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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schaffen eines
Schleifartikels.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Von
Schleifartikeln, die zu Polier- oder Schleifarbeiten verwendet werden,
wird im Allgemeinen erwartet, dass sie ihre Schleiffunktion mit
einem hohen Grad an Genauigkeit ausführen. Jedoch ist vom Schleifherstellungsverfahren
bekannt geworden, dass es ähnlich
konstruierte Schleifartikel bereitstellt, die bezüglich ihrer
Leistungscharakteristiken voneinander verschieden sind. Teilweise
kann diese Variabilität
durch die Variabilität
der Qualität
und der charakteristischen Eigenschaften der Rohmaterialien verursacht
werden, die zum Herstellen des Schleifartikels verwendet werden.
Aus diesem Grund ist die Variation der Leistungsfähigkeit
von Schleifartikeln ein inhärentes
Ergebnis des Herstellungsvorgangs. Außerdem definieren Hersteller
von Schleifartikeln ihre Produktspezifikationen oft auf eine Art
und Weise, die Leistungsvariationen erlaubt, während sie zufriedenstellende
Produktausbeuten ergibt. Diese Variabilitäten bei Schleifartikeln macht
es schwierig, die spezifische Leistung eines Schleifartikels bei
einer spezifischen Anwendung selbst in denjenigen Fällen vorauszusagen,
wo der Schleifartikel ein Ersatzteil für einen ähnlich konstruierten Schleifartikel
ist, der im gleichen Polier- oder Schleifvorgang verwendet wird.
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Herkömmliche,
von Hand durchgeführte
Schleif- oder Polierverfahren werden normalerweise als abgeschlossen
beurteilt, wenn eine erwünschte
Menge Material von einer Arbeitsfläche entfernt worden ist, oder wenn
die erwünschte
Oberflächenvergütung erreicht
worden ist. Der Endpunkt des Vorgangs kann bestimmt werden, nachdem
mehrere Messungen nach aufeinanderfolgenden Zeitabständen während der
Bearbeitung stattgefunden haben. Derar tige von Hand ausgeführte Schleif-/Poliervorgänge werden
immer häufiger
durch automatisierte Vorgänge
ersetzt, die vorher eingestellte Prozessbedingungen beim Vergüten aufeinanderfolgender
Arbeitsstücke
erfordern und es ist wünschenswert,
Schleifartikel auf eine Art und Weise bereitzustellen, die das Einstellen
von Prozessbedingungen vor der anfänglichen Anwendung eines Schleifartikels
gestatten.
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Aufgrund
der Variationen, die dem Herstellen von Schleifartikeln inhärent sind,
erfordern Verfahren unter Anwendung von Schleifartikeln oft ein
Einstellen auf Prozessbedingungen, wenn der Schleifartikel in einer bestehenden
Prozessstraße
ersetzt wird. Änderungen
derartiger Prozessbedingungen können
beispielsweise den Druck, bei dem der Schleifartikel auf eine Arbeitsfläche aufgebracht,
die Kontaktzeit oder Geschwindigkeit des Schleifartikels (z.B. Zentimeter
pro Minute, Umdrehungen pro Minute usw.) mit Bezug auf das Arbeitsstück umfassen.
Diese Einstellungen der Schleifprozessbedingungen haben zu einer
geringeren Produktivität
und höheren
Kosten beigetragen, weil neue Verfahrenseinstellungen herkömmlicherweise
nur bestimmt worden sind, nachdem ein neuer Schleifartikel in die
Prozessstraße
eingeführt
und die Leistung des Artikels anfänglich unter den Verfahrenseinstellungen
beobachtet worden ist, die für
den vorhergehenden Schleifartikel angewendet worden sind. Dieses
Einstellungsverfahren kann beträchtliche
Zeit und Mühe
erfordern und sie kann die Beschädigung
eine oder mehrerer Arbeitsstücke
während
der Neukalibrierung verursachen. Schleifprozessbedingungen werden
daraufhin nur dann eingestellt, um dem neuen Schleifartikel Rechnung
zu tragen, nachdem die Leistung des neuen Artikels mindestens einmal
innerhalb der gleichen Prozessstraße beobachtet worden ist.
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US-B-6264533
offenbart einen Schleifverarbeitungsappa rat und ein Verfahren, bei
dem ein Schleifprodukt verwendet wird, das mit einem kodierten Leistungsindex
ausgestattet ist, dementsprechend ein abzuschleifendes Produkt bearbeitet
wird.
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Obwohl
Verbesserungen bezüglich
der Vorhersagbarkeit der Schleifleistung benötigt werden und erwünscht sind,
ist bei neuen oder Ersatzschleifartikeln immer noch eine Ausprobierbeurteilung
vor ihrer tatsächlichen
Anwendung in SchleifProzessstraßen
erforderlich. Während
Hersteller ihre Schleifartikel mit Kennzeichen markiert haben, um
die Schleifkörnerzusammensetzung,
-größe und dergleichen
anzugeben, hat die Schleiftechnik versagt, Verfahren zum Herstellen
eines Schleifartikels zu entwickeln, bei dem der Artikel mit einem
Leistungsindex gekennzeichnet ist, der durch einen Endanwender des
Artikels zum Einstellen der anfänglichen
Prozessbedingungen angewendet werden kann, unter denen der Schleifartikel
verwendet wurde.
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Die
Schaffung und Verwendung eines Leistungsindex erfüllt ein
schon seit langem bestehendes und bisher unerfülltes Erfordernis durch Bereitstellen
einer Möglichkeit,
durch die der Endanwender des Schleifartikels die anfänglichen
Prozessbedingungen vor der anfänglichen
Verwendung des Schleifartikels einstellen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zum Schaffen eines Schleifartikels
nach Anspruch 1. Die Unteransprüche
betreffen einzelne Ausführungsformen
der Erfindung.
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Der
erfindungsgemäß geschaffene
Schleifartikel umfasst eine Schleiffläche und einen mit dem Schleifartikel assoziierten
Leistungsindex, wobei der Index einen Aspekt der Schleifleistung
des Artikels anzeigt.
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Der
Leistungsindex ist mit dem Schleifartikel assoziiert, um eine Möglichkeit
bereitzustellen, durch die der Endanwender des Artikels anfänglich die
Prozessbedingungen bestimmen kann, unter denen der Schleifartikel
bei einer Schleifarbeit betrieben werden soll. Der Schleifartikel
kann irgendeine Art von denjenigen, die mit dem Stand der Technik
vertraut sind, bekanntem Schleifartikel umfassen, und der Leistungsindex
kann mit dem Schleifartikel auf irgendeine Art und Weise assoziiert
sein. Beispielsweise kann der Leistungsindex mit der Schleiffläche des
Artikels, mit der Rückseite
oder einer anderen nichtabrasiven Fläche assoziiert sein, oder der
Index kann mit der für
den Versand, die Zurschaustellung und/oder den Verkauf des Schleifartikels
verwendeten Verpackung assoziiert sein.
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Der
Leistungsindex kann auf einer gemessenen Schneiderate für den Schleifartikel
auf einer Fläche bei
bekanntem aufgebrachtem Druck und bekannter Geschwindigkeit über eine
vorbestimmte Zeitspanne beruhen. Wenn der Leistungsindex auf der
Schneiderate beruht, kann er die Schneiderate darstellen oder er
kann ein Verhältnis
der Schneiderate zu irgendeinem von (a) aufgebrachtem Druck, (b)
Geschwindigkeit oder (c) der vorbestimmten Zeitspanne sein. Als
Alternative kann der Leistungsindex auf der gemessenen Vergütung auf einer
Fläche
durch die Schleifanwendung des Schleifartikels auf der Fläche bei
bekanntem aufgebrachten Druck und bekannter Geschwindigkeit über eine
vorbestimmte Zeitspanne beruhen. Der Leistungsindex kann mit dem
Schleifartikel assoziiert (z.B. daran befestigt) sein oder er kann
in einer Datenbase so gespeichert sein, dass der Schleifartikel
irgendeine Markierung umfasst, die eine Möglichkeit zum Zugangverschaffen
zur Datenbase bietet, um den Leistungsindex daraus zu erhalten.
Derartige Markierungen können
in maschinenlesbarem Format, wie beispielsweise einer Strichkode,
vorliegen.
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Die
zahlreichen charakteristischen Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten auf die
Betrachtung der übrigen
Offenbarung, einschließlich
der genauen Beschreibung und der Ansprüche in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen noch klarer werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Beim
Beschreiben der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung wird Bezug genommen auf die verschiedenen Figuren,
wobei die gleichen Bezugsnummern die gleichen charakteristischen
Eigenschaften anzeigen und wobei:
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1 eine
schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Apparats für das Bestimmen
eines Leistungsindexes den Prinzipien der vorliegenden Erfindung
gemäß ist;
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2 eine
schematische Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform
eines Apparats für
das Bestimmen eines Leistungsindexes den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung gemäß ist;
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3 eine
Draufsicht auf einen Schleifartikel, der einen Leistungsindex trägt, ist.
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4 eine
Draufsicht eines Schleifartikels von 3 ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung bietet einen Schleifleis tungsindex, der mit
einem Schleifartikel assoziiert sein soll. Der Index kann während der
anfänglichen
Herstellung des Schleifartikels bestimmt werden und bietet einem
Endanwender bzw. einer Endanwenderin oder jemand ähnlichem
eine Möglichkeit,
durch die er/sie die Prozessbedingungen bei einem Schleif- (z.B.
Schleif-, Feinschleif- oder Polier-) vorgang vor der ersten Anwendung
des neuen Schleifartikels anfänglich
einstellen kann. Die Verwendung des Leistungsindex unterstützt gleichbleibende
Schleif- und/oder Polierergebnisse durch Erleichtern der anfänglichen
Einstellungen oder Änderungen
der Prozessbedingungen, die mit dem Positionieren des Schleifartikels
assoziiert sind.
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Der
Leistungsindex der Erfindung kann bei der Kennzeichnung von Schleif-,
Feinschleif- und/oder Polierartikeln in verschiedenen Konfigurationen
(z.B. Endlosbändern,
Kissen, Scheiben usw.) und bei irgendeinem Typ Schleifartikel, z.B.
beschichteten Schleifartikeln, Oberflächenkonditionierartikeln (z.B.
nichtgewobenen Materialien), Feinschleifschicht, Schleifscheiben,
mit Metall verbundenen Schleifstoffen und dergleichen verwendet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 nun
schematisch eine Ausführungsform
eines Schleiftestapparats 20 für das Charakterisieren der
Leistung eines Schleifartikels 22, um einen erfindungsgemäßen Schleifindex
zu bestimmen. Der Apparat 20 kann direkt in die Produktionsstraße zur Herstellung
des Schleifartikels 22 derart eingeschlossen sein, dass
der Artikel 22 während
des Herstellungsbetriebs mit einem Leistungsindex markiert werden
kann. Der Leistungsindex kann daraufhin vom Endanwender dazu verwendet
werden, um die Bedingungen des Polier- oder Schleifvorgangs anfänglich einzustellen,
bei dem der Schleifartikel 22 verwendet werden soll.
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Obwohl
die Erfindung nicht auf den verwendeten Typ Schleifartikel beschränkt ist,
wird die vorliegende Erfindung am geeignetsten unter Bezugnahme
auf den Schleifartikel 22 beschrieben. Ein derartiger Schleifartikel
ist typischerweise so konstruiert, dass er einen Träger enthält, wobei
eine Schleiffläche
schichtförmig
auf den Träger
aufgebracht ist. Die Schleiffläche
umfasst normalerweise ein Bindemittel (z.B. Polymer, Keramik, Metall
oder dergleichen) und enthält
gewöhnlich
Schleifteilchen, die auf einem Arbeitsstück eine erwünschten Oberflächenvergütung bieten.
Die Schleifteilchen können
durch das ganze Bindemittel hindurch, ausschließlich der äußeren Oberfläche des
Bindemittels entlang oder durch das ganze Bindemittel Hindurch sowie
der äußeren Oberfläche desselben
entlang dispergiert sein. Die Schleifteilchen können herkömmliche Hartschleifteilchen
und/oder weichere Schleifteilchen, einschließlich organische und anorganische
Teilchen, umfassen. Die Schleifteilchen können als einzelne Körner, als
Agglomerate, wobei die einzelnen Schleifkörner in einem zweiten Bindemittelsystem
dispergiert sind, oder als erhobene Verbundstoffe, die Schleifkörner und/oder
Agglomerate und ein Bindemittel, umfassen, bereitgestellt sein.
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Harte
Schleifteilchen umfassen geschmolzenes Aluminiumoxid, hitzebehandeltes
Aluminiumoxid, weißes
geschmolzenes Aluminiumoxid, schwarzes Siliciumcarbid, grünes Siliciumcarbid,
Titandiborid, Borcarbid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches
Bornitrid, Granat, geschmolzenes Aluminiumdioxid-Zirconiumoxid,
Sol-Gel-Schleifteilchen
und dergleichen. Beispiele herkömmlicher
weicherer anorganischer Schleifteilchen umfassen Siliciumdixoid,
Eisenoxid, Chrom(III)oxid, Cer(IV)oxid, Zirconiumoxid, Titandioxid,
Silicate und Zinnoxid. Noch andere Beispiele weicher Schleifteilchen
umfassen: Metallcarbonate (wie beispielsweise Calciumcarbonat (Kreide,
Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat,
Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliciumdioxid (wie beispielsweise
Quarz, Glasperlen, Glaskugeln und Glasfasern), Silicate (wie beispielsweise
Talk, Tonarten (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat,
Natriumaluminosilicat, Natriumsilicat), Metalsulfate (wie beispielsweise
Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat,
Aluminiumsulfat), Gips, Aluminiumtrihydrat, Graphit, Metalloxide
(wie beispielsweise Calciumoxid (Kalk), Aluminiumoxid, Titandioxid)
und Metallsulfite (wie beispielsweise Calciumsulfit), Metallteilchen
(Zinn, Blei, Kupfer und dergleichen) und dergleichen.
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Weichere
organische Teilchen umfassen Kunststoffschleifteilchen, die aus
einem Thermoplastmaterial, wie beispielsweise Polycarbonat, Polyetherimid,
Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer,
Polypropylen, Acetalpolymere, Polyvinylchlorid, Polyurethane, Nylon
und Kombinationen derselben. Kunststoffschleifteilchen können auch
aus vernetzten Polymeren gebildet werden. Beispiele vernetzter Polymere
umfassen Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Epoxidharze,
Melamin-Formaldehyd, Acrylatharze, acrylierte Isocyanuratharze,
Harnstoff-Formaldehydharze, Isocyanuratharze, acrylierte Urethanharze,
acrylierte Epoxidharze und Mischungen derselben gebildet sind. Diese
vernetzten Polymere können
hergestellt, zerkleinert und bis zur geeigneten Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung
gesiebt werden.
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Andere
Schleifteilchen und Kombinationen von Teilchen können den mit dem Stand der
Technik vertrauten Fachleuten ebenfalls bekannt sein und die Erfindung
soll irgendeinen Schleifartikel umfassen, daerirgendein Schleifteilchen
oder eine Kombination von Schleifteilchen umfasst.
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Schleifteilchen
können
auch so hergestellt werden können,
dass sie eine texturierte Schleiffläche mit oder ohne zugesetzten
Schleifteilchen entweder in dem Bindemittel oder auf der Außenfläche desselben
dispergiert umfassen. Gleicherweise kann die Schleiffläche des
Schleifartikels beispielsweise ein polymeres Material umfassen,
das harte und weiche Segmente darin umfasst, wobei die harten Segmente
des Polymers einen erwünschten
Grad an Schmirgelfähigkeit
bieten. Ein derartiger Schleifartikel ist in der US-A-6,234,875
beschrieben.
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Ein
anderer Schleifartikel, der zur Verwendung bei der Erfindung geeignet
ist, ist ein Kissenkonditionierstoff, der zum Konditionieren herkömmlicher
Aufschlämmungskissen
für die
chemische mechanische Planarisierung („CMP") von Halbleiterwafern nützlich ist.
Geeignete Kissenkonditioniermittel umfassen diejenigen, die der
Offenbarung von US-A-6,123,612 gemäß hergestellt sind. Schleifartikel,
die Feinschleif- oder Glattschichten umfassen, können bei der Erfindung ebenfalls
verwendet werden. Derartige Artikel umfassen Feinschleifschichtprodukte,
wie in US-A-5,897,424 beschrieben. Ein anderer geeigneter Schleifartikel
kann Schleifverbundstoffe umfassen, die denjenigen ähnlich sind,
die in US-A-5,152,917 beschrieben sind. Schleifartikel, die die
oben erwähnten
Schleifverbundstoffe umfassen, können
ohne Schleifteilchen hergestellt werden.
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Gleichgültig, in
welcher Form der Schleifartikel zum Schleifen, Polieren oder an
sonstigen Abschleifen der Oberfläche
von Arbeitsstücken
konstruiert ist, bei denen typischerweise relativ wenig Bewegung
zwischen ihnen zum Erzeugen der Reibung stattfindet, die für die erwünschte Schleifanwendung
erforderlich ist. Die Testapparate von 1 oder 2 veranschaulichen
zur Verfügung
stehende Geräte
zum Charakterisieren der Leistung von Schleifartikeln unter reproduzierbaren
Bedingungen der Lehre der vorliegenden Erfindung gemäß. Andere
Möglichkeiten
werden ebenfalls in Betracht gezogen, um die Leistung des Artikels
zu kennzeichnen.
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Wie
in 1 gezeigt, wird das Arbeitsstück 30 auf einer ersten
Haltevorrichtung, die als Platte 36 gezeigt ist, gehalten.
Der Schleifartikel 22 wird innerhalb des Schleiftestapparats 20 positioniert
und in einer zweiten Haltevorrichtung, die als Einspannvorrichtung 24 gezeigt
ist, gehalten. Die Einspannvorrichtung 24 und der Schleifartikel 22 sind
mit einer rotierbaren Welle 26 assoziiert und sowohl der
Artikel 22 als auch die Einspannvorrichtung 24 werden
zusammen durch die Kraft rotiert, die von einem Motor (nicht gezeigt)
geliefert wird, der innerhalb des Gehäuses 32 positioniert
ist. Wie oben erwähnt,
kann der Apparat 20 als Prüfstation innerhalb einer Prozessstraße für die Herstellung
eines Schleifartikels dienen. Als Teststation wird der Apparat 20 zum Beurteilen
und Charakterisieren von Schleifartikeln verwendet, die hergestellt
werden. Eine derartige Beurteilung oder Charakterisierung kann beispielsweise
eine Bestimmung der Schneiderate des Schleifartikels 22 auf einer
Testarbeitsfläche
wie beispielsweise einer abschleifbaren Fläche des Arbeitsstücks 30 umfassen.
Andere Messwerte können
als Basis für
einen Leistungsindex dienen. Ein derartiger zusätzlicher Messwert ist die Oberflächenvergütung, die
der Schleifartikel auf der Testfläche vermitteln kann, wie durch
Standardtests in der Industrie gemessen. Andere Messwerte werden
ebenfalls dahingehend in Betracht gezogen, dass sie Leistungsindices
innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie den mit dem Stand der Tech nik
vertrauten Fachleuten bekannt ist, bieten. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung der Leistungsindex der tatsächliche Wert des spezifischen
Messwerts (z.B. der Schneiderate, der Oberflächenvergütung) sein oder er kann ein
Wert oder ein Symbol sein, der bzw. das für den Messwert repräsentativ
ist oder davon abgeleitet wird.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform
ist der Schleifartikel 22 innerhalb einer Einspannvorrichtung 24 positioniert,
die am Ende einer rotierbaren Welle 26 aufliegt, die sich
zwischen der Einspannvorrichtung 24 und dem Motorengehäuse 32 erstreckt.
Eine Stützwelle 34 erstreckt
sich aufwärts
von der Unterseite 38 bis zum Motorengehäuse 32.
Das Gehäuse 32 gleitet
senkrecht die Welle 34 entlang, um eine Möglichkeit zum
Bewegen des Schleifartikels 22 zwischen einer ersten oder
nicht eingegriffenen Position und einer zweiten oder eingegriffenen
Position (z.B. wie gezeigt) mit Bezug auf das Arbeitsstück 30 zu
bieten. Dadurch kann die Schleiffläche 28 des Artikels 22 in
direkten Kontakt mit der Oberfläche
des Arbeitsstücks 30 positioniert werden,
so dass der Schleifartikel 22 die Oberfläche des
Arbeitsstücks 30 abschleifen
kann. Die Platte 36 trägt das
Arbeitsstück 30 und
trägt dazu
bei, den Kontakt zwischen dem Arbeitsstück 30 und dem Schleifartikel 22 aufrechtzuerhalten.
Die Platte 36 ist ebenfalls um die Achse der Stützwelle 40 rotierbar,
die durch einen Motor (nicht gezeigt) drehbar getrieben wird, der
innerhalb der Unterseite 38 untergebracht ist. Wie erwähnt, kann der
Schleifartikel 22 auch um die rotierbare Welle 26 durch
einen zweiten Motor rotiert werden, der im Gehäuse 32 so positioniert
ist, dass sowohl das Arbeitsstück 30 als
auch der Schleifartikel 22 gegeneinander unter vorbestimmtem
Druck rotieren, um das Arbeitsstück 30 abzuschleifen.
Auf die obige Abschleifarbeit hin, kann der Apparat 20 zur
ersten Position zurückgeführt werden,
in der der Schleifartikel 22 vom Arbeitsstück wegbewegt wird,
so dass die Schleiffläche 28 die
Oberfläche
des Arbeitsstücks 30 nicht
berührt.
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Wenn
der Apparat 20 sich in der ersten oder nicht eingegriffenen
Position befindet, können
der Schleifartikel 22 und das Arbeitsstück 30 von dem Apparat 20 entfernt
und gesäubert
oder wie erforderlich ersetzt werden. Um die obige Bewegung des
Schleifartikels 22 zu gestatten, kann das Gehäuse 32 senkrecht
der Länge
der Welle 34 entlang aus der Eingriffsausrichtung der zweiten
Position heraus bewegt werden. Andere Konstruktionen sind den mit
dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten eventuell zum Positionieren
des Apparats 20 zwischen den oben erwähnten ersten und zweiten Positionen
bekannt und die Erfindung ist in keiner Weise auf die spezifische
Konfiguration, die in 1 gezeigt oder an anderer Stelle
hier besprochen ist, begrenzt.
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In
der Konfiguration von in 1 gezeigten Teilen umfasst das
Arbeitsstück 30 eine
ringförmige
Testoberfläche,
die auf der rotierbaren Platte 36 positioniert ist. Das
Arbeitsstück 30 kann
irgendeine Art von Materialien umfassen, die dafür bekannt sind, dass sie durch
die Schleiffläche 28 des
Artikels 22 abgeschliffen werden können. Geeignete Materialien
für das
Arbeitsstück 30 können bekannten
Kriterien wie beispielsweise der gleichbleibenden Qualität im Handel
erhältlicher
Materialien, ihres relativen Preises und dergleichen entsprechend
ausgewählt
werden. Ein mögliches
Testmaterial ist ein polymeres Material, wie beispielsweise Polyurethan.
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Während des
Schleifvorgangs wird typischerweise ein Fluid zwischen den Schleifartikel 22 und
das Arbeitsstück 30 aufgebracht,
um eine Schmierung zu bieten und die durch die Wirkung des Schleifartikels
auf das Arbeitsstück
gebildeten Drehspäne
zu entfernen. Geeignete Gleitmittel umfassen Wasser, Wasser, das
ein lösliches Öl oder irgendein
anderes geeignetes Fluid enthält,
von dem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannt
ist, dass es mit dem Verfahren verträglich ist. Zusätzliche
Möglichkeiten
(nicht gezeigt) können
bereitgestellt werden, um das oben erwähnte Fluid an die Grenzfläche des
Artikels 22 und des Arbeitsstücks 30 anzuliefern.
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Im
Betrieb kann der Apparat 20 zum Bestimmen der Schneiderate
des Schleifartikels verwendet werden, wenn er gegen das Arbeitsstück 30 aufgebracht
wird. Als Alternative kann der Apparat dazu verwendet werden, dem
Arbeitsstück
eine Vergütung
zu verleihen und die Vergütung
kann auf bekannte Weise quantifiziert werden, um einen Messwert
bereitzustellen, auf dem der Leistungsindex beruhen kann. Auf diese
Weise kann ein Leistungsindex bestimmt und mit dem Schleifartikel
zur Verwendung durch einen Endanwender assoziiert werden. Beim Assoziieren
der Schneiderate des Artikels mit dem Leistungsindex wird die Schneiderate durch
Aufbringen des Schleifartikels 22 gegen die Oberfläche des
Arbeitsstücks
für eine
vorbestimmte Zeitspanne bestimmt. Bei einer derartigen Bestimmung
wird der gegen das Arbeitsstück 30 durch
den Schleifartikel 22 ausgeübte Druck normalerweise konstant
gehalten.
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Verschiedene
Verfahren zum Quantifizieren der Leistung des Schleifartikels sind
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich. Derartige
Verfahren können
das Erstellen und Aufrechterhalten primärer Standardarbeitsstück- und
sekundärer
Arbeitsstandards und/oder das Halten von Standardschleifartikeln
für die
periodische Kalibrierung von Arbeitsstandards umfassen. Andere Kalibriermethoden,
wie beispielsweise diejenigen, die auf der Bestimmung der spezifischen
Mahlener gie beruhen, können
ebenfalls angewendet werden. Sobald der Leistungsindex bestimmt
worden ist, kann er auf dem Artikel (z.B. durch Markieren der Vorderseite
oder einer anderen Fläche
des Artikels) markiert werden, oder er kann auf die Verpackung des Artikels
aufgebracht oder er kann mit dem Artikel auf irgendeine andere Weise
assoziiert werden.
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Der
Leistungsindex selbst kann tatsächlich
die Schneiderate des Artikels 22, wie oben beschrieben bestimmt,
sein oder er kann ein von der Schneiderate abgeleiteter Wert sein.
Er kann beispielsweise eine Schneiderate sein, die mit Bezug auf
einen willkürlichen
Standard oder den Prozessdurchschnitt normalisiert worden ist. Das
kann als Verhältnis
oder Prozentsatz ausgedrückt
werden. Der Index kann als Gegenstück eines derartigen Verhältnisses
oder Prozentsatzes vorgelegt werden, um die Errechnung der erwünschten
anfänglichen
Arbeitsbedingungen zu erleichtern. Der Wert des Index kann als einziger
Wert einer kontinuierlichen Variable vorgelegt werden, oder er kann
als einzelner Wert vorgelegt werden, was anzeigt, dass der gemessene
Wert innerhalb eines entsprechenden Bereichs fiel.
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Durch
die Charakterisierung des Schleifartikels 22 kann ein Endanwender
bzw. die endanwenderin bei einem neuen oder Ersatzartikel in den
vorhandenen Schleif- oder Polierbetrieb unter Anwendung des Leistungsindex
eingeben, um seine/ihre Prozessbedingungen und/oder -einstellungen
anfänglich
auf eine Art und Weise einzustellen, die ein erwünschtes Leistungsniveau bei
dem neuen Schleifartikel bereitstellt. Beispielsweise erlaubt der
Leistungsindex es dem Anwender bzw. der Anwenderin, Bedingungen
in seinem/ihrem Prozess einzustellen, die eine erwünschte Schneiderate,
Oberflächenvergütung oder
dergleichen bereitstellt. Auf der Basis des Leisungsindex kann der
Endanwender eine der Prozessbedingungen des Schleif- oder Polierbetriebs
wie beispielsweise die Schleifzeit (z.B. bei gleichbleibendem Druck,
gleichbleibender Geschwindigkeit) oder den Druck, bei dem der Schleifartikel 22 gegen
ein Arbeitsstück
aufgebracht wird (z.B. unter der Annahme einer gleichbleibenden
Schleifgeschwindigkeit und einer vorbestimmten Schleifzeit) oder
die Geschwindigkeit der Schleiffläche (unter Annahme eines gleichbleibenden
Drucks und einer vorbestimmten Schleifzeit) einstellen. Man kann
auch eine Kombination von Prozessparametern zum Erreichen des erwünschten
Resultats einstellen. Der Leistungsindex ist für jeden Schleifartikel einmalig
und direkt mit dem Schleifartikel assoziiert. Auf diese Weise bietet
der Index Informationen, die es dem Endanwender des Schleifartikels
ermöglichen,
zu verstehen, inwieweit die Leistung des Schleifartikels mit derjenigen
des zweiten Schleifartikels vergleichbar ist.
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Schleifprozessbedingungen
und die Schleifleistungseigenschaften umfassen den Schleif- oder
Polierdruck (den Druck, mit der der Schleifartikel gegen das Arbeitsstück gedrückt wird),
die Geschwindigkeit (die Geschwindigkeit der Schleiffläche mit
Bezug auf die Oberfläche
des Arbeitsstücks),
den Schnitt (die Gesamtmasse von einem Arbeitsstück abgeschliffenem Material),
die vergangene Zeit (die Zeit, während
der das Schleifen oder Polieren stattfindet) und die Schneiderate
(die Masse von Material, die pro Zeiteinheit abgeschliffen wird).
Diese Bedingungen und Eigenschaften können grafisch gegeneinander
aufgezeichnet werden. Typischerweise sind diese grafischen Darstellungen
linear und weisen bei (0.0) eine y-Überschneidung auf. Wegen dieses
linearen Verhältnisses
können
die Leistungsindices, die mit einem Paar Schleifartikeln assoziiert
sind und die auf derartigen Prozessbedingungen und/oder Leistungseigenschaften
beruhen, zum Vorhersagen der relativen Leistung von Schleifartikeln
in einer Schleifprozessstraße
verwendet werden.
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Der
Schleifindex kann die Schneiderate (mg/min) bei dem Schleifartikel
darstellen, der unter einem ersten Satz von Prozessbedingungen „X" und unter Anwendung
eines Arbeitsstücks „A" betrieben wird.
Daraufhin können
die Leistungsindices miteinander verglichen werden (z.B. aufgrund
des Verhältnisses),
um die relative Leistung von alten und neuen Schleifartikeln (z.B.
abgenutzten und Ersatzartikeln) zu bestimmen, um so ein anfängliches
Einstellen von Prozessbedingungen vor der Verwendung eines neuen
Artikels in einer bestehenden Prozessstraße zu erlauben. Ein Leistungsindex
kann als relative Schneiderate ausgedrückt werden, wie beispielsweise
als Verhältnis
zur Schneiderate eines standartisierten Schleifartikels oder zu
einem Prozessdurchschnitt für
eine Gruppe verwandter Schleifartikel oder als Prozentsatz oder
als Maßstabsbestimmungsfaktor,
der von den gemessenen Schneideraten abgeleitet wird und der das
Einstellen anzeigt, das zum Erreichen einer Standardleistung nötig ist.
Einige Formen des Index können
durch einfaches Multiplizieren eines Werts für einen Standardbetriebsparameter
durch den Index verwendet werden, um einen korrigierten Arbeitsparameter
zu erhalten, der zum Erreichen einer gleichbleibenden Leistung notwendig
ist.
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Eventuell
ist es vorzuziehen, den gleichen Messwert für den Leistungsindex für irgendeine
Art von Schleifverfahren zu verwenden. Jedoch kann es in manchen
Fällen
wünschenswert
sein, einen zweiten Leistungsindex zur Hand zu haben, der auf dem
Produkt markiert oder als Etikett ausgedruckt sein kann. Ein zweiter
Index kann wünschenswert
sein, wenn es bekannt ist, dass ein erster Leistungsindex zwar mit
einem ersten Schleifvorgang korreliert, aber nicht gut mit einem
zweiten Schleifvorgang korreliert. Außerdem können Endanwender der Schleifartikel
es vorziehen, wenn der Schleifindex auf einer Schleifeigenschaft
beruht wie beispielsweise der Schleifschneiderate beim Verarbeiten
eines ersten Materials, während
ein zweiter Endanwender einen Schleifindex auf der Basis der Gebrauchsfähigkeitsdauer
des Schleifartikels beim Abschleifen eines zweiten und vollständig verschiedenen
Materials vorziehen kann. In den obigen Situationen kann es wünschenswert
sein, einen Schleifartikel mit beiden Indices zu markieren.
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Die
Schleifverarbeitung von nominell brüchigen Materialien wird durch
die Preston-Gleichung (I) beschrieben: dz/dt – (K·N·ds)/A·dt (I)wobei „z" die Menge von entferntem
Material ist, „K" eine Konstante ist,
die die Wechselwirkung zwischen dem Schleifartikel und dem Arbeitsstück charakterisiert, „N" die normale Kraft
ist, „s" der Gleitabstand
ist und „t" die Zeit ist. „A" kann der tatsächliche
Kontaktbereich zwischen den Schleifkörnern und dem Arbeitsstück sein,
oder er kann der Bereich (Querschnitt) der Rille sein, durch die
das Korn hindurchfegt. Eine jede der obigen Definitionen für „A" ist das Äquivalent
zur anderen und kann in der obigen Gleichung angewendet werden.
Man wird sich im Klaren darüber
sein, dass die verschiedenen Definitionen von „A" zu verschiedenen Zahlenwerten für „K" führen werden.
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Die
Gleichung (I) wird oft in Form folgender Gleichung (II) anders ausgedrückt Z = K·P·V – t (II)wobei die
Menge an entferntem Material (Z) das Produkt der Konstante (K),
des Drucks (P) und der Gesamtabstand des Gleitkontakts die Geschwindigkeit
(V) x Zeit (t) ist. Dementsprechend reduziert eine Reduktion des
Drucks um 50 % die Menge an entferntem Material um 50 %. Als Alternative
reduziert das Reduzieren des Gesamtabstands des Gleitkontakts, beispielsweise
durch Halbieren entweder der Gleitgeschwindigkeit oder der Gleitzeit,
auch die Menge an entferntem Material um 50 %. Desgleichen führt irgendeine
Kombination von geändertem
Druck, geänderter
Geschwindigkeit und Zeit, die zu einer 50 %igen Reduktion ihres
Produkts in der Gleichung (II) führt,
zu einer 50 %igen Reduktion der Menge an entferntem Material. Eine Änderung
des Arbeitsstücks
oder des durch den Schleifartikel abzuschleifenden Materials ändert den
Wert „K" ohne das oben erwähnte lineare,
proportionale Verhalten zu ändern.
Selbst in Schleifverfahrenssystemen, die der Preston-Gleichung nicht
genau entsprechen, bietet ein angenommenes Preston-Verhalten eine
nützliche
Annäherung
an die Prozessbedingungen, die auf das Ersetzen eines Schleifartikels
innerhalb eines derartigen Vorgangs erforderlich sind.
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Das
Verhältnis
der Leistungsindices (und ihrer relativen Leistung) von zwei Schleifartikeln
auf dem gleichen Arbeitsstück
unter den Bedingungen „X" werden im Wesentlichen
die gleichen sein wie das Verhältnis dieser
beiden gleichen Schleifartikel auf einem anderen Arbeitsstück unter
den Bedingungen „Y", solange die Artikel,
Arbeitsstücke
und Bedingungen zum abschleifenden Bearbeiten der jeweiligen Arbeitsstücke geeignet sind.
So ist auch zu erwarten, dass, wenn der Artikel „A" unter den Bedingungen „X" 10 % mehr von der
Urethantestscheibe abschneidet als Artikel „B" unter den Bedingungen „X" von der Urethanscheibe
abschneidet, der Artikel „A" unter den Bedingungen „Y" 10 % mehr von einem
Kupferarbeitsstück
abschneidet als der Artikel „B" unter den Bedingungen „Y" von einem Kupferarbeitsstück abschneidet.
Auf die gleiche Weise kann der Artikel „B" dazu gebracht werden, Kupfer mit einer
Rate abzuschleifen, die der für
den Artikel „A" beobachteten äquivalent
ist, indem der Druck über
den unter den Bedingungen „Y" verwendeten im Verhältnis von
110/100 erhöht
wird, oder durch eine 10 %ige Erhöhung des Drucks. Als Alternative
kann eine äquivalente
Materialentfernung durch Verlängern
der Abschleifzeit im gleichen Verhältnis erreicht werden. Schließlich kann
die Rate, mit der das Schleifmittel sich am Arbeitsstück vorbeibewegt,
dem obigen Verhältnis
entsprechend erhöht
werden.
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Da
das Verhältnis
zwischen Druck, Geschwindigkeit und Zeit gut bekannt und im Allgemeinen
linear ist, können
irgendwelche zwei der Parameter oder sogar alle drei Parameter in
einer linearen Kombination variiert werden, um das gleiche Ergebnis,
nämlich
eine 10 %ige Erhöhung
der Menge an durch Artikel „B" unter den Bedingungen „Y" entferntem Material. Ähnliche
Gesichtspunkte treffen zu, wenn der Artikel „C" unter den Bedingungen „X" 10 % weniger Material
von dem Urethanarbeitsstück
abschneidet als der Artikel „B" unter den Bedingungen „X" von dem Urethanarbeitsstück abschneidet.
Wenn diese Angabe beim Schneiden von Kupfer unter nominellen Bedingungen „Y" angewendet wird,
könnte
man den Artikel „C" dazu bringen, Kupfer
mit einer Rate zu schneiden, die entweder dem Artikel „A" oder dem Artikel „B" wie erwünscht entspricht,
durch Änderung
der Anwendungsbedingungen „Y" jeweils in den Verhältnissen
von 110/90 oder 100/90. Als Alternative könnte man den Druck (Zeit, Geschwindigkeit
oder Kombinationen irgendwelcher zwei oder aller drei) reduzieren,
um die Artikel „A" oder „B" dazu zu bringen,
auf vorhersagbare Weise wie Artikel „C" zu funktionieren.
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Zur
Bequemlichkeit kann der Index eine einfache Schneiderate, eine normalisierte
Schneiderate oder das Ergeb nis einer Funktion wie beispielsweise
dem Umgekehrten eines der beiden Messwerte sein. Es können Anleitungen
bei jedem der Schleifartikel mitgegeben werden, und diese Anleitungen
werden je nach den gewählten
Markierungen anders sein. Bei einer anderen Ausführungsform könnten Artikel
mit ähnlichen
Leistungen zusammengruppiert werden und es könnte ihnen ein Buchstabe oder
eine andere Code wie beispielsweise A, B, C, D oder E zugeordnet
werden. In diesem Fall könnte
eine mit dem Schleifartikel assoziierte Anweisung den Endandwender
anweisen, Schleifartikel, die mit einem „A" markiert sind, bei normalem Druck 6 %
höher als
dem Prozessdurchschnitt anzuwenden, um eine nominelle Leistung zu
erreichen. Artikel, die mit einem „B" markiert sind, müssen eventuell bei normalem
Druck betrieben werden, der 3 % höher ist als der Prozessdurchschnitt.
Artikel, die mit einem „C" markiert sind, müssen eventuell
beim Prozessdurchschnitt betrieben werden. Artikel, die mit dem
Buchstaben „D" markiert sind, müssen eventuell
bei normalem Druck 3 % niedriger als dem Prozessdurchschnitt betrieben
werden. Schließlich
müssen
Artikel, die mit „E" markiert sind, eventuell
bei normalem Druck 6 % niedriger als dem Prozessdurchschnitt betrieben
werden.
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Bei
noch anderen Ausführungsformen
ist das spezifische Schleif- oder Poliersystem eventuell relativ unempfindlich
für eine
der Prozessvariablen. Beispielsweise ist die Oberflächenvergütung, die
bei Metallartikeln durch ein lockeres Vliesmaterial verliehen wird,
bei dem Schleifteilchen schichtförmig
auf einzelne Fasern aufgebracht worden sind, eventuell relativ unempfindlich
für den
aufgebrachten Druck, weil der Druck auf den Artikel den Artikel
zusammenpressen kann, anstatt das Eindringen der einzelnen Körner in
die Metallfläche
zu ändern.
In diesem Fall würden
Anweisungen für
den Anwender die korrigierenden Angleichungen der Geschwin digkeits-
und Zeitvariablen einschränken.
Bei noch anderen Ausführungsformen
ist das Verhältnis
zwischen Schneiderate oder Oberflächenvergütung und den drei unabhängigen Variablen
Druck, relative Geschwindigkeit und Zeit eventuell nicht ausreichend
linear, um auf die oben beschriebene Weise aufgenommen zu werden.
In diesen Fällen
werden nichtlineare Funktionen eventuell vorgezogen. Diese Funktionen
machen es eventuell erforderlich, dass der Artikel mit mehr als
einem Parameter oder Index markiert wird und dass der Anwender mit
einer komplexeren Funktion ausgestattet wird, um die erwünschten
Arbeitsbedingungen zu errechnen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist nun eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Apparats
schematisch veranschaulicht. Der Apparat 120 ist allgemein
für die
Verwendung als Teil einer Produktionsstraße für eine Schleifbahn 122 bestimmt.
Wie gezeigt, bewegt sich die Bahn 122 bei einem Produktionsvorgang
stromabwärts,
wobei die Bahn bei einer vorbestimmten Bahngeschwindigkeit gehalten
wird. Eine Vorschubwalze 124 bewegt die Bahn 122 stromabwärts, während sie
auch eine Stütze
für die
Bahn 122 bei oder in der Nähe des Apparats 120 bietet.
Die Vorschubwalze 124 bewegt die Bahn 122 für das weitere
Verarbeiten im Produktionsvorgang am Apparat 120 vorbei.
Die Bahn 122 kann auf eine Aufnahmerolle (nicht gezeigt)
zur Lagerung oder zum weiteren Verarbeiten an einer anderen Stelle
gewunden werden. Der vorliegenden Erfindung gemäß wird die Bahn 122 mit
einem Leistungsindex markiert, nachdem die Bahn 122 sich
stromabwärts vom
Apparat 120 bewegt hat. Wie oben besprochen, zeigt der
Leistungsindex die Schleifleistung der Schleifbahn 122 an.
Da die Bahn 122 im Allgemeinen eine kontinuierliche Bahn
von Schleifmaterial ist, wird die Möglichkeit in Betracht gezogen,
dass ein Leistungsindex für
eine Schleifbahn auf eine vorbestimmte Länge derselben zuträfe. Aus
diesem Grund zieht die Erfindung die Möglichkeit der Berechnung oder
Bestimmung mehrerer Leistungsmesswerte für eine längere und kontinuierliche Schleifbahn
in Betracht.
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Der
Apparat 120 ist für
die Bewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position
konfiguriert. In einer ersten Position kontaktiert die Bahn 122 das
erste Ende 134 des Arbeitsstücks 132, wie in 2 gezeigt.
Wie hier beschrieben, bietet der Apparat 120 eine zweite
Position, in der die Bahn 122 und das Arbeitsstück 132 nicht
miteinander in Kontakt stehen (nicht gezeigt). Diejenigen Fachleute,
die mit dem Stand der Technik vertraut sind, werden sich im Klaren
darüber
sein, dass andere relative Positionen der Bahn 122 und
des Arbeitsstücks 132 erforderlich
oder erwünscht
sein können
und die Erfindung soll nicht auf zwei derartige relative Positionen
begrenzt sein. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst der Apparat 120 einen Kopfteil 126,
der auf einer Welle 128 montiert ist. Die Welle 128 ist
an einem Dreharm 130 befestigt. In dieser Konfiguration
ist der Kopfteil 126 zwischen die obigen ersten und zweiten
Positionen durch Drehen der Welle 128 und des Kopfteils 126 auf
dem Dreharm 130 positionierbar. In der ersten Position
ist der Kopfteil 126 in der Nähe der Bahn 122 positioniert,
wobei das erste Ende 134 des Arbeitsstücks 132 sich in Kontakt
mit der Schleiffläche
der Bahn 122 befindet. In dieser Position kann eine Messung
des Leistungsindex erhalten werden. In einer zweiten Position werden
der Kopfteil 126 und die Welle 128 auf einem Dreharm 130 von
der Bahn 122 hinweg gedreht. In der ersten Position ist
der Apparat 120 von der Messung des Leistungsindex frei.
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Der
Kopfteil 126 des Apparats 120 bietet ein Testgerät, das das
Arbeitsstück 132 in
einer bevorzugten Position derart hält, dass das erste Ende 134 des
Arbeitsstücks 132 sich
in einer Position befindet, um die Schleiffläche der Bahn 122 zu
kontaktieren, wenn der Dreharm 130 und die Welle 128 (Positioniermöglichkeiten)
den Kopfteil 126 in der zweiten Position halten. Das Arbeitsstück 132 ist
ein stabförmiger
Artikel mit einem abschleifbaren ersten Ende 134 und einem
zweiten Ende 136, dem ersten 134 gegenüberliegend.
Das erste Ende 134 des Arbeitsstücks kann in einer Nichtkontaktposition
mit Bezug auf die Schleifbahn 122 gehalten werden, wenn
der Kopfteil 126 durch das Drehen des Dreharms 130 und
der Welle 128 in einer ersten Position gehalten wird, so
dass der Kopfteil 126 sich neben der Bahn 122 befindet.
In dieser Position steht das erste Ende 134 des Arbeitsstücks 132 in
direktem Kontakt mit einer Schleiffläche der Bahn 122,
wobei das erste Ende 134 des Arbeitsstücks 132 eine abschleifbare
Fläche
ist.
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Das
Arbeitsstück 132 wird
innerhalb des Kopfteils 126 durch eine erste Haltevorrichtung
gehalten, die umkehrbar rotierbare Vorschubwalzen 138, 140 und
eine Dosieröffnung
oder einen Halteträger 148 umfasst. Die
Drehwalzen 138, 140 werden durch einen Servomotor 142 gesteuert.
Die Walzen 138, 140 dienen sowohl zum Halten als
auch zum Vorschieben des Arbeitsstücks 132 auf die Bahn 122 zu.
Eine Halteklemme oder Dosieröffnung 148 wird
am Kopfteil bereitgestellt, um zum Stützen des ersten Endes 134 des
Arbeitsstücks 132 beizutragen.
Das zweite Ende 136 des Arbeitsstücks 132 ragt über den
Kopfteil 126 in entgegengesetzter Richtung zum ersten Ende 134 hinaus.
Das Arbeitsstück 132 kann
kontinuierlich oder zeitweilig durch die Vorschubwalzen 138, 140 vorgeschoben
werden, während
das Arbeitsstück
an der Zwischenfläche
der Bahn 122 und des ersten Endes 134 abgeschliffen
wird. In der gezeigten Ausführungsform
dient die Walze 124 als zweite Haltevorrichtung zum Halten
der Bahn 122 in einer vorbestimmten Orientierung mit Bezug
auf den Kopfteil 126. Ein elektronischer Sen sor, wie beispielsweise
der Positionssensor 144, kann mit dem Kopfteil 126 assoziiert sein,
um den Abstand vom Kopfteil 126 zur Schleifbahn 122 zu
erfassen. Die Steuervorrichtung 146 ist schematisch als
eine Möglichkeit
gezeigt, durch die der Ausstoß aus
dem Sensor 144 so verarbeitet wird, dass die Vorschubwalzen 138, 140 auf
gesteuerte Weise angetrieben werden und dadurch das Arbeitsstück 132 so
vorgeschoben wird, dass ein gleichbleibender Abstand zwischen dem
Kopfteil und der Bahn 122 beibehalten wird.
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Die
Bahn 122 wird durch einen oder mehrere motorisierte Antriebe
(nicht gezeigt) getrieben, die als Möglichkeit zum Bewegen der Schleifbahn 122 mit
Bezug auf das Arbeitsstück
dienen, um das Schleifen oder Polieren des Arbeitsstücks 132 zu
erleichtern. Eine Schneiderate kann durch Messen der Änderung
der Länge des
Arbeitsstück 132 für eine gewisse
Bahnlänge 122 berechnet
werden. Daraufhin kann der Leistungsindex auf die hier aufgeführte Weise
berechnet und dann auf der entsprechenden Länge der Bahn 122 weiter
stromabwärts
vom Apparat 120 markiert werden.
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Mit
Bezug auf die 3 und 4 ist der
Schleifartikel in Form eines Kissenkonditionierers oder einer Konditionierscheibe 222 aufgezeigt,
die so konstruiert ist, um herkömmliche
Aufschlämmungskissen
zu konditionieren, die für
die chemisch-mechanische Planarisierung von Siliciumwafern verwendet
werden. Die Scheibe 222 ist ein Beispiel eines Typs von
Schleifartikel, der einen der Erfindung entsprechenden Leistungsindex einschließen kann.
Die Scheibe 222 umfasst ein Substrat 228, das
aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Edelstahl gebildet
ist. Das Substrat 228 weist eine Dicke „t" mit einer Hauptfläche 224 und einer zweiten
Hauptfläche 226 auf.
Die erste Hauptfläche 224 ist
eine Schleiffläche,
die mehrere Schleifteilchen 230, die zumindest teilweise
in einem Matrixmaterial oder Bindemittel 232 eingebettet
sind, umfasst. Eine teilchenfreie Zone 234 wird der Randkante
der ersten Fläche 224 entlang
bereitgestellt. Bei dem gezeigten Artikel 222 wird ein
Leistungsindex xx.xx innerhalb des Bereichs 236 in der
teilchenfreien Zone 234 auf der ersten Fläche 224 bereitgestellt.
Der Leistungsindex kann beispielsweise durch den Endanwender direkt
lesbar sein oder er kann in maschinenlesbarer Form (z.B. als Strichkode)
kodiert sein. Aus diesem Grund kann der Leistungsindex direkt kodiert
sein oder er kann in einer Datenbase vorliegen, die durch Anwendung
eines Identifizierers für den
Schleifartikel, wie beispielsweise einer Seriennummer, befragt werden,
die den gemessenen Leistungsindex mit dem Schleifartikel assoziiert.
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Während der
Leistungsindex innerhalb des Bereichs 236 als an der ersten
Fläche 224 des
Artikels 222 befestigt oder damit assoziiert gezeigt ist,
wird man sich im Klaren darüber
sein, dass ein Leistungsindex mit dem Schleifartikel 222 auf
eine andere Weise assoziiert sein kann, wie beispielsweise durch
Assoziieren des Index mit der zweiten Hauptfläche 226. Auf einem
Artikel, wie beispielsweise dem Kissenkonditionierer 222, kann
das Substrat 228 von ausreichender Dicke sein, so dass
der Index mit dem Artikel 222 der Seite 238 mit einer
Dicke „t" entlang assoziiert
sein kann. Der Leistungsindex kann mit dem Schleifartikel auf irgendeine
Art und Weise, die den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten
zur Verfügung
steht, assoziiert sein. Eine Art und Weise des Befestigens kann
im Vergleich mit einer anderen bevorzugt werden, je nach der Natur
des Schleifartikels, den bei seiner Konstruktion verwendeten Materialien,
den relativen Kosten verschiedener Möglichkeiten zum Befestigen
und der Verfügbarkeit
von Vorrichtungen, die zum Markieren eines Schleifartikels mit dem
Leistungsindex erforderlich sind. Außerdem kann der erfindungsgemäße Leistungsindex
mit einem Schleifartikel durch Bedrucken oder Markieren der Verpackung
eines Artikels auf andere Weise assoziiert sein, wie durch Befestigen
eines Etiketts an der einzelnen Verpackung, die für den Versand
und/oder das Zurschaustellen des Schleifartikels verwendet wird.
Es sollte offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in
keiner Weise auf irgendwelche spezifische Art und Weise des Assoziierens
eines Leistungsindex mit einem Schleifartikel beschränkt ist.
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In
den besprochenen Ausführungsformen
ist der Leistungsindex mit der Schneiderate des Schleifartikels
auf dem Testprüfstück verbunden.
In derartigen Fällen
ist zu erwarten, dass das Verhältnis
zwischen der Kraft und der Schneiderate in der Vorrichtung des Endanwenders
bzw. der Endanwenderin ungefähr
die gleiche ist wie auf dem Apparat, der zur Bestimmung des Leistungsindex
verwendet wird. In Fällen,
wo die Arbeitsstückmaterialien,
die bei den Schleif- oder Polierarbeiten des Endanwenders bzw. der
Endanwenderin verwendet werden, anders sind als dasjenige, das zum
Bestimmen des Schleifindex verwendet wird, muss der Endanwender
bzw. die Endanwenderin eventuell seine/ihre Vorrichtung kalibrieren,
um ein Verhältnis
beispielsweise zwischen dem Leistungsindex und der Schneiderate
zu bestimmen. Daraufhin kann der Leistungsindex für jeden
an den Endanwender gelieferten Schleifartikel auf eine bekannte
Schneiderate abgestimmt werden, die auf der oben erwähnten Standardisierung
beruht.
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Außerdem kann
ein Leistungsindex während
des Produktionsvorgangs für
jedes von mehreren verschiedenen Arbeitsstückmaterialien bestimmt werden.
Beispielsweise kann, wenn der Schleifartikel bei einer Anwendung
auf Stahl und bei einer anderen Anwendung auf Glas verwen det werden
soll, der Hersteller des Schleifartikels einen getrennten Leistungsindex
für jedes
der beiden verschiedenen Arbeitsstückmaterialien bereitstellen,
jedoch ist dies gewöhnlich
nicht notwendig, da ein einziger Index auf viele verschiedene Arbeitsstückmaterialien
unter verschiedenen Arbeitsbedingungen anwendbar ist.
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Wird
der Schleifartikel als Schleifbahn bereitgestellt, so stellen die
auf die Bahn gedruckten Kennzeichen typischerweise die durchschnittliche
Schneiderate (oder eine andere Eigenschaft) über eine Länge der Bahn dar. Die verwendete
Länge würde durch
einen mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann so gewählt, dass
die normale Variation bei dem geprüften Schleifmittel und der
Anwendung des Schleifmittels in Betracht gezogen wird. Eine kurze
durchschnittliche Spanne und schnellere Bahngeschwindigkeiten würden im Allgemeinen
eine schnellere und automatisiertere Prüfvorrichtung erfordern.
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Der
Leistungsindex wird auf dem Artikel oder seiner damit assoziierte
Verpackung markiert und kann aus Konkurrenzgründen kodiert sein. Der Leistungsindex
kann auch mit dem Arbeitsstück
durch eine verbindende Datenbase assoziiert sein. Beispielsweise
kann der Artikel oder seine Verpackung eine Seriennummer oder andere
Identifizierung tragen, die dann als Nachschlageschlüssel in
einer lokalen oder Ferndatenbase verwendet wird. Der Nachschlagevorgang
kann derart automatisiert werden, dass der Apparat, bei dem der Schleifartikel
verwendet wird, einen Identifizierer abliest, der mit Artikel oder
der Verpackung für
den Artikel assoziiert ist und daraufhin das Nachschlagen in einer
lokalen oder Ferndatenbase durchführt, um den Leistungsindex
zu erhalten, der mit diesem Schleifartikel assoziiert ist. Bevorzugt
wird, wenn der Apparat entweder den Leis tungsindex direkt abliest
oder ihn durch Nachschlagen erhält,
er mindestens eines unter Druck, Geschwindigkeit oder Zeit ohne
Zutun des Bedienungspersonals einstellen.
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Man
wird sich im Klaren darüber
sein, dass die obigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulichend sind, jedoch nicht
alle möglichen
Ausführungsformen
einschließen.
Beispielsweise ist die Anwendung der Schneiderate, um einen Leistungsindex
bereitzustellen, nur eine Art und Weise des praktischen Durchführens der
Erfindung. Andere Leistungsindices können beispielsweise auf der
Basis einer gemessenen Vergütung
bestimmt werden, die dem Arbeitsstück in einem Testapparat vermittelt
wird, der in den Herstellungsvorgang des betreffenden Schleifartikels
eingeschlossen werden soll. Zusätzliche
Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform sind in den folgenden
nicht einschränkenden
Beispielen aufgeführt.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Ein
Schleifartikel bietet eine Schneiderate, die 10 höher ist
als der bekannte Durchschnitt für
den gleichen Typ Schleifartikel im gleichen Typ von Schneidanwendung.
Dem Schneidartikel ist ein Leistungsindex von 1,10 zugeordnet und
er ist so markiert. Bei der Anwendung wird die Kraft, die zum Aufdrücken des
Schleifartikels auf das Arbeitsstück aufgebracht werden muss,
als Verhältnis
von 1/1,10 oder 0,91 der aufgebrachten Kraft berechnet, die beim
Bestimmen der durchschnittlichen Schneiderate verwendet wird. Das
Anwenden der berechneten Kraft führt
zu einer Schneiderate, die der Schneiderate eines Artikels ziemlich
eng nahekommt, die für
den Verfahrensdurchschnitt des Herstellungsvorgangs des Schleifartikels
repräsentativ
ist.
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Beispiel 2
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Der
Leistungsindex ist das Umgekehrte der Schneiderate und wird als
Einstellungsfaktor beschrieben. Die Schneiderate wird auf 10 % höher als
der Durchschnitt gemessen. Der Index beträgt 1/1,10 = 0,91 und der Artikel
wird so markiert. Der Anwender des Schleifartikels reduziert die
aufgebrachte normale Kraft gegen das Schleifmittel auf 91 % der
Nennkraft und erhält
eine Schneiderate, die der Schneiderate eines Artikels eng nahekommt,
die für
den Verfahrensdurchschnitt des Herstellungsvorgangs des Schleifartikels
repräsentativ
ist.
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Obwohl
die gemessene Leistung der beiden Artikel gleich ist, betragen die
markierten Leistungsindexwerte, die in Beispiel 1 angewendet werden,
1,10, weil eine Teilung durchgeführt
wird, um den Arbeitsparameter zu erhalten, während eine Multiplikation in
Beispiel 2 angewendet wird, um den Leistungsindex 0,91 zu erhalten.
Andere Markierungen können
ebenfalls angewendet werden, um die Leistung der Artikel in den
Beispielen 1 und 2 anzuzeigen, wie beispielsweise „110" und „91" oder „220" und „182" oder sogar „55" und „45,5". Der für den Leistungsindex
verwendete Zahlenwert ist nicht wichtig, solange der Anwender angewiesen
wird, wie die Markierung anzuwenden ist.
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Beispiel 3
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Ein
Schleifartikel bietet eine erwünschte
Oberflächenvergütung auf
einem Arbeitsstück
bei einem vorbestimmten Arbeitsdruck in 10 % weniger Zeit als dem
bekannten Durchschnitt für
diesen Typ von Schleifartikel im gleichen Typ von Schleifanwendung.
Dem Schleifartikel wird ein Leistungsindex von 1,11 zugewiesen und
er wird so markiert. Bei der Verwendung wird die Zeit (z.B. in Sekunden),
während
der der Schleifartikel gegen ein Arbeitsstück gedrückt werden soll, als das Verhältnis von
1/1,11 oder 0,90 (90 %) der Zeit berechnet, die zum Erreichen einer
Oberflächenvergütung erforderlich
ist, die der Oberflächenvergütung entspricht,
die unter Anwendung eines Schleifartikels erhalten wird, der für den Verfahrensdurchschnitt
repräsentativ
ist.
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Beispiel 4
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Bei
einem Schleifvorgang wird Luftdruck in einem pneumatischen Zylinder
zum Aufdrücken
eines Schleifartikels auf ein Arbeitsstück verwendet. Ein ungefährer Luftdruck
(der „nominelle
Druck") ist im Durchschnitt
dafür bekannt,
eine erwünschte
Schneiderate zu liefern. Ein Leistungsindex auf den Schleifartikeln
soll zum Reduzieren der bestehenden Variabilität verwendet werden, wenn die
Menge an Druck, die auf den Schleifartikel aufgebracht wird, fein
eingestellt werden soll. Jedoch ist bekannt, dass die Verfahrensvorrichtung ein
sogenanntes „Tod"-Gewicht ausübt, indem
die Vorrichtung eine fixierte Nichtnullkraft gegen das Arbeitsstück selbst
dann liefert, wenn kein Druck durch den pneumatischen Zylinder ausgeübt wird.
Aus diesem Grund bietet der in diesem Beispiel beschriebene Vorgang
ein Verfahren zum Bestimmen einer ungefähren Druckeinstellung für den pneumatischen
Zylinder, die die Nichtnullschneiderate in Abwesenheit irgendeines pneumatischen
Drucks in Betracht zieht.
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Drei
Schleifartikel, von denen jeder mit einem Leistungsindex auf der
Basis der Schneiderate markiert ist, werden ausgewählt und
die Schneiderate für
jeden der drei Schleifartikel wird gegen ein Arbeitsstück bei aufgebrachten
Drucken von 0,5, 1,0 und 1,5 mal dem Nenndruck bestimmt (z.B. „70" in diesem Beispiel).
Die Schneideratedaten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Die
gemessenen Schneideraten werden korrigiert, um der relativen Aggressivität der Schleifartikel, wie
durch ihre Leistungsindices gezeigt, Rechnung zu tragen. Die beobachtete
Schneiderate wird durch den Leistungsindex für jeden der Schneideartikel
geteilt. Bei der Berechnung wird der Nichtnulleinsatz (der in diesem
Fall einen positiven Druck aufweist) für die Vorrichtung in Betracht
gezogen, die verwendet wird, und kann zum Bestimmen der geeigneten
aufgebrachten Drucke für
neue Artikel verwendet werden.
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Eine
Regressionsanalyse der kleinsten Quadrate wird zum Bestimmen der
besten Passung in einer grafischen Darstellung von (1) dem Druck
in Abhängigkeit
von (2) dem Verhältnis
von Schneiderate/Leistungsindex („Schneiden/L.I.") angewendet. Die
lineare grafische Darstellung (in Steigungs-Einsatzformat) wird durch
die Gleichung (1) definiert: Schneiden/L.I. = 0,0114 × Druck + 1,200 (1)
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Die
Schneiderate wird durch die Gleichung (2): Schneiderate = L.I. × (0,0114 × Druck + 1,200) (2)angegeben.
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Um
eine Schneiderate von 2,00 zu erreichen, wird der Druck der Gleichung
(3) entsprechend bestimmt: Druck = ((2,00/L.I.) – 1,200)/0,0114 (3)Aus diesem
Grund würde,
wenn der Leistungsindex auf einem neuen Schleifartikel 0,85 beträgt, der
Luftdruck, der zum Erhalten einer erwünschten Schneiderate von 2,00
erforderlich wäre,
unter Anwendung der Gleichung (3) wie folgt bestimmt: Druck
= ((2,00/0,85) – 1,200)/0,0114;
oder
Druck = 101.
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Solange
das Verhältnis
zwischen Schneiderate und aufgebrachtem Druck ungefähr linear über einen Bereich
von Drucken ist, der bei dem Schleifvorgang nützlich ist, wird das in diesem
Beispiel veranschaulichte Verfahren dazu beitragen, die Variabilität des Schleifvorgangs
zu reduzieren.
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Beispiel 5
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Es
wurden zwei verschiedene Schleifmaschinen verwendet. Die erste Maschine
(die „Testmaschine") war eine modifizierte
Feinschleifmaschine, die von Gerber-Coburn, Muskogee, Oklahoma,
unter dem Warennamen „Coburn
Rocket Modell 507" erhältlich ist.
Die Testmaschine wurde zum Bestimmen der Schneideraten verwendet,
die für
zwei Schleifstoffchargen charakteristisch sind. Die zweite Maschine
(die „Produktionsmaschine") wurde als repräsentativ
für einen
tatsächlichen
Schleifvorgang verwendet, um die reduzierte Variabilität des Schleifvorgangs durch
Verwendung von Schleifartikeln aufzuzeigen, die mit einem Leistungsindex markiert
sind, der auf der Schneiderate beruhte.
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Ein
Polierversuch wurde auf der Testmaschine unter Anwendung einer Feinschleifschicht
als Schleifartikel durchgeführt.
Die Feinschleifschicht wurde von Minnesota Mining and Manufacturing
Company, St. Paul, Minnesota erhalten und ist im Handel unter der
Warenbezeichnung „272L" erhältlich.
Die Feinschleifschicht umfasste Aluminiumoxidschleifteilchen mit
einer durchschnittlichen Größe von etwa
60 Mikron.
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Eine
Feinschleifarbeit wurde auf der Testmaschine durchgeführt, um
die Endfläche
eines Rings aus 1018 Stahl mit einem Außendurchmesser von 5 cm, einem
Innendurchmesser von 4,44 cm und einer Länge von 1,27 cm zu polieren.
Die Feinschleifschicht wurde geschnitten, um eine Schleifscheibe
von 10,2 cm bereitzustellen, die dann mit einem doppelseitigen Band
auf einer flachen Aluminiumplatte befestigt wurde. Gleitmittel (5551A,
Honöl von
Castrol Industrial North America, Downers Grove, IL) wurde der Oberfläche, die
poliert wurde, mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Tropfen
pro Sekunde zugegeben, und das Stahlarbeitsstück wurde gegen die Feinschleifschicht
unter Anwendung einer Kraft von 133 Newton während einer Gesamtbetriebszeit
von einer Minute aufgedrückt.
Die Schneiderate wurde durch Messen der Masse des von dem Ring entfernten
Stahls bestimmt. Die Schneideratedaten wurden mit Bezug auf die
Schneiderate für
die Schleifartikel der Charge 1 normalisiert. Der normalisierte
Schnitt wurde dann als Leistungsindex für die jeweiligen Schleifartikel
verwendet. Die Schneideratedaten sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Die
Produktionsmaschine wurde so gebaut, dass sie die Grundzüge einer
Maschine widerspiegelte, die zum Polieren von Stahllagerzapfen verwendet
wurde. Die Maschine polierte die runde Außenfläche eines Stahlrings (1018
Stahl, 5 cm Außendurchmesser × 1,9 cm
breit) unter Anwendung eines Schleifstreifens (1,27 cm breit). Das
Schleifmittel wurde mit einer Druckschiene gegen das Arbeitsstück gedrückt. Die
Reibung zwischen der nichtschleifenden Seite des Schleifmittels
und der Schiene hielt das Schleifmittel mit Bezug auf die Schiene
stationär.
Die Schiene wurde parallel zur Achse des Rings mit einer Amplitude
von 0,32 cm bei 230 Schwingungen pro Minute vibriert. Der Stahlring
wurde auf eine Welle geklemmt und mit 60 UpM rotiert. Eine kurze
Länge Schleifmittel
wurde gegen den Ring gehalten, während
er 7 Sekunden im Uhrzeigersinn und dann weitere 7 Sekunden im Gegenuhrzeigersinn
rotierte. Ein Luftzylinder wurde zum Aufbringen von Kraft auf den Schleifartikel
und Drücken
desselben gegen den Stahlring angewendet. Ein verdünntes Gleitmittel
wurde auf die Zwischenfläche
zwischen dem Ring und dem Schleifartikel aufgegeben. Das Gleitmittel
wurde im Handel unter der Warenbezeichnung „Cimtech 500" (Milacron Marketing
Co., Cincinnati, Ohio) erhalten und mit Wasser auf ein Gewichtsverhältnis von
95/5 (Wasser/Gleitmittel) verdünnt.
Der Druck auf das Schleifmittel war 1,767 mal höher als der aufgebrachte Luftdruck.
Die Länge
an Schleifmittel, die das Arbeitsstück kontaktierte, betrug etwa
3,3 cm. Der Schnitt wurde durch Messen der Masse in Gramm bestimmt,
die von dem Außendurchmesser
des Stahlrings in einem Zyklus entfernt wurde.
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Der
Produktionsmaschinenvorgang wurde unter Anwendung der Standardcharge
1 getestet, um zu sehen, ob die Schneiderate mit Bezug auf den Luftdrucks
linear war. Die Daten sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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Auf
die Bestätigung
hin, dass der Schnitt mit dem aufgebrachten Druck (wie durch r =
0,974 angezeigt) linear war, kann ein Endanwender nun die Anwendungsbedingungen
direkt aus dem Leistungsindex für
künftige
markierte Artikel berechnen. Ähnliche
Berechnungen stehen für
Schleifvorgänge
auf der Basis der relativen Geschwindigkeit, der Schleif- oder Polierzeit
oder aufgrund einer Kombination von Druck, Geschwindigkeit und beispielsweise
Zeit, zur Verfügung.
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Die
von der Produktionsmaschine aufgebrachte normale Kraft betrug 207
kPa in dem Luftzylinder für Schleifstoff
mit einem normalisierten Schnitt von 1,00. Die 207 kPa-Daten, die
oben erhalten wurden, zeigten einen durchschnittlichen Schnitt von
0,0476 Gramm. Schleifartikel aus Charge 2 wurden dann in dem obigen Schleifvorgang
auf der Produktionsmaschine verwendet. Die Schleifdaten wurden zuerst
durch Anwendung der Schleifmittel der Charge 2 erhalten, wobei der
Schleifdruck und andere Verarbeitungsbedingungen die gleichen blie ben,
wie diejenigen, die für
die Schleifartikel der Charge 1 verwendet wurden. Die Daten sind
in Tabelle 4 aufgeführt.
-
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Die
Produktionsmaschine wurde betrieben, wobei der Druck angeglichen
wurde, um für
den Leistungsindex zu kompensieren, der mit der Charge 2 assoziiert
ist. Der Luftdruck wurde auf 207 × 1/1,306 = 156 kPa eingestellt.
Die dabei erhaltenen Schleifdaten sind in Tabelle 5 aufgeführt
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Der
erwünschte
Schnitt des Vorgangs betrug 0,0476 Gramm pro Produktionsdurchgang,
was die Nennleistung für
die Standardcharge Nr. 1 ist. Wie in Tabelle 6 aufgeführt, wird
durch Kompensieren für
den Luftdruck durch Verwendung des Leistungsindex die Gesamtprozessvariabilität von 12,2
% auf 4,6 % reduziert.
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Man
wird sich im Klaren darüber
sein, dass oben zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben
worden ist, der Umfang der Erfindung jedoch in den folgenden Ansprüchen definiert
ist.
