CN101258774A

CN101258774A - 形状可调夹紧装置及其用法

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Publication number: CN101258774A
Application number: CN200680002727.7A
Authority: CN
Inventors: A·L·布劳恩; D·M·林; N·D·曼卡姆; R·J·梅纳萨; I·G·西尔斯; R·斯蒂芬森; C·P·亨里; N·L·约翰逊; C·W·万普勒二世; M·W·费尔布鲁吉; 杨继辉; 郑仰泽; M·J·卢基特施; J·W·威尔斯; R·J·斯库尔基斯
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2008-09-03
Also published as: DE112006000238B4; WO2006078742A2; US7480975B2; WO2006078742A3; US20060157908A1; DE112006000238T5

Abstract

夹紧装置(10)一般地包括底座元件(12)、配置在底座元件(12)上的形状可调垫(14)，其中形状可调垫(14)包含被调整成选择地与工件(16)的表面轮廓共形的形状记忆材料，以及处于与形状记忆材料操作联通的激活器件(24)。本文还公开了计算机程序产品，以及使用、控制和共形该夹紧装置(10)的方法。

Description

形状可调夹紧装置及其用法

背景技术

[0001]本发明一般地涉及柔性加工系统，具体地说，涉及用于紧夹(clamp)各种不同形状工件和/或为其提供支撑的形状可调夹紧装置。

[0002]装配线的问世使得以较低的产品成本快速、大量生产产品成为可能。装配线一般地包括多个操作阶段和零部件、材料或预装组件输入。有时，工件具有类似或相关的零件形状。另一些时候，工件具有不相干的式样却要求类似的制造操作。在这些变化多端的场合，从一种零件式样到另一种零件式样的夹具形状调整或调换必须足够快以便满足当前制造系统的生产率要求。

[0003]此前在设计和研发小批量制造或大批量生产用的柔性夹具方面进行的努力大致可包括模块式夹具和可共形夹具的采用。模块式夹具一般包括由元件如V形块、铰链夹、定位块等的标准库装配的夹具。其灵活性(柔性)在于手工或由机器人装置再造形状的能力。然而，模块式夹具本质上不具有在某一零件系列内部适应零件的不同尺寸和形状的能力。另外，形状再造所需要的时间长。结果，模块式夹具更适合加工车间(job shop)环境而不是大规模生产。

上世纪60年代初问世的柔性制造系统(FMS)提供了研发可共形夹紧技术的推动力。可共形夹具被定义为能调整形状以接受各种不同形状和尺寸的零件的夹具。可共形夹具技术一般地包括密封剂或机加工技术。密封剂夹具的例子见诸于航天工业，按此法，低熔点金属被用来包裹涡轮叶片并生产精确定义的表面以便给研磨操作提供零件定位和紧夹。虽然对促使复杂零件的握持不失为绝妙的措施，但密封是一种既费钱又费时的方法。

[0005]文献中报道的机加工夹具包括花瓣式夹头、可编程可共形夹、可编程/多叶台钳以及可调节一体夹紧棘爪。在这四种中，可调结一体夹紧棘爪方案似乎是最能容纳铸件零件族。然而，迄今，尚未就这些技术中任何一种在生产机加工操作中的适用性进行过任何可行性研究。

[0006]在柔性制造系统中一个麻烦的领域是其在车身车间中的实施。夹具通常被用来在装配期间紧夹各种不同片材金属工件(例如，车身板)，而紧夹可能划伤暴露的表面和/或使工件或表面涂层局部变形，从而影响其美观。虽然，在理想情况下紧夹可在最终使用者看不见或不在意的凸缘或表面上实现，但有些紧夹却不可避免发生在其质量对美观重要的表面上。

[0007]目前在装配线上采用的夹具通常包括精确地吻合工件和匹配压脚的轮廓的金属(例如，工具钢)夹块。在操作中，具有轮廓表面的夹块支撑工件的外表面，同时压脚接触内(非暴露)表面。结果，每个夹块的轮廓一般专门适用于有限数目的工件。在专用设施中，夹块的轮廓一般采用数控(NC)机加工，利用由待夹紧工件产生的数据来制造。如果要利用相同的加工设置来生产多种具有明显不同工件形状的模型则存在一定问题。这时，就需要多种具有不同轮廓的夹块来适应工件形状的多样性。

[0008]为夹紧具有看重美观的表面的工件，在装配线中也使用带有柔顺垫和配套压脚的夹具。在操作中，具有轮廓表面的夹块支撑工件的外表面，同时压脚接触内(非暴露)表面。夹块的柔顺性保证，该表面不留痕迹，而压脚的刚性则保证零件(在夹具载荷下零件变形所造成的误差范围内)的定位完全已知，即零件相对于夹块没有移动。凭借这种措施，工件形状与夹块几何尺寸间的微小差异得到包容，而不会引入局部变形。结果，每个夹块的轮廓一般都专门适用于有限数目的工件。在专用设施中，夹块的轮廓一般采用数控(NC)机加工，利用由待夹紧工件产生的数据来制造。如果生产多种具有明显不同工件形状的模型则存在一定问题。这时，就需要多种具有不同轮廓的夹块来适应工件形状的多样性。

[0009]可见，目前仍需要一种形状可调夹紧装置，它能给各种不同形状工件提供足够支撑和/或紧夹手段。

发明概述

[0010]本文公开一种夹紧装置、计算机程序产品，以及使用和控制该夹紧装置并使之达到共形的方法。该夹紧装置一般地包括底座元件、配置在底座元件上的形状可调垫，其中形状可调垫包含：被赋予一定形状以便选择地与工件表面轮廓共形的形状记忆材料，以及与形状记忆材料处于操作联通的激活器件。

[0011]上文所述及其它的特征将在以下附图和详细描述中举例说明。

附图简述

[0012]现在参见附图，其是示范性实施方案且其中相同元件具有相同的数字代号：

[0013]图1是在设定形状可调垫形状之前，夹紧装置的断面视图；

[0014]图2是在形状可调垫形状进行设定以便与工件表面共形期间，图1的夹紧装置的断面视图；

[0015]图3是设定形状可调垫形状后，移去工件时图1的夹紧装置的断面视图；

[0016]图4是将形状可调垫形状重置到其原来形状后，图1的夹紧装置的断面视图；

[0017]图5是具有复合形状可调垫的夹紧装置的断面视图；

[0018]图6是适合握紧和/或紧夹工件的夹紧装置的断面视图，其中各个形状可调垫被设定到与工件的表面共形；

[0019]图7是在移去工件时，图6的夹紧装置的断面视图；

[0020]图8是根据一种实施方案采用热电单元的夹紧装置的断面视图；

[0021]图9是根据另一实施方案采用热电单元的夹紧装置的断面视图；

[0022]图10是夹紧装置系统用的范例控制方法的流程图。

发明详述

[0023]本文公开一种用于给各种不一样的工件提供支撑和/或夹紧的形状可调夹紧装置，例如，柔性制造系统可能要求的。适合加载到夹紧装置上的工件是足够刚性的、以致在使用该夹紧装置时不在工件重量作用下或不被任何紧夹力(该力可高达500磅，分布在大约1平方英寸上)挠曲或畸变的那些。虽然在夹紧机动车辆(例如，小轿车、卡车、摩托车、船舶、飞机等)的车身板中提及了其的使用，但是要知道，该形状可调夹紧装置可用于各种各样最终用途，其中可能希望使用相同的加工设置支撑和/或紧夹不一样的工件却不要求手动调整或重编程序。例如，形状可调夹紧装置可用于夹紧薄壁和/或厚壁物体、轮廓起伏和/或平面的物体，外表面以及隐藏表面等。

[0024]本领域技术人员在研读了本文后将清楚，这里公开的形状可调夹紧装置可有利地用于车身板暴露表面，而不损坏、划痕和/或造成局部变形，例如，具有A级表面的零件装配可能要求的。A级表面一般是最终用户可见的外表面(例如，门、护板、车篷、后备箱、车壳(hull)、内饰镶边等)。相比之下，B和C级表面则是最终用户通常看不见的和对触感和表面缺陷较少要求的表面。

[0025]现在参见图1～9，图中画出范例形状可调夹紧装置的断面视图，总地用数字代号10代表，处于各种不同夹紧类型和/或阶段。形状可调夹紧装置10可用作支撑装置(例如，如图1～5和8～9所示)或者作为紧夹装置(例如，如图6～7所示)，取决于所要求的用途。因此，术语“夹紧装置”既包括用于紧夹用途的也包括用于支撑用途的装置。

[0026]还有，术语“第一”、“第二”之类，不代表任何顺序或重要性，而是用于区分一种元件与另一种元件，而术语“the”、“a”和“an”不代表数量限定，而是表示所指事项至少之一的存在。另外，所有给出同一数量或物理性质的范围都包括给出的端点并且可独立地组合。

[0027]紧夹和/或支撑工件16的形状可调夹紧装置10一般包括底座元件12，其上配置着形状可调垫14。夹紧装置10可以通过硬质工具固定在适当位置或者可适合与可编程多轴加工装置(例如，机器人等)一起使用。在支撑用途中(即，图1～5和8～9)，夹紧装置10包括(即至少一个)形状可调垫14，可在加工期间用于支撑工件。替代地，在紧夹的用途中(图6～7)，使用一对(即至少一对)相对的垫(例如，一个用于夹块，一个用于相对的压脚)，其中垫之一或其两者可按照下面将详细描述的方式调节形状。例如，可使用夹紧装置来紧夹工件16，其中仅仅接触工件的A级表面的垫是形状可调的，而接触非A级表面的相对的垫则不是。在其它紧夹应用的实施方案中，例如，在图6～7中所示的那些，可心的是，两个垫都是形状可调的。

[0028]以下，为方便计，当提到形状可调垫14时，所描述的形状可调垫14可以是用于支撑夹紧装置10的形状可调垫14，和/或它可以是用于紧夹夹紧装置10的相对的形状可调垫14之一或两者(视情况而定)。

[0029]任选地，底座元件12可具有分布在其上的多个形状可调垫14。大量形状可调垫14之一或一个以上可用于同时夹紧单个工件16。在一种实施方案中，形状可调垫14中每一个带有编号(即，多个形状可调垫14中的每一个可具有特定范围工件16形状的形状)，而底座元件12可以旋转或移动以便将恰当编号的形状可调垫14放在适当位置以便夹紧工件。形状可调垫的训练可以在线或离线地实施，取决于所要求的形状和/或场合。

[0030]任选地，夹紧装置10还包含配置在底座元件12上的定位销15，在形状可调垫14范围内和/或附近。定位销15可心地保持在相对于底座元件12固定的位置。定位销15可用于提供有关夹紧装置10的操作期间工件16的定位的信息。虽然定位销可以在两个相对的形状可调垫中的仅仅一个上使用，但它也可在两面都用。除了上面描述的定位功能之外，该销子也可当作紧夹臂移动越界的极限标记，这防止SM-材料过分变形以致无法复原。

[0031]底座元件12可由任何材料制成，只要可在其上配置形状可调垫14，并且能承担至少一部分工件16的重量。例如，底座元件可由金属、合金、陶瓷之类的材料制成。

[0032]形状可调垫14包含一种形状记忆材料，其响应激活信号，适于选择性地与配置在其上的工件16的表面轮廓共形。有利的是，形状可调垫14，根据可能的要求可恢复其原来形状，也可改变形状以接受不同的工件16的表面轮廓，借此提供夹紧装置10的通用性并克服现有技术中遇到的问题。任选地，形状可调垫14可与其被安装于的工具(即，底座元件12)和/或训练表面或工件(例如，16)热绝缘以避免任何与此相联系的热物质的淬冷影响。作为将形状可调垫14与训练表面(即，形状可调垫14将与之共形的表面)绝缘开来的替代办法是在训练期间(即，形状设定或共形)步骤期间维持训练表面处于训练或共形温度(T_t)，正如下面将更详细说明的。

[0033]形状可调垫14可具有任何形状、形式或尺寸，只要它能选择地与工件16的表面轮廓共形。例如，形状可调垫可以是致密的固体(例如，盒子-或圆盘形状的)、穿孔或多孔的、中空(例如，借以形成腔室)、粒状或诸如此类。

[0034]由于形状可调垫14可改变形状以基本上与任何工件16表面轮廓共形，夹紧装置10可用于各种不同工件16，因此代表一种在，例如，传统上采用多个相对于各个工件16专用的夹具和紧夹/支撑元件垫的柔性制造系统中的重大商业进步。例如，对于每一产品类型(例如，不一样的车身板)，通过减少夹紧装置的设计、加工、制造和采购，可达到明显的节省。

[0035]形状记忆材料通常被称作具有记忆其原来形状，随后通过施加外部激励(即，激活信号)将它恢复的能力的材料或组合物。因此，形状记忆材料从原来形状的变形可以是一种临时状态，可利用它夹紧各种具有不同表面轮廓的工件16。范例形状记忆材料包括形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)、形状记忆陶瓷(SMC)、压塑性塑料(baroplastic)、以上形状记忆材料与非形状记忆材料的复合材料，以及包含以上形状记忆材料至少之一的组合。为简便和作为例子，在这里将讨论形状记忆合金和形状记忆聚合物。形状记忆陶瓷、压塑性塑料之类材料可按照类似方式使用，正如本领域技术人员根据本公开内容将可以理解的。例如，利用压塑性塑料材料，高与低玻璃化转变温度(Tg)组分的纳米相畴的压力诱导混合实现了形状变化。压塑性塑料可在较低温度反复加工而不降解。SMC类似于SMA，但能耐受比其它形状记忆材料能够耐受的高得多的操作温度。SMC的一个例子是压电材料。

[0036]形状记忆合金是具有至少两种不同温度-依赖相的合金组合物。使用最普遍的此类相是所谓马氏体和奥氏体相。在下面的讨论中，马氏体相一般指较容易变形、较低温度的相，而奥氏体相一般指刚性更大、较高温度的相。当形状记忆合金以马氏体相存在并加热时，它开始变为奥氏体相。此种现象开始的温度常常被称作奥氏体开始温度(A_s)。该现象完成的温度叫做奥氏体结束温度(A_f)。当形状记忆合金处于奥氏体相并冷却时，它开始变为马氏体相，该现象开始的温度被称作马氏体开始温度(M_s)。奥氏体完成向马氏体转变的温度叫做马氏体结束温度(M_f)。应当指出，上面提到的转变温度是SMA样品所经历的应力的函数。具体地说，这些温度随着应力的增加而增加。就以上性能而言，形状记忆合金的变形优选处于或低于奥氏体转变温度(等于或低于A_s)。随后，加热至超过奥氏体转变温度将导致已变形的形状记忆材料样品变回到其永久形状。于是，配合形状记忆合金使用的适当的激活信号是一种热激活信号，其幅度足以导致在马氏体与奥氏体相之间的转变。

[0037]形状记忆合金记住其加热时的高温形式的温度可通过略微调节合金的组成和通过热-机械加工加以调整。例如，在镍-钛形状记忆合金中，例如，它可从高于约100℃到低于约-100℃变化。形状恢复过程可发生在仅有几度的范围内，或者表现出较为渐变的恢复。转变的开始或结束可控制在一度或两度范围内，取决于所要求的用途和合金组成。形状记忆合金的机械性能在跨越其转变的温度范围内变化巨大，通常提供形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼能力。例如，在马氏体相中，观察到低于奥氏体相的弹性模量。处于马氏体相的形状记忆合金可借助外加应力，例如，来自匹配的压脚的压力，通过使其晶体结构排列重新排齐而发生大的变形。正如在下面将更详细描述的，该材料在应力解除后将保持这种形状。

[0038]制造紧夹/支撑元件垫用的适当的形状记忆合金材料包括但不限于，镍-钛基合金、铟-钛基合金、镍-铝基合金、镍-镓基合金、铜基合金(例如，铜-锌合金、铜-铝合金、铜-金合金和铜-锡合金)、金-镉基合金、银-镉基合金、铟-镉基合金、锰-铜基合金、铁-铂基合金、铁-钯基合金以及诸如此类。合金可以是二元、三元或任何更高阶的，只要合金组合物表现出形状记忆效应，例如，改变形状、取向、屈服强度、挠曲模量、阻尼能力、超弹性，和/或类似性能。合适的形状记忆合金组合物的选择取决于零部件将操作在何种温度范围。

[0039]现在来看由SMA构成的形状可调垫14。为训练/设定形状以便容纳工件16的轮廓，形状可调垫14在力(F₁)之下抵住工件16受压，从而使形状可调垫14内的应力超过马氏体相的第一屈服点。应当理解，形状可调垫的形状的训练和设定可采用所谓具有基本上类似于工件的形状的“母版”制品来完成。此种母版制品可以是能生成多种不同表面轮廓的可编程装置(例如，一种钉床，其中每个钉子的位置都是可编程的)。

[0040]SMA可呈泡沫塑料或其它结构形式，按照具体用途可能要求的，例如，弹簧、带、层合物以及诸如此类，且不拟局限于任何特定的形式或形状。处于马氏体相的SMA在接近恒定应力作用下发生大的、看上去塑性的变形。这允许形状可调垫14得以自由地变形以达到与工件16的轮廓共形，正如在图2中所示。当训练力(即，设定力)解除时，形状可调垫14将保持大部分，即便不是全部的话，在训练步骤期间产生的变形，正如在图3中所示。一小部分诱导的变形可能因弹性恢复而丧失。

[0041]虽然提到SMA构成的形状可调垫14处于马氏体相，但应当理解，训练能够在SMA构成的形状可调垫14处于奥氏体相的情况下进行的。这样一来，SMA便具有类似于高刚度橡胶状材料的性质。SMA在训练步骤期间由于应力-诱导的由奥氏体向马氏体转变而发生塑性变形，从而达到与工件16的表面共形。然而，不像前一段中描述的马氏体SMA，奥氏体SMA形状可调垫14在训练力解除以后不保持其中所诱导的变形。因此，该形状可调垫14必须针对每一个不同形状的工件16进行训练。

[0042]随后，使用一个或多个具有带轮廓的(即，训练过的)形状可调垫14的夹紧装置10来夹紧工件16，夹紧的方式应保证作用力沿着大面积分布，从而最大限度减少工件16的表面损伤的可能。在形状可调垫14的常规使用期间，作为支撑力或作为紧夹力的夹紧力(F₂)通常应小于F₁，以便使F₂诱导的应力不超过马氏体相的屈服点。如果训练步骤持续进行到形状可调垫14中的应力增加到超过马氏体相SMA的第一屈服点但不超过第二屈服点，则常规使用期间夹紧力也可能明显高于训练力。然而，应当指出，后一种做法要求较严密的控制，包括在训练阶段期间和常规使用期间，以保证形状可调垫14与工件16上的支撑表面之间的共形不打折扣。

[0043]形状可调垫14可任选地，在它们被改变形状以便用不同表面几何尺寸在某一定位处夹紧工件16之前，先进行重置步骤。在重置步骤中，将形状可调垫14卸载并加热至高于SMA的奥氏体结束温度，并冷却回到室温或要求的工作温度。加热该形状可调垫14到高于奥氏体结束温度产生了一种从马氏体到奥氏体相的转变，这伴随完全恢复在训练步骤期间诱导的表观塑性变形(参见图4)，只要将形状可调垫14卸载，该恢复不受任何方式的约束并且给予该过程充足的时间。该恢复使形状可调垫14恢复到其原来(即，未变形的)形状，该形状即便在冷却后依然被保持。随后，针对新工件16的表面几何尺寸，重复该训练过程。替代地，形状可调垫14可直接接受针对新表面轮廓的训练，而不必重置到原来的形状。

[0044]如上面提到的，用于形状可调垫14的其它合适的形状记忆材料是形状记忆聚合物(SMP)。“形状记忆聚合物”一般指这样的聚合物材料，在施加激活信号后，其立即表现出性质的改变，例如，弹性模量、形状、尺寸、形状取向或包含以上性质至少之一的组合。形状记忆聚合物可以是热响应的(即，性质将因受到热激活信号而改变)、光响应的(即，性质将因受到基于光的激活信号而改变)、湿响应的(即，性质将因液体激活信号如湿度、水蒸汽或水而改变)，或者包含以上至少之一的组合。

[0045]一般而言，SMP是相分离共聚物，它包含至少两种不同单元，这些单元可被描述为：在SMP内定义了不同的链段，每个链段对SMP的总体性质贡献不同。这里所使用的术语“链段”，指的是相同或相近的共聚以形成SMP的单体或低聚物单元的嵌段、接枝或顺序。每个链段可以是结晶或者是无定形的，并将分别具有相应熔点或玻璃化转变温度(Tg)。术语“热转变温度”在这里被用于一般地指Tg或熔点，视该链段是无定形抑或结晶链段而定。对于包含(n)个链段的SMP来说，称该SMP具有一个硬链段和(n-1)个软链段，其中硬链段的热转变温度高于任何软链段的热转变温度。于是，SMP具有(n)个热转变温度。硬链段的热转变温度被称作“最终转变温度”，而所谓“软链段”的最低热转变温度称作“第一转变温度”。重要的是，如果SMP具有多个以相同热转变温度，也就是最终转变温度表征的链段，于是就说该SMP具有多个硬链段。

[0046]当SMP加热到高于最终转变温度时，SMP材料可能被赋予永久形状。SMP的永久形状可通过随后将SMP冷却至低于所述温度来设定或记住。这里使用的术语“原来的形状”、“预先规定的形状”和“永久形状”是同义词，旨在可互换地使用。临时形状可通过将材料加热至高于任何软链段的热转变温度但低于最终转变温度的温度，施加外部应力或载荷以便使SMP变形，随后在维持该导致变形的外部应力或载荷的同时冷却至低于软链段的特定热转变温度来设定。

[0047]该永久形状可通过加热该材料，其间撤去应力或载荷，至超过软链段的特定热转变温度但低于最终转变温度来恢复。因此，应当清楚，通过多种软链段的组合，有可能展示多种临时形状，而凭借多种硬链段，有可能展示多种永久形状。类似地利用层合或复合的技法，多个SMP的组合将展示介于多种临时与永久形状之间的过渡。

[0048]在SMP仅具有两种链段的情况下，形状记忆聚合物的临时形状被设定在第一转变温度，随后冷却SMP，其间处于载荷下，从而锁定在该临时形状。只要SMP维持在低于第一转变温度，该临时形状就将被保持。当SMP再次加热到超过第一转变温度，其间撤去载荷时，就将重获永久形状。重复该加热、成形和冷却步骤便可反复重置临时形状。

[0049]大多数SMP表现出“单向”效应，其中SMP表现出一种永久形状。在将形状记忆聚合物加热到超过软链段热转变温度同时不加应力或载荷时，就将获得永久形状，而且该形状在不采取外力的情况下将不会回到临时形状。

[0050]作为替代，可将某些形状记忆聚合物组合物制成具有“双向”效应，其中SMP表现出两种永久形状。此类体系包括至少两种聚合物组分。例如，一种组分可以是第一交联聚合物，而另一种组分是不同的交联聚合物。各组分通过层合技术结合，或者是互穿网络，其中两种聚合物组分虽然是交联的，但彼此并不交联。通过改变温度，该形状记忆聚合物将沿着第一永久形状或者第二永久形状的方向改变其形状。每种永久形状属于SMP的一种组分。整个形状的温度依赖性由以下事实造成：一种组分(“组分A”)的机械性能几乎与感兴趣的温度间隔中的温度无关。另一种组分(“组分B”)的机械性能则在感兴趣的温度间隔内为温度依赖的。在一种实施方案中，组分B在低温变得比组分A强(strong)，而组分A则在高温较强并决定实际形状。双向记忆器件可这样制备：设定组分A的永久形状(“第一永久形状”)，使器件变形到组分B的永久形状(“第二永久形状”)，以及在施加应力的情况下固定组分B的永久形状。

[0051]本领域技术人员应懂得，有可能将SMP做成多种不同形式和形状。设计聚合物本身的组成和结构能提供选择适用于所要求用途的特定温度的机会。例如，根据具体用途，最终转变温度可介于约0℃～约300℃或更高。形状恢复的温度(即，软链段热转变温度)可大于或等于约-30℃。另一形状恢复的温度可大于或等于约40℃。另一形状恢复的温度可大于或等于约100℃。另一形状恢复的温度可小于或等于约250℃。另一形状恢复的温度可小于或等于约200℃。最后，另一形状恢复的温度可小于或等于约150℃。

[0052]任选地，可通过选择SMP来提供应力诱导的屈服，这可直接(即，不需将SMP加热到高于其热转变温度以便“软化”它)用来使得所述垫与给定的表面共形。在此种情况下SMP能耐受的最大应变，在某些实施方案中，可达到与让SMP在高于其热转变温度变形的工况不相上下。

[0053]尽管已经提到，而且还将提到热响应SMP，但本领域技术人员根据本公开内容将看出，可轻易地采用光响应、湿响应SMP和用其它方法激活的SMP，作为热响应SMP的附加或替代。例如，不用加热，在光响应SMP中临时形状可通过用特定波长的光辐照光响应SMP(同时在载荷下)以有效形成特定交联，随后仍旧在载荷作用下停止辐照来设定。要恢复到原来形状，可用相同或不同的特定波长的光(在解除载荷的情况下)辐照光响应SMP以有效使该特定的交联断裂。类似地，在湿响应SMP中，临时形状可通过让特定官能团或部分暴露于潮湿环境(例如，湿气、水、水蒸气或诸如此类)以有效吸收特定数量的水分，对湿响应SMP施加载荷或应力，随后仍旧在载荷下赶出特定数量的水分来设定。要恢复到原来形状，可令湿响应SMP暴露于潮湿环境(在解除载荷的情况下)。

[0054]合适的形状记忆聚合物，不论何种特定类型的SMP，可以是热塑性、热固性-热塑性共聚物、互穿网络、半互穿网络或者混合网络。SMP“单元”或“链段”可以是单一聚合物或者聚合物的共混物。聚合物可以是线型或带有侧链或树枝状结构元素的支化的弹性体。形成形状记忆聚合物的适宜聚合物组分包括但不限于，聚磷腈、聚乙烯醇、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚氨基酸、聚酐、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚丙烯酰胺、聚亚烷基二醇、聚环氧烷、聚对苯二甲酸链烷二醇酯、聚原酸酯、聚乙烯基醚、聚乙烯基酯、聚卤乙烯、聚酯、聚交酯、聚乙醇酸交酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯及其共聚物。合适的聚丙烯酸酯的例子包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸异癸酯、聚甲基丙烯酸月桂酯、聚甲基丙烯酸苯酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸异丁酯和聚丙烯酸十八烷酯。其它合适的聚合物的例子包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯基苯酚、聚乙烯基吡咯烷酮、氯化聚丁烯、聚十八烷基乙烯基醚、聚(乙烯-醋酸乙烯)、聚乙烯、聚环氧乙烷-聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯/尼龙(接枝共聚物)、聚己内酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚(己内酯)二甲基丙烯酸酯(diniethacrylate)-正-丁基丙烯酸酯、聚降冰片基-多面体低聚硅倍半氧烷)、聚氯乙烯、尿烷/丁二烯共聚物、含聚氨酯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物以及诸如此类。用于生成各种各样在上面描述的SMP中的嵌段的聚合物既可以是市售供应的也可以是采用常规化学方法合成的。本领域技术人员能轻易地制备这些聚合物，只需利用公知的化学和加工技术，不需要过多不必要的实验。

[0055]正如本领域技术人员懂得的，利用发泡剂实施不同链段的聚合能够生成形状记忆聚合物泡沫塑料，例如，正如某些领域所要求的。发泡剂可以是分解型的(化学分解时放出气体)或者蒸发型的(蒸发而不发生化学反应)。分解型范例发泡剂包括但不限于，碳酸氢钠、叠氮化合物、碳酸铵、亚硝酸铵、与水反应放出氢气的轻金属、偶氮双甲酰胺、N，N′-二亚硝酰五亚甲基四胺以及诸如此类。蒸发型范例发泡剂包括但不限于，三氯一氟甲烷、三氯三氟乙烷、二氯甲烷、压缩氮气以及诸如此类。

[0056]现在来看由热响应SMP制成的形状可调垫14，它可采取任何形式(例如，泡沫塑料、层合物、实心/固体(solid)、复合材料等)。由SMP构成的形状可调垫14在夹紧装置10的操作温度处于其刚挺、玻璃态形式，该温度低于SMP的最低热转变温度。在训练步骤中，形状可调垫14加热到高于热转变温度的温度，从而导致SMP转变为具有较低刚度(即，降低的挠曲模量性质)的聚合物形式。形状可调垫14随后在力(F₁)的作用下抵住工件16加压并且发生变形以致它能充分与工件16的轮廓化表面共形，正如在图2和6中所示的。

[0057]随后，形状可调垫14冷却至热转变温度以下，仍旧在载荷下(即，在维持前一步骤结束时获得的形状的同时)，以便将SMP变回到其刚挺玻璃态形式。正如在图3和7中所示，形状可调垫14保持了训练步骤期间所“教授”的形状，即便在它已冷却至常规工作温度并且适合用于夹紧另外的工件16以后。由于当SMP处于其玻璃态形式时SMP形状可调垫14的刚度高于当它处于软、聚合物形式时的刚度，故形状可调垫14所抵住的紧夹力可能大于训练力。

[0058]在夹紧(即，支撑和/或紧夹)任务完成后，可再加热形状可调垫14至高于热转变温度的温度并抵住下一个任务用的工件16加压，只要工件具有类似表面轮廓，即，形状可调垫14可直接进入到训练步骤，如图2和6所示。然而，在某些工况中，可能需要将形状可调垫14重置到其原来形状，然后再进行训练步骤，之后其可被用于借助不同表面几何尺寸在某一定位处支撑工件16。在任选的重置步骤中，形状可调垫14被卸载，并加热至高于热转变温度。形状可调垫14在那一温度保持为未加载状态(即，SPM处于软、聚合物形式)，直至形状可调垫14重新获得其原来形状。鉴于SMP形状可调垫14将具有低刚度，故形状恢复可由外部措施协助，例如，通过将形状可调垫14重新取向以便利用重力载荷。辅助形状恢复的其它措施可包括采用压缩空气、浸没在流体中，使用在复合材料中与SMP相对的另一种材料(正如在下面将描述的)以及诸如此类。当形状恢复完成和/或基本完成后，形状可调垫14接受训练以备新的夹紧任务。

[0059]形状记忆材料与附加材料的复合材料也可用于形状可调垫14中。正如上面所述，该复合材料不拟局限于任何特定的材料组合。附加材料可以是非形状记忆材料和/或另一种形状记忆材料。该附加形状记忆材料可以是相同类别(例如，不同形状记忆聚合物)，或者是不同类别(例如，形状记忆聚合物和形状记忆合金)。

[0060]在一种实施方案中，如果复合材料包含形状记忆聚合物和非形状记忆金属或金属合金，则非形状记忆材料可做成一定形状以便给SMP提供某种辅助机理来促使形状的改变。作为例子，此类含复合材料的形状可调垫14可包含分布在SMP基质20内的元件18。元件18在图5中被画成弹簧，但可采取任何形状(例如，条、网眼、蜂窝以及诸如此类)。元件18提供一种恢复机理，用于使形状可调垫14恢复其原来形状或施加在形状可调垫14上的载荷的形状。

[0061]任选地，如果导电材料构成该元件18，则这些材料也可用于电阻或感应加热以便实现SMP本身的相转变。

[0062]任选地，元件18可由形状记忆材料(例如，SMA)构成，以便能赋予复合材料更多的功能。例如，SMA材料可选择为导电的并且在其软和硬形式中都具有大于SMP的弹性模量。虽然其它常见金属，例如，钢和铝，也具有这些性质，但这些材料具有小于SMA材料的完全可恢复的应变(例如，大多数金属的应变小于约1％，而一些SMA材料竟达8％)。因此，由SMA-SMP复合材料制成的形状可调垫14可发生比由以其它金属增强的SMP复合材料制成的形状可调垫14大的完全可恢复变形，只要在这两种情况下增强组分具有相同形状。结果，相比由SMP和完全可恢复应变小于SMA的材料(例如，钢、铝等非形状记忆材料)制成的复合形状可调垫14，SMA-SMP复合材料形状可调垫14可被制成用于更广泛种类的夹紧任务的形状。尽管采用SMA比用其它金属作为SMP基复合材料中的第二相具有优势，但例如，也许可心的是采用其它金属来降低成本。

[0063]在一种实施方案中，复合材料形状可调垫14包含分布在由SMP材料制成的整个基质20中的SMA材料。SMA与周围的SMP基质20处于紧密物理(如机械和热)接触中。

[0064]作为说明性的例子，可选择复合材料的SMA和SMP成分的组成以便使这些材料的各种特征温度符合以下关系：T_w＜T_g1＜T_t＜A_s＜A_f＜T_r＜M_d，T_max，其中T_w是夹紧装置10所处和操作的环境温度；T_gl是SMP的第一热转变温度；T_t是训练(设定是通过冷却至低于T_gl来实现的)变形后的形状所采用的温度；A_s是奥氏体开始温度；A_f是奥氏体结束温度；T_r是形状可调垫14变形恢复到到其原来形状所采用的温度；M_d是超过SMA丧失其形状记忆性质的温度；并且T_max是SMP材料的最终转变温度或氧化温度二者当中较小者。结果，在形状可调垫14的常规工作或操作温度，SMA处于其无应力马氏体相，而SMP处于其刚挺、玻璃态形式。例如，以上温度关系不成立的其它SMA和SMP组合物也可被使用。上面描述的关系被用于下文中，但不拟具有任何限制性。

[0065]在训练步骤中，形状可调垫14可通过让电流流过SMA元件18实现电阻加热。控制加热以便使SMA和周围的SMP的温度升高到T_t，该温度高于T_gl。SMA继续处于马氏体相，因为T_t也低于SMA将开始从马氏体向奥氏体相转变的温度A_s。在此阶段，SMP处于其软、聚合物形式，而SMA仍处于其较低刚度马氏体相中。形状可调垫14随后与工件16接触以便使它变形到与工件16共形。SMA也随着SMP一起变形，并取决于SMA中形成的应力水平，它可仅发生弹性变形(例如，小于或等于约1％应变)，或者发生弹性变形与假塑性变形的组合(例如，最高约8％应变)。

[0066]形状可调垫14达到与工件16充分吻合之后，启动设定步骤。在此步骤中，关掉流过SMA的电流并让形状可调垫14冷却至T_w，同时维持训练步骤期间所“教授”的形状。还可用外部冷却加速这一步骤。随着冷却时SMP弹性模量的增加，SMA将把它的弹性，以及可能地假塑性应变锁定在其中。选择SMP基质20中的SMA元件18，使得例如，其结构形式的刚度小于SMP基质20的刚度，同时处于其刚挺玻璃态形式。这保证了被锁定在SMA元件18内的应变的弹性部分没有将所“教授”的形状扭曲至任何显著的程度。因此，在设定过程结束和训练力解除后，形状可调垫14保持这种所“教授”的形状。在整个过程期间维持形状可调垫14与工件16之间的相对位置能保证设定过程期间所训练的形状的保持。或者，可采用恒定训练力，后者取决于设定过程期间形状可调垫14的响应，以便使所获得的最终形状是所要求的，例如，训练和设定步骤中使用的恒定力可产生一种不同于所要求的表面轮廓，但随着复合垫冷却至低于T_gl。其弹性响应的改变将导致在T_w在垫中产生所要求的最终表面。这在概念上类似于对压制的片材金属零件实施过度弯曲以补偿由于弹性“回弹”所致的零件几何尺寸的改变。

[0067]当准备重新赋予形状可调垫14以某种形状以便夹紧具有不同表面轮廓的工件时，将它卸载并升温至T_t。在此过程期间，SMP从其刚挺玻璃态形式转变到软、聚合物形式，从而释放在训练和设定步骤期间锁定在SMA中的弹性应变。SMA提供的弹性恢复力帮助SMP返回到其原来形状。随后，形状可调垫14可接受训练以备新工件16。原来形状的完全恢复在某些情况下可能不必要，而形状可调垫14可在被加热至T_t后立即接受训练以备新工件16。

[0068]如果SMA在训练/设定步骤期间发生了任何假塑性应变，和/或形状可调垫14需要在它为新工件16而进行训练之前恢复到原来形状，则持续对卸载的形状可调垫14进行加热直到达到重置温度，该温度被选择为大于A_f，后者大于T_gl。将SMA加热至高于A_f将导致马氏体相到奥氏体相的转变。此相转变伴随着假塑性应变的恢复。因此，SMA返回到其无应变的原来形状。在某些实施方案中，随着循环次数的增加，可能存在某些未恢复的应变。在此应变恢复期间在SMA中产生了显著的恢复应力。该应力有助于SMP恢复其原来形状。当形状恢复充分完成时，把流过任何或全部SMA元件18的电流调节到使形状可调垫14的温度到达T_t的水平。现在，形状可调垫可接受训练以备下一个工件16。

[0069]任选地，如果SMA被包封在热绝缘包覆层内，但依然与SMP维持紧密机械接触，则依然可用形状记忆效应来促进形状可调垫14在重置步骤期间的形状恢复。与上面描述的程序的唯一不同将是，电流将不流过SMA元件用于加热。训练和重置步骤期间将会使用不同的热源。这将导致一种简化的温度关系(T_w＜T_g1＜T_t≤T_r＜T_max)，从而给SMA和SMP组分的选择带来更大的自由度。

[0070]在另一种实施方案中，SMA可用于电阻加热和超-弹性重置。在此种实施方案中，SMA组分的超-弹性行为被利用来容许形状可调垫14在训练步骤期间经历大变形，此大变形可在重置步骤期间完全复原。超-弹性SMA组分所施加的弹性恢复力帮助形状可调垫14在它需要调整形状以便用不同表面几何尺寸在某一定位处支撑工件16时恢复其原来形状。

[0071]在一种实施方案中，形状可调垫14可包含分布在SMP材料中的奥氏体相中的SMA元件18。该SMP材料在常规工作温度处于其刚挺、玻璃态形式。SMA和SMP处于紧密物理(即，机械、热等)的接触；其组成被选择为使其特征温度按以下关系彼此关联：A_f＜T_w＜T_g1＜T_t≤T_r＜M_d，T_max。

[0072]在训练步骤期间，形状可调垫14被加热到T_t，此时，SMP转变为其软、聚合物形式，而SMA则保持在其奥氏体相中。随后，形状可调垫14抵住工件16加压并变形从而使它与工件16特有的表面轮廓共形。软、聚合物SMP容易变形并可能发生大的应变(例如，最高200％)。起初，SMA发生弹性变形，但后来如果在SMA材料中的应力超过临界应力(σ_m)，则SMA将发生假塑性变形。在假塑性变形期间在近似恒定应力下，SMA可发生大的可恢复应变(例如，最高约8％)，这与SMA材料中应力诱导的奥氏体到马氏体相的转变相联系。

[0073]形状可调垫14与工件16之间所要求的吻合达到后，让形状可调垫14冷却至T_w，其间保持在训练步骤期间所“教授”的形状。其它冷却方法(例如，空气射流)可用于辅助和/或加速冷却过程，若要求的话。当温度下降到低于T_gl时，SMP转变为其刚挺、玻璃态形式，从而将(弹性，以及可能的假塑性)应变锁定在SMA中。正如在前面讨论的，SMP基质20内的SMA元件18可被选择为使其刚度小于处于刚挺玻璃态形式的SMP基质20的刚度。结果，形状可调垫14将在T_w保持所“教授”的形状并且以备使用。

[0074]当形状可调垫14需要调整形状以支撑另一种表面时，将它卸载并加热至T_r，后者高于T_gl。随着SMP的弹性模量的降低，锁定在SMA中的弹性和假塑性应变逐渐恢复。SMA对周围SMP施加弹性复原力，其可帮助SMP恢复其原来形状。应当指出，原来形状的恢复是任选的并且，在某些实施方案中，形状可调垫14可在它被加热至T_r以后直接去接受训练步骤处理以备下一个工件16。

[0075]在又一个实施方案中，SMA可适于加热、致动和重置。在此种实施方案中，在常规工作或操作温度，形状可调垫14包含处于马氏体相的假塑性应变的SMA材料，后者分布在刚挺、玻璃态SMP基质中。形状可调垫14的SMA和SMP组分处于紧密接触(例如，机械、热等)并且其组成应被选择为使特征温度符合以下关系：T_w＜T_g1，M_f＜T_t≤T_r＜A_s＜T_a，A_f＜T_max，M_d。在此种实施方案中，复合材料包括至少两种不同的SMA元件18和22，如图5所示，其中SMA元件18应选择为与SMA元件22彼此对抗。就是说，SMA元件18，一旦致动，将力图使SMP基质20沿着与元件22所造成的相反的方向变形。SMA元件18和22遍布SMP基质20分布。

[0076]在训练步骤中，形状可调垫14被加热到T_t，它高于T_gl。结果，SMP转变为其软、聚合物形式。然而，SMA仍保持为马氏体相，因为T_t低于在SMA中马氏体向奥氏体相的转变开始的温度A_s。形状可调垫14中的SMA元件18和/或22的子集通过加热该子集以便将这些元件加热到其致动温度而被选择性致动。将预应变的马氏体相SMA元件的所选子集加热到高于A_s将在这些元件中启动马氏体向奥氏体相的转变。由于此转变的结果，激活的SMA元件18和/或22试图返回到其无应变形状并且，在此过程中，对周围SMP基质20和其它SMA元件18和/或22施加力。注意，SMA元件的无应变形状不同于形状可调垫14的原来形状中的这些元件的形状，因为在后一种形状中，SMA元件是预应变的。构成致动的子集的元件18和/或22被选择为使，由于该子集受到致动，形状可调垫14变形为适合夹紧给定的工件16的几何尺寸。

[0077]虽然完全利用SMA致动来达到所要求的几何尺寸是可心的，但也可提供协助，以便微调所要求的最终几何尺寸。例如，可采用进一步的机械步骤，其中部分训练过的形状可调垫14在高于T_gl的温度抵住训练表面加压。如果对轮廓表面要求紧公差，这样做是尤其可心的。相比于如果形状可调垫14的整个变形都通过抵住训练表面加压形状可调垫14来完成，机械训练步骤中所要求的功，在此种工况中是较小的。由于SMP材料处于其软、聚合物形式，由SMA元件获得的致动力很容易使它变形。非-致动的SMA元件，其处于马氏体相中，最初将发生纯弹性变形，但如果在这些元件中的应力超过马氏体相的第一屈服应力就可能假塑性变形。弹性变形局限于小的、完全可恢复的应变(例如，小于约1％)，但假塑性变形则能容纳大得多的完全可恢复的应变(例如，最高约8％)。

[0078]形状可调垫14在达到与训练表面(例如，工件16)充分共形以后，它将被冷却至T_w，冷却期间保持在训练步骤终点它所获得的形状。这可，例如，这样达到：切断在训练步骤中未被致动的仅通过那些SMA元件的电流。其它冷却措施也可用来协助和/或加速此过程。可调节通过被致动的SMA元件的致动电流，使之与变化中的SMP基质的模量协调，以便合理地保持在训练步骤期间所“教授”的表面轮廓不变，直至本体SMP材料变回到其刚挺、玻璃态形式。随后，切断致动电流，并将被致动的元件冷却至T_w。通过保持训练表面的相对位置直到SMP已经玻璃化，所“教授”的形状在第二机械训练步骤(如果采用的话)期间被保持。前面讨论的其它在设定步骤期间保持所“教授”的形状的替代方案也可被采用。在设定过程的终点，形状可调垫14保持训练步骤期间所“教授”的形状，并且以备使用。在此种状态下，SMA元件(致动或未致动的)具有一些弹性应变并且还可能有一些假塑性应变。

[0079]当形状可调垫14需要调整形状以用于另一工件16时，可将它加热至T_r。在此过程期间，SMP材料转变为其软、聚合物形式，因为T_r大于T_gl。被锁定在SMA元件(致动或未致动)中的弹性应变在SMP软化期间逐渐释放。伴随的弹性恢复力帮助形状可调垫14恢复到原来形状。如果不希望原来形状完全恢复，则加热的形状可调垫14可直接接受训练以备下一个工件16。

[0080]当在上面过程中获得的形状恢复对于待被训练以备新工件16的形状可调垫14来说不充分时，形状恢复过程可继续进行。如果任何SMA元件在训练/设定步骤期间发生了假塑性变形，则应变不可能通过加热形状可调垫14至T_r而得到恢复。在此种情况下。SMA元件(20或22)的集合，所述元件与训练步骤期间被致动的那些彼此对抗，将在形状可调垫14被保持在T_r时接受致动。这些元件(20或22)施加在形状可调垫14上的致动力，随着它们经历从马氏体到奥氏体相的转变，帮助形状可调垫14恢复其原来形状。在形状恢复充分完成以后，形状可调垫14可接受训练以备下一个工件16。

[0081]在另一种实施方案中，SMA可适合借助双向形状记忆效应提供加热、致动和重置。在此种实施方案(参见图5)中，在工作温度，形状可调垫14包含分布在刚挺、玻璃态SMP基质20内的SMA元件18。该SMA材料处于马氏体相并经过了处理以允许SMA元件18“记住”两种形状：高温形状——当SMA处于完全奥氏体时该元件的自然形状；以及低温形状——当材料处于完全马氏体时的自然形状。SMA和SMP材料处于紧密物理(如机械、热)接触并且其组成被选择为使特征温度符合以下关系：T_w＜M_f＜M_s＜T_g1＜T_t≤T_r＜A_s＜T_a≤A_f＜T_max，M_d。

[0082]在训练步骤中，形状可调垫14被加热至T_t，它大于T_gl。结果，SMP转变为其软、聚合物形式。形状可调垫14可通过，例如，使电流通过所有的SMA元件18而加热。其它加热方法也可用来帮助和/或加速该加热过程。随后，形状可调垫14中的SMA元件18的子集可通过将它们加热至适当的致动温度而受到致动。这种选择性致动可通过，例如，增加流过那些元件18的电流来获得。将马氏体相SMA元件18加热至高于A_s的温度将引发在那些元件18中马氏体向奥氏体相的转变。由于这一转变的结果，被致动的SMA元件18力图获得其高温形状，并在此过程中对周围SMP基质20和其它SMA元件18施加力。选择构成被致动集合的元件18，使得致动该集合将形状可调垫14变形到适合给定工件16的几何尺寸。

[0083]虽然可心的是完全利用SMA的致动作用获得所要求的几何尺寸，但仅需要的是让该致动作用获得一种近似所要求的几何尺寸。可采用将部分训练过的形状可调垫14在高于T_gl的温度抵住训练表面加压的进一步机械步骤，从而获得给定的工件16所需的几何尺寸。相比于如果形状可调垫14的整个变形都通过抵住训练表面加压形状可调垫14来完成，机械步骤中所要求的功，在此种工况中是较小的。由于SMP材料处于其软、聚合物形式，故从SMA元件18获得的致动力能轻易地使它变形。未被致动的SMA元件18在整个训练过程期间依然处于马氏体相，且起初只发生纯粹弹性变形，但如果在这些元件18内的应力超过马氏体相的第一屈服应力就可发生假塑性变形。弹性变形局限于小、完全可恢复的应变(例如，小于约1％)，但假塑性变形则可容纳较大完全可恢复的应变(例如，最高约2％)。

[0084]在形状可调垫14达到与具有要求几何尺寸的训练表面之间充分的共形后，它将在保持在训练步骤终点所获得的形状的同时被冷却至T_w。这是例如，通过切断流过仅仅在训练步骤中没有被致动的那些SMA元件18的电流实现的。正如在各种不同其它实施方案中那样，也可采用替代冷却措施帮助和/或加速这一过程。调节流过被致动SMA元件18的致动电流以防止或极大地减少表面与所“教授”的形状之间的偏差，直至本体SMP材料转变回到其刚挺、玻璃态形式。这可能导致这些元件18的温度依然保持在高于A_f，并因此，被致动的元件18继续力图获得其高温形状，而与此同时本体SMP基质20则进行玻璃化。随后，切断致动电流，并让被致动元件18冷却至T_w。所“教授”的形状是这样保持的：保持元件18处于被致动状态，以及如果采用二次机械训练步骤，保持形状可调垫14抵住训练表面受压，直至SMP完成玻璃化。当被致动SMA元件18的温度在冷却过程期间降低到低于马氏体开始温度(M_s)时，SMA中的奥氏体开始转变为马氏体。该转变伴随着这些元件试图变回到其低温形状。然而，由于M_s＜T_gl，故周围的SMP基质20在奥氏体向马氏体相的转变以及相联系的形状改变能够发生之前就已玻璃化了。结果，形状可调垫14在设定过程结束时保持训练步骤期间所“教授”的形状并且以备使用。在此种条件下，SMA元件18(致动或未致动)具有内在锁定的一些弹性以及可能的一些假塑性应变。

[0085]当形状可调垫14需要调整形状以便用不同表面几何尺寸在某一定位处支撑工件16时，例如，可通过让电流流经所有的SMA元件18，加热所述垫至T_r。由于T_r大于T_gl，故SMP材料将转变为其软、聚合物形式。锁定在SMA元件(致动或未致动)中的弹性应变在SMP软化期间逐渐释放。伴随的弹性恢复力帮助所述垫恢复到其原来形状。

[0086]如上所述，原来形状的完全恢复是不必要的，而加热的形状可调垫14可在SMP基质20充分软化后就接受针对下一个夹紧任务的训练。如果在以上过程中获得的形状恢复不足，则需要继续进行形状恢复过程。如果任何SMA元件18在训练和设定步骤期间已发生假塑性变形，则应变将不能通过简单地加热形状可调垫14到T_r而复原。在此种工况中，发生了假塑性变形的SMA元件18被加热到致动温度(例如，通过增加流过这些元件的电流)，同时形状可调垫14的其余部分则维持在近似T_r。在如此实施的过程中，元件18能发生马氏体向奥氏体相的转变，并且随后可让其温度降低到T_r。形状可调垫14此时已可针对下一个夹紧任务调整形状了。

[0087]虽然，上面提到的是利用电流来加热夹紧装置10的形状可调垫14的形状记忆材料，但可采用各种不同其它方法来实现上述各个相转变用的温度改变。例如，形状可调垫14的加热可通过将它浸没或暴露于，或者将整个夹紧装置10暴露于加热流体(液体和/或气体)中；通过感应加热，此时采用电感应材料；通过将它暴露于入射的激光；通过热电加热；通过微波加热；通过红外加热；通过闪光灯；以及诸如此类，来实现。类似地，各种各样冷却形状可调垫14的措施包括但不限于，让形状可调垫14或者整个夹紧装置10浸没或暴露冷却流体中；热电冷却；以及诸如此类。

[0088]替代地，为增加加热和冷却效率，可采用两个夹紧装置10，其中一个夹紧装置10处于所谓“备用”模式(或被训练用于第二个工件16)，另一个则用于给定的工件16。另外，可使用不同类型的SMA元件18和/或22，其中元件18(或22)的一个子集具有不同于元件22(或18)的另一个子集的相转变温度。

[0089]现在来看加热和/或冷却夹紧装置10的形状可调垫14的热电器件(即，正如总地用24表示的激活器件)的使用。热电器件是一种固态电子元件，它能发射或吸收电流流过该器件时的热量，反之亦然。为产生热量差，一种热电器件依靠玻耳帖(Peltier)效应，它发生在电流流过连接成封闭回路的不同导体对时。该电流驱动热量从两个不同导体的一个接点向另一个接点的传递。导体，可以是半导体、金属、离子导体等，力图通过在一个接点吸收能量并在另一接点释放能量(即，一个接点冷却，而另一接点加热)而返回到施加电流前存在的电荷平衡。可串联连接附加电偶(不同导体对)以强化这种效果。传热方向通过电流的极性加以控制(即，颠倒极性将改变传热方向，从而决定是吸热抑或放热)。

[0090]一种范例热电器件包含被夹在两个基材之间的电偶阵列。每个电偶包含1个n-型和1个p-型半导体。各电偶被配置成使它们电串联连接而热并联连接。给连接的电偶提供平台的这两种基材可以是金属或金属化陶瓷以促进传热。热电器件可单独工作也可以以串联、并联或串联/并联的电连接方式来工作，这取决于为激活特定的形状可调垫14的形状记忆材料所需要的传热水平。

[0091]同样的半导体组合物可进行掺杂以形成电偶的两个组件，或者可使用两种不同的半导体组合物。好的半导体热电材料用其“品质因数”或ZT衡量，其中T是温度，而Z被定义为：

Z＝S²/ρK

其中S是塞贝克(Seebeck)系数(开路电压与电路的热和冷接点间的温差之比)，ρ是电阻率，K是热导率。可心的是，半导体的ZT大于或等于约0.5，在形状可调垫14中使用的特定形状记忆材料的给定训练温度下测量。适用于本文所公开的夹紧装置的半导体材料包括铅、铋和/或锑与碲和/或硒的合金(例如Bi₂Te₃，PbTe，SbTe，BiSb，Bi_1.5Sb_0.5Te₃，PbSeTe等)；CsBi₄Te₆；SiGe；MnTe；填充的方钴矿(skudderudites)(例如CeFe₄Sb₁₂等)；XeIr₄Sb₁₂，Sr₈Ga₁₆Ge₃₀；Chevrel化合物(例如Cu_3.1Mo₆Se₈，Cu_1.38Fe_0.66Mo₆Se₈，和Ti_0.9Mo₆Se₈，等)；以及诸如此类。本领域技术人员根据本公开内容能决定那种组合物将适合基于形状可调垫14的特定形状记忆材料的夹紧装置10使用。例如，Bi₂Te₃的ZT是1.0(300K)；而PbTe的ZT是0.9(500K)，二者皆可用于SMP-或SMA-基的形状可调垫14。

[0092]一种包括热电单元作为激活器件的夹紧装置10，处于与形状可调垫14的操作联通状态，被表示在图8中。热电单元24被夹在底座元件12和形状可调垫14之间。控制器(如电源)28与热电单元24电联通。任选地，控制器28可包括温度测量器件(如热电偶)，其处于与热电单元24和/或形状可调垫14操作联通，作为给控制器28提供反馈的手段。

[0093]任选的胶粘层26可用来进一步改进形状可调垫14与热电单元24之间的粘结强度。适合用于胶粘层26的材料包括导电聚合物胶粘剂、金属膜(如钛、铬、含钛或铬的合金，以及诸如此类)，有机硅烷化合物等。

[0094]在采用热电单元24的夹紧装置10的操作中，电流沿第一方向流过热电单元24，以有效加热形状可调垫14的形状记忆材料至训练温度。随后，形状可调垫14由力(F₁)压向工件16，并使其变形以致达到其与工件16的轮廓表面充分共形，正如在图2和6中所示。

[0095]形状可调垫14随后借助颠倒流过热电单元24的电流方向被冷却至低于训练温度。在此点，正如在图3和7中所示，形状可调垫14保持在训练步骤期间所“教授”的形状，即便在它已被冷却至常规工作温度并适合用于夹紧具有所训练的形状的工件16以后。下一个训练步骤，或重置步骤，可通过再次沿第一方向让电流流过热电单元24来实施，以有效加热形状可调垫14的形状记忆材料至训练温度。

[0096]就采用热电单元24的一种有利特征而言，在处于加热状态(即，在或高于训练温度)期间，但在让形状可调垫14与训练表面接触之前，可在形状记忆材料内建立某种温度梯度(例如，通过颠倒电流方向)。该温度梯度可心地在待训练的形状可调垫14的表面上造成较高温度，而在内部(即，待训练表面的内表面)则造成较低温度。照此方式，在较热部分在压缩下接受训练的同时，形状记忆材料，因此还有形状可调垫14的较冷部分保持其形状。该温度梯度提供适当温控的可能，它在如果形状可调垫14和训练表面具有不同热质量和温度的情况下可能是有利的。例如，该温度梯度的建立可帮助防止形状记忆聚合物形状可调垫14的熔融或从底座元件12上脱层/分离。

[0097]包括热电单元24的另一夹紧装置10表示在图9中。夹紧装置10包括被夹在形状可调垫14与底座元件12之间的腔室30。腔室30包括进口32(在该实施方案中，两个进口32和34)以及出口36，空气可通过这些口流动。与控制器28电联通的热电单元24配置在腔室内，致使由热电单元24定义了两个部分。热电单元24的一侧是热阱38，热电单元的相对一侧是冷阱40。热阱38和冷阱40位于进口32和34的下游。形状可调垫14配置在腔室出口36上。

[0098]在图9所示夹紧装置10的操作中，电流流过热电单元24，有效地加热热阱38(同时又冷却冷阱40)。经腔室进口32被强制流过腔室30的空气被热阱38加热并从腔室出口36流出，在此它接触形状可调垫14。形状可调垫14的形状记忆材料一旦加热到训练温度，形状可调垫14可在力(F₁)作用下被压抵工件16并发生变形以致它与工件16的轮廓表面达到充分共形，正如在图2和6中所示。

[0099]形状可调垫14随后在依然处于F₁作用下的同时被冷却至低于训练温度。形状可调垫14可采取自然冷却，即，关掉供给腔室进口32的空气并中断流经热电单元24的电流。替代地，形状可调垫14可通过关掉供给腔室进口32的空气，并迫使空气经腔室进口34流过腔室30，在此，空气受到冷阱40的冷却并流出腔室出口36，从而接触形状可调垫14。在此点，正如在图3和7中所示，形状可调垫14保持了训练步骤期间所“教授”的形状，即便在它已冷却至常规工作温度并适合用于夹紧具有所训练的形状的工件16以后。流过热电单元24的电流以及任何流过腔室30的空气可在训练步骤后中断。随后的训练步骤可按照类似方式实施。

[0100]在一种实施方案中，夹紧装置10还可包含阀门(例如，止逆阀和瓣阀)42，位于热电单元24、热阱38和冷阱40的下游。该阀门可防止空气在被强制流过腔室30的同时，流入到一个进口、横穿腔室并通过另一个进口流出。

[0101]在另一种实施方案中，夹紧装置10还可包含穿孔板44，配置在腔室出口36与形状可调垫14之间。穿孔板44提供一种对形状可调垫14的附加支撑结构以便坐落其上，同时允许空气从腔室30流出以加热或冷却形状可调垫14。

[0102]现在参见图8和9，画出的夹紧装置10与控制器28可操作联通。多个传感器46与控制器28电联通。传感器46测量各种各样与夹紧装置的操作相联系的参数，包括但不限于，定义夹紧装置10的元件的位置(例如，形状可调垫4、工件16、相对的垫(若存在的话)，以及诸如此类)，形状可调垫14和/或工件16的温度，以及夹紧装置的操作环境，支撑或紧夹应用期间所施加的力的大小，可主动被检测的各个元件的状态以及诸如此类。从传感器46到控制器28的反馈可用来保证，夹紧装置10以预期方式中操作。利用恰当的算法，控制器28可以，根据从传感器得到的数值，致动一个或多个致动器48以完成所要求的功能，借以根据特定用途的要求调节要求的参数。传感器46不拟局限于任何特定位置或形式。例如，传感器46可与限定夹紧装置10的元件整合或者位于其附近的外部。在一种范例实施方案中，夹紧装置也可以是完全或部分手动控制的。手动控制可以是仅在开车、实验不同材料和/或系统设计期间过程微调所用的，或者可以是用于有限量生产试验的操作方式。

[0103]能够适用于监测特定参数的各种类型的传感器46在技术上是公知的。例如，用于检测形状可调垫14和/或工件16的位置和取向的传感器可包括基于关节坐标的传感器，例如，旋转关节的编码器和移动关节用的线性位移传感器。在另一些范例实施方案中，传感器46可包括推算刚性端效应器位置和取向的基于视觉的传感器46，它采用一套与参照坐标系相联系的参照标记。其它合适的位置传感器可包括监测沿夹紧装置或工件16可能运动的各个运动轴线的行程终点的限制开关。同样，监测特定参数用的特定传感器不拟局限于任何特定类型。

[0104]适合测量力的传感器包括采用可机械地与夹紧装置10配置成串联形式的载荷传感器。替代地，安装在弹性元件上的一个或多个应变计可与夹紧装置10机械偶联以测量力的大小。测量力的大小在某些场合是可心的，例如，紧夹用途，以及在支撑用途中由形状可调垫14作用在工件上的力。该力优选地尽可能地可靠且精确地靠近形状可调垫14的工作表面测量。在其它实施方案中，力可从作用在底座元件12或夹紧装置10的其它部分上的力矩推算。也可适合使用基于力的间接测量的传感器。可以利用，例如，致动器48的输入信号(例如，电夹具中的电流、气动夹具中的气压等)，所述输入信号负责产生相应的力。

[0105]合适的温度传感器包括接触和非接触式传感器。例如，合适的基于接触的传感器包括但不限于，热电偶、电阻温度检测器(RTD)，和灯泡和毛细管器件。非接触式温度传感器包括但不限于，高温计、红外传感器和光学纤维温度传感器(例如，fluro-optic)。可设置温度传感器以检测形状可调垫14、工件16的温度、夹紧装置以及任何其它希望测量温度的零部件，例如，底座元件内或附近的环境温度。类似地，温度传感器可用于在夹紧装置内的本体测量或者用于凸出点。

[0106]作为例子，其中可能希望测量温度的形状可调垫14的凸出点，包括测量当加热形状可调垫14时超过规定温度的形状可调垫14的最后部分。在某些场合测量形状可调(垫)的最后部分之所以可能重要是因为，形状可调垫可能是尺寸不均匀的，以致加热不均匀。测量凸出点以保证形状可调垫达到和/或超过了规定温度，能延长操作寿命和保证恰当的操作。同样，可心的是测量与形状可调垫14的当冷却该形状可调垫14时冷却至规定温度以下的最后部分相联系的凸出点。凸出点的定位可能依赖于：形状可调垫14的几何尺寸、加热和/或冷却形状可调垫14的方法、系统配置和/或构成形状可调垫14的材料的性质。

[0107]形状可调垫14的本体温度的测量可通过监测本体性质的改变(例如，刚度的变化、变色和/或诸如此类)，随后将它们与温度进行关联来测量。例如，可在形状可调垫14内嵌入热致变色材料(例如，随机分布或特意定位在凸出点)。正如本领域技术人员看出的，热致变色材料，响应温度的改变，发生颜色、色调和/或不透明度的变化。可选择热致变色材料以便由这些指示剂标示出特定的温度(例如，T_成形或T_设定)，或者根据一种或多种热致变色材料特有的不同颜色/色调/不透明度推测不同温度的范围。

[0108]夹紧装置10周围环境的温度测量，尤其是在形状可调垫14内或周围的，可提供有关通过自然或强制对流和/或从形状可调垫14外露表面辐射的热损失的有用信息。如果形状可调垫14的表面温度能可靠地测量，则可利用环境温度的测量来保证夹紧装置10恰当工作。然而，如果形状可调垫14的表面温度不能可靠地测量，则表面温度必须根据源温度、材料的热-物理性能、表面传热特性以及环境温度来推算。形状可调垫14的表面温度可能不能可靠地测量的情况包括，例如，当热电偶因循环疲劳之类而开始失效，当形状可调垫14的表面有碎屑积累从而可能使光学测量难以实施时等等。

[0109]工件16的直接或间接温度测量也可用于工件16具有大热质量的场合。在这些场合，当工件16与形状可调垫14发生接触时，形状可调垫14的工作表面将处于工件16的温度的作用下。作为例子，采用由形状记忆聚合物构成的形状可调垫，如果工件16比形状可调垫14的工作表面温度低，则可能发生工作表面的快速局部冷却。如果此种快速冷却发生在形状可调垫14接受训练期间，则可能出现弹性模量梯度，并在工作表面或其附近造成局部破坏。同样，如果让热工件16与形状可调垫14的比工件16温度低的工作表面接触，则可能出现局部加热并且如果工件16温度高于T_g1，则该加热会导致形状可调垫14丧失其设定的形状。另外，如果工件16导致形状可调垫14的温度升高到超过T_max，则可能对形状可调垫14造成不可逆损坏。由于至少这些原因，可心的是测量工件16的温度，这可直接从工件16测量(例如，热电偶可与工件16接触，或者通过非接触式温度传感器，例如，IR传感器)，或者替代地，工件16的温度可根据前一过程的结束温度、环境温度等推算。

[0110]所用温度传感器的具体类型一般地将取决于要测量的温度范围、测量技术的响应时间、传感器46易受噪音和扰动输入影响的程度、传感器的成本以及诸如此类。一项另外的考虑，尤其是用于测量形状可调垫14上或内的凸出点处的温度，是测量技术应与操作期间形状可调垫14可能经历的大变形相容(例如，在某些场合，局部应变可接近100％)。

[0111]在其它实施方案中，形状可调垫14最初以服从下面给出的约束条件下的高加热速率加热，该加热速率随着所要求的形状可调垫14的操作温度的到达而逐步降低。同样，当冷却形状可调垫14时，可以使用相似的方法。例如，控制器28可采用开/关控制策略，其中加热源的温度和/或传热介质的流率是固定的，而加热流率的改变则通过切换热流动的开/关来实现。另一种策略包括在介于关与(全)开之间的多个热流率水平之间切换。例如，可采用这样一种脉冲宽度调节计划，其中控制开和关脉冲的时间长度来达到所要求的热流率。

[0112]在接触介质的体系中任何材料的最高允许温度或加热源的额定功率给介质的最高温度设置了界限。体系的流动能力(例如，用于产生流动的风扇)对实际可获得的传热效率在多大程度上改进设置了限制。限定形状可调垫14的材料的热扩散系数决定热量能够以多快的速度传播到材料内。如果供给的热量大于可扩散到形状可调垫14内的热量，则形状可调垫14的表面将过热并造成破坏。当形状可调垫14被冷却时，如果冷却速率非常高(例如，比粘弹应力松弛时间常数快)，则材料中的应力在SMP变回到其刚挺形式之前将不能松弛，这可能导致形状可调垫14的破坏。

[0113]在其它实施方案中，夹紧装置可包括所谓寿命终点(EOL)传感器。EOL传感器测量的特定参数可变化并且可用来测量形状可调垫14的状态。例如，EOL传感器可测量指示形状可调垫14保持训练的形状的能力以及形状可调垫14变形为要求形状的能力的参数。另外，EOL传感器可被配置以提供有关形状可调垫14的磨损、热-机械诱导的疲劳、热-诱导的氧化、冷龟裂、塑性屈服等的信息。另外，从EOL传感器感知的参数所提供的信息的统计分析可用来预测形状可调垫14的失效。例如，不同类型的失效可能与不同特征传感器数据顺序相联系，并且形状可调垫14的使用的累积纪录可用来计算预测失效的时间。简单的计数器可用于跟踪训练和使用循环的次数。当这些数值中任何一个超过相应极限(从装置现场使用或实验室试验经验得到)时，可判断形状可调垫14已耗尽其有用的寿命。这一准则可独立地或者与其它指标联合(例如，上面所描述的那些)而提出维修请求。另外，可利用计数器所跟踪的信息并结合形状可调垫14的状态制定一种预防性维修计划，推荐一种预先夹具变化(pre-emptive grip change)，正如在某些场合所要求的。

[0114]控制器28本身包括一种处理器，它接受来自多个传感器46的状态信号，并向致动器48发出指令信号。在那些采用热电单元24的实施方案中，指令信号也可发给热电单元24。控制器28也可接受来自使用者的操作信号，其指示夹紧装置10的要求动作。在范例实施方案中，控制器28包括提供各种各样控制功能的控制逻辑和/或算法。各种不同控制功能包括但不限于，加热功能、冷却功能、位置(position)功能、定位(location)功能、用于紧夹应用的开和关功能、状态功能、重置功能等。每种功能接受来自各种各样传感器46的具体状态信号并作为响应向负责程序化功能的特定致动器48发出指令信号。这些功能可独立地、组合起来，或者作为较大控制算法的子函数使用。例如，用于训练形状可调垫14的训练函数可智能地执行开、定位、位置、加热、关和冷却功能以训练形状可调垫14达到工件16或母版表面的形状。另外，控制器28可包括使控制器28储存所得状态信号作为可被一种或多种函数存取的变量的存储器。

[0115]作为例子，加热功能可用于选择地加热形状可调垫14。加热功能可接受几个来自各个提供温度信息的温度传感器的输入信号(即，状态信号)。例如，视用途而定，温度信号可包括工件16的目前温度、形状可调垫14的温度、形状可调垫14的凸出点的温度等。根据输入状态信号以及程序化的特定算法，于是加热功能便可维持和/或调节温度。温度调节可包括另外一些变量，例如，总加热时间、目前加热速率、最大加热时间、最大加热速率、最大允许温度、形状可调垫14的特征等。响应输入参数和变量，加热功能分别向特定的致动器和/或加热器/冷却器发出指令信号以便提供程序化功能。在其它实施方案中，可利用工艺顺序的预先知识(例如，当已知在下一循环需要形状调整时在前一循环的终点就开始加热)。

[0116]现在将描述各种任务级别的控制策略。控制策略只是举例说明，不拟局限于所描述的内容。通过使用这些使用者或较大控制系统可通过发出操作信号到控制器28来执行的任务就可控制夹紧装置10。任务包括但不限于，位置任务、训练任务、设定任务、紧夹任务等。一旦接到操作信号后，控制器28响应而执行一种或多种功能。控制器28可通过各种手段与较大控制系统电子通讯。在其他范例实施方案中，控制器28可包括显示器和输入装置，用以接受来自使用者的操作信号并显示信息如告知使用者的出错标志。

[0117]在一种关于加热形状可调垫的实施方案中，加热功能被程序化以检查目前的加热条件小于形状可调垫14的最大安全加热条件，最大温度(T_max)小于最大允许温度(T_all)；加热循环中的总加热时间(t_H)小于最大加热时间(t_HM)并且以下条件至少之一得到满足：形状可调垫14的工作表面温度(T_ws)小于成形温度(T_成形)；最低温度(T_min)小于T_成形因子；或者应力增加器(raiser)的温度(T_sr)小于T_成形因子。应力增加器的温度指的是夹具训练或使用期间经历高应变和/或应力的夹具内的区域的温度。同样，在降低形状可调垫的加热条件之前，加热功能可检查以下条件至少之一得到满足：形状可调垫14的T_ws大于T_成形因子；T_min大于T_成形因子；T_sr大于T_成形因子；或T_max大于T_all。

[0118]在一种涉及冷却形状可调垫的实施方案中，冷却功能可程序化以便首先检查，目前冷却条件小于最大冷却条件，并且冷却周期的时间(t_C)小于最大冷却时间(t_CM)；并且以下条件至少之一得到满足：形状可调垫14的T_ws大于设定温度(T_设定)；或者T_max大于T_设定因子；

[0119]在一种涉及用于位置化形状可调垫14和/或工件16的位置功能的实施方案中，位置函数可接受几种输入参数，其例如涉及形状可调垫14的目前位置、工件16的目前位置等。位置参数可由布尔变量定义，如果工件16和/或形状可调垫14的目前位置处于要求的位置，则它可设定为1。在范例实施方案中，工件16和形状可调垫14的要求位置是由控制器28存储、位置函数可存取的变量。控制器28响应而发送指令信号给致动器48以调节(如果需要的话)工件16和/或形状可调垫14的位置。

[0120]在一种实施方案中，在移动形状可调垫14之前，可将位置函数程序化以首先检查形状可调垫14未被使用。如果形状可调垫未被使用，则位置函数可继续以移动形状可调垫14和/或工件16直至位置状态参数指出形状可调垫14和工件处于所要求的位置。

[0121]定位功能可用来检查参照物，例如，工件16或母版是否相对于形状可调垫14的工作表面来设置。定位函数可接受几种输入参数，包括但不限于，定位标志、位置状态、训练标志等。例如，定位标志和/或训练标志可以是布尔变量，如果工件16相对于形状可调垫14的工作表面来设置，则设定为1，否则保持为0。定位函数可提供响应工件16和/或形状可调垫14的位置的定位标志。

[0122]在一种范例实施方案中，定位函数首先检查位置状态是否指示形状可调垫14和/或工件16(或母版表面)处于恰当位置并且形状可调垫14未被使用。如果以上条件得到满足，则可将标志设定成指示形状可调垫14处于训练状态或形状可调垫例如通过执行“关”函数而进行训练。另外，如果形状可调垫14的T_ws小于T_成形或T_min小于T_成形因子，则定位函数可程序化以执行加热功能来增加用于训练的形状可调垫的温度。定位函数也可程序化以在工件16或母版表面被恰当位置化且目前的力小于最大的力的同时，增加由形状可调垫14施加或作用在其上的力。在采用训练循环计数器的实施方案中，定位函数也可使训练循环计数器递增。

[0123]开和关功能可用于其中夹具包括形状可调垫14的实施方案中。一般而言，控制器28采用开和关函数以便咬合、释放或设定形状可调垫14作用在工件16或母版表面的力以便训练形状可调垫12。例如，“开”函数可程序化以检查形状可调垫14处于关状态，并且如果这样的话，则打开形状可调垫14，除非设定了训练标志并且工件温度大于形状设定温度。如果这些条件都未满足，则“开”函数设定成出错标志并让形状可调垫14保持在关状态。“关”函数可程序化以接收要求的力参数并将形状可调垫14设定在关状态，同时形状可调垫14施加的力等于所要求的力参数。

[0124]由形状可调垫14施加的力的最大值一般依赖于夹具机构的动力学和致动器的力/力矩能力。调节致动器的力/力矩能力(例如，通过增加气动夹具中的气压)或者通过调节致动器机构的动力学参数，可改变最大的力。如果最大的力为可控的，则训练和受训形状可调垫14的使用可选择不同的力的大小。例如，训练形状可调垫14期间，采用例如由SMP构成的形状可调垫14，具有低弹性模量并且可更容易地变形，相比于实际使用期间材料具有明显更高的弹性模量来说。正因为如此，形状训练期间可采用比常规使用期间更低的最大的力。在力随着时间变化的实施方案中，可采用尽可能减少形状可调垫14与工件16或母版表面之间的冲击力的控制策略以保证施加在或由形状可调垫14施加的力的平稳而逐渐的增加。

[0125]状态函数可程序化以通过检验磨损状态变量的数值提供关于形状可调垫14是否达到其有用寿命的终点的信息。作为例子，磨损状态变量可以是一种布尔变量，当寿命变量的终点指示形状可调垫14已达到其有用寿命的终点时，则设定为1。状态函数也可程序化以检验环境温度是否大于形状可调垫14的训练温度。如果环境温度超过预定值，则可设定出错标志，指示该函数不能恰当地执行。在此种工况中，可调用冷却函数以降低形状可调垫14的温度并可再执行“状态函数”。

[0126]在范例实施方案中，状态函数可程序化以指示，在下一循环(训练或使用)前，所述垫需要更换，如果以下条件至少之一满足的话：操作者(本地或远方)激活手动替换(manual override)以标出垫的更换；训练循环计数器大于或等于最大训练循环次数；使用计数器大于或等于最大使用循环次数；或者磨损变量指出，形状可调垫处于其有用寿命的终点。另外，状态函数可程序化以设定某一出错标志，如果环境温度(T_amb)大于T_设定的话。

[0127]可采用重置功能来重置由控制器28存储的几个参数和变量，以反映，新形状可调垫14已安装在夹紧装置10中。作为例子，重置函数可重置磨损状态变量为0，以此指示，新形状可调垫尚未磨损。另外，重置标志可重置任何被用于跟踪形状可调垫14的使用的计数器，正如各种用途可能要求的。

[0128]现在来看图10，一幅使用形状可调垫14的范例控制方法的流程图，总地标记为50。控制方法50的第一步骤是检验形状可调垫14的状态，正如在工艺步骤52所示。如果形状可调垫14处于或接近其使用寿命的终点，则控制方法可设计为设定维修请求标志(如同在工艺步骤54中所示)，指示形状可调垫14需要更换或修理。一旦形状可调垫14更换后，控制方法50可重置任何计数器或变量并重新启动控制方法50，正如在工艺步骤56所示。如果状态函数指示，环境温度超过预定值，则控制方法50可执行冷却功能。在控制方法成功地通过步骤52中的状态检验以后，控制方法50前进到工艺步骤58。

[0129]在工艺步骤58，控制方法50判断，形状可调垫14是否需要训练。如果形状可调垫14不需要训练，则控制方法50前进到工艺步骤62。如果形状可调垫14需要训练，则控制方法50前进到工艺步骤60，在此，于是形状可调垫14按照前面描述的方式接受训练。在工艺步骤60期间，形状可调垫14可利用前面描述的方式进行训练而采取特定的形状。一旦形状可调垫14完成训练，每当形状可调垫14被用于进行所要求的功能时，控制方法50前进到工艺步骤62。在工艺步骤62期间，控制方法50可执行各种各样的功能，包括但不限于，定位功能、位置功能、开功能、关功能或诸如此类。

[0130]正如前面所描述的，除了支撑用途之外，夹紧装置10还可用于紧夹用途并且可包括相对的垫。视用途而定，相对的垫可以是由第二形状记忆材料(相同或不同的形状材料)构成的形状可调垫并配置在相对的底座元件上。相对的垫也可包括多个与控制器28电联通的传感器46。类似地，相对的底座元件可包括与控制器28电联通的第二致动器。在其它实施方案中，相对的垫14可包括可用于调节相对的垫14的温度和环境的热电单元。

[0131]在一种实施方案中，对于每个夹具定位，使用两个夹紧装置10，形状可调垫14之一可用于夹紧当前工件16，而其它形状可调垫14同时接受训练以备下一个工件。当目前工件16的加工完成时，目前活动的夹紧装置10被移出工作定位处。其它夹紧装置10移入以便加工下一个工件16并变成当前活动的夹紧装置10，以上过程可以反复进行。利用此种手法可达到缩短有效的形状调整时间(即，在工作台处对工件16所花费的总时间作出贡献的形状调整时间)。

[0132]正如本领域技术人员很清楚的，形状可调垫14的形状的训练和设定可在线也可离线地完成。对于在线方法，形状可调垫14直接在将用它来夹紧的工件16上进行训练。对于离线方法，形状可调垫14在母版表面上训练，该母版表面是待赋予给形状可调垫14的形状的倒置复制品。在线形状调整不需要额外的硬件，例如，在离线方法中使用的母版表面，并因此可用于提供一种自备的和低成本的形状可调夹具系统。形状可调垫14的离线训练及其应用在概念上完全不同并且这样分开进行消除了训练过程的某些与在线形状调整方法的训练相关的限制。总的来说，离线训练给可用于加热和冷却夹具的方法提供较大灵活性和较多选择。

[0133]如上所述，本公开内容可体现为用于实施那些方法的计算机-实施过程和设备的形式。例如，本公开内容可体现为计算机程序编码的形式，包含体现在有形介质如软盘、CD ROM、硬盘或任何其它计算机可读存储介质中的指令，其中，当计算机程序编码被加载到计算机中并由计算机执行时，计算机将变成用于实施本公开内容的设备。本公开内容也可体现为计算机程序编码的形式，例如，所述编码储存在存储介质中，加载到计算机中和/或由计算机执行，或者沿着某些传递介质传递，加载到计算机中和/或由计算机执行，或者沿着某些传递介质，例如，沿着电线或电缆，通过光纤，或者通过电磁辐射传递，其中当计算机程序编码加载到计算机中和/或由计算机执行时，计算机就变成实施本发明的设备。当在通用微处理器上执行时，计算机程序编码的程序段配置该微处理器以产生具体的逻辑电路。

[0134]虽然已参考范例实施方案描述了本公开内容，但本领域技术人员将懂得，在不偏离本公开内容范围的前提下可对本公开内容做出各种修改并且可用这些等价物替代其要素。另外，可对本公开内容做成许多修改以使特定情况或材料适应本公开内容的教导，却仍不偏离本发明的范围。因此，要指出的是，本公开内容不限于作为实施本公开内容的最佳方式所公开的特定实施方案，而是本公开将包括所有落在所附权利要求的范围内的实施方案。

Claims

1. 夹紧装置(10)，包含：

底座元件(12)；

形状可调垫(14)，配置在底座元件(12)上，其中形状可调垫(14)包含形状记忆材料，该材料被调整成选择地与工件(16)表面轮廓共形；以及

激活器件(24)，处于与形状记忆材料操作联通。

2. 权利要求1的夹紧装置(10)，还包含：

控制器(28)，处于与形状可调垫(14)、激活器件(24)和底座元件(12)至少之一可操作联通；

多个传感器(46)，用于感知与形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)和工件(16)至少之一相联系的参数，其中多个传感器(46)处于与控制器(28)可操作联通；以及

致动元件(48)，处于与控制器(28)以及形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)和工件(16)至少之一可操作联通。

3. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中形状记忆材料是形状记忆合金、形状记忆聚合物、压塑性塑料、形状记忆陶瓷、包含形状记忆合金和形状记忆聚合物的复合材料、以上之一与非形状记忆材料的复合材料，或包含以上至少之一的组合。

4. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，还包含相对的垫，其中相对的垫和形状可调垫(14)调整成将工件(16)夹紧在其间的形状。

5. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中相对的垫是包含形状记忆材料的形状可调相对的垫，被调整成选择地与工件(16)相对的表面轮廓共形。

6. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中形状可调相对的垫的形状记忆材料是形状记忆合金、形状记忆聚合物、压塑性塑料、形状记忆陶瓷、包含形状记忆合金和形状记忆聚合物的复合材料、以上之一与非形状记忆材料的复合材料，或包含以上至少之一的组合。

7. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中形状可调相对的垫的形状记忆材料处于与激活器件(24)或不同的激活器件(24)操作联通。

8. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，还包含相对的底座元件，其上配置着相对的垫。

9. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，还包含定位销(15)，配置在底座元件(12)上。

10. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中配置着多个传感器(46)，用以感知与相对的垫、相对的底座元件和定位销(15)至少之一相联系的参数。

11. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中被感知的与形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)、工件(16)、相对的垫、相对的底座元件和定位销(15)至少之一相联系的参数是以下至少之一：

与形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)、工件(16)至少之一相联系的温度；

与夹紧装置(10)的环境相联系的温度；

形状可调垫(14)、底座元件(12)和工件(16)的位置；

形状可调垫(14)、底座元件(12)和工件(16)的定位；

施加在形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)和工件(16)上的力；以及

形状可调垫(14)的状态。

12. 以上权利要求中任一项的夹紧装置(10)，其中激活器件(24)和不同的激活器件(24)至少之一是热电单元(24)。

13. 一种用于夹紧工件(16)的计算机程序产品，该计算机程序产品包含：

存储介质，可由处理电路读取并存储供处理电路执行的指令，以帮助实施一种方法，包括检测与形状可调夹紧装置相联系的参数，利用至少一个传感器(46)产生至少一种定义信号的参数；处理来自至少一个传感器(46)的至少一种定义信号的参数，并发送输出信号到控制界面，其中输出信号有效地完成包含以下至少之一的功能：加热功能、冷却功能、位置功能、定位功能、开和关功能、重置功能以及状态检验功能，其中形状可调夹紧装置包含由形状记忆材料构成的形状可调垫(14)。

14. 权利要求13的计算机程序产品，其中定义信号的参数指出工件(16)和形状可调垫(14)的位置、工件(16)和形状可调垫(14)的温度、与夹紧装置相联系的环境温度、形状可调垫(14)与工件(16)相抵的力的大小、形状可调垫(14)的状态，以及工件(16)与形状可调垫(14)的定位。

15. 以上权利要求中任一项的计算机程序产品，其中形状记忆材料是形状记忆合金、形状记忆聚合物、压塑性塑料、形状记忆陶瓷、包含形状记忆合金和形状记忆聚合物的复合材料、以上之一与非形状记忆材料的复合材料，或包含以上至少之一的组合。

16. 一种方法，包括：

令至少一个工件(16)的表面与夹紧装置(10)的形状可调垫(14)接触，其中形状可调垫(14)包含形状记忆材料，后者被调整到与至少一个工件(16)的表面共形；以及

夹紧接触的工件(16)。

17. 权利要求16的方法，还包括在接触前，使夹紧装置(10)的形状可调垫(14)与至少一个工件(16)的表面达到共形。

18. 以上权利要求中任一项的方法，其中共形包括：

激活形状记忆材料；

对形状可调垫(14)施加力，以有效地使形状可调垫(14)从原来形状变形到与工件(16)的表面或训练表面共形的形状；以及

使形状记忆材料失活。

19. 以上权利要求中任一项的方法，其中激活形状记忆材料包括施加热、湿和光至少之一到形状记忆材料上，且其中使形状记忆材料失活包括停止施加热、湿和光至少之一。

20. 以上权利要求中任一项的方法，还包括将形状可调垫(14)重置为对应于至少一种不同工件(16)的表面的不同形状。

21. 以上权利要求中任一项的方法，其中重置包括激活形状记忆材料但不加载荷。

22. 以上权利要求中任一项的方法，其中夹紧包括将工件(16)支撑在固定位置。

23. 以上权利要求中任一项的方法，其中接触包括将工件(16)配置在夹紧装置(10)的形状可调垫(14)与夹紧装置(10)的其它垫之间，夹紧包括将工件(16)紧夹在固定位置。

24. 以上权利要求中任一项的方法，其中夹紧装置(10)的其它垫包含形状记忆材料，后者被调整到与至少一个工件(16)的其它表面共形。

25. 以上权利要求中任一项的方法，还包括在接触前使夹紧装置(10)的其它垫与工件(16)的其它表面共形。

26. 以上权利要求中任一项的方法，还包括利用定位销以提供关于工件(16)的定位的信息。

27. 一种方法，包括：

令第一工件(16)的第一表面与夹紧装置(10)的形状可调垫(14)接触，其中形状可调垫(14)包含形状记忆材料，后者被调整到与第一工件(16)的第一表面共形；

夹紧接触的第一工件(16)；

使夹紧装置(10)的形状可调垫(14)与第二工件(16)的第二表面共形；

令第二工件(16)的第二表面与夹紧装置(10)的形状可调垫(14)接触；以及

夹紧第二工件(16)。

28. 权利要求27的方法，还包括共形前将形状可调垫(14)重置到原来形状。

29. 一种使夹紧装置(10)的形状可调垫(14)与至少一个工件(16)的表面共形的方法，该方法包括：

加热形状可调垫(14)以有效地提高形状记忆材料的温度至或超过形状设定温度；

对形状可调垫(14)施加力以使形状可调垫(14)有效地从原来形状变形到与至少一个工件(16)的表面共形的形状；以及

冷却形状记忆材料至低于形状设定温度。

30. 权利要求29的方法，其中加热包括电阻加热、接触某种加热的流体、感应加热、微波加热、暴露于激光、热电加热、微波加热、红外加热、暴露于闪光灯、对流加热或者包含以上至少之一的组合。

31. 以上权利要求中任一项的方法，其中施加包括令工件(16)接触加热的形状可调垫(14)。

32. 以上权利要求中任一项的方法，其中施加包括令具有基本上类似于工件(16)的形状的母版制品接触加热的形状可调垫(14)。

33. 以上权利要求中任一项的方法，其中冷却包括移开热源、自由对流流体冷却、强制对流流体冷却、接触冷却过的流体、热电冷却或包含以上至少之一的组合。

34. 一种控制形状可调夹紧装置(10)的方法，包括：

接收从传感器(46)到控制器(28)的状态信号，其中传感器(46)处于与底座元件(12)和配置在底座元件(12)上的形状可调垫(14)至少之一可操作联通，其中形状可调垫(14)包含形状记忆材料，后者被调整到选择地与工件(16)的表面轮廓共形；

接收来自使用者的操作信号；

响应状态信号和/或操作信号而生成指令信号；以及

从控制器(28)发出指令信号到与形状记忆材料操作联通的激活器件(24)和与底座元件(12)可操作联通的致动元件(48)至少之一。

35. 权利要求34的方法，还包括接收来自第二传感器(46)的第二状态信号，其中第二传感器(46)处于与相对的垫可操作联通，其中相对的垫和形状可调垫(14)被调整成将工件(16)夹紧在它们之间的形状；且其中响应状态信号、操作信号和/或第二状态信号而生成指令信号，并将它发送给激活器件(24)、致动元件(48)和与相对的垫处于可操作联通的第二致动元件(48)至少之一。

36. 以上权利要求中任一项的方法，其中相对的垫包含形状记忆材料，且其中指令信号发送给与相对的垫的形状记忆材料操作联通的第二激活器件(24)。

37. 以上权利要求中任一项的方法，其中状态信号指出以下至少之一：

与形状可调垫(14)、底座元件(12)、夹紧装置(10)和工件(16)至少之一相联系的温度；

与夹紧装置(10)的环境相联系的温度；

形状可调垫(14)、底座元件(12)和工件(16)的位置；

形状可调垫(14)、底座元件(12)和工件(16)的定位；

形状可调垫(14)的状态。

38. 以上权利要求中任一项的方法，其中第二状态信号指出以下至少之一：

相对的垫的温度；

相对的垫的位置；以及

相对的垫的状态。

39. 以上权利要求中任一项的方法，其中指令信号指出以下至少之一：要求的温度改变、形状可调垫(14)的位置、相对的垫的位置、形状可调垫(14)与工件(16)之间的设定的力、出错标志以及相对的垫与形状可调垫(14)处于开的位置抑或关的位置。

40. 一种使用形状可调夹紧装置(10)的方法(50)，包括：

转移工件(16)到形状可调垫(14)上，其中转移工件(16)包括检验(52)形状可调垫(14)的状态；决定(58)形状可调垫(14)是否需要调整形状；

抵住形状可调垫(14)定位并夹紧(62)工件(16)，其中定位和夹紧(62)工件(16)包括决定形状可调垫(14)的定位以及夹紧工件(16)与形状可调垫(14)；以及

对工件(16)实施操作。

41. 权利要求40的方法(50)，其中形状可调垫(14)的状态决定形状可调垫(14)是否已达到其有用寿命的终点。

42. 以上权利要求中任一项的方法(50)，还包括，当形状可调垫(14)的寿命终点条件满足时设置(54)标志，并更换或修理形状可调垫(14)。

43. 以上权利要求中任一项的方法(50)，其中决定(58)形状可调垫(14)是否需要调整形状进一步包括训练(60)形状可调垫(14)以便与工件(16)的表面轮廓共形。

44. 以上权利要求中任一项的方法(50)，其中决定(58)形状可调垫(14)是否需要调整形状进一步包括训练(60)形状可调垫(14)以便与母版的表面轮廓共形。