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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Bearbeiten von Rotoren. Genauer gesagt
bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren, System und Drehmaschine
zum Bearbeiten eines Rotors gemäß der jeweiligen
Präambel
der Ansprüche
1, 12, 14 und 21, und wie zum Beispiel bekannt aus US-A-5277090.
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Motorfahrzeuge
verwenden verschiedene Mechanismen um das Bremsen zu erleichtern.
Gut bekannt unter diesen Bremsmechanismen ist eine Kombination eines
scheibenförmigen
Rotors, der mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden ist. Um das Fahrzeug
anzuhalten oder zu verlangsamen wird Druck angewandt mittels eines
Bremssattels, der Bremsbeläge
gegen eine oder mehrere Oberflächen der
Bremsscheibe presst (d.h. unter Verwendung von sogenannten Scheibenbremsen),
wodurch die Drehung der Bremswelle, mit der der Rotor verbunden ist,
verlangsamt oder angehalten wird und dadurch gleichzeitig die Drehung
der Räder
verlangsamt oder angehalten wird.
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Manche
Rotoren haben eine gemaserte Struktur. Ein typischer gemaserter
Rotor 100 ist in 1 und 2 abgebildet,
wobei 1 eine Frontalansicht und 2 eine Seitenansicht
des Rotors 100 darstellt. Ein Abschnitt des Rotors 100 (zwischen den
Linien I und II) ist weggeschnitten, um die innere, gemaserte Struktur
des Rotors zu zeigen. Der gemaserte Rotor besteht im Wesentlichen
aus zwei runden Scheiben, die durch eine Anzahl von Maserungen getrennt
und verbunden sind. Die Maserungen können gerade oder bogenförmig sein,
und die Anzahl der Maserungen variiert von einem Rotor zum anderen.
Zum Beispiel stellen 3 und 4 ein Beispiel
eines unbearbeiteten gemaserten Rotors mit bogenförmigen Maserungen
dar. Der Rotor 100 hat zwei äußere Bremsflächen 102, 104,
wobei diese Oberflächen
durch die äußeren Oberflächen der
beiden Scheiben, aus denen der Rotor besteht, bereitgestellt werden.
Der Rotor 100 hat auch zwei innere, nicht bremsende Oberflächen 101 und 105,
die zusammen mit den Maserungen die innere, gemaserte Struktur des
Rotors bilden. Der Druck wird gegen die zwei Bremsflächen 102, 104 angewandt
wird (d.h. über
Bremsbeläge
(nicht dargestellt)), um die Drehung des mit dem Rotor 100 verbundenen
Radantriebs zu verlangsamen oder anzuhalten. Idealerweise ist der
Rotor 100 vollkommen kreisförmig, und diese äußeren Bremsflächen 102, 104 sind
zueinander parallel und flach, ebenso wie es die inneren, nicht bremsenden
Oberflächen 101, 105 sind.
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Ein
typischer Rotor 100 wird gefertigt, indem ein vorgegossener
Rotor bearbeitet wird. Ein gegossener, vorbearbeiteter Rotor 106 ist
in 5 und 6 dargestellt, die Frontal- bzw. Seitenansichten des
vorgegossenen, unbearbeiteten Rotors 100 darstellen. Der
in 1 und 2 dargestellte Rotor 100 wird
erzeugt, indem der gegossene Rotor 106 in geeigneter Weise
bearbeitet wird.
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Eine
Anzahl von Problemen oder Mängeln kann
bei existierenden Rotoren bestehen, und manche dieser Probleme oder
Mängel
können
zu der Weise hin zurückverfolgt
werden, auf die die Rotoren bearbeitet wurden. Zum Beispiel, wie
vorstehend bemerkt, sind die Oberflächen 101, 102, 104 und 105 idealerweise
parallel, symmetrisch und flach, um ungleichmäßige Erhitzung, ungleichmäßige Masse
und ungleichmäßige Temperatur
und thermische Verformung der Rotoroberflächen zu verhindern oder zu vermeiden.
In bisherigen Bearbeitungssystemen wurden weder die Parallelität, die Flachheit,
die Mitte oder die Symmetrie dieser Oberflächen vor der Bearbeitung bestimmt,
noch wurden irgendwelche dieser Merkmale nach der Bearbeitung gesichert.
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US-A-5,277,090
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten
eines Rotors. Eine Scheiben – Schneidevorrichtung
zum Schneiden von einander gegenüber
liegenden Oberflächen
eines scheibenförmigen
Werkstücks,
wie etwa ein scheibenförmiger
Rotor für
eine Automobil – Scheibenbremse,
umfasst einen Drehmechanismus zum Positionieren und Drehen des Werkstücks, das unter
gleichmäßigem Druck
von einer Mehrzahl von Haltemechanismen radial nach innen gepresst
wird. Während
das Werkstück
von dem Drehmechanismus gedreht und von dem Pressmechanismus gepresst wird,
wird das Werkstück
von einem Schneidemechanismus geschnitten. Der Schneidemechanismus umfasst
Schneider zum Schneiden von einander gegenüber liegenden Oberflächen des
Werkstücks,
und die Position der Schneider ist in Bezug auf das Werkstück angepasst,
basierend auf Positionsinformation, die von einem Detektor erfasst
wird, der einen gegen das Werkstück
gehaltenen Fühler
aufweist.
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Gemäß eines
ersten Aspekts offenbart US-A-5,277,090 ein Verfahren zum Bearbeiten
eines Rotors, welches Bestimmen von Positionsinformation des Rotors,
Positionieren des Rotors basierend auf der bestimmten Positionsinformation
und Bearbeiten des positionierten Rotors aufweist. Gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein solches Rotor – Bearbeitungsverfahren
dadurch gekennzeichnet, dass der Bestimmungsschritt das Bestimmen
einer mittigen Ebene des Rotors aufweist, ausgehend von zwei Oberflächen des
Rotors, und dass der Positionierungsschritt das Positionieren des Rotors
basierend auf der bestimmten mittigen Ebene aufweist.
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In
einem zweiten Aspekt wird in US-A-5,277,090 ein Verfahren zur Bearbeitung
einer Bremsscheibe offenbart, das aufweist: Positionieren eines
unbearbeiteten Rotors auf einem Futter einer Drehmaschine, Bestimmen
von Positionsinformation des Rotors und Bearbeiten der Bremsscheibe.
Gemäß eines
zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein solches Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass der Bestimmungsschritt das Bestimmen
einer mittigen Ebene des Rotors, ausgehend von mindestens zwei Oberflächen des
Rotors, aufweist, und dass das Verfahren das Regeln der Position
des Rotors innerhalb der Drehmaschine beinhaltet, basierend auf
der bestimmten mittigen Ebene der Bremsscheibe, wobei die Drehmaschine
eine computergesteuerte Drehmaschine ist.
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In
einem dritten Aspekt wird in US-A-277,090 ein System zur Bearbeitung
eines Rotors offenbart, das eine Drehmaschine mit einem Futter zum
Montieren des Rotors auf dieser umfasst. Gemäß eines dritten Aspekts der
vorliegenden Erfindung ist ein solches System dadurch gekennzeichnet,
dass das System eine Bildfangschaltung zum Erhalten von Bildern
des Rotors umfasst, sowie ein Computersystem, das mit der Drehmaschine
verbunden und programmiert ist, um der Drehmaschine Steuerinformation
zuzuführen,
basierend auf von den Bildern erhaltener Information, wobei das
Computersystem programmiert ist, um eine mittige Ebene des Rotors
zu bestimmen, basierend auf Bildern des Rotors, die von der Bildfangschaltung
erhalten wurden.
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In
einem vierten Aspekt wird in US-A-277,090 eine Drehmaschine zum
Bearbeiten einer Bremsscheibe offenbart. Gemäß eines vierten Aspekts der
vorliegenden Erfindung ist eine solche Drehmaschine dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehmaschine aufweist: ein Computerbildsystem, konstruiert
und angepasst, um der Drehmaschine Information zuzuführen und
die Drehmaschine zu steuern; eine Bildfangschaltung, die operativ
mit dem Computerbildsystem verbunden ist, um diesem Bilder zuzuführen; eine
Kamera, die mit der Bildfangschaltung verbunden ist, wobei die Kamera
zum Erhalten von Bildern eines Rotors, der auf einem Futter der
Drehmaschine montiert ist; wobei das Computerbildsystem dazu programmiert
ist, eine mittige Ebene eines auf der Drehmaschine montierten Rotors
zu bestimmen, indem dieses Bilder des Rotors analysiert, die von
der Kamera aufgenommen wurden.
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In
manchen Anordnungen wird die mittige Ebene des Rotors bestimmt,
indem mindestens ein Bild des Rotors verwendet wird. In einigen
bevorzugten Ausführungen
wird die mittige Ebene bestimmt, indem eine Reihe von aufeinander
folgenden Bildern des Rotors verwendet wird.
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Vorzugsweise
wird die mittige Ebene basierend auf einer Messung der zwei inneren,
nicht bremsenden Oberflächen
des Rotors bestimmt.
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Nachdem
der Rotor bearbeitet wurde, kann dieser auch überprüft werden, indem die Parallelität zwischen
der mittigen Ebene der äußeren (bremsenden)
Oberflächen
des bearbeiteten Rotors und der zuvor, ausgehend von den inneren
Oberflächen,
bestimmten mittigen Ebene bestimmt wird. Bevor der Rotor bearbeitet
wird, kann dieser auf Flachheit und/oder Parallelität der inneren,
nicht bremsenden Oberflächen überprüft werden.
Wenn, basierend auf Messungen ihrer Parallelität und/oder Flachheit, diese
Oberflächen
den Anforderungen nicht entsprechen, kann der Rotor vor dem Bearbeiten
ausgesondert werden.
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In
einigen Anordnungen kann die Bildfangschaltung die Bilder des Rotors
erhalten, während dieser
auf das Futter montiert ist oder wenn dieser sich an einer anderen
Stelle, z.B. auf einem Fördersystem,
befindet.
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In
manchen Ausführungen
ist das Computersystem weiterhin programmiert, um die mittige Ebene des
Rotors zu bestimmen, basierend auf einer Reihe von Bildern des Rotors.
Das Computersystem kann auch programmiert werden, um die mittige
Ebene ausgehend von einer Messung der zwei nicht bremsenden inneren
Oberflächen
des Rotors zu bestimmen.
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Wie
festgestellt überwindet
diese Erfindung eine Anzahl von Problemen und Mängeln bei existierenden Rotoren.
Zum Beispiel kann der Einsatz dieser Erfindung ungleichmäßige Erhitzung,
ungleichmäßige Masse
und ungleichmäßige Temperatur
und thermische Verformung von Rotoroberflächen verhindern oder minimisieren,
indem Rotoren mit Oberflächen,
die im Wesentlichen parallel, symmetrisch und flach sind und die
eine relativ einheitliche Massenverteilung aufweisen, bereitgestellt
werden.
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Gegenwärtig bevorzugte
beispielhafte Ausführungen
der Erfindung werden nun in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen sich die Bezugszeichen durchgehend auf gleiche
Teile beziehen, und in welchen:
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1 und 2 typische
Rotoren, die die vorliegende Erfindung verkörpern, darstellen;
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3 bis 6 Gussstücke darstellen,
die zum Erzeugen von Rotoren, die diese Erfindung verkörpern, verwendet
werden;
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7 ein
Bearbeitungssystem darstellt, das die vorliegende Erfindung verkörpert; und
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8 ein
typisches Bild darstellt, das von dem System verwendet wird, das
diese Erfindung verkörpert.
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In
Bezug auf 7 umfasst ein Bearbeitungssystem 110,
das die vorliegende Erfindung verkörpert, eine oder mehrere Kameras 112,
die mit einer Bildfangschaltung 114 verbunden sind. Die
Bildfangschaltung 114 ist mit einem Computerbildsystem 116 verbunden,
das mit einer numerisch computergesteuerten (CNC-) Drehmaschine 118 verbunden ist
und dieser Steuerinformation zuführt.
Eine oder mehrere aktive oder passive Lichtquellen 120 sind
an Positionen in Bezug auf die Kameras 112 positioniert. Die
Lichtquellen 120 können
so positioniert werden, dass sie Frontal – oder Hintergrundbeleuchtung
für die
Kameras 112 verschaffen. Die Lichtquellen 120 können aus
irgendeinem Beleuchtungssystem oder einem strukturierten Laser – Beleuchtungssystem bestehen.
Wenn mehr als eine Kamera verwendet wird, kann sowohl Frontalbeleuchtung
als auch Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden. Die Kameras) 112 werden
in Bezug auf den Koordinatenraum des Bearbeitungssystems 110 positioniert,
derart, dass eine Linse oder ein Eingangssystem jeder Kamera eine
Seitenansicht eines Rotors 106 hat, der auf ein Futter 122 der
Drehmaschine 118 montiert ist. Die Position jeder Kamera
muss in dem Koordinatenraum der Drehmaschine 118 bekannt
sein.
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Wie
nun beschrieben werden wird, wird das System 110 verwendet,
um mindestens einige der folgenden Merkmale des auf das Futter 122 montierten
Rotors 106 zu messen:
- (a) Kerndicke,
d.h, die Distanz zwischen den inneren, nicht bremsenden Oberflächen 101, 105 des Rotors;
- (b) Flachheit einer inneren, nicht bremsenden Oberfläche 101 des
Rotors, welche als eine Passfläche
fungiert; und
- (c) Parallelität
der zwei inneren, nicht bremsenden Oberflächen 101, 105 des
Rotors.
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Einige
oder alle dieser Messungen werden von dem System 110 eingesetzt,
um eine exakte mittige Ebene 126 des Rotors 106 zu
finden (ausgehend von den inneren, nicht bremsenden Oberflächen 101, 105)
und dadurch den Rotor 106 in präziser Weise zu positionieren,
bevor dieser bearbeitet wird. Während des
Bearbeitungsvorgangs wird die mittige Ebene 126 ausgehend
von den inneren, nicht bremsenden Oberflächen 101, 105 des
Rotors 100 bestimmt.
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Im
Bearbeitungsvorgang wird das Futter 122 mit dieses auf
dieses montierten Rotor 106 bei relativ geringer Geschwindigkeit,
d.h. 30–50
r.p.m., gedreht, und aufeinander folgende Bilder der Seitenansicht des
Rotors 106 werden von der Bildfangschaltung 114 zur
Weiterverarbeitung durch das Computerbildsystern 116 aufgenommen.
Ein Beispiel eines solchen Bilds ist in 8 dargestellt.
Das typische Bild, das in 8 dargestellt
ist, beinhaltet vorzugsweise die inneren (nicht bremsenden ) Oberflächen 101, 105 des Rotors
und eine oder zwei Maserungen 103-1, 103-2 des
Rotors. Die Bilder können
an bekannten, aufeinander folgenden Stellungen aufgenommen werden,
mit einer Geschwindigkeit, die von der Bearbeitungsgeschwindigkeit
der Bildfangschaltung 114 und des Computersystems 116,
ebenso wie von der Drehgeschwindigkeit des Rotors abhängt. Vorzugsweise
werden genug Bilder aufgenommen, um eine genaue Messung der gesamten äußeren Oberfläche des
Rotors 106 zu erhalten.
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In
einigen bevorzugten Ausführungen,
insbesondere wenn gemaserte Rotoren bearbeitet werden, umfasst das
System 110 ein Photoauge 124, das vorbeigehende
Platten erfühlt
und veranlasst, dass die Bildfangschaltung 114 ein Bildfenster
erfasst, das von zwei vertikalen Maserungen und den inneren, bremsenden
Oberflächen
gebildet wird (z.B. wie in 8 dargestellt).
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Das
Computersystem 116 verarbeitet die Bilder, eines nach dem
anderen, so wie es diese von der Bildfangschaltung empfängt, und
führt dann
der CNC – Drehmaschine 118 die
geeignete Steuerinformation zu, um den Rotor 106 zu bearbeiten.
Insbesondere führt
das Computersystem 116 der Drehmaschine 118 Information über die
mittige Ebene 126 des Rotors 106 zu. Die Drehmaschine
stellt dann die vertikale Position des Rotors 106 entsprechend
ein, basierend auf dieser Information bezüglich der mittigen Ebene, bevor
dieser bearbeitet wird.
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In
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführung ist
das Computerbildsystem 116 ein auf einem PC basierendes
System, die Bildfangschaltung 114 ist eine elektronische
Vorrichtung, die in der Lage ist, Bildinformation zu erfassen und
diese auf das Computersystem 116 zu übertragen, und die CNC – Drehmaschine
ist eine Standard – Drehmaschine,
die angepasst ist, um Input von dem Computersystem 116 aufzunehmen.
Typischerweise ist die Bildfangschaltung 114 in der Lage,
vierzig bis sechzig Bilder pro Sekunde zu erfassen. Mit dieser Konfiguration
ist das System 110 in der Lage, innerhalb von etwa zwei
Sekunden einen Rotor 106 zu messen und dessen mittige Ebene
zu finden.
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Die
Kamera(s) 112 können
CCD – Kameras für Flächen- oder
Zeilenabtastung sein. Je niedriger die Auflösung der Kamera, desto weniger
genau die Messergebnisse. In bevorzugten Ausführungen wird eine einzige Kamera
mit einer Auflösung
von 640 × 480
Pixel verwendet. In einer anderen bevorzugten Ausführung wird
eine einzige Kamera mit 1,024 × 1,024
Pixel (oder irgendein Typ von CDD – Kamera mit hoher Auflösung) verwendet.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführung wird eine sogenannte Zeilenabtast – Kamera
mit z.B. 4,096 × 1
Pixel verwendet. In diesem letzteren Fall setzt das Computerbildsystem
zuerst eine Anzahl von aufeinander folgenden einzelnen Zeilenbildern
zu größeren Bildern zusammen,
für die
Bearbeitung als ein größeres Bild.
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Wie
vorstehend angegeben, kann mehr als eine Kamera verwendet werden,
und wenn mehr als eine Kamera verwendet wird, können die verschiedenen Kameras
unterschiedliche Auflösungen
haben.
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Man
erinnere sich daran, dass es ein Ziel des Systems 110 ist,
die mittige Ebene 126 des Rotors 106 zu bestimmen,
bevor dieser bearbeitet wird. Diese mittige Ebene 126 wird
ausgehend von den nicht bremsenden inneren Oberflächen des
Rotors 100 bestimmt und wie folgt berechnet:
Für jedes
Bild I das von der Bildfangschaltung 114 aufgenommen wird,
bestimmt das Computersystem 116 drei Werte (unter Bezugnahme
auf 8):
- (a) eine Y – Koordinate
des oberen Randes der inneren, nicht bremsenden Oberfläche 105 (als
Y11 bezeichnet);
- (b) eine Y – Koordinate
des unteren Randes der inneren, nicht bremsenden Oberfläche 101 (als Y12 bezeichnet);
- (c) die Kerndicke (als dI bezeichnet).
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Vorzugsweise
ist Y11 die Y – Koordinate des Mittelpunkts
der besten Anpassung des oberen Randes der inneren nicht bremsenden
Oberfläche 105.
In einigen Ausführungen
kann Y11 irgendein Punkt entlang des oberen
Rands der Oberfläche 105 sein.
In gleicher Weise ist Y12 vorzugsweise die
Y – Koordinate
des Mittelpunkts der besten Anpassung des unteren Randes der inneren
nicht bremsenden Oberfläche 101;
jedoch kann in einigen Ausführungen
Y12 irgendein Punkt entlang des unteren
Randes der inneren Oberfläche
sein. In einigen Ausführungen
können
die Punkte Y11 und/oder Y12 basierend
auf dem Durchschnitt von zwei oder mehr auf dem oberen bzw. dem
unteren Rand befindlichen Punkten bestimmt werden. Zum Beispiel
kann Y11 bestimmt werden als der Durchschnitt
von drei oder fünf
Punkten auf dem oberen Rand. Es versteht sich, dass, wenn weniger
Punkte zum Bestimmen der Werte von Y11 und/oder
Y12 verwendet werden, die ingesamte Genauigkeit
der Fläche
und der Parallelität
entsprechend verringert wird. Es wird in Betracht gezogen, dass
sich in einigen Ausführungen
ein einziger Punkt auf jedem Rand befinden kann und dieser als die
entsprechende Y – Koordinate
verwendet werden kann.
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Man
nehme zum Zwecke dieser Erläuterung an,
dass N Bilder erfasst und verarbeitet werden. Wenn diese drei Werte
(Y11, Y12 und dI) für
jedes der N erfassten Bilder gegeben sind, bestimmt das Computersystem 116 Folgendes:
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Die
durchschnittliche Kerndicke:
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Die
Flachheit der unteren inneren Oberfläche (die Passfläche):
max
(Y12) – min
(Y12), i = 1 ... N
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Die
Parallelität
zwischen der unteren inneren Oberfläche.
max (Y11) – min (Y11), i = 1 ... N
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Die
durchschnittliche Kerndicke wird dann in die Drehmaschine eingespeist,
um die symmetrische Ebene der zwei inneren Oberflächen zu
bestimmen, indem 50% der durchschnittlichen Kerndicke von der Passfläche, üblicherweise
eine der inneren bremsenden Oberflächen, abgerechnet wird. Ein
Schnitt kann dann auf der bremsenden Oberfläche gemacht werden, um Symmetrie
und einheitliche Dicke zum Bremsen zu erreichen. Auf diese Weise
wird, wenn die mittige Ebene 126 wie vorstehend beschrieben bestimmt
ist, das Futter 122 in geeigneter Weise in der vertikalen
(Y-) Ebene bewegt, bevor die Bearbeitung des Rotors beginnt.
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Während das
vorstehende Verfahren in Bezug auf die nicht bremsenden inneren
Oberflächen beschrieben
worden ist, werden in manchen Ausführungen Flachheit und Parallelität unter
Verwendung der äußeren (bremsenden)
Oberflächen
bestimmt. Diese Ausführungen
können
allein oder in Verbindung mit denjenigen, die die inneren Oberflächen verwenden,
eingesetzt werden.
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Wenn
dann die Bearbeitung eines Rotors abgeschlossen ist, kann das System 110 zu Überprüfungszwecken
eingesetzt werden, um festzustellen, ob der Rotor 106 gemäß der Vorschriften
und Erfordernisse bearbeitet wurde oder nicht. Falls nicht, kann
die Drehmaschine 118 fortfahren, den Rotor zu bearbeiten,
um Probleme zu beheben, die durch die Überprüfung aufgedeckt wurden. Da
die Überprüfung stattfinden
kann, während
der Rotor noch auf dem Futter 122 ist, gibt es keinen Verlust
an Positionsgenauigkeit, der auftreten könnte, wenn man den Rotor erneut
auf die Drehmaschine 118 montieren müsste. Auf diese Weise wird
ein Überprüfungs/Feedback – Kreislauf
erreicht.
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Beim Überprüfungsvorgang
wird die mittige Ebene 126 ausgehend von den bearbeiteten äußeren Oberflächen 102, 104 berechnet,
und die neu berechnete Ebene wird mit der ursprünglich berechneten Ebene verglichen.
Das heißt,
dass die Ebene, die ausgehend von den äußeren, bearbeiteten bremsenden
Oberflächen 102, 104 berechnet
wurde, mit der Ebene verglichen wird, die ausgehend von den inneren,
nicht bremsenden Oberflächen 101, 105 berechnet
wurde. Wenn die zwei Ebenen nicht die selben sind (innerhalb einer
gewissen vorgeschriebenen Toleranzgrenze), kann das System den Rotor
aussondern oder diesen erneut bearbeiten.
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Auf
diese Weise werden ein auf Computerüberwachung beruhendes System,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rotorbearbeitung bereitgestellt.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung durch
andere als die beschriebenen Ausführungen verwirklicht werden
kann, welche zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dargestellt
wurden, und die vorliegende Erfindung st nur durch die nachfolgenden
Ansprüche beschränkt.