WECHSELN VON SCHLEIFMITTEL

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselstation, welche einer robotergestützten Schleifvorrichtung das automatisierte Wechseln von Schleifmittel wie z.B.

Schleifvlies-Scheiben (grinding flieece discs, auch als non-woven abrasive bezeichnet) ermöglicht.

HINTERGRUND

[0002] Schleifmaschinen wie z.B. Orbital Schleifmaschinen werden vielfach in Industrie und Handwerk eingesetzt. Orbitalschleifmaschinen sind Schleifmaschinen, bei denen einer Oszillationsbewegung (Vibration) eine Drehbewegung um eine Rotationsachse überlagert ist. Sie dienen häufig zur Endbearbeitung von Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität. Damit diese Anforderungen realisiert werden können, sollten Unregelmäßigkeiten während des Schleifvorganges möglichst vermieden werden. Dies geschieht in der Praxis meist dadurch, dass diese Aufgaben speziell bei der Herstellung von geringen Stückzahlen durch erfahrene Facharbeiter ausgeführt werden.

[0003] Bei robotergestützten Schleifvorrichtungen wird ein Schleifwerkzeug (z.B. eine Orbitalschleifmaschine) von einem Manipulator, beispielsweise einem Industrieroboter, geführt. Dabei kann das Schleifwerkzeug auf unterschiedliche Weise mit dem sogenannten Endeffektor des Manipulators, dessen Lage den TCP (Tool Center Poinf) festlegt, gekoppelt sein, sodass der Manipulator die Werkzeugmaschine praktisch beliebig positionieren kann. Industrieroboter sind üblicherweise positionsgeregelt, was eine präzise Bewegung des TCP entlang einer gewünschten Trajektorie ermöglicht. Um beim robotergestützten Schleifen ein gutes Ergebnis zu erzielen ist in vielen Anwendungen eine Regelung der Prozesskraft (Schleifkraft) nötig, was mit herkömmlichen Industrierobotern oft nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu realisieren ist. Die großen und schweren Armsegmente eines Industrieroboters besitzen eine zu große Massenträgheit, als das ein Regler (closed-loop controller) rasch genug auf Schwankungen der Prozesskraft reagieren zu könnte. Um die- ses Problem zu lösen, kann zwischen Endeffektor des Manipulators und dem Schleifwerkzeug ein im Vergleich zum Industrieroboter kleiner Linearaktor angeordnet sein, der den Endeffektor des Manipulators mit dem Schleifwerkzeug koppelt. Der Linearaktor regelt lediglich die Prozesskraft (also die Anpresskraft zwischen Werkzeug und Werkstück) während der Manipulator das Schleifwerkzeug samt Linearaktor positionsgeregelt entlang einer vorgebbaren Trajektorie bewegt.

[0004] Beim robotergestützten Schleifen kommen Wechselstationen zum Einsatz, mit deren Hilfe der Roboter Schleifmittel (wie z.B. Schleifscheiben) automatisiert wechseln kann. Die Wechselstation umfasst in der Regel eine Abzieheinheit, mit der verschlissene Schleifscheiben von der Trägerplatte (backing pad) der Schleifmaschine entfernt werden können, sowie ein Magazin mit neuen Schleifscheiben, das so konstruiert ist, dass der Roboter ein neue Schleifscheibe aus dem Magazin „abholen“ und diese an der Trägerplatte befestigen kann. In vielen Anwendungen werden Schleifscheiben mittels Klettverschluss (Hook and Loop Fastener, Velcro Fastener) an der Trägerplatte fixiert.

[0005] Wechsel Stationen zum automatisierten Wechseln von Schleifmittel sind in der Regel speziell für einen bestimmten Typ von Schleifmittel ausgelegt. In vielen Schleifprozessen kommen Schleifscheiben aus Schleifvlies, das auch als non-woven abrasive bezeichnet wird, zum Einsatz. Im Unterschied zu Schleifscheiben aus Schleifpapier sind Schleifscheiben aus Schleifvlies wesentlich dicker und weicher, was Auswirkungen auf die Anforderungen an den Wechselprozess hat (beispielsweise kann Vlies leichter reißen als Papier). Obwohl einige Konzepte für robotergestützte Wechselstationen zum Wechseln von Schleifscheiben existieren, sind bekannte Lösungen vergleichsweise komplex, aufwändig zu realisieren und daher teuer. Häufig werden auch bei robotergestützten Schleifprozessen verschlissene Schleifscheiben noch manuell ausgetauscht.

[0006] Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann also darin gesehen werden, eine Abzieheinheit und ein Magazin zur Verfügung zu stellen, welche einer robotergestützten Schleifvorrichtung das automatisierte Wechseln von Schleifscheiben (insbesondere von vergleichsweise dicken und weichen Schleifscheiben wie z.B. Schleifvlies-Scheiben) auf vergleichsweise einfache und dennoch zuverlässiger Weise ermöglicht. ZUSAMMENFASSUNG

[0007] Die oben genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtungen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Unterschiedliche Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0008] Im Folgenden wird ein Verfahren zum Entfernen eines Schleifmittels von einer von einer robotergestützten Schleifmaschine beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren folgendes: das Positionieren der Schleifmaschine an einem gekrümmten Ablageelement einer Abziehvorrichtung nahe an einem Klemmmechanismus der Abziehvorrichtung mittels eines Manipulators; das Klemmen des Schleifmittels durch Schließen der Klemmvorrichtung; das Durchführen einer Abrollbewegung der Schleifmaschine mit Hilfe des Manipulators, während das Schleifmittel das gekrümmte Ablageelement berührt, wodurch das Schleifmittel teilweise von einer Trägerplatte der Schleifmaschine gelöst wird; das Zurückziehen der Schleifmaschine mit Hilfe des Manipulators, sodass das Schleifmittel vollständig von der Trägerplatte abgelöst wird; und das Lösen des Klemmmechani smus .

[0009] Des Weiteren wird ein Verfahren zur automatischen Montage eines in einem Magazin bereitgestellten Schleifmittels auf eine Trägerplatte einer robotergestützten Schleifmaschine beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren folgendes: das Drücken des Schleifmittels (z.B. das oberste in einem Schleifmittel-Stapel) gegen die Rückseite eines Rückhalterings mit Hilfe eines Linearaktors, wobei der Linearaktor kraftgeregelt ist und das Schleifmittel mit einer definierten Anpresskraft gegen den Rückhaltering gedrückt wird; das Positionieren der Schleifmaschine über dem Magazin und Drücken der Trägerplatte der Schleifmaschine gegen eine Oberseite des Rückhalterings mit Hilfe eines Manipulators, wodurch das Schleifmittel an der Trägerplatte haftet; das Reduzieren der Anpresskraft von einem ersten Wert auf einen zweiten, niedrigeren Wert; und - anschließend - das Zurückziehen der Schleifmaschine von dem Magazin mit Hilfe des Manipulators, wodurch das an der Trägerplatte haftende Schleifmittel durch den Rückhaltering hindurch aus dem Magazin gezogen wird. Nach dem Zurückziehen der Schleifmaschine kann die Anpresskraft wieder auf den ersten Wert erhöht werden. [0010] Die Abziehvorrichtung und die Vorrichtung mit dem Magazin können zu einer Wechselstation zum automatisierten Wechseln von Schleifmitteln kombiniert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Abziehvorrichtung zum Entfernen eines Schleifmittels von einer robotergestützten Schleifmaschine folgendes auf: ein gekrümmtes Ablageelement für das Schleifmittel, das an einer Trägerplatte der Schleifmaschine montiert ist, und einen Klemmmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Schleifmittel durch Schließen des Klemmmechanismus in einer Klemmrichtung zu klemmen, während das Schleifmittel schräg in Bezug auf die Klemmrichtung auf dem gekrümmten Ablageelement liegt.

[0011] Die Vorrichtung zur automatischen Montage eines in einem Magazin bereit gestellten Schleifmittels auf eine Trägerplatte einer robotergestützten Schleifmaschine weist gemäß einem Ausführungsbeispiel folgendes auf: das Magazin, welches dazu ausgebildet ist, einen Stapel von Schleifmitteln aufzunehmen, wobei das Magazin einen Rückhaltering aufweist; einen Linearaktor, der dazu ausgebildet ist, den Stapel von Schleifmitteln gegen den Rückhaltering zu drücken; eine Steuerung für den Linearaktor, der dazu ausgebildet ist, die Anpresskraft, mit der der Stapel von Schleifmitteln gegen den Rückhaltering gedrückt wird, so einzustellen, dass die Anpresskraft zunächst einen definierten ersten Wert beträgt, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Anpresskraft von dem ersten Wert auf einen zweiten , niedrigeren Wert zu reduzieren, während der Stapel von Schleifmitteln weiterhin gegen den Rückhaltering gedrückt wird, um ein leichtes Herausziehen des obersten Schleifmittels des Stapels zu ermöglichen.

KURZE BESCHREBIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:

[0013] Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung.

[0014] Figur 2 zeigt schematisch das Schleifwerkzeug und die Schleifscheibe sowie die Befestigung der Schleifscheibe auf dem Schleifwerkzeug. [0015] Figur 3 ein weiteres Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung.

[0016] Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Magazins, welches eine automatisierte Montage von Schleifscheiben auf einer Schleifmaschine ermöglicht.

[0017] Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Rückhalterings, des Magazins aus Fig. 4.

[0018] Figur 6 und 7 illustriert exemplarisch den Ablauf der automatisierten Montage einer Schleifscheibe aus dem Magazin auf einer Schleifmaschine.

[0019] Figur 8 illustriert anhand eines Flussdiagramms ein Beispiel der automatisierten Montage einer Schleifscheibe aus dem Magazin auf einer Schleifmaschine.

[0020] Figur 9 illustriert exemplarisch einen Teilaspekt des Verfahrens aus Fig. 8.

[0021] Figur 10 illustriert eine Abziehvorrichtung zum automatisierten Abziehen von Schleifscheiben von der Trägerplatte einer Schleifmaschine.

[0022] Figur 11-16 illustrieren mehrere (Zwischen-) Schritte des Abziehvorgangs zum automatisierten Abziehen von Schleifscheiben von der Trägerplatte einer Schleifmaschine.

[0023] Figur 17 illustriert anhand eines Flussdiagramms ein Beispiel des automatisierten Abziehvorgangs zum automatisierten Abziehen von Schleifscheiben.

[0024] Figur 18 zeigt eine Modifikation/Erweiterung des Bespiels aus Fig. 10.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0025] Bevor verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden, wird zunächst ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung beschrieben. Diese umfasst einen Manipulator 1, beispielsweise einen Industrieroboter und eine Schleifmaschine 10 mit rotierendem Schleifwerkzeug (z.B. eine Orbitalschleifmaschine), wobei dieses mit dem Endeffektor und somit mit dem TCP des Manipulators 1 über einen Linearaktor 20 gekoppelt ist. Im Falle eines Industrieroboters mit sechs Freiheitsgraden kann der Manipulator aus vier Segmenten 2a, 2b, 2c und 2d aufgebaut sein, die jeweils über Gelenke 3a, 3b und 3c verbunden sind (siehe Fig. 1). Das erste Segment 2d ist dabei meist starr mit einem Fundament 41 verbunden (was jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein muss). Das Gelenk 3c verbindet die Segmente 2c und 2d. Das Gelenk 3c kann zweiachsig sein und eine Drehung des Segments 2c um eine horizontale Drehachse (Elevationswinkel) und eine vertikale Drehachse (Azimutwinkel) ermöglichen. Das Gelenk 3b verbindet die Segmente 2b und 2c und ermöglicht eine Schwenkbewegung des Segments 2b relativ zur Lage des Segments 2c. Das Gelenk 3a verbindet die Segmente 2a und 2b. Das Gelenk 3a kann zweiachsig sein und daher (ähnlich wie das Gelenk 3c) eine Schwenkbewegung in zwei Richtungen ermöglichen. Das Segment 2a bildet den Endeffektor und hat folglich eine feste Relativposition zum TCP. Üblicherweise hat das Segment 2a noch ein Drehgelenk (nicht dargestellt), das eine Drehbewegung um eine Längsachse des Segments 2a ermöglicht (in Fig. 1 als strichpunktierte Line eingezeichnet, entspricht der Drehachse des Schleifwerkzeugs). Jeder Achse eines Gelenks ist ein Aktor zugeordnet, der eine Drehbewegung um die jeweilige Gelenksachse bewirken kann. Die Aktoren in den Gelenken werden von einer Robotersteuerung 4 gemäß einem Roboterprogramm angesteuert.

[0026] Der Manipulator 1 ist üblicherweise positionsgeregelt, d.h. die Robotersteuerung kann die Pose (Ort und Orientierung) des TCP festlegen und diesen entlang einer vordefinierten Trajektorie bewegen. Wenn der Aktor 20 an einem Endanschlag anliegt, ist mit der Pose des TCP auch die Pose des Schleifwerkzeugs definiert. Wie eingangs bereits erwähnt, dient der Aktor 20 dazu, während des Schleifprozesses die Kontaktkraft (Prozesskraft) zwischen Werkzeug (Schleifmaschine 10) und Werkstück 40 auf einen gewünschten Wert einzustellen. Eine direkte Kraftregelung durch den Manipulator 1 ist für Schleifanwendungen in der Regel zu ungenau, da durch die hohe Massenträgheit der Segmente 2a-c des Manipulators 1 eine schnelle Kompensation von Kraftspitzen (z.B. beim Aufsetzen des Schleifwerkzeugs auf das Werkstück 40) mit herkömmlichen Manipulatoren praktisch nicht möglich ist. Aus diesem Grund ist die Robotersteuerung dazu ausgebildet, die Pose des TCP des Manipulators zu regeln, während die Kraftregelung ausschließlich vom Aktor 20 bewerkstelligt werden kann.

[0027] Wie bereits erwähnt, kann während des Schleifprozesses die Kontaktkraft FK zwischen Werkzeug (Schleifmaschine 10) und Werkstück 40 mit Hilfe des (Linear-) Aktors 20 und einer Kraftregelung (die beispielsweise in der Steuerung 4 implementiert sein kann) so eingestellt werden, dass die Kontaktkraft zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück 40 einem vorgebbaren Sollwert entspricht. Die Kontaktkraft ist dabei eine Reaktion auf die Aktorkraft, mit der der Linearaktor 20 auf die Werkstückoberfläche drückt (hinzu kommt noch die Gewichtskraft der Schleifmaschine). Bei fehlendem Kontakt zwischen Werkstück 40 und Werkzeug fährt der Aktor 20 aufgrund der fehlenden Kontaktkraft am Werkstück 40 gegen einen Endanschlag. Die Positionsregelung des Manipulators 1 (die ebenfalls in der Steuerung 4 implementiert sein kann) kann vollkommen unabhängig von der Kraftregelung des Aktors 20 arbeiten. Der Aktor 20 ist nicht verantwortlich für die Positionierung der Schleifmaschine 10, sondern lediglich für das Einstellen und Aufrechterhalten der erwünschten Kontaktkraft während des Schleifprozesses und zur Erkennung von Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Der Aktor kann ein pneumatischer Aktor sein, z.B. ein doppeltwirkender Pneumatikzylinder. Jedoch sind auch andere pneumatische Aktoren anwendbar wie z.B. Balgzylinder und Luftmuskel. Als Alternative kommen auch elektrische Direktantriebe (getriebelose elektrische Antriebe) in Betracht.

[0028] Im Falle eines pneumatischen Aktors kann die Kraftregelung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Regelventils, eines Reglers (implementiert in der Steuerung 4) und eines Druckluftspeichers realisiert werden. Die konkrete Implementierung ist jedoch für die weitere Erläuterung nicht wichtig und wird daher auch nicht detaillierter beschrieben.

[0029] Die Schleifmaschine 10 weist eine Schleifscheibe 11 auf, die auf einer Trägerscheibe 12 montiert ist. Die Oberfläche der Trägerscheibe 12 oder die rückseitige Oberfläche der Schleifscheibe 11 oder beide Oberflächen sind derart beschaffen, dass die Schleifscheibe 11 auf der Trägerscheibe 12 bei Kontakt ohne weiteres haftet. Beispielsweise wird ein Klettverschluss (hook and loop fastener) verwendet, sodass die Schleifscheibe 11 auf der Trägerscheibe haften bleibt. Eine lösbare Klebeverbindung, eine lösbare Rastverbindung oder ähnliches könnte ebenfalls verwendet werden.

[0030] Fig. 2a zeigt die Schleifmaschine 10 mit montierter Schleifscheibe 11. Im Betrieb wird die Trägerscheibe 12 von einem Elektromotor der Schleifmaschine 10 angetrieben und die Schleifscheibe 11 rotiert mit der Trägerscheibe 12 (Drehachse A). Im Falle einer Orbitalschleifmaschine führt die Trägerscheibe 12 eine komplexere Bewegung aus, nämlich eine Rotation um zwei parallel liegende Drehachsen mit definiertem Achsversatz. Die Schleifscheibe 11 besteht beispielsweise aus einem Schleifvlies, ist flexibel (biegsam) und kann von der Trägerscheibe abgezogen werden. Fig. 2b zeigt die Schleifmaschine 10 mit abgezogener Schleifscheibe 11. Fig. 2c zeigt neben der Seitenansicht auch eine Ansicht von unten (in Richtung der Drehachse A) auf die Schleifscheibe 11. [0031] In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel einer an einem Aktor 20 montierten Schleifmaschine 10 dargestellt. Der Aktor 20 weist einen ersten Flansch 21 auf, der starr mit dem Manipulator 1 (z.B. Endeffektor 2a in Fig. 1) verbunden sein kann. An dem dem Flansch 21 gegenüberliegenden Ende des Aktors 20 befindet sich ein zweiter Flansch (in Fig. 3 verdeckt), an dem die Schleifmaschine 10 montiert ist. In Fig. 3 ist z.B. auch der Anschluss 15 für einen Schlauch, über den eine Absaugung von Schleifstaub erfolgen kann, dargestellt. Eine Schleifstaubabsaugung ist jedoch optional. An dieser Stelle sei angemerkt, dass Schleifvlies-Scheiben meistens viel dicker sind als es in Fig. 3 dargestellt ist.

[0032] Trotz Automatisierung des Schleifprozesses mit robotergestützten Schleifvorrichtungen erfolgt das Wechseln der Schleifscheibe häufig noch manuell, indem von einer Bedienperson die Schleifscheibe 11 am Rand mit Daumen und Zeigefinger gegriffen und danach von der Trägerscheibe abgezogen wird. Existierende automatische Lösungen zum automatischen Wechseln von Schleifscheiben sind relativ kompliziert, wobei die Komplexität beispielsweise dadurch entsteht, dass die Schleifscheibe 11 vor dem Abziehen von einer mechanischen Vorrichtung gegriffen werden muss. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele können insbesondere bei dicken und flexiblen Schleifscheiben (z.B. aus Schleifvlies) Vorteile bieten. Im Folgenden wird zunächst ein Magazin für Schleifscheiben beschrieben, welches eine automatische Bestückung einer von einem Roboter geführten Schleifmaschine mit einer (neuen) Schleifscheibe ermöglicht. Des Weiteren wird ein korrespondierendes Verfahren beschrieben. Anschließend wird eine Abziehvorrichtung beschrieben, die das automatische Entfernen von Schleifscheiben von der Trägerplatte der Schleifmaschine ermöglicht, sowie ein korrespondierendes Verfahren.

[0033] Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Magazins 5, welches eine automatisierte Montage von Schleifscheiben 11 auf einer Schleifmaschine 10 ermöglicht. Das Magazin 5 umfasst ein einen Rahmen oder ein Gehäuse 50. In dem dargestellten Beispiel ist in dem Gehäuse eine Auflageplatte 53 verschiebbar gelagert. In dem Gehäuse 50 befindet sich auf der Auflageplatte 53 ein Stapel von Schleifscheiben 11. Mit der Auflageplatte 53 ist ein Linearaktor 51 verbunden. Dieser ist dazu ausgebildet, die Auflageplatte 53 mit dem Schleifschei- ben-Stapel nach oben zu drücken. Im dargestellten Beispiel befindet sich der Aktor 51 ebenfalls in dem Gehäuse 50 unterhalb der Auflageplatte 53. Der Aktor 51 kann ein pneumatischer Aktor sein, beispielsweise ein Pneumatikzylinder. Es sind jedoch auch andere Typen von Linearaktoren einsetzbar, beispielsweise ein Balgzylinder oder auch ein elektrischer Direktantrieb. Der Aktor 51 kann auch eine Kombination eines aktiven Antrieb und einer (passiven) Feder beinhalten.

[0034] In dem dargestellten Beispiel ist an der Oberseite des Gehäuses 50 ein Rückhaltering 52 (retainer ring) derart angeordnet, dass der Aktor 51 den Stapel von Schleifscheiben 11 gegen eine Unterseite des Rückhalterings 52 drückt. Die Aktorkraft FA, mit der der Linearaktor 51 die oberste Schleifscheibe gegen den Rückhaltering 52 drückt ist einstellbar. Zu diesem Zweck ist der Aktor 51 mit einer Steuerung 59 gekoppelt, welche die von dem Aktor auf die Auflageplatte 53 ausgeübte Kraft einstellen kann. Die Art und Weise und der Zweck der Kraftregelung durch die Steuerung 59 wird später noch detaillierter erläutert.

[0035] Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Rückhalterings 52 des Magazins 5 aus Fig. 4. Der maximale Innendurchmesser des Rückhalterings 52 ist mit Ri bezeichnet, wohingegen der Außendurchmesser der Schleifscheiben 11 mit R2 bezeichnet ist. Der Innendurchmesser Ri des Rückhalterings 52 ist größer als der Außendurchmesser R2 des Schleifscheiben-Stapels (Ri > R2). Um zu verhindern, dass der Aktor 51 die Schleifscheiben aus dem Magazin herausschieben kann, weist der Rückhaltering 52 einen oder mehrere Vorsprünge 52a-d auf, welche die Kante der obersten Schleifscheibe des Stapels überragen (überlappen). Das heißt, die Vorsprünge 52a-d sind nach innen (zum Mittelpunkt des Rückhalterings 52 hin) gerichtet.

[0036] Der Aktor 51 wird mit Hilfe der Steuerung 59 kraftgeregelt. Das heißt, die Kraft, mit der die oberste Schleifscheibe mit ihrer Rückseite nach oben gegen die Vorsprünge 52a-d des Rückhalterings 52 gedrückt wird, ist einstellbar (z.B. 50 Newton). Im Falle eines pneumatischen Aktors kann die Kraftregelung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Regelventils (nicht dargestellt), eines Reglers (implementiert in der Steuerung 59) und eines Druckluftspeichers (nicht dargestellt) realisiert werden. Die konkrete Implementierung einer Kraftregelung ist an sich bekannt und für die weitere Erläuterung nicht wichtig und wird daher an dieser Stelle nicht weiter diskutiert.

[0037] Fig. 4 zeigt das mit Schleifscheiben befüllte Magazin 5 in einem Ausgangszustand, in dem der Aktor 51 den Schleifscheibenstapel mit definierter (geregelter) Kraft FA=FAI nach oben gegen den Rückhaltering 52 drückt. Im Betrieb des Magazins (nach dem Befüllen mit Schleifscheiben) berührt die oberste Schleifscheibe des Stapels den Rückhaltering 52, d.h. der Schleifscheibenstapel wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden Montagevorgängen nicht abgesenkt und das Magazin 5 bleibt einsatzbereit, ohne dass der Schleifscheibenstapel vor jedem Bestückungsvorgang (Montagevorgang) angehoben werden muss.

[0038] Zu Beginn eines Bestückungsvorgangs, positioniert der Roboter die Schleifmaschine 10 über dem Magazin, sodass die Trägerplatte 12 der Schleifscheibe im Wesentlichen koaxial zu dem Schleifscheibenstapel liegt. In anderem Worten, die Trägerplatte 12 der Schleifmaschine 10 wird mittig über dem Schleifscheibenstapel und im Wesentlichen parallel zum Rückhalterung 52 positioniert und anschließend mit geringer Kraft gegen die Oberseite des Rückhalterings gedrückt. Da der Schleifscheibenstapel (durch den Aktor 51) aktiv nach oben gedrückt wird, berührt die Rückseite der obersten Schleifscheibe 11 die Unterseite der Trägerplatte 12. Als Folge dessen haftet die Rückseite der obersten Schleifscheibe 11 an der Unterseite der Trägerplatte 12, weil die beiden korrespondierenden Oberflächen beispielsweise aus einem Material bestehen, die zusammen einen Klettverschluss bilden. Wie erwähnt können auch andere Verbindungstechniken zum Einsatz kommen.

[0039] Insbesondere bei der Verwendung eines Klettverschlusses kann es vorteilhaft sein, dass der Roboter die Trägerplatte 12 parallel zum Rückhaltering 52 geringfügig hin- und her bewegt, während die Trägerplatte 12 die oberste Schleifscheibe berührt. Diese geringfügige Bewegung führt dazu, dass sich die Schlaufen (loops) und die Haken (hooks) des Klettverschlusses fest verbinden (ineinander verhaken). Diese Situation ist in Fig. 6 dargestellt. Die Pfeile symbolisieren, die Aktorkraft FA des Aktors 51, das Andrücken der Schleifmaschine gegen die Oberseite des Rückhalterings 52 und die erwähnte Bewegung in Querrichtung.

[0040] Während des in Fig. 6 dargestellten Montagevorgangs muss die Aktorkraft FAI relativ hoch sein, damit die oberste Schleifscheibe des Stapels nach oben hin etwas aus dem Rückhaltering 52 „herausquillt“ (ooze out) und die Schleifscheibe 11 gut an der Trägerscheibe haftet. Durch das Drücken des Schleifscheibenstapels wird die oberste Schleifscheibe des Stapels gegen die Unterseite des Rückhalterings 52 (gegen die Vorsprünge 52a-d, siehe Fig. 5) geklemmt. Diese Klemmung kann manchmal dazu führen, dass beim Abheben der Schleifmaschine 10 von dem Magazin, die Verbindung zwischen Trägerplatte 12 und Schleifscheibe 11 wieder gelöst wird und der Montagevorgang fehlschlägt. Bei manchen Systemen wird daher der Schleifscheibenstapel nach dem Montagevorgang abgesenkt, um die erwähnte Klemmung zu lösen. Dieses Absenken hat jedoch den Nachteil, dass die Schleifscheiben entlang ihres Umfangs an der Innenseite des Rahmens/Gehäuses 50 oder an anderen Komponenten im Inneren des Gehäuses scheuert und zu Verschleiß führt. Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen arbeitet der Aktor 51 jedoch kraftgeregelt, weshalb es möglich ist, vor dem Abheben der Schleifmaschine von dem Magazin die Aktorkraft FA von FAI auf FAO abzusenken (FAO<FAI), um die Klemmwirkung deutlich zu reduzieren und ein einfaches „Herausziehen“ der Schleifscheibe aus dem Magazin 5 zu ermöglichen, ohne den Schleifscheibenstapel abzusenken (d.h. der Schleifscheibenstapel berührt die ganze Zeit die Unterseite des Rückhalterings). Danach wird die Aktorkraft FA wieder auf den Sollwert FAI erhöht und das Magazin ist sofort bereit für den nächsten Montagevorgang. Diese Situation ist in Fig. 7 dargestellt. Die Auflageplatte 53 wird nur zum Befüllen des Magazins 5 mit neuen Schleifscheiben abgesenkt (d.h. die Kraftregelung wird ausgeschaltet oder die Aktorkraft auf null reduziert).

[0041] Der oben beschriebene Prozess wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm aus Fig. 8 zusammengefasst. Der Schleifscheibenstapel im Magazin 4 wird mit einer definierten Kraft FAI von unten gegen den Rückhaltering 52 gedrückt (Fig. 8, Schritt Sl) und das Magazin ist bereit für einen neuen Montagevorgang. Der Roboter positioniert (annähernd koaxial zu dem Rückhaltering 52) die Schleifmaschine 10 über dem Magazin 5 (Fig. 8, Schritt S2). Anschließend wird die Trägerplatte der Schleifmaschine (z.B. mit dem Aktor 20, siehe Fig. 3) gegen den Rückhaltering 52 gedrückt (Fig. 8, Schritt S3) und die oberste Schleifscheib des Stapels haftet an der Trägerplatte beispielsweise mittels eines Klettverschlusses. Vor dem Abheben der Schleifmaschine 10 von dem Magazin erhält die Steuerung 59 (siehe Fig. 4) ein Signal (z.B. von der Robotersteuerung 4, siehe Fig. 1), welches anzeigt, dass die vom Aktor 51 erzeugte Aktorkraft FA reduziert werden soll, und der Aktor 51 reduziert folglich die auf den Schleifscheibenstapel ausgeübte Kraft von FAI auf FAO (Fig. 8, Schritt S4). Anschließend wird die Schleifmaschine 10 vom Magazin 5 abgehoben und die montierte Schleifscheibe aus dem Magazin heraus gezogen (Fig. 8, Schritt S5).

[0042] Fig. 9 illustriert einen weiteren Aspekt des hier beschriebenen Konzepts zur Verbesserung der Genauigkeit der Kraftregelung, indem die Gewichtskraft des Schleifscheibenstapels berücksichtigt wird. Zunächst drückt der Aktor 51 den Schleifscheiben-Stapel gegen die Rückseite des Rückhalterings 52 (Fig. 9, Schritt Sl. l). Die Aktorauslenkung (Aktorposition) hängt von der Anzahl der Schleifscheiben im Magazin ab. Je weniger Schleifscheiben der Stapel aufweist, desto weiter muss der Aktor 51 die Auflageplatte 53 nach oben auslenken. Die Aktorauslenkung kann gemessen werden, und basierend auf der gemessenen Aktorauslenkung kann die Steuerung 59 die Gewichtskraft des Schleifscheibenstapels berechnen (Fig. 9, Schritt S1.2). Beispielsweise kann aus der Aktorauslenkung und einer bekannten Dicke der Schleifscheiben die Anzahl der Schleifscheiben im Magazin berechnet werden. Da das Gewicht einer einzelnen Schleifscheibe bekannt ist, kann aus der ermittelten Anzahl das Gesamtgewicht des Schleifscheibenstapels ermittelt werden. Alternativ kann auch die Dichte (Gewicht pro Höheneinheit des Stapels) des Schleifscheibenmaterials (z.B. Schleifvlies) in der Steuerung hinterlegt sein, sodass die Steuerung 59 aus Dichte und Aktorauslenkung einfach die Gewichtskraft des aktuell im Magazin befindlichen Stapels berechnen kann. Bei der Einstellung der Aktorkraft FA kann anschließend die Gewichtskraft des Stapels berücksichtigt werden (Fig. 9, Schritt S1.2).

[0043] Wenn beispielsweise die ermittelte Gewichtskraft des Schleifscheibenstapels 10 Newton beträgt, so wird die Aktorkraft FA auf 40 Newton (Sollkraft plus Gewichtskraft) eingestellt, um die oberste Schleifscheibe effektiv mit 30 Newton gegen den Rückhaltering 52 zu drücken. Somit wird verhindert, dass bei nur mehr wenigen Schleifscheiben im Magazin 5 die Aktorkraft (insbesondere der Wert FAO) ZU groß wird. Wenn beispielsweise die Gewichtskraft nur mehr 2 Newton beträgt, muss die Aktorkraft FA auf 32 Newton reduziert werden, um die oberste Schleifscheibe weiterhin mit 30 Newton gegen den Rückhaltering 52 zu drücken. Ohne Berücksichtigung der Gewichtskraft wäre die Kraft zu hoch.

[0044] Fig. 10 illustriert eine Abziehvorrichtung 6 zum automatisierten Abziehen von Schleifscheiben von der Trägerplatte einer Schleifmaschine. In dem dargestellten Beispiel weist die Abziehvorrichtung ein Gehäuse 60 mit einem Klemmmechanismus 62 auf. Das Gehäuse 60 ist nicht notwendigerweise geschlossen und kann auch durch einen Rahmen (offenes Gehäuse) oder dergleichen gebildet werden. Der Klemmmechanismus 62 wird durch die Klemmbacken 622 und 623 gebildet, die in einer Klemmrichtung (in Fig. 10 durch den gestrichelten Pfeil mit der Beschriftung „Klemmen“ skizziert) zueinander verschiebbar sind. Die Klemmbacke 623 ist ein Teil einer Platte, die am der Oberseite des Gehäuses 60 angeordnet ist, die Klemmbacke 622 ist in Klemmrichtung verschiebbar in oder an dem Gehäuse gelagert (z.B. mittels einer Linearführung) und kann mit Hilfe eines Linearaktors 61 bewegt werden. Das heißt, der Linearaktor 61 ist dazu ausgebildet, den Klemmmechanismus (entlang der Klemmrichtung) zu schließen oder zu lösen. Eine Klemmkante der Klemmbacke 622 (in Fig. 10 auf der linken Seite der Klemmbacke 622) fluchtet in Klemmrichtung mit einer korrespondierenden Kante der Klemmback 623. Der Aktor 61 kann ein beliebiger Linearaktor sein, beispielsweise ein Pneumatikzylinder, ein elektrischer Linearaktor, etc.

[0045] An jener Seite des Gehäuses 60, an der sich die Klemmbacken 622, 623 befinden, ist ein Auflageelement 64 angeordnet, welches an seiner Außenseite (dem Gehäuse abgewandten Seite) eine konvex gekrümmte Außenkontur aufweist. Vor dem Abziehvorgang ist die Klemmvorrichtung 62 geöffnet. Der Roboter positioniert die die Schleifmaschine mit (verschlissener) Schleifscheibe 11 schräg (in Bezug auf die z.B. vertikale Klemmrichtung) vor dem Auflageelement 64 und drückt anschließend die Schleifscheibe gegen einen Teil der gekrümmten Oberfläche des Auflageelements 64. Die Orientierung der Schleifmaschine 10 ist in Fig. 10 ebenfalls durch einen Pfeil (bezeichnet mit der Beschriftung „Positionieren“) dargestellt. Im dargestellten Beispiel steht die Drehachse der Schleifmaschine ca. 45° schräg zur Klemmrichtung. Es versteht sich dass die Klemmrichtung nicht notwendig entlang der Vertikalen verläuft, sondern es kommt nur auf die Schrägstellung der Schleifmaschine relativ zu der Klemmrichtung an. Ausgehend von der in Fig. 10 dargestellten Situation kann die Klemmvorrichtung 62 mit Hilfe des Aktors 61 geschlossen werden, um die Schleifscheibe 11 an einer Kante zu Klemmen.

[0046] Der Aktor kann einen Sensor zur Detektion einer Endlage aufweisen (z.B. einen Endlagen Schalter). Wenn beim Schließen des Klemmmechanismus der Aktor 61 bis in seine Endlage fährt, dann ist das ein Zeichen dafür, dass die Schleifscheibe 11 nicht korrekt zwischen den Klemmbacken 622 und 623 eingeklemmt wurde. In der in Fig. 11 dargestellten Situation ist die Schleifscheibe 11 korrekt zwischen den Klemmbacken 622 und 623 eingeklemmt und der Aktor 61 erreicht deshalb nicht seine Endlage. Abgesehen von dem geschlossenen Klemmmechanismus 62 ist Fig. 11 identisch mit Fig. 10.

[0047] Durch die Schrägstellung der Schleifmaschine werden mehrere Probleme gelöst, die bei bekannten Konzepten auftreten können. Gemäß einem bekannten Ansatz (siehe Publikation US 8517799 B2) wird zum Lösen einer Schleifscheibe eine Trennplatte parallel zur Oberfläche der Trägerplatte 12 zwischen Trägerplatte 12 und Schleifscheibe 11 eingeschoben. Diese Herangehensweise funktioniert jedoch nur bei bekannter Dicke der Schleifscheiben, insbesondere bei Schleifpapier. Die Dicke der Schleifscheibe ist jedoch nicht immer gleich und kann signifikant variieren (insbesondere bei relativ dicken Scheiben aus Schleifvlies, die durch Verschleiß dünner werden, sodass die Dicke verschlissener Scheiben von Fall zu Fall signifikant variieren kann). Gemäß einem anderen Ansatz wird die (verschlissene) Schleifscheibe gegen eine ebene Auflagefläche gedrückt (die parallel zur Trägerplatte 12 ist) und die Schleifscheibe mit einer Klemmbacke gegen die Auflagefläche geklemmt. In diesem Fall ist die Klemmrichtung parallel (nicht schräg) zur Drehachse der Schleifmaschine. Diese Herangehensweise funktioniert nur, wenn die Schleifscheibe etwas größer ist als die Trägerplatte. Bei der Verwendung von Schleifblüten (sogenannten Daisy Discs) ist das häufig der Fall.

[0048] Das hier beschriebene Konzept funktioniert zuverlässig, auch wenn die tatsächliche Dicke der Schleifscheibe nicht bekannt ist und die Schleifscheibe die Trägerplatte nicht überragt. Die Schleifscheibe kann sogar einen etwas geringeren Durchmesser aufweisen als die Trägerplatte 12 der Schleifmaschine. In Fig. 11 kann man leicht erkennen, dass die untere Kante (am Umfang der Schleifscheibe) durch die Schrägstellung zwischen den Klemmbacken 622 und 623 zum Liegen kommt, auch wenn die Schleifscheibe 11 nicht größer (oder sogar geringfügig kleiner) ist als die Trägerplatte 12, an der die Schleifscheibe

11 montiert ist.

[0049] Ausgehend von der in Fig. 11 dargestellten Situation bewegt der Roboter die Schleifmaschine 10 so, dass die Trägerplatte 12 eine Abrollbewegung auf der konvex gekrümmten Oberfläche des Auflageelements 64 durchführt, während der Aktor 20 (mit geringer Kraft) die Trägerplatte 12 gegen die Auflagefläche 64 drückt. Während der Abrollbewegung wird die Schleifmaschine 10 von dem Klemmmechanismus weg gedreht (gerollt). Die genannte Abrollbewegung ist mit mehreren Zwischenschritten in den Fig. 12, 13, 14 und 15 dargestellt. Diese Rollbewegung reduziert die Zugkraft in der Schleifscheibe im Bereich der Klemmung und verhindert, dass die Schleifscheibe 11 wieder aus dem Klemmmechanismus 62 herausgerissen wird bevor diese vollständig von der Trägerplatte

12 abgelöst worden ist.

[0050] Wie man in den Fig. 12, 13, 14 und 15 sehen kann, berührt während des Abrollvorgangs die flexible Schleifscheibe 11 die gekrümmte Oberfläche der Auflagefläche 64, was zu einer relativ hohen Reibkraft führt (ähnlich wie beim Wickeln eines Seils um einen Poller), die verhindert, dass die Belastung beim Abziehen der Schleifscheibe vollständig in den Klemmmechanismus eingeleitet wird. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass die Schleifscheibe 11 beim Abziehvorgang aus der Klemmvorrichtung 62 herausgerissen wird. Während der Abrollbewegung der Schleifmaschine wird die Schleifscheibe 11 nach und nach von der Trägerplatte 12 gelöst (z.B. wird der Klettverschluss aufgetrennt). Die in Fig. 15 dargestellte Situation zeigen das Ende der Abrollbewegung, bei dem nur mehr ein kleiner Teil der Schleifscheibe 11 an der Trägerplatte haftet.

[0051] Ausgehend von der in Fig. 15 dargestellten Situation kann der Roboter die Schleifmaschine 10 zurückziehen, sodass die Trägerplatte 12 von der Oberfläche des Auflageelements 64 abhebt, wodurch der noch haftende Teil der Schleifscheibe 11 von der Trägerplatte 12 gelöst wird. Anschließend kann der Aktor 61 angesteuert werden, sodass der Klemmmechanismus 62 wieder geöffnet wird und die Schleifscheibe 11 hinunterfällt (z.B. in einen Auffangbehälter). Das Signal zum Schließen und Klemmen der Klemmvorrichtung kann z.B. von der Robotersteuerung erzeugt werden (vgl. Fig. 1, Robotersteuerung 4).

[0052] Der Abziehvorgang wird im Folgenden anhand des in Fig. 17 dargestellten Flussdiagrams zusammengefasst. Gemäß Fig. 17 positioniert der Roboter die Schleifmaschine 10 mit der Schleifscheibe 11 auf einem konvex gekrümmten Ablageelement 64 an einem Klemmmechanismus 62 (Fig. 17, Schritt RI), wobei die Schleifmaschine 10 schräg in Bezug auf eine Klemmrichtung des Klemmmechanismus 62 positioniert wird, sodass eine Kante am Umfang der Schleifscheibe 11 von der Klemmvorrichtung 62 geklemmt werden kann. Anschließend wird die Schleifscheibe 62 an der Kante geklemmt (Fig. 17, Schritt R2, Klemmmechanismus wird aktiviert). Anschließend steuert der Roboter eine Abrollbewegung der Schleifmaschine 10 auf dem Ablageelement 64, während die Trägerplatte 12 gegen die Oberfläche des gekrümmten Ablageelements 64 gedrückt wird (Fig. 17, Schritt R3). Schließlich zieht der der Roboter die Schleifmaschine 10 von dem Ablageelement 64 zurück (Fig. 17, Schritt R4), wodurch die Schleifscheibe 11 endgültig von der Trägerplatte 12 abgelöst wird. Anschließend kann der Klemmmechanismus 62 gelöst werden (Fig. 17, Schritt R5) und die Schleifscheibe 11 kann herunterfallen (z.B. aus der Abziehvorrichtung heraus in einen Auffangbehälter).

[0053] Es versteht sich, dass die Abziehvorrichtung gemäß Fig. 10 und das Magazin gemäß Fig. 4zu einer Wechselstation kombiniert werden können. Im Hinblick auf die obige Beschreibung ist klar, dass ein Fachmann die beschriebenen Ausführungsbeispiele ergänzen oder modifizieren kann, um weitere Ausführungsbeispiele zu schaffen, ohne das den Ausführungsbespielen zugrunde liegende Konzept zu verändern. Beispielsweise kann die Ab ziehvorrichtung gemäß Fig. 10 in einer (z.B. horizontaler) Richtung verschiebbar gelagert und mittels einer Feder fixiert werden, sodass die Abziehvorrichtung gegen die Federkraft verschoben werden kann, wenn der Roboter die Schleifmaschine mit der Schleifscheibe auf dem konvex gekrümmten Ablageelement aufsetzt. Diese Situation ist in Fig. 18 dargestellt, die eine Modifikation / Erweiterung des Beispiels aus Fig. 10 darstellt. Ganz allgemein wird der Manipulator die Schleifmaschine so positionieren, dass die Kante der Trägerplatte 12 möglichst nahe an Klemmvorrichtung zum Liegen kommt (jedohc nur das Schleifvlies in die Klemmvorrichtung hineinragt), sodass die Klemmbacken 622 und 623 beim Schließen der Klemmvorrichtung das Schleifvlies möglichst nahe an der Kante der Trägerplatte 12 greifen (siehe Fig. 18, Abstand a möglichst klein, theoretisch null).

[0054] Auch das Magazin aus Fig. 4 kann gegen eine Federkraft in vertikaler Richtung verschiebbar gelagert sein, sodass das gesamte Magazin nachgibt wenn der Roboter die Schleifmaschine mit der Trägerplatte auf das Magazin aufsetzt. Diese Varianten können vorteilhaft sein, wenn die Schleifmaschine direkt mit dem Endeffektor des Roboters (ohne Aktor 20) verbunden ist. In manchen Anwendungen kann auf den Aktor 20 (vgl. Fig. 1) verzichtet werden oder der Aktor 20 kann durch eine passive Feder ersetzt werden. Nach dem Entfernen der Schleifscheibe von der Trägerplatte kann mittels optischer Inspektion (z.B. mittels Kamera) verifiziert werden, dass die Schleifscheibe tatsächlich vollständig entfernt wurde. Die optische Inspektion ermöglicht es auch zu verifizieren, ob nach dem Montageprozess die Schleifscheibe korrekt an der Trägerplatte haftet.

[0055] Abschließend sei angemerkt, dass Polieren als ein Spezialfall von Schleifen angesehen wird und folglich alles, was in Bezug auf eine Schleifmaschine bzw. einen Schleifprozess beschrieben wurde gleichermaßen für eine Poliermaschine und einen Polierprozess gilt.