CN101426597B - 用于材料成型和接合的材料固持装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于成型和接合第一板材(A)与第二板材(B)的机器单元(10)，包括上闸(100)与下床身(200)。下床身(200)包括其内设有凹形沟槽(210)的真空垫(208)。真空系统(204)与凹形沟槽(210)流体连接，用来在第一板材与第二板材(A，B)接合过程中将第一板材(A)固持到下床身(200)上。机器单元(10)进一步包括用于将第一板材与第二板材对齐的设置结构。

Description

用于材料成型和接合的材料固持装置和方法

技术领域

本发明涉及板材接合操作中用于固持和对齐第一板材与第二板材的系统。更具体的是，本发明涉及一种用于固持第一板材与第二板材的方法和装置，该方法和装置在第二板块与第一板块对齐时以及第一板块与第二板块接合时采用真空设置将第一板材固持在适当位置。 

背景技术

汽车装配史上所需的最初期的一项操作就是接合内板和外板来形成车体任一部分，包括门、发动机罩、燃油箱门和行李箱盖等所有可将汽车框架包住的被称为“转动板”的部分。已知板材成型和接合所用的机器包括冲压模座、台面及滚压成型机，后者是最新引进的设备。 

接合材料的一个不尽人意的特点是接合板在接合操作之前或接合操作期间容易相互移位。这个问题在经过一番努力后已被克服。 

一种已知的用于防止两块板相互滑动的办法是在板材上方采用一个上压环，将上下板夹在上压环和下床身部件(lower nest member)之间。这种做法导致板材上方的大部分空间被占用。而且使用上压环需要高功率高架设备来完成这项操作。综合考虑说来，上压环的使用成本高且不方便。 

另一种已知的用于防止两块板在接合时滑动的做法是利用侧挡规(side gauge)使两块板的侧面相互对齐。这种操作虽然在成本、空间和设备方面比使用上压环有一定优势，但仍然很难控制板材的移动。而且使用侧挡规还会导致板材在装卸时被刮擦而损伤表面。重要的是，操作过程中侧挡规会妨碍成型机的移动。有时候如果侧挡规上装有弹簧，滚压机可能会被撞上并且在被撞击后可能会受到压力反弹。 

还有一种做法就只是把一块板放置在另一块板上而不加以固持，这一方法显然最不尽人意。 

因此，解决上述问题的现有技术所提供的用于两块板材成型和接合的方法及装置均不能解决伴随发生的板材间相对移动的问题。 

发明内容

所以，概括来说本发明的目的是提供一种方法和装置来解决现有技术中在第一板材与第二板材经成型和接合以形成汽车用的转动板时所存在的问题。 

具体来说，本发明的目的是提供一种用于成型和接合第一板材与第二板材的机器单元，同时提供一种将第一板与下床身部件对齐和固定，然后将第二板与第一板对齐和固定的方法。 

本发明的另一目的是提供一种利用一排对齐器将下床身部件上的第一板与下床身部件对齐的机器单元。 

本发明的再一目的是提供一种利用真空系统将第一板牢固保持在下床身部上的机器单元。 

本发明的再一目的是提供一种利用上闸(upper gate)将第二板与第一板对齐并保持在一起的机器单元。 

本发明的再一目的是提供一种高效、经济合算，及高伸缩性的足以容纳各种尺寸、形状和外形板材的机器单元。 

通过提供一种包括上闸和下床身部件的机器单元可实现这些及其它目的。下床身部件包括上面设有至少一条沟槽的上表面。真空源与这些/这条沟槽流体连接。 

将一组接合在一起的板材A、B紧靠在下床身部件上。然后利用对齐器将第一板材A精确的定位。接着上闸利用定位销将第二板材B与第一板材A对齐。第一板材A被经由沟槽施加到其下方的真空固持在适当位置。之后就可以进行成型操作，用来将第一板材A接合到第二板材B上。 

通过提供一种用于将第一板材与第二板材成型和对齐的机器单元(将随后阐述)可实现这些及其它目的。 

附图说明

参阅下述优选实施例的详细说明并结合附图可以更充分的理解本发明，附图中相同的标记表示相同的部分，其中： 

图1是本发明优选实施例的透视图； 

图2是图1中沿2-2线的剖视图； 

图3是本发明的上闸的透视图； 

图4是本发明的弹簧活塞的剖视图。 

图5是大致表示形成最终接合件内部的某样品内部板材或支承结构的俯视平面图。 

图6是大致表示下床身部件顶部的透视图。 

具体实施方式

附图中公开了本发明的优选实施例。尽管所述实施例中的结构是优选结构，但是可以想到只要不背离本发明所述内容，本发明的其它可替代结构均可以采用。下面对优选实施例进行说明。 

首先参见图1，透视图表示的是一个机器单元的优选实施例，一般用10表示。机器单元10包括上闸100和下床身(lower nest)200。应该知道，所述的机器单元10的结构只是优选结构，而并非对其作出限制，因为本领域的技术人员所能想到的其它结构也可以适用。 

本发明用于固持两个部分的板材，这样在进行接合工艺时板材各部分就不会错开或移位。板材的两个部分包括第一板材A和第二板材B。两块板A和B经过成型和接合的组合过程后变成一个整体组件，其中第一板材A是外部或外壳，第二板材B是内部或支承结构(后一材料会在下面图5中予以举例说明)。如前所述，第一板材A和第二板材B具有大体 成正方形的结构，所以形成的整体组件也大体成正方形。但应该知道，本发明中其他形状也适用。 

简而言之，将接合在一起的板材A、B紧靠在下床身200上。然后利用对齐器(crowder)(将在下面根据图1进行说明)将第一板材A精确定位。接着上闸100利用定位销(将在下面根据图3进行说明)将第二板材B与第一板材A对齐。第一板材A被其下方的真空固持在适当位置。之后就可以进行成型和接合操作，使第一板材A和第二板材B牢牢接合在一起。 

图1中涉及整个机器单元10的透视图、图2的剖视图以及图3的透视图都表示出了上闸100。如这些图所示，上闸100包括主轴102，它和机械臂或线形侧向连接轴101安在一起。主轴102固定在与机械臂连接轴101大体垂直的位置。 

与主轴102枢接在一起的是三个大体平行的接触活塞支承轴104、104′、104″。活塞支承轴104、104′、104″各通过固定旋转接头106、106′、106″与主轴102相接。固定旋转接头106、106′、106″允许支承轴104、104′、104″绕主轴102旋转，从而可容纳各种不同尺寸和形状的平板。轴102、104、104′、104″可以由包括钢或铝的多种材料制成。 

每个活塞支承轴104、104′、104″最好包括至少两个用于将第二板材B稳固推压第一板材A的接触活塞集合体。具体来说，接触活塞集合体108、108′、108″旋转地安在活塞支承轴104上，活塞体110、110′旋转地安在活塞支承轴104′上，以及活塞体112、112′、112″旋转地安在活塞支承轴104″上。 

每个接触活塞集合体108、108′、108″、110、110′、112、112′、112″都包括活塞体和连接轴。以活塞集合体108′为例，如图4所示，活塞体114枢接到活塞连接轴116上，活塞连接轴116与可转动活塞支承轴104刚性配合。应注意到，尽管操作时可转动活塞支承轴104被旋转接头106固定住。但在操作之前，可以将旋转接头106拧松，然后根据需要来转动调节可转动轴104，使其精确支承第二板材B。 

参见图4，除活塞体114外，活塞集合体108′还包括活塞单元118，它最好与活塞体114螺纹配合，以便对活塞体114进行调节。为保证第二板材B安全且稳固的推压第一板材A，每个活塞单元118包括一个装有弹簧的活塞鼻119。活塞鼻119可以用各种材料制成，但最好用坚硬的、非接合材料如尼龙制成。活塞单元118可以是马萨诸塞州Brighton的Vlier公司提供的那种。 

上闸100除施压将第二板材B推向第一板材A外，最好还提供一种对齐功能，使第二板材B与第一板材A对齐。这种对齐功能是利用定位销及设在板材上(本例中为板材B)，即设在最终接合组件的内部或支承结构上的圆形细长的定位孔来共同实现。如图3所示，一些活塞集合体包括定位销，用于和板材B上的圆形细长的定位孔接插。优选实施例中，活塞体108和110′每个分别包括定位销120、120′。定位销120、120′一般包括锥形或尖形末端，作用是与图5所示的样品第二板材B上显示出的定位孔a与b相接插。本领域的技术人员应该知道，定位孔的位置和数量可以根据需要进行变动。 

图1的透视图部分表示了与上闸100连接的下床身200，沿图1的线2-2的剖视图2表示了下床身的剖面，图6的透视图表示了没有与上闸100或板材A与B相连的下床身。 

然后参见图1、2和6，下床身200一般包括框体202和真空集合体204。框体202也称为砧子，其结构要保证给真空集合体204提供最大程度的支承，所以本领域的技术人员可以采用任一种熟知的适合结构来提供所需的支承。所示结构只是为说明之用。框体202可以用从硬聚合物到钢的各种刚性材料制成。框体202包括上表面区206，它在本领域熟知的第一板材A与第二板材B的成型操作过程中提供支承，其中的成型操作将在下面阐述机器单元10的操作中做进一步说明。 

真空集合体204包括一个或多个真空垫208。每个真空垫208都包括一系列真空沟槽210、210′、210″、210′″。这种优选的设置结构使放置在真空垫208上的第一板材A被施以适当的真空度。虽然也可能采用其他设 置方式，如在大体为实心的床身表面形成一系列真空洞或一系列真空杯，但是所述的真空沟槽210、210′、210″、210′″的这种设置是最佳结构。各真空垫208的上表面的外形都与第一板材A外形一致。 

各真空垫208都有双重作用，一是为第一板材A提供几乎不透气的密封，二是为第一板材A精心提供缓冲面支承以防板材变形。因此，真空垫208最好由适于上述目的的弹性或半弹性聚合材料制成。 

除真空垫208外，真空集合体204还包括适于在沟槽210、210′、210″、210′″内产生可用真空的必需部件。图2表示出机器单元10操作所用的真空管道的优选设置。真空源，一般用212表示，可以由任何所熟知的来源提供。真空源212与设在中间的充气室214流体连接。一系列真空管道216、216′、216″、216′″分别流体连接充气室214和真空沟槽210、210′、210″、210′″。 

上面谈到利用定位销和定位孔将第二板材B与上闸100对齐。第一板材A与下床身200也可以对齐。为得到较佳对齐效果，下床身200上设有两个或多个对齐器(crowder)集合体300、300′、300″、300′″用于将第一板材A准确对齐。各集合体300、300′、300″、300′″都包括一个可移动的对齐指来实现对齐。以对齐器集合体300′为例，对齐指302可以转动，可以在图1和4所示的大体竖直的对齐位置和图2所示的大体水平的脱离位置间移动。 

对齐器集合体300、300′、300″、300′″的操作是气动操作，各集合体都与两个压力源流体连接，一个压力源用于将对齐指移到大体竖直的对齐位置，另一压力源用于将对齐指移到脱离位置。举例来说，对齐器集合体300通过流体管道306与第一气压源304流体连接，该气压源可将对齐指保持在脱离位置。第二气压源308通过流体管道310与对齐器集合体300连接，该气压源可将对齐指保持在对齐位置。 

第一板材A与第二板材B的成型和接合由已知的成型单元来完成。如图2所示，可以使用冲压模/台式钢成型单元400。其他或另外的滚压机 类成型单元402也可以完成成型和接合的操作。有关成型单元400、402结构的细节为本领域的技术人员所熟知，在此省略不再赘述。 

运转操作

现在概括阐述一下机器单元100的操作过程。开始操作时，上闸100应该已处在上升位置，假设接合操作已经完成，接合后的部分已被移走，所以下床身200中没有其它物件。 

一开始，将大量已知的玛脂(mastic)涂到第一板材A上大致要与第二板材B接合的表面区域。使用玛脂是为了使板材接合更充分。根据需要可以在其中一块板材上或两块板材上都涂上玛脂。已知的玛脂可以含本领域熟知的充填玻璃珠的组合物。 

然后操作人员或本领域熟知的可编程逻辑控制器开始操纵机器单元10。不管采用什么形式的操作员，以下均称之为“操作员”。 

一旦玛脂有选择性的涂覆到板材A和B上之后，操作员就将第一板材A和第二板材B合在一起，然后将合在一起的板材放到真空垫208上，其中第一板材A面朝下(即，第一板材A的外表面朝真空垫208放置)。接着对齐器集合体300、300′、300″、300′″被第二气压源308启动后，将对齐指升到它们的接插与对齐位置。之后，第一板材A与下床身200对齐。这种设置促进第一板材A进行主动微定位。 

然后操作员操作机械臂或线性滑轨(图中未表示)将上闸100降到接插位置。机器人控制对上闸100的移动进行精确操作。上闸100降低后，具有如图3所示的锥形或尖形末端的定位销120、120′接插到板材B的圆形细长的孔a和b中。定位销的销形结构允许初始配合随着门闸100的降低逐渐紧密，因此当上闸100降低后，定位销120、120′通过与定位孔a和b相接插来发挥对齐作用。 

上闸100下降且定位销120、120′与定位孔a和b接插后，移动第二板材B使之与第一板材A对齐。接触活塞集合体108、108′、108″、110、110′、112、112′、112″的聚合鼻向第二板材B的周缘轻微地施力，来保证第一板材A盖在真空垫208上。 

在第一板材A与第二板材B处于适当位置后，启动真空源212，将第一板材A和真空沟槽210、210′、210″、210′″间抽真空。第一板材A就被固定住不能移动。第一板材A与第二板材B的接合体被固定在机器单元10中后，启动第一气压源304，对齐器集合体300、300′、300″、300′″的对齐指从对齐位置被拉到图2所示的大体水平位置。这样对齐指就不会妨碍后续的成型操作。 

接着进行接合操作，通过该项操作材料A的竖直侧面在材料B上形成弯形c。这样弯形c就在接合的第一板材A与第二板材B的周围或整个周缘围成一圈。如上所述，第一板材A与第二板材B的接合是通过冲压模/台式钢成型单元400或滚压机成型单元402完成。不管选择什么成型单元，框体202的表面206为刚性面，成型操作可以在上面进行。 

第一板材A与第二板材B的成型和接合完成后，上闸100从第二板材B上移开，将真空源212断电使第一板材A可在真空垫208上移动。接合后的板材A与B从真空垫208顶部卸下，然后装上下一组要接合的板材A与B。这样成型和接合操作就不断的循环往复。 

本领域的技术人员从前面的叙述中能意识到，本发明的主要教导可以采用各种形式实现。尽管这里结合具体实例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员在分析了附图、说明书和权利要求书后很容易对其作出改动，所以本发明的真正范围不应受上述说明的限制。 

Claims (26)

1.一种用于压卷边或滚压卷边第一板材至第二板材的机器单元，第一板材具有表面形状，该机器单元包括：

用于固持第一板材的下床身，上述下床身包括框体和上表面，上述上表面包括真空垫和材料接触部分，上述材料接触部分设为与第一板材的表面形状大致配合，上述真空垫中设有细长的沟槽并且上述真空垫由弹性或半弹性聚合材料制成，上述真空垫的上表面邻近上述材料接触部分设置，并且上述真空垫的上表面的外形与第一板材的外形一致；以及

与上述下床身上表面的上述真空垫的上述细长的沟槽流体连接的真空系统，用于选择性地抽空上述细长的沟槽并且在第一板材与第二板材接合过程中固持第一板材。

2.根据权利要求1所述的机器单元，其特征是进一步包括用于固持第二板材的上闸。

3.根据权利要求1所述的机器单元，其特征是上述真空系统包括充气室和至少一个连接上述充气室与上述细长的沟槽的流体管道。

4.根据权利要求3所述的机器单元，其特征是上述真空系统进一步包括用于流体连接上述充气室与真空源的流体管道。

5.根据权利要求1所述的机器单元，其特征是上述下床身进一步包括用于对齐第一板材与第二板材的对齐机构。

6.根据权利要求5所述的机器单元，其特征是上述对齐机构设有至少两个对齐器，上述对齐器每个都包括可转动的对齐指。

7.根据权利要求2所述的机器单元，其特征是进一步包括用于相对于上述下床身移动上述上闸的手段。

8.根据权利要求2所述的机器单元，其特征是上述上闸包括至少一个接触活塞支承轴。

9.根据权利要求2所述的机器单元，其特征是上述上闸包括三个相互分离的接触活塞支承轴。

10.根据权利要求8所述的机器单元，其特征是上述至少一个接触活塞支承轴包括用于接触第二板材的接触活塞。

11.根据权利要求10所述的机器单元，其特征是上述接触活塞包括装有弹簧的活塞鼻。

12.根据权利要求8所述的机器单元，其特征是第二板材中形成有至少一个定位孔，上述至少一个接触活塞支承轴包括至少一个用于和第二板材上形成的至少一个定位孔相接插的定位销。

13.一种用于压卷边或滚压卷边第一板材至第二板材的机器单元，该机器单元包括：

用于固持第一板材的下床身，该下床身包括用于收容第一板材的真空垫，上述真空垫中设有细长的沟槽并且上述真空垫由弹性或半弹性聚合材料制成，上述真空垫的上表面邻近上述下床身的材料接触部分设置，并且上述真空垫的上表面的外形与第一板材的外形一致；以及

与上述下床身的上述真空垫的上述细长的沟槽流体连接的真空系统，用于选择性地抽空上述细长的沟槽并且在第一板材与第二板材接合过程中固持第一板材。

14.根据权利要求13所述的机器单元，其特征是进一步包括用于固持第二板材的上闸。

15.根据权利要求13所述的机器单元，其特征是上述真空垫包括上表面并且上述真空系统包括至少一个与上述细长的沟槽流体连接的流体管道。

16.根据权利要求15所述的机器单元，其特征是第一板材具有表面形状，上述下床身的上表面设有上述材料接触部分，上述材料接触部分设置成与第一板材的表面形状大致配合。

17.根据权利要求16所述的机器单元，其特征是上述下床身进一步包括至少两个用于对齐上板材与下板材的对齐器，上述至少两个对齐器每个都包括可转动的对齐指。

18.根据权利要求14所述的机器单元，其特征是上述上闸包括至少一个接触活塞支承轴，上述至少一个接触活塞支承轴包括用于接触第二板材的接触活塞。

19.根据权利要求18所述的机器单元，其特征是第二板材中形成有至少一个定位孔，上述至少一个接触活塞包括至少一个用于和第二板材上形成的至少一个定位孔相接插的定位销。

20.一种用于压卷边或滚压卷边第一板材至第二板材的机器单元，第一板材具有表面形状，该机器单元包括：

用于固持第一板材的下床身，上述下床身包括框体、设置为与第一板材的表面形状大致配合的材料接触部分和真空垫，上述真空垫由弹性或半弹性聚合材料制成且其包括至少一个细长的沟槽，上述真空垫的上表面邻近上述材料接触部分设置，并且上述真空垫的上表面的外形与第一板材的外形一致；

用于固持第二板材的上闸；

与上述真空垫的上述至少一个细长的沟槽流体连接的真空系统，用于选择性地抽空上述细长的沟槽并且在第一板材与第二板材接合过程中固持第一板材，上述真空系统包括充气室和至少一个连接上述充气室与上述至少一个细长的沟槽的流体管道，上述真空系统进一步包括用于流体连接上述充气室与真空源的流体管道。

21.一种用于压卷边或滚压卷边第一板材至第二板材的机器单元，第一板材具有表面形状，该机器单元包括：

具有多个侧壁的框体，上述框体具有第一材料接触面用于支承第一板材；

由上述框体支承的邻近上述第一材料接触面的真空垫，上述真空垫由弹性或半弹性聚合材料制成且其中设有至少一个细长的沟槽和第二材料接触面；

真空源；

连接上述至少一个细长的沟槽与上述真空源的流体管道；以及

用来进行第一板材成型操作的成型工具。

22.根据权利要求21所述的机器单元，其特征是上述至少一个细长的沟槽设于上述框体内。

23.根据权利要求21所述的机器单元，其特征是进一步包括至少一个装在上述框体上的对齐机构。

24.根据权利要求21所述的机器单元，其特征是进一步包括设在上述至少一个细长的沟槽内的中间支承物。

25.根据权利要求21所述的机器单元，其特征是上述框体有一基部，上述第二材料接触面相对于上述基部高于上述第一材料接触面。

26.一种用于压卷边或滚压卷边第一板材至第二板材的方法，该方法包括：

形成具有材料接触部分的框体和邻近上述材料接触部分的细长的真空室，将真空源与上述细长的真空室连通；

将第一板材放在上述框体上；

将板材对齐机构装到上述框体上并用上述对齐机构定位第一板材；

将第二板材紧靠第一板材放置；

形成结合上述框体进行操作的闸并且用上述闸定位第二板材；

操作上述真空源将第一板材紧固在上述框体上；以及

在上述第一板材上操作成型工具。

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