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Diese
Erfindung bezieht sich auf Bearbeitungsrotoren und insbesondere
auf ein berührungsloses
Prüfsystem,
das in einem Drehcenter zum Bearbeiten von drehbaren Bremsrotoren
integriert ist.
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Bei
Kraftfahrzeugen werden unterschiedliche Mechanismen verwendet, um
das Bremsen zu erleichtern. Von diesen Bremsmechanismen ist eine Kombination
eines Scheibenrotors, der mit einem Fahrzeugrad verbunden ist bekannt.
Um das Fahrzeug zu stoppen oder abzubremsen, übt ein die Bremsklötze haltender
Bremssattel einen Druck gegen eine oder mehr Außenflächen des Scheibenrotors aus
(z.B. unter Verwendung so genannter Scheibenbremsen), wodurch die
Drehung des Rads abgebremst oder gestoppt wird.
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Einige
Rotoren haben eine geäderte
Konstruktion. Ein typischer geäderter
Rotor 100 ist in 1 und 2 gezeigt,
wobei 1 eine Vorderansicht und 2 eine Seitenansicht
des Rotors 100 zeigen. Ein Abschnitt des Rotors 100 (zwischen
den Linien I und II) ist weggeschnitten, um die innere, geäderte Struktur
des Rotors zu zeigen. Der geäderte Rotor
besteht im Wesentlichen aus zwei separaten Scheibenplatten, die
durch einen Anzahl von Adern verbunden sind. Die Adern können gerade
oder gebogen sein und die Anzahl der Adern variiert von Rotor zu
Rotor. Beispielsweise zeigen 3 und 4 ein
Beispiel eines nicht bearbeiteten geäderten Rotors mit gebogenen
Adern. Der Rotor 100 hat zwei Außenflächen 102, 104,
die durch die Außenflächen der
zwei, den Rotor aufweisenden Scheiben bereitgestellt sind. Gegen
diese zwei Flächen 102, 104 wird
ein Druck ausgeübt
(z.B. durch Bremsklötze (nicht
gezeigt), um die Drehung des mit dem Rotor 100 verbundenen
Radantriebs zu verlangsamen oder stoppen. In idealer Weise ist der
Rotor 100 genau kreisförmig
und diese Flächen 102, 104 sind
parallel zueinander.
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Ein
typischer Rotor 100 wird durch Bearbeiten eines vorab gegossenen
Rotors hergestellt. Ein gegossener, vorbearbeiteter Rotor 106 ist
in den 5 und 6 gezeigt, welche eine Vorder-
bzw. Seitenansicht des vorab gegossenen, nicht bearbeiteten Rotors 100 zeigen.
Der in 1 und 2 gezeigte Rotor 100 wird
hergestellt durch entsprechendes Bearbeiten des gegossenen Rotors 106.
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Bei
existierenden Rotoren kann es gewisse Probleme oder Fehler geben,
und einige dieser Probleme oder Fehler können auf die Art und Weise
der Bearbeitung der Rotoren zurückgeführt wurden.
Wie z.B. oben erwähnt
ist, sind die zwei Flächen 102, 104 idealerweise
parallel, um eine ungleiche Abnutzung und Erwärmung der Rotorflächen zu
verhindern oder zu vermeiden. Bei bekannten Bearbeitungssystemen wurde
die Parallelität
der zwei Flächen
nicht vor dem Bearbeiten festgestellt. Weiterhin ist es nach dem Bearbeiten
erwünscht,
die Dickevariation (TV) und den Seitenschlag (LRO) jedes Rotors
zu minimieren sowie symmetrische Rotoren zu haben. Diese Probleme
sind zusammengefasst in „Using
Capacitive Probes in Automotive Brake Component Testing", Steve Muldoon und
Rick Sandberg, Test Engineering & Management,
August/September 1997 (im Folgenden „Muldoon" genannt). Auf Muldoon wird hiermit vollinhaltlich
Bezug genommen. Muldoon zeigt die Verwendung von berührungslosen
Kapazitätssonden beim
Testen von Bremsen nach der Herstellung.
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Die
U5-A-5,378,994 stellt ein System und ein Verfahren bereit zum Abbilden
gewünschter
Flächen eines
Werkstücks.
Ein Sensor mit ersten und zweiten Messelektroden, die elektrisch
von dem Werkstück isoliert
sind, ist oberhalb und in der Nähe
der gewünschten
Flächen
des Werkstücks
angeordnet. Ein elektrisches Feld entwickelt sich zwischen den ersten und
zweiten Messelektroden des Sensors in Reaktion auf Eingangssignale,
die dort angelegt werden, und Kapazitätssignale werden erzeugt, die
jegliche Störung
in dem elektrischen Feld aufgrund des Werkstücks anzeigen. Ein Bildsignal
des Werkstücks
kann durch Verarbeiten der Kapazitätssignale entwickelt werden.
Die Bildsignale können
erforderliche Steuerinformationen an eine Bearbeitungsvorrichtung
liefern, um die gewünschten
Flächen
des Werkstücks zu
bearbeiten, z.B. zu entgraten und abzuschrägen. Das Verfahren und das
System können
ebenfalls verwendet werden, um die Abmessungen von Schweißbädern an
einem Werkstück
und Oberflächen
von Glasfläschchen
abzubilden. Der Sensor kann einen ersten und zweiten Preview-Sensor
beinhalten, die verwendet werden, um die Vorschubgeschwindigkeit eines
Werkstücks
in Bezug auf die Bearbeitungsvorrichtung zu bestimmen. Bei einer
Anordnung kann die Vorschubgeschwindigkeit eines Werkstücks, das die
Bearbeitungsvorrichtung passiert, gemessen werden. Der erste und
zweite Sensor sind um einen vorbestimmten Abstand getrennt. Der
Zeitunterschied zwischen der Entwicklung des ersten und zweiten
Bildsignals wird gemessen zum Berechnen der Vorschubgeschwindigkeit
auf der Basis des vorbestimmten Abstands zwischen dem ersten und
dem zweiten Sensor. Bei einer anderen Anordnung überwacht ein Preview-Sensor
zuerst das Werkstück
und ein Prüfsensor überwacht
das Werkstück
nach dem Bearbeiten der Oberflächen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein System vorgesehen, mit einem System, das beinhaltet:
ein computergesteuertes Zentrum zum Bearbeiten eines Teils; eine
Mehrzahl von berührungslosen Sensoren,
die so angeordnet sind, dass sie zu dem Teil weisen; eine Steuereinheit,
die mit den Sensoren verbunden ist und Messungen von den Sensoren
erhält;
und ein Computersystem zum Berechnen von Attributen des Teils auf
der Basis der von der Steuereinheit erhaltenen Messungen, dadurch
gekennzeichnet, dass das Zentrum ein computergesteuertes Drehzentrum
ist, das eine drehbare Spannvorrichtung zum drehbaren Befestigen
einer Scheibe zu deren Bearbeitung aufweist, und dass die Mehrzahl
von berührungslosen
Sensoren Sensoren bereitstellt, die relativ zu der Spannvorrichtung
so angeordnet sind, dass sie zu den gegenüberliegenden Außenflächen der
Scheibe weisen, wenn die Scheibe bei Betrieb an der Spannvorrichtung
befestigt ist, wobei das Computersystem so ausgebildet und angeordnet
ist, dass es dem Drehzentrum die berechneten Attribute bereitstellt
zum Steuern der Bearbeitung der Scheibe auf der Basis der Messungen,
die die Steuereinheit dynamisch von den Sensoren erhält, welche
so angeordnet sind, dass sie zu den gegenüberliegenden Außenflächen der
Scheibe weisen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Teils, das
in einem computergesteuerten Zentrum angeordnet ist, wobei das Verfahren
aufweist: Anordnen einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren, so dass
sie zu dem Teil weisen, Erhalten von Messungen von den Sensoren,
und Berechnen von Attributen des Teils auf der Basis der Messungen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum ein computergesteuertes Drehzentrum
ist und der Teil eine Scheibe ist, wobei das Verfahren aufweist:
Drehen der Scheibe, Anordnen der Mehrzahl der berührungslosen
Sensoren, so dass sie zu gegenüberliegenden
Außenflächen der Scheibe
weisen, Erhalten von Messungen von den Sensoren, während die
Scheibe gedreht wird, und Bereitstellen der berechneten Attribute
an das Drehzentrum, um die Bearbeitung der Scheibe zu steuern.
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Im
Folgenden werden nun eine Anzahl von bevorzugten und fakultativen
Merkmalen und Kombinationen von Merkmalen der Erfindung beschrieben.
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Es
ist erwünscht,
Bremsrotoren herzustellen, die eine überragende Qualität haben
und nicht die Nachteile der bekannten Systeme aufweisen. Es ist deshalb
erwünscht,
die berührungslosen
Prüfsysteme
in ein Brems-Drehcenter aufzunehmen, um die Instruktionen an das
Center dynamisch zu testen und falls erforderlich zu ändern. Auf
diese Weise werden potenzielle Probleme während und nicht erst nach der
Bearbeitung erkannt.
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Dementsprechend
können
Ausführungsformen
dieser Erfindung die obengenannten und andere Probleme lösen, indem
gemäß einem
Aspekt ein System vorgesehen wird, welches in einem Drehcenter enthalten
ist, wobei das System Paare von berührungslosen Sensoren hat, die
zu den Bremsflächen weisen,
und einen berührungslosen
Sensor, der zu dem Außen-
und/oder Innendurchmesser der Scheibe weist. Die berührungslosen
Sensoren können
induktive Sensoren, kapazitive Sonden und/oder Lasersensoren sein.
Eine Steuereinheit ist mit jedem Sensor zur Signalverarbeitung und
zur Ausgabe der Messung verbunden. Jeder Sensor kann durch ein Endmaß, ein Musterstück oder
in jeglicher geeigneter Weise kalibriert werden. Das System kann
unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften messen, wie z.B. Bremsflächendickevariation,
Seitenschlag und/oder Radialschlag, Flachheit, Parallelität und Durchmesser
und andere geeignete und nützliche Merkmale,
wobei diese Aufzählung
nicht einschränkend
ist.
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Messungen
erfolgen, während
die Scheibe sich mit einer genauen, bekannten Geschwindigkeit dreht
oder stationär
ist. Das eine Paar oder mehrere Paare von berührungslosen Sensoren messen
kontinuierlich die Entfernung zwischen dem Sensor oder der kalibrierten
Fläche
und der zuweisenden Fläche. Deshalb
kann der Seitenschlag und/oder Radialschlag und die Dickevariation
aus Messungen bei mehrfachen (vorzugsweise drei) unterschiedlichen Radien
berechnet werden. Durch Kombinieren der Messungen an derselben Bremsfläche kann
die Flachheit und Parallelität
berechnet werden. Die anderen zwei Sensoren messen kontinuierlich
den Abstand von dem Sensor oder der kalibrierten Fläche zur
zuweisenden Fläche.
Ein Durchmesser kann berechnet werden, wenn das Zentrum der Scheibe
bekannt ist.
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Der
Seitenschlag und/oder Radialschlag, Dickevariation, Flachheit und
Parallelität
kann an jeder Bremsscheibe in dem Drehcenter für eine letzte Prüfung und/oder
statistische Verfahrenssteuerung gemessen werden. Die Messung des
Durchmessers und der Ausschlag können
an das Drehcenter zurückgeführt werden,
um die Werkzeugabnutzung zu überwachen
und zu kompensieren.
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Bei
einem weiteren Aspekt kann in einer Ausführungsform dieser Erfindung
ein Verfahren zum Bearbeiten eines in einer Spannvorrichtung eines computergesteuerten
Drehsystems montierten Teils bereitgestellt sein. Das Verfahren
beinhaltet das Anordnen einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren, so dass
sie zu dem Teil weisen, Erhalten von Messungen von den Sensoren,
Berechnen von Attributen des Teils auf der Basis der Messungen,
und dynamisches Einstellen der Klemmkraft der Spannvorrichtung an
dem Teil auf der Basis der berechneten Attribute. Die Messungen
können
von den Sensoren erhalten werden, während das Teil in dem Drehsystem
angeordnet ist, oder während
das Teil von dem System entfernt ist.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
ist das Teil ein Scheibenbremsrotor und die Attribute beinhalten
zumindest einige der folgenden: Bremsflächendickevariation der Scheibe,
Seitenschlag und/oder Radialschlag der Scheibe, Flachheit der Scheibe
und Parallelität
der Scheibe.
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Vorzugsweise
sind die berührungslosen Sensoren
ausgewählt
aus induktiven Sensoren, kapazitiven Messfühlern und Lasersensoren.
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Bei
einigen Ausführungsformen
werden andere Aspekte des Bearbeitungscenters selbst gemessen. Das
Verfahren kann z.B. beinhalten: während des Drehens, Messen von
mindestens einigen der folgenden: (A) Auslenkung des Rotors, (b)
Spindelbewegung und/oder -ausschlag, (c) Spannvorrichtung-Bewegung
und/oder -Ausschlag, (d) Werkzeugbewegung. Diese Messungen können verwendet werden,
um die Klemmkraft der Spannvorichtung an dem Teil auf der Basis
der gemessenen Attribute einzustellen.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, wobei die Bezugszeichen sich überall auf
entsprechende Teile beziehen. Es zeigen:
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1 und 2 typische
Rotoren, die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden:
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3 bis 6 Gussteile,
die zum Herstellen von Rotoren gemäß Ausführungsformen dieser Erfindung
verwendet werden;
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7 ein
Bearbeitungssystem gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein
Flussdiagramm, das sich auf eine Ausführungsform dieser Erfindung
bezieht.
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In 7 ist
ein zu bearbeitender Bremsrotor 100 an einer Spannvorrichtung 116 des
Drehcenters 110 befestigt. Der Rotor 100 kann
jegliche Art von bearbeitetem Rotor sein, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf, Rotoren mit Rand, Rotoren mit integralen Zentren und Kombinationen
dieser Arten von Rotoren. Das System 110 nach der derzeit
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet drei Paare von berührungslosen Sensoren 112-1, 112-2, 113-1, 113-2, 114-1 und 114-2,
die senkrecht zu den Bremsflächen 102, 104 des
Rotors 100 weisen, der an der Spannvorrichtung 116 angeordnet
ist. In anderen Ausführungsformen
können
weniger oder mehr Sensoren verwendet werden. Ein weiterer berührungsloser
Sensor 115 (und/oder 117) weist zum Außendurchmesser
des montierten Rotors 100. Ein weiterer berührungsloser
Sensor 119 ist zu dem Rand des Innendurchmessers des Rotors 100 gerichtet,
um diesen Durchmesser zu messen.
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Die
berührungslosen
Sensoren können
induktive Sensoren, kapazitive Messfühler und/oder Lasersensoren
sein. Jeder berührungslose
Sensor ist mit einer Steuereinheit 118 zur Signalverarbeitung und
zum Messen des Ausgangssignals des Sensors verbunden. Jeder Sensor
kann durch ein Endmaß, ein
Musterstück
oder in anderer entsprechender Weise kalibriert werden.
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Das
System 110 ist ausgebildet zum dynamischen Messen unterschiedlicher
Merkmale und Eigenschaften des Rotors 100. Diese Merkmale
beinhalten Bremsflächendickevariation
(TV), Seitenschlag (LRO), Radialschlag (RRO), Flachheit, Parallelität und Innen-
und Außendurchmesser,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei einem Rotor mit Rand können
auch der Durchmesser und andere Merkmale des Rands gemessen werden.
Die Messungen der unterschiedlichen Merkmale erfolgen in bekannter
Weise, im Wesentlichen durch Bestimmen des Abstands jedes Sensors
von der Fläche,
zu der er weist. Durch Kombinieren dieser Messungen in bekannter
Weise, können
die unterschiedlichen Merkmale und Eigenschaften, z.B. die Bremsflächendickevariation,
der Seitenschlag und/oder Radialschlag, Flachheit, Parallelität und Durchmesser
und andere geeignete und nützliche
Merkmale von dem CNC-Drehcenter verwendet werden, um die Bearbeitung
des Rotors 100 zu steuern.
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Messungen
der unterschiedlichen Merkmale erfolgen, während sich die Scheibe 100 bei
einer bestimmten Geschwindigkeit dreht oder stationär ist. Wenn
die Messungen erfolgen, während
die Scheibe sich dreht, dreht sie sich vorzugsweise mit einer bestimmten
Geschwindigkeit. Die drei Paare von berührungslosen Sensoren 112-1, 112-2, 113-1, 113-2, 114-1,
und 114-2 messen den Abstand zwischen jedem Sensor bzw.
der kalibrierten Fläche
und der Fläche,
zu der sie jeweils weisen, in kontinuierlicher und dynamischer Weise.
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Deshalb
kann bei der bevorzugten Ausführungsform
mit drei Paaren von Sensoren der Seitenschlag und/oder Radialschlag
und die Dickevariation sowie andere Eigenschaften aus den Messungen
bei drei unterschiedlichen Radien berechnet werden. Durch Kombinieren
der Messungen an derselben Bremsfläche kann die Flachheit und
Parallelität
berechnet werden. Die anderen zwei Sensoren 115, 117 messen
kontinuierlich den Abstand zwischen dem Sensor oder der kalibrierten
Fläche
und der Fläche,
zu der sie jeweils weisen, d.h. zur Fläche des Außendurchmessers der Scheibe 100.
Wenn das Zentrum der Scheibe 100 bekannt ist, ermöglichen diese
Messungen (des Außendurchmessers)
die Berechnung des Durchmessers der Scheibe 100. In ähnlicher
Weise misst der Sensor 119 kontinuierlich den Abstand zwischen
dem Sensor und dem Innendurchmesser der Scheibe 100, wodurch
der Innendurchmesser der Scheibe berechnet werden kann.
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Bei
Betrieb werden der Seitenschlag und/oder Radialschlag, Dickevariation,
Flachheit und Parallelität
an jeder Bremsscheibe innerhalb des Drehcenters für eine letzte
Prüfung
und/oder statistische Verfahrenssteuerung gemessen. Die Messungen
des Durchmessers und seines Ausschlags werden wahlweise an das Drehcenter
zurückgeführt, um die
Werkzeugabnutzung zu überwachen
und kompensieren.
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Somit
beinhaltet in Bezug auf 8 das Verfahren dieser Erfindung
das Positionieren einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren, so dass sie
zu Außenflächen einer
Scheibe (S100) weisen. Dann werden Messungen von den Sensoren (S102) erhalten.
Attribute der Scheibe werden berechnet auf der Basis von Messungen
(S104) und die berechneten Attribute werden an das Drehcenter (S106)
geliefert zum Steuern der Bearbeitung der Scheibe. Das Verfahren
(S102, S104, S106) wird während
der Bearbeitung der Scheibe wiederholt.
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Bei
einem weiteren Aspekt einiger Ausführungsformen dieser Erfindung
können
berührungslose
Sensoren verwendet werden, um unterschiedliche Merkmale der Bearbeitungsvorrichtung
selbst zu messen. Z.B. können
Sensoren so angeordnet werden, dass sie einige oder alle der im
Folgenden genannten messen:
- 1. Auslenkung des
Teils (Rotors) während
des Drehens;
- 2. Spindelbewegung und/oder -ausschlag während des Drehens;
- 3. Spannvorrichtung-Bewegung und/oder -ausschlag während des
Drehens;
- 4. Werkzeug- und Werkzeug-Halterung-Bewegung während des
Drehens;
- 5. andere Merkmale und Eigenschaften des Werkzeugs oder des
bearbeiteten Teils.
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Diese
Merkmale können
allein oder zusammen mit den Messungen des tatsächlich bearbeiteten Teils verwendet
werden, um das Drehcenter dynamisch zu steuern und einzustellen.
Insbesondere können
sie verwendet werden, um die Drehzahl und die Schnitttiefe dynamisch
einzustellen, um potenzielle Fehler in dem bearbeiteten Teil zu
minimieren. Bei einem weiteren Aspekt dieser Erfindung können die
gemessenen Werte zum Steuern der Spannvorrichtung-Klemmkraft verwendet
werden, wobei die minimale Klemmkraft verwendet wird und eine Leitstrahldrehung
des Rotors reduziert oder verhindert wird.
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Während die
bevorzugten Ausführungsformen
in Bezug auf das Bearbeiten von Scheibenbremsrotoren beschrieben
wurden, wird das Bearbeiten von anderen Teilen auch von den Erfindern
in Erwägung
gezogen.
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Somit
kann bei Ausführungsformen
der Erfindung ein Drehcenter mit integriertem berührungslosem
Prüfsystem
bereitgestellt werden. Dem Fachmann ist klar, dass die vorliegende
Erfindung auch anders als in den beschriebenen Ausführungsformen angewendet
werden kann, welche zur Darstellung und nicht zur Einschränkung aufgezeigt
wurden, und die vorliegende Erfindung ist nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt.