KR100416329B1

KR100416329B1 - Rotary abrasive tool

Info

Publication number: KR100416329B1
Application number: KR10-2001-7013451A
Authority: KR
Inventors: 키니스키토마스지.
Original assignee: 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2004-01-31
Also published as: BR0009985B1; EP1173308A1; EP1173308B1; TW567116B; KR20010113827A; MXPA01010823A; CN1129507C; CA2369657C; AU750253B2; CN1351532A; ES2186644T3; DE60000737T2; WO2000064634A1; BR0009985A; AU4226200A; CA2369657A1; DE60000737D1; JP2002542058A; ATE227195T1; ID30452A

Abstract

Provision of a rotatable abrasive disk having apertures permitting a view of a workpiece surface during the abrading process makes possible the incorporation of a condition sensing mechanism viewing the workpiece surface through the holes and capable of adapting the grinding conditions accordingly.

Description

Rotary abrasive tool

조작자가 연마되고 있는 표면의 상태를 그 상황을 평가할 수 있도록 관측용 구멍 또는 개구(aperture)를 갖는 연마용 디스크는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 연마용 디스크는 예를 들어 WO/US96/19191에 설명되어 있다.Polishing disks having observation holes or apertures are known in the art so that an operator can assess the condition of the surface being polished. Such abrasive discs are described for example in WO / US96 / 19191.

본 발명은 회전 연마 공구와 현장 측정 장치(in-situ measurement device)를 연계시키는 것에 관한 것이다. 연마용 공구를 제어하는 조작자 또는 공작기계(machine tool)에 실시간으로 피드백하여 연마용 공구의 사용 및 작업에 많은 장점이 얻어질 수 있다. 중요한 실시간 피드백 형태로는 예를 들어, 온도, 표면 거칠기, 연마 또는 연삭 또는 다듬질 중의 가공물 위치가 있다. 지금까지 이는 숙련된 작업자의 사용법이나 개입되는 작업의 용도에 의존하였으며, 측정을 위해 연마 작업이 다소 빈번하게 중단되었다. 본원에서, 용어 "연마"는 표면에서 상당한 양의 재료가 제거되는 공정만이 아니라, 보다 중요할 수도 있는 의미로, 그 작업이 정밀 마무리 처리(fine finishing), 정밀 연마(polishing) 또는 랩 다듬질(lapping)을 말하는 것일 수 있다.The present invention relates to associating a rotating abrasive tool with an in-situ measurement device. Many advantages can be obtained in the use and operation of the polishing tool by feeding back in real time to the operator or machine tool controlling the polishing tool. Important real-time feedback forms include, for example, temperature, surface roughness, workpiece position during polishing or grinding or finishing. To date, this has depended on the use of skilled workers or the use of the work involved and the grinding work has been interrupted somewhat frequently for measurement. As used herein, the term “polishing” is not only a process in which a substantial amount of material is removed from a surface, but may also be more important, in which the work may be fine finished, fine polished or wrapped. lapping).

회전 연마 공구는 자동적으로 임계 인자(parameter)들에 응답하고 조작자의 개입이 필요없이 이러한 인자의 변화에 응답하여 작업을 조정하는 다양한 방식으로 제어될 수 있게 된다.The rotary grinding tool can be controlled in a variety of ways to automatically adjust the work in response to threshold parameters and in response to changes in these parameters without the need for operator intervention.

본 발명은 a) 일정 간격으로 디스크를 관통하여 뚫려진 구멍을 가져 연마 작업중에 표면을 관찰할 수 있는 연마용 디스크와,The present invention relates to a polishing disk having a hole drilled through the disk at regular intervals so that the surface can be observed during the polishing operation;

b) 상기 디스크가 장착되며 모터에 의해 구동되는 회전 축과,b) a rotating shaft mounted with the disk and driven by a motor;

c) 상기 디스크가 회전할 때 연마용 디스크의 구멍을 통해 가공물의 표면 상태를 관찰 및/또는 측정하도록 배치된 적어도 하나의 비접촉 센서를 포함하는 회전 연마용 공구를 제공한다.c) providing a rotary polishing tool comprising at least one non-contact sensor arranged to observe and / or measure the surface state of the workpiece through the aperture of the polishing disk when the disk rotates.

연마용 디스크는 강성(즉, 자립식(self-supported))일 수 있지만, 통상 보다 편리하게는 백업 패드(backup pad) 상에 지지되며, 이 백업 패드는 그 패드의 본체에 그 위에 지지되어 있는 디스크의 구멍의 위치에 상응하는 구멍을 가져, 상기 디스크와 백업 패드 모두를 통해 연마 작업을 수행중에 가공물을 관찰할 수 있다.The abrasive disc may be rigid (ie, self-supported), but is usually more conveniently supported on a backup pad, which is supported on the body of the pad. With a hole corresponding to the position of the hole in the disc, the workpiece can be observed during the polishing operation through both the disc and the backup pad.

조작자가 연마되고 있는 표면의 상태를 그 상황을 평가할 수 있도록 관측용 구멍 또는 개구(aperture)를 갖는 연마용 디스크는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 연마용 디스크는 예를 들어 WO/US96/19191에 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 회전 연마 공구를 적용하는데 있어 가공물을 관측하는 것만이 아니라, 그 용도에특정적인 방식으로 그 상태를 측정한다.Polishing disks having observation holes or apertures are known in the art so that an operator can assess the condition of the surface being polished. Such abrasive discs are described for example in WO / US96 / 19191. However, the present invention not only observes the workpiece in applying the rotary abrasive tool, but also measures the state in a manner specific to the application.

본 발명의 일 실시예에서, 비접촉 센서가 레이저 장치이면 연마용 디스크와 가공물의 표면 사이의 거리 및/또는 가공물의 표면 마무리 상태를 측정하도록 적용된다. 그러므로, 이러한 센서는 자동화된 작업에서 예를 들어 연마용 디스크를 신속하면서 제어된 방식으로 가공물을 향해 전진시켜서, 너무 갑작스러운 초기 접촉으로 인해 가공물이 손상을 입거나 지연되는 것을 방지한다. 그 다음에, 연마가 개시되면, 레이저 장치가 가공물의 표면을 감시할 수 있고, 적절한 피드백 메커니즘에 의해 연삭 압력을 제어하거나 또는 적절한 표면 마무리 상태가 이루어졌을 때 공구를 후퇴시킬 수 있다. 회전 연마용 공구를 이렇게 함으로 인해 연마 작업이 최소의 손실 시간으로 효율적으로 수행됨이 보장된다.In one embodiment of the invention, if the non-contact sensor is a laser device, it is applied to measure the distance between the polishing disk and the surface of the workpiece and / or the surface finish of the workpiece. Therefore, such a sensor, for example, advances the polishing disc toward the workpiece in a fast and controlled manner in an automated operation, thereby preventing the workpiece from being damaged or delayed by too sudden initial contact. Then, once polishing is initiated, the laser device can monitor the surface of the workpiece, control the grinding pressure by an appropriate feedback mechanism, or retract the tool when the proper surface finish has been achieved. This in turn ensures that the polishing operation is carried out efficiently with minimal loss time.

본 발명의 다른 실시예에서, 비접촉 센서는 특히 예를 들어 적외선 센서 장치를 사용하여 표면 온도를 측정하도록 적용된 것이다. 이는 처리된 표면이 도장된 표면(painted)일 때 특히 중요하다. 요즈음의 자동차의 도장은 예를 들어 고분자 매트릭스(polymer matrix)의 화학적 조성에 의해 정해지는 특정한 온도를 넘게 되면 연마 중에 "둥글게 뭉치는(ball up; 즉 부분적으로 용융 또는 연화되고 고분자로 이루어진 작은 공 모양을 형성하는)" 경향을 갖는다. 물론 이는 디스크의 연마 기능에 악영향을 주므로 연마 중에 표면 온도를 감시하는 것은 중요하다. 온도 감지 장치는 개별적인 형태이거나 또는 표면 상태 감지용 메커니즘의 두 양태(mode)가 사용될 수 있도록 레이저 감지 장치에 통합될 수 있다.In another embodiment of the invention, the non-contact sensor is particularly adapted to measure the surface temperature, for example using an infrared sensor device. This is particularly important when the treated surface is painted. These days, the painting of automobiles is "balled up", i.e., a small ball of polymer that is partially melted or softened during polishing when it exceeds a certain temperature determined by, for example, the chemical composition of the polymer matrix. To form). Of course, this adversely affects the polishing function of the disc, so it is important to monitor the surface temperature during polishing. The temperature sensing device may be in an individual form or integrated into the laser sensing device such that two modes of mechanism for surface condition sensing may be used.

다른 비접촉 센서는 광파(light wave; 자외선 및 가시광선 모두), 음파 및 임의의 다른 원하는 다양한 전자 방사선에 응답할 수 있다. 연마용 디스크는 편리하게는 디스크의 축으로부터 균일한 반경 거리에 위치된 3 내지 6개의 개구를 구비한다. 개구의 사이즈는 양호하게는 공구가 사용중일 때 표면 상태 센서가 유효한 판독값을 내기에 충분한 데이터를 얻을 수 있음을 보장하기에 충분하도록 크다. 개구의 형상은 중요한 것은 아니지만 일반적으로 둥근 구멍이 선호되는데 왜냐하면 이는 연삭 상태에서 디스크의 응집력(cohesiveness)에 대해 최소의 손상을 주면서 최대의 가시성을 제공하기 때문이다. 또한 감지 장치가 최대의 개구 면적의 디스크 상의 반경방향 위치에서 디스크를 관통해 관측하도록 위치되는 것이 바람직하다.Other non-contact sensors can respond to light waves (both ultraviolet and visible), sound waves and any other desired various electromagnetic radiations. The abrasive disc conveniently has three to six openings located at a uniform radial distance from the axis of the disc. The size of the opening is preferably large enough to ensure that the surface condition sensor can obtain sufficient data to make a valid reading when the tool is in use. The shape of the opening is not important but generally a round hole is preferred because it provides maximum visibility with minimal damage to the cohesiveness of the disc in the grinding state. It is also preferred that the sensing device is positioned to observe through the disc at a radial position on the disc of the largest opening area.

가장 의의가 있는 정보는 지금 연마되고 있는 가공물의 표면에 대한 것이므로, 상기 관측용 개구는 양호하게는 디스크의 반경방향에서 외측 반원주부(radially outer half)에 위치되며 이는 이 부분이 가장 심하게 사용되는 부분이기 때문이다. 연마용 디스크의 몇몇 형태에서, 연마용 디스크의 바로 가장자리의 표면을 관측할 수 있도록 디스크의 둘레 부분의 일부를 제거하는 것이 공지되어 있다. 이러한 제거된 주변 부분은 "개구"와 마찬가지로 간주되는데 왜냐하면 이들은 디스크 상에서 상이한 위치에 있지만 디스크 본체 내의 구멍과 동일한 기능을 수행하기 때문이다.Since the most significant information is on the surface of the workpiece being polished now, the observation opening is preferably located in the radially outer half in the radial direction of the disc, which is the most heavily used part. Because it is. In some forms of abrasive discs, it is known to remove a portion of the peripheral portion of the disc so that the surface of the edge of the abrasive disc can be observed. These removed peripheral parts are considered as "openings" because they are at different locations on the disc but perform the same function as holes in the disc body.

센서 장치는 디스크 내의 개구를 통해 전자 방사선(이 전자 방사선의 성질은 상술한 바와 같이 감지되는 상태에 의존함)을 전송 및/또는 수신하여 작동한다. 실제로는, 이는 이러한 검출 시스템을 디스크의 회전 속도와 검출 시스템을 지나는 구멍의 빈도수(frequency)에 동기화시킴을 의미한다. 이는 감지 장치에 의해 최대의 정보가 수신됨을 보장한다.The sensor device operates by transmitting and / or receiving electromagnetic radiation (the nature of this electromagnetic radiation depends on the detected state as described above) through an opening in the disc. In practice, this means synchronizing this detection system with the rotational speed of the disc and the frequency of the holes passing through the detection system. This ensures that the maximum information is received by the sensing device.

디스크가 강성인 경우, 예를 들어 디스크가 디스크의 한 표면 둘레에 포개지는 방식으로 연마재가 코팅된 다각 사변형 플랩(quadrilateral flap)이 강성의 통상적으로 컵모양 디스크(cupped disk)의 한 가장자리에 부착되는 플랩 디스크(flap-disk)인 경우에, 이러한 디스크는 일반적으로 백업 패드가 필요없고 용접부 또는 결합 라인을 연삭하는데 사용된다.If the disk is rigid, a flap in which, for example, an abrasive coated quadrilateral flap is attached to one edge of the rigid, typically cupped disk, in such a way that the disk overlaps around one surface of the disk. In the case of flap-disks, such discs generally do not require a backup pad and are used to grind welds or join lines.

연마용 디스크의 표면은 통상의 제조업자에 의해 만들어지며 사이즈와 코팅 조합(usual maker and size coat combination)을 갖는 뒤붙임 재료(backing material)에 연마용 입자가 붙여진 종래의 형태의 것일 수 있으며, 특수한 연삭 속성 또는 특성을 주는 초대형 코팅이 되거나 되지 않을 수 있다. 그러나 각각 뒤붙임 재료에 접착되거나 바인더(binder)에 분산된 연마 입자를 포함하는 평행한 융기부의 라인이나 또는 피라미드 형상과 같은, 초소형의 반복되는(micro-replicated) 구조를 포함하는 강화 표면(engineered surface)을 가질 수도 있다.The surface of the abrasive disc may be of a conventional type, made by a conventional manufacturer and having abrasive particles attached to a backing material having a size and coating combination. It may or may not be a very large coating giving grinding properties or properties. However, engineered surfaces that include micro-replicated structures, such as pyramidal shapes or lines of parallel ridges, each containing abrasive particles bonded to a backing material or dispersed in a binder. You can also have

최종적으로, 표면은 바인더 수지 내에 분산되고 뒤붙임 부분 상에 층진 구조(contoured structure)로 또는 비교적 균일한 층으로 적층되는 연마 입자들을 구성하는 형성층(layer of formulation)을 포함할 수 있다.Finally, the surface may comprise a layer of formulation that comprises abrasive particles dispersed in a binder resin and laminated in a contoured structure or in a relatively uniform layer on the backing portion.

사용되는 연마 입자는 이러한 목적을 위한 통상적으로 제조되며 입수가능한 임의의 것일 수 있으며, 그 범위는 일반적인 연삭 영역에 쓰이는 알루미나, 알루미나-지르코니아, 실리콘 카바이드로부터 보다 특수한 연마 응용예에 사용되는 다이아몬드, CBN, 산화세륨(ceria), 감마 알루미나, 미정질의 알파 알루미나를 포함한다.The abrasive particles used may be any conventionally produced and available for this purpose, the range of which is used for more specific abrasive applications from alumina, alumina-zirconia, silicon carbide, CBN, Cerium oxide, gamma alumina, microcrystalline alpha alumina.

연마용 디스크의 바인더 성분은 이러한 응용예에 대한 당업자가 선택할 수 있다. 이러한 성분에는 페놀 및 에폭시계 수지와 같은 열경화성 수지, 아크릴레이트, 에폭시-아크릴레이트, 우레탄-아크릴레이트 수지와 같은 방사선 경화성(radiation-curable) 수지 및, 가시광선 자외선 및 전자빔 방사선에 의해 경화될 수 있는 유사한 수지가 포함된다. 또한 습기에 경화될 수 있는 수지도 포함된다.The binder component of the polishing disk can be selected by one skilled in the art for this application. These components include thermosetting resins such as phenol and epoxy resins, radiation-curable resins such as acrylates, epoxy-acrylates, urethane-acrylate resins, and those that can be cured by visible light ultraviolet and electron beam radiation. Similar resins are included. Also included are resins that can be cured to moisture.

연마용 디스크가 회전되게 하는 수단은 임의의 적합한 모터 수단일 수 있으며, 전체 공구는 앵글 연삭기(angle grinder), 오프핸드(off-hand)식 연삭기, 고정식 연삭기 등을 기본적으로 적용할 수 있다.The means for causing the polishing disk to be rotated may be any suitable motor means, and the entire tool may basically apply an angle grinder, an off-hand grinder, a fixed grinder, and the like.

유익하게는, 상태-감지 메커니즘은 공구의 제어 시스템에 연결될 수 있으며, 이 제어 시스템은 가공물에 대한 공구의 위치, 가공물과 접촉하는 연마용 디스크의 작용력, 디스크의 회전 속도와 같은 인자를 조절한다. 다르게는 또는 부가적으로, 상태-감지 장치는 원하는 종료점(end-point) 또는 제한 조건에 도달하였음을 나타내는 발광체, 벨 또는 경보기(buzzer)와 같은 통지(notification) 메커니즘에 연결될 수 있다. 확실히 공구가 오프핸드식 연삭 모드로 사용되면, 상기 연결은 통지 타입인 것이 바람직하다.Advantageously, a state-sensitive mechanism can be connected to the control system of the tool, which controls factors such as the position of the tool with respect to the workpiece, the force of the abrasive disk in contact with the workpiece, and the speed of rotation of the disk. Alternatively or additionally, the state-sensitive device may be connected to a notification mechanism, such as a light emitter, bell or buzzer indicating that a desired end-point or limit condition has been reached. Certainly if the tool is used in off-hand grinding mode, the connection is preferably of the notification type.

마무리 처리 공정의 자동화가 잘 진전되어 있는 자동차 업계쪽에서 양호하게응용될 수 있다. 본 발명의 회전 연마 공구는 가공물이 도장된 자동차 패널인 경우 마무리 처리시의 결함부를 제거하는데 특히 적합하다. 이러한 용도에 적용되는 공구의 예로 두 개의 센서가 구비된다: 하나는 정밀 연마시에 가공물의 표면 마무리 상태를 판독하고 원하는 마무리 상태가 얻어지면 작업을 종료시키는 레이저 장치이고, 다른 하나는 가공물의 표면 온도가 페인트 고분자의 "둥글게 뭉치는" 것이 문제가 되는 온도에 도달할 때 정밀 연마를 중단 또는 조절하도록 설정되는 온도 센서이다. 이러한 공구에 대해 바람직한 디스크는 그 디스크 둘레에서 구멍이 균등하게 이격된 3개의 둥근 구멍 패턴을 가지며 각각 디스크의 중심으로부터 외주까지의 반경방향 거리의 약 2/3에 위치된다. 구멍의 직경은 디스크 반경의 약 15 내지 30%이다. 연마 면은 이러한 응용예에 대해 통상적인 것이며 공구 자체에 대해 중요하지 않다.It is well suited to the automotive industry, where automation of the finishing process is well advanced. The rotary polishing tool of the present invention is particularly suitable for removing defects in finishing when the workpiece is a painted automobile panel. Examples of tools for this application include two sensors: one is a laser device that reads the surface finish of the workpiece during precision grinding and terminates the work when the desired finish is obtained, and the other is the surface temperature of the workpiece. Is a temperature sensor that is set to stop or control fine polishing when the “rounding” of the paint polymer reaches a temperature at which it is a problem. Preferred discs for such a tool have three round hole patterns with evenly spaced holes around the disc and are each located about two thirds of the radial distance from the center of the disc to the outer periphery. The diameter of the holes is about 15-30% of the disk radius. Polishing surfaces are common for this application and are not critical to the tool itself.

Claims

a) a polishing disk having holes drilled through the disk at regular intervals so that the surface can be observed during the polishing operation;

b) a rotating shaft mounted with the disk and driven by a motor;

c) at least one non-contact sensor arranged to observe and / or measure the surface state of the workpiece through the aperture of the polishing disk when the disk rotates.

The method of claim 1,

The sensor is connected to the means for adjusting the polishing operation in response to the sensed condition.

The method of claim 1,

The polishing disk is supported on a backup pad, which has a hole corresponding to the position of the hole of the disk supported on the body of the pad, so that both the disk and the backup pad at the time of rotation are rotated. Rotary grinding tool for viewing workpieces while grinding.

The method of claim 1,

The sensor is a rotary polishing tool which is a laser device suitable for measuring the distance between the surface of the workpiece and the polishing disc and / or the surface finish of the workpiece.

The method of claim 1,

The sensor is a rotary polishing tool suitable for measuring surface temperature using infrared sensor devices.

The method of claim 1,

And the observing opening in the polishing disc is located in the outer half of the disk in the radial direction.

The method of claim 1,

And the observing opening in the polishing disc is in the form of a portion removed from the circumference of the disk.

The method of claim 1,

The surface of the polishing disk is designed to provide a plurality of micro-replicated structures.