KR20230097115A

KR20230097115A - 백업 패드

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Publication number: KR20230097115A
Application number: KR1020237017961A
Authority: KR
Inventors: 사마드 자비드; 조나단 비. 아서; 저스틴 에이. 리들; 조셉 비. 파를리; 브렛 알. 헤메스; 토마스 제이. 스트레이
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-06-30
Also published as: JP2023547216A; WO2022097009A1; EP4240559A1; US20240017377A1

Abstract

연마 디스크에 걸쳐 접촉 압력을 조정하는 방법이 제시된다. 본 방법은 연마 디스크의 반경에 걸쳐 작업 표면이 겪는 압력을 균일하게 하는 압력 조정 특징부를 포함하는 백업 패드에 연마 디스크를 결합하는 단계를 포함한다. 방법은 연마 디스크를 작업 표면에 접촉시킴으로써 작업 표면을 연마하는 단계를 또한 포함한다. 백업 패드는 연마 디스크가, 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크와 비교할 때, 연마 디스크의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 절삭률을 갖게 한다.

Description

백업 패드

연마 섬유 디스크는 전형적으로 가황 섬유 배킹(vulcanized fiber backing) 상에 연마 층을 갖는다. 하나의 통상적인 사용에서, 연마 섬유 디스크는 앵글 그라인더(angle grinder)의 회전 동력 샤프트에 의해 구동되는 백업 패드(backup pad)에 장착된다. 백업 패드는 작업자가 압력, 각도 및 표면 변동을 줄이면서 연마되는 작업 표면(worksurface)을 향해 압력을 가하게 한다. 일부 그러한 백업 패드는, 디스크의 인접한 부분들에 비해 연마되는 작업 표면에 대항하여 압력을 증가시키고 부스러기의 탈출용 채널들을 제공하여 연마율을 증가시킬 수 있는 융기된 리지(ridge)들을 갖는다. 연마 디스크들이 마모되고 변경될 때, 이들은 백업 패드로부터 제거되며, 백업 패드는 종종 폐기되기 전에 여러 번 재사용될 수 있다.

연마 디스크에 걸쳐 접촉 압력을 관리하는 방법이 제시된다. 본 방법은 연마 디스크의 반경에 걸쳐 작업 표면이 겪는 압력을 균일하게 하는 압력 조정 특징부(pressure tuning feature)를 포함하는 백업 패드에 연마 디스크를 결합하는 단계를 포함한다. 방법은 연마 디스크를 작업 표면에 접촉시킴으로써 작업 표면을 연마하는 단계를 또한 포함한다. 백업 패드는 연마 디스크가, 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크와 비교할 때, 연마 디스크의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 절삭률(cut rate)을 갖게 한다.

반드시 일정한 축척으로 작성되지는 않은 도면에서, 유사한 도면 부호들은 상이한 도면들에서 유사한 구성요소들을 표시할 수 있다. 도면은 일반적으로 본 문서에서 논의되는 다양한 실시 형태를 제한으로서가 아니라 예로서 예시한다.
도 1a 내지 도 1c는 동력 공구(power tool)의 구동 샤프트 상에 장착된 연마 디스크 조립체 및 그와 관련된 파라미터들을 예시한다.
도 2a 내지 도 2e는 불균일한 두께 압력 조정 특징부를 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 동심 링 압력 조정 특징부를 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다.
도 4a 내지 도 4c는 불균일한 표면을 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다.
도 5는 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 균일한 절삭률을 제공하는 방법을 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태들이 유용한 로봇 페인트 보수(repair) 개략도이다.
도 7은 로봇 페인트 보수 스택(stack)의 구성요소들의 분해도를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 로봇 연마 작업을 위한 공구 및 대응하는 압력 프로파일을 예시한다.
도 9a 내지 도 9g는 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 로봇 보수 유닛에 의해 패턴화된 절삭률을 제공하기 위한 공구들을 예시한다.
도 10은 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 로봇 연마 시스템에 의해 패턴화된 절삭률을 제공하는 방법을 예시한다.
도 11 내지 도 14는 하기 실시예 섹션에서 더 상세히 논의되는 실시예 및 비교예 구성들 및 결과들에 관한 것이다.

본 출원에서, 용어 "압축가능"또는"비-압축가능"은 압력에 응답한 재료의 상대 체적 변화의 척도인 물체(예컨대, 탄성중합체 외측 층)의 재료 특성, 즉 압축성을 지칭한다. 예를 들어, 용어 "실질적으로 비-압축가능"은 약 0.45 초과의 푸아송 비(Poisson's ratio)를 갖는 재료를 지칭한다.

용어 "탄성 변형가능"은 변형된 물체(예컨대, 합성 폼(foam)의 내측 층)가 그의 원래의 변형되지 않은 상태로 실질적으로 100%(예컨대, 99% 이상, 99.5% 이상, 99.9% 이상) 복원될 수 있는 것을 지칭한다.

본 출원에서, 용어 "중합체" 또는 "중합체들"은 단일중합체 및 공중합체뿐만 아니라, 예를 들어, 공압출(coextrusion)에 의해 또는 예를 들어, 에스테르 교환 반응을 포함한 반응에 의해 혼화성 블렌드(miscible blend)로 형성될 수 있는 단일중합체 또는 공중합체를 포함한다. 용어 "공중합체"는 랜덤, 블록 및 별형(star)(예컨대, 수지상(dendritic)) 공중합체를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어"압력 조정 특징부"는 연마 백업 패드 조립체의 구성요소를 지칭한다. 이 특징부는 조립체를 동력 공구에 연결하는 데 사용되는 경질 백업 구성요소의 다른 측의 스핀들에 대해 반대편인, 조립체의 경질 백업 구성요소의 측에 영구적으로 또는 일시적으로 장착된다. 연마 디스크는 연마 공정에서 경질 백업 구성요소로부터 떨어져 있는"압력 조정 특징부"의 자유 표면 상에 장착된다. "압력 조정 특징부"는 조립체의 경질 백업 구성요소보다 실질적으로 더 연질이며, 따라서 조립체가 연마 공정에서 작업 표면에 맞물릴 때 경질 백업 구성요소에 비해 상당한 변형을 겪는다. 연마 공정 동안 연마 백업 패드 조립체에서의"압력 조정 특징부"의 주요 역할은 재료가 제거될 것으로 상정되는 작업 표면의 원하는 부분과 패드 조립체 사이에 균일하게 접촉 압력을 분포시키는 것, 작업 표면에서의 불규칙성, 연마 디스크에서의 불균질성, 연마 동력 공구의 진동과 같은 교란에 의해 야기되는 접촉 압력 변동을 감쇠시키는 것뿐만 아니라, 열 및 부스러기 관리를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

본 출원에서, 수치값 또는 형상과 관련하여 용어 "약" 또는 "대략"은 수치값 또는 특성 또는 특징의 +/- 5%를 의미하지만, 정확한 수치값을 명확히 포함한다. 예를 들어, "약" 200 psi의 탄성 모듈러스는 190 내지 210 psi의 탄성 모듈러스를 지칭하지만, 또한 정확히 200 psi의 탄성 모듈러스를 명백히 포함한다.

본 출원에서, 특성 또는 특징과 관련하여 용어 "실질적으로"는 특성 또는 특징이, 그러한 특성 또는 특징과 정반대의 것이 나타나는 것보다 더 큰 정도로 나타난다는 것을 의미한다. 예를 들어, "실질적으로" 투과성인 기판(substrate)(예컨대, 웨브(web))은 투과시키지 못하는(예컨대, 흡수하고 반사하는) 것보다 더 많은 방사선(예컨대, 가시광)을 투과시키는 기판(예컨대, 웨브)을 지칭한다. 따라서, 기판의 표면 상에 입사하는 가시광의 50% 초과를 투과시키는 기판(예컨대, 웨브)은 실질적으로 투과성이지만, 그 표면 상에 입사하는 가시광의 50% 이하를 투과시키는 기판(예컨대, 웨브)은 실질적으로 투과성이 아니다.

이제 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 전형적인 연마 디스크 장착 조립체(100)는 백업 패드(110), 및 연마 디스크(20)를 고정시키는 클램프 조립체(140)를 포함한다. 연결은 나삿니 체결되거나, 키이 체결되거나, 볼트 체결되거나, 마찰이거나, 당업자에게 알려진 많은 적합한 체결구 선택사양일 수 있다. 연마 디스크 장착 조립체(100)는, 예를 들어 앵글 그라인더와 같은 동력 공구(도시되지 않음)의 나삿니-형성된 구동 샤프트(10)와 맞물리도록 구성된 외향으로 향하고 중심에 배치된 체결 부재(130)(나삿니-형성된 보어로서 도시됨, 도 4 참조)를 포함한다. 백업 패드(110)는 연마 디스크(20)에 추가 지지를 제공하는, 디스크 맞물림 표면 상의 리브형 돌출부(ribbed projection)들을 가질 수 있다. 작업 표면의 연마 동안, 구동 샤프트(10)는 회전 사용 축(115)을 중심으로 회전한다.

연마 디스크(20)는 연마 작업 동안 방향(30)으로 회전하기 때문에, 도 1c에 예시된 바와 같이, 선형 속도 프로파일(40) 및 재료 제거율 프로파일(50) 둘 모두(연마 디스크(20)와 작업 표면 사이에서 일정한 인가 압력을 가정함)는 디스크 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 더 높은 선형 속도 및 더 높은 제거율을 나타낸다. 이는 디스크 중심으로부터 디스크 주연부를 향해 증가하는, 연마 디스크(20)의 표면에 걸쳐 불균일한 절삭률을 야기한다. 부가적으로, 연마 디스크(20) 상에서의 마모는 불균일한데, 이때 외부 상에서 더 빠른 마모가 일어나며, 연마 디스크가 마모됨에 따라, 이는 연마 디스크의 표면에 걸쳐 훨씬 더 불균일한 절삭률을 야기한다. 인간-조작식 연마 작업의 경우, 연마 디스크의 중심으로부터 에지까지 연장되는 반경을 따라 균일한 절삭률을 갖는 것이 종종 요구된다. 그러나, 일부 연마 작업의 경우, 균일한 것이 아닌 패턴화된 절삭률을 갖는 것이 요구될 수 있음이 명백히 고려된다. 도 2 내지 도 7에서 논의된 실시 형태들은 연마 디스크(20)의 표면에 걸쳐 균일한 패턴화된 절삭률을 달성하는 것에 관한 것이지만, 당업자가 불균일하거나 다른 패턴화된 절삭률을 얻도록 이들을 개조할 수 있음이 명백히 고려된다. 예를 들어, 패턴화된 절삭률은 부스러기 제거, 열 발생, 절삭률의 블렌딩, 절삭률의 페더링(feathering), 2차 스크래칭의 감소, 및 탁도 회피를 관리하는 데 유용할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 원추 형상의 백업 패드(110)를 예시한다. 그러나, 다른 백업 패드 설계들이 또한 본 명세서에서 논의된 실시 형태들로부터 이익을 얻을 수 있음이 명백히 고려된다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b는 평탄 백업 패드(304)를 예시한다. 상이한 백업 패드 설계들 및 구성이 상이한 응용들에 유용할 수 있다. 예를 들어, 상당한 재료가 제거되거나 부가될 때의 체적 변위에 원추 설계가 유용할 수 있다. 부가적으로, 주어진 응용의 압축성 또는 가요성 요구에 대해 상이한 재료 구성이 중요할 수 있다.

도 2a 내지 도 2e는 불균일한 두께 압력 조정 특징부를 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다. 도 2a는 원추형 백업 패드(220)에 결합된 스핀들(210)을 포함하는 조립체(200)의 사시도이며, 원추형 백업 패드는 이어서 제1 측에서, 원추형 백업 패드(220)와 실질적으로 부합하는 원추 형상의 공동을 갖는 압력 조정 특징부(230)에 결합된다. 압력 조정 특징부(230)는 제1 측에서 백업 패드(220)에 결합되고, 반대 측(240)에서 연마 디스크를 수용한다. 연마재-수용 측(240)은 일부 실시 형태에서 도 2b 및 도 2c에 예시된 바와 같이 실질적으로 평탄하다. 도 2b는 조립체(200)의 측면도(225)를 예시한다. 도 2c는 도 2b에 예시된 단면선 2c-2c를 따른 조립체(200)의 절결도(250)를 예시한다. 예시된 바와 같이, 압력 조정 특징부(230)는 조립체(200)의 폭(222)을 따라 백업 패드(220)의 깊이(224)를 실질적으로 균등화한다.

도 2d는 작업 표면에 대항한, 도 2c의 것처럼 설계된 백업 패드의 반경을 따른 접촉 압력의 그래프를 예시한다. 예시된 바와 같이, 접촉 압력은 디스크 중심으로부터 그의 주연부를 향해 백업 패드의 반경을 따라 감소한다.

도 2e는 예를 들어 절결도(250)와 유사한 절결도로서 백업 패드(280) 및 압력 조정 특징부(290)의 예시적인 상대적 구성을 예시한다. 압력 조정 특징부(290)에 대응하는 높이(294)의 상대적 부분이 감소함에 따라, 백업 패드(280)의 상대적 부분이 증가한다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 전체 반경(272)을 따른 깊이(294)의 적어도 일부분이다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)의 표면(284)은 직선이다. 연마 디스크(286)가 압력 조정 특징부(290)의 표면(284) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반경(272)을 따른 임의의 지점에서의, 백업 패드(280)와 압력 조정 특징부(290) 사이의 계면(282)은 일정한 기울기로 직선이다. 계면(282)의 기울기는 패드 조립체(270)가 연마 공정에서 작업 표면에 대항하여 압축될 때 반경(272)을 따른 연마 디스크(286) 상의 접촉 압력을 위한 원하는 프로파일에 기초하여 선택될 수 있다. 도 2e에 예시되어 있지 않을지라도, 일부 실시 형태에서, 패드 조립체(270)는 분진 및 부스러기 추출을 위해, 연마 디스크가 장착되는 압력 조정 특징부(290)의 표면(284)과 백업 패드(280) 상의 조립체의 반대 표면 사이에서 연장되는 채널들을 포함할 수 있다.

압력 조정 특징부(290)의 정확한 조성 및 경도는 연마 공정 동안 연마 디스크(286)와 작업 표면 사이의 원하는 접촉 압력 프로파일에 기초하여 달라질 수 있다. 더 연질인 재료를 사용함으로써 더 낮은 접촉 압력이 얻어질 수 있다. 또한, 패드 반경에 걸친 압력 조정 특징부(290)의 두께의 더 많은 변동은 원하는 절삭 프로파일을 얻는 데 요구될 수 있는 패드에 걸친 접촉 압력의 더 많은 변동을 야기한다.

백업 패드(280) 및 압력 조정 특징부(290) 둘 모두의 구성요소들은 적절히 내구성있는 재료들로 제조되어야 한다. 백업 패드(280)를 위한 재료의 예는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, 나일론, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리카르보네이트, 고밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등), 중합체 복합재, 금속, 세라믹 복합재, 및 이들의 조합을 포함한다.

압력 조정 특징부(290)에 사용되는 재료는 백업 패드(280)에 사용되는 재료보다 실질적으로 더 연질일 수 있다. 이러한 연성은 몇몇 방식들로, 예를 들어 (쇼어(Shore) A 또는 쇼어 OO와 같은 임의의 적절한 경도 스케일을 사용하여 표시되는 바와 같은) 더 낮은 경도를 갖는 재료를 선택함으로써, 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 선택함으로써, (전형적으로 재료의 푸아송 비를 통해 정량화되는) 더 높은 압축성을 갖는 재료를 선택함으로써, 또는 폼 또는 음각된 구조물 등과 같은 복수의 가스 포용체를 포함하도록 더 연질의 재료의 구조를 수정함으로써 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 (ASTM D2240을 사용하여 측정될 때) 약 50 쇼어 A 미만, 약 40 쇼어 A 미만, 및 선택적으로 약 40 쇼어 A 미만의 경도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)에 사용되는 재료는 약 500 psi 미만, 약 400 psi 미만, 또는 선택적으로 약 200 psi 미만의 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)의 압축성은, 압력 조정 특징부가 폼인 경우 ASTM D3574에 따른 압축력 편향 시험을 통해, 그리고 압력 조정 특징부가 예를 들어 스펀지 또는 확장성 고무와 같은 가요성 다공질 재료인 경우 ASTM D1056에 따른 압축-편향 시험을 통해 측정될 수 있다. 압력 조정 특징부(290)는 25% 편향에서 약 60 psi 미만, 선택적으로 25% 편향에서 약 45 psi 미만의 압축성을 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(290)의 재료는 탄성 변형가능하도록 구성되는데, 예컨대 변형된 후에 그의 원래 상태로 실질적으로 100%(예컨대, 99% 이상, 99.5% 이상, 또는 99.9% 이상) 회복될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 원하는 변형성을 제공하기 위해 압축가능할 수 있다(즉, 0.2 미만 또는 0.1 미만의 푸아송 비를 가짐). 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 실질적으로 비-압축가능일 수 있는데, 예컨대 접촉 압력에 응답한 재료의 상대 체적 변화가 5% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.5% 미만, 또는 0.2% 미만이지만, 원하는 변형성을 제공하기에 충분히 연질이다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 원하는 변형성을 제공하기 위해 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 실질적으로 비-압축가능한 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 약 0.5 미만, 약 0.4 미만, 약 0.3 미만, 또는 바람직하게는 약 0.2 미만의 푸아송 비를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 음의 푸아송 비를 가질 수 있다.

일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(290)는 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천(fabric) 또는 부직포 층, 또는 연질 고무 중 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 적합한 폼은, 예를 들어 합성 또는 천연 폼, 열성형된 폼, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에테르, 충전된 또는 그래프팅된(grafted) 폴리에테르, 점탄성 폼, 멜라민 폼, 폴리에틸렌, 가교결합된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 이오노머 폼 등을 포함하는 개방 셀형 또는 폐쇄 셀형일 수 있다. 압력 조정 특징부(290)는 또한, 예를 들어 아이소프렌, 네오프렌, 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리클로로프렌, 니트릴 고무, 폴리비닐 클로라이드 및 니트릴 고무를 포함한 발포 탄성중합체 또는 가황 고무; EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체)과 같은 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 부틸 고무(예컨대, 아이소부틸렌-아이소프렌 공중합체)를 포함할 수 있다. 적합한 폼 압력 조정 특징부(290)는 예를 들어 25% 편향에서 약 60 psi 미만, 또는 25% 편향에서 약 45 psi 미만의 압축성을 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(290)가 예를 들어 스프링, 부직포, 천, 공기 블래더(bladder) 등과 같은 임의의 적합한 압축가능 구조물을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 일부 압력 조정 특징부(290)는 원하는 푸아송 비, 압축성 및 탄성 응답을 제공하도록 3D 인쇄될 수 있다.

부가적으로, 단일 압력 조정 특징부(290)가 예시되어 있지만, 특징부(290)가 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층 및/또는 다수의 재료로 제조될 수 있음이 명백히 고려된다.

도 3a 및 도 3b는 동심 링 압력 조정 특징부를 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다. 도 3a 및 도 3b는 스핀들(302), 백업 패드(304), 및 압력 조정 특징부(350)를 포함하는 조립체(300)의 상이한 사시도들을 예시한다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 압력 조정 특징부는 다수의 동심 링을 포함한다. 3개의 링(310, 320, 330)이 도 3a에 예시되어 있지만, 다른 실시 형태에서, 단지 2개의 링만이 존재하거나, 4개, 5개, 6개, 8개, 10개, 또는 훨씬 더 많이 존재함이 명백히 고려된다.

전체 반경(306)의, 도 3a에 예시된 바와 같은 일 실시 형태에서, 각각의 링(310, 320, 330)은 동일한 부분을 점유하는데, 각각은 압력 조정 특징부(350)에 걸쳐 동일한 반경방향 깊이(312, 322, 332)를 갖는다. 압력 조정 특징부(350)는 또한 패드의 중심으로부터 에지까지 점진적인 또는 단계적인 경도 변화를 갖는 단일 단편(piece)일 수 있다. 연마 층, 후크-루프 장착 시스템, 또는 다른 적합한 적절한 장착 시스템을 사용하여, 연마 디스크가 연마 응용에서 백업 패드(304)로부터 떨어져 압력 조정 특징부(350)의 표면 상에 장착될 수 있다. 조립체(300)의 하나의 이점은, 압력 조정 특징부(350)의 중심으로부터 가장자리까지의 강성 또는 경도의 변동이 도 1c의 요소(40)에 의해 나타낸 바와 같은 패드에 걸친 선형 속도 변동을 고려하여 조절될 수 있고 연마 또는 폴리싱 응용에서 패드에 걸쳐 균일한 절삭률을 제공할 수 있다는 것이다.

링(310, 320, 330)들의 각각은, 일 실시 형태에서, 그들의 재료 특성들이 다르다. 일 실시 형태에서, 링들은 중심으로부터의 반경방향 거리가 증가함에 따라 재료 연성이 증가한다. 각각의 링은 인접 링들의 연성이 백업 패드의 중심으로부터 외부까지 증가하도록 인접 링과 상이한 재료로 제조될 수 있다.

이러한 연성은 몇몇 방식들로, 예를 들어 (쇼어 D, 쇼어 A 또는 쇼어 OO와 같은 임의의 적절한 경도 스케일을 사용하여 표시되는 바와 같은) 더 낮은 경도를 갖는 재료를 선택함으로써, 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 선택함으로써, (전형적으로 재료의 푸아송 비를 통해 정량화되는) 더 높은 압축성을 갖는 재료를 선택함으로써, 또는 폼 또는 음각된 구조물 등과 같은 복수의 가스 수용체를 포함하도록 더 연질의 재료의 구조를 수정함으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 조립체(300) 내의 링(330, 320)이 (ASTM D2240을 사용하여 측정될 때) 60 및 40 쇼어 A의 경도를 각각 갖는 재료들을 포함할 때, 링(310)의 경도는 40 쇼어 A 미만일 수 있다. 일부 경우에 경도가 압력 조정 특징부(350)에 대해 상이한 스케일(예컨대, 쇼어 A 또는 쇼어 OO)들을 사용하여 가장 적절하게 측정될 수 있음에 유의하여야 한다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 재료의 압축성은, 재료가 폼인 경우 ASTM D3574에 따른 압축력 편향 시험을 통해, 그리고 재료가 예를 들어 스펀지 또는 확장성 고무와 같은 가요성 다공질 재료인 경우 ASTM D1056에 따른 압축-편향 시험을 통해 측정될 수 있다. 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 재료는 약 650 psi 미만, 약 500 psi 미만, 또는 선택적으로 약 400 psi 미만의 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(350)는 25% 편향에서 10 내지 170 psi의 범위의 압축성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 압력 조정 특징부(350)의 재료는 탄성 변형가능하도록 구성되는데, 예컨대 변형된 후에 그의 원래 상태로 실질적으로 100%(예컨대, 99% 이상, 99.5% 이상, 또는 99.9% 이상) 회복될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 일부 재료는 원하는 변형성을 제공하기 위해 압축가능할 수 있다(즉, 0.2 미만 또는 0.1 미만의 푸아송 비를 가짐). 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 일부 재료는 실질적으로 비-압축가능일 수 있는데, 예컨대 접촉 압력에 응답한 재료의 상대 체적 변화가 5% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.5% 미만, 또는 0.2% 미만이지만, 원하는 변형성을 제공하기에 충분히 연질이다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 일부 재료는 원하는 변형성을 제공하기 위해 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 실질적으로 비-압축가능한 재료로 제조될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)는 약 60 쇼어 A 미만, 약 40 쇼어 A 미만, 또는 심지어 약 30 쇼어 A 미만의 경도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 재료는 약 0.5 미만, 약 0.4 미만, 약 0.3 미만, 또는 심지어 약 0.2 미만의 푸아송 비를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)에 사용되는 재료들 중 일부는 음의 푸아송 비를 가질 수 있다.

일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)는 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 또는 부직포 층, 또는 연질 고무 중 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 적합한 폼은, 예를 들어 합성 또는 천연 폼, 열성형된 폼, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에테르, 충전된 또는 그래프팅된 폴리에테르, 점탄성 폼, 멜라민 폼, 폴리에틸렌, 가교결합된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 이오노머 폼 등을 포함하는 개방 셀형 또는 폐쇄 셀형일 수 있다. 압력 조정 특징부(350)는 또한, 예를 들어 아이소프렌, 네오프렌, 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리클로로프렌, 니트릴 고무, 폴리비닐 클로라이드 및 니트릴 고무를 포함한 발포 탄성중합체 또는 가황 고무; EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체)과 같은 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 부틸 고무(예컨대, 아이소부틸렌-아이소프렌 공중합체)를 포함할 수 있다. 압력 조정 특징부(350)가 예를 들어 스프링, 부직포, 천, 공기 블래더 등과 같은 임의의 적합한 압축가능 구조물을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(350)의 적어도 일부분은 원하는 푸아송 비, 압축성 및 탄성 응답을 제공하도록 3D 인쇄될 수 있다.

백업 패드(304)는 압력 조정 특징부(350)보다 실질적으로 더 경질인데, 즉 조립체(300)가 연마 응용에 사용될 때, 백업 패드(304)의 압축 변형은 압력 조정 특징부(350)의 압축 변형에 비해 무시가능하다. 백업 패드(304) 및 압력 조정 특징부(350) 둘 모두의 구성요소들은 적절히 내구성있는 재료들로 제조되어야 한다. 백업 패드(304)를 위한 재료의 예는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, 나일론, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리카르보네이트, 고밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등), 중합체 복합재, 금속, 세라믹 복합재, 및 이들의 조합을 포함한다.

도 4a 내지 도 4c는 불균일한 표면을 갖는 연마 디스크 장착 조립체를 예시한다. 조립체(400)는 동력 공구 또는 기계의 구동 샤프트에 연결되는 스핀들(410)을 포함한다. 원추형 백업 패드(420)가 그의 평탄 표면(450)으로부터 스핀들(410)에 연결된다. 압력 조정 특징부(430)가 백업 패드(420)의 원추형 측, 즉 표면(450)의 반대 측에 장착된다. 일 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)의 두께는 원추형 백업 패드에 걸쳐 균일하다. 연마 패드가 접착 층, 후크-루프 장착 시스템, 또는 연마 응용을 위한 다른 적절한 장착 시스템을 사용하여 압력 조정 특징부(430)의 표면(440) 상에 장착될 수 있다. 도 4a는 조립체(400)의 측면도를 예시한다. 도 4b는 도 4a에 예시된 단면선 4B-4B를 따라 취해진, 조립체(400)의 절결도를 예시한다. 도 4c는 조립체(400)의 분해도를 예시한다. 일 실시 형태에서, 백업 패드(420)는 평탄 단편(460) 및 원추형 단편(436)으로 제조될 수 있다. 조립체(400)는 전체 직경(402)을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 직경(402)과 실질적으로 동일한 길이인 직경(432)을 갖는다. 그러나, 일부 실시 형태에서, 직경(432)은 직경(402)보다 더 짧다. 원추형 백업 패드(420)는 조립체(400) 상의 연마 패드가 연마 작업에서 작업 표면과 만날 때 압력 조정 특징부(430)의 표면(440) 상에 장착된 연마 패드와 작업 표면 사이의 접촉 압력을 조정하도록 조절될 수 있는 구배(434)를 갖는다. 구배(434)는 180° 미만이다. 이는 예를 들어 약 175°, 약 170°, 약 165°, 약 160°, 약 155°, 약 150°, 약 145°, 약 140° 또는 약 135°일 수 있다. 부가적으로, 구배는 더 얕을 수 있는데, 예를 들어 약 176° 내지 179°일 수 있다.

일부 실시 형태에서, 장착 조립체(400) 상의 연마 패드가 먼저 그의 원추형 부분의 팁으로 작업 표면과 접촉하게 된다. 패드를 작업 표면에 대항하여 더 많이 맞물리게 함으로써, 이때 연마 패드의 다른 부분들이 작업 표면과 만나 이를 연마한다. 이 시나리오에서, 압력 조정 특징부(430)는 원추형 팁 근처에서 더 많이 압축되고, 그의 압축은 패드의 에지를 향해 감소한다. 이는 패드의 중심에서 최대인 접촉 압력 프로파일로 이어지고, 패드에 걸쳐 그의 에지를 향해 감소한다. 이러한 감소하는 접촉 압력은 도 1c에 예시된 증가하는 선형 속도 프로파일(40)을 설명할 수 있고, 결과적으로 패드가 그의 중심으로부터 그의 에지를 향해 패드에 걸쳐 균일한 재료를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.

목표가 작업 표면의 작은 부분을 연마하는 것인 다른 실시 형태에서, 장착 조립체(400) 상의 패드는 작업 표면의 다른 부분들과 접촉함이 없이 작업 표면의 원하는 영역만과 접촉하는 이러한 능력을 제공한다. 이러한 능력은 또한 작업 표면을 연마하기 위해 패드의 상이한 위치들을 사용하는 기회를 제공하고, 이는 에지에 가까운 영역들로부터 주로 사용되는 평탄 표면을 갖는 전통적인 패드 조립체와 비교하여 연마 패드의 더 긴 수명으로 이어진다.

압력 조정 특징부(430)에 사용되는 재료는 원추형 백업 패드(420)에 사용되는 재료보다 실질적으로 더 연질인데, 즉 조립체(400)가 연마 응용에 사용될 때, 백업 패드(420)의 압축 변형은 압력 조정 특징부(430)의 압축 변형에 비해 무시가능하다. 연성은 몇몇 방식들로, 예를 들어 (쇼어 A 또는 쇼어 OO와 같은 임의의 적절한 경도 스케일을 사용하여 표시되는 바와 같은) 더 낮은 경도를 갖는 재료를 선택함으로써, 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 선택함으로써, (전형적으로 재료의 푸아송 비를 통해 정량화되는) 더 높은 압축성을 갖는 재료를 선택함으로써, 또는 폼 또는 음각된 구조물 등과 같은 복수의 가스 수용체를 포함하도록 더 연질의 재료의 구조를 수정함으로써 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)의 압축성은, 압력 조정 특징부가 폼인 경우 ASTM D3574에 따른 압축력 편향 시험을 통해, 그리고 압축가능이 예를 들어 스펀지 또는 확장성 고무와 같은 가요성 다공질 재료인 경우 ASTM D1056에 따른 압축-편향 시험을 통해 측정될 수 있다. 압력 조정 특징부(430)는 약 60 쇼어 A 미만, 약 50 쇼어 A 미만, 또는 바람직하게는 약 40 쇼어 A 미만의 경도를 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(430)에 사용되는 재료는 약 400 psi 미만, 약 300 psi 미만, 및 바람직하게는 약 200 psi 미만의 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(430)는 25% 편향에서 약 75 psi 미만, 선택적으로 25% 편향에서 약 45 psi 미만의 압축성을 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(430)의 재료는 탄성 변형가능하도록 구성되는데, 예컨대 변형된 후에 그의 원래 상태로 실질적으로 100%(예컨대, 99% 이상, 99.5% 이상, 또는 99.9% 이상) 회복될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 원하는 변형성을 제공하기 위해 압축가능할 수 있다(즉, 0.2 미만 또는 0.1 미만의 푸아송 비를 가짐). 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 실질적으로 비-압축가능일 수 있는데, 예컨대 접촉 압력에 응답한 재료의 상대 체적 변화가 5% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.5% 미만, 또는 0.2% 미만이지만, 원하는 변형성을 제공하기에 충분히 연질이다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 원하는 변형성을 제공하기 위해 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 실질적으로 비-압축가능한 재료로 제조될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 또는 부직포 층, 또는 연질 고무 중 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 적합한 폼은, 예를 들어 합성 또는 천연 폼, 열성형된 폼, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에테르, 충전된 또는 그래프팅된 폴리에테르, 점탄성 폼, 멜라민 폼, 폴리에틸렌, 가교결합된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 이오노머 폼 등을 포함하는 개방 셀형 또는 폐쇄 셀형일 수 있다. 압력 조정 특징부(430)는 또한, 예를 들어 아이소프렌, 네오프렌, 폴리부타디엔, 폴리아이소프렌, 폴리클로로프렌, 니트릴 고무, 폴리비닐 클로라이드 및 니트릴 고무를 포함한 발포 탄성중합체 또는 가황 고무; EPDM(에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체)과 같은 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 부틸 고무(예컨대, 아이소부틸렌-아이소프렌 공중합체)를 포함할 수 있다. 적합한 폼 압력 조정 특징부(430)는 예를 들어 25% 편향에서 약 75 psi 미만, 선택적으로 25% 편향에서 약 45 psi 미만의 압축성을 가질 수 있다. 압력 조정 특징부(430)가 예를 들어 스프링, 부직포, 천, 공기 블래더 등과 같은 임의의 적합한 압축가능 구조물을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 일부 실시 형태에서, 압력 조정 특징부(430)는 원하는 푸아송 비, 압축성 및 탄성 응답을 제공하도록 3D 인쇄될 수 있다.

백업 패드(420) 및 압력 조정 특징부(430) 둘 모두의 구성요소들은 적절히 내구성있는 재료들로 제조되어야 한다. 백업 패드(420)를 위한 재료의 예는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, 나일론, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리카르보네이트, 고밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등), 중합체 복합재, 금속, 세라믹 복합재, 및 이들의 조합을 포함한다.

도 2 내지 도 4에 예시된 실시 형태들은 백업 패드의 직경에 걸쳐 균일한 패턴화된 절삭률을 달성하도록 설계된다. 이는 백업 패드에 부착된 각각의 개별 연마 패드의 전체 효율 및 사용 수명을 증가시킨다. 이들 실시 형태는 또한 전통적인 패드 조립체와 비교하여 이들에 의해 연마되는 작업 표면 상에 더 균일한 절삭 및 표면 마무리를 제공한다. 도 2 내지 도 4에 예시된 각각의 실시 형태는 예시적이다. 각각이 주어진 연마 작업의 요건에 따라 맞춤될 수 있음이 명백히 고려된다. 예를 들어, 연마 응용 동안 부스러기 및 분진 추출 및 관리를 용이하게 하기 위해 각각의 실시 형태에서 관통 채널이 연마 패드에 노출된 장착 시스템의 표면으로부터 백업 패드의 자유 표면까지 연장될 수 있다. 부가적으로, 각각의 구현예는 특유한 이점을 제공한다.

도 5는 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 균일한 절삭률을 제공하는 방법을 예시한다. 방법(500)은 도 2 내지 도 4의 연마 디스크 장착 조립체들 중 임의의 것에 또는 다른 적합한 연마 디스크 장착 설계에 유용할 수 있다.

블록(510)에서, 연마 디스크 장착 조립체(I)가 공구에 결합된다. 공구는 선형 샌더(sander), 회전 샌더, 궤도 샌더, 랜덤 궤도 샌더 또는 다른 적합한 공구일 수 있다. 연마 디스크 장착 조립체는 평탄 표면(502), 원추형 표면(504), 또는 절두 원추와 같은 다른 표면 구조물(506)을 공구 연결 측의 반대편인 측에서 가질 수 있다.

블록(520)에서, 압력 조정 특징부에 결합된 백업 패드를 포함하는 연마 디스크 장착 조립체에 연마 패드가 결합된다. 연마 패드는 블록(522)에서 예시된 바와 같이 압력 조정 특징부에 직접 또는 블록(524)에서 예시된 바와 같이 백업 패드에 직접 결합될 수 있다. 연마 패드는 또한 블록(526)에서 나타낸 바와 같이 다른 적합한 방식으로 조립체에 결합될 수 있다.

블록(530)에서, 연마 작업이 수행된다. 이는 공구를 블록(527)에서 예시된 바와 같이 수동으로, 블록(528)에서 예시된 바와 같이 반-수동으로, 또는 블록(529)에서 예시된 바와 같이 로봇과 같은 다른 적합한 방법에 의해 작동시키는 것을 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 형태들이 유용한 로봇 페인트 보수(repair) 개략도이다. 페인트 보수 로봇(604)의 예가 도 6에 예시되어 있지만, 도 2 내지 도 5 및 도 8 내지 도 10에 예시된 공구 및 백업 패드 실시 형태들이 페인트 보수 이외의 응용에 사용될 수 있음이 명백히 고려된다.

도 6에서, 각자의 박스들은 로봇 제어기(602), 로봇 조작기(604), 및 컴플라이언트(compliant) 힘 제어 유닛(608), 공구(610), 및 연마 물품/화합물(612)을 포함하는 로봇 페인트 보수 스택(606)을 포함하는 시스템의 다양한 하드웨어 구성요소를 나타낸다. 데이터의 흐름은 기판 내의 식별된 결함을 포함한 검사 데이터를 제공하는 검사전 데이터 모듈(616)로 시작하고, 결함 보수 프로세스 동안 기판(620)으로부터 생성된 데이터를 처리하기 위한 검사후 결함 데이터 모듈(618)로 끝나는 배경 화살표(614)에 의해 도시된다.

작업 시, 결함 위치들 및 특성들은 검사전 데이터 모듈(616)로부터 로봇 조작기(604)를 제어하는 로봇 제어기(602)로 공급되며, 이 로봇 조작기 상에서 프로그램이 어떤 미리 결정된 보수 프로그램(결정론적) 정책을 실행하도록 엔드 이펙터(end effector)(스택)(606)를 식별된 결함으로 안내한다. 몇몇 드문 경우에서, 정책은 제공된 결함 특성들에 따라 적응하는 것이 가능할 수 있다.

페인트 보수 응용에 대해, 로봇 페인트 보수 스택(606)은 (컴플라이언트) 힘 제어 유닛(608)과 같은 임의의 보조 장비와 함께 연마 툴링(610), 및 연마 물품 및 화합물(612)을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 로봇 페인트 보수 스택(606)은 용어 "엔드 이펙터"와 다소 동의어이지만, 본 문서에서 용어 "스택"은 로봇 페인트 보수의 맥락에서 엔드 이펙터이다. 또한, 프라이머, 페인트, 및 클리어 코트들의 보수를 포함하는, 로봇 페인트 보수를 제공하는 것에 대해 설명되지만, 본 명세서에 설명된 기술들은 페인트 보수를 넘어서 다른 산업 응용들에 적합하다는 것이 인식될 것이다.

도 6에서의 스택(606)은 로봇(604), 컴플라이언스 힘 제어 유닛(608) 및 공구(610)의 작동이 연마 상황 동안 설정을 연속적으로 조절할 수 있도록 피드백 루프로 제어기(602)에 다시 피드백을 제공할 수 있다.

도 7은 로봇 페인트 보수 스택의 구성요소들의 분해도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 로봇 페인트 보수 스택(606)은 로봇 아암(700), 힘 제어 센서 및 디바이스(608), 연삭/폴리싱 공구(610), 하드웨어 통합 디바이스(702), 연마 패드(들) 및 화합물(612)들, 설계 연마 프로세스(704), 및 데이터 및 서비스(706)를 포함한다. 이들 요소는 2019년 8월 21일자로 출원된, 공유되고 공계류 중인 PCT 출원 제PCT/IB2019/057053호에서 논의된 정책과 같은, 식별된 결함에 대한 결정론적 정책을 사용하여 결함 위치를 식별하고 미리 결정된 보수 프로그램을 구현하기 위해 함께 작동할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 로봇 연마 작업을 위한 공구 및 작업 표면에 대항한 공구의 대응하는 압력 프로파일을 예시한다.

도 8a는 로봇 연삭 유닛을 위한 공구(800)를 예시한다. 공구(800)는 수직 샤프트(810)를 통해 회전 장치에 연결된다. 연마 물품이 샤프트(810)의 반대 측에 있는 백업 패드(820)의 표면 상에서 공구(800)에 부착된다. 백업 패드(820)는 종종 가요성 패드이다. 도 8b는 공구가 작업 표면에 대항하여 사용되는 것으로부터 기인하는 접촉 압력 프로파일(850)을 도시한다. 패드의 가요성에 의해서도, 표면 상의 연마재의 압력 프로파일(850)이 불규칙적이다. 압력이 연마 공구(800)의 중심으로부터 측정될 때, 반경 상에서 중심으로부터 대략 9 mm로부터 13 mm까지에서, 압력에 스파이크가 존재한다.

도 8a는 배킹 폼의 압력 프로파일 내에서 표면에 정합하도록 접착제, 후크-루프에 의해 또는 기계적으로 연결된, 연마 물품을 위한 가요성을 제공하는 폼 패드를 포함하는 공구(800)를 위한 강성 베드 설계를 예시한다. 공구(800)가 작업 표면과 맞물림에 따라 파편의 축적이 종종 발생한다. 이는 고속 연마 동안의 공구의 특성뿐만 아니라 압력의 균일성 결여의 원인이 된다.

도 9a 내지 도 9g는 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 로봇 보수 유닛에 의해 패턴화된 절삭률을 제공하기 위한 공구들을 예시한다. 도 9a 내지 도 9c는, 예를 들어 일부 실시 형태에서 힘 제어 유닛 및/또는 엔드 이펙터를 사용하여, 로봇과 직접 맞물릴 수 있는 공구들의 실시 형태들을 예시한다.

핸드헬드 동력 공구는 공구가 인간 사용자에 내재하는 모터 정밀도의 결여를 수용할 것을 필요로 한다. 그러나, 도 9a 내지 도 9c에 예시된 공구들의 실시 형태들은 자동화된 연마 툴링의 정밀도 및 정확도를 활용할 수 있는 로봇 유닛들에 유용하다.

공구(900)는 샤프트(902)를 사용하여 로봇 유닛과 맞물린다. 공구는 연마 물품과 맞물리는 패드(904)와 맞물리기 위한 패드 맞물림 표면(910)을 갖는다. 공구 표면(910)은 2개의 크기의 구멍(912, 914)들을 포함하는 것으로 도 9a에 예시된, 개구들의 패턴을 포함하도록 수정될 수 있다. 도 9a에 예시된 바와 같이, 구멍(912, 914)들은 표면(910)을 통해 연장된다. 구멍 세트(912, 914)들은 샤프트(902) 주위에 배열되는데, 이때 더 작은 구멍(912)들이 더 큰 구멍(914)들보다 샤프트에 더 가깝다. 일부 실시 형태에서, 구멍(912, 914)들의 주어진 세트 내의 각각의 구멍은 인접한 유사한 크기의 구멍들로부터 동등하게 이격된다. 부가적으로, 원형 구멍들이 도 9a에 예시되어 있지만, 표면(910)을 통해 부분적으로 또는 완전히 연장되는 슬랫, 표면(910)을 통해 어느 정도 연장되는 만입부, 또는 표면(910)의 휨을 허용하는 다른 적합한 수정이 구상됨이 명백히 고려된다. 구체적으로, 도 9a의 설계는 페인트 결함이 연마될 때 '페더링된 에지(feathered edge)'를 용이하게 하기 위해 공구(800)가 속도 및 압력하에 휘어지게 하여 표면 수정이 쉽게 검출가능하지 않도록 한다.

그러나, 주어진 공구의 설계가 특정 효과(페더링, 절삭 에지)뿐만 아니라 연마 작업 동안 생성된 파편을 더 잘 관리하는 것을 용이하게 할 수 있음이 명백히 고려된다. 절삭을 관리하는 목표는 원하지 않는 표면 아티팩트(artifact)의 생성을 감소시키는 것뿐만 아니라 연마 디스크 수명 및 절삭 일관성을 증가시키는 것이다.

도 9b는 공구(900)는 경사형 공구 표면(930)에 연결된 샤프트(922)를 포함하는 경사형 공구(920)를 예시하는데, 경사형 공구 표면은 외측 에지들에서의 접촉점들의 약화를 허용하여, 공구(920)의 중심에서 더 큰 힘이 인가되도록 하고, 공구(900)가 공구의 중심으로부터 더 멀리서 접촉함에 따라 접촉이 약화되도록 한다.

도 9c는 경사형 표면에 더하여 스캘럽형(scalloped) 에지를 갖는 공구(940)를 예시한다. 그러나, 일부 실시 형태에서 경사형 표면 없이 스캘럽형 에지가 단독으로 존재함이 명백히 고려된다. 공구(940)는 경사형 공구 표면(950)에 연결된 샤프트(942)를 갖는데, 이때 복수의 스캘럽(952)이 공구 표면(950)의 원주 주위에서 동등하게 이격된다. 스캘럽(952)들은 공구(920)와 비교할 때 공구(940)의 중심으로부터 에지들까지 힘을 더욱 차등화한다.

도 9d는 조립체(962) 내에서 폼 패드(964)를 갖는 로봇 공구(962)를 예시한다.

도 9e는 조립체(970) 내에서 폼 패드(974)를 갖는 가요성 공구(972)를 예시한다. 도 9e에 예시된 바와 같이, 가요성 공구는 공구의 스핀들로부터 에지까지 구배(976)를 가져, 공구의 에지가 공구의 중심보다 더 얇도록 하여 에지에서 부가된 가요성이 얻어지게 한다.

도 9f는 조립체(980) 내에서 폼 패드(982)를 갖는 패턴화된 공구(982)를 예시한다. 도 9f에 예시된 바와 같이, 공구(982)는 공구(982)의 원주로부터 내향으로 연장되는 복수의 만입부(985)를 포함한다. 만입부(985)들은 각도(986)를 형성하도록 일 지점에서 만나는 2개의 에지(988)를 갖는 것으로서 도 9f에 예시되어 있다. 그러나, 둥근 에지 및 변곡점이 가능함이 명백히 고려된다. 만입부(985)는 공구(982)의 원주로부터 내향으로 연장되는 깊이(987)를 갖는다. 만입부(985)는 공구 조립체(980)의 외부에서 일부 압력 방출을 제공하는데, 이는 에지에서 더 양호한 부스러기 관리를 허용한다. 4개의 만입부가 공구 원주 상에 등거리로 이격된 실시 형태가 도 5f에 예시되어 있다. 그러나, 일부 실시 형태에서 더 많거나 더 적은 만입부가 적합할 수 있음이 명백히 고려된다. 예를 들어, 단지 2개의 만입부(985) 또는 3개의 만입부(985)가 존재할 수 있다. 유사하게, 5개, 6개, 7개, 8개, 10개, 12개, 16개, 20개 또는 더 많은 만입부(985)가 존재할 수 있다.

도 9g는 조립체(990) 내에서 폼 패드(994)를 갖는 패턴화된 공구(992)를 예시한다. 공구(992)는 공구(992) 내에 존재하는 복수의 절결 부분(993)을 포함한다. 도 9g에 예시된 바와 같이, 절결 부분들은 실질적으로 공구(992)의 원주로부터 스핀들 반경까지 연장된다. 절결 부분은 원주로부터 직각으로 연장되는 길이(998) 및 폭(997)에 의해 한정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 폭(997)은 공구(992)의 원주로부터 스핀들까지 가변적인데, 예를 들어 스핀들보다 원주에서 더 넓다. 일부 실시 형태에서, 절결부(993)는 공구 스핀들과 절결부(993)의 교차점에서 곡률(998)을 갖는다. 절결부(993)는 공구(992)를 위한 상당한 압력 방출을 제공하여, 개선된 부스러기 관리, 열 관리 및 패턴화를 허용한다.

도 9f 및 도 9g는 공구 스핀들로부터 연장되는 평탄 공구 표면을 예시하지만, 만입부(985) 또는 절결부(993)가 다른 실시 형태에서 추가적인 가요성을 제공하도록 구배(976)와 조합될 수 있음이 명백히 고려된다.

도 10은 본 명세서 내의 실시 형태들에 따른, 로봇 연마 시스템에 의해 패턴화된 절삭률을 제공하는 방법을 예시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 로봇 연마 시스템은 미세 제어로 작은 영역(예컨대, 면적이 35 mm 미만)을 연마하는 능력을 갖는다. 일단 연마 작업이 시작되면, 로봇 제어 유닛은 보수에 따라 절삭률, 절삭 효율을 증가시키거나 작업 표면의 미감을 개선하기 위해 연삭 파라미터를 조절할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 공구는 패턴화된 절삭률, 예를 들어 공구가 연마 작업 동안 기울어져 접촉 영역의 일 지점이 다른 지점보다 더 깊게 절삭되게 하는 경사형 절삭률을 생성하는 데 사용될 수 있다. 절삭률을 위한 다른 패턴이 또한 고려된다.

블록(1010)에서, 로봇 제어 셀이 시작된다. 시작은 로봇 보수 유닛에 동력을 제공하는 것, 이를 연마 물품이 작업 표면과 맞물릴 수 있도록 하는 위치로 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 연마 물품은 가동 로봇 아암(motive robot arm)을 사용하여 작업 표면과 접촉하게 강제될 수 있다. 힘 제어 유닛을 사용하여, 연마 물품 상에 압력이 가해질 수 있다.

블록(1020)에서, 연마 작업이 수행된다. 일부 실시 형태에서, 연마 작업은, 예를 들어 맞물린 작업 표면의 원하는 최종 상태에 기초하여 선택된, 미리 설정된 보수 계획을 따른다. 다른 실시 형태에서, 연마 작업은 원하는 결과 - 예컨대 원하는 최종 작업 표면 상태, 원하는 절삭 형상, 작업 표면 저항 등 - 를 달성하기 위해 동적 계획을 따른다.

블록(1030)에서, 피드백이 수신된다. 예를 들어, 피드백은 공구 내에 직접 매립된 로봇 제어 센서 유닛, 서보 공구 모터 센서 유닛 및/또는 센서 유닛으로부터 수신될 수 있다. 프레임간의 작동 동안의 공구의 이동을 분석하는 비전(vision) 시스템에 의해 진동이 감지될 수 있다.

블록(1040)에서, 연마 작업이 계속될 수 있도록 원위치에서 공구 파라미터가 수정된다. 일부 실시 형태에서, 피드백이 수신되고, 연마 공구가 작업 표면과 접촉함이 없이 수정이 이루어진다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 공구는 센서 판독치가 캡처되고 피드백이 제공되도록 표면으로부터 분리되어야 한다.

수신된 피드백에 응답하여 수정될 수 있는 공구 파라미터는 공구와 작업 표면 사이의 접촉 압력(1042), 작업 표면에 대한 공구의 접촉각(144), 또는 다른 적합한 파라미터를 포함한다. 예를 들어, 회전 속도는 공구, 또는 작업 표면에 대한 공구의 이동 패턴, 또는 다른 적합한 파라미터에 대해 수정될 수 있다.

연마 디스크는 임의의 적합한 비영구적인 부착 메커니즘을 사용하여 본 명세서에 기술된 백업 패드 및/또는 감쇠기에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 감압 접착제를 포함한 접착제가 적용될 수 있다. 후크-루프 부착물이 또한 사용될 수 있는데, 이때 후크 또는 루프 부분이 연마 디스크의 비-연마 측에 있다.

일 실시 형태에서, 연마 디스크는 복수의 연마 입자가 메이크 코트(make coat) 내에 매립되고 선택적으로 사이즈 코트(size coat) 및/또는 수퍼-사이즈 코트로 코팅된 배킹을 포함하는 코팅된 연마 디스크이다. 배킹 기판은 천, 개방 직조 클로스(cloth), 편직 천, 다공성 천, 루프 재료, 밀봉되지 않은 천, 개방 또는 폐쇄 셀 폼, 부직 천, 스펀 섬유, 필름, 천공 필름 또는 임의의 다른 적합한 배킹 재료 중 임의의 것일 수 있다. 천 배킹은 클로스(예컨대, 직조, 편직 또는 스티치 본딩될 수 있는, 폴리에스테르, 나일론, 실크, 면, 및/또는 레이온을 포함하는 섬유 또는 얀(yarn)으로부터 제조된 클로스) 및 스크림(scrim)을 포함할 수 있다. 연마 입자는 형상화된 연마 입자, 분쇄된 연마 입자, 또는 판상 형상의 연마 입자를 포함할 수 있다. 연마 입자의 크기는 완료될 보수 작업의 공격성(aggressiveness)에 기초하여 선택될 수 있다. 연마 디스크는 강성 또는 가요성 연마 디스크일 수 있다.

위에서 제시된 설명 및 도면들은 단지 예로서 의도된 것이며, 첨부된 청구항들에 기재된 바와 같은 것을 제외하고는 어떤 식으로든 예시적인 실시 형태들을 제한하도록 의도되지 않는다. 위에서 설명된 다양한 예시적인 실시 형태들의 다양한 요소들의 다양한 기술적 태양들은 다수의 다른 방식으로 조합될 수 있으며, 이들 모두는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 점에 유의한다.

따라서, 예시적인 실시 형태들이 예시적인 목적을 위해 개시되었지만, 당업자는 다양한 수정들, 추가들, 및 대체들이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시는 전술한 실시 형태들로 제한되지 않으며, 그들의 등가물들의 전체 범위와 함께, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 수정될 수 있다.

연마 디스크를 패드에 결합하는 단계를 포함하는, 연마 디스크에 걸쳐 접촉 압력을 관리하는 방법이 제시된다. 백업 패드는 연마 디스크의 반경에 걸쳐 작업 표면이 겪는 압력을 균일하게 하는 압력 조정 특징부를 포함한다. 방법은 연마 디스크를 작업 표면에 접촉시킴으로써 작업 표면을 연마하는 단계를 또한 포함한다. 백업 패드는 연마 디스크가, 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크와 비교할 때, 연마 디스크의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 절삭률을 갖게 한다.

방법은 압력 조정 특징부가 탄성 변형가능하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 백업 패드와 연마 디스크 사이에 위치되도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 약 60 쇼어 A 미만의 경도를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 25% 편향에서 약 170 psi 미만의 압축성을 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 압축가능한 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 실질적으로 비-압축가능한 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 실질적으로 비-압축가능한 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 층, 부직포 층, 또는 연질 고무를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층 및/또는 다수의 재료로 제조되도록 구현될 수 있다.

방법은, 백업 패드가 압력 조정 특징부의 표면으로부터 연장된 채널들을 포함하도록 구현될 수 있는데, 여기서 연마 디스크는 분진 및 부스러기 추출을 위해 백업 패드의 반대 측에 장착된다.

방법은 압력 조정 특징부가 약 650 psi 미만의 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 불균일한 두께를 갖도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 백업 패드의 원추형 표면 상에 장착된 원추형 공동을 갖도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부의 경도가 패드에 걸쳐 그의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 변화하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부의 경도가 패드에 걸쳐 점진적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부의 경도가 패드에 걸쳐 단계적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부가 상이한 경도들을 갖는 동심 링들을 포함하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부의 경도가 패드의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 감소하도록 구현될 수 있다.

방법은 패드에 걸친 압력 조정 특징부의 경도의 변화가 패드의 중심으로부터의 거리에 비례하도록 구현될 수 있다.

방법은 백업 패드가 비-평면 표면을 갖는데, 여기서 균일한 두께를 갖는 압력 조정 특징부가 그 표면 상에 장착되도록 구현될 수 있다.

방법은 백업 패드의 비-평면 표면이 원추형, 반구형, 또는 돔형 형상이 되도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부와 조합된 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 부스러기 관리를 갖게 하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부와 조합된 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 열 관리를 갖게 하도록 구현될 수 있다.

방법은 압력 조정 특징부와 조합된 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 특징부 블렌딩을 갖게 하도록 구현될 수 있다.

연마 디스크가 패턴화된 절삭률을 제공하게 하는 연마 시스템은 연마 디스크의 이동을 구동하도록 구성된 공구를 포함한다. 시스템은 또한 공구에 결합된 백업 패드를 포함한다. 시스템은 또한 패턴 특징부를 포함한다. 패턴 특징부는 공구가 작동될 때 연마 디스크가 패턴화된 절삭률을 나타내게 한다. 패턴화된 절삭률은 패턴 특징부 없이 백업 패드 및 공구에 부착된 연마 디스크에 의해 나타내어지는 절삭률과 상이하다.

시스템은 공구가 로봇 공구이도록 구현될 수 있다. 패턴 특징부는 공구 내로 통합된다.

시스템은 패턴 특징부가 공구의 백업 패드 맞물림 표면이도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 공구의 백업 패드 맞물림 표면 내의 복수의 개구이도록 구현될 수 있다.

시스템은 복수의 개구가 제1 세트의 개구들 및 제2 세트의 개구들을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 세트의 개구들이 제2 세트의 개구들보다 공구의 백업 맞물림 표면의 에지에 더 가깝도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 세트의 개구들이 제1 반경을 갖고, 제2 세트의 개구들이 제2 반경을 가지며, 제1 반경은 제2 개구보다 더 크도록 구현될 수 있다.

시스템은 개구들이 공구의 백업 패드 맞물림 표면을 통해 완전히 연장되도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 스핀들에 결합된 공구의 백업 패드 맞물림 부분이도록 구현될 수 있다. 백업 패드 맞물림 부분은 스핀들에 직각이다.

시스템은 백업 패드 맞물림 부분이 제1 직경을 갖는 백업 패드 맞물림 표면 및 제2 직경을 갖는 스핀들 맞물림 표면을 갖도록 구현될 수 있다. 제1 직경은 제2 직경보다 더 길다.

시스템은 백업 패드 맞물림 부분의 외부 에지가 스핀들 맞물림 표면으로부터 백업 패드 맞물림 표면으로 경사지도록 구현될 수 있다.

시스템은 백업 패드 맞물림 표면이 스캘럽형 에지를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 백업 패드 맞물림 부분이 복수의 오목 부분을 갖는 주연부를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 오목 부분들이 원주 주위에서 동등하게 이격되도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 연마 작업 동안 공구의 백업 패드 맞물림 부분이 휘어지게 하도록 구현될 수 있다.

시스템은 공구가 동력 공구와 맞물리도록 구성된 스핀들이도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 제1 측에서의 공구 및 제2 측에서의 백업 패드 둘 모두에 결합되도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 제1 부분 및 제2 부분을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 부분 및 제2 부분이 동일 평면 상에 있고 공구 및 백업 패드 둘 모두에 결합되도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 부분 및 제2 부분이 상이한 재료들을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 및 제2 부분들이 압축가능 재료들을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 제1 및 제2 부분들이 비-압축가능 재료들을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 압축가능한 원추 형상의 특징부를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 제1 측에서 백업 패드에 결합되고, 제2 측에서 연마 물품에 결합되도록 구성되도록 구현될 수 있다.

시스템은 시스템의 절삭률이 백업 패드의 중심으로부터 백업 패드의 에지까지 연장되는 반경에 걸쳐 실질적으로 균일하도록 구현될 수 있다.

시스템은 시스템의 절삭률이 국소 최대치를 갖도록 구현될 수 있다.

시스템은 절삭률이 적어도 2개의 국소 최대치를 갖도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 탄성 변형가능하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 백업 패드와 연마 디스크 사이에 위치되도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 약 60 쇼어 A 미만의 경도를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 25% 편향에서 약 170 psi 미만의 압축성을 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 실질적으로 비-압축가능한 재료로 제조된 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 압축가능 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 층, 부직포 층, 또는 연질 고무 중 하나 이상의 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층 또는 다수의 재료로 제조되도록 구현될 수 있다.

시스템은 백업 패드가 감쇠 특징부의 표면으로부터 백업 패드의 반대 측까지 연장되는 채널들을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 약 650 psi 미만의 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 불균일한 두께를 갖도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 백업 패드의 원추형 표면 상에 장착된 원추형 공동을 갖도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부의 경도가 중심으로부터 주연부까지 백업 패드에 걸쳐 변화하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부의 경도가 백업 패드에 걸쳐 점진적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부의 경도가 백업 패드에 걸쳐 단계적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부가 상이한 경도를 각각 갖는 복수의 동심 링을 포함하도록 구현될 수 있다.

시스템은 패턴 특징부의 경도가 중심으로부터 주연부까지 감소하도록 구현될 수 있다.

시스템은 백업 패드에 걸친 패턴 특징부의 경도의 변화가 중심으로부터의 거리에 비례하도록 구현될 수 있다.

시스템은 백업 패드가 비-평면 표면을 갖도록 구현될 수 있다. 패턴 특징부는 비-평면 표면에 장착된다.

시스템은 백업 패드의 비-평면 표면이 원추형, 반구형, 또는 돔형 형상이 되도록 구현될 수 있다.

공구 맞물림 특징부를 포함하는 연마 시스템용 백업 패드가 제시된다. 백업 패드는 또한 연마 물품 맞물림 특징부를 포함한다. 백업 패드는 또한 연마 물품 맞물림 특징부에 부착된 연마 물품의 절삭률 프로파일을 변경하는 압축가능 특징부를 포함한다.

백업 패드는 공구 맞물림 특징부가 백업 패드의 제1 측에 있고 연마 물품 맞물림 특징부가 백업 패드의 제2 측에 있도록 구현될 수 있다. 제1 측은 제2 측의 반대편이다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 탄성 변형가능하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 백업 패드와 연마 디스크 사이에 위치되도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 약 60 쇼어 A 미만의 경도를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 25% 편향에서 약 170 psi 미만의 압축성을 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 원하는 변형성을 제공하기 위해 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 압축가능한 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 또는 부직포 층, 또는 연질 고무를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층 및/또는 다수의 재료로 제조되도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 백업 패드가 분진 및 부스러기 추출을 위해 감쇠 특징부의 표면으로부터 백업 패드의 반대 측까지 연장된 채널들을 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 약 650 psi 미만의 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 불균일한 두께를 갖도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 백업 패드의 원추형 표면 상에 장착된 원추형 공동을 갖도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부의 경도가 그의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 패드에 걸쳐 변화하도록 구현될 수 있다

백업 패드는 압축가능 특징부의 경도가 패드에 걸쳐 점진적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부의 경도가 패드에 걸쳐 단계적으로 변화하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부가 상이한 하니스들을 갖는 동심 링들을 포함하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부의 경도가 패드의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 감소하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 패드에 걸친 압축가능 특징부의 경도의 변화가 패드의 중심으로부터의 거리에 비례하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 백업 패드가 비-평면 표면을 갖는데, 여기서 균일한 두께를 갖는 압축가능 특징부가 그 표면 상에 장착되도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 백업 패드의 비-평면 표면이 원추형, 반구형, 또는 돔형 형상이 되도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 압축가능 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 부스러기 관리를 갖게 하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 압축가능 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 열 관리를 갖게 하도록 구현될 수 있다.

백업 패드는 압축가능 특징부와 조합된 백업 패드가 연마 디스크로 하여금 감쇠 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 연마 디스크에 비해 개선된 특징부 블렌딩을 갖게 하도록 구현될 수 있다.

로봇 연마 시스템용 스핀들은 공구 맞물림 샤프트를 포함한다. 스핀들은 또한 백업 패드 맞물림 표면을 포함한다. 백업 패드 맞물림 표면은 작업 표면에 대항하여 백업 패드에 의해 가해지는 압력 프로파일을 수정하는 압력 조정 특징부를 포함한다.

스핀들은 공구 맞물림 샤프트가 가동 로봇 아암과 맞물리도록 구현될 수 있다.

스핀들은 가동 로봇 아암이 힘 제어 유닛을 포함하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 제어기가 스핀들을 통해 수신된 피드백에 기초하여 힘 제어 유닛을 조절하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 압력 조정 특징부가 백업 패드 맞물림 표면 내의 복수의 개구를 포함하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 복수의 개구가 백업 패드 맞물림 표면을 통해 완전히 연장되도록 구현될 수 있다.

스핀들은 복수의 개구가 부스러기 제거 공구에 결합되도록 구현될 수 있다.

스핀들은 복수의 개구가 공구 맞물림 샤프트 주위에 등거리로 배열된 한 세트의 개구들을 포함하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 한 세트의 개구들이 실질적으로 동일한 크기이도록 구현될 수 있다.

스핀들은 한 세트의 개구들이 제1 세트의 개구들이도록 구현될 수 있다. 복수의 개구는 제2 세트의 개구들을 포함한다.

스핀들은 제2 세트의 개구들이 제1 세트의 개구들과 연관된 제1 반경보다 더 큰 제2 반경을 갖도록 구현될 수 있다.

스핀들은 백업 패드 맞물림 표면이 공구 맞물림 샤프트에 직각인 공구 부분의 제1 측에 있도록 구현될 수 있다. 공구 부분은 제1 측의 반대편인 제2 측에서 공구 맞물림 샤프트와 맞물린다. 두께는 제1 측 및 제2 측을 분리한다.

스핀들은 제1 측이 제1 영역을 갖고 제2 측이 제2 영역을 갖도록 구현될 수 있다. 제2 영역은 제1 영역 및 제2 영역을 연결하는 에지가 백업 패드 맞물림 표면과 각도를 형성하도록 제1 영역보다 더 작다.

스핀들은 제1 영역이 복수의 만입부를 갖는 주연부를 구비하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 복수의 만입부가 주연부 주위에서 규칙적으로 이격되도록 구현될 수 있다.

스핀들은 백업 패드 맞물림 표면이 복수의 만입부를 갖는 주연부를 구비하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 압력 조정 특징부가 탄성 변형가능하도록 구현될 수 있다.

스핀들은 압력 조정 특징부가 백업 패드와 연마 디스크 사이에 위치되도록 구현될 수 있다.

실시예

이들 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주에 대해 과도하게 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 구체적인 실시예에 기술된 수치값은 가능한 한 정확하게 기록된다. 그러나, 임의의 수치값은 본질적으로 그의 각자의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 유래하는 소정의 오차를 포함한다. 최소한으로, 그리고 청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효숫자의 개수의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.

연마 실험과 유한 요소 분석(Finite Element Analysis, FEA) 모델링의 조합을 사용하여 본 개시에 기술된 연마 백업 패드들의 성능 속성들을 균일한 두께의 평탄 폼 층들을 갖는 전형적인 연마 백업 패드들과 비교하였다. 각각의 실시예에서, 연마 패드에 의해 연마되는 작업 표면은 평면이었고, 실험에서 사용되는 연마 디스크의 표면에 평행하였다. 아바쿠스(Abaqus) 구매가능 소프트웨어(다쏘 시스템즈(Dassault

)(등록상표)에 의한 시뮬리아(SIMULIA)™)를 사용하여, 백업 패드들의 속성들을 실험적으로 측정하는 것이 어렵거나 불가능한 일부 실시예에서 작업 표면에 대항한 연마 백업 패드들을 모델링하였다.

실시예 1

본 실시예에서, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 것과 같은 본 개시에 기술된 연마 백업 패드의 연마 성능을 FEA 모델링을 사용하여 평가하였다. 도 2e는 이 실시예 작업 표면의 연마 백업 패드의 축대칭 단면을 도시한다. 하기 표 1에 기술된 기하학적 파라미터 및 재료 특성을 갖는 축대칭 FEA 모델을 아바쿠스에서 만들었다. 백업 패드(280), 및 연마 디스크(286)의 표면(284)에 평행하게 놓이고 이와 접촉하는 평탄 작업 표면은 본 실시예에서 압력 조정 특징부(290)보다 실질적으로 더 경질이다. 따라서, 계산 시간을 감소시키기 위해 FEA 모델에서 백업 패드(280) 및 작업 표면에 강체 제약(rigid body constraint)들을 적용하였다. 작업 표면을 경계 조건으로서 그 위치에서 고정하였고, 중심선(292)에 평행한 수직 변위 로딩을 FEA 모델에서 백업 패드에 적용하였다.

[표 1]

도 11a는 FEA 모델에 의해 예측된 작업 표면에 대항한 패드의 0.03 인치 각인(impression)하에서 연마 패드와 작업 표면 사이의 접촉 압력 프로파일을 도시한다. 접촉 압력은 패드의 중심으로부터 그의 에지까지 감소한다. 도 11b는 FEA 모델에 의해 예측된 작업 표면에 대항한 패드의 0.03 인치 각인하에서의 변형된 연마 백업 패드의 응력 등고선 플롯을 표시한다. 나타낸 바와 같이, 압력 조정 특징부의 균일한 압축은 패드의 중심선에 가까이에서 더 높고 패드의 에지를 향해 감소하는 불균일한 응력을 압력 조정 특징부에 걸쳐 인가하는데, 이는 패드의 중심으로부터 그의 외측 에지 작업 표면까지 연마 디스크와 작업 표면 사이에서 감소하는 접촉 압력을 야기한다.

이러한 연마 패드가 작업 표면에 대항하여 60 RPM의 각속도로 회전하고 있다면, 가정된

의 경우, 아래에 나타낸 실험적 프레스톤 방정식(Preston equation)(문헌[I. F. W. Preston, J. Soc. Glass. Technol., 11, 214, 1927])을 사용하여 패드의 표면에 걸친 작업 표면으로부터의 재료 제거율을 결정할 수 있다. 도 11c는 패드의 표면에 걸친 재료 제거(절삭)율의 변동을 도시한다. 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 연마 디스크의 재료 제거율은 패드의 표면에 걸쳐 거의 균일하다.

비교예 1:

본 예에서, 평탄 경질 백업 패드 상에 장착된 균일한 두께의 폼 층을 갖는 전형적인 연마 백업 패드의 연마 성능을 FEA 모델링을 사용하여 평가하였다. 도 11d는 연마 디스크에 평행하게 놓이고 이와 접촉하는 평탄 작업 표면을 연마하는 데 사용되는 본 예의 연마 백업 패드의 축대칭 FEA 모델을 도시한다.

도 11e는 FEA 모델에 의해 예측된 작업 표면에 대항한 패드의 0.03 인치 각인하에서 연마 패드와 작업 표면 사이의 접촉 압력 프로파일을 도시한다. 접촉 압력은 패드의 표면에 걸쳐 균일하다. 도 11f는 FEA 모델에 의해 예측된 작업 표면에 대항한 패드의 0.03 인치 각인하에서의 변형된 연마 백업 패드의 응력 등고선 플롯을 표시한다. 나타낸 바와 같이, 폼 층은 패드에 걸쳐 균일하게 변형되어, 패드에 걸쳐 연마 디스크와 작업 표면 사이에서 균일한 접촉 압력을 야기한다.

전체 패드의 표면에 걸친 균일한 접촉 압력 및 중심으로부터 외측 에지까지의 증가하는 선형 속도에 의해, 이때 재료 제거율은 (도 1c에 개략적으로 나타낸 바와 같이) 중심으로부터 외측 에지까지 증가한다. 이러한 연마 패드가 작업 표면에 대항하여 60 RPM의 각속도로 회전하고 있다면, 가정된

의 경우, 실험적 프레스톤 방정식을 사용하여 패드의 표면에 걸친 작업 표면으로부터의 재료 제거율을 결정할 수 있다. 도 11g는 패드에 걸친 재료 제거(절삭)율의 변동을 도시한다.

도 11c 및 도 11g를 비교하면, 도 2e의 연마 패드가 패드의 표면에 걸쳐 작업 표면 상에 훨씬 더 균일한 절삭률을 안가한다고 결론을 내릴 수 있다. 작업 표면으로부터의 총 절삭을 보여주는 이들 곡선 아래의 면적을 비교하면, 도 2e의 패드가 전형적인 연마 패드와 비교하여 작업 표면으로부터 더 많은 재료를 제거하는 것을 관찰할 수 있다.

실시예 2:

본 실시예에서, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 패드와 같은 연마 백업 패드의 연마 성능을 평가하였다. 5 인치 직경의 패드를 제조하여 본 개시에서의 이러한 패드의 개념을 실험적으로 시험하였다. 패드는 6061 알루미늄으로 제조된 스핀들 및 원추형 백업 패드와 동일한 프로파일을 갖는 원추형 공동을 갖는 다층 폼 블록으로 제조된 압력 조정 특징부를 포함하는 금속 원추형 백업 패드를 구비하였다. 공동을 갖는 폼 블록을 0.06 인치 두께의 양면 코팅된 폼 테이프인 쓰리엠(3M)^TM 쿠션-마운트(Cushion-Mount)™ 플러스 플레이트 마운팅 테이프(Plus Plate Mounting Tape) E1060H의 20개 층으로 제조하였다. 패드를 다음과 같이 제조하였다:

5 인치 외경을 갖는 20개 원형 디스크를 레이저 절삭 기계를 사용하여 상기 장착 테이프로부터 절삭하였다.

동일한 레이저 절삭 기계를 사용하여, 적절한 직경들을 갖는 원형 구멍들을 20개 마운팅 테이프 디스크 중 16개로부터 절삭하여, 이들 16개 링 층을 라미네이팅함으로써 원추형 백업 패드와 유사한 프로파일을 갖는 원추형 공동을 제조하였다.

4개의 나머지 온전한 마운팅 테이프 디스크를 서로 라미네이팅하고, 이어서 공동을 갖는 폼 스택의 저부에 스택 라미네이션을 접착하였다. 이 시점에서, 중심 공동을 갖는 압력 조정 특징부를 가졌다.

3 밀 두께의 양면 스카치(Scotch) VHB 테이프의 층을 금속 백업 패드의 원추형 측의 전체 표면에 접착하였다.

압력 조정 특징부를 금속 원추형 백업 패드 상의 VHB 테이프 상으로 그의 공동 측으로부터 장착하였다.

3M NX 디스크 코팅된 산화알루미늄 디스크 - 매우 미세한 등급 - P180 그릿(Grit) - 5 인치 직경 - 31217을 그의 PSA 측으로부터, 제조된 패드 상의 압력 조정 특징부의 평탄 표면에 부착하였다.

도 12a 내지 도 12d는 전술된 공정에 따라 제조된 연마 패드 물품을 예시한다. 도 12a는 스핀들을 갖는 금속 원추형 백업 패드를 예시한다. 도 12b는 다층 폼 블록 구성물로 제조된 압력 조정 특징부를 도시한다. 도 12c는 연마 디스크가 압력 조정 특징부의 자유 표면 상에 장착된 연마 패드 조립체를 예시하고, 도 12d는 도 12c에 예시된 단면선 12D-12D를 따라 취해진 절결도를 예시한다.

실시예 2 연마 시험

시험 방법은 연마 패드를 드릴 프레스 내로 로딩하는 것으로 이루어졌다. 드릴 프레스를 맥마스터-카르(McMaster-Carr), 부품 번호: 2799A21로부터 획득하였으며, 이는 120V AC, 13-1/4" 최대 작업 표면 직경을 갖는 이코노미 벤치탑 드릴 프레스(Economy Benchtop Drill Press)이다. 드릴 프레스는 전형적인 작업 벤치 테이블 척(chuck) 상에 고정된 작업 표면 내로 연마 패드를 구동한다. 드릴링 공정 동안 작업 표면으로부터 재료가 제거된다. 시험 절차의 구체적인 단계들은 다음과 같다:

1. 두께가 0.5"인 MIC 6 캐스트 알루미늄 6"x6" 평탄 시트(연삭된 6061 알루미늄)인 작업 표면을 드릴 프레스 테이블 상에 배치한다. 2개의 "C-클램프"를 통해 작업 표면을 드릴 프레스 테이블에 하향 체결하였다.

2. 드릴 프레스 RPM(800 rpm) 및 시험 지속시간(1분)을 설정한다.

3. 드릴을 온 상태로 하고, 고정된 주어진 하중(5 lb)하에서 연마재를 작업 표면의 상부 표면에 맞물리게 한다.

4. 작업 표면을 제거하고 세정한다. 연마된 작업 표면을 드릴 테이블로부터 제거한 후에, 작업 표면을 고압 노즐(100 psi)로부터의 송풍 공기로 세정한다. 그리고 나서, 물 및 IPA를 갖는 손 타월을 사용하여, 작업 표면에서 연마된 표면 분진을 세정하였다.

5. 작업 표면을 나노베아(Nanovea) HS2000 3D 비접촉 프로파일로미터(Profilometer) 내로 배치하고 그의 연마된 작업 표면 상에서 절삭 프로파일을 측정한다.

도 12e는 상기 시험 절차를 사용하여 도 12a 내지 도 12d에 도시된 연마 패드로 연마된 작업 표면의 절삭 프로파일을 도시한다. 나타낸 바와 같이, 연마 패드에 걸쳐 작업 표면 상에 균일한 절삭이 인가되었다.

비교예 2:

본 예에서, 연마 공정에 현재 사용되는, 균일한 두께의 폼 블록이 평탄 백업 패드 상에 장착된 전형적인 연마 백업 패드의 연마 성능을 실험적으로 평가하였다. 실시예 2에서 사용된 동일한 구성 재료를 사용하여 5 인치 직경의 패드를 제조하였다. 이러한 패드는 6061 알루미늄으로 제조된 스핀들 및 금속 백업 패드의 평탄 표면 상에 장착된 평탄 다층 폼 블록을 포함하는 금속 평탄 백업 패드를 갖는다. 폼 블록을 쓰리엠™ 쿠션-마운트™ 플러스 플레이트 마운팅 테이프 E1060H의 7개 층으로 제조하였다. 이러한 패드를 제조하기 위한 단계들은 다음과 같다:

5 인치 외경을 갖는 7개 원형 디스크를 레이저 절삭 기계를 사용하여 상기 장착 테이프로부터 절삭하였다.

이전 단계에서 제조된 모든 원형 디스크들을 각각에 라미네이팅하여 원통형 폼 블록을 제조하였다.

3 밀 두께의 양면 스카치 VHB 테이프의 층을 금속 백업 패드의 전체 평탄 표면에 접착하였다.

폼 블록을 그의 표면에서 평탄 백업 패드 상의 VHB 테이프 상으로 장착하였다.

3M NX 디스크 코팅된 산화알루미늄 디스크 - 매우 미세한 등급 - P180 그릿(Grit) - 5 인치 직경 - 31217을 그의 PSA 측으로부터, 금속 백업 패드로부터 떨어진 제조된 패드의 다층 폼 블록의 평탄 표면에 부착하였다.

결과적인 구성이 도 12f 내지 도 12i에 예시되어 있다. 평탄 백업 패드가 도 12f에, 다층 폼 블록이 도 12g에, 그리고 전체 조립체가 도 12h에 예시되어 있다. 도 12i는 단면선 12I-12I를 따른 12h의 조립체의 절결도를 예시한다. 상기의 실시예 2 연마 시험에 기술된 것과 동일한 연마 시험 절차를 사용하여 본 예의 연마 패드의 연마 성능을 평가하였다.

연마 패드(12f)의 결과적인 절삭 프로파일이 도 12j에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 패드 중심으로부터 그의 에지까지 증가하는 불균일한 절삭이 연마 패드에 걸쳐 작업 표면 상에 인가되었다.

실시예 3

본 실시예에서, 본 개시에서 도 3a 및 도 3b에 예시된 것과 같은 동심 링 압력 조정 특징부를 갖는 연마 백업 패드의 연마 성능을 실험적으로 평가하였다. 5 인치 직경의 패드를 제조하여 본 개시에서의 이러한 패드의 개념을 시험하였다. 패드는 도 12f에 예시된 것과 같은 6061 알루미늄으로 제조된 스핀들 및 도 3a에 예시된 것과 같은 3개 링으로 제조된 압력 조정 특징부를 포함하는 금속 평탄 백업 패드를 가졌다. 패드를 다음과 같이 제조하였다:

1.666 인치 외경을 갖는 2개 원형 디스크를, 레이저 절삭 기계를 사용하여 맥마스터-카르, 부품 번호: 86375K134로부터 획득된 탄성 폴리우레탄 폼 시트 - 연질(0.25 인치 두께, 11 psi의 25% 압축을 위한 압력) - 로부터 절삭하였다.

이전 단계에서 제조된 2개 원형 디스크를 3 밀 두께의 양면 스카치 VHB 테이프의 층을 사용하여 서로에 라미네이팅하였다. 이러한 라미네이트는 패드에서 압력 조정 특징부의 중심부로서 사용될 것이다.

동일한 레이저 절삭 기계를 사용하여, 1.666 인치 내경 및 3.333 인치 외경을 갖는 원형 링을, 레이저 절삭 기계를 사용하여 맥마스터-카르, 부품 번호: 86375K114로부터 획득된 탄성 폴리우레탄 폼 시트 - 초연질(0.5 인치 두께, 3 psi의 25% 압축을 위한 압력) - 로부터 절삭하였다. 이러한 링은 패드에서 압력 조정 특징부의 중간 동심 링으로서 사용될 것이다.

동일한 레이저 절삭 기계를 사용하여, 3.333 인치 내경 및 5 인치 외경을 갖는 다른 원형 링을, 레이저 절삭 기계를 사용하여 맥마스터-카르, 부품 번호: 8883K54로부터 획득된 수퍼-쿠셔닝 폴리우레탄 폼 서클(0.5 인치 두께, 0.3 psi의 25% 압축을 위한 압력)로부터 절삭하였다. 이러한 링은 패드에서 압력 조정 특징부의 외측 동심 링으로서 사용될 것이다.

이전 단계들에서 제조된 원형 라미네이트 및 2개 동심 링을 그들의 표면들에서 평탄 백업 패드 상의 VHB 테이프 상으로 장착하였다.

3M NX 디스크 코팅된 산화알루미늄 디스크 - 매우 미세한 등급 - P180 그릿 - 5 인치 직경 - 31217을 그의 PSA 측으로부터, 금속 백업 패드로부터 떨어진 제조된 패드의 동심 링 압력 조정 특징부의 평탄 표면에 부착하였다.

상기의 실시예 2 연마 시험에 기술된 것과 동일한 연마 시험 절차를 사용하여 본 예의 연마 패드의 연마 성능을 평가하였다. 본 실시예의 연마 패드의 결과적인 절삭 프로파일이 도 13a에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 연마 패드에 걸쳐 작업 표면 상에 불균일한 절삭 패턴이 적용되었다. 연마 패드의 중심 부분이 대부분의 재료를 제거하였고 연마 패드의 외측 부분이 작업 표면으로부터 최소의 재료를 제거하였던 반면에, 도 12j에 예시된 바와 같이, 평탄 폼 층을 갖는 전형적인 연마 패드를 사용하면, 패드의 에지를 향한 선형 속도 증가로 인해 절삭률이 패드의 중심으로부터 그의 에지를 향해 증가한다.

이어서, 연마 디스크의 표면에 평행하게 놓인 평탄 작업 표면에 대항한 본 실시예의 연마 패드의 FEA 모델을 만들었다. 금속 백업 패드, 중앙 폼 디스크, 및 압력 조정 특징부의 동심 링들에 대해 동일한 기하학적 구조를 사용하였다. 11, 3 및 0.3 psi의 탄성 모듈러스뿐만 아니라 0.4, 0.1 및 0.1의 푸아송 비를 FEA 모델에서의 중심 디스크, 중간 및 다른 동심 링들의 재료 특성들로서 각각 사용하였다. 계산 시간을 감소시키기 위해 강체 제약들을 금속 백업 패드 및 작업 표면에 적용하였는데, 그 이유는 이들이 압력 조정 특징부보다 실질적으로 더 경질이기 때문이다. 작업 표면이 제자리에 고정된 동안 작업 표면에 대항하여 백업 패드의 스핀들에 5 lbf의 압축 하중을 인가하였다. 도 13b는 연마 패드와 작업 표면 사이의 FEA 예측된 접촉 압력 프로파일을 도시한다. 예시된 바와 같이, 접촉 압력은 압력 조정 특징부의 중심 디스크 위의 디스크의 중심 구역에서 실질적으로 더 크고 연마 디스크의 에지를 향해 감소하였다. 이러한 접촉 압력 프로파일의 이면의 이유는, 도 13c에 예시된 바와 같이 동심 링들 위의 구역들보다 디스크의 중심 구역에서 상당히 더 높은 압축 응력을 야기하는 압력 조정 특징부에 사용되는 재료들의 경도의 분포에 있다.

본 실시예의 패드를 제조하는 데 사용되는 재료는 패드의 절삭률 성능에 대한 패드에 걸친 압력 조정 특징부의 경도 변동의 영향을 단지 보여주기 위해 임의로 선택되었다. 그러나, 동심 링들의 개수와 패드에 걸친 그들의 경도를 조절함으로써, 절삭 패턴을 조절하고 패드에 걸친 원하는 절삭 프로파일을 획득할 수 있다.

실시예 4

본 실시예에서, 본 개시에서 도 14a 내지 도 14c에 예시된 것과 같은 불균일한 표면을 갖는 연마 백업 패드의 연마 성능을 실험적으로 평가하였다. 5 인치 직경의 패드를 제조하여 본 개시에서의 이러한 패드의 개념을 시험하였다. 패드는 도 14a에 예시된 백업 패드와 같은, 일 측에서의 원추형 표면 및 다른 측에서의 6061 알루미늄으로 제조된 스핀들을 갖는 평탄 표면을 포함하는 금속 백업 패드, 및 0.5 인치의 균일한 두께를 갖는 폼 층으로 제조된 압력 조정 특징부를 가졌다. 패드를 다음과 같이 제조하였다:

5 인치 외경을 갖는 원형 디스크를, 레이저 절삭 기계를 사용하여 맥마스터-카르, 부품 번호: 86375K114로부터 획득된 탄성 폴리우레탄 폼 시트 - 초연질(0.5 인치 두께 3 psi의 25% 압축을 위한 압력) - 로부터 절삭하였다.

3 밀 두께의 양면 스카치 VHB 테이프의 층을 금속 백업 패드의 전체 원추형 표면에 접착하였다.

이전 단계들에서 제조된 원형 폼 디스크를 그의 표면에서 원추형 백업 패드 상의 VHB 테이프 상으로 장착하였다.

3M NX 디스크 코팅된 산화알루미늄 디스크 - 매우 미세한 등급 - P180 그릿 - 5 인치 직경 - 31217을 그의 PSA 측으로부터, 금속 백업 패드로부터 떨어진 제조된 패드의 압력 조정 특징부의 자유 표면에 부착하였다.

상기의 실시예 2 연마 시험에 기술된 것과 동일한 연마 시험 절차를 사용하여 본 예의 연마 패드의 연마 성능을 평가하였다. 본 실시예의 연마 패드의 결과적인 절삭 프로파일이 도 14d에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 연마 패드에 걸쳐 작업 표면 상에 균일한 절삭 패턴이 적용되었다. 연마 패드를 작업 표면에 대항하여 맞물리게 함으로써, 작업 표면에 더 가까이 있었던 연마 패드의 중심 구역이 작업 표면과 먼저 접촉하고, 압력 조정 특징부의 중심 구역이 압축되어 연마 디스크 상의 다른 영역들이 작업 표면과 접촉하게 하였다. 따라서, 연마 디스크의 중심 영역은 연마 공정 동안 더 긴 시간 동안 작업 표면과 접촉하였으며, 이는 패드의 중심에 가까운 영역들로부터의 더 높은 재료 제거로 이어졌다. 또한, 패드의 중심 영역은 더 많은 압축을 받았으며, 이는 이러한 영역이 폼 층의 치밀화로 인해 패드의 다른 영역들보다 더 경질로 만들었다. 이는 패드의 중심 영역 아래에서의 더 높은 접촉 압력 및 패드의 에지를 향해 감소하는 접촉 압력 프로파일을 야기하였고, 이는 이어서 그의 에지를 향한 패드의 증가하는 선형 속도를 보상하였다. 결과적으로, 패드는 패드에 걸쳐 작업 표면으로부터의 균일한 재료 제거를 이루었다.

Claims

연마 디스크에 걸쳐 접촉 압력을 관리하는 방법으로서,
상기 연마 디스크의 반경에 걸쳐 작업 표면(worksurface)이 겪는 압력을 균일하게 하는 압력 조정 특징부(pressure tuning feature)를 포함하는 백업 패드(backup pad)에 상기 연마 디스크를 결합하는 단계;
상기 연마 디스크를 상기 작업 표면에 접촉시킴으로써 작업 표면을 연마하는 단계
를 포함하고,
상기 백업 패드는 상기 연마 디스크가, 압력 조정 특징부를 갖지 않는 백업 패드 상의 상기 연마 디스크와 비교할 때, 상기 연마 디스크의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 절삭률(cut rate)을 갖게 하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 탄성 변형가능한, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 상기 백업 패드와 상기 연마 디스크 사이에 위치되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 폼(foam), 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천(fabric) 층, 부직포 층, 또는 연질 고무를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층들 및/또는 다수의 재료들로 제조되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 백업 패드는 상기 압력 조정 특징부의 표면으로부터 연장된 채널들을 포함하고, 상기 연마 디스크는 분진 및 부스러기 추출을 위해 상기 백업 패드의 반대 측에 장착되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 불균일한 두께를 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 상기 백업 패드의 원추형 표면 상에 장착된 원추형 공동을 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부의 경도는 상기 패드에 걸쳐 그의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 변화하는, 방법.
연마 시스템용 백업 패드로서,
공구 맞물림 특징부;
연마 물품 맞물림 특징부; 및
상기 연마 물품 맞물림 특징부에 부착된 연마 물품의 절삭률 프로파일을 변경하는 압축가능 특징부
를 포함하는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 공구 맞물림 특징부는 상기 백업 패드의 제1 측에 있고, 상기 연마 물품 맞물림 특징부는 상기 백업 패드의 제2 측에 있으며, 상기 제1 측은 상기 제2 측의 반대편인, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 탄성 변형가능한, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 상기 백업 패드와 상기 연마 디스크 사이에 위치되는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 원하는 변형성을 제공하기 위해 패턴화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱되거나 음각된 재료를 포함하는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 폼, 음각되거나 구조화되거나 3D 인쇄되거나 엠보싱된 탄성중합체, 천 또는 부직포 층, 또는 연질 고무를 포함하는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 층상 또는 응집체 구성으로 다수의 층들 및/또는 다수의 재료들로 제조되는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 백업 패드는 감쇠 특징부의 표면으로부터 상기 백업 패드의 반대 측까지 연장된 채널들을 포함하는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 약 650 psi 미만의 탄성 모듈러스를 갖는 재료를 포함하는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 불균일한 두께를 갖는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 상기 백업 패드의 원추형 표면 상에 장착된 원추형 공동을 갖는, 백업 패드.
제10항에 있어서, 상기 압축가능 특징부의 경도는 상기 패드에 걸쳐 그의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 변화하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 압축가능 특징부의 경도는 상기 패드에 걸쳐 점진적으로 변화하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 압축가능 특징부의 경도는 상기 패드에 걸쳐 단계적으로 변화하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 압축가능 특징부는 상이한 경도들을 갖는 동심 링들을 포함하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 압축가능 특징부의 경도는 상기 패드의 중심으로부터 그의 주연부를 향해 감소하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 패드에 걸친 상기 압축가능 특징부의 경도의 변화는 상기 패드의 중심으로부터의 거리에 비례하는, 백업 패드.
제21항에 있어서, 상기 백업 패드는 원추형, 반구형, 또는 돔형 형상인 표면을 갖는, 백업 패드.
로봇 연마 시스템용 스핀들로서,
공구 맞물림 샤프트;
백업 패드 맞물림 표면
을 포함하고,
상기 백업 패드 맞물림 표면은 작업 표면에 대항하여 상기 백업 패드에 의해 가해지는 압력 프로파일을 수정하는 압력 조정 특징부를 포함하는, 스핀들.
제28항에 있어서, 상기 공구 맞물림 샤프트는 가동 로봇 아암(motive robotic arm)과 맞물리는, 스핀들.
제29항에 있어서, 상기 가동 로봇 아암은 힘 제어 유닛을 포함하는, 스핀들.
제30항에 있어서, 제어기가 상기 스핀들을 통해 수신된 피드백에 기초하여 상기 힘 제어 유닛을 조절하는, 스핀들.
제28항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 상기 백업 패드 맞물림 표면 내의 복수의 개구들을 포함하는, 스핀들.
제32항에 있어서, 상기 복수의 개구들은 상기 백업 패드 맞물림 표면을 통해 완전히 연장되는, 스핀들.
제32항에 있어서, 상기 복수의 개구들은 부스러기 제거 공구에 결합되는, 스핀들.
제32항에 있어서, 상기 복수의 개구들은 상기 공구 맞물림 샤프트 주위에 등거리로 배열된 한 세트의 개구들을 포함하는, 스핀들.
제32항에 있어서, 상기 한 세트의 개구들은 실질적으로 동일한 크기인, 스핀들.
제32항에 있어서, 상기 한 세트의 개구들은 제1 세트의 개구들이고, 상기 복수의 개구들은 제2 세트의 개구들을 포함하는, 스핀들.
제37항에 있어서, 상기 백업 패드 맞물림 표면은 상기 공구 맞물림 샤프트에 직각인 공구 부분의 제1 측에 있고, 상기 공구 부분은 상기 제1 측의 반대편인 제2 측에서 상기 공구 맞물림 샤프트와 맞물리며, 두께가 상기 제1 측과 상기 제2 측을 분리하고, 상기 제1 측은 제1 영역을 갖고 상기 제2 측은 제2 영역을 가지며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 연결하는 에지가 상기 백업 패드 맞물림 표면과 각도를 형성하도록 상기 제1 영역보다 더 작은, 스핀들.
제29항에 있어서, 상기 백업 패드 맞물림 표면은 복수의 만입부들을 갖는 주연부를 구비하는, 스핀들.
제39항에 있어서, 상기 압력 조정 특징부는 상기 백업 패드와 상기 연마 디스크 사이에 위치되는, 스핀들.