Diese Erfindung betrifft die Verbindung von in-situ-Messvorrichtungen mit Drehschleifwerkzeugen. Bei der Verwendung und dem Betreiben von Schleifwerkzeugen können wesentliche Vorteile durch Echtzeit-Feedback zu dem Bedienungsmann oder dem Maschinenwerkzeug, der oder das das Schleifwerkzeug steuert, erreicht werden. Die Art von Echtzeit-Feedback mit der größten Signifikanz sind, zum Beispiel, Temperatur, Rauheit, die Position des Werkstücks während des Abschleifens, Schleifens oder Feinschleifens oder Rauheit. Bisher hing dies von dem Einsatz erfahrener Bedienungsmänner oder von Betriebsunterbrechungen ab, in welchen das Abschleifen mehr oder weniger häufig zur Messung unterbrochen wurde. In diesem Dokument ist der Begriff "Abschleifen" nicht nur als auf Verfahren bezogen zu verstehen, in denen wesentliche Mengen eines Materials von einer Oberfläche entfernt werden, sondern auch, und was vielleicht noch bedeutender ist, auch auf Verfahren, in denen die durchgeführte Arbeit als Feinschleifen, Polieren oder Läppen angesehen wird.

Es wurde nun ein Drehschleifwerkzeug konstruiert, dass auf eine Vielzahl von Arten gesteuert werden kann, um automatisch auf kritische Parameter zu reagieren und um den Betrieb als Reaktion auf Variationen in diesen Parametern anzupassen, ohne der Notwendigkeit, den Betrieb zu unterbrechen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Drehschleifwerkzeug bereit, das

a) eine Schleifscheibe, in die Löcher in solchen Intervallen durch die Schleifscheibe gelocht sind, dass eine Sicht auf die Oberfläche während des Schleifvorgangs möglich ist;

wobei die Schleifscheibe an

b) einer motorgetriebenen, drehbaren Welle angebracht ist; und

c) zumindest einen berührungslosen Sensor, der zur Ansicht und/oder Messung des Zustandes einer Werkstückoberfläche durch Löcher in der Schleifscheibe ausgerichtet ist, während diese rotiert,

umfasst.

Die Schleifscheiben kann steif sein, (d. h. selbsttragend), wird aber üblicherweise, was einfacher ist, durch eine Unterstützungsunterlage gestützt, wobei der Körper der Unterstützungsunterlage Löcher an den Orten aufweist, die denen der darauf gestützten Scheibe entsprechen, so dass es beim Rotieren möglich ist, ein Werkstück, das abgeschliffen wird, durch die Schleifscheibe und die Unterstützungsunterlage zu betrachten.

Schleifscheiben mit Sichtlöchern oder -öffnungen sind aus dem Stand der Technik zu dem Zweck bekannt, um dem Bedienungsmann zu erlauben, den Zustand der Oberfläche, die abgeschliffen wird, während des Abschleifens zu beurteilen. Solche Schleifscheiben sind beispielsweise in WO/US96/19191 beschrieben. Die vorliegende Erfindung geht jedoch wesentlich weiter, dadurch, dass das Drehschleifwerkzeug nicht nur zur Betrachtung der Werkstückoberfläche sondern auch zur Messung seines Zustands in anwendungsabhängiger Weise angepasst wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der berührungslose Sensor eine zur Messung der Oberflächenbeschaffenheit und/oder des Abstandes zwischen der Schleifscheibe und der Oberfläche des Werkstückes angepaßte Laservorrichtung. Somit kann ein solcher Sensor in einem automatisierten Prozess beispielsweise die Schleifscheibe in einer schnellen aber kontrollierten Weise in Richtung auf das Werkstück vorschieben, um so sowohl Verzögerungen als auch Beschädigungen des Werkstückes, die von einem übermäßig abrupten Anfangskontakt herrühren, zu vermeiden. Dann, wenn das Abschleifen begonnen wurde, kann der Laser die Oberfläche des Werkstückes überwachen und, durch geeignete Feedback-Mechanismen, den Schleifdruck kontrollieren oder das Werkzeug zurückfahren, wenn eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit hergestellt wurde. Dadurch, dass dies zu einem Teil des Drehschleifwerkzeug gemacht wird, wird sichergestellt, dass der Schleifvorgang effektiv mit einem minimalen Verlust an Zeit durchgeführt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist der berührungslose Sensor ein solcher, der speziell zur Messung der Oberflächentemperatur angepasst ist, beispielsweise unter Verwendung einer Infrarot-Sensorvorrichtung. Dies ist besonders wichtig, wenn die zu behandelnde Oberfläche eine angemalte Oberfläche ist. Moderne Automobilfarben beispielsweise neigen während des Schleifens oberhalb einer bestimmten Temperatur, die durch die Chemie der Polymermatrix bestimmt wird, während des Schleifens zur Kugelbildung (d. h., teilweise zu schmelzen oder zu erweichen und so kleine Kugeln oder Globuli aus Polymer zu bilden). Dadurch wird selbstverständlich die Schleifwirkung der Scheibe zerstört und es ist daher wesentlich, die Oberflächentemperatur während des Schleifens zu überwachen. Die Temperatursensorvorrichtung kann getrennt von einer Laser-Sensorvorrichtung oder in diese eingebaut sein, so dass beide Arten Oberflächenzustandsmessverfahren zur Verfügung stehen.

Andere berührungslose Sensoren können auf Lichtwellen (sowohl UV als auch sichtbare), Schallwellen und jede andere gewünschte Sorte elektromagnetischer Strahlung reagieren.

Die Schleifscheibe wird in praktischer Weise mit von drei bis sechs Öffnungen ausgestattet, die mit einer einheitlichen radialen Beabstandung von der Achse der Scheibe angeordnet sind. Die Größe der Öffnungen ist vorzugsweise groß genug, um sicherzustellen, dass, wenn das Werkzeug in Benutzung ist, die Oberflächenzustandssensoren ausreichende Daten empfangen können, um eine verwendbare Ablesung zu erhalten. Die Form der Öffnungen ist nicht entscheidend, im Allgemeinen sind aber runde Löcher bevorzugt, da diese maximale Sicht bei minimaler Störung der Kohäsion der Scheibe unter Schleifbedingungen ergeben. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Sensorvorrichtungen so angeordnet sind, dass sie an der radialen Position mit der maximalen Öffnungsfläche in der Scheibe durch die Scheibe blicken.

Da sich die am meisten relevante Information auf die Oberfläche des Werkstücks, dass tatsächlich beschliffen wird, bezieht, sind die Sichtöffnungen vorzugsweise in der radialen äußeren Hälfte der Scheibe angeordnet, da dies der Bereich ist, der am stärksten genutzt wird. In einigen Ausgestaltungen von Schleifscheiben ist es bekannt, Bereiche des Umfangs einer Scheibe zu entfernen, um so eine Sicht auf die Oberfläche unmittelbar an der Kante der Schleifscheibe zu erhalten. Solche entfernte, periphere Bereiche werden ebenfalls als "Öffnungen" angesehen, da sie die gleiche Funktionen wie Löcher in dem Körper der Scheibe erfüllen, aber an einer anderen Position der Scheibe.

Die Sensorvorrichtungen wirken durch das Aussenden und/oder den Empfang von elektromagnetischer Strahlung (deren Natur von dem Zustand, der gemessen wird, abhängt, wie oben angezeigt) durch die Öffnungen in der Scheibe. In der Praxis bedeutet dies, dass man das Detektionssystem mit den Umdrehungsgeschwindigkeiten der Scheibe und der Frequenz, mit der die Löcher das Detektionssystem passieren, synchronisieren würde. Dies stellt sicher, dass die maximale Information von den Sensorvorrichtungen empfangen wird.

Wenn die Scheibe steif ist, was beispielsweise der Fall wäre, wenn die Scheibe eine Lamellenschleifscheibe wäre, in der vierseitige Lamellen aus beschichtetem Schleifmaterial über eine Kante an eine steife, üblicherweise kappenförmige Scheibe in überlappender Anordnung entlang einer Oberfläche der Scheibe angebracht sind, wird keine Unterstützungsunterlage benötigt. Solche Scheiben werden zum Abschleifen von Schweißstellen und Fließnähten verwendet.

Die Oberfläche der Schleifscheibe kann von konventioneller Art sein, in der das Schleifkorn mittels üblicher Grund- und Deckschicht-Kombinationen an ein Trägermaterial gebunden ist, mit oder ohne einer Superdeckschicht, die spezielle Schleifeigenschaften oder Charakteristika verleiht. Sie kann aber auch eine verarbeitete Oberfläche haben, die mikro-replizierte Strukturen, wie beispielsweise Pyramiden oder Linien von parallelen Graten, umfasst, welche jeweils in einem Bindemittel dispergierte und an ein Trägermaterial haftende Schleifpartikel umfassen.

Schließlich kann die Oberfläche auch eine Schicht einer Formulierung umfassen, die Schleifpartikel umfasst, die in einem Bindeharz dispergiert sind und in einer relativ einheitlichen Schicht oder einer konturierten Struktur auf einem Träger abgeschieden sind.

Die verwendeten Schleifpartikel können jede der üblicherweise für diese Zwecke bereitgestellten Schleifpartikel sein und reichen von Aluminiumoxid, Aluminiumoxid- Zirkoniumdioxid und Siliziumcarbid im Bereich der allgemeinen Schleifanwendungen bis Diamant, CBN, Ceroxid, gamma-Aluminiumoxid und mikrokristallines alpha- Aluminiumoxid in den spezielleren Schleifanwendungen.

Die Bindemittel-Komponente der Schleifscheibe kann aus den im Handel für solche Anwendungen bekannten Bindemitteln ausgewählt werden. Diese schließen wärmehärtbare Harze, wie beispielsweise Harze auf Phenol- oder Epoxid-Basis, und strahlungshärtbare Harze, wie beispielsweise Acrylat-, Epoxy-Acrylat-, Urethan-Acrylat-Harze oder ähnliche Harze, die durch sichtbares oder UV-Licht sowie Elektronenstrahl-Strahlung härtbar sind. Ebenfalls eingeschlossen sind durch Feuchtigkeit härtbare Harze.

Das Mittel, mit denen die Schleifscheibe zum Rotieren gebracht wird, kann jedes geeignete Motor-Mittel sein, und das ganze Werkzeug kann eine auf einem Winkelschleifer, einem Handschleifer oder einem stationärem Schleifer oder Ähnlichem basierende Anpassung sein.

Vorteilhafterweise ist der Zustandsmessmechanismus mit Kontrollsystemen an dem Werkzeug verbunden, welche solche Parameter wie die Position des Werkzeuges bezogen auf einen Werkstück, die Kraft, mit der die Schleifscheibe das Werkstück berührt, und die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe regulieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Zustandsmessvorrichtung mit einem Benachrichtigungssystem verbunden sein, wie beispielsweise einer Leuchte, einer Klingel oder einem Summer, das anzeigt, dass ein gewünschter Endpunkt oder Grenzzustand erreicht wurde. Es ist offensichtlich, dass, wenn das Werkzeug zum Schleifen per Hand verwendet wird, die Verbindung vorzugsweise vom Benachrichtigungs-Typ ist.

Ein bevorzugter Einsatz ist in der Automobilindustrie, wo die Automation von Feinschleif- Verfahren weit fortgeschritten ist. Das Drehschleifwerkzeug der Erfindung ist besonders gut zur Entfernung von Feinschliff-Defekten angepasst, wobei das Werkstück eine lackierte Automobilblende ist. Ein Beispiel eines für diese Anwendung angepassten Werkzeug ist mit zwei Sensoren ausgerüstet: Einer ist eine Laservorrichtung zum Auslesen der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks während es poliert wird und um die Arbeit zu beenden, wenn die gewünschte Beschaffenheit erreicht wurde; und der zweite ist ein Temperatursensor, der so eingerichtet wird, dass er das Polieren unterbricht oder mildert, wenn die Temperatur der Oberfläche sich dem Punkt nähert, bei dem die Kugelbildung des Polymers der Anstrichfarbe ein Problem wird. Die bevorzugte Scheibe für das Werkzeug hat ein Muster aus drei Rundlöchern, wobei die Löcher gleichmäßig um die Scheibe herum angeordnet sind und wobei jedes in etwa in einem Abstand von zwei Dritteln des radialen Abstands von dem Mittelpunkt der Scheibe zum Umfang angeordnet ist. Der Durchmesser der Löcher beträgt von etwa 15 bis 30% des Radius der Scheibe. Die Schleifoberfläche ist für diese Anwendung eine herkömmliche und ist für das Werkzeug an sich nicht entscheidend.