CN101544065A - 具有检测和补偿的窗户加工 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有检测和补偿的窗户加工。其中窗户处理系统用于制造窗户框架。焊接站有焊接头部将乙烯框架部件焊接或熔合在一起。框架被置入具有多个清理头部的清理站，清理头部能够独立致动，移动到相对于窗户框架选定部位的位置来清理焊接好的窗户框架上的飞边、焊接颗粒等。清理过程包括识别某些框架轮廓的控制器的培训，以及调节框架在制造过程中产生的个别变化的清理方法的补偿过程。实时清理包括将可视感测器连接到移动支承件上，移动支承件也支撑着清理工具。

Description

具有检测和补偿的窗户加工

相关申请的参考

本申请要求序列号为60/828,782的在先临时专利申请的优先权，该申请于2006年10月10日提交，名称为“具有检测和补偿的窗户处理方法”，其全部内容结合于此供参考。

技术领域

本发明涉及一种由塑料元件构成的窗户框架或窗扇的轮廓识别以及成品或清理。

背景技术

制作窗框或窗扇的塑料元件一般通过切成斜角至适当尺寸、加热切割端、然后将加热端压合使端头熔化彼此粘合等步骤后，被焊接在一起。这一过程常常会从两元件之间挤出一些材料，形成材料珠，通常是焊接飞边，这就要求进行下一步处理，以得到更好的外观，同时去除可能影响以后窗户本身安装的材料，例如将IG单元安到窗扇或将窗扇安到窗框上。

进一步处理可以使用角部清理站来完成，这种机器通过锯片、刀片、端铣刀或刨具等多种工具来去除焊接飞边，将不想要的焊接飞边切割或打磨掉。在焊接过程中，由于截面尺寸在框架挤压中改变，型材的尺寸差异和/或两个部分的错位妨碍了机器连续去除焊接飞边以达到控制尺寸的能力。

奎恩(Quinn)等的美国专利4909892号涉及一种同时焊接两对或多对热塑框架元件的设备。奎恩(Quinn)等的美国专利4971639号涉及一种焊接乙烯窗框和门框的方法及其设备。这些专利都转让给了本发明的受让人，并在此结合作为参考。

发明内容

本发明公开了一种用于制造窗框的窗户处理系统。在焊接站完成窗框或窗扇的焊接后，将窗框或窗扇转移到另一焊接站，来清除其上的焊接飞边。

所公开的窗户处理系统包括一种或多种清理工具。此处的清理工具用来表示任意通过接触来处理或加工窗框或窗扇的控制区域的工具。只要窗框或窗扇在清理站就位，清理工具或工具就启动，相对于窗框或窗扇选定的部位移动到清理站。

按照本发明公开的一个方面，监视器或感测器检测窗框或窗扇的截面。连接在监视器上的控制器根据测得的截面决定窗框或窗扇的型号。根据测得的截面，清理工具受控移动来清理或加工窗框或窗扇的一个或多个特定部位。

在窗框构件或元件在焊接站装配时，窗框可能发生一定程度的不匹配或错位。即使窗框或窗扇的两个相抵靠的构件匹配得很好，它们也可能不是相同的或相容的尺寸。这可能导致清理工具去除了过多或过少焊接飞边，由此削弱了窗框或窗扇的外观。该示例系统同时检测错位和尺寸的动态改变，并根据窗框或窗扇的具体结构来调节焊接飞边的清理量。

窗户处理系统的另一个方面的特征在于，清理站具有一种或多种清理或加工工具，以及检测清理站内的窗框或窗扇表面的监视器。控制器有一个与监视器连接的界面，当监视器向控制器发出关于窗框或窗扇表面的形状或截面的坐标信息时，可控制监视器相对于窗框或窗扇的移动。控制器使用这些数据来引导一种或多种清理工具的移动，以根据从控制器传送到监视器的所述的检测坐标来清理窗框或窗扇的特定的一个或多个部位。

结合附图，公开了系统的上述这些特征或其它特征。

附图说明

图1为窗框或窗扇处理系统的整体示意框图；

图2为清理站的一部分的俯视平面图；

图3为示范性的清理过程的流程图；

图4为说明窗框截面标记的剖面图；

图5为两窗框或窗扇组合构件通过焊接在角部连接的透视图；

图6A和6B示出了不同构造的窗框或窗扇构件的视图；

图7为清理站的透视图，为了易于表示，其中某些元件被去除；

图8A和8B示出了从窗框或窗扇的一角对焊接飞边进行清理；

图8C和8D为两窗框构件之间的接合区域的大样剖面图；

图8E示出了相邻的焊接框构件，其中在一个窗框构件的内侧有一个过高区域，而在相邻接的另一窗框构件的外侧也有一个过高区域；

图9为清理工具的侧立面图，清理工具有一个用于接触窗框或窗扇的内部轮廓的摇动头部；

图10为有一个操作工在场的备用清理站的透视图；

图11和12为操作工不在场的图10的备用清理站的透视图；

图13-15为备用清理站的清理头部的放大的透视图；

图16和17为在清理头的区域内没有窗框或窗扇就位的备用清理站的透视图；以及

图18和19为用于建立和运行清理站的控制监视器的图形用户界面的视图；

图20为与图11类似的视图，示出了两个分隔的清理头；

图20A和20B示出了夹具的大样图；

图21为放大的透视图，示出了用于清理窗框或窗扇的下表面的打磨刀具；

图22为在示范实施例中使用的刀具组件的分解透视图；以及

图22A为示范刀具的放大透视图。

具体实施方式

图1示意性地描述了用于制造窗框或窗扇的窗户处理系统10，其中包括多个焊接站30、32。在一个实施例中，焊接站的一个或多个为窗扇焊接站，另有一个或多个为窗框焊接站。在窗户制造业中，通常窗框指的是窗户的固定部分，而窗扇指的是窗户的活动部分，它的活动能打开窗户。

一般地，每一焊接站有多个焊接头，它们独立启动，移动到相对于窗框的不同的部位。在所公开的实施例中，每一焊接站可以有多个窗框或窗扇堆积在焊接站的顶部。焊接站和其它区域由控制器35控制。

水平传送桌40支撑由焊接站出口运送带传送过来的焊接框，且包括一个用来移动焊接框至多层过渡架或堆栈50。过渡架接收从水平传送桌过来的窗框，并将窗框堆放在堆栈的不同层中等待清理。在一个实施例中，皮带自动将窗框移动到清理站60的清理站内。如下面所讨论的，在图10所示的一替代实施例中，焊接框从焊接机器被人工移动，放置到清理单元中。

清理站

清理站60有多个清理工具，它们独立致动，移动到相对于窗框的选定部位的一个位置。控制器35协调焊接站的焊接头的运行、从焊接站发送焊接框的运送带以及元件移动到水平传送桌，并通过堆栈50到达清理站60。在示范的实施例中，置于清理站的焊接框或窗扇的轮廓由感测器S监测。在示范实施例中，是一个可视感测器，它包含能沿着窗框的轮廓的一条线扫描的激光器，或者包括以感测为基础的相机，能拍摄窗框的全部区域。另一替代实施例中，使用触觉或接触感测器来检测窗框轮廓。在示范实施例中，感测器是可视感测器，用来检测窗框或窗扇。

图2所示的清理站60有两个清理头部H1、H2。每一头部包括多个夹具和相应的将窗框110固定就位的销钉。例如头部H1具有固定夹具61，其在窗框或窗扇的一个角部区域与窗框的外表面接触。由空气致动的液压缸63驱动相应的销钉62前后移动以夹持窗框的轮廓就位进行清理。在公开的实施例中，当其夹持就位时，窗框或窗扇110有上下表面111、112(示于图5)，并定位在相对于车间大致水平的平面上。在图示的实施例中，头部H1、H2的清理工具同时在两个角部操作。头部H2具有固定挡板65，参考截止点66和由控制器35操作的空气致动的液压缸67，以将窗框或窗扇的第二角部夹持就位。在两个角部均清理完毕后，夹具放松窗框或窗扇，并且操作人员或机器人重新摆放窗框或窗扇以便清理其余两个角部。

在图2所示的实施例中，清理站60包括两具有旋转圆刮刀70的锯片，刮刀与控制器35相连，并安装在窗框或窗扇的角部以支撑板74、75，它们也支撑着挡板65。如图8A和8B所示，锯片内外移动，沿外周缘来接触窗框或窗扇110的角部。锯片还可以接触并打磨掉位于上下表面111、112上的焊接飞边的颗粒B。

如图2所示，与头部H1对应的板74支撑在轨道82、84上，轨道82、84使得图2所示的板74在图2的坐标轴定义的y方向上来回移动。

板74在y方向的来回移动通过驱动带86穿过连接在驱动马达90上的滑轮88来实现。通过板74在y方向的运动，夹具和相应的销钉定位成与窗框或窗扇的外周缘构成适当的配合。板74的运动通过用户界面启动驱动马达90控制器来实现。一旦四个夹具都配合，清理锯片就上下、内外移动，来打磨已夹持就位的窗框或窗扇110的外表面。

图7示出了稍有不同的清理站60’的透视图。类似图2所示，锯片刮刀70示于与窗框110的角部相邻的位置。锯片支持件96支撑着刀片和用于旋转刀片的马达98。轨道100安装在板上，并允许支持件96相对于窗框110的外周缘以45度角沿着轨道移动。另一轨道102安装在支持件96上，允许锯片刮刀70沿着Z方向升降来打磨外周缘的不同区域，以及窗框110的上下表面111、112。

图7还示出了夹具的操作及用来将窗框110固定就位的空气驱动液压缸。当空气驱动液压缸114在控制器35的监控下来回移动截止件115时，连接在液压缸活塞杆上的销116沿着槽117移动。当截止件接近完全展开的位置时，销116与槽的抬高部分118接合，抬高部分使得截止件绕枢轴119向下枢转，于是窗框就被置于紧靠挡板61处。

另一工具120(图9)可操作地连接到控制器35上，用来清理窗框或窗扇110的内周缘。四台这样的工具组成阵列122，在清理站60’的附近对齐，以移动到相对于窗框110的操作位置。每一工具有不同的工作内容来打磨、切削或刮擦窗框的内侧，清理焊接飞边。选取阵列122的四台工具中的合适的一台连接到垂直延伸板124上。该板连接到由马达128驱动的球形螺旋驱动杆126上，这样工具120在Z方向的位置就能够被控制。

工具120有一个旋转头部130，其连接在空气马达131上，能通过绕枢轴134旋转头部在不同位置相对于窗框定位。工具支承件132移动就位(沿Z方向)，头部130通过绕基本水平的枢轴134旋转被合适地定位。旋转头部在水平平面沿大致45度角内外移动，直至头部与角部接触。在图7所示的清理站60’中，每一角部有两个这样的工具阵列，一个位于窗框或窗扇的上部，另一个位于窗框或窗扇的下部。一旦窗框或窗扇被夹持就位，适当的工具同时就伸进来与窗框的顶部和底部的一半配合。类似的，在另一角部，位于窗框之上或之下的其它工具阵列(未示出)包括多种工具来打磨、烧剥、切割窗框的内侧等。在一个示范实施例中，窗框的整个清理过程能在30秒或30秒之内完成。

教导

清理站60必须适应多种不同的窗框和/或窗扇轮廓。在现有技术中，每一不同的轮廓都要求操作者进入控制台展示轮廓标识，这样清理站才能知道用来清理给定窗框或窗扇的焊接飞边的移动的适当次序或步骤。

根据示范实施例，轮廓能通过安装在清理站60(60’)中的感测器或监视器S被自动识别。在一实施例中，感测器S安装在工具120上，这样当工具移动将打磨工具引入到相对于窗框就位时，感测器也被引导就位，以检查当前置于清理站中的窗框或窗扇。为了识别所有要用到的轮廓，必须进行轮廓训练或教育的过程。

每一窗框在它的外表面上都具有多个识别特征。参照图4所示的窗框，不仅包括上下表面111、112，窗框还包括其它表面140-147，它们都可能在焊接过程中被窗框角部的焊接飞边破坏。例如，在图示中，表面146、147限定了将窗框连接到结构上的钉眼片的外表面，而表面145限定了覆盖壁板的唇板。类似的，表面140、144可能限定了固定纱窗的表面，而表面142、143可能限定了固定窗扇的表面。

在一示范实施例中，校准了多达二十个点，但增加或减少一些点也是可以的。多个窗框或窗扇的轮廓都被存储在控制系统里。在一实施例中，使用激光束执行训练过程，这样就可以确定激光束和窗框或窗扇之间的间距。图5示出了典型的穿越路径150。路径分为三段151、152、153，允许激光检测并确定图4所示的表面的Z位置(相对于固定坐标系)。使用两段分开的扫描路径段151、153，使得控制器能确定两个相邻的窗框元件110a、110b的轮廓，这样就能显示出相邻元件的轮廓的差异来区分窗框或窗扇。在一实施例中，能够获得窗框的表面位置在多个等距标识点处的相对于参考值的距离读数，这些点的编号和间距由操作者输入程序中。

限定轮廓的特征与识别轮廓的速度之间要取得平衡。在一示范实施例中，每一不同的窗框型号有超过6个点，被控制器35用来识别轮廓。虽然激光感测器目前是最优的，但是在本发明中，影像捕捉或触觉感测预期也是可以使用的。

轮廓教育程序加载在控制器35上，并与用来监控从窗框110表面返回信号的激光感测器S连接，来确定所有标识点(在一个实施例中最多为12个点)的位置，并记录每一轮廓测得的值。这就为每一轮廓生成了指纹，并存储在控制器内存中。轮廓教育程序还允许用户进入每一读数的可接收范围。控制器显示出的用户界面还能忽略任何轮廓的一个或多个标识点。

图6A和6B示出了以本发明中的过程为基础捕捉的备用影像。在图中示出了两个有不同轮廓的窗框。在分类过程中，每一窗框被一激光束160扫描，形成了反射影像162、164，对应着窗框的内部轮廓影像。这一影像能被适宜的影像捕捉仪器捕捉到，例如具有适当的成像能力的相机161。从影像捕捉仪器中获得的数据输入到控制器中，并用于限定窗框的限定表面的位置，以备随后的清理过程使用。

一旦轮廓教育程序学习到轮廓的图纹，控制器35提示用户将激光感测器定位到关注的点上，这些点将被用于在清理站调整清理程序。这一调节清理过程的步骤被称作补偿。可以只有一个补偿点，也可以有多个补偿点。这些点在每次识别相应的轮廓时都被测量。一个补偿点也可以简单地使用标识点的数据。

如同现有技术中使用的方法，接下来用户告诉控制器如何清理窗框，通过从阵列122中选择工具并以要求的移动方式轻推工具来人工清理局部。类似地，锯片70相对于窗框的外周缘移动，告诉控制器如何清理窗框的这一部分。

在这一过程中，用户在清理工具移动路径的每一点都作停顿，并使用目前的工具位置将数据直接传送给控制器35，由此为那个窗框或窗扇轮廓生成一个公称上的工具路径。

在这一过程中，用户可能选择补偿点来连接运动点。用户可以选择哪一轴线会受到影响(这一般会垂直漂移)。用户也可以选择多个点进行平均，并且结果连接到选定的运动点。

教授检测

以类似于补偿的方式，教育感测器S轻推入位，例如内侧角部的位置，以检测保留下的一条修饰过的焊接飞边。

检测也可以通过记录当激光感测器侧向移动穿过位于两个相邻的窗框元件之间的清理接缝时，所得的最小和最大读数来进行。理想地，进行清理过程后，这一变化要尽可能小。

清理补偿

现在来看图8C和8D的内容。在图8C中，相邻的窗框构件110a、110b之间存在不匹配。图中，构件110b的上表面(在y方向)高于构件110a的上表面。对这一情形的优选处理方式是打磨窗框的角部直到颗粒B向下磨损至构件110b的上表面。不作补偿的清理过程可能是打磨至两个表面的平均高度，或者更糟的是，可能打磨至构件110a的上表面。再看图8D，其中描述的情形是，窗框构件110a、110b沿着邻接角部的上表面相匹配，但是宽度比要求的规格稍小。不作补偿的清理工具作清理时，会当成窗框有一个上表面170，这样就会在该处留下颗粒B的一部分。通过补偿单个的窗框变量，清理工具打磨窗框的实际上表面，不会留下应该被去除的焊接飞边，也不会清理掉太多以至侵削窗框的表面及焊接飞边。

图8E示出了另外一种情形，需要特殊的打磨过程才能获得最佳的解决图示的不匹配的办法。要注意的是，为了易于说明，图中已经去除了颗粒。两构件110a、110b中的每一个相对于另一个都有一点轻微的倾斜(图中作了夸大)。要注意的是，其中之一或另一个可能在水平面是水平的，或着可能两者都相对水平面倾斜。在任一情形下，打磨工具的移动都必须调节，从内侧移动到外侧，并且当工具沿x方向移动时，与两窗框构件的其中之一或另一个接触。换而言之，在窗框的内侧，从最大的打磨量M(不匹配值)开始打磨窗框构件110a，线性推进很小的一个量，直到抵达窗框的接近中点位置。如果窗框构件110b是水平的，那么只需要工具简单地沿x方向移动就可以达到，直至到达窗框的中点。这一打磨之后紧接着进行侧向逐步向下运动(y方向)，使工具与邻接的窗框构件110b接触，这样它可以被磨损至与窗框构件110a的表面匹配。假如窗框构件110b是水平的，那么没有向下的运动，就会在两构件110a、110b之间存在不匹配。

图3中的流程图200以总体的方式示出了清理过程，从控制器35启动或开启202开始。将窗框或窗扇置于204其中一个备用清理站60、60’、300中，并被夹持就位。如果控制器35确定206窗框标识已经被用户打开，控制器35就执行识别阶段或步骤208。控制器然后确定210补偿是否开启。如果是，在窗框清理过程214中，控制器执行补偿路径212。在本发明的一个示范性实施例中，由感测器S产生的同样的感测数据用于识别或标识窗框或窗扇轮廓，同时还确定如何进行补偿。换而言之，只有相对于窗框或窗扇轮廓的感测器S的一路径才需要用来在补偿过程中确定轮廓和获得调整数据点。

一旦窗框或窗扇被清理后，控制器35检查以确定216后续程序是否开启。如果后续程序开启，控制器检测清理的窗框来确定在可接受的偏差范围内，窗框或窗扇是否已经被清理。后续程序220在感测器的辅助下进行，感测器拍摄角部的影像，并允许控制器35通过比较清理完的产品和有关清理完的产品的最终外观标准来估算清理的可接受性。如果产品检测未通过，控制器引导工具启动清理过程，或者仅仅指定产品作某些附加的处理而不真正执行随后的清理。不管产品是否经过后清理过程，窗框或窗扇都被移走或重新堆放，而另一新的窗框被置入清理站等待处理。

开启和关闭补偿和标识的选择提高了生产能力。例如，如果许多相同的窗框或窗扇等待清理，可能就会谨慎地关闭识别，而补偿则继续检查，以保证补偿限度不会被超出。如果特殊的窗框或窗扇在构造上没有变化，清理补偿也可以关闭。

确定特殊窗框型号或类型的过程包括储存每一窗框参考位置的公称窗框尺寸，然后再一次比较在检查中的关于窗框或窗扇的参考位置的一系列的感测位置。在一个示范实施例中的偏差的公差水平取决于感测点的位置。在一个实施例中，例如，如果感测点在z方向的参考值上下浮动1/4英寸的范围内，钉眼片F(图4)的区域就确定与已经存储在控制器内存中的参考点匹配。在J型槽J的区域中，如果感测点在上下浮动1/8英寸的范围内，感测点就确定合适。这些尺寸仅仅是说明性的，但确实代表使用该系统的合适的识别参数。

备用清理站300

图10-12示出了备用的示范性的清理站300，其有护罩302，限定了由多块护罩板303-306围成的内部区域，护罩板可以被拆卸以便对清理站作保养。在清理站300一端的柜阁307支撑着计算机控制器35，其与可视监控器308连通，有一个接收操作命令的触摸屏309。可视监控器308安装在可调节臂310的一端，其可以枢转，将可视监控器308相对于清理站300选择性的定位。位于侧面护罩板304内的开口311允许操作人员插入窗框或窗扇110，其从焊接站移动到清理站300的支承件上等待清理。

由固定框316支撑的两个清理头部312、314(图11)有多个用来在清理前将窗框110固定就位的夹具。头部312相对于固定框316固定，包括可移动的夹具，其在窗框或窗扇110的一个角部110a(图14)的区域内与窗框或窗扇的外表面接触。

第二清理头部314沿着一套平行的轨道320、322在控制器35的控制下来回移动，轨道由加长的框架构件316a、316b支撑。头部314在这些轨道上移动，通过调节两头部312、314的分开距离，使得清理站300能适合不同尺寸的待清理的窗框或窗扇。在所公开的实施例中，控制器35包括工业计算机，其具有用户界面，并拥有可编程逻辑控制器(PLC)，能接收计算机的信号以夹持窗框并操纵清理工具。一种适合的PLC运动控制器的型号是X20CP1485，可从B&R自动设备公司购得。

图13为可移动的用来清理角部区域110b的清理头部314的放大透视图。头部314安装到可移动的，大致水平定位的支撑板324上，该板又安装在可沿着两轨道320、322移动的底座325上。底座325连接在与控制器35相连的驱动杆上(未图示)，以便往复移动底座325来调节头部的分开距离。板324在与底座相连的两导轨或轨道326、328上移动。这两根轨道在如图13所示的头部的x方向平行铺设。控制器35可以调节X坐标的参数来组成头部314的各个清理工具。

伺服马达329驱动板324，因此头部314在x方向(沿着轨道326、328)往复移动来相对于角部区域C1定位清理头。从板324沿y方向向上延伸有一支撑笼330，其由多个相互连接的管形支撑件组成。当伺服马达329在控制器作用下启动后，该支撑笼和板324一起移动。

当窗框或窗扇移动就位后，控制器缩回头部(沿x方向)，且操作人员将窗框或窗扇抵靠位于框架两角部的角部支撑件或架子340a、340b(图13)，341a、341b(图17)放置，等待清理。要注意的是，位于角部区域C1下面的架子340a、340b可以与底座325一起移动，而位于角部区域C2下面的支撑件或架子341a、341b是固定的，并由框架316支撑。窗框或窗扇110相对于框架316的加长梁316a是固定的。在所公开的实施例中，当窗框或窗扇110被夹持就位时，其有上下表面，且大致定位在相对于车间而言的水平面内。在所示实施例中，头部312、314的清理工具能够在同一时间清理两个窗框角部区域C1、C2。

每一头部有两个活动的侧闸板或夹具347(图17)，只要窗框置于角部放在清理站300上，就会与窗框的内部表面148(参见图4)配合。加长臂350延伸通过角部架子上的槽，窗框110支撑在角部架子。如图17所示，一个支承件元件341a有一个支座342，且第二支承件元件341b有一垂直定位的第二支座343。类似的支座由支承件340a、340b在另一框架角部的区域形成。臂350连接在由PLC操纵的空气致动气缸352上。与臂相连的夹具347将窗框或窗扇的第一和第二角部固定就位，抵靠在支座342、343上。夹具347具有可旋转安装的凸轮件，当框架148(图4)的内表面在空气气缸352作用下被夹持时，凸轮可以旋转。

当窗框110移动到清理位置时，臂夹具354接触窗框的上表面，相对于支撑支承件340a、340b、341a、341b保持在升高的转动的位置。每一臂夹具有一个联动的空气致动气缸，与联动的致动器356相连，以移动夹具与窗框的上表面接触。在一示范实施例中，每一角部区域C1、C2有两个这样的顶部臂夹具354，沿x方向延伸，接触在窗框角部相交的相邻窗框构件的顶部表面。在两个角部清理后，臂夹具354和侧夹具357放松窗框或窗扇，然后操作人员(或机器人)重新定位窗框或窗扇，以清理它的另外两个角部。侧夹具的移动受安装的LVDT感测器357的监控，以此来监控相关的驱动气缸352的内部驱动机构的运动，驱动气缸352用来伸出和收缩夹具347。

在图13和14所示的实施例中，每一头部包括锯片组件，锯片组件有旋转圆形刀片360，可操作地连接到PLC上，并且安装在窗框或窗扇的角部位置，在支撑笼330的作用下被支撑作上下、内外移动。锯片内外运动(x方向)和上下运动(y方向)，可沿外周缘接触窗框或窗扇110的角部。锯片还可以接触并打磨掉位于窗框上下表面上的焊接飞边的颗粒B。

在每一头部还有额外工具，可操作地连接到控制器35上，来清理窗框或窗扇110的内侧或外侧表面。每一清理头部定位有四个这样的工具，用于控制在各个头部附近的角部区域运动。每一工具有不同的工作内容如对窗框表面作打磨、切割或刮削来去除焊接飞边。在一实施例中，一次只有一个工具用于打磨窗框角部。四个工具中选择适当的一个(一般作为用户程序的一部分)，并且起初沿x方向移动到适当的位置，然后沿y方向进入与窗框并列位置。在一备选实施例中，多个工具能够同时处理一个窗框或窗扇角部。

再参见图13，这四个附加的工具安装在两个工具块362、364中的一个上，彼此沿垂直方向独立移动，并由安装成在y方向上下移动的工具支承件363支撑。四个示范工具可包括气动刮刨刀、垂直操作刀、水平操作刀和钻头。在图13中，首先移动支撑组件330到适当的x坐标轴，然后通过启动气动气缸376，带动工具块362沿轨道372移动，启动气动气缸376具有与支撑件372连接的输出轴，这样工具块362移动到操作位置。延伸启动气动气缸376的输出轴，可在相对于x方向成45度角的方向移动支撑架362，直至关于支撑组件330的控制位置。在这一位置，控制器致动四个空气致动气缸380中的一个，这些气缸380具有能在气缸内伸缩的输出轴382，以便在图13所示的方向向下伸展关联的工具。

图13示出了一个安装在可移动工具块362上的具体的气缸380a，其处于致动状态，这样垂直延伸工具支撑381朝窗框区域C1向下延伸。特别地，单个的工具支撑381能够延伸到的位置，可使与其关联的工具进入与窗框的指定内部表面密切接近的位置。

安装在工具块362、364上的工具与工具支承件363连接，其竖向位置通过伺服马达370调节，以定位支承件363。支承件363通过轨道385连接有垂直定位的板384，并引导支撑板的上下运动。锯片组件连接在支撑板384上，并且在驱动气缸386的致动下，相对于组件330移动一定的控制值。工具支承件还安装在沿着工具支承件384的前表面水平铺设的轨道上。

固定或稳定的清理头部312在结构上与锯片和附架工具套件相似。在图14和17中同样的附图标记用来描述同样的构件。

只要窗框或窗扇被夹持，在另一头部312处理角部区域C2的时候，头部314的适当的工具就同时开始与窗框角部区域C1配合。在清理站的一个示范实施例中，窗框的全部清理过程可以在30秒或30秒之内执行。

底部刀具394

图17，21和22描绘了用于打磨位于清理站300的窗框或窗扇的(例如)底部表面112的刀具394。该刀具可被其它工具替换。刀具在x方向的位置由分离的独立致动的空气气缸控制，空气气缸驱动刀具支承件396，迫使刀具的切割边从窗框的内侧向外侧刮擦窗框110的底部表面112。

刀具394(图22A)包括硬质合金刀片，其有八个清理表面395，这样当刀具有磨损时，可以选择八个表面的不同的一个来打磨窗框或窗扇的下角部表面。图22示出了支撑刀具394的刀片组件500。

如图21所示，组件500包括连接在底板504上的空气气缸502。气缸通过调整连接器506输出动力到板508上，板508在轨道510、512上往复移动，轨道510、512通过轴承514连接在底板508上。板508与支承件396连接，这样在x方向的往复运动使得刀具移过并打磨窗框或窗扇。在示范实施例中，这一运动构成气缸502的全部行程，但是可以通过位置受控的推杆逐步推进来完成。

刀具支承件396包括位于底面的与板的前面部分匹配的槽口524，以在x方向定位刀具394。垂直延伸的柱体522嵌入支承件396的槽521内，并在顶端支撑着可拆卸的刀具板522。图22A所示的刀具394有八个刀具切割表面395。使用时，通过刀具394内的开口530将连接件旋入板520，刀具被连接到刀具板上。为了使切割表面的刀片重新定位，放松连接件并且将八个表面中的不同的一个定位到切割位置。为了防止刀具使用中旋转，刀具设有与板522的槽口抵接的表面532。

刀具的升降位置(y)通过螺栓526来达到，螺栓穿过支承件369的底部。该螺栓的端头接触柱体，且通过旋转螺栓可以升降柱体520。杆528延伸穿过柱体，跨接在支承件396的内部槽中，以容纳这种升降运动。示例的刀具可从Seco购得，而且虽然示例的刀具有八个切割表面，但其它构形的刀具也能使用。

感测器运动

在优选实施例中，感测器S为激光感测器398，例如，型号为Micro EpsilonLaser ILD 1700-200的光学位移感测器，其安装在每一清理头部的工具块的一端。当控制器移动感测器，会向窗框的目标区域发出激光并发射回来。在清理站300，两头部312、314有感测器S安装在工具块362上，并且在空气气缸376驱动下移动到高于窗框的位置。就位后，通过伺服机构329，370的激发，支撑组件330在x和y方向的适当致动，驱动感测器沿控制路径以精确的增量移动。如图5所示，一个感测器相对于窗框110的运动顺序为让感测器光束沿着大致线性的路径151、152、153行进。通过控制伺服机构329和空气气缸397的致动实现沿路径151，153的运动。

通过与支撑板399连接的气缸397的致动来实现沿路径152的侧向漂移，感测器398也安装在支撑板399上。这个方向的漂移量幅度一般在1/4至3/4英寸之间，但可以比这个范围多或少一些。

清理站根据各备用实施例采用列在表1、2和3中的不同的清理模式构建。在清理站的建造过程中，代表性的窗框或窗扇置于两头部和操作人员之间的工作区，通过沿着行进路径和捕捉的工具(x和y坐标)的位置，移动适当的工具与位置间隔分布的窗框接触，来形成待清理的窗扇区域的轮廓。当操作人员使用操纵杆或监控器上的触摸屏来移动工具时，运动路径显示在屏幕412示出的可视的或用户监视器的区域430(参见图18)上。可视区的建立程序按照手工模式执行，并允许工具的程序符合生产过程中适当的清理顺序。图中说明了多条清理路径432，并跟随着紧邻特定窗框的轮廓的适当工具，窗框由机器自动识别或有操作人员放入。屏幕412的另一区域434列出了相对于屏幕上所示的运动的坐标原点的起点和终点坐标(x1，y1＝起点，x2，y2＝终点)，以及工具运动的其它特征值。

表1

 

机器模式	1	人工
				2	半自动(单一步骤)
	3	自动

在半自动模式中，清理头部沿路径移动工具来一次清理一个表面，然后停顿并等待用户收回。用户起动下一个清理步骤，适当的工具移动到位并进入下一个预设的路径。这一模式用来评价清理特定的窗框轮廓的效率。

在自动模式中，窗框或窗扇110放置在支撑支承件340、341上，操作人员起动清理过程后，每一头部就自行清理其相关角部而不需操作人员干预。一旦两角部都清理完后，控制器放开窗框或窗扇，用户人工将其搬移，或者放入另一窗框，或者重新定位刚清理完的窗框，将其插回清理站以清理另外两个角部。

表2

 

程序模式	0	连续
				1	备用
	2	短模式，连续，单头部
				3	短模式，备用(自动开关)，单头部
	4	短模式，连续，双头部
				5	短模式，备用，双头部

在连续的或批量的操作模式中，清理头部在每一移动到清理站的窗框上处理窗框或窗扇的相同的两角部。在一个备用模式中，操作人员放置好待清理的窗框或窗扇，开始清理两个角部，收回窗框或窗扇，然后重新定位该窗框或窗扇，立即插回到清理站以清理窗框的另外两角部。

对于大多数常见的窗户构件，两个清理头部可以同时工作。但是，对于一侧尺寸过短的窗户构件，一次只能有一个头部可以工作。在示范的实施例中，两窗框角部间最小的间距是22英寸。在短模式中，任何时候窗框或窗扇都只有一个角部得到清理。这就是所谓的机器操作的短模式。例如，在(表2)的模式2中，用单个头部来清理，给定型号的窗框的相同的角部一个接一个被清理。在模式5中，使用了两个头部，这是在一个头部被清理后，另一个头部移动到在间隔分布的头部处被夹持的位置。而且，在这种备用模式中，窗框或窗扇被重新定位，并再次置入清理站，这样在清理下一个窗框之前，所有四个角部都被清理完毕。

表3

 

运行模式	0	未作识别/补偿(人工)
				1	夹具识别
	2	激光识别
				3	夹具和激光识别
	4	激光补偿
				5	补偿+夹具识别
	6	补偿+激光识别
				7	补偿+夹具和激光识别
	8	同时作补偿和识别(夹具和激光识别)
				9	同时作补偿和识别的准备(只有激光)
	10	识别教导模式
				11	补偿教导模式
	12	识别和补偿教导模式

表3列出了各种不同的清理模式。夹具识别指根据凸轮347开始接触窗框的内侧表面的位置来确定窗框或窗扇的轮廓。感测器357监控驱动气缸352的内部活塞的位置，并根据气缸活塞的伸展程度提供模拟的输出比例。当凸轮347与窗框配合时，控制器获知接触位置以及由此产生的有关窗框轮廓的信息。

列表1

启动；

初始化伺服机构

移动到加载位置

准备加载窗框

加载窗框

窗框加载完毕，准备运行

建立运行模式，获取数据

负载选择程序，使用识别的轮廓

运行行程

图18和19的用户界面屏幕用于程序化一个或多个工具在清理角部区域过程中的移动顺序，并响应感测器产生的轮廓识别来初始化移动顺序。在图19中，固定的和可移动的头部312、314有各自的触摸屏控制区域420、422，通过触摸屏按照控制的路径移动安装在这些头部上的工具。下拉菜单允许用户选择一种工具，然后通过触摸屏沿控制路径拖拽到位。所谓的悬垂控制由按钮424激活或关闭，在将输入信息连通到控制器35的操纵控制杆作用下，允许一个、两个头部移动或不许头部移动。用户界面提供选择特定工具、相对于窗框的角部区域将所选定的工具移动一个具体量值的机构。

通过使用感测器监测轮廓来执行实时清理程序，当感测器沿关于窗框或窗扇110a的行程路径行进时，则如锯片之类的清理工具跟随着感测器，实时清理窗框或窗扇的表面。

列表2

选择清理程序

程序选择

清理窗框底部

清理窗框的内侧/外侧

起动窗框上部的清理程序

激光在窗框外侧移动到位

选择清理工具或锯片来清理窗框上部

头部沿x轴移向窗框

开启激光检测窗框，于是控制器开始记录坐标值

头部沿x轴继续移动，越过窗框

在工具/锯片到达窗框之前，头部在y方向定位

根据激光的读数和激光和工具/锯片之间的偏差位置，计算工具的y方向位置

头部沿x轴继续以恒定的速度移动，越过窗框

这一阶段y轴的位置跟随着收集到的激光数据，这样工具/锯片就跟随着窗框或窗扇的轮廓

清理头部沿x轴以恒定的速度移动，而在y方向工具上下移动，允许工具跟随着窗框或窗扇的轮廓

控制器补偿收集窗框/窗扇数据的激光感测器与以密切接近方式实时清理窗框/窗扇的工具/锯片之间的x和y方向的位置偏差

所公开的窗户处理系统已经作了一定程度的具体描述，但是很显然，本发明包括从公开的设计中所作的各种修改，均落入后附的权利要求书的精神实质和保护范围内。

Claims (28)

1.一种用于制造窗框或窗扇的窗户处理系统，包括：

a)清理站，包括一个或多个处理工具，处理工具被致动而相对于窗框或窗扇的选定部分产生移动；

b)感测器，用来检测窗框或窗扇的轮廓；以及

c)连接在感测器上的控制器，控制清理工具的运动，根据感测得到的窗框或窗扇的轮廓，清理窗框或窗扇的特定的一个或多个位置。

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，控制器储存对应于一组不同的窗框或窗扇的多个预定的轮廓，且控制器在识别阶段将储存的预定的轮廓与感测阶段获得的感测的轮廓进行比较。

3.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，处理工具相对于窗框或窗扇的移动可以根据感测的轮廓在清理补偿阶段进行调节，来弥补窗框或窗扇制造过程中出现的不规则或与公称窗框或窗扇尺寸存在的尺寸差异。

4.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，控制器包括用户界面，用于在大批量相同的窗框或窗扇的处理过程中停止识别阶段。

5.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，控制器包括用户界面，用于选择特定的工具，并在学习阶段相对于窗框或窗扇角部区域沿着特定的路径移动选定的工具。

6.如权利要求5所述的处理系统，其特征在于，控制器包括用户界面，用于在学习阶段沿着工具的行程调节移动增量，来在控制数据收集位置处记录位置。

7.如权利要求1所述的处理系统，还包括锯片和附加工具，其特征在于，锯片和附加工具响应于控制器，在第一方向一起移动，而在与第一方向成横向的第二方向单独移动。

8.如权利要求3所述的处理系统，其特征在于，在补偿阶段中，在清理窗框或窗扇之前，控制器先检查确定清理补偿移动调节值不超出调节范围，以核实正确的产品已经插入到清理站中。

9.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，控制器在检查阶段根据储存的数据区分窗框或窗扇特定的识别位置的次序，通过赋予控制器更短的搜索路径来减少搜索储存的轮廓所花费的时间。

10.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，感测器包括一个或多个非接触感测器以及一个或多个触觉感测器。

11.如权利要求10所述的处理系统，其特征在于，包括至少一个相机，用于摄取关注区域的影像。

12.如权利要求11所述的处理系统，其特征在于，包括一个激光器，用于照亮关注区域的窗扇的框。

13.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，一旦以一定程度的确定性识别产品，控制器就停止识别阶段，由此免于感知轮廓上的附加位置，以提高清理能力。

14.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，在校准阶段，当感测器位于关注区域内，通过降低感测器一段特定的距离，控制器校准感测器，特定的距离包括基本值和移动距离的变化值，且移动距离的变化值用于按比例确定在关注区域所获得的读数。

15.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，还包括位于清理站框架上的固定的靶，用于确保激光的对准不会改变，该靶用作模拟感测器读数的校准点。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，如果感测器读数从设定值发生改变，则使用差值来调节目前的读数，以补偿温度改变带来的影响。

17.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，清理站包括：

a)具有活动夹具的窗框或窗扇，当夹具在清理站就位时可与窗框或窗扇接合，并将窗框或窗扇定位在平面内；

b)可操作地连接在控制器上的一个或多个清理锯片，安装在窗框或窗扇的角部位置，向内外移动沿着窗框或窗扇的外周缘来接触窗框或窗扇的角部位置；

c)用于在清理窗框或窗扇的外周缘的过程中，相对于窗框或窗扇移动清理锯片的立架；

d)可操作地连接在控制器上并相对于窗框或窗扇移动的附加工具，具有工具头部，用于接触窗框或窗扇的内周缘。

18.一种处理由多个构件熔合在一起而形成封闭的窗框或窗扇的边框的窗户框架的方法，包括：

a)移动封闭的窗框或窗扇的边框至清理站，清理站有一个或多个移动的清理工具，其移动到特定位置与窗框或窗扇接触，来清理窗户框架的选定部位；

b)检查窗框或窗扇的轮廓，确定合适的清理过程，当清理工具与窗框或窗扇接触时，能改变所述窗框或窗扇的外观；以及

c)通过移动一个或多个清理工具与窗框或窗扇接触，来打磨掉窗框或窗扇的塑料。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，存储对应于一组不同的窗框或窗扇的多个预定轮廓，在识别阶段中，将在检查轮廓时获得的感测轮廓的数据与在识别阶段中储存的轮廓进行比较。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在清理补偿阶段中，根据感测得到的特征调节清理工具位置，来弥补在焊接站制造封闭的窗框或窗扇的边框的过程中出现的不规则或者材料与公称窗框或窗扇尺寸上的存在差别。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，当识别阶段关闭时，在补偿阶段中，在清理窗框或窗扇之前，控制器先检查确定清理补偿位置调节值不超出调节范围，以核实正确的产品已经插入到清理站中。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，控制器在检查阶段根据储存的数据区分特定的识别位置的次序，以减少搜索储存的轮廓所花费的时间。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在校准阶段，通过在具有已知的坐标的轮廓的目标区域处将感测器降低一段特定的距离，控制器自动校准感测器。

24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括在清理站框架上的设置靶，来对准用于检查轮廓的激光。

25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，使用触觉感测器进行轮廓检查，感测器接触窗框或窗扇的表面，还使用了能提供关于表而的光学信号的光学感测器。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，光学感测器通过激光监测反射到窗框或窗扇上的光学信号。

27.一种用于制造窗框或窗扇的窗户处理系统，包括：

a)清理站，包括刀片本体，其具有相对于窗框或窗扇的选定部位可移动的多个切割表面，刀片本体位于清理站，来去除窗框或窗扇的飞边；

b)刀片本体的支承件有槽口，使用时刀片本体的相应表面嵌入槽口中，以定位用来感测检查窗框或窗扇的轮廓的多个切割表面感测器中选定的一个；以及

c)相对于窗框或窗扇移动支承件的驱动器。

28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，驱动器包括控制刀片本体的运动的控制器，以清理窗框或窗扇的特定的一个或多个位置。

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