EP3571010B1 - Schleifroboter zum schleifen elektrisch leitfähiger werkstücke und verfahren zum betrieb eines solchen - Google Patents

Schleifroboter zum schleifen elektrisch leitfähiger werkstücke und verfahren zum betrieb eines solchen Download PDF

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EP3571010B1
EP3571010B1 EP17822173.5A EP17822173A EP3571010B1 EP 3571010 B1 EP3571010 B1 EP 3571010B1 EP 17822173 A EP17822173 A EP 17822173A EP 3571010 B1 EP3571010 B1 EP 3571010B1
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EP
European Patent Office
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grinding
transmission unit
workpiece
measurement
robot according
Prior art date
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EP17822173.5A
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Inventor
Martin Rohrer
Florian WEIGL
Stefan Karner
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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    • B24B27/0038—Other grinding machines or devices with the grinding tool mounted at the end of a set of bars
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    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/14—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding turbine blades, propeller blades or the like

Definitions

  • the present invention relates to a grinding robot for grinding electrically conductive workpieces and a method for operating such a grinding robot.
  • Grinding robots are known from the general prior art.
  • the approach of the grinding wheel to the workpiece is controlled by measuring the position of the grinding wheel towards the workpiece and by measuring the force exerted by the workpiece on the grinding wheel.
  • the EP 0 421 323 A1 please refer to the EP 0 421 323 A1 referred.
  • the CN 103 056 759 B discloses a generic grinding robot for grinding an electrically conductive workpiece, comprising a grinding body, a unit for actuating the grinding body and a controller which is connected to and controls the unit for actuating the grinding body, the grinding body comprising a wavy tool holder which has an axis of rotation defined, around which the grinding body can rotate during grinding, and a head which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation and which contains abrasive material and has a grinding surface which is in contact with the workpiece during grinding.
  • the GB 891 680 A. discloses a device which enables the diameter of a grinding wheel, which changes as a result of wear, to be determined in order to increase its speed accordingly.
  • the measurement of the quantities mentioned proves to be difficult in practice.
  • the grinding wheel also wears out during operation. In the known grinding robots, this is not taken into account, which affects the accuracy of the Grinding result reduced.
  • the inventors have set themselves the task of specifying a grinding robot for grinding electrically conductive workpieces, in which the grinding process can be controlled in normal operation solely by measuring electrical quantities. In addition, the accuracy of the grinding result should be increased.
  • this object is achieved by a grinding robot with the features of the independent device claim and by a method for operating one with the features of the independent method claim. Further advantageous configurations result from the dependent subclaims.
  • a grinding robot uses a grinding tool to remove material from the surface of a workpiece, e.g. in order to form the hydraulic contour of the blades in the case of cast blades of an impeller for a hydraulic machine.
  • the current head diameter can only be estimated during operation, e.g. over the respective operating time. However, such an estimate is too imprecise for the narrow tolerances of the hydraulic contours mentioned above.
  • FIG. 1 shows a grinding robot according to the invention in a very highly schematic form.
  • the grinding robot according to the invention is suitable for the automated grinding of a conductive workpiece, which is designated by 6.
  • the grinding robot has a grinding body, which is designated 5.
  • the grinding body 5 comprises a rotationally symmetrical head, which is denoted by 1, a tool holder, which is denoted by 3, and a measuring and transmission unit, which is denoted by 2.
  • the grinding robot further comprises a unit for actuating the grinding body 5, which are denoted by 7.
  • the actuation of the grinding wheel 5 comprises, on the one hand, the holding and rotation of the grinding wheel 5 by means of the tool holder 3.
  • the Unit 7 for actuating the grinding body 5 can comprise, for example, a robot arm.
  • the grinding robot 8 further comprises a controller, which is designated 8.
  • the controller 8 is connected to the unit 7 for actuating the grinding wheel 5 and controls the same, using data generated by the measuring and transmission unit 2 and transmitted to the controller.
  • Figure 2 shows a grinding body 5 for use in a grinding robot according to the invention in a first embodiment along the axis of rotation.
  • the rotationally symmetrical head is denoted by 1 and the tool holder by 3.
  • the grinding wheel rotates around the tool holder 3.
  • the grinding wheel 5 further comprises a measuring and transmission unit, which is designated by 2.
  • the measuring and transmission unit 2 is equipped with an independent power supply, which comprises, for example, a battery or a supercapacitor (not shown). At least 2 conductor strands are embedded in the rotationally symmetrical head 1, two of which are designated by way of example with 10 and 11.
  • the conductor strands each extend from that outer surface of the rotationally symmetrical head 1, which is in contact with the workpiece 6 during operation, into the interior of the head 1 and are there electrically connected to the measuring and transmission unit 2.
  • the conductor strands are electrically insulated from one another, which can be achieved either by spacing the conductor strands from one another or by electrically insulating them.
  • Figure 3 shows the same embodiment of the grinding wheel 5 as Figure 1 in a section transverse to the axis of rotation with the same names. It can be seen that the conductor strands 10 and 11 lie one behind the other in this representation and run radially from the cylindrical outer surface of the head 1 into the interior thereof.
  • the grinding wheel 5 from Figure 2 and 3rd is designed so that the cylindrical outer surface of the head 1 is in contact with the electrically conductive workpiece 6 during operation. With suitable rotational positions of the grinding wheel 5, an electrical connection between the strands of a pair of conductor strands 10 and 11 is established during operation by the contact of the conductive workpiece 6, so that a circuit is formed which extends from the measuring and transmission unit 2 via the conductor strand 10, the workpiece 6 and the conductor strand 11 runs back to the measuring and transmission unit 2 (or vice versa). This circuit is used by the measuring and transmission unit 2 for a resistance measurement.
  • the conductor strands are designed so that the measured resistance is dominated by the resistance of the conductor strands.
  • the measuring and transmission unit 2 is designed to transmit the measured resistance values and thus the degree of wear to the controller 8.
  • the transmission can take place via Bluetooth, for example.
  • the signals received by the controller 8 are used to control the grinding process in order to generate the desired contour of the workpiece. If the head 1 does not touch the workpiece 6, there is no closed circuit and no current can flow through the conductor strands 10 and 11. In this case, the measuring and transmission unit 2 does not transmit a resistance value to the controller 8. Instead, the measuring and transmission unit can transmit another signal to the controller 8. This signal or the absence of a resistance signal is used by the controller 8 for the procedure for bringing the grinding wheel 5 closer to the workpiece 6.
  • the in the Figures 2 and 3rd The arrangement of the conductor strands 10, 11 shown is only one of many possible arrangements. The radial course is particularly simple and therefore advantageous for the production of a grinding wheel 5 for use in a grinding robot according to the invention.
  • the conductor strands in Figure 3 also spiral inwards or in Figure 2 are not perpendicular to the cylindrical surface, but run obliquely or curved. The only requirement is that the length of the conductor strand is continuously shortened with the expected wear of the head 1, so that the decrease in the length of the conductor strand represents a constant measure of the degree of wear and the measured resistance is therefore inversely proportional to the degree of wear.
  • FIG 3 a plurality of conductor strand pairs 10, 11 are shown. Since the grinding wheel rotates very quickly during operation, however, such pairs are also less sufficient for periodic resistance measurement, since each pair repeatedly passes the electrically conductive workpiece. Therefore, one conductor strand pair 10, 11 is already sufficient to provide the functionality according to the invention. On the contrary, the use of too many conductor strand pairs 10, 11 may be unfavorable, since more than one conductor pair may then be in contact with the workpiece at a time (if, for example, the Surface of the workpiece 6 is curved accordingly), which means that several circuits are closed at the same time. However, a suitably designed measuring and transmission device 2 can take this problem into account by recognizing such states and taking them into account accordingly, or most simply by using a smaller number of conductor strand pairs 10, 11.
  • Figure 4 shows a grinding body 5 for use in a grinding robot according to the invention in a second embodiment in a section along the axis of rotation with the same designations as in FIGS Figures 1 , 2nd and 3rd .
  • the in Figure 4 The grinding wheel 5 shown has a rotationally symmetrical head 1, which has a spherical shape. Since such a head 1 is rather in selective contact with the workpiece during operation, the conductor strand pairs 10, 11 must open much closer to the surface of the head 1 and run closely together in the expected wear area of the head 1. Therefore in Figure 4 the conductor strand pairs 10, 11 each represented by a single line. It is clear that this arrangement generally makes it necessary for the conductor strands 10 to be electrically insulated from the conductor strands 11.
  • One way of achieving this is to use coaxial conductor strands which are insulated from one another, ie one of the conductor strands 10 or 11 encloses the other in a tubular manner, a suitable insulation material being located between the inner and outer conductors.
  • the two strands 10 and 11 can equally well run parallel, with the insulation material being between the same.
  • Shaped grinding wheel is to be expected that it will not wear isotropically, but rather the parts of the head 1 located to the side of the axis will wear out faster than the parts in the area in the area of the intersection of the axis of rotation with the surface of the head 1. It is therefore advantageous that conductor strand pairs 10, 11 are provided, which open in different areas of wear on the surface of the head 1, and that the measuring and transmission unit 2 can distinguish between these pairs 10, 11. In this way, the controller 8 can also be informed of such anisotropic wear.
  • the embodiment according to the invention Figure 4 also includes an optional device for measuring a bending of the tool holder 3 that may occur.
  • a device for measuring a bending of the tool holder 3 that may occur.
  • the controller gets 8 permanent feedback from the measuring and transmission unit 2 that there is no closed circuit and therefore no resistance measurement can take place. Since an existing resistance signal also informs the controller 8 of the contact of the grinding wheel with the workpiece, the controller 8 would assume that there is no contact and would therefore try to bring the grinding wheel 5 closer to the workpiece 6. This would increase the pressure on the grinding wheel 5, which is already on the workpiece. This would result in excessive bending of the tool holder 3.
  • the device for measuring the bending of the tool holder 3 Figure 4 additionally comprises a disk which is located on the tool holder 3 and is designated by 4. There is a suitable distance between the disk 4 and the measuring and transmission unit 2, and the measuring and transmission unit 2 has suitable sensors which can measure this distance at several locations distributed over the circumference of the disk. The measuring and transmission unit 2 also transmits these measured values to the controller 8. If the tool holder 3 bends only slightly, this leads to one or more of the measured distances changing.
  • the distance between the disk 4 and the measuring and transmission unit 2 can be measured, for example, by means of optical, mechanical, capacitive or inductive sensors.
  • Graphite or carbon fiber can be used as material for the conductor strands 10, 11. However, other materials with a suitable resistivity can also be used.
  • FIG. 5 shows a method for operating a grinding robot according to the invention.
  • the method comprises two method steps, which are designated V1 and V2.
  • step V1 the grinding wheel 5 is brought closer to the workpiece 6 until the grinding wheel 5 is in contact with the workpiece.
  • the measuring and transmission unit 2 delivers a signal to the controller 8 that says that no circuit is closed via a pair of conductor strands as long as there is no contact between the grinding wheel 5 and the workpiece 6.
  • the measuring and transmission unit 2 transmits the measured resistance values to the controller 8, whereupon the latter ends the approach step V1.
  • the measuring and transmission unit 2 cannot transmit a signal as long as there is no contact.
  • the approach step V1 is ended by the controller 8 as soon as the measurement and Transmission unit 2 has transmitted a measured resistance value to the controller 8.
  • the workpiece 6 is processed by means of the grinding body 5 until the desired surface contour is reached, the measuring and transmission unit 2 permanently transmitting the measured resistance values to the controller 8, which takes these values into account when deciding whether the desired one Surface contour is reached or not.
  • the measured resistance values contain the information about the current degree of wear of the grinding head 1.
  • the measured resistance values can also be transmitted periodically, ie the measuring and transmission unit 2 transmits a resistance value whenever a predefined constant time interval has elapsed. The period is determined in advance according to the expected wear per unit of time and the required surface accuracy. The narrower the surface tolerance, the shorter the period must be selected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schleifroboter zum Schleifen elektrisch leitfähiger Werkstücke und eine Verfahren zum Betrieb eines solchen Schleifroboters.
  • Schleifroboter sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Annäherung des Schleifkörpers an das Werkstück wird dabei durch die Messung der Position des Schleifkörpers in Richtung zum Werkstück hin und durch Messung der Kraft, die vom Werkstück auf den Schleifkörper ausgeübt wird, gesteuert. Hierzu sei auf die EP 0 421 323 A1 verwiesen.
  • Die CN 103 056 759 B offenbart einen gattungsgemässen Schleifroboter zum Schleifen eines elektrisch leitfähigen Werkstückes, umfassend einen Schleifkörper, eine Einheit zur Betätigung des Schleifkörpers und eine Steuerung, welche mit der Einheit zur Betätigung des Schleifkörpers verbunden ist und dieselbe steuert, wobei der Schleifkörper eine wellenförmige Werkzeugaufnahme umfasst, welche eine Drehachse definiert, um die der Schleifkörper beim Schleifen rotieren kann, und einen bezüglich der Drehachse rotationssymmetrischen Kopf, welcher abrasives Material enthält und eine Schleiffläche aufweist, welche während dem Schleifen im Kontakt mit dem Werkstück ist.
  • Die GB 891 680 A offenbart eine Vorrichtung, welche die Bestimmung des sich verschleißbedingt ändernden Durchmessers einer Schleifscheibe ermöglicht, um deren Drehzahl entsprechend zu erhöhen.
  • Die Messung der genannten Größen erweist sich in der Praxis als schwierig. Außerdem nutzt sich der Schleifkörper während dem Betrieb ab. Bei den bekannten Schleifrobotern bleibt dies unberücksichtigt, was die Genauigkeit des Schleifergebnisses reduziert. Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Schleifroboter zum Schleifen von elektrisch leitfähigen Werkstücken anzugeben, bei der die Steuerung des Schleifvorgangs im Normalbetrieb allein durch die Messung von elektrischen Größen erfolgen kann. Außerdem soll die Genauigkeit des Schleifergebnisses erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schleifroboter mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
  • Die Erfinder haben sich von folgenden Gedanken leiten lassen. Ein Schleifroboter verwendet einen Schleifkörper, um Material an der Oberfläche eines Werkstücks zu entfernen, z.B. um bei gegossenen Schaufeln eines Laufrades für eine hydraulische Maschine die hydraulische Kontur der Schaufeln zu formen. Um eine zeitaufwändige Annäherungsprozedur zu vermeiden, ist es notwendig dass der Schleifroboter feststellen kann, wann sich der Schleifkörper im Kontakt mit dem Werkstück befindet. Da sich ein Schleifkörper während dem Betrieb abnutzt, wobei sich der Durchmesser des Kopfes reduziert, müsste ein Schleifroboter außerdem stets über den aktuellen Kopfdurchmesser informiert sein, damit er die gewünschte Kontur des Werkstücks innerhalb der Toleranzen erzeugen kann. Bei herkömmlichen Schleifkörpern kann der aktuelle Kopfdurchmesser während dem Betrieb nur abgeschätzt werden, z.B. über die jeweilige Betriebsdauer. Für die engen Toleranzen der oben erwähnten hydraulischen Konturen ist eine solche Abschätzung jedoch zu ungenau.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
    • Figur 1
    Erfindungsgemäßer Schleifroboter;
    Figur 2
    Schleifkörper zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter in einer ersten Ausführungsform in einen Schnitt entlang der Drehachse;
    Figur 3
    Schleifkörper zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter in einer ersten Ausführungsform in einem Schnitt quer zur Drehachse;
    Figur 4
    Schleifkörper zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter in einer zweiten Ausführungsform in einem Schnitt entlang der Drehachse;
    Figur 5
    Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Schleifroboters.
  • Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schleifroboter in sehr stark schematisierter Form. Der erfindungsgemäße Schleifroboter ist geeignet zum automatisierten Schleifen eines leitfähigen Werkstückes, welches mit 6 bezeichnet ist. Der Schleifroboter verfügt über einen Schleifkörper, welcher mit 5 bezeichnet ist. Der Schleifkörper 5 umfasst einen rotationssymmetrischen Kopf, welcher mit 1 bezeichnet ist, eine Werkzeugaufnahme, welche mit 3 bezeichnet ist, und eine Mess- und Übertragungseinheit, welche mit 2 bezeichnet ist. Der Schleifroboter umfasst ferner eine Einheit zur Betätigung des Schleifkörpers 5, welche mit 7 bezeichnet sind. Die Betätigung des Schleifkörpers 5 umfasst dabei einerseits die Halterung und Drehung des Schleifkörpers 5 mittels der Werkzeugaufnahme 3. Ferner die Annäherung und Pressung des Schleifkörpers 5 an das Werkstück 6, wobei der Kopf 1 des Schleifkörpers 5 in Kontakt mit dem Werkstück kommt. Die Einheit 7 zur Betätigung des Schleifkörpers 5 kann beispielsweise einen Roboterarm umfassen. Der Schleifroboter 8 umfasst ferner eine Steuerung, welche mit 8 bezeichnet ist. Die Steuerung 8 ist mit der Einheit 7 zur Betätigung des Schleifkörpers 5 verbunden und steuert dieselbe, wobei sie Daten verwendet, die von der Mess- und Übertragungseinheit 2 erzeugt und an die Steuerung übermittelt werden.
  • Figur 2 zeigt einen Schleifkörper 5 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter in einer ersten Ausführungsform entlang der Drehachse. Dabei sind der rotationssymmetrische Kopf mit 1 und die Werkzeugaufnahme mit 3 bezeichnet. Im Betrieb rotiert der Schleifkörper um die Werkzeugaufnahme 3. Der Schleifkörper 5 umfasst ferner eine Mess- und Übertragungseinheit, welche mit 2 bezeichnet ist. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 ist mit einer eigenständigen Stromversorgung ausgerüstet, welche z.B. eine Batterie oder einen Superkondensator umfasst (nicht dargestellt). In den rotationssymmetrischen Kopf 1 sind wenigstens 2 Leiterstränge eingebettet, von welchen zwei beispielhaft mit 10 und 11 bezeichnet sind. Die Leiterstränge erstrecken sich dabei jeweils von derjenigen Außenfläche des rotationssymmetrischen Kopfes 1, welche sich im Betrieb im Kontakt mit dem Werkstück 6 befindet, ins Innere des Kopfes 1 und sind dort elektrisch mit der Mess- und Übertragungseinheit 2 verbunden. Die Leiterstränge sind elektrische voneinander isoliert, was entweder durch eine Beabstandung der Leiterstränge untereinander oder durch eine elektrische Isolation derselben erreicht werden kann.
  • Figur 3 zeigt dieselbe Ausführungsform des Schleifkörpers 5 wie Figur 1 in einem Schnitt quer zur Drehachse mit denselben Bezeichnungen. Man erkennt, dass die Leiterstränge 10 und 11 in dieser Darstellungsweise hintereinander liegen und radial von der zylinderförmigen Außenfläche des Kopfes 1 ins Innere desselben verlaufen.
  • Der Schleifkörper 5 aus Figur 2 und 3 ist dafür ausgelegt, dass während dem Betrieb die zylinderförmige Außenfläche des Kopfes 1 mit dem elektrisch leitfähigen Werkstück 6 in Kontakt steht. Bei geeigneten Drehstellungen des Schleifkörpers 5 wird beim Betrieb durch den Kontakt des leitfähigen Werkstücks 6 eine elektrisch Verbindung zwischen den Strängen eines Leiterstrangpaares 10 und 11 hergestellt, so dass ein Stromkreis entsteht, welcher von der Mess- und Übertragungseinheit 2 über den Leiterstrang 10, das Werkstück 6 und den Leiterstrang 11 zurück zur Mess- und Übertragungseinheit 2 verläuft (oder umgekehrt). Dieser Stromkreis wird von der Mess- und Übertragungseinheit 2 für eine Widerstandsmessung genutzt. Die Leiterstränge sind so ausgelegt, dass der gemessene Widerstand vom Widerstand der Leiterstränge dominiert wird. Wenn sich der Schleifkörper 5 während dem Betrieb abnützt, verringert sich der Durchmesser des Kopfes 1, was zur Folge hat, dass sich die Leiterstränge 10, 11 entsprechend verkürzen, was wiederum zur Folge hat, dass der gemessene Widerstand kleiner wird. Somit ist der gemessene Widerstand ein reziprokproportionales Maß für den Abnützungsgrad des Schleifkörpers 5. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 ist zur Übertragung der gemessenen Widerstandswerte und damit des Abnutzungsgrades an die Steuerung 8 ausgelegt. Die Übertragung kann beispielsweise über Bluetooth erfolgen. Die von der Steuerung 8 empfangenen Signale werden zur Steuerung des Schleifvorgangs verwendet, um die gewünschte Kontur des Werkstücks zu erzeugen. Wenn der Kopf 1 das Werkstück 6 nicht berührt, existiert kein geschlossener Stromkreis und es kann kein Strom durch die Leiterstränge 10 und 11 fließen. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 überträgt in diesem Fall keinen Widerstandswert an die Steuerung 8. Stattdessen kann die Mess- und Übertragungseinheit ein anderes Signal an die Steuerung 8 übermitteln. Dieses Signal bzw. das nicht Vorliegen eines Widerstandssignals wird von der Steuerung 8 für die Prozedur zu Annäherung des Schleifkörpers 5 an das Werkstück 6 verwendet.
  • Die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Anordnung der Leiterstränge 10, 11 ist nur eine von vielen möglichen Anordnungen. Der radiale Verlauf ist dabei besonders einfach und damit vorteilhaft für die Herstellung eines Schleifkörpers 5 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter. Alternativ könnten die Leiterstränge in Figur 3 auch spiralig nach innen verlaufen oder in Figur 2 nicht senkrecht zur zylindrischen Oberfläche stehen, sondern schräg oder auch geschwungen verlaufen. Es besteht lediglich die Anforderung, dass sich die Leiterstranglänge stetig mit der zu erwartenden Abnutzung des Kopfes 1 verkürzt, so dass die Abnahme der Leiterstranglänge ein stetiges Maß für den Abnutzungsgrad darstellt und somit der gemessene Widerstand umgekehrt proportional zum Abnutzungsgrad ist.
  • In Figur 3 sind eine Vielzahl von Leiterstrangpaaren 10, 11 gezeigt. Da sich der Schleifkörper während dem Betrieb sehr schnell dreht, genügen jedoch auch viel weniger solche Paare zur periodischen Widerstandsmessung, da jedes Paar immer wieder am elektrisch leitfähigen Werkstück vorbeikommt. Daher genügt zur Bereitstellung der erfindungsgemäßen Funktionalität bereits ein Leiterstrangpaar 10, 11. Die Verwendung von zu vielen Leiterstrangpaaren 10, 11 ist im Gegenteil unter Umständen ungünstig, da dann eventuell mehr als ein Leiterpaar zu einem Zeitpunkt in Kontakt zum Werkstück sein kann (wenn z.B. die Oberfläche des Werkstückes 6 entsprechend gekrümmt ist), was zur Folge hat, dass mehrere Stromkreise gleichzeitig geschlossen werden. Diesem Problem kann jedoch eine geeignet ausgelegte Mess- und Übertragungseinrichtung 2 Rechnung tragen, indem diese solche Zustände erkennt und entsprechend berücksichtigt, oder eben am einfachsten durch die Verwendung einer geringeren Anzahl von Leiterstrangpaaren 10, 11.
  • Figur 4 zeigt einen Schleifkörper 5 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter in einer zweiten Ausführungsform in einem Schnitt entlang der Drehachse mit denselben Bezeichnungen wie in den Figuren 1, 2 und 3. Der in Figur 4 dargestellte Schleifkörper 5 hat einen rotationssymmetrischen Kopf 1, welcher Kugelform besitzt. Da ein solcher Kopf 1 während dem Betrieb eher punktuell mit dem Werkstück in Kontakt steht, müssen die Leiterstrangpaare 10, 11 sehr viel näher benachbart an der Oberfläche des Kopfes 1 münden und im zu erwartenden Abnützungsbereich des Kopfes 1 dicht beieinander verlaufen. Daher sind in Figur 4 die Leiterstrangpaare 10, 11 jeweils durch eine einzelne Linie dargestellt. Es ist klar, dass diese Anordnung es in der Regel notwendig macht, dass die Leiterstränge 10 von den Leitersträngen 11 elektrisch isoliert ausgeführt werden. Eine Möglichkeit diese zu erreichen, besteht in der Verwendung von gegeneinander isolierten koaxialen Leitersträngen, d.h. einer der Leiterstränge 10 oder 11 umschließt den anderen röhrenförmig, wobei sich zwischen Innen- und Außenleiter ein geeignetes Isolationsmaterial befindet. Genauso gut können die beiden Stränge 10 und 11 auch parallel verlaufen wobei sich zwischen denselben Isolationsmaterial befindet.
  • Bei einem wie in Figur 4 geformten Schleifkörper ist zu erwarten, dass sich dieser nicht isotrop abnutzt, sondern es werden sich vermutlich die seitlich der Achse gelegenen Partien des Kopfes 1 schneller abnutzen als die Partien vorn im Bereich des Schnittpunktes der Drehachse mit der Oberfläche des Kopfes 1. Daher ist es vorteilhaft, dass Leiterstrangpaare 10, 11 vorgesehen werden, die in unterschiedlichen Abnutzungsbereichen der Oberfläche des Kopfes 1 münden, und dass die Mess- und Übertragungseinheit 2 zwischen diesen Paaren 10, 11 unterscheiden kann. Auf diese Weise kann die Steuerung 8 auch über eine solche anisotrope Abnützung informiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Ausführungsform aus Figur 4 umfasst außerdem eine optionale Einrichtung zur Messung einer eventuell auftretenden Biegung der Werkzeugaufnahme 3. Eine solche Einrichtung kann von Vorteil sein, wenn eine Störung des elektrischen Kontakts zwischen Werkstück und den Leitersträngen 10, 11 während dem Betrieb auftreten sollte. In diesem Fall bekommt die Steuerung 8 permanent die Rückmeldung von der Mess- und Übertragungseinheit 2, dass kein geschlossener Stromkreis vorliegt und daher keine Widerstandsmessung stattfinden kann. Da ein vorliegendes Widerstandssignal die Steuerung 8 auch über den vorliegenden Kontakt des Schleifkörpers mit dem Werkstück informiert, würde die Steuerung 8 davon ausgehen, dass noch kein Kontakt vorliegt und würde daher versuchen den Schleifkörper 5 weiter an das Werkstück 6 anzunähern. Dadurch würde der Druck auf den Schleifkörper 5 erhöht werden, welcher ja bereits am Werkstück anliegt. Dadurch käme es zu einer überhöhten Biegung der Werkzeugaufnahme 3. Wenn ein solcher Zustand nicht abgefangen würde, könnte es dazu führen, dass viel zu viel Material vom Werkstück 6 abgetragen wird und das Werkstück 6 außer Toleranz käme. Durch eine Überwachung der Biegung der Werkzeugaufnahme 3 kann dies verhindert werden. Die Einrichtung zur Messung der Biegung der Werkzeugaufnahme 3 aus Figur 4 umfasst zusätzlich eine Scheibe, welche sich auf der Werkzeugaufnahme 3 befindet und mit 4 bezeichnet ist. Zwischen Scheibe 4 und der Mess- und Übertragungseinheit 2 befindet sich ein geeigneter Abstand, und die Mess- und Übertragungseinheit 2 verfügt über geeignete Sensoren, die diesen Abstand an mehreren Stellen über den Umfang der Scheibe verteilt messen können. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 überträgt auch diese Messwerte an die Steuerung 8. Biegt sich die Werkzeugaufnahme 3 nur geringfügig durch, so führt dies dazu, dass sich ein oder mehrere der gemessenen Abstände ändern. Wird während der Annäherung des Schleifkörpers (5) an das Werkstück (6) (d.h. bevor, ein Widerstandswert gemessen werden kann) eine Biegung detektiert, welche eine vordefinierte Schwelle überschreitet, so wird eine Fehlermeldung erzeugt und der Schleifkörper 5 durch die Einheit 7 vom Werkstück 6 entfernt. Es ist klar, dass die beschriebene optionale Einrichtung zur Messung einer eventuell auftretenden Biegung der Werkzeugaufnahme 3 bei allen denkbaren Ausführungsformen eines Schleifkörpers 5 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schleifroboter eingesetzt werden kann und nicht auf die Ausführungsform der Figur 4 beschränkt ist.
  • Die Messung des Abstandes zwischen der Scheibe 4 und der Mess- und Übertragungseinheit 2 kann beispielsweise mittels optischer, mechanischer, kapazitiver oder induktiver Sensoren erfolgen.
  • Aus dem bisher Gesagten wird klar, dass die Anordnung der Leiterstrangpaare 10, 11 und deren Auswertung in der Mess- und Übertragungseinheit 2 jeweils an die Geometrie des rotationssymmetrischen Kopfes 1 und die zu erwartende Abnützung desselben angepasst werden muss. Als Geometrien für den rotationssymmetrischen Kopf 1 kommen dabei alle gängigen Geometrien in Frage (z.B. Kegel, halbabgerundete Zylinder usw.).
  • Als Material für die Leiterstränge 10, 11 kommt Graphit oder Carbonfaser in Frage. Es sind jedoch auch andere Materialien mit einem geeigneten spezifischen Widerstand verwendbar.
  • Figur 5 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Schleifroboters. Das Verfahren umfasst zwei Verfahrensschritte, welche mit V1 und V2 bezeichnet sind. Im Schritt V1 wird der Schleifkörper 5 solange an das Werkstück 6 angenähert bis der Schleifkörper 5 in Kontakt mit dem Werkstück ist. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 liefert dabei solange ein Signal an die Steuerung 8, welches besagt, dass kein Stromkreis über ein Leiterstrangpaar geschlossen ist, solange noch kein Kontakt zwischen Schleifkörper 5 und Werkstück 6 vorliegt. Sobald ein Kontakt vorliegt, wird wenigstens ein Stromkreis über ein Leiterstrangpaar geschlossen wodurch eine Widerstandsmessung ermöglicht wird. Die Mess- und Übertragungseinheit 2 übermittelt die gemessenen Widerstandswerte an die Steuerung 8 worauf diese den Annäherungsschritt V1 beendet. Im Prinzip kann die Mess- und Übertragungseinheit 2 auch kein Signal übermitteln solange noch kein Kontakt vorliegt. In jedem Fall wird der Annäherungsschritt V1 durch die Steuerung 8 beendet sobald die Mess- und Übertragungseinheit 2 einen gemessenen Widerstandswert an die Steuerung 8 übermittelt hat. Im nachfolgenden Schritt V2 wird das Werkstück 6 mittels des Schleifkörpers 5 solange bearbeitet, bis die gewünschte Oberflächenkontur erreicht ist, wobei die Mess- und Übertragungseinheit 2 permanent die gemessenen Widerstandswerte an die Steuerung 8 übermittelt, welche diese Werte bei der Entscheidung berücksichtigt, ob die gewünschte Oberflächenkontur erreicht ist oder nicht. Dies wird dadurch ermöglicht, dass wie oben beschrieben die gemessenen Widerstandswerte die Information über den aktuellen Abnützungsgrad des Schleifkopfes 1 enthalten. Die permanente Übermittlung der gemessenen Widerstandswerte kann auch periodisch erfolgen, d.h. die Mess- und Übertragungseinheit 2 übermittelt einen Widerstandswert immer dann, wenn ein vordefiniertes konstantes Zeitintervall verstrichen ist. Die Periodendauer wird gemäß dem zu erwartenden Verschleiß pro Zeiteinheit und der erforderlichen Oberflächengenauigkeit vorab festgelegt. Je enger die Oberflächentoleranz ist, desto kürzer muss die Periodendauer gewählt werden.

Claims (14)

  1. Schleifroboter zum Schleifen eines elektrisch leitfähigen Werkstückes (6) umfassend einen Schleifkörper (5), eine Einheit (7) zur Betätigung des Schleifkörpers (5) und eine Steuerung (8), welche mit der Einheit (7) zur Betätigung des Schleifkörpers (5) verbunden ist und dieselbe steuert, wobei der Schleifkörper (5) eine wellenförmige Werkzeugaufnahme (3) umfasst, welche eine Drehachse definiert, um die der Schleifkörper beim Schleifen rotieren kann, und einen bezüglich der Drehachse rotationssymmetrischen Kopf (1), welcher abrasives Material enthält und eine Schleiffläche aufweist, welche während dem Schleifen im Kontakt mit dem Werkstück (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper eine Mess- und Übertragungseinheit (2) und wenigstens ein Leiterstrangpaar mit zwei voneinander elektrisch isolierten Leitersträngen (10, 11) umfasst, wobei die Leiterstränge (10, 11) in den rotationssymmetrischen Kopf (1) eingebettet sind und sich von der Schleiffläche des Kopfes (1) ins Innere des Kopfes (1) erstrecken und dort elektrisch mit der Mess- und Übertragungseinheit (2) verbunden sind, wobei die Leiterstränge (10, 11) so angeordnet sind, dass während dem Schleifen durch den Kontakt mit dem Werkstück (6) ein geschlossener Stromkreis zur Messung eines Widerstandswertes entstehen kann, wobei der Stromkreis von der Mess- und Übertragungseinheit (2) über den Leiterstrang (10), das Werkstück (6) und den Leiterstrang (11) zurück zur Mess- und Übertragungseinheit (2) verläuft, und wobei die Leiterstränge (10, 11) so ausgelegt und angeordnet sind, dass der gemessene Widerstand vom Widerstand der Leiterstränge (10, 11) dominiert wird, so dass der gemessene Widerstand ein umgekehrt proportionales Maß für den Abnützungsgrad des Schleifkörpers (5) darstellt, und wobei die Mess- und Übertragungseinheit (2) zur Messung dieses Widerstandes und Übertragung des Messwertes an Steuerung (8) ausgelegt ist, und wobei die Steuerung (8) so ausgebildet ist, dass die übertragenen Widerstandswerte bei der Entscheidung berücksichtigt werden, ob eine vordefinierte Oberflächenkontur des Werkstückes (6) erreicht ist, oder nicht.
  2. Schleifroboter nach Anspruch 1, wobei die Leiterstränge (10, 11) zur gegenseitigen Isolation voneinander beabstandet ausgeführt sind.
  3. Schleifroboter nach Anspruch 1, wobei sich zwischen den Leitersträngen (10, 11) ein geeignetes elektrisches Isolationsmaterial befindet.
  4. Schleifroboter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Leiterstränge (10, 11) parallel zueinander verlaufen.
  5. Schleifroboter nach Anspruch 3, wobei die Leiterstränge (10, 11) koaxial zueinander verlaufen, und wobei ein Leiterstrang (10) röhrenförmig ausgebildet ist und den Leiterstrang (11) umfasst.
  6. Schleifroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterstränge (10, 11) aus Graphit bestehen.
  7. Schleifroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiterstränge (10, 11) aus Carbon-Faser bestehen.
  8. Schleifroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mess- und Übertragungseinheit (2) eine Batterie umfasst.
  9. Schleifroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mess- und Übertragungseinheit (2) einen Superkondensator umfasst.
  10. Schleifroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mess- und Übertragungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, die Messwerte mit Hilfe von Bluetooth an die Steuerung (8) zu übertragen.
  11. Schleifroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleifkörper (5) über Mittel (4) zur Messung der Biegung der Werkzeugaufnahme (3) verfügt, und die Mess- und Übertragungseinheit (2) dazu ausgebildet ist, die Messwerte der Biegung an die Steuerung (8) zu übertragen.
  12. Schleifroboter nach Anspruch 11, wobei der Schleifkörper (5) eine Scheibe (4) umfasst, welche sich auf der Werkzeugaufnahme (3) befindet, und die Mess- und Übertragungseinheit (2) mehrere Sensoren umfasst, welche dazu eingerichtet sind, den Abstand zwischen der Scheibe (4) und der Mess- und Übertragungseinheit (2) an mehreren um den Umfang der Scheibe (4) verteilten Stellen zu messen.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Schleifroboters gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: V1: Annäherung des Schleifkörpers (5) an das Werkstück (6) bis der Schleifkörper (5) in Kontakt mit dem Werkstück (6) kommt; V2: Bearbeitung des Werkstückes (6) mittels des Schleifkörpers (5) bis eine vordefinierte Oberflächenkontur des Werkstückes (6) erreicht ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (8) den Schritt V1 beendet und zu Schritt V2 übergeht, sobald sie einen Widerstandsmesswert von der Mess- und Übertragungseinheit (2) übermittelt bekommen hat, und wobei die Mess- und Übertragungseinheit (2) in Schritt V2 permanent die gemessenen Widerstandswerte an die Steuerung (8) übermittelt, welche die Widerstandswerte bei der Entscheidung berücksichtigt, ob die vordefinierte Oberflächenkontur erreicht worden ist, oder nicht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 zum Betrieb eines Schleifroboters gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuerung (8) eine Fehlermeldung erzeugt und den Schleifkörper (5) vom Werkstück (6) entfernt, wenn in Schritt V1 die Mess- und Übertragungseinheit (2) eine Biegung übermittelt, welche einen vordefinierten Wert für die Biegung überschreitet.
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