbestimmte Grenzwert ist, muss das Schleifmittel getauscht werden. Dies ist durch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung bereits in Vorfeld erkennbar, so dass der Wechselzeitpunkt im Voraus ermittelt werden kann.
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Vorteilhafterweise wird ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben, wenn der Wechselzeitpunkt erreicht ist. Damit kann beispielsweise einem Bediener der Schleifvorrichtung mitgeteilt werden, dass das Schleifmittel ausgetauscht werden muss. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zu diesem Zeitpunkt das auszutauschende Schleifmittel mit dem entsprechenden Schleifaggregat abgeschaltet und aus dem Schleifvorgang entfernt. Besonders vorteilhafterweise wird dieses ausgetauschte und abgeschaltete Schleifaggregat durch ein identisches oder ähnliches Schleifaggregat ersetzt, so dass selbst beim Austauschen des Schleifmittels bei dem aus dem Schleifvorgang entfernten Schleifaggregat weiter Werkstückes bearbeitet werden können.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch eine Schleifvorrichtung mit wenigstens einem Schleifmittel, wenigstens einer Datenerfassungseinrichtung und wenigstens einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung, die eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens der hier beschriebenen Art.
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Vorzugsweise werden bei dem Ist-Daten des wenigstens einen Schleifmittels mittels wenigstens der Datenerfassungseinrichtung erfasst. Bevorzugt werden diese mit in einem elektronischen Datenspeicher gespeicherten Soll-Daten in einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung verglichen. Daraus wir ein Wechselzeitpunkt ermittelt, zu dem das wenigstens eine Schleifmittel gewechselt wird.
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Die erfassten Ist-Daten sind so zu wählen, dass sie eine Aussage über den Zustand des Schleifmittels erlauben. Dabei werden die Ist-Daten vorzugsweise direkt am Schleifmittel erfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, auf den Zustand des Schleifmittels indirekt zurückzuschließen, indem beispielsweise die Ist-Daten die Schleifqualität und damit das Schleifergebnis betreffen. So ist es beispielsweise möglich, die Oberfläche des geschliffenen Werkstückes nach dem Schleifen zu erfassen und auf diese Weise unter anderem auf den Zustand des Schleifmittels zu schließen.
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Die Ist-Daten werden vorteilhafterweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen, sodass sich ein zeitlicher Verlauf ergibt. Aus diesem kann der Wechselzeitpunkt ermittelt werden, indem beispielsweise extrapoliert wird, wann das Schleifmittel die für das gewünschte Schleifergebnis nötige Qualität nicht mehr aufweisen wird.
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Vorteilhafterweise wird das wenigstens eine Schleifmittel gewechselt, wenn der Wechselzeitpunkt erreicht ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung verfügt die elektronische Datenerfassungseinrichtung über ein optisches System, das wenigstens eine Kamera und/oder vorzugsweise eine Lichtquelle aufweist. Vorteilhafterweise wird die Lichtquelle verwendet, um das Schleifmittel zumindest an den Stellen zu beleuchten, die von der Kamera erfasst werden. Unter einer Kamera wird dabei jeder optische Sensor verstanden, der in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Diese kann im sichtbaren Lichtspektrum, im UV-Bereich und/oder im Infrarot-Bereich liegen.
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Besonders bevorzugt betreffen die erfassten Ist-Werte die Länge und/oder die Farbe des Schleifmittels. Alternative oder zusätzlich dazu betreffen die Ist-Werte einen anderen Parameter des Schleifbandes, der sich mit wachsendem Verschleiß des Schleifbandes ändert. Handelt es sich bei dem Schleifmittel beispielsweise um einen Bürstenkopf, der von einem Träger abstehende Schleifelemente aufweist, so ändert sich die Länge dieser Schleifelemente, wenn das Schleifmittel verschleißt. Diese Länge kann folglich detektiert werden. Sobald die Länge einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, wird das Schleifmittel als nicht mehr qualitativ ausreichend angesehen, um das gewünschte Schleifergebnis zu erreichen, sodass es gewechselt werden muss. Handelt es sich bei dem Schleifmittel beispielsweise um ein Schleifband, verfügt dieses Schleifband über einen Grundkörper, der mit dem eigentlichen Schleifmittel, beispielsweise Sand oder Granulat, beschichtet ist. Mit steigendem Verschleiß werden die eigentlichen Schleifelemente von dem Träger entfernt, sodass die Farbe des Trägers deutlich hervortritt. Diese Farbe kann detektiert werden. Sobald die Farbe, die in diesem Fall den Ist-Wert darstellt, eine bestimmte Farbe erreicht, muss das Schleifband ausgewechselt werden.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann erfasst werden, wieviel Abrieb der zu schleifenden Oberfläche des Werkstückes sich am Schleifband befindet. Je frischer und neuer das Schleifband ist, desto tiefer sind die Vertiefungen zwischen den einzelnen Sand- oder Granulatelementen, die das eigentliche Schleifelement bilden. Je tiefer diese Zwischenräume sind, desto mehr Abrieb befindet sich zwischen ihnen. Insbesondere für den Fall, dass der Abrieb eine deutliche andere Farbe als das eigentliche Schleifband aufweist, kann auch diese Farbe detektiert werden. Sobald die Farbe des Abriebs im erfassten Bild nachlässt, kann darauf auf die nachlassende Tiefe der einzelnen Vertiefungen zwischen den Sand- oder Granulatelementen zurückgeschlossen werden. Daraus ergibt sich eine Information über den Zustand des Schleifmittels.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Länge des Schleifmittels über einen Abstand des Schleifmittelträgers, an dem das wenigstens eine Schleifmittel angeordnet ist, an der Oberfläche des Werkstückes und/oder von einer Transportvorrichtung, durch die das Werkstück durch die Schleifvorrichtung transportiert wird, bestimmt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um eine Schleifbürste handelt, die über mehrere einzelne Schleifelemente verfügt, die vom Schleifmittelträger abstehen. Dabei ist die Länge der Schleifelemente das Kriterium, aus dem die Aussage über den Zustand des Schleifmittels extrahiert wird.
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Vorteilhafterweise verfügt die Schleifvorrichtung über mehrere Schleifmittel, von denen vorzugsweise wenigstens zwei unterschiedlich ausgebildet sind. Dies können Bürstenschleifelemente, Schleifbänder oder sonstige Schleifwerke.
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Vorteilhafterweise verfügt die Datenerfassungseinrichtung über ein optisches System mit wenigstens einer Kamera und/oder wenigstens einem optischen Sensor, wobei das optische System vorteilhafterweise zudem wenigstens eine Lichtquelle aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lichtquelle der Schleifvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Oberfläche des Werkstückes beim Erfassen der Ist-Daten.
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Mit Hilfe der beigefügten Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 - eine schematische Schnittdarstellung durch eine Schleifvorrichtung.
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1 zeigt eine Schleifvorrichtung 1, die eine Transporteinrichtung aufweist, durch die ein Werkstück durch die Schleifvorrichtung 1 hindurchgefördert werden kann. Das Werkstück bewegt sich dabei von einem Einlauf 2 der Schleifvorrichtung zu einem Auslauf 2' der Schleifvorrichtung 1. Es wird mit einer Transportgeschwindigkeit v entlang des in 1 gezeigten Pfeiles bewegt.
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Im Bereich des Auslaufs 2' befindet sich eine Datenerfassungseinrichtung 4, die eingerichtet ist, Ist-Daten der Oberfläche des Werkstückes nach dem Schleifen zu erfassen. Die Schleifvorrichtung 1 verfügt zudem über eine Beleuchtungseinrichtung 3, die eingerichtet ist, den von der Datenerfassungseinrichtung 4 erfassten Bereich der Oberfläche des Werkstückes mit elektromagnetischer Strahlung zu beleuchten. Die von der Datenerfassungseinrichtung 4 erfassten Ist-Daten werden einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 7 zugeführt und dort verarbeitet und insbesondere mit Soll-Daten verglichen, die in einem elektronischen Datenspeicher, der nicht gezeigt und vorzugsweise ein Teil der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 7 ist.
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Die Schleifvorrichtung 1 verfügt zudem über eine weitere Datenerfassungseinrichtung 9, der ebenfalls eine Beleuchtungseinrichtung 8 zugeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 8 beleuchtet einen Teil der Oberfläche des Werkstückes im Bereich des Einlaufs 2 der Schleifvorrichtung 1. Der beleuchtete Bereich wird von der Datenerfassungseinrichtung erfasst und es werden Ist-Daten vor dem Schleifen erfasst. Auch diese werden im gezeigten Ausführungsbeispiel der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt. Eine dritte Datenerfassungseinrichtung 6 ist vorhanden, um Ist-Daten zumindest eines Teils eines Schleifmittels 11, vorzugsweise des gesamten Schleifmittels 11 zu erfassen. Auch dieser Datenerfassungseinrichtung 6 ist eine entsprechende Beleuchtungseinrichtung 5 zugeordnet, durch die zumindest ein Teil des Schleifmittels 11 mit einer elektromagnetischen Strahlung beleuchtet wird. Auch die Ist-Daten dieser Datenerfassungseinrichtung 6 werden der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung 7 zugeführt.
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Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 7 erstellt Steuersignale, die einer Steuerungseinrichtung 10 zugeführt werden, die eingerichtet ist, wenigstens einen Betriebsparameter der Schleifvorrichtung zu steuern und auf der Grundlage der Steuersignale zu verändern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleifvorrichtung
- 2
- Einlauf
- 2'
- Auslauf
- 3
- Beleuchtungseinrichtung
- 4
- Datenerfassungseinrichtung
- 5
- Beleuchtungseinrichtung
- 6
- Datenerfassungseinrichtung
- 7
- Elektronische Datenverarbeitungseinrichtung
- 8
- Beleuchtungseinrichtung
- 9
- Datenerfassungseinrichtung
- 10
- Steuerungseinrichtung
- 11
- Schleifmittel
