用于加工工件表面的方法、刷组件和旋转刷工具与流程

本发明涉及一种用于借助刷组件加工工件表面的方法，所述刷组件具有能被旋转地驱动的刷支座和环形刷，该环形刷具有刷毛圈，该刷毛圈具有向外伸出的刷毛，其中，旋转的刷毛在采用沉入到旋转的刷毛圈中的可调节的止动器件的情况下以及通过蓄存动能而发生弹性变形，从而刷毛在其被释放之后不仅以旋转的方式、而且同时由于在经过止动器件之后释放的被蓄存的动能而以击打的方式加工工件表面。本发明还涉及一种刷组件和一种旋转刷工具。

背景技术：

开头描述的设计的方法示例性地且大部分在本申请人的专利ep1834733b1中描述。借助刷组件和止动器件能够以这种方式在被加工的工件表面上达到迄今仅通过喷砂加工才能实现的粗糙深度。实际上，观察到超过50μm、尤其是超过60μm直至100μm和更多的粗糙深度。所说明的粗糙深度总体上是指所谓的平均粗糙度ra(相应于din4764以及diniso1302作为在一参考段内的轮廓偏差的绝对值的算术平均值)。原则上，这是经受考验的并且多次在实践中应用。除此以外，同样源于本申请人的ep2618965b1描述了这种方法，在该方法中，止动器件同时作为用于刷毛的磨削体起作用。为了该目的，能够调节止动器件，该止动器件构成为例如可径向地和/或切向地调节。偏心的调节也是可行的。

当涉及确保工件表面的粗糙度时，现有技术原则上经受考验的是，给表面覆层或去除锈蚀。然而，为了对表面在涂漆、金属覆层和/或塑料覆层等方面的后续加工经常需要可重复地调节表面粗糙度或维持确定的预定值。这利用迄今所描述的做法不能直接地实现或必须最终手动地实现。以这种方式几乎不能可重复地加工工件的大的表面。在这里，本发明希望总体上提供补救措施。

技术实现要素：

本发明基于如下技术问题，进一步改进这种用于借助刷组件加工工件表面的方法，使得能够可重复地调节表面的期望的粗糙深度。

为了解决所述技术问题，这种类型的用于借助刷组件加工工件表面的方法按照本发明特征在于，根据工件表面的粗糙度调节止动器件和/或环形刷。

也就是说，按照本发明首先做法如下：根据工件表面的粗糙度进行止动器件和/或环形刷的调节。在此，本发明从如下认识出发：尤其是止动器件相对于保持环形刷且能被旋转地驱动的刷支座的轴线的径向位置改变直接影响工件表面的粗糙度。因为通过改变止动器件相对于环形刷的轴线的径向位置最终改变如下动能，刷毛利用该动能冲击到要加工的工件表面上。在此，总体上适用如下经验公式：止动器件相对于环形刷的有关的轴线的径向间距的尺寸确定得越小，动能就越高。因为将止动器件径向地布置在内部导致刷毛的变形提高和加强，并且因此导致如下动能的提高，刷毛利用该动能冲击到工件表面上。

这些基本的关系由robertj.stango教授等研究并且在多个公开文献中描绘。参考两个公开文献“surfacepreparationofship-constructionsteel/(abs-a)viabristleblastingprocess”，nacecorrosionconference&expo2010,第10385号论文以及“evaluationofbristleblastingprocessforsurfacepreparationofship-constructionsteel”(nacecorrosionconference&expo2012,第c2012-0001442号论文)。根据优选的实施方式，为了该目的，止动器件绝大部分径向地相对于旋转的环形刷的轴线可调节地构成或能够径向地相对于所述轴线调节。类似地，环形刷也可以被靠放到表面上和/或实施轴向运动。

工件表面的粗糙度能够在它那方面以触觉的方式和/或以非触碰的方式检测。实际上，就此而言，工件表面借助平均光洁度ra来获取。在此，涉及各个测量点与平均线的相应所测量的按照数值的偏差的算术平均法。在此，相应于diniso1302进行说明，如这在开头描述的那样。原则上，也可以测量和分析评价所谓的最大光洁度轮廓高度rz。在此，涉及由在单个的测量段内最大轮廓峰rp的高度和最大轮廓谷rv的深度构成的总和。作为最高轮廓点与最低轮廓点的垂直间距，rz是针对光洁度纵坐标值的偏离范围的数值。无论如何，原则上存在不同的解决方案来以触觉的方式和/或以非触碰的方式检测工件的粗糙度或光洁度表面。

在此，原则上可以采取如下做法，确定仍未借助环形刷或刷毛加工的工件表面的粗糙度或光洁度并且根据所述粗糙度或光洁度相应地调节止动器件和/或环形刷。然而通常来说，做法如下，检测已加工的表面的粗糙度。由此，止动器件可以相应地移动，更准确地说根据所确定的针对已加工的工件表面的粗糙度或光洁度的测量值来移动。为了该目的，有关的且已加工的表面的粗糙度借助开环控制/闭环控制单元根据表面的期望的粗糙度轮廓被转换成止动器件和/或环形刷的调节运动。也就是说，用于表面的粗糙度或光洁度的值(具体来说在示例情况中是平均光洁度ra或算术平均值ra)作为输入参数被用于开环控制/闭环控制单元的操控。根据期望的粗糙度或光洁度和具体来说算术平均粗糙度ra现在可以相应地调节止动器件和/或环形刷。如果例如要提高平均光洁度ra，那么例如止动器件借助开环控制/闭环控制单元径向地继续向内移动。反过来，为了减小的平均光洁度ra，止动器件的径向外部的位置是可行和可设想的。

除了这种原则上的开环控制以外，闭环控制也是可行的。在这种情况下，用于平均光洁度的实际值raist在示例情况中与存储在闭环控制单元中的且预定的平均光洁度的设定值rasoll相比较。根据所测量的实际光洁度raist相对于设定值rasoll的偏差，止动器件于是在闭合的闭环控制回路的意义下追踪。最终，由此可以使工件表面的粗糙度与实际的要求相适配、例如考虑到接着的涂漆、施加塑料覆层、施加金属覆层等。

表面的粗糙度能够以触觉的方式借助机械地探测表面的触针来检测。然而通常来说，在这一点上采取非触碰的做法。表面的粗糙度于是可以借助例如声波和优选在采用电磁波的情况下探测。在这一点上，利用电磁波和在这里专门借助激光器进行探测被证明为特别有利和优选的。

实际上在这里大多数情况下采取如下做法，在优选二维的三角测量方法的意义下探测要加工的工件表面或有关工件的已加工的表面。在此，激光射束在大多数情况下作为极其薄的光线以限定的角度被投影到要测量的表面上。激光器的原来直线的光线由于被加工的表面的粗糙度或光洁度在示例情况中与激光入射到表面上的入射角成比例地扭曲。借助光学的拍摄装置、例如显微镜结合摄像头，现在可以对这种所投影激光线的图像进行拍摄。表面轮廓现在能够直接地由光线的偏转算出，并且这种方法尤其是适用于确定平均光洁度ra。此外，以这种方式可以确定最大光洁度轮廓高度rz。这种可设想的三角测量方法的细节示例性地在ep0585893a1中描述。此外，参考如下公开文献：公司“amepa”在网址“amepa.de”下的主题“srm在线光洁度测量”。

本发明特别优选地不仅采用如下可行性方案：止动器件相对于环形刷典型地可以沿径向方向调节。而且附加地，环形刷能够优选与止动器件一起关于它们相对于工件表面的间距移动和/或相对于工件表面平行地、亦即沿轴向方向移动。通过改变环形刷包括止动器件相对于工件表面的间距可以最终改变环形刷施加到要加工的表面上的挤压压力。在此，适用如下经验公式：环形刷相对于工件表面的间距调节得越小，旋转的刷毛施加到有关的表面上的挤压压力也就越高，并且以这种方式在表面上所产生的光洁度ra或rz也越大。这在之前已经提及的j.stango教授的研究中描述，可重新参考其研究结果。此外，环形刷相对于工件表面的平行移动或轴向移动引起，在工件表面上所产生的光洁度轮廓构造得特别均匀并且尤其是不具有优先方向。本发明的主题也是一种刷组件和一种旋转刷工具，它们两者优选根据所描述的用于加工工件表面的方法来工作并且配备有相应地构造的刷组件。

结果是，提供并说明一种新式的用于加工工件表面的方法。所述方法的突出之处在于，工件的有关的表面可以配备有可重复的粗糙度或光洁度。由此，工件表面性质能够与必要时后续的加工或施加覆层优化地适配。这迄今在这种结果和形式上是不可行的。此外，原则上实现所涉及的工件表面的自动加工，更确切地说在开环控制或闭环控制意义下，如这之前已经详细地描述的那样。由此，可以总体上可重复地构造任意大的表面。在此，能看到重要的优点。

附图说明

下面借助仅示出一个实施例的附图详细阐释本发明；附图中：

图1透视地示出旋转刷工具，包括根据本发明的由此驱动的具有相关的环形刷的刷组件，以及

图2示出根据图1的主题的示意性的侧视图。

具体实施方式

在图1中原理性地示出一种旋转刷工具，该旋转刷工具配备有机器框架1。在该实施例中且非限制性地，机器框架1可构成柱状框架区段，该框架区段与要加工的工件2相适配。根据该实施例且非限制性地，工件2是指由多个单个的相互焊接的管构成的管线或管线路。在此，各管通过在图1中可看出的焊缝3相互连接。为了保护焊缝3和总体上各管彼此间的连接区域以免被腐蚀，在示例情况下，借助下面要更详细描述的旋转刷工具来加工工件2在焊缝3区域中的表面。紧接着所述加工，在所述区域中可以将保护涂层施加到管线路或工件2上。

原则上，下面要更详细描述的旋转刷工具当然不仅适用于加工弯曲的工件2上的、如图1中示出的管线或管线路上的表面。而且旋转刷工具也可以良好地被用于加工平坦的工件表面，然而这不详细示出。根据该实施例，旋转刷工具由机器框架1保持。此外，机器框架1可设计成，使得该机器框架在示例情况中爪状地包握工件2或管线路。此外可设想的是，机器框架1围绕管线路的轴线旋转，从而有关的管线路总体上在焊缝3的区域中并且在其整个圆周上看可以借助旋转刷工具来加工。

现在详细来说，旋转刷工具具有仅在图1中部分可见的驱动单元4，该驱动单元将作为旋转刷工具的重要组成部分的刷组件5置于旋转中。为此，刷组件5配备有环形刷6、7，所述环形刷最佳地在图2中看出。环形刷6、7由刷带6和连接到刷带6上且向外伸出的刷毛7构成，所述刷毛限定刷毛圈。刷带6可以是指由例如聚酰胺基的塑料织物带制成的这种刷带。刷毛7作为固定在刷带6中的钢刷毛来配备，相应于图2中的实施例且非限制性地，所述钢刷毛可以各自具有在前侧倾斜的刷毛顶部7‘。这当然仅为示例性的。

环形刷6、7被接纳在能被旋转地驱动的刷支座8中，该刷支座最佳地在图1中看出。在此，刷支座8可以如在本申请人的de4326793c1中所描述的内容一样地设计。原则上，在这一点上也可设想其他刷支座8，例如详细地在本申请人的wo2017/220338a1中所提出的那样。在此，用于接纳环形刷6、7的刷支座8可以构造成多件式的，如这在之前提及的公开文献中所描述的那样。但是原则上也可设想的是，环形刷6、7与刷支座8固定地连接。然而通常来说，采用相应于之前给出的公开文献的多件式刷支座8，就是为了可以在需要时和在磨损时更换环形刷6、7。

对于旋转刷工具或刷组件5来说特别重要的还有一可调节的止动器件9。实际上，止动器件9与悬臂10连接，止动器件9可以借助该悬臂关于其在图2中示出的相对于环形刷6、7的轴线z的间距a进行调节。这通过图2中相应的箭头示出。现在根据工件2的表面的粗糙度或光洁度，止动器件9关于其相对于刷毛7的位置进行调节。也就是说，止动器件9根据工件9的表面的粗糙度或光洁度来调节。在此，工件2的已经加工的表面、也就是说工件2的表面的如下区域用作用于止动器件9的调节的标尺，该区域在图2中通过箭头b示出的加工方向上跟随着旋转刷工具或刷组件5。原则上，工件2的表面的在加工方向b上处于前面的组成部分也可以考虑用于调整止动器件9。然而根据该实施例且优选地，做法如下：对工件2的表面的在加工方向b上跟在后面的且已经加工的区域在其粗糙度或光洁度方面进行检测并且据此来调节止动器件9。

为了该目的，根据该实施例设有光洁度测量单元11、12、13。光洁度测量单元11、12、13在刷组件或旋转刷工具的加工方向b上紧随刷组件5或旋转刷工具之后，以便可以对工件2的已经加工的表面在其光洁度或粗糙度方面进行检测。为了该目的，光洁度测量单元11、12、13具有激光器11、间距传感器12和摄像头13、例如ccd摄像头13。激光器11、间距传感器12和还有ccd摄像头13总体上与开环控制单元或开环控制/闭环控制单元14连接，所述开环控制单元或开环控制/闭环控制单元用于开环控制和检测光洁度测量值ra、也就是说在示例情况中且非限制性地用于相应于开头的阐释内容确定平均光洁度ra。

实际上，激光器11在限定的角度α下朝着工件2的表面指向并且在有关的表面上投影极其薄的光线。所述光线现在借助高分辨的摄像头13在其由于表面纹理所造成的扭曲方面进行检测，该摄像头可以前置有未明确示出的显微镜。实际上，有关的表面轮廓可以直接地由光线相对于其直线的走向的偏转来计算。激光器11的这种被投影的且由于表面纹理而扭曲的光线的图像借助摄像头13来检测并且这些数据通过与摄像头13连接的开环控制/闭环控制单元14转换成期望的光洁度值ra或由此导出有关的光洁度值ra。

在此，附加的间距传感器12主要用于检查目的并且确保，在工件2的表面与一平面可能出现偏差(拱起等)时一如既往地使由激光器11发出的直线光线的无问题且清晰的图像存在于工件2的表面上并且在其偏差方面可以通过表面纹理来检测。必要时，整个光洁度测量单元11、12、13能够关于其相对于工件2的表面的间距相应地改变，如图2中的双箭头所示出的那样。在此，间距的变化根据间距传感器的测量值12进行。

如已经阐释的那样，止动器件9可以大部分径向地相对于环形刷6、7的轴线z调节。在图2中仅示出的止动器件驱动装置15可负责止动器件9或承载止动器件9的悬臂10的相应的调节运动。为此，止动器件驱动装置15作用在悬臂10上，该悬臂相对于环形刷6、7同轴地围绕轴线z可转动地支承。这当然仅认为是示例性的并且绝对不是限制性的。无论如何，止动器件9可以借助止动器件驱动装置15在其间距a方面沿径向方向相对于环形刷6、7的轴线z改变，如由图2示出的那样。

除了用于环形刷6、7的驱动装置4、用于止动器件9的止动器件驱动装置15以外，最终还实现另外的环形刷驱动装置16。整个环形刷6、7(包括止动器件9和悬臂10)能够借助环形刷驱动装置16靠放到工件2的表面上并且从该表面抬起、亦即沿竖直方向相对于工件2的表面进行加载，如这相应于图2中的双箭头16所示出的那样。以这种方式，同样可以影响工件2的表面的粗糙深度，如这之前已经阐释的那样。为此，一方面止动器件驱动装置15和另一方面环形刷驱动装置16分别与开环控制单元14连接，如图2中相应的连接电线示出的那样。环形刷驱动装置16原则上也可以确保：环形刷6、7不仅关于其相对于工件2的表面的间距进行移动，而且替代地或附加地相对于有关的工件2的表面平行地经历位置变化。也就是说，环形刷驱动装置16也可以负责环形刷6、7的轴向运动，如这由图1中的两个双箭头所示出的那样。转用到图2上这意味着，环形刷驱动装置16也负责环形刷6、7垂直于那里的作图平面或沿轴线z的方向的运动。

在本发明的范围内现在做法如下：根据借助光洁度测量单元11、12、13检测的工件2的表面的光洁度值ra，借助止动器件驱动装置15调节止动器件9和/或在采用环形刷驱动装置16的情况下总体上调节环形刷6、7(包括止动器件9连同悬臂10)。这可以借助开环控制/闭环控制单元14在开环控制地意义下或优选以闭环控制的形式来进行。为了该目的，沿加工方向b在环形刷6、7后方的有关的光洁度值raist借助光洁度测量单元11、12、13来检测并且传输给开环控制/闭环控制单元14。在开环控制/闭环控制单元14中，现在进行所述实际值raist与存储在那的设定值rasoll的比较。根据实际值raist与设定值rasoll的偏差，现在止动器件9借助止动器件驱动装置15来移动和/或整个环形刷6、7在采用环形刷驱动装置16的情况下移动，以便在闭环控制过程中实现设定值rasoll与实际值raist之间的接近。