CN100535071C - 用于将工件粘接在制造夹具上并且使之松解的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用辐射响应粘合剂作为粘接剂来在制造夹具上粘接和从其上松解工件的系统和方法。该方法包括在几秒内在加载过程中固化粘合剂，并在几秒内在卸载过程中结构性弱化粘合剂。在工件加载循环中，粘合剂分配器(48)将辐射响应粘合剂沉积在已知为抓紧销(12)的承受负载的透光表面。然后将工件推在定位器上，并且朝着抓紧销(12)，导致粘合剂夹在工件和抓紧销(12)之间，并通过抓紧销(12)使得固化辐射能量透射到粘合剂上，使得粘合剂固化并将工件粘接在夹具上。因此，在制造之后结构性弱化粘接或者松解以从夹具上除去工件。

Description

用于将工件粘接在制造夹具上并且使之松解的系统和方法

本申请是申请人于2003年8月6日提交的申请号为03823563.3、发明名称为“用于将工件粘接在制造夹具上并且使之松解的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种工件夹具，尤其涉及利用辐射能量使得工件和夹具之间的辐射响应粘合剂粘接和松解的设备。

背景技术

制造实践中使用的夹具用于相对于制造过程、组装过程或者检查过程定位和保持工件。一种最需要的制造操作是机加工，以该过程作为示例。尽管机加工中心夹具的结构是专用的，但是基本均采用定位器、夹子以及支撑件等机械元件。定位器是固定的机械元件，用于将工件相对于夹具基底并最终相对于机加工中心进行定位。夹子是用于将工件推在定位器的子设备上的机构。夹子通常液压或者气压地通过螺母和螺钉的相对转动而被促动。

支撑件是用于提高夹具-工件系统的刚度的机构。支撑件与夹子不同之处在于，支撑件以最小的预加载与工件相接触，并随后锁入适当位置。与夹子相同，支撑件可以液压或者气压地通过螺母和螺钉的相对转动而被促动。因为工件表面的不完整性，以及必须仅利用6个或者更少的定位器来定位零件的需要，因此支撑件仅在工件已经与定位器相接触并被夹住之后才被啮合。在许多应用中，促动另外的夹子，以迫使工件与支撑件相接触，因此提高了夹具在工件上的预加载。

典型的工件加载循环涉及以下步骤。工件与定位器相接触。促动夹子并迫使其与工件相接触。在工件、夹子以及定位器的子设备中产生预加载接合点。如果使用支撑件，支撑件被促动并与工件发生轻微接触。随后，支撑件被锁定在适当位置。可以促动另外的夹子来将工件保持在支撑件的子设备上。工件和夹具元件基本是一个组装的结构。

在制造循环中，工件在预加载夹具-工件接合点处受到促动的夹紧力和摩擦接触力的限制。促动的夹紧力的大小是关键。当夹紧力过小的时候，工件在加工过程中会在夹具之内滑动。当夹紧力过大的时候，工件会在加工之前在夹具之内过度变形。

夹具-工件系统的一个重要性质是其在要被加工的工件表面处的动态刚性。高的动态刚性是确保在加工过程中表面不会被过度振动并因此不会形成过大误差以及颤动擦痕所必需的。

动态刚性是工件的几何形状以及弹性模量、夹具元件的空间设置、夹具元件的几何形状以及弹性模量、和工件与夹具元件之间的摩擦系数的正函数。就另一程度而言，它也是接合点预加载作用力的函数。加工夹具的一个重要性能量度是其在保持切削工具与要被加工的特征的接近的同时为夹具-工件系统赋予高动态刚性的能力。

其他重要的量度包括工件加载时间(包括工件安装和夹具与支撑件的啮合)、工件卸载时间(包括夹具和支撑件的脱离啮合、工件的拆卸、定位器和支撑件接触表面的碎片的清洁)、能够被重新构成为保持不同零件的灵活性或者能力、以及投资成本。夹具设计是相当专业的，因为每个加工应用相对于工件复杂性、加工的特征的公差、所需要的材料的去除率、所需要的循环时间、以及所产生的零件的总数量都是不同的。

当适当设定促动作用力的时候，工件很少会在加工过程中从夹具中滑出。另外，这些夹具的保持强度对于工件的清洁性相对不敏感。但是，夹具定位工件的能力对于工件的清洁性是非常敏感的。而且，如果采用自动夹位和支撑系统，工件加载时间和卸载时间可以相对较短。

采用这种技术的夹具的投资成本从精密钳子的几百美元到全自动基板夹具系统的6万美元不等。另外，还有用于外部促动源(液压流体传送系统、快速拧螺母机等)的成本。

但是，对于传统的夹具技术有几个限制。在许多应用中，夹具元件不能设置在工件上的关键位置上，因为该位置是不能接近的、不能通过夹子促动而被预加载的、过于复杂的、以及/或在预加载的时候会导致工件的明显预加载变形。这会导致夹具-工件系统动态刚性的不足。反过来，这会导致在加工过程中的强制振动以及颤动擦痕的问题或者为了防止该问题而明显降低加工过程的材料去除率。通常，该问题会降低产率和零件质量。

夹子促动通常导致工件的弹性、预加载变形。在实践中很少监视夹紧力，并对各工件来说明显不同，尤其是在手动促动的时候。在多种情况下，夹紧力远大于保持工件所必须的力。在其他情况下，夹紧力最小足以保持工件而仍然会导致工件的过度预加载变形。在多个应用中，预加载变形足够高，导致加工特征误差超过公差。在许多其他情况下，变形足够高而明显与其他源相加和导致该零件超过公差。

在大多数应用中，在工件和夹具之间的接触区域非常小。夹紧力和加工力导致的高应变可以导致在夹具-工件接触区域处的工件表面的塑性刻痕和/或划伤。该问题影响零件质量，并可以导致零件发生表面纹理公差失败。

夹具元件，尤其是夹子通常会妨碍与要被加工的工件表面的接近。这需要额外的装置，因此明显提高了零件加工的总的交付时间和/或需要额外加工工具、切削工具和固定的投入。另外，每个装置需要将零件相对于加工工具进行定位。由于该过程通常受到系统误差和随机误差的影响，因此每个额外的设备增加了加工特征误差的累计，尤其是方向、位置和轮廓类型误差。

夹具元件，尤其是夹子，可以阻挡通向要被加工的表面的加工路径。这会频繁导致损坏切削工具、机加工工具以及固定元件的工具破裂。也会导致极大的降低产率，因为需要切削工具围绕夹具元件快速往返移动。

夹具元件尤其是夹子可以位于工具的外壳之外，因此会占据可能用以保持其他工件的空间。这会降低能够在基板或者基板上保持的工件的数量。反过来，这明显增加了与切削工具变化、垫板变化以及工件对工件的快速往返移动时间相关的每部件的循环时间。

支撑件的位置可以在一个非常小的距离(0.001英寸-0.005英寸)的范围内调整，以与定位和夹住的工件相接触。这需要移动元部件，其作用降低了支撑件的硬度。

上述限制随着加工特征公差的要求愈加严格、工件几何形状复杂性的提高、工件刚性的降低或者工件硬度的降低而更加明显。

对于具体应用，可以采用另外的夹紧技术来克服传统夹紧技术的缺陷。这些另外的技术包括使用另外的作用力来夹紧工件和粘接。

使用不依赖于机械夹紧的其他夹紧力的三种商业上的夹紧技术是真空夹盘、磁性夹盘、以及静电夹盘。在所有这三种夹具中，可以瞬间接通和切断夹紧力。

例如，传统真空夹盘中，例如Dunham所制造的类型中，包括穿有孔/通道的抓紧板。孔/通道连接至真空泵，并通过阀系统打开或者关闭。当真空泵打开的时候，空气压力将零件压迫在抓紧板上。为了维持该真空，必须通过周围的夹盘-工件表面之间的接触而封住孔和通道。该作用力的大小是在工件和抓紧板之间的封闭孔/通道面积以及空气压力(至多12psi)的乘积。

真空夹盘用于保持任何材料制成的工件。但是工件的底表面必须是平滑的。另外必须塞住会因为加工过程而暴露的孔或者通道。真空夹盘的轴向(或者垂直接触表面的方向)保持强度不能超过大气压力(12psi)。同样设定静态摩擦系数为.2，这通常是金属-金属接触的数值，真空夹盘剪切方向(或者平行接触表面的方向)的保持强度大致为2.4psi。

由于它们低的保持强度，真空夹盘通常用于小的薄的零件的轻微切削和钻入。他们通常用于具有非常大的、平滑接触表面的工件的高速加工。在这些情况下，通过夹具和工件之间大的接触区域克服夹具低的保持强度。这些应用通常用于航空航天工业。

传统的磁性夹盘例如

所制造的型号，用于保持磁铁材料(铸铁、钢以及某些镍合金)所制成的工件。夹盘通过永磁体或者电磁体产生磁场。在这两种情况下，磁力将工件拉在夹紧板上。

作用在工件上的磁力的强度是磁场强度和工件材料相对于抓紧板的接近距离的正函数。前者受到工件材料铁磁性质和磁体强度的极大影响。通常，磁场越强和/或材料越接近，磁力越强。已经知道，对于电磁夹盘，工件-抓紧板之间接触区域的降低或者接触的工件表面的表面粗糙度的提高导致磁力明显降低。

磁力夹盘能够施加比真空夹盘明显更大的夹紧力，轴向保持强度高至205psi(对于低碳钢)，剪切方向保持强度为40.2psi(设定摩擦系数为0.2)。因此磁力夹盘用于涉及较高材料去除率的应用。它们主要用于研磨应用。但是他们也用于加工中心操作。另外如果需要，可以在夹紧板上平行设置，以定位工件的底表面。由于这样将工件材料从抓紧板移开并减少了接触面积，因此降低了作用在工件上的磁场。磁力夹盘所保持的工件通常留有残余磁性。这种残余磁性可以由单独的去磁设备消除或者减少。

传统的静电夹盘用于保持导电材料。抓紧板是涂布有非导电材料例如塑性树脂的电极。工件和抓紧板连接至电源，该电源使得正电荷沉积在工件上，负电荷沉积在抓紧板上(或者相反)。由此导致将工件推在抓紧板上的静电作用力。

通常，所产生的静电作用力非常小，通常就每工件-抓紧板接触面积而言小于20psi。因为这种弱的夹紧力，静电夹具很少用于机加工应用。但是它们为半导体工业广泛使用，用于为各种其它处理来保持半导体材料。

所有这三种技术具有以下优点。更容易接近工件，因此在一个设备中可以处理更多的表面和/或可以在一个设备中保持更多的工件。工件底部和抓紧板之间接触应力均匀分布，而是该作用力小，因此减小了由于预加载变形、塑性刻痕以及划伤造成的零件劣化。夹紧力可以瞬间作用和瞬间不作用。但是由于技术上的限制，这些技术不能用于大多数机加工中心应用。

粘合剂粘接用于保持柔性和/或几何形状复杂的零件，这些零件不能在真空夹盘或者磁性夹盘或者静电夹盘中被机械夹紧或者有效地保持。通常，这种技术限于制造非常少量的零件。这是因为形成粘合剂粘接和完成机加工之后破坏(或者在结构上弱化)粘接需要长的交付时间。

一些商业上可以得到的粘合剂系统(例如MCP Group制造的那些)利用了低熔点温度的粘接材料以将工件附着在子板上和/或将其封装。这些粘接材料是金属、聚合物或者水。这些金属是铋、锌和锡的合金。这些金属的熔点范围在75℃-250℃，取决于它们的成分。

使用这些材料以简单地粘接至子板上的一个实施方案包括，安装在子板顶表面上的池，工件放入该池中。可以通过填隙垫圈或者其它机械手段在工件的底表面和子板之间形成小间隙。将低熔点金属加热至流体状态，随后倒入池中以正好填平在工件-子板间隙之上。使金属冷却并硬化。金属作为粘合剂将工件粘接至子板。另外，围绕在工件边缘的硬化金属产生一个机械阻挡，以抵抗工件移动(也就是部分封装)。此时，子板安装在加工池中，并且对工件的暴露表面进行加工。一旦完成之后，通过喷灯融化粘接金属或者将子板和工件放在炉中来除去工件。

工件的另一种完全或者部分封装包括一个模具。模具的壁是容易抓住表面例如平行的平面或者圆柱形面的形式。如上所述的熔融随后倾倒在模具中，并封装工件连通其内部腔室。封装的工件从模具上除去，并安装在老虎钳或者夹盘上。如上所述进行工件的拆卸。

该材料的热塑性等效物是可以购买的，例如M.Argüeso&Co.Inc..所制造的Rigidax^TM。热塑性塑料的各种组成熔点在65℃-100℃。低熔点金属和热塑性塑料已经成功用于多种机械应用。但是它们的使用是具有限制的，例如在固化过程中薄壁工件的热扭曲以及因为熔融物质的显著收缩导致的机械扭曲。另外，它们对铝均具有非常低的粘接强度(对于低熔点金属为.246psi，对于热塑性塑料为9.98psi)。

另一个实施方案采用冷液蛇形管以及加热元件，通过将冷却剂的温度降低至冷却剂冰点以下而固化冷却剂，类似于溜冰场。这种设备之一是Ice Vise^TM，由Horst-Witte制造。该设备包括非常类似于磁性夹盘的特征，但是它具有非常小的挡墙。它被设计为直接安装在加工工具台上。在夹盘接触表面之下运行冷液蛇形管以及加热元件系统。

为了使用冻结的老虎钳，在夹盘接触表面上沉积水的薄膜。工件设置成与该薄膜相接触。冷却剂被相继驱动通过蛇形管，它使得水膜冻冰并将工件粘接在接触表面上。冻结的老虎钳控制系统连续驱动冷却剂穿过蛇形管以保持在-10℃±2℃的冰温度。据报道，冻结薄膜所需要的时间大约是90秒。

在加工之后，启动加热元件以融化冰膜并释放工件。这样作所需要的时间据报道为大约90秒。这种设备的变型包括在冻冰过程中使用集成的真空夹盘来保持工件，以及使用工厂用压缩气源代替传统的冷却剂作为冷却介质的单元。该系统也驱动温暖的工厂用压缩气源穿过同一个蛇形管以融化冰膜。

另一个实施方案具有明显更深的挡墙，它允许冷却剂例如水或者基于水的凝胶汇集在工件外表面周围。当冷冻时，固化的流体部分封装工件。基于水的凝胶可以提供更大程度的封装。在这些情况下，凝胶填充在工件壁的周围，并进入到可能进入的腔室中。随着夹具和工件冷却，凝胶冻成固体块。由于涉及到更大的热质量，用于使用这些实施方案的循环时间明显长于其它替换方案。已经显示，在-10℃的冰具有145psi-1300psi的最终拉伸强度，这取决于应变状态。

冷冻工件保持设备的局限在于它不能用于竖直方向以外的其它方向。如果要在工件中钻出竖直的透眼，必须在工件底部和夹盘之间建立明显的间距。这种额外的间距必须用水或者基于水的凝胶来填充，因此提高了必须冷冻的热质量，并显著增加了冰冻和熔融循环时间。最后，冰冻过程不可避免的导致在工件内的严格温度梯度，这会导致其热扭曲。反过来，这会导致尺寸控制问题。即使工件被热浸在-10℃，也仍然会导致明显的尺寸问题或者处理持续时间以克服这些问题，因为所有完工的零件尺寸必须在20℃的条件下加以测量。

其它的工件保持设备采用固体粘接原材料例如Mitee-

所制造的Mitee-Grip^TM。该固体粘合剂是热活化的基于蜡的粘合剂，它埋置在纸张中，涂布在尼龙网上，或者压成棍的形式以保持非常细或者难以保持的零件。纸张产品例如可以保持平滑的平的零件。网产品可以在网中捕获另外的蜡材料并有助于保持不规则形状的零件。棍状材料用于浅的腔室，用于保持凸形、凹形以及薄的零件。

固体粘合剂工件保持设备的一个实施例要求工件的底表面由固体粘合剂覆盖，并压在子板上。然后将子板、粘合剂以及工件定位在热板(或者炉中)并加热至固体粘合剂熔点以上的温度，例如在80-90℃。在这个温度，固体粘合剂熔融并覆盖工件和子板表面。子板、粘合剂以及工件冷却至室温，并变为一体。

该过程中的下一个步骤是将子板安装在加工工具上以准备加工。在加工之后，利用上述程序再次加热工件和子板。一旦粘合剂熔融，将工件与子板分开。这种复杂过程和耗时过程通常用于特殊的加工作业。据信，固体粘合剂的拉伸强度大约在62psi-600psi。

迄今为止，上述的粘合剂粘接系统没有一种采用强度与永久的高强度结构性粘合剂相关的那些(3000psi-5000psi)等效的粘合剂。结构性粘合剂没有被使用的部分原因在于它们的长固化时间。结构性粘合剂通过各种手段来固化，包括暴露于湿气、添加化学催化剂、热活化。每个固化机理具有相对较短的凝结时间(10秒至1分钟)，但是它们完全固化的时间相当长(15分钟至几个小时)。

结构性粘合剂的另一个主要局限在于它们一旦固化之后不能再熔化。另外，只能通过将它们的温度升高至非常高的温度和/或将它们暴露于苛性化学试剂，才能降低它们的强度，而这两种方法在大多数情况下在不损害工件的条件下都不容易做到。

固化和松解问题的一个解决方案是采用辐射。多种结构性粘合剂可以通过暴露于辐射来固化。这种辐射通常是电磁辐射或者电子轰击。利用这些手段，在几秒内可以完全固化结构性粘合剂。类似的辐射可以用于结构性地弱化粘合剂粘接，以容易从夹具上除去工件。

为了粘接夹紧系统能够利用结构性粘合剂和辐射，必须能够将夹具-工件接头之间的粘合剂暴露于辐射以在几秒内固化粘合剂，以及暴露于辐射而能够在几秒内热摧毁或者结构性弱化夹具-工件接头之间的粘合剂并且对工件和夹具的热转移可以忽略不计。热转移要求是关键的，因为夹具-工件系统的热生长能够导致明显的制造特征误差。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种保持工件的系统和方法，具有最小的预加载扭曲，最大的刚度，对制造过程的最大可接近性。

本发明的另一个目的是提供一种系统和方法，能够用于小体积、加工车间应用以及专门的大体积应用。

本发明的再一个目的是提供一种系统和方法，能明显减少零件制造的交付时间和成本，同时能够改善零件质量。

本发明涉及通过使用辐射响应粘接剂作为粘接剂将工作装载到制造固定装置上并且从中将它卸载的系统和方法。术语“辐射”指的是优选在300nm至1064nm波长范围内的电磁辐射例如光以及电子束辐射。术语“辐射响应”指的是物质物理响应(例如，发热)的能力或能够响应于暴露于辐射例如光而以其它方式变得激活的能力。用于固定制造工件的粘接工件保持系统包括具有辐射透射紧固表面的夹紧装置和能够发射辐射能量的辐射能量传输系统，它位于固定装置的固定表面附近并且与之连通。

在工件装载循环期间，粘接剂分配器将辐射响应粘接剂沉积到被称为夹持器销的承载光传输表面上。作为准备步骤，应该清除工件表面上的灰尘和油脂。随后将工件推压在定位器上并且朝着夹持器销推压，从而使得粘接剂被挤压在工件和夹持器销之间。固化辐射能量传送穿过夹持器销并且传送到粘接剂上以使粘接剂“固结”或固化并且将工件粘接在固定装置上。

去粘接辐射能量也通过夹持器销传送到固化粘接剂上以破坏或在结构上弱化或者松解固化粘接剂。在该说明书中，术语“松解(debond)”及其变型与术语“破坏或在结构上弱化粘接或粘合”及其变型可互换使用。粘接和松解操作只花费几秒钟，并且成本非常节约。在进行松解过程以便去除残余粘接基底之后应该清洁所有配合表面。

根据本发明的一个方面，提供一种辐射能量响应粘接剂组合物，包括：透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为90％至99.9％；并且着色剂重量百分比为0.1％至10％。

在根据本发明的粘合剂组合物的一个优选实施方案中，所述的粘合剂组合物包括透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为99％至99.9％；并且着色剂重量百分比为0.1％至1％。

在根据本发明的粘合剂组合物的另一个优选实施方案中，所述的粘接剂组合物包括所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99.5％；并且所述着色剂为重量百分比为0.5％的碳黑。

根据本发明的另一方面，提供一种生产辐射能量响应粘接剂组合物的方法，包括以下步骤：提供透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为90％至99.9％；提供重量百分比为0.1％至10％的着色剂；并且将着色剂与透明的辐射响应结构粘接剂混合。

在根据本发明的方法的一个优选实施方案中，所述方法包括所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99％至99.9％；并且所述着色剂重量百分比为0.1％至1％。

在根据本发明的方法的另一个优选实施方案中，所述方法包括所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99.5％；并且所述着色剂为重量百分比为0.5％的碳黑。

附图说明

图1为本发明的各个组成部件的示意图以及辐射能量传输系统的剖视图；

图2为图1的本发明辐射能量传输系统的分解视图；

图3为图1的本发明的辐射能量传输系统和夹持器销的局部剖视图，显示出安装有工件；并且

图4-11为过程图，显示出使用图1的本发明的方法；

图12为图1的本发明的辐射能量传输系统和夹持器销的局部剖视图，显示出静止光束实施方案，它与夹持器销的顶视图一起显示出充满了夹持器销的整个直径的光束；

图13为辐射能量传输系统和夹持器销的可选实施方案的局部剖视图，显示出运动光束实施方案，它与夹持器销的顶视图一起显示出只充满了夹持器销的一部分直径的光束；并且

图14为辐射能量传输系统和夹持器销的可选实施方案的局部剖视图，显示出夹持器销灯泡。

具体实施方式

本发明可以构成用于需要夹持工件的任意制造操作。为了举例说明，在这里所包含的实施方案涉及批量机加工，但是不限于这些制造用途。

在图1和2中所示的本发明10包括夹持器销12、辐射能量传输系统14、夹持器销底板16以及可拆卸/可收缩定位销18和定位垫片19。还显示出辐射能量源22、光学路径选择系统24、光导件30和光导件底板32。它们为辐射能量传输系统14的组成部件。计算机控制系统58控制了来自辐射能量传输系统14的辐射能量向夹持器销12的发射。辐射响应粘接剂20施加在夹持器销12的接触表面26以便将工件28粘接在这些夹持器销12上。夹持器销底板16和光导件底板32安装到基板(tombstone)42上以形成一夹具11。

高容量机加工应用通常是在例如具有托盘交换能力的四轴水平自动数控机床上进行的。在该情况中，夹具11安装在机床(未示出)的两个旋转工作台的一个上。工件装载和卸载在数控机床正在加工安装在类似机座-夹具系统上的零件的同时在该自动数控机床的外面进行。工件表面的几何形状变化性相对较小。这会是这样一种情况，它们是通过例如轧制、挤出成形、机加工、粉末加工或模铸形成的。

夹持器销12为用来将辐射能量例如光传送给辐射响应粘接剂20的承载光学元件。根据应用，夹持器销12其尺寸和形状可以变化，并且可以用作波导元件、透镜或简单的窗口。波导元件给出用于举例说明的目的(图12)。夹持器销12的一个实施方案具有右端封闭的圆柱体形状，优选其左右表面被磨光和抛光。从光导件30发出的静止光束67是均匀并且离散的。光束67进入到夹持器销12的入射表面60，并且直接穿过通向夹持器销-粘接剂界面66或者在夹持器销12的圆柱形表面弹起之后间接穿过。但是，夹持器销12可以采取各种其它形状，并且仍然用作波导件。

夹持器销12优选由非常坚固、硬并且刚性而且在UVA到接近红外线波长中具有辐射透射性能的材料制成。术语“辐射透射性能”指的是材料能够光学透射光或辐射能量的能力。夹持器销12由随机取向无TiO₂的蓝宝石制成。蓝宝石由于其高刚度、高强度、高硬度并且能够在UVA到接近红外线波长中透射光所以对于该用途而言为优选物质。还有蓝宝石具有高折射率(约1.76)。但是，其它合适的材料包括钻石、单晶体二氧化硅、红宝石、三氧化锆和氧化锆。

夹持器销底板16为保持夹持器销12的结构基体。夹具11的一个实施方案包括一组夹持器销底板16，每个设计成与在图3中所示的工件28的底面一致。夹持器销底板16的数目和空间布置与在这里所包含的夹持器销12的数目和空间布置一起为专用的。

夹持器销12嵌入在夹持器销底板16中，使用粘接剂固定在底板16的孔34(图3)内。但是，任意粘接剂都是合适的，但是优选采用其折射率小于夹持器销材料的辐射响应粘接剂。使用这种粘接剂能够将夹持器销12迅速装配到夹持器销底板16中。夹持器销12涂有粘接剂，插入到孔34中，暴露于例如来自烘焙灯的UV可见光(宽带波谱)，然后优选在炉子中在大约150℃过固化大约15分钟。

辐射响应粘接剂20其强度和耐久性足以在其所期望的寿命上将夹持器销12保持不动。辐射响应粘接剂20在光学上是透明的，并且具有大约1.5的折射率。因为夹持器销12的折射率明显高于辐射响应粘接剂20，穿过夹持器销12并且撞击其侧面的光将进行接近完全的内反射。由此增大了夹持器销12的透射率。

夹持器销底板16结合有定位销18和定位垫片19，用于使工件相对于夹持器销12和机加工基准点参考框架定位，并且使工件相对于在夹具11上的所有夹持器销12定位。定位销18和定位垫片19在沉积辐射响应粘接剂20之后并且在安装工件28之前装配好和/或延伸。定位件18、19不是承载部件。因此，一旦已经将工件28粘接在夹具11上，可以通过去除、收缩或其它手段使定位件18、19脱离以便提供更大的用于制造工具通向工件28的通道。另外，定位垫片19在工件28和夹持器销底板16之间形成间隙56。

在优选实施方案中，夹持器销底板16相对于夹具底板或基板42固定，因为粘附的工件表面54具有最小的形状误差。但是，在其中工件粘附表面54具有明显的形状误差的情况下，如在它是通过例如砂型铸造工艺形成的情况下所期望的一样，可选实施方案(未示出)允许在夹持器销底板16和夹具底板或基板42之间能够进行相对运动。这种可选实施方案在工件28正在推压在定位销18和定位垫片19上的期间防止意外与工件28接触。该可选实施方案还用来使在工件28和夹持器销12之间的间隙56最小。在这些情况中，可以想到的是，夹持器销底板16可以按照与可调解机械支撑件类似的方式促动并且相对于工件表面运动。

光导件30为用来通过它将辐射能量例如光传输给夹持器销12的光导管。每个光导件30相对于夹持器销12固定在适当位置中。从光导件30发出的辐射能量分散并且以预定的角度离开。辐射能量进入夹持器销12，并且直接透射到夹持器销-粘接剂界面66上，或者在内反射之后透射到其上。整个夹持器销-粘接剂界面55以基本上均匀的辐照度受到照射。辐照度的大小将与透射辐射能量的功率成正比并且与夹持器销出射表面36的横截面积成反比。

光导件30的一个实施方案为市售光纤电缆，可以适用于供辐射能量源例如受激准分子和YAG激光器使用。这种光导件由Ceramoptec制造。光导件的另一个实施方案由Lumatech制造。

光导件底板32为用于光导件30的结构基体。按照与夹持器销12类似的方式，使用辐射响应粘接剂20例如

602将光导件30粘接在底板32的孔38上。但是，任意合适的粘接剂都是可接受的。

夹持器销底板16和光导件底板32优选用螺栓连接在一起，并且通过定位销40控制其对准(参见图2)。优选使用两个底板而不是一个以便于夹具11的装配和拆卸，并且减小修理在使用中受损的夹持销12所需的时间、精力和费用。光导件底板32直接连接在安装在基板底座44上的基板42(图1)上。

可选实施方案(图13)利用了夹持器销12作为用运动光导件或运动直接透射光束代替上述静止光导件的窗口的功能。

在该实施方案中，夹持器销12用作承载窗口。运动光束76进入夹持器销出射表面36。该光束76具有小于夹持器销D的固定直径d，并且沿着环形路径74运动。因此，透射穿过夹持器销12的光不会照亮整个夹持销出射表面36，而只是照亮其一部分。进入夹持器销入射表面60的光75也是具有固定直径的光束，并且沿着环形路径运动。通过使发散光77穿过静止光导件30进入用来将该光聚集成具有固定直径d的光束的准直透镜68来产生出这些运动光束。准直光束79反射离开绕着夹持器销12的轴线旋转的平面镜70。该平面镜70固定在装在光导件底板32内的旋转机械装置72上。该旋转机械装置73由传统的手段例如电、气动或液压手段来促动。

或者，通过增加位于准直透镜和夹持器销之间的聚焦透镜(未示出)来使进入夹持器销12的光束75和离开夹持器销12的光束76的直径d扩大或收缩。

另一个可选实施方案(未示出)通过来自响应辐射能量源的直接光束透射向夹持器销提供固化光和松解光，因此无需光导件和光导件底板。通过用于使光束从一个夹持器销向下一个夹持器销运动的装置使夹持器销的入射表面暴露于直接光束。用于使该光束运动的装置利用了由例如透镜、固定镜、促动镜和/或促动轴等元件的光学系统代替光导件。在这些情况中，应该存在在夹具底板或基板的背面中的透明通道。

如上所述，辐射响应粘接剂20为可光固化结构粘接剂例如

602。市售粘接剂20在暴露于波长为300nm至550nm的辐射能量时将聚合。辐射响应粘接剂20可以是不变的(或纯的)，或者与着色剂例如颜料、染料或其它化学添加剂混合以便提高其吸收松解光的能力(将在下面详细说明)，由此将这些粘接剂的吸收光谱细微调谐至在粘接和松解范围内的特定波长。

由于光必须完全透过粘接位置以便使在远处粘接剂-工件界面62处的粘接剂固化。透过该粘接剂的固化光遵照光吸收的Beer-Lambert’s定律。因此，所传输的光束的辐照率与渗透深度成指数关系降低。衰减率由与粘接剂相关的吸收系数决定。由于纯粘接剂在光学上是透明的，对于所有波长的吸收系数必须极低。

辐射响应粘接剂包含光引发剂。当暴露于在特定波带内的电磁辐射时，这些光引发剂变为自由基。引发交联聚合反应所需的最小曝光量非常低大约为10mJ/cm²。交联聚合反应过程一直持续到没有任何更多的光引发剂可用于自由基化。聚合反应程度与曝光量(J/cm2)成指数相关。聚合反应速度在很大程度上受到烘焙光的辐照度(W/cm²)的控制。辐照度越高、曝光量越大，因此固化速度越快。辐射响应粘接剂在暴露于在紫外线和蓝光光谱(波长为300nm至550nm)或暴露于高速电子(参见下面的表1和2)时在5秒或更少的时间内固化。

丙烯酸基辐射响应粘接剂广泛用于装配由例如Loctite和Dymax制造的大量机电产品中。丙烯酸基粘接剂包含有各种组成和数量的光引发剂。如上所述，光引发剂在暴露于在300nm至550nm的波长范围内的光时将形成自由基，这反过来引发并且传播了粘接剂的交联聚合反应。通过电子束发射固化的粘接剂不需要用于自由基化的添加剂。相反通过与穿透的高速电子的相互作用使粘接剂内的单体直接自由基化。这些粘接剂毒性较低并且不会发出挥发性有机化合物。它们还具有通常大于1年的保存期限。

由于这些粘接剂在未固化和固化状态中都是光学透明的，所以它们吸收了很少的在UVA和可见光谱中包括在300nm至550nm范围内的光的辐射。一旦固化，则粘接剂吸收在这个较窄范围内的光的能力进一步减小。如上所述，可以向该粘接剂中加入着色剂包括颜料、染料或其它一些化学材料以便增强松解光的吸收(在下面进一步描述)。

理想添加剂透射在粘接剂的光引发剂的吸收频带(优选300nm至550nm)内的光，并且容易吸收在该频谱(优选在600nm和1064nm之间)外的松解光。添加剂的使用不会妨碍固化过程，并且输送在规定波长处的松解光的费用相对便宜。

这种添加的示例为由Gentex制造的用在激光护目镜和封罩板中的染料。这些塑料护目面板设计成透射其波长在可见光谱中的特定频带并且吸收在那些普通激光器(受激准分子、Nd:YAG等)的那些频带范围内的波长。由于光固化粘接剂为聚合物，所以可以想到，添加这种染料将改善粘接剂的光吸收率。

混合辐射响应粘接剂20的一个实施方案例如其重量比为99.5％纯粘接剂(例如

602)和0.5％着色剂(例如碳黑)。但是，包含90％至99.9％的其折射率大约为1.5的基本透明辐射响应结构粘接剂和0.1％至10％的着色剂并且足以固化或破坏粘接的任意复合响应粘接剂混合物是合适的，并且在本发明的范围内。

碳黑着色剂例如由Columbian Chemical Co.制造的Raven790在近红外光谱中与激光很好地结合，并且只需要较少的浓度，且不会降低完全固化粘接的强度。该染料容易吸收在固化波长光谱内的光，并且阻止固化光透射穿过该粘接位置。

在固化过程中，接收最少量曝光的粘接剂部分将最少固化，因此其强度最弱。最少固化区域通常为离粘接剂-工件界面62最近的区域。由于整个粘接位置的强度受到其最弱区域的强度的限制，所以粘接剂的强度将总是受到在粘接剂-工件界面62处的总曝光的限制。因此，固化光辐射率越高则固化越快并且越深。

引发辐射响应粘接剂20的固化所需的曝光量非常低，大约为10mJ/cm²。是使0.003″粘接部分迅速固化所需的光辐照度相当低，对于纯粘接剂而言大约为1W/cm²或者更少，对于相同厚度的带染料的粘接部分为8W/cm²或更少(参见下面表1和2以得到进一步的细节)。

在室温下，完全固化粘接部分的强度相当高。例如，在夹持器销12和具有平滑金属表面的工件28其最终拉伸强度通常为大于6000psi。但是，如果其温度明显高于其规定的工作温度例如(300°F/150℃)有限的时间则永久降低了固化粘接部分的强度，从而导致辐射响应粘接剂20的碳化以及辐射响应粘接剂20的化学键破坏。

对于松解而言，由结构粘接剂粘接的粘接部分被热、化学或机械地(即，将连接部分拉开)破坏(或结构弱化)。例如，典型的基于丙烯酸的粘接在接点温度高于300°F/150℃时被破坏。另外，通过使之暴露于化学材料例如脱漆剂来破坏粘接部分，但是比热降解要慢得多。

通过使大约为600nm至1064nm的激光束穿过纯粘接剂透射到工件表面上从而使粘接剂-工件界面的温度上升高于工作温度较短的预定时间，来实现粘接部分的松解或结构弱化。因为持续时间非常短，所以传递到工件本体上的热量将可以忽略。

如上所述，将具有作为松解光的良好吸收剂的添加剂的粘接剂与纯粘接剂进行比较。该添加剂将改善粘接部分对辐射的吸收率以及热转换，并且使更少的热量传送到工件上。该添加剂将迅速发热并且随后通过传导将该热量传送给周围的粘接剂。本发明使光透射穿过例如带色的粘接剂或带染料的粘接剂层，发热超过粘接剂工作温度，并且沿着工件的表面破坏周围的粘接。使用具有添加剂的粘接剂在松解所需的辐射能量方面明显比没有添加剂的粘接剂更有效，并且其松解的平均光辐照度大约为1000W/cm2。

从试验观察(下面的表1和2)可以看出碳黑百分比在固化光辐照度恒定并且松解光辐照度恒定的情况下在固化过程和松解过程上的效果：

1.碳黑百分比越大，则固化光的寄生吸收率越大，粘接部分的最大固化深度越小，并且实现完全连接强度所需的固化时间越长；并且

2.碳黑百分比越大，则松解光的吸收率越大并且松解粘接部分所需的时间越短。

另外，如果碳黑百分比与固化光和松解光的辐照度一起保持恒定，则对于粘接部分厚度而言存在以下事实：

1.其厚度大约最大固化深度的粘接部分将在粘接剂-工件界面处没有任何强度，因此对于其厚度低于最大固化深度的连接部分没有任何粘接强度；

2.粘接部分厚度越大，则对于其厚度低于最大固化厚度的连接部分到达完全固化所需的时间越长，粘接部分厚度越大，则连接部分吸收松解光的能力越大，并且松解固化粘接部分所需的时间越短；并且

3.固化光辐照度越大并且松解光辐照度越大将导致更大的最大固化深度、更短的固化时间和较短的松解时间。

表1在下面总结了与各种粘接剂和固化过程变量相关的固化连接强度。

碳黑百分比	连接部分厚度(英寸)	固化光辐照度(W/cm<sup>2</sup>)	固化时间(s)	最终粘接部分强度(psi)
					0	0.003	1.35	20	7195
0	0.005	1.35	20	7011
					0.5	0.002	1.35	60	7080
0.5	0.003	1.35	5	3379
					0.5	0.003	1.35	20	5023
0.5	0.003	1.35	30	5611
					0.5	0.003	1.35	60	6821
1	0.000	1.35	20	7215
					1	0.001	1.35	20	5848
1	0.002	1.35	20	420
					1	0.003	1.35	20	0
0	0.003	7.85	10	7143
					0	0.005	7.85	20	8277
0.5	0.003	7.85	5	6245
					0.5	0.003	7.85	10	7093
0.5	0.005	7.85	10	5860
					0.5	0.005	7.85	20	5952
1	0.003	7.85	30	0

表2在下面总结了与各种粘接剂和松解过程变量相关的残余松解连接部分强度。

碳黑百分比	连接部分厚度(英寸)	松解光平均辐照度(W/cm<sup>2</sup>)	松解时间(s)	最终粘接部分强度(psi)
					0	0.003	1270	0.2	6884
0.2	0.001	1270	0.2	7045
					0.2	0.003	1270	0.2	5670
0.5	0.001	1270	0.2	1034
					0.5	0.003	1270	0.2	363

再次参照图1，辐射能量透射系统14包括辐射能量源22和光学路径选择系统24。辐射能量源22产生出用于使辐射响应粘接剂20固化或松解或者可能两者都有的光或辐射能量。通过宽带波长烘焙灯(短弧，水银蒸汽)来产生出用于固化的辐射能量。其波长在粘接剂的吸收频带内的激光器(具有XeF气体混合物的受激准分子(351nm)、双Nd:YAG(532nm))产生出用于使粘接剂固化并且破坏粘接而且形成在工件上的残余粘接剂基底52和夹持器销出射表面36的辐射能量。激光器对于产生出更高所需辐照度是优选的，辐射能量需要能够使辐射响应粘接剂20破坏。使用激光器优选使用脉冲双或三Nd:YAG(355nm)来固化粘接剂以及破坏粘接剂。

对于辐射能量源22而言，用来固化这些粘接剂的一个光源为UV可见烘焙灯。UV可见光灯采用了金属卤化物灯泡或无电极熔融灯泡，它发射出在UVA和可见光谱中的宽范围波长。但是，大多数辐射能量集中在300nm和550nm之间。在该光谱范围内，峰值透射在较少的波长处出现。通过化学调节光引发剂，使得粘接剂的吸收光谱与这些峰值紧密配合。

UV可见光烘焙灯提供了用于同时固化辐射响应粘接剂20的光。例如，Dymax蓝光波200瓦烘焙灯能够通过芯部直径为5mm的光导件发射出其平均辐照度为10W/cm2的光(320nm-450nm)。

使用激光器优于使用烘焙灯。因为从激光器发出的光是相干的，该光聚集在小得多的光斑尺寸，因此明显增大了烘焙光的辐照度。相反这可以用来制定更大的固化深度和/或更小的固化循环时间，这有利于包含有固化光干涉添加剂的粘接剂的固化。

同样，使用比强度相同的不相干光小得多的光导件来传送相干光。另外，可以通过化学调节由粘接剂供应商提供的光引发剂来将粘接剂的吸收频带调节至激光器的波长。这样，固化过程的效率得到优化。

市售的脉冲Nd:YAG激光器(1064nm)提供了用于破坏粘接剂的光，因为其光由光纤光导件以较高的辐照度传送。因为破坏单固化粘接剂所需的功率合能量较低，所以使用脉冲光。这种激光器的所需功率取决于许多因素。

可选的激光器实施方案为适用于松解辐射响应粘接剂20的激光器，它发射出用来在几分之一秒内破坏粘接部分64并且传递给工件28或夹持器销底板16的热量可以忽略不计。粘接部分的破坏是由于粘接部分64的热降解。

在一个实施方案，辐射能量从辐射能量源22通过光路由器46引导至光导件30。由光路由器46传送的辐射能量由光导件30传递给光导件底板32。该光导件30可以通过夹持器销16与基板42连接以完成在辐射能量源22和夹持器销12之间的光学网络。

光学路线选择系统24包括光学通道的网络，它可以为打开通道、镜、透镜、光导件例如光些光导件或液态光导件合光束引导装置中的任一个或组合。计算机控制系统58与光学通道和辐射能量发射网络连接，以便控制从辐射能量源22到夹持器销12的辐射能量的路径和能级。可以加入光屏蔽部件等来在总体区域中保护操作人员。

在制造之后，通过暴露于比固化更高的辐射能量级上而使工件28与夹具11脱开。例如，激光透射穿过夹持器销12并且射到粘接部分64上。粘接部分64在几分之一秒内热降解，并且传递给夹持器销12、夹持器销底板16或工件28上的热量可以忽略不计。松解过程不会损坏夹持器销12、夹持器销底板16或工件28。

在松解过程之后，从夹具11中将工件28去除。激光器(辐射能量源22的示例)例如可以在工件粘接表面54和夹持器销12的表面上留下热降解或残余粘接剂基底52。应该在分配新的辐射响应粘接剂20之前在不会对夹持器销12造成损害的情况下从夹持器销12中将降解或残余粘接剂基底52去除。通过用金属擦洗垫进行手动擦洗或者用动力砂带抛光机或等同机械进行自动擦洗来从夹持器销接触表面中去除热降解或残余粘接剂基底。用于粗糙钢/铜擦洗垫进行手动擦洗是去除这种降解或残余粘接剂基底52的优选方法。但是，与被驱动的动力砂带抛光机50气动结合的擦洗垫降低了擦洗时间并且减少了人类劳动。在任一情况中的清洗过程不会损坏夹持器销12和夹持器销底板16。

如果需要的话，向工件粘附表面54施加类似的擦洗过程以去除残余粘接剂基底52(图10)。

或者，可以使用一零件清洗系统与化学物质例如甲苯或其它强力溶剂例如丙酮或沉浸在细小钢丝棉上的化学脱漆剂结合来从工件中去除降解或残余粘接剂基底52。可以使用利用了上述这些溶剂的传统零件清洗系统来批量清洗工件。

回到图1，本发明10的附加组成部件包括粘接剂分配器48(市售的)和具有擦洗垫附件50的气力喷砂机。

粘接剂分配器48能够将辐射响应粘接剂20自动地分配给夹持器销12。粘接剂分配器48为外部分配器(如在图11中所示一样)或内部分配器(未示出)。外部分配器48与夹持器销底板16不同，并且手动或自动操作，例如一分配注射器。内部分配器与在夹持器销12附近具有分配喷嘴(未示出)的夹持器销底板16成一体。可以通过在夹持器销底板16内的通道系统(未示出)利用这些喷嘴将辐射响应粘接剂20泵送到夹持器销12上。

现在参照图4-11，这些图显示出将松解工件粘接在本发明的夹具上的过程。

步骤1：粘接剂分配器48将一滴辐射响应粘接剂20分配到每个夹持器销12的接触表面26上(图4)。

步骤2：将定位销18和定位垫片19伸展和/或装配在夹持器销底板16上(图5)。

步骤3：将工件28安装在定位销18和定位垫片19上(图6)，由此使工件28相对于机床参考机架定位。在每个夹持器销12处的辐射响应粘接剂20在工件28和夹持器销12之间扩散。根据工件粘附表面54的形状可变性，在每个夹持器销12和工件28之间的标称间隙56大约为0.003英寸。该辐射响应粘接剂20填充了在工件28和夹持器销12之间的所有间隙，且不会导致任何明显的力作用在工件28上。

步骤4：通过光导件30与辐射能量源22连接的光导件底板22安装在基板42上(图7)。但是，辐射能量源22在基板42或其它紧固件上的其它安装结构(未示出)也是适用的，并且在本发明的范围内。随后辐射能量源22向所有夹持器销12同时发出以辐射能量(大约为300nm至550nm)形式的固化光大约3至10秒的时间。在该传输最后，使所有粘接剂液滴20充分固化或固结以形成粘接工件28和夹具11的粘接部分并且提供6000psi或更大的拉伸强度。

步骤5：必要时可以使定位销18和定位垫片19从夹持器销底板16缩回和/或去除(图8)。随后，将夹具11送到自动数控机床以便进行零件机加工。

步骤6：在制造之后，夹具11进行松解程序以从夹具11上分离工件28。光导底盘32连接至例如与基板42连接的辐射能源22(图9)。光路由系统24向每个粘接接头64传送激光束(大约300nm-550nm)的脉冲串。每个脉冲串持续大约.05秒至.2秒的持续时间，这取决于粘接接头的厚度。脉冲串由接头粘合剂吸收，并热降解。在该过程中转移至工件28、抓紧销12以及抓紧销底盘16的热量可以忽略不计。

步骤7：从夹具11上除去工件28(图10)。在工件28和抓紧销12的接触表面上残留部分热降解的粘合剂52。另外，未固化的辐射响应粘合剂20可以保留在表面上不会暴露于固化辐射能量。

步骤8：首先利用乙醇浸泡的抹布除去抓紧销底盘上的未固化辐射响应粘合剂20。利用冲刷垫或者具有冲刷垫附件的气动喷砂机50来手工除去抓紧销12表面上的热降解或者残留的粘合剂基板52(图11)。或者可以利用机械手以及气动喷砂机来自动除去残余物。工件上的热降解或者残留的粘合剂基板52可以在随后的装置中加工去除或者在加工工件的后处理中清洁。

上述实施例显示了实施本发明的一个方式，但是可以不同的方式来实施本发明。它的实施方式会受到应用的具体特征的影响。重要的影响因素将包括工件几何形状以及几何变率、工件循环时间、零件质量要求、加工工具进行加工操作的能力、以及夹具重构性和灵活性要求。

另一个实施方案考虑或者使用添加剂，它会导致固化光干涉，其中附着的(adherent)工件表面相对平滑并受到小的几何变化。会产生这种类型的工件表面的起始过程的示例包括轧制、挤出、机加工、粉末处理(powder processes)以及压铸。抓紧销底盘16优选是静止的，在抓紧销12和工件之间的正常间隙厚度应当为.005英寸或更小。使用传统的固化灯来固化粘合剂。粘合剂接头会具有更大的接头刚度，并且实际上不会向工件表面热传递。

在厚的粘合剂接头(大于0.003英寸)的情况下，存在四个选择用以固化接头。第一个选择是使用纯的光学透明的粘合剂(最容易固化)，但是松解过程会依赖于粘合剂-工件界面的加热。这会需要极大的松解光能量以松解粘合剂，因此可能需要更大功率的松解光源或者更长的松解处理的循环时间。

第二个选择是使用略微着色的粘合剂(小于0.5％重量百分比的着色剂)。这可能需要较强的固化光源和/或略微更长的粘接处理循环时间。但是松解光源和处理和保持大致相同。

第三个选择是使用同样着色的粘合剂(0.5％重量百分比的着色剂)以及使用比第一和第二选择中功率大得多的固化光源例如激光。

第四个选择是产生多层粘合剂接头，包括粘接至着色粘合剂(0.5％重量百分比的着色剂)的薄层(例如0.001英寸至.003英寸厚)的纯粘合剂的厚层(例如0.001英寸至0.05英寸厚)。在这种情况下，作为预处理步骤，向附着的工件表面施加涂布少量的着色粘合剂，并利用与小于或者等于.003英寸的粘接着色接头所使用的固化光源和粘接过程同样的固化光源和粘接过程进行半固化。接头的顶表面会由于氧气的抑制保持半固化。在工件加载循环中，半固化的着色粘合剂会与未固化的纯粘合剂相接触。然后如前所述，未固化的粘合剂和与着色粘合剂的界面会固化。

如果优选的，可以在预处理步骤中使用较高辐照度的光源，以减少固化循环时间。通过电子束轰击(另一种形式的辐射固化)或者热固化(罗里如使用烘箱)或者使用化学活化剂也可以固化少量涂布的着色粘合剂。这些过程中的任一种都能导致在粘合剂-空气界面之下的着色粘合剂的完全固化，并确保顶表面由于氧气抑制而保持半固化。

在工件加载循环中，在抓紧销12上沉积纯的辐射响应粘合剂20。然后将工件28安装在定位器销18和定位器垫19上，使得半固化粘合剂与未固化的纯粘合剂相接触。纯的粘合剂固化而粘接至抓紧销12并与着色粘合剂的半固化表面交联聚合。这种过程可以在抓紧销12和工件28之间导致完全固化的粘接。

对于.005英寸厚的粘合剂接头已经进行了试验。在这些情况下，在工件表面沉积.002英寸至.003英寸的0.5％的着色粘合剂的层。利用手保持光导，利用低照度光束(＜1.682W/cm2)将粘合剂半固化20秒。在半固化之后，使得着色粘合剂与抓紧销上的未固化的纯的粘合剂相接触，利用通过抓紧销透射的较高照度光(7.85W/cm2)固化粘合剂接头10秒。该过程所产生的接头按照常规获得大于7480psi的强度。另外，当承受松解光(1270W/cm2).2秒的时候，粘合剂接头的残余强度大约小于460N。

粘接的另一种方法提供了能够通过在夹具-工件接头的接缝处而不是在工件和夹具11之间的区域界面处形成粘合剂粘接而实现的足够的保持强度。这种替换的实施方案提供了关于固化和松解辐射能量透射的更大的灵活性。

实际上，简单的直射光束、辐射透射足以用于粘合剂的固化和松解。结果，不需要夹具11是光学透射元件或者任何其它形式的光束控制设备。而且这另一种实施方案会关于辐射能量源提供更大的灵活性。此处，通过来自固化灯、激光器或者电子束发射器的光束进行固化。另外，通过激光器或者电子束发射器进行松解。辐射响应的结构性粘合剂可以是与用于电子束透射情况下的可光固化粘合剂的传统粘合剂不同的不同组成。

替换的辐射能源集成在抓紧销上(图14)。如上所述，抓紧销优选由例如蓝宝石的材料制成，它非常坚固、硬和刚性，并可以光学透射在UVA或者近红外波段的辐射能量，例如光。抓紧销被制成具有两个电极82的承受负载、充有气体的金属卤化物灯泡78。采用传统的手段将传统的电极82和气体封闭在承受负载的灯泡中。气体是在通过预定水平的电压激发时能发射波长范围在300nm至550nm的辐射能量的任何已知气体，例如金属卤化物气体。连接抓紧销灯泡78的电极82的电线84通过光导底盘32以及夹具子板或者基板(见图1)通向传统的电源86。

在粘合剂粘接过程中，电源给电极产生足够的电压以激发其中所含有的气体。激发的气体发出辐射，例如光，来固化粘合剂。

在粘合剂松解过程中，激光通过如上所述用于固体抓紧销的抓紧销灯泡透射。但是在该实施方案中，光也通过灯泡中填充的气体以及抓紧销材料透射。

本领域技术人员可以理解，其它的实施方案、改进、细节和使用可以与前面公开的文字和精神相一致，并落在本专利的仅由所附的权利要求限定的范围内，该范围根据专利法，并包括等同原则，来进行解释。

Claims (6)

1.一种辐射能量响应粘接剂组合物，包括：

透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为90％至99.9％；以及

着色剂，重量百分比为0.1％至10％。

2.如权利要求1所述的粘合剂组合物，包括：

透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为99％至99.9％；以及

着色剂，重量百分比为0.1％至1％。

3.如权利要求2所述的粘接剂组合物，其中：

所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99.5％；并且

所述着色剂为重量百分比为0.5％的碳黑。

4.一种生产辐射能量响应粘接剂组合物的方法，包括以下步骤：

提供透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂，其折射率为1.5并且重量百分比为90％至99.9％；

提供重量百分比为0.1％至10％的着色剂；并且

将着色剂与透明的辐射响应结构粘接剂混合。

5.如权利要求4所述的方法，其中：

所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99％至99.9％；并且

所述着色剂重量百分比为0.1％至1％。

6.如权利要求5所述的方法，其中：

所述透明的300nm至1064nm的辐射响应结构粘接剂其重量百分比为99.5％；并且

所述着色剂为重量百分比为0.5％的碳黑。

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