PL240839B1 - Urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni przestrzennych przedmiotów oraz sposób obrabiania powierzchni przestrzennych przedmiotów z wykorzystaniem tego urządzenia - Google Patents

Description

PL 240 839 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni przestrzennych przedmiotów oraz sposób obrabiania powierzchni przedmiotów przestrzennych, zwłaszcza wielkogabarytowych, z wykorzystaniem tego urządzenia.

Obróbka strumieniowo-ścierna jest powszechnie stosowaną metodą do mechanicznej obróbki powierzchni. Metoda ta jest stosowana w celu uzyskania różnorodnych efektów obróbki jak oczyszczenie z zanieczyszczeń (tj. usuwanie rdzy, zgorzeliny lub starych powłok), przygotowanie powierzchni (schropowacenie) przed nakładaniem warstw ochronnych lub/i dekoracyjnych metalowych lub/i organicznych, wyrównanie nierówności, uszlachetnianie, formowanie lub umocnienie powierzchni. Jako przykład typowych zastosowań można wymienić, oczyszczanie z rdzy i nadawanie odpowiedniej chropowatości przed natryskiwaniem cieplnym metali lub/i malowaniem. Technologia ma szerokie zastosowania w przemyśle, zarówno w procesach produkcyjnych jak i remontowych.

Niniejszy opis odnosi się zwłaszcza do obróbki przedmiotów wielkogabarytowych, przy czym pod pojęciem przedmioty wielkogabarytowe rozumie się przedmioty przestrzenne, których każdy z trzech wymiarów wynosi co najmniej 1000 mm. Pod pojęciem ścierniwo należy rozumieć wszelkie ziarna ścierne lub inne media obróbkowe stosowane do obróbki strumieniowo-ściernej, niezależnie od ich natury i zastosowania.

Termin efektor lub efektor końcowy oznacza urządzenie umieszczone na końcu ramienia robota, tj. wieloczłonowego mechanizmu kinematycznego, zaprojektowane do oddziaływania z przedmiotami przeznaczonymi do obróbki.

Dysza śrutownicza, jest końcówką przewodu powietrznego, przez który jest wyrzucane ścierniwo z nadaną energią kinetyczną. Jest to rodzaj efektora stosowany do obróbki strumieniowo-ściernej pneumatycznej. Dysze śrutownicze są zazwyczaj zwężkami Venturi wykonanymi z materiału odpornego na ścieranie.

Turbina rzutowa jest urządzeniem napędzanym silnikiem elektrycznym, nadającym energię kinetyczną ścierniwu poprzez ruch obrotowy koła rzutowego.

Jest to rodzaj efektora stosowany przy obróbce strumieniowo-ściernej wirnikowej.

Termin strumień ścierniwa określa wiązkę ziaren ścierniw posiadającego energię kinetyczną nadaną poprzez efektor końcowy.

Śladem impaktowym (ang. hot spot) jest pole oddziaływania strumienia ścierniwa w miejscu zderzenia z powierzchnią referencyjną. Ślady są charakterystyczne dla określonej dyszy śrutowniczej lub turbiny rzutowej, dla określonego ścierniwa, w określonych warunkach pracy wynikających ze specyficznej gęstości i energii uderzeń/impaktów ziaren ścierniwa w obrabianą powierzchnię.

Komora śrutownicza jest to pomieszczenie przystosowane do wykonywania obróbki powierzchniowej na przedmiotach przestrzennych, zwłaszcza wielkogabarytowych, strumieniowo-ściernej zazwyczaj pneumatycznej a w przedmiotowym rozwiązaniu również obróbki strumieniowo-ścierna wirnikowej. Ze względu na gabaryty przedmiotu przestrzennego, oddziaływanie ścierniwa jest rozproszone.

Oczyszczarka wirnikowa jest to powszechnie stosowane urządzenie, w którym turbiny rzutowe są stacjonarne. Przestrzeń, w której lub przez którą przemieszczają się przedmioty obrabiane i są poddawane działaniu turbin, nazywana jest strefą gorąca (ang. hot zone) oczyszczarki wirnikowej, ze względu na skupione oddziaływanie strumieni ścierniwa.

Rozróżnia się trzy podstawowe techniki obróbki strumieniowo-ściernej, pneumatyczną, wirnikową i hydrościerną, przy czym ta ostatnia nie dotyczy niniejszego opisu.

Techniki te realizowane są w odmiennych urządzeniach, określonym zakresie zastosowania i z wykorzystaniem różnych metod sterowania.

W technice obróbki strumieniowo-ściernej pneumatycznej energia kinetyczna ścierniwa jest nadawana za pomocą sprężonego powietrza. Ścierniwo jest wyrzucane z dużą prędkością z dyszy śrutowniczej, która jest zasilana przez przewód gumowy elastyczny transportujący mieszankę ścierniwopowietrze. Dysza rzutowa jest ruchoma, sterowana ręcznie przez operatora trzymającego lancę w rękach, ewentualnie dysza może być kierowana za pomocą mechanizmów sterowanych nadążnie lub zgodnie z opracowanym programem.

Z uwagi na dużą prędkość wyrzutu ścierniwa, oraz towarzyszące duże natężenie hałasu oraz powstające zapylenie, obróbka pneumatyczna na przedmiotach wielkogabarytowych jest realizowana w komorach śrutowniczych. W tym przypadku komora śrutownicza jest pomieszczeniem odpornym na oddziaływanie mechaniczne ścierniwa, wyposażona w układ filtro-wentylacyjny oraz układ recyrkulacji

PL 240 839 B1 ścierniwa, w którego skład wchodzi m.in. podłogowy (poziomy) system transportu ścierniwa, pionowy system oczyszczania ścierniwa, układ oczyszczania (odpylania i klasyfikacji wielkości ziarna ścierniwa). Przykładowym systemem podłogowego odzysku ścierniwa są listwy zgarniakowe przemieszczające się w korytarzach.

W technice obróbki strumieniowo-ściernej wirnikowej energia kinetyczna ścierniwa jest nadawane przez turbiny rzutowe napędzane silnikiem elektrycznym. Główny element turbiny tworzy koło wirujące wyposażone w łopatki proste lub zakrzywione, obracające się z dużą prędkością. Ścierniwo jest napędzane poprzez to koło wirujące, które wykorzystuje kombinację sił promieniowych i stycznych, aby nadać ścierniwu wymaganą prędkość.

Wewnątrz korpusu turbiny jest umieszone koło wirujące, wewnątrz korpusu znajduje się ponadto wirnik rozdzielający, współosiowy z kołem rzutowym, odpowiedzialny za porcjowanie ścierniwa oraz nadawanie ziarnom ścierniwa wstępnego kierunku i przyśpieszenia. Usytuowana również współosiowo tuleja kontrolna obejmuje okno wyrzutowe ścierniwa, przez które wyrzucane jest ścierniwo. Położenie tej tulei decyduje o kącie wyrzutu strumienia ścierniwa w kierunku obrabianego przedmiotu w formie uderzających fal.

Znane są rozwiązania, gdzie obróbka przedmiotów wielkogabarytowych odbywa się w oczyszczarkach wirnikowych, w których jest zainstalowane zazwyczaj wiele turbin rzutowych. Zlokalizowane są one w taki sposób, aby strumienie ścierniwa pokrywały wszystkie powierzchnie obrabianego przedmiotu. Turbiny są zainstalowane w strefie gorącej na sposób stały (wyjątkowo możliwy jest ruch kątowy lub ruch tulei dozującej w turbinie), w której lub przez którą przemieszczają się przedmioty obrabiane.

Zważywszy, że w strefie gorącej oczyszczarek wirnikowych występuje skupiona ilość ścierniwa wyrzucanego z turbin, w układzie recyrkulacji stosowane są zsypy grawitacyjne lub/i śruby transportowe.

Z punktu widzenia ekonomicznego korzystnie wyróżnia się technika wirnikowa.

Powszechnie uznaje się, że efektywność energetyczna obróbki wirnikowej jest kilkadziesiąt razy większa od obróbki pneumatycznej. Technika obróbki strumieniowo-ściernej pneumatyczna i wirnikowa różnią się w dużym stopniu sprawnością energetyczną. Przy zastosowaniu jednakowej mocy rzędu 37 kW w technice pneumatycznej można uzyskać wydajność wyrzutu ok. 3 t/h materiału ściernego, natomiast w technice wirnikowej ok. 30 t/h. Zastosowanie dysz pneumatycznych wiąże się typowo z okrągłym śladem, a dla średnicy ok. 12 mm dysza może być obsługiwana ręcznie.

Przy zastosowaniu turbiny rzutowej ślady są eliptyczne, przy tym są większe niż w przypadku obróbki pneumatycznej, dzięki czemu można osiągnąć bardziej równomierne pokrycie powierzchni.

Turbina z racji swojej wagi nie może być operowana ręcznie (z wyjątkiem aplikacji oczyszczarki do powierzchni poziomych). Z tego powodu, zazwyczaj przedmiot poddawany obróbce jest przemieszczany przed turbiną stacjonarną.

Obróbka turbiną rzutową stacjonarną staje się mniej efektywna energetycznie, kiedy w określonej przestrzeni roboczej obrabiane są przedmioty o mniejszych gabarytach niż gabaryty nominalne komory na to pozwalają. Dzieje się tak z uwagi na to, że turbiny stacjonarne rzucają ścierniwo w stały określony sposób, a część materiału nie trafia w powierzchnie przedmiotu. Aby ograniczyć to niekorzystne zjawisko, przy mniejszych przedmiotach obrabianych można stosować takie zabiegi jak wyłączanie wybranych turbin czy zmiana kierunku rzucania, przy czym nie zawsze jest to możliwe zwłaszcza, gdy odległość turbiny od przedmiotu jest stała co wynika ze stacjonarności turbiny.

Do tej pory w stanie techniki obserwowano problem z wykorzystaniem oczyszczarek wirnikowych do obróbki elementów przestrzennych gabarytowych takich jak pojazdy lub części pojazdów, części maszyn. Wiadomo natomiast, iż dla takich gabarytowych przedmiotów korzystniejsza byłaby technika wirnikowa, która zapewnia większe pole ścierania względem pola ścierania zapewnionego przez dysze.

Ze stanu techniki znane są głównie urządzenia do przestrzennego przemieszczania dysz ze sprężonym powietrzem. Dokument EP0165911 ujawnia zrobotyzowaną platformę do mycia, piaskowania i malowania statków w suchych dokach. Platforma obejmuje poruszające się na szynach zamontowanych wzdłuż doku urządzenia zaopatrzone w zespoły robocze, m.in. zespół do piaskowania. Dokument ujawnia zespoły do manipulowania elementami roboczymi, ale nie odnosi się do poruszania turbiną rzutową w przestrzennym układzie współrzędnych.

Dokument EP3132895 ujawnia system piaskowania zawierający turbinę rzutową napędzaną za pomocą osiowo usytuowanego silnika napędowego, która jest zamontowana na komorze, w której odbywa się czyszczenie. Turbina rzutowa może wykonywać ruchy wahliwe w bardzo ograniczonym zakresie.

PL 240 839 B1

Dokument US3604157A ujawnia urządzenie do obróbki powierzchni zawierające: komorę do obróbki, środki do transportowania obrabianego przedmiotu mającego powierzchnię, która ma być poddana obróbce wewnątrz wspomnianej komory. Do czyszczenia zastosowano turbinę rzutową, która może wykonywać ruch wahliwy w ograniczonym zakresie. Przewidziano dostęp turbiny do określonych wybranych powierzchni obrabianego przedmiotu.

Konieczne jest zapewnianie nowych rozwiązań z zakresu obróbki strumieniowo-ściernej niwelującej wady rozwiązań znanych ze stanu techniki. Wynalazek według niniejszego zgłoszenia wychodzi naprzeciw aktualnemu zapotrzebowaniu na rozwiązania w zakresie energooszczędnego i możliwego do zautomatyzowania procesu obróbki ściernej dużych przedmiotów.

Czyszczenie przedmiotów, których powierzchnie są usytuowane pod różnymi kątami wymaga zastosowaniu wielu turbin rzutowych, przy czym zdarza się, że uzyskuje się niejednolite parametry obróbki dla różnych powierzchni przedmiotu, ponieważ turbiny muszą zajmować stałe położenie na obudowie komór do obróbki strumieniowo-ściernej.

Ze względu na gabaryty turbin rzutowych nie można ich rozmieszczać dowolnie ciasno obok siebie, ponadto przy gęstym rozstawieniu turbin może zdarzyć się, że do fragmentów czyszczonego przedmiotu docierają strumienie z dwóch turbin.

Istotą wynalazku jest urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni przedmiotów przestrzennych obejmujące obudowę, komorę roboczą z układem recyrkulacji ścierniwa, wieloczłonowy mechanizm kinematyczny do przemieszczania efektora podającego strumień ścierniwa, układ zasilania efektora ścierniwem recyrkulowanym. Urządzenie charakteryzuje się tym, że wieloczłonowy mechanizm kinematyczny obejmuje mechanizm kinematyczny globalny w układzie kartezjańskim 2-osiowym w płaszczyźnie poziomej oraz mechanizm kinematyczny lokalny, co najmniej 2-osiowy realizujący ruch pionowy i/lub obrotowy, i tym, że efektorem jest turbina rzutowa zamocowana na mechanizmie kinematycznym lokalnym, przy czym turbina rzutowa ma możliwość kierowania strumienia ścierniwa na powierzchnie przedmiotu obrabianego w przestrzeni roboczej wewnątrz obudowy.

Mechanizm kinematyczny lokalny może być obrotowym zespołem teleskopowym umocowanym pionowo do mechanizmu kinematycznego globalnego.

Mechanizm kinematyczny lokalny może obejmować obrotowy zespół teleskopowy i mechanizm obrotu turbiny wokół osi prostopadłej do osi pionowej.

Mechanizm kinematyczny lokalny może obejmować obrotowy zespół teleskopowy i mechanizm obrotu turbiny wokół dwóch osi prostopadłych do osi pionowej.

Korzystnie urządzenie charakteryzuje się tym, że turbina rzutowa ma zapewnione co najmniej cztery stopnie swobody.

Korzystnie również, gdy urządzenie charakteryzuje się tym, że turbina rzutowa ma zapewnionych pięć stopni swobody.

Korzystnie również, urządzenie charakteryzuje się tym, że turbina rzutowa ma zapewnionych sześć stopni swobody.

Urządzenie charakteryzuje się korzystnie tym, że wieloczłonowy zespół kinematyczny obejmuje belkę jezdną poruszającą się wzdłuż torowiska, przy czym wzdłuż belki jezdnej porusza się wózek jezdny, do którego jest zamocowany obrotowo zespół teleskopowy o osi wzdłużnej, którego ruchoma część niesie turbinę rzutową.

Korzystnie turbina rzutowa jest zamocowana obrotowo wokół poziomej osi.

Turbina rzutowa może być zamocowana obrotowo wokół osi prostopadłej do osi wzdłużnej zespołu teleskopowego.

Korzystnie urządzenie charakteryzuje się tym, że układ recyrkulacji obejmuje zgrzebłowy układ odbierający, który obejmuje korytarz ścierniwa usytuowany w części podłogowej, do odbierania materiału ściernego z przestrzeni roboczej.

Korzystnie również urządzenie charakteryzuje się tym, że obudowa ma postać prostopadłościennego pomieszczenia, przy czym torowisko jest usytuowane w górnej części komory i jest zamontowane na ścianach obudowy.

Urządzenie charakteryzuje się tym, że korzystnie turbina rzutowa jest zasilana przez przenośnik taśmowy usytuowany wzdłuż przestrzeni roboczej i przenośnik taśmowy usytuowany poprzecznie do przestrzeni roboczej.

Również korzystnie gdy turbina rzutowa jest zasilana z silosu przez przewód pneumatyczny.

Korzystnie również gdy turbina rzutowa jest zasilana z zasobnika pośredniego zamocowanego na wózku jezdnym, przy czym zasobnik jest cyklicznie zasilany z silosu.

PL 240 839 B1

Istotą wynalazku jest urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej obejmujące obudowę zapewniającą przestrzeń roboczą, z układem filtro-wentylacyjnym, wieloczłonowy mechanizm kinematyczny obejmujący zamocowany obrotowo zespół teleskopowy, środki do podawania strumienia materiału ściernego przystosowane do poruszania się wraz z ruchomą częścią zespołu teleskopowego i układ recyrkulacji materiału ściernego. Urządzenie charakteryzuje się tym, że środkiem do podawania strumienia materiału ściernego jest turbina rzutowa podająca strumień ścierniwa, która ma zapewnione co najmniej cztery stopnie swobody i jest dostosowana do podawania strumienia materiału ściernego w dowolnym punkcie przestrzeni roboczej wewnątrz obudowy.

Korzystnie turbina rzutowa może mieć zapewnionych pięć stopni swobody.

Korzystnie turbina rzutowa może mieć zapewnionych sześć stopni swobody.

Urządzenie charakteryzuje się tym, że wieloczłonowy zespół kinematyczny korzystnie obejmuje belkę jezdną poruszającą się wzdłuż torowiska, przy czym wzdłuż belki jezdnej porusza się wózek jezdny, do którego jest zamocowany obrotowo zespół teleskopowy o osi wzdłużnej, którego ruchoma część niesie turbinę rzutową.

Korzystnie turbina rzutowa może być zamocowana obrotowo wokół poziomej osi.

Również korzystnie turbina rzutowa może być zamocowana obrotowo wokół osi prostopadłej do osi wzdłużnej zespołu teleskopowego.

Urządzenie charakteryzuje się tym, że układ recyrkulacji korzystnie obejmuje zgrzebłowy układ odbierający, który obejmuje korytarz ścierniwa usytuowany w części podłogowej, do odbierania materiału ściernego z przestrzeni roboczej.

Urządzenie charakteryzuje się tym, że obudowa korzystnie ma postać prostopadłościennego pomieszczenia, przy czym torowisko jest usytuowane w górnej części komory i jest zamontowane na ścianach obudowy.

Korzystnie turbina rzutowa jest zasilana przez przenośnik taśmowy usytuowany wzdłuż przestrzeni roboczej i przenośnik taśmowy usytuowany poprzecznie do przestrzeni roboczej.

Również korzystnie turbina rzutowa jest zasilana z silosu przez przewód pneumatyczny.

Korzystnie jest także, gdy turbina rzutowa jest zasilana z zasobnika pośredniego zamocowanego na wózku jezdnym, przy czym zasobnik jest cyklicznie zasilany z silosu.

Ponadto istotą wynalazku jest sposób obrabiania powierzchni przestrzennych przedmiotów za pomocą urządzenia według wynalazku, w którym umieszcza się obrabiany przedmiot w przestrzeni roboczej komory, kieruje się strumień ścierniwa z turbiny rzutowej na powierzchnię obrabianego przedmiotu formując na powierzchni przedmiotu pole oddziaływania strumienia ścierniwa, zmienia się położenie strumienia ścierniwa w przestrzeni roboczej w trzech osiach, obraca się strumień ścierniwa wokół co najmniej jednej osi.

Korzystnie sposób charakteryzuje się tym, że obraca się strumień ścierniwa w dwóch osiach.

Korzystnie sposób charakteryzuje się tym, że obraca się strumień ścierniwa w trzech osiach.

Urządzenie według wynalazku zapewnia wysoką sprawność energetyczną procesu obróbki z uwagi na zastosowanie wirnikowej turbiny rzutowej, która umożliwia obrabianie większych powierzchni niż w przypadku zastosowania dysz pneumatycznych. Urządzenie może być stosowane do czyszczenia powierzchni dowolnie ukształtowanych przedmiotów, zwłaszcza przedmiotów o znacznych gabarytach. Urządzenie według wynalazku zapewnia uzyskanie jednolitych parametrów dla różnie usytuowanych powierzchni obrabianego przedmiotu przy zastosowaniu jednej turbiny rzutowej. Niezwykle korzystne jest to, że przedmiot obrabiany urządzeniem według wynalazku zostaje poddany procesowi obróbki bez konieczności poruszania się w komorze. Ujawniona komora do obróbki strumieniowo-ściernej jest w pełni zrobotyzowana umożliwiając zautomatyzowanie procesu obróbki.

Przedmiot wynalazku jest opisany poniżej w odniesieniu do przykładów wykonania pokazanych na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia schematyczny widok perspektywiczny urządzenia według wynalazku,

Fig. 2a przedstawia schematyczny widok wieloczłonowego mechanizmu kinematycznego do przemieszczania turbiny rzutowej w pierwszym przykładzie wykonania,

Fig. 2b przedstawia schematycznie sposób zmiany kierunku strumienia ścierniwa mechanizmu z Fig. 2a,

Fig. 3a przedstawia fragment wieloczłonowego mechanizmu kinematycznego w drugim przykładzie wykonania,

PL 240 839 B1

Fig. 3b przedstawia schematycznie sposób zmiany kierunku strumienia ścierniwa mechanizmu z Fig. 3a,

Fig. 4a przedstawia fragment wieloczłonowego mechanizmu kinematycznego w trzecim przykładzie wykonania,

Fig. 4b przedstawia schematycznie sposób zmiany kierunku strumienia ścierniwa mechanizmu z Fig. 4a,

Fig. 5 przedstawia urządzenie z pneumatycznym układem zasilania,

Fig. 6 przedstawia urządzenie z układem zasilania wyposażonym w przenośniki taśmowe,

Fig. 7 przedstawia urządzenie z układem zasilania wyposażonym w stacjonarny silos i ruchomy zasobnik.

Fig. 1 przedstawia urządzenie 1 do obróbki strumieniowo-ściernej. Urządzenie 1 obejmuje obudowę 2, która stanowi szczelne zamknięcie dla przestrzeni, która stanowi komorę roboczą i w której odbywa się obróbka, przy czym dla przejrzystości rysunku urządzenie zostało pokazane bez przedniej i tylnej ściany. Ponadto urządzenie 1 jest wyposażone w układ filtro-wentylacyjny 3, który zapewnia filtrowanie i wymianę powietrza w urządzeniu 1. Urządzenie 1 obejmuje układ recyrkulacji ścierniwa 4, który umożliwia pracę urządzenia w zamkniętym układzie obiegu ścierniwa. Układ recyrkulacji 4 obejmuje układ 5 zgrzebłowego transportu ścierniwa usytuowany w podłodze, znany przykładowo ze zgłoszenia patentowego P402365. Na Fig. 1 pokazano przykładowy przedmiot P przewidziany do obróbki. Przedmiot P zwykle ustawia się tak, żeby powierzchnie tego przedmiotu przewidziane do czyszczenia znajdowały się w przestrzeni roboczej W, tzn. zasadniczo prostopadłościennej przestrzeni, w której może być podany strumień ścierniwa na powierzchnie obrabianego przedmiotu.

Według wynalazku do obróbki strumieniowo-ściernej przewidziana jest turbina rzutowa 6, która jest poruszana przez wieloczłonowy mechanizm kinematyczny 7 urządzenia 1. Wieloczłonowy mechanizm kinematyczny 7 może mieć własną konstrukcję nośną lub może być zamocowany na wzmocnionej do tego celu obudowie 2 tak jak w pokazanym przykładzie wykonania na Fig. 1. Wieloczłonowy mechanizm kinematyczny 7 jest przystosowany do poruszania turbiną rzutową 6 w trzech kierunkach wyznaczonych osiami X, Y, Z przestrzennego układu współrzędnych. Ruch globalny w kierunku X jest realizowany poprzez przemieszczanie belki jezdnej 8 wzdłuż torowiska 9. Ruch w kierunku Y jest realizowany poprzez przemieszczanie wózka jezdnego 10 wzdłuż belki jezdnej 8. Torowisko 9, belka jezdna 8 i wózek jezdny 10 mogą mieć postać suwnicy. Mechanizm przesuwu belki jezdnej stanowi mechanizm kinematyczny globalny. Mechanizm kinematyczny globalny może obejmować prowadnicę usytuowaną tylko po jednej stronie komory, przy czym może to być prowadnica usytuowana na dowolnej wysokości, również przy podłodze.

Na wózku jezdnym 10 jest zamocowany obrotowo zespół teleskopowy 11 (Fig. 2a), przy czym zespół teleskopowy 11 może być napędzany za pomocą przekładni zębatej 12. Turbina rzutowa 6 jest zamocowana do wysuwanej części 13 zespołu teleskopowego 11. Obrotowo zamocowany zespół teleskopowy 11 zapewnia możliwość przemieszczania turbiny rzutowej 6 w kierunku osi Z oraz obracania turbiny rzutowej 6 wokół osi k równoległej do osi Z, w pokazanym przykładzie wykonania turbina 6 może wykonać obrót o kąt γ w zakresie 360°. Obrotowo zamocowany zespół teleskopowy 11 umożliwia ruch regionalny turbiny rzutowej, tzn. ruch doprowadzający turbinę do wyznaczonych punktów na obrabianym przedmiocie. Dzięki zastosowanemu wieloczłonowemu mechanizmowi kinematycznemu 7 turbina rzutowa 6 może poruszać się w trójwymiarowym układzie współrzędnych i wykonywać obrót wokół jednej z osi, a zatem ma zapewnione cztery stopnie swobody. Do zapewnienia turbinie rzutowej 6 czterech stopni swobody może być zastosowany dowolny inny wieloczłonowy mechanizm kinematyczny. W celu zdefiniowania pracy urządzenia można wyróżnić ruch globalny będący ruchem jedynie wzdłuż osi X, ruch regionalny, który ma za zadanie przemieścić turbinę rzutową do miejsca obróbki i ruch lokalny będący złożeniem ruchu w kierunku osi Z oraz ruchu samej turbiny, zarówno obrotowego jak i wahliwego i skrętnego omówionego poniżej. W uproszczeniu można wyróżnić jedynie mechanizm kinematyczny globalny umożliwiający przemieszczenie turbiny w miejsce obróbki i mechanizm kinematyczny lokalny umożliwiający manewrowanie turbiną w punkcie obróbki.

W dalszej części opisu przyjęto dla uproszczenia, że kierunek podawania ścierniwa tzn. kierunek działania strumienia ścierniwa jest opisany osią S usytuowaną centralnie wzdłuż strumienia ścierniwa podawanego z turbiny rzutowej 6. W opisanym powyżej przykładzie wykonania urządzenia 1, jak pokazano w uproszczeniu na Fig. 2b, oś S może obracać się wokół pionowej osi k usytuowanej równolegle

PL 240 839 B1 do osi Z przestrzennego układu współrzędnych i przemieszczać się w kierunkach X, Y, Z w tym układzie, przy czym pokazano jedynie kilka przykładowych pozycji w ruchu lokalnym turbiny wokół osi k. Oś k może być pochylona względem osi Z.

Wieloczłonowy mechanizm kinematyczny 7 umożliwia poruszanie turbiny rzutowej 6 w wewnątrz obudowy 2 i kierowanie strumienia ścierniwa na czyszczone powierzchnie w przestrzeni roboczej W. Urządzenie 1 według wynalazku może być przystosowane do obróbki przedmiotów nieruchomych lub przemieszczanych w czasie obróbki, przy czym duże przedmioty, takie jak korpusy pojazdów, zwykle są nieruchome w czasie obróbki. Istnieje możliwość obróbki części powierzchni czyszczonego przedmiotu P, a następnie po przesunięciu przedmiotu P obróbki pozostałych powierzchni tego przedmiotu. W czasie obróbki turbina rzutowa 6 kieruje strumień materiału ściernego na powierzchnie obrabianego przedmiotu, które znajdują się w przestrzeni roboczej W. Turbina rzutowa 6 może się przemieszczać zarówno wokół przestrzeni roboczej W jak i w tej przestrzeni. Urządzenie 1 do obróbki strumieniowościernej według wynalazku umożliwia podawanie strumienia materiału tak, aby utrzymać optymalne i jednolite warunki obróbki przedmiotu dla różnie ukierunkowanych powierzchni obrabianego przedmiotu, zwłaszcza aby utrzymać optymalny kierunek podawania strumienia względem powierzchni i optymalne rozmieszczenie śladów obróbki tzn. w taki sposób, że ślady obróbki zachodzą na siebie w minimalnym stopniu.

Fig. 3a przedstawia turbinę rzutową 6 zamocowaną obrotowo na ruchomej części 13 zespołu teleskopowego 11, turbina rzutowa 6 na ramieniu 14 może obracać się wokół osi m. Oś obrotu m jest usytuowana zasadniczo poziomo. Dla uproszczenia nie pokazano mechanizmu napędowego, do napędu może być zastosowana przekładnia zębata. W pokazanym przykładzie wykonania oś obrotu m turbiny jest odsunięta od osi obrotu k będącej osią wzdłużną zespołu teleskopowego 11, przy czym możliwe jest wykonanie, w którym oś obrotu m przecina oś obrotu k. Turbina rzutowa 6 może zostać obrócona o kąt β w zakresie od -90° do 90°. Dla tak zamocowanej turbiny rzutowej 6 oś strumienia ścierniwa S może się obracać wokół osi k oraz wokół osi m. Na Fig. 3b pokazano dwa przykładowe położenia turbiny rzutowej 6 i osi S strumienia ścierniwa, na rysunku pokazano w uproszczeniu sam wylot turbiny. Turbina 6 w pierwszym położeniu jest skierowana w pod kątem β1 w dół, turbina 6' znajduje się w położeniu po obrocie do góry wokół osi k o 180° i jest usytuowana pod kątem β2 względem osi m' pokazanej po obrocie, tzn. została dokonana zmiana położenia kątowego względem osi m. Turbina rzutowa 6 ma zapewnioną możliwość obrotu wokół dwóch osi k i m i może się przemieszczać zgodnie z kierunkami X, Y, Z w przestrzennym układzie współrzędnych, ma zatem pięć stopni swobody, turbina 6 może zatem kierować strumień ścierniwa zarówno z boku na obrabiany przedmiot jak również z dołu i z góry. Turbina rzutowa 6 może wykonywać bardziej złożone ruchy lokalne, przykładowo wewnątrz obrabianych przedmiotów.

Ponadto turbina rzutowa 6 może być zamocowana obrotowo wokół osi obrotu n na ruchomej części 13 zespołu teleskopowego 11 tak jak pokazano na Fig. 4a, turbina rzutowa 6 jest zamocowana na obrotowym zespole łożyskowym 15, przy czym dla uproszczenia nie pokazano zespołu napędowego. Oś obrotu n jest zasadniczo prostopadła do osi wzdłużnej k zespołu teleskopowego 11. Turbina rzutowa 6 może zostać obrócona o kąt φ w zakresie od 0° do 90°. Tak zamocowana turbina rzutowa 6 ma sześć stopni swobody, co umożliwia skierowanie strumienia ścierniwa na trudno dostępne powierzchnie obrabianego przedmiotu. Fig. 4b przedstawia dwa przykładowe położenia turbiny 6, w jednym położeniu turbina rzutowa 6 jest odchylona od położenia z Fig. 4a o kąt φ1, natomiast w drugim położeniu turbina rzutowa 6 jest odchylona o kąt φ2 większy od φ1. Turbina rzutowa 6 posiadająca sześć stopni swobody ma możliwość wykonywania dowolnych ruchów lokalnych. Mechanizm kinematyczny lokalny jest przystosowany do wykonywania ruchu pionowego i obrotu wokół trzech osi.

Turbina rzutowa 6 może być zasilana z silosu 16 przez przewód pneumatyczny 17 jak pokazano w uproszczony sposób na Fig. 5. Przewód pneumatyczny 17 jest elastyczny i jest dostosowany do efektywnego podawania ścierniwa w całym zakresie ruchu wykonywanego przez turbinę rzutową 6.

Turbina rzutowa 6 może być zasilana z silosu 18 (Fig. 6), z którego ścierniwo jest odbierane i przemieszczane za pomocą przenośnika taśmowego 19 usytuowanego wzdłuż komory 1, w kierunku X i dalej za pomocą przenośnika taśmowego 20, poprzecznie do komory w kierunku Y, do zsypu 21 i przez przewód 22 do turbiny rzutowej 6. Przekazywanie ścierniwa z przenośnika 19 na przenośnik 20 może się odbywać za pomocą elementu zgarniającego 23, natomiast z przenośnika 20 do zsypu 21 za pomocą elementu zgarniającego 24.

Fig. 7 przedstawia układ zasilania, w którym na wózku jezdnym 10 zamocowany jest zasobnik pośredni 26, który jest cyklicznie zasilany z silosu 25. Cykl pracy turbiny rzutowej 6 jest zależny od

Claims (29)

1. PL 240 839 B1 wymaganej wydajności podawania ścierniwa w czasie obróbki i pojemności zasobnika pośredniego 26. Ścierniwo jest podawane do turbiny rzutowej 6 przez przewód zasilający 27.

   Urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej jest zaopatrzone w układ recyrkulacji ścierniwa, który obejmuje korytarz transportu ścierniwa, układ separowania ścierniwa od zabrudzeń i układ transportowy. Urządzenie może być zaopatrzone w jeden lub więcej równoległych korytarzy transportu ścierniwa taki jak ujawniono w opisie zgłoszeniowym P402365 oraz ewentualnie jest zaopatrzona w korytarz poprzeczny transportu ścierniwa. Korytarz transportu ścierniwa jest korzystnie umieszczony w podłodze, przy czym wzdłuż tego korytarza może być usytuowany układ trakcyjny do przemieszczania zespołu kołowego po torze transportu do przemieszczania przedmiotu przewidzianego do obróbki. Korytarz z układem trakcyjnym może być umieszczony centralnie wzdłuż komory, przy czym tor transportu ma postać elementów szynowych rozmieszczonych obustronnie po bokach korytarza. Odprowadzanie ścierniwa odbywa się korzystnie za pomocą układu zgrzebłowego pracującego ruchem posuwistozwrotnym tak, że ścierniwo jest równomiernie przemieszczane wzdłuż korytarza. Odprowadzone ścierniwo może być alternatywnie podawane do silosu zasilającego turbinę najpierw w poziomie przenośnikiem ślimakowym lub pneumatycznie, a następnie w pionie za pomocą transportera kubełkowego. W ramach realizacji wynalazku możliwe jest zastosowanie również innych układów recyrkulacji ścierniwa.

   Do sterowania ruchami turbiny rzutowej niezbędne jest sterowanie poszczególnymi członami wieloczłonowego mechanizmu kinematycznego. W tym celu można zastosować dostępny na rynku sterownik programowalny, który realizuje zadania kinematyki prostej i odwrotnej, ze sterownikami serwonapędów członów mechanizmu. Sterownik umożliwia implementację własnych łańcuchów kinematycznych wykorzystując wspomniane moduły do sterowania centralnym punktem narzędzia (TCP) tzn. turbiny oraz kalkulacji pozycji poszczególnych osi układu.

   W zakresie wiedzy znawcy będzie dostosowanie dostępnych na rynku systemów sterujących i kontrolujących układ urządzenia według wynalazku, np. rozwiązania takie dostarcza m.in. firma SEWEURODRIVES w postaci platformy Motion Control „MultiMotion” z dodatkowym modułem technologicznym „Kinematics”.

   Pole oddziaływania strumienia ścierniwa, tzw. ślad impaktowy, jak wspomniano wyżej, jest charakterystyczne dla określonej turbiny rzutowej, dla określonego ścierniwa, w określonych warunkach pracy wynikających ze specyficznej gęstości i energii uderzeń/impaktów ziaren ścierniwa z powierzchnią referencyjną. Znawca każdorazowo zaprojektuje warunki pracy urządzenia tak, aby dostosować pole oddziaływania strumienia ścierniwa do przestrzenności obrabianego przedmiotu, jego materiału oraz materiału ścierniwa, jak i rodzaju obróbki. W zakresie wiedzy znawcy będzie realizacja sposobu według wynalazku, gdzie zaprogramowanej zmianie ulegać będzie położenie i/lub siła strumienia ścierniwa wydostającego się z turbiny rzutowej skutkując uzyskaniem odpowiedniego pola oddziaływania strumienia ścierniwa z powierzchnią obrabianego przedmiotu. Urządzenie według wynalazku zapewnia możliwość zmiany położenia strumienia ścierniwa w obrębie komory w trzech osiach i obracania strumienia ścierniwa wokół co najmniej jednej osi dla zapewnienia co najmniej czterech stopni swobody, korzystnie pięciu jak również sześciu stopni swobody. Mechanizm kinematyczny, w zależności od jego konkretnej konstrukcji, może oczywiście osiągnąć więcej niż sześć stopni swobody.

   Dzięki konstrukcji urządzenia według wynalazku możliwa staje się regulacja (w szerokim zakresie): kształtu i gęstości strumienia śrutu, prędkości i kierunku jego natarcia oraz siły oddziaływania na oczyszczane powierzchnie, co może być między innymi uzyskane za pomocą operowania odległością czy nachyleniem efektora do powierzchni obrabianego przedmiotu, co nie było dotychczas możliwe dla obróbki strumieniowo-ściernej z wykorzystaniem turbiny rzutowej.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni przedmiotów przestrzennych obejmujące obudowę, komorę roboczą z układem recyrkulacji ścierniwa, wieloczłonowy mechanizm kinematyczny do przemieszczania efektora podającego strumień ścierniwa, układ zasilania efektora ścierniwem recyrkulowanym, znamienne tym, że wieloczłonowy mechanizm kinematyczny obejmuje mechanizm kinematyczny globalny w układzie kartezjańskim 2-osiowym w płaszczyźnie poziomej oraz mechanizm kinematyczny lokalny, co najmniej 2-osiowy

   PL 240 839 B1 realizujący ruch pionowy i/lub obrotowy, i tym, że efektorem jest turbina rzutowa (6) zamocowana na mechanizmie kinematycznym lokalnym, przy czym turbina rzutowa (6) ma możliwość kierowania strumienia ścierniwa na powierzchnie przedmiotu obrabianego (P) w przestrzeni roboczej (W) wewnątrz obudowy (2).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm kinematyczny lokalny jest obrotowym zespołem teleskopowym (11) umocowanym pionowo do mechanizmu kinematycznego globalnego.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm kinematyczny lokalny obejmuje obrotowy zespół teleskopowy (11) i mechanizm obrotu turbiny wokół osi prostopadłej do osi pionowej.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm kinematyczny lokalny obejmuje obrotowy zespół teleskopowy i mechanizm obrotu turbiny wokół dwóch osi prostopadłych do osi pionowej.
5. 5. Urządzenie według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) ma zapewnione co najmniej cztery stopnie swobody.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) ma zapewnionych pięć stopni swobody.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) ma zapewnionych sześć stopni swobody.
8. 8. Urządzenie według jednego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że wieloczłonowy zespół kinematyczny (7) obejmuje belkę jezdną (8) poruszającą się wzdłuż torowiska (9), przy czym wzdłuż belki (8) jezdnej porusza się wózek jezdny (10), do którego jest zamocowany obrotowo zespół teleskopowy (11) o osi wzdłużnej (k), którego ruchoma część (13) niesie turbinę rzutową (6).
9. 9. Urządzenie według jednego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zamocowana obrotowo wokół poziomej osi (m).
10. 10. Urządzenie według jednego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zamocowana obrotowo wokół osi (n) prostopadłej do osi wzdłużnej (k) zespołu teleskopowego (11).
11. 11. Urządzenie według jednego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że układ recyrkulacji (4) obejmuje zgrzebłowy układ odbierający (5), który obejmuje korytarz ścierniwa usytuowany w części podłogowej, do odbierania materiału ściernego z przestrzeni roboczej (W).
12. 12. Urządzenie według jednego z poprzedzających zastrzeżeń, znamienne tym, że obudowa (2) ma postać prostopadłościennego pomieszczenia, przy czym torowisko (9) jest usytuowane w górnej części komory (1) i jest zamontowane na ścianach obudowy (2).
13. 13. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 1 do 12, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zasilana przez przenośnik taśmowy (19) usytuowany wzdłuż przestrzeni roboczej (W) i przenośnik taśmowy (20) usytuowany poprzecznie do przestrzeni roboczej (W).
14. 14. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 1 do 12, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zasilana z silosu (16) przez przewód pneumatyczny (17).
15. 15. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 1 do 12, znamienne tym, że turbina rzutowa jest zasilana z zasobnika pośredniego (24) zamocowanego na wózku jezdnym (8), przy czym zasobnik (24) jest cyklicznie zasilany z silosu (23).
16. 16. Urządzenie do obróbki strumieniowo-ściernej obejmujące obudowę zapewniającą przestrzeń roboczą, z układem filtro-wentylacyjnym, wieloczłonowy mechanizm kinematyczny obejmujący zamocowany obrotowo zespół teleskopowy, środki do podawania strumienia materiału ściernego przystosowane do poruszania się wraz z ruchomą częścią zespołu teleskopowego i układ recyrkulacji materiału ściernego, znamienne tym, że środkiem do podawania strumienia materiału ściernego jest turbina rzutowa (6) podająca strumień ścierniwa, która ma zapewnione co najmniej cztery stopnie swobody i jest dostosowana do podawania strumienia materiału ściernego w dowolnym punkcie przestrzeni roboczej (W) wewnątrz obudowy (2).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) ma zapewnionych pięć stopni swobody.
18. 18. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) ma zapewnionych sześć stopni swobody.

    PL 240 839 B1
19. 19. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 18, znamienne tym, że wieloczłonowy zespół kinematyczny (7) obejmuje belkę jezdną (8) poruszającą się wzdłuż torowiska (9), przy czym wzdłuż belki (8) jezdnej porusza się wózek jezdny (10), do którego jest zamocowany obrotowo zespół teleskopowy (11) o osi wzdłużnej (k), którego ruchoma część (13) niesie turbinę rzutową (6).
20. 20. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 19, znamienne tym, że turbina rzutowa jest zamocowana obrotowo wokół poziomej osi (m).
21. 21. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 20, znamienne tym, że turbina rzutowa jest zamocowana obrotowo wokół osi (n) prostopadłej do osi wzdłużnej (k) zespołu teleskopowego (11).
22. 22. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 21, znamienne tym, że układ recyrkulacji (4) obejmuje zgrzebłowy układ odbierający (5), który obejmuje korytarz ścierniwa usytuowany w części podłogowej, do odbierania materiału ściernego z przestrzeni roboczej (W).
23. 23. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 22, znamienne tym, że obudowa (2) ma postać prostopadłościennego pomieszczenia, przy czym torowisko (9) jest usytuowane w górnej części komory (1) i jest zamontowane na ścianach obudowy (2).
24. 24. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 23, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zasilana przez przenośnik taśmowy (19) usytuowany wzdłuż przestrzeni roboczej (W) i przenośnik taśmowy (20) usytuowany poprzecznie do przestrzeni roboczej (W).
25. 25. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 23, znamienne tym, że turbina rzutowa (6) jest zasilana z silosu (16) przez przewód pneumatyczny (17).
26. 26. Urządzenie według jednego z zastrzeżeń od 16 do 23, znamienne tym, że turbina rzutowa jest zasilana z zasobnika pośredniego (24) zamocowanego na wózku jezdnym (8), przy czym zasobnik (24) jest cyklicznie zasilany z silosu (23).
27. 27. Sposób obrabiania powierzchni przestrzennych przedmiotów za pomocą urządzenia według zastrzeżenia 1 albo 16, w którym umieszcza się obrabiany przedmiot w przestrzeni roboczej komory, kieruje się strumień ścierniwa z turbiny rzutowej na powierzchnię obrabianego przedmiotu formując na powierzchni przedmiotu pole oddziaływania strumienia ścierniwa, zmienia się położenie strumienia ścierniwa w przestrzeni roboczej w trzech osiach, obraca się strumień ścierniwa wokół co najmniej jednej osi.
28. 28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że obraca się strumień ścierniwa w dwóch osiach.
29. 29. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że obraca się strumień ścierniwa w trzech osiach.