DE29917708U1

DE29917708U1 - Vorrichtung zur Führung eines Schleifbandes

Info

Publication number: DE29917708U1
Application number: DE29917708U
Authority: DE
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2009-10-08
Also published as: DE19860411A1

Description

BESCHREIBUNG Vorrichtung zur Führung eines Schleifbandes

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Oberflächenbearbeitung von Werkstücken. Sie betrifft eine Schleifbandhalterung, bei welcher die Kontaktscheibe unter Aufrechterhaltung einer geregelten Kraft zwischen Werkstück und Schleifband verschiebbar ist und welche insbesonders für Anwendungen mit Industrierobotern geeignet ist.

STAND DER TECHNIK

Am Ende eines formgebenden Herstellungsprozesses liegen häufig Werkstücke vor, welche noch eine abschliessende Oberflächenbearbeitung benötigen. Letztere umfasst beispielsweise das Schleifen oder Polieren der Oberfläche und kann einem Roboter übertragen werden. Dabei muss der Roboter das Werkstück relativ zum abtragenden Medium (oder umgekehrt) positionieren. Die Positionierungsbewegung folgt im Wesentlichen der Kontur des Werkstücks, welche durch eine Anzahl diskreter Punkte angenähert wird.

Für diesen Verfahrensschritt ist es vorteilhaft, zwischen dem Werkstück und dem abtragenden Medium eine konstante Änpresskraft und damit eine konstante Abtragungsrate zu fordern. Eine vereinfachte Programmierung der Positionierungsbewegung ist möglich, falls entweder das Werkstück oder das abtragende

Medium beweglich gelagert ist und dadurch Unebenheiten der Oberfläche des Werkstücks unter Beibehaltung der konstanten Anpresskraft ausgleichen kann. Dadurch ergeben sich Einsparungen beim Programmieren des Roboters, indem entweder weniger Punkte benötigt werden oder einfachere Interpolationen zwischen benachbarten Punkten verwendet werden können.

Eine Übersicht über die gebräuchlichsten Implementierungen ist im Artikel &ldquor;Force Control Basics" von E.A. Erlbacher, präsentiert am RIA 3^rd Annual Grinding, Deburring and Finishing Workshop in Novi, Michigan USA (Juni 1997) zu finden. Im Folgenden wird nur der für die vorliegende Erfindung wesentliche, werkstückgeführte Betrieb weiter betrachtet. Bei diesem wird das Werkstück durch den Roboterarm geführt und als abtragendes Medium ein bis auf die genannte Flexibilität (d.h. die Ausgleichsbewegung kleiner Amplitude) stationäres Schleifband verwendet. Das Schleifband liegt im Bereich des Bearbeitungspunktes auf der sogenannten Kontaktscheibe auf und wird durch eine Spannrolle auf eine gewünschte Bandspannkraft vorgespannt.

In der DE 42 26 708 Al ist eine Bandschleifmaschine offenbart, bei welcher die Kontaktscheibe über einen starren Träger mit einer Umlenk- oder Gegenrolle verbunden ist. Dadurch gelingt es, die gegenseitige Beeinflussung der Anpresskraft und der Bandspannkraft zu reduzieren. Die beim Ausweichen der Kontaktscheibe normalerweise entstehende Bandlängenänderung wird weitgehend kompensiert, und die Bandspannung bleibt auch bei rascher Änderung der Position des Kontaktelementes annähernd konstant. Der Träger ist in der Richtung der Anpresskraft reibungsarm beweglich gelagert, z.B. auf einer Kugellängsführung oder einem hydrostatischen Druckluftlager. Der Träger ist weiter durch einen Pneumatikzylinder in Richtung der Kontaktscheibe mit einer regelbaren Kraft vorbelastet. Nachteilig bei dieser Implementierung ist die aufwendige Lagerung des Trägers.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist' Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Führung eines Schleifbandes der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sie eine gute Leichtgängigkeit aufweist und einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Kern der Erfindung ist es, Führungsmittel zur Führung einer starren Verbindung zwischen der Kontaktscheibe und einer Gegenrolle vorzusehen, welche eine pendelartige Aufhängung umfassen.

Dergestaltige Führungsmittel für die Ausweichsbewegung der Kontaktscheibe während der Bearbeitung eines Werkstücks erfüllen sämtliche Anforderungen bezüglich Leichtgängigkeit und Einfachheit. Insbesondere bei Verwendung von Kugellagern zur Aufhängung der pendelnden Teile ergibt sich ein reibungsarmer Auslenkmechanismus.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die pendelartige Aufhängung zwei Pendel umfasst, welche an beiden Enden über Gelenke verfügen und zwei gegenüberliegende Seiten eines Parallelogramms bilden. Die starre Verbindung bildet entsprechend eine weitere Seite dieses Parallelogramms .

Unter Verwendung einer erfindungsgemässen Pendelaufhängung vollführt die starre Verbindung keine reine Linearbewegung in Richtung der Anpresskraft, sondern erfährt auch senkrecht dazu kleine Auslenkungen. Die Geometrie der Aufhängung ist so bemessen, dass diese Auslenkungen klein bleiben und die damit verbundenen Änderungen der Komponente der Gewichtskraft der pendelnden Teile in Richtung der Anpresskraft gegenüber letzterer nicht ins Gewicht fallen.

Die Komponente der Anpresskraft in Richtung der Auslenkung wird durch die Anpressmittel auf einen festen Wert geregelt. Die Art und Weise der Regelung dieser Anpress- oder Auflagekraft ist von sekundärer Bedeutung. Es kann jedoch aufgrund der Entkopplung von Anpress- und Bandspannkraft auf eine aufwendige, eine fortlaufende Ermittelung der effektiven Anpresskraft beinhaltende, sogenannte aktive Regelung verzichtet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, falls das durch die Zentren aller Umlenkrollen definierte Polygon mindestens vier Ecken aufweist und die Kontaktscheibe und die Gegenrolle gegenüberliegende, d.h. nicht benachbarte Ecken bilden. Wird die Bandspannkraft kurzzeitig gelockert, ist es möglich, die beiden genannten Rollen durch ein einfaches Drehen der starren Verbindung um eine geeignete Achse zu vertauschen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Ortsfeste Teile sind schraffiert gezeichnet. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig.l. Dreipunktaufnahme des Schleifbandes nach dem Stand der Technik.

Fig.2. Vierpunktaufnahme des Schleifbandes, die starre Verbindung bildet eine Polygonseite.

Fig.3. Vierpunktaufnahme des Schleifbandes, die starre Verbindung bildet eine Polygondiagonale.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist eine Dreipunktlagerung eines Schleifbandes 10 mit einer eigenständig beweglichen Kontaktscheibe 20 nach dem Stand der Technik gezeigt. Sie umfasst neben der Kontaktscheibe 20 noch zwei weitere (Umlenk-)Rollen in den Ecken des durch das Schleifband gebildeten Dreiecks: Eine Antriebsrolle 11, welche mit einem fest montierten Antrieb verbunden ist und eine Spannrolle 12 als Teil von Spannmitteln 13. Die Spannmittel 13 dienen zur Einstellung einer konstanten, im Wesentlichen durch den verwendeten Schleifbandtyp bestimmten Bandspannkraft.

Die Führungsmittel 21 zur Führung der Kontaktscheibe 20 umfassen eine Halterung 22 welche die Achse der Kontaktscheibe 20 aufnimmt und eine beispielsweise durch eine Schiene geführte Bewegung kleiner Amplitude ausführen kann. Di«; Antriebsrolle 11 ist nicht identisch mit der Kontaktscheibe 20, woraus eine vom Durchmesser der Kontaktscheibe unabhängige Schleifbandgeschwindigkeit resultiert. Im Weiteren sind Anpressmittel 25 zur Regelung der Anpresskraft 26 vorgesehen, welche auf die Halterung 22 der Kontaktscheibe 20 wirken. Diese Anpressmittel 25 können genau wie die genannten Spannmittel 13 beispielsweise einen Zylinder mit einem beweglichen Kolben und ein Ventil zur Druckregelung umfassen oder elektromagnetisch über eine Spule mit Magnetkern wirksam sein.

Das zu bearbeitende Werkstück 14 wird durch einen Roboter geführt und im Bereich des Bearbeitungspunktes 15 mit dem auf der Kontaktscheibe 20 aufliegenden Schleifband 10 in Kontakt gebracht. Die verschiebbare Kontaktscheibe 20 kann dieser Bewegung ausweichen, d.h. das Paar, gebildet aus Werkstück 14 und Kontaktscheibe 20, wird unter Beibehaltung einer konstanten Anpresskraft 2 6 in die durch die Führungsmittel 21 vorgegebene Richtung verschoben. Die Anpresskraft 26 wird Vorzugs-

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weise passiv eingestellt, d.h. es ist keine aktive Regelung basierend auf der effektiven momentanen Kraft vorgesehen.

Bei der Ausführung nach Fig.l wirkt sich nachteilig aus, dass die Regelung der Bandspannkraft über die Spannrolle 13 und die Regelung der Anpresskraft 26 durch die Kontaktscheibe 20 nicht unabhängig voneinander sind. Beim Spannen des Schleifbandes ergibt sich ein labiles Kräftegleichgewicht, da die Bandspannkraft auch auf die Anpressmittel 25 rückwirkt und eine Abstimmung erschwert.

Die Lösung dieses Problems ist in Fig. 2 skizziert. Eline Gegenrolle 30 genannte, zusätzliche Umlenkrolle wird in das durch die Zentren aller das Schleifband führenden Umlenkrollen gebildete Polygon 16 eingebracht. Die Gegenrolle 30 ist mit der Kontaktscheibe 20 mittels einer Verbindung 31 starr verbunden. Spann- 13 und Anpressmittel 25 können aus dem Stand der Technik (Fig. 1) übernommen werden. Insbesondere können die Anpressmittel 25 einen Rückstellzylinder 27 mit Proportionalventil umfassen, welches während des Schleifvorganges bei Bedarf über einen Analogausgang direkt im Bearbeitungsprogramm eingestellt werden kann.

Um die gewünschte gemeinsame Verschiebung der Kontaktscheibe 20 und der Gegenrolle 30 zu gewährleisten, ist deren starre Verbindung 31 beweglich gelagert. Die Mittel 21' zur Führung der Verbindung 31 umfassen beispielsweise Gleitlager oder Rollenlager. Die genaue Ausführung der Verbindung 31 ist zweitrangig, solange der Abstand zwischen Kontaktscheibe 20 und Gegenrolle 30 konstant bleibt und die Anordnung so erfolgt, dass im Wesentlichen

- die Bandspannkraft durch die zwei Rollen 20,30 symmetrisch aufgenommen wird und

- der Umfang des durch die Zentren aller das Schleifband führenden Umlenkrollen gebildeten Polygons 16 bei kleinen Auslenkungen unverändert bleibt.

Es ist durchaus denkbar, die zwei Rollen 20,30 auf einer Scheibe anzubringen, welche durch eine Anpressbewegung eine kleine Rotation ausführt. Alle hier aufgeführten Ausführungsformen zeichnen sich jedoch durch eine im Wesentlichen lineare Auslenkung in der Richtung der Anpresskraft 26 aus.

Die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration ist aus der DE 42 26 708 Al bekannt, wobei dort die als Träger bezeichnete; starre Verbindung in der Diagonale eines Vierecks angeordnet ist. Der Vorteil der starren Verbindung liegt in der Tatsache, dass die Bandspannkraft und die Anpresskraft 26 entkoppelt sind. Beide können geregelt werden, ohne dass die Recjelung der jeweils anderen beeinflusst wird. Die Bandspannkraft wird ausschliesslich über die Spannrolle 12 geregelt und ihre Komponente parallel zur Verbindung 31 durch die zwei Rollen 20,30 symmetrisch aufgenommen.

Nachteilig ist bei den bekannten Konfigurationen die lineare Führung der starren Verbindung, welche aufwendig und/oder teuer ist und eine nicht-vernachlässigbare Reibung aufweist und damit der geforderten Leichtgängigkeit entgegensteht. Erfindungsgemäss wird die Führung der starren Verbindung 31 durch eine pendelartige Aufhängung realisiert. Die Reibung kann durch Verwendung von Kugellagern einfach und preisgünstig reduziert werden. In Fig. 3 besteht die Führung 21" der Verbindung 31 aus einer pendelartigen Aufhängung, welche mindestens zwei, gegenüberliegende Seiten eines Parallelogramms bildende Pendel 34 umfasst. Diese Pendel 34 können als starre Stäbe ausgebildet sein und sind beidseitig gelenkig gelagert.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante bildet die Verbindung 31 nicht eine Seite sondern eine Diagonale des Polygons 16. Zudem ist die Verbindung 31 nicht direkt mit den Führungsmitteln 21" verbunden, sondern über eine zusätzliche Halterung 32. Diese Halterung 32 trägt die Verbindung 31 mittels einer einzigen Achse 33 sowie in Fig. 3 nicht gezeigter,

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im Schleifbetrieb jedoch wesentlicher Stütz- oder Versteifungselemente.

Wird die Gegenrolle 30 ebenfalls als Kontaktscheibe 20^&Lgr; ausgeführt, d.h. mit einer profilierten Oberfläche bestimmter Härte versehen, ergibt sich die Möglichkeit, die zwei Kontaktscheiben 20,20^&Lgr; einfach zu vertauschen. Dazu wird der Schleifbetrieb kurzzeitig unterbrochen, die Bandspannkraft etwas gelockert und anschliessend die Verbindung 31 um 180° um die Achse 33 gedreht. Vorzugsweise ist die Achse 33 senkrecht zur Ebene des Polygons 16 angeordnet und die genannte Drehbewegung erfolgt in der Ebene des Polygons. Falls auf die Möglichkeit zur Vertauschung der Rollen 20,20^&Lgr; verzichtet wird, können die Pendel 34 natürlich auch direkt auf der beweglichen Verbindung 31 enden.

Selbstverständlich kann das in Fig.2 und Fig.3 gezeigte Viereck 16 durch zusätzliche Umlenkrollen zu einem beliebigen Polygon verallgemeinert werden. Zudem ist es natürlich auch möglich, am freien Band, d.h. beispielsweise zwischen der Kontaktscheibe und der oberen Umlenk(Spann-)rolle zu arbeiten. Im Schleifbetrieb beträgt die Auslenkung typischerweise einige mm bei einem Polygondurchmesser (Länge der Verbindung 31) von ca. 50 cm und einer Pendellänge von ca. 20 cm.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine kostengünstige und einfach zu realisierende Schleifbandhalterung, bei welcher die beweglichen Teile 20,30,31 nur eine geringe Masse aufweisen und die Regelung der Bandspannung von der Regelung der Anpresskraft 26 entkoppelt ist.

BEZÜGSZEICHENLISTE

10	Schleifband
11	Antriebsrolle
12	Spannrolle
13	Spannmittel
14	Werkstück
15	Bearbextungspunkt
16	Polygon
20	Kontaktscheibe
21,21\21"	Mittel zur Führung der Konta
22	Halterung der Kontaktscheibe
25	Anpressmittel
26	Anpresskraft
27	Rucksteilzylinder
30	Gegenrolle
31	Starre Verbindung
32	Halterung der Verbindung
33	Achse
34	Pendel

Claims

1. Vorrichtung zur Führung eines in Form eines Polygons (16) angeordneten Schleifbandes (10), umfassend

1. eine Antriebsrolle (11) in einer ersten Ecke des Polygons (16),

2. mindestens ein Spannmittel (13) zur Regelung der Bandspannkraft mit einer Spannrolle (12) in einer zweiten Ecke des Polygons (16)

3. eine Kontaktscheibe (20) in einer dritten Ecke des Polygons (16),

4. eine Gegenrolle (30), welche eine vierte Ecke des Polygons (16) bildet,

5. eine starre Verbindung (31) zwischen der Kontaktscheibe (20) und der Gegenrolle (30),

6. mindestens ein Führungsmittel (21, 21', 21") zur Führung der Kontaktscheibe (20), welches auf die starre Verbindung (31) zwischen der Kontaktscheibe (20) und der Gegenrolle (30) wirkt,

7. Anpressmittel (25) zur Regelung der Anpresskraft (26) zwischen der Kontaktscheibe (20) und einem Werkstück (14),

dadurch gekennzeichnet, dass

1. das mindestens eine Führungsmittel (21") eine pendelartige Aufhängung umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pendelartige Aufhängung mindestens zwei Pendel (34) umfasst, welche an beiden Enden gelenkig gelagert sind und gegenüberliegende Seiten eines Parallelogramms bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung (31) eine Diagonale des Polygons (16) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (21") an einer Halterung (32) der Verbindung (31) angreifen und die starre Verbindung (31) mit der Halterung (32) um eine Achse (33) drehbar gekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrolle (30) als eine zweite Kontaktscheibe (20') ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (33) senkrecht zur Ebene des Polygons (16) steht.