CN103764529B - 幅材处理加工机架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种至少部分地由具有精确准直点的可重构互连块构造的幅材处理加工机架。用于幅材处理操作的模块式设备幅材处理线可由所述块构造，其中它们的轴安装幅材接触装置特定地形成轨道式，而不需要分离的对齐工序。

Description

幅材处理加工机架

本发明涉及一种用于操纵具有不定长度的材料的幅材的设备。

背景技术

现在，许多产品包括制造步骤，其中不定长度材料的幅材在退绕工位与一个或多个卷绕工位之间传递的同时按照一些方式改变。它们有时被称作“卷对卷”工艺。在退绕和卷绕之间，幅材沿着幅材路径被传递，幅材路径通常包括从动辊和/或惰辊。存在在幅材沿着幅材路径被传递的同时可采取用以转换加工幅材的许多工艺，包括涂布、印刷、层合、裁切和许多其它工艺。

发明内容

执行卷对卷工艺的难度在于在传递幅材的同时避免褶皱、折叠或其它幅材破坏。运动幅材当其通过辊时承受摩擦接触，并想要将其自身与辊的运动表面对齐。应该理解，随着幅材被传递，幅材接触辊之间的平行性对于最小化褶皱或其它缺陷来说是重要的。本领域技术人员称它们对应的轴线之间高度平行的辊为“轨道式平行”。

由于这个需要，将一些辊安装件制为可调节的，并且复杂的光学、激光、机械或惯性设备通常用于设置高度平行的诸如辊的幅材接触装置。一旦整个幅材线布置为轨道式平行，有时就用锥形销将可调节安装件固定在一定位置。

在J.K.Good、J.A.Beisel的“在处理机构中扣紧正交异性幅材(BucklingofOrthotropicWebsinProcessMachinery)”、关于幅材处理的第七届国际会议的记录(ProceedingsoftheSeventhInternationalConferenceonWebHandling)的133-149页(2003年)中提供使幅材运动的机制的讨论。其中使用数学技术来执行一定范围厚度、宽度和幅材跨越长度的卷筒材料的选择的分析，以确定避免褶皱的辊的平行度。已确定以约0.004弧度的程度平行的辊需要处理许多通常的幅材处理情况，并且在0.0005弧度内或甚至0.0001弧度内平行的辊需要诸如处理薄金属箔材料的特定需求的应用。针对这种精度的需求使得短生产运行或实验设备的设置困难和昂贵。

现在，已经确定可制造模块化设备，以使得可构造用于转换加工操作的幅材处理线，其中它们的幅材接触装置(诸如辊)特定地形成轨道式平行，而不需要分离的对齐工序。模块化设备由可按照多种构型叠堆和组装的可重构块形式的小组件模块构成，以符合实验或短生产运行的特定需要。当轴安装幅材接触装置的轴设置在块上的特定精确准直点中时，幅材接触装置固定地成轨道式平行而不需要另外的调节。

本发明的实施例具有一个或多个优点。可重构块的模块化实质允许针对专用制造或实验运行构造暂时设置。由于精确准直点处于可重构块上的固定位置，因此轴安装幅材接触装置可快速和直接地安装而不需要调节。此外，避免了布置常规的轨道式幅材接触元件所需的时间和昂贵的辅助设备。

从而，在一个方面，本发明在于一种幅材处理加工机架，包括：至少两个可重构互连块，并且每个可重构互连块包括至少三个侧面和两个面以及至少一个面中的至少一个孔隙；每个可重构互连块的至少两个侧面具有精确准直点；所述精确准直点包括将所述准直点连接至所述孔的孔隙；以及至少一个轴，所述轴设置在所述两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个中并且可释放地连接至所述两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个。

在第二方面中，本发明在于一种幅材处理加工机架，包括：至少两个可重构互连块，其中每个可重构互连块具有至少两个精确准直点；以及至少两个轴安装幅材接触装置，每个轴安装幅材接触装置具有旋转轴线；并且当所述幅材接触装置的所述轴设置在每个可重构互连块的所述精确准直点中时，所述幅材接触装置在0.004弧度内轨道式平行。

在任一实施例中，在给定可重构块和由多个可重构块构建的组件二者上的至少一些所述精确准直点的定位使得设置在所述精确准直点中的轴的轴线位于与平面相关联的规则地间隔开的网格的顶点。该平面便利地平行于可重构块的所述面中的一个。在一些实施例中，网格将为直的，具有两个垂直的轴，其中所述顶点便利地沿着垂直轴线二者以预定距离或多个所述预定距离间隔开。预定距离可便利地为3英寸(7.62cm)，但是可使用诸如1、2、3、4和5或更多的英寸的值或它们之间的任意值，或者可选择任何方便单位(诸如厘米)的预定距离和间距。

在任一实施例中，当第二轴设置在第二个精确准直点中并可释放地连接至第二个精确准直点时，所述两个轴成轨道式平行而不需要另外调节。根据合适构造的块，幅材处理加工机架或者形成其一部分的模块可由许多块(例如约2个至500个或更多之间或10个和100个之间的互连块)构建，并支承诸如2、3、4、5、6或更多个的若干幅材接触装置的轴，所有轴成轨道式平行而不用另外调节。

使用和的平方根(RSS)法的叠堆分析指示在±50微米内的精确准直点的间距精确性将在一侧的尺寸为最多至760英寸或更大的整个加工机架中保持轴之间的平行度在0.004弧度以内。精确至±5微米以内的精确准直点的间距将在在一侧的尺寸为最多至50英寸或更大的整个加工机架中保持轴之间的平行度在0.0001弧度以内。这种更加限制性的对齐标准将涵盖由200个或更多个模块化互连块构建的机械。因此，在任一实施例中，精确准直点的间距精确性可在±50微米、±25微米、±10微米、±5微米或甚至±2.5微米以内。在任一实施例中，期望幅材接触装置成0.004弧度以内、0.001弧度以内、0.0005弧度以内、0.00025弧度以内或0.0001弧度以内的轨道式平行。RSS方法的另外讨论可在S.D.Nigam、J.U.Turner的“公差分析的统计方法评论(ReviewofStatisticalApproachestoToleranceAnalysis)”、计算机辅助设计(第27卷、第1期、第6-15页(1995年))中找到。

除非本文明确定义，用来描述本发明实施例的术语应理解为具有与本领域普通技术人员所赋予其的相同的含义。具体地讲，如本文所用，“轴安装幅材接触装置”包括但不限于从动辊和惰辊、滚动编码器、印刷辊、压花辊、层合辊隙、热传递辊、切割器辊、涂胶辊或涂胶棒、转向辊和微凸版(microflexo)辊。此外，“轴安装幅材接触装置”的定义不限于具有单根通轴的装置，而是还涉及具有局部轴或具有球形或环形安装件的装置。所述定义还包括由设置在精确准直点中的轴承支承的活动轴辊。所述定义还包括设置为随着运动幅材沿着转换加工机器或其它幅材处理机器中的幅材路径移动而有意接触运动幅材的非旋转式元件。相似地，诸如干燥器的非接触式元件、非接触式传感器或其它装置可由设置在精确准直点中的轴支承，并定位为与运动幅材非常精确地相邻。

一旦考虑了包括“具体实施方式”、“实例”和“所附权利要求书”在内的本公开其余部分，本领域普通技术人员即会更全面了解本发明的实质。

附图说明

在本发明实施例的描述中参照各种附图，其中所描述实施例的特征结构由附图标记指示，类似的附图标记指示类似的结构，其中：

图1是用于形成根据本发明的幅材处理加工机架的可重构块中的一个的实施例的透视图；

图2是连接在一起的两个具有方形面的可重构块的侧视图；

图2a是连接在一起的两个可供选择的具有方形面的可重构块的侧视图；

图3是连接在一起的若干可供选择的具有方形面的可重构块的侧视图，但是精确准直点定位在方形的拐角；

图4是连接在一起的具有三角形面的若干可重构块的侧视图；

图5是连接在一起的具有六边形面的若干可重构块的侧视图；

图6是适用于将一组可重构块连接至固体基座的专用可重构块的透视图；和

图7是幅材处理工位的透视图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了可重构块20的透视图。可重构块20具有两面22和24，并且在该实施例中，具有四个侧面26、28、30和32。图示的块总体上被构造为直角平行六面体，但是本领域技术人员将容易理解，本发明可针对诸如矩形、平行四边形、三角形或六边形的其它形状的具有多个面的块起作用，如下面结合图3、图4和图5的讨论。在面22中存在至少一个孔34，并且在该实施例中，孔34是一直延伸至面24的通孔，但是具有盲端孔的可重构块20也是合适的。在一些实施例中，当不止一个精确准直点存在于侧面上时，孔可相当大，并且不一定是圆形，而是可以替代方式描述为开口，如图7所示。如图所示，一些精确准直点具有与小圆孔连接的孔隙，而其它精确准直点具有与大的中心开口连接的孔隙。

在图示实施例中，所有四个侧面26、28、30和32分别具有精确准直点26p、28p、30p和32p。每个图示的精确准直点分别部分地由凹槽26a、28a、30a和32a限定，每个凹槽具有截顶半圆形状。每个准直点还分别包括可分别在面22和24之间大约一半的位置便利地定位在凹槽26a、28a、30a和32a的中心的孔隙26b、28b、30b和32b。这些孔隙26b、28b、30b和32b将它们各自的准直点26p、28p、30p和32p分别连接至孔34。

在一些实施例中，仅单个精确准直点存在于可重构块的至少两个侧面上。在其它实施例中，仅单个精确准直点存在于可重构块的每个侧面上。在其它实施例中，可重构块的至少一个侧面具有至少2个精确准直点、至少3个精确准直点、至少4个精确准直点或至少5个或更多个精确准直点。位于侧面上的精确准直点的数量不受限制，并且可容易基于块的总体尺寸和所选精确准直点的选择的间距进行选择。

根据本发明的可重构块便利地由诸如陶瓷、聚合物或金属的合适的结构性材料制成。当使用金属时，便利地采用不锈钢或铝。更具体地讲，认识到7075T6铝是合适的。当使用铝时，硬质涂膜阳极化处理可为有利的。

现在参照图2，根据图1的两个可重构块20和20’的侧视图示为通过轴40连接在一起。轴40通过例如设置在孔隙26b内并螺纹连接至轴40的螺栓42保持在凹槽26a中。在该实施例中，凹槽(例如26a)具有截顶半圆形状。便利地，将凹槽26a截顶0.01英寸(0.25mm)以使其不形成横截面上完整的半圆形状。轴精确磨光为具有类似公差的其半径等于凹槽的半径的圆形。轴42可为轴安装幅材接触装置的支承轴，或者其可为仅用于将可重构块20和20’连接在一起的非常短的轴。

因为凹槽26a不是完整的半圆形状，所以两个可重构块20和20’的侧面由间隙44分离。间隙便利地为大约0.02英寸(0.5mm)，但这并非严格的尺寸，只要其足够大以避免过度约束精确准直点的位置即可。在该实施例中，两个可重构块20和20’的相对布置的精确性视凹槽(例如26a)的间距的精确性和轴的直径的精确性而定。该方法实现的优点在于：可重构块20的侧面(例如26)当再使用许多次时的磨损和撕裂不会破坏相对布置的精确性。此外，其允许当需要时容易地从许多可重构块的装配场取下给定可重构块20。因为每个可重构块之间的间隙，所以当插入或取下轴安装幅材接触装置时，需要对幅材处理加工机架较少拆卸以显著改变所得幅材路径。

虽然幅材处理中使用的多数轴安装幅材接触装置具有圆形轴，并且图2和其它地方的图示实施例具有圆形轴，但是并不认为这是本发明的要求。例如，可制造具有方形或三角形轴的轴安装幅材接触装置，并且可加工具有方形或三角形凹槽的精确准直点来容纳它们。另外，可根据需要将三角形或V形凹槽的尺寸设定成位于幅材接触装置的圆形轴的中心和与所述圆形轴对齐。

现在参照图2a，示出了两个可重构块20”和20”’的侧视图。该示图与图2的相似之处在于，两个可重构块20”和20”’通过经设置在孔隙26b中的螺栓42保持在凹槽26a中的轴40连接在一起。然而，在该实施例中，凹槽(例如26a)具有完整的半圆形状，轴40的直径小于凹槽26a的直径，并且轴不需要精密磨削，但应该以滑动配合方式与凹槽(例如26a)配合。

根据所述的构造，两个可重构块20”和20”’的侧面彼此接触，并且轴40通过间隙46(选择的间隙可为针对给定轴尺寸的滑动配合，可根据ANSI标准B4.2-1978计算)与凹槽(例如26a)的壁分离。在该实施例中，块20”和20”’侧面(例如26)接触，并且两个可重构块20”和20”’的相对布置的精确性视块20”和20”’的侧面(例如26)的布置的精确性而定。该方法实现的优点在于，轴40的磨削的尺寸精确性不是那么严格，只要针对需求的应用，间隙46不导致轴40的大于0.004弧度或甚至0.0001弧度的角度的错位即可。

现在参照图3，示出了在可重构块47的精确准直点(例如26p)连接在一起的可重构块的若干可供选择的侧视图。可重构块47具有方形面形状，其具有两个面和四个侧面，但是相比之下，图1的可重构块20的精确准直点(例如26p)定位在方形的拐角而非沿着边缘。一些可重构块47通过轴40连接在一起。轴40通过螺栓42保持在凹槽26a中。在该实施例中，凹槽(例如26a)具有截顶半圆形状，并且轴被精密磨削为具有等于凹槽26a的半径的半径，使得相邻的可重构块47通过间隙44分离。

现在参照图4，示出了在可重构块48的精确准直点(例如26p)连接在一起的可重构块的若干可供选择的侧视图。可重构块48具有三角形面形状，其具有两个面和三个侧面，其中精确准直点26p的凹槽26a定位在三角形的边缘的中心。一些可重构块48通过轴40连接在一起。轴40通过螺栓42保持在凹槽26a中。在该实施例中，凹槽(例如26a)具有截顶半圆形状，并且轴被精密磨削为具有等于凹槽26a的半径的半径，使得相邻的可重构块47通过间隙44分离。

现在参照图5，示出了在可重构块49的精确准直点(例如26p)连接在一起的可重构块的若干可供选择的侧视图。可重构块49具有六边形面形状，其具有两个面和六个侧面，其中精确准直点26p的凹槽26a定位在六边形的边缘的中心。一些可重构块49通过轴40连接在一起。轴40通过螺栓42保持在凹槽26a中。在该实施例中，凹槽(例如26a)具有截顶半圆形状，并且轴被精密磨削为具有等于凹槽26a的半径的半径，使得相邻的可重构块47通过间隙44分离。

本领域技术人员应该观察到图1-5的实施例的可重构块具有一定程度的旋转对称性。在建立幅材处理加工机架中，相对于柔性，这样可为极其方便，但是不认为是本发明的要求。可重构块的厚度并不严格，只要厚度足够大以允许每个可重构块相对于相邻可重构块或相对于轴固定布置以根据需要对齐即可。认为大约1英寸(2.54cm)的厚度适用于许多实施例。更薄或更厚的块可用于其它实施例。

现在参照图6，示出了专用可重构块50的透视图。可重构块50尤其适于将根据本发明的一组可重构块限制于诸如导轨、光学面包板的固定的基座或幅材处理线的基座板。可重构块50具有两个矩形面22和24，并且在该实施例中，具有四个侧面26、28、30和32。面22中存在四个孔34(通常)，并且在该实施例中，孔34是一直延伸至面24的通孔。

在图示实施例中，仅三个侧面26、28和32具有对应的精确准直点26p、28p和32p(每个包括凹槽26a、28a和32a)和对应的孔隙26b、28b和32b(将一个孔34连接至凹槽26a、28a和32a中的一个)。便利地，每个凹槽26a、28a和32a具有截顶半圆形状。提供若干台面钻孔的通孔52以允许使用螺栓将可重构块50限制于支承基座。

幅材处理线通常由分开大约几米的距离的多个工位构成，但是其轴安装幅材接触装置必须仍然彼此轨道式平行。现在参照图7，示出了幅材处理工位60的透视图。随意地，为了示出支承实际幅材处理设备的可重构块的组件，幅材处理工位60示出为包括悬臂退饶台62、跳动辊组件64和一对惰辊66和68。幅材处理工位60不仅包括单位大小的块20，还可包括较大的可重构块70和72。与单位块20相比，可重构块70和72具有更多精确准直点(例如26a)，但此前讨论的这些精确准直点在直线网格中的间距是与单位块20相同的预定值，并且精确到相同程度。

幅材处理工位60示为通过跨越可重构块70和72之间的距离的长拉轴74(安装在精确准直点26p)和长拉轴76(安装在精确准直点30p)装配。另一长拉轴78跨越安装在可重构块70上的单位大小的可重构块20与安装在可重构块72上的单位大小的可重构块20之间的距离。短拉轴80也存在于各个位置以将一些单位大小的可重构块20附连在一起。长拉轴74、76、78和短拉轴80可用于将可重构块20、70、72保持彼此精确平行对齐。

因此，通常的幅材处理线或由可重构块制成的模块将包括通常由若干可重构块制成的两个侧机架，但每个侧机架可简单地为用于小模块的一个非常大的可重构块。幅材处理线或模块将还通常包括不从一个侧机架跨越至下一侧机架而是连接相邻的可重构块的短拉轴或短插短拉轴和连接两个侧机架以使得它们彼此以预定距离平行地间隔开的长拉轴。侧机架之间的间距通常由幅材的宽度和幅材距离每个侧机架的的必要间隙确定。最终，幅材处理线或模块通常包括设置在每个侧机架的精确准直点的一个或多个轴安装幅材接触装置和可能的一个或多个轴安装非幅材接触装置。

当幅材处理工位60通过一个或多个精确准直点32p连接至采用定位在幅材处理工位60之前的本发明的可重构块的另一工位，和通过一个或多个精确准直点28p连接至采用定位在幅材处理工位60之后的本发明的可重构块的另一工位时，幅材上方(up-web)和幅材下方(down-web)的工位上的任何轴安装幅材接触装置将可靠地形成轨道式平行。

退绕台62包括控制与例如不定长度材料卷的芯接合的芯轴92的旋转的驱动单元90。这示出了幅材处理元件可以悬臂方式成功地安装至一个或多个可重构块(在这种情况下，72)。跳动辊组件64包括以可旋转的方式安装在摆臂96和98上的跳动辊94，所述摆臂96和98继而以可转动的方式安装在拉轴100上。拉轴100继而定位在可重构块70和72上的精确准直点26a内。提供常规类型的幅材张力控制器102和运动止动件104。这示出了诸如跳动辊94的轴安装幅材接触装置可(在这种情况下)利用拉轴100相对于可重构块70和72的精确布置替代性地按照轨道式平行方式布置。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，更具体地讲，在不脱离所附权利要求书中所示出的精神和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以实践本发明的其他修改形式和变型形式。应当理解，多种实施例的方面可以整体地或部分地与多种实施例的其他方面互换或结合。以上获得专利证书的专利申请中所有引用的参考文献、专利或专利申请的全文通过一致的方式以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本专利申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本发明而给定的前述说明不应理解为是对本发明的范围的限制，本发明的范围由权利要求书及其所有等同形式所限定。

Claims (23)

1.一种幅材处理加工机架，包括：

至少两个可重构互连块，并且每个可重构互连块包括至少三个侧面和两个面，以及至少一个面中的至少一个孔，

每个可重构互连块的至少两个侧面具有精确准直点，

所述精确准直点包括将所述精确准直点连接至所述孔的孔隙；和

至少一个轴，所述轴设置在所述两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个中，并且可释放地连接至所述两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个。

2.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，其中至少一些所述精确准直点的定位使得设置在那些精确准直点中的轴的轴线位于规则地间隔开的网格的顶点，其中所述顶点以预定距离或者所述预定距离的倍数间隔开。

3.根据权利要求2所述的幅材处理加工机架，其中所述预定距离精确至±50微米内。

4.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，还包括第二轴，所述第二轴设置在两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个中，并且可释放地连接至两个可重构互连块中的每一个的所述精确准直点中的一个，使得两个轴在0.004弧度内平行。

5.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，其中所述孔是从一个面延伸至另一个面的通孔。

6.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，其中所述轴具有选自圆形、三角形或方形的截面。

7.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，其中所述精确准直点包括具有半圆形状或截顶半圆形状的凹槽。

8.根据权利要求7所述的幅材处理加工机架，其中除了所述凹槽，所述面的形状是直边的。

9.根据权利要求8所述的幅材处理加工机架，其中所述面的形状是方形的，其中每个侧面具有精确准直点，并且其中每个精确准直点相对于所述侧面居中。

10.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，其中至少一个所述轴具有至少一个螺纹孔，并且其中所述轴通过螺栓保持在所述精确准直点中，其中所述螺栓的轴设置在所述孔隙中，所述螺栓的头部设置在所述孔中。

11.根据权利要求7所述的幅材处理加工机架，其中每个所述凹槽的形状是截顶半圆形状，并且其中所述轴具有圆形截面，其半径等于所述凹槽的半径，使得所述至少两个可重构互连块的边缘通过间隙分离。

12.根据权利要求7所述的幅材处理加工机架，其中每个所述凹槽的形状是半圆形状，并且其中所述轴与所述凹槽形成滑动配合，使得所述至少两个可重构互连块的边缘接触。

13.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，包括至少四个互连块和至少两个轴，其中所述至少两个轴中的每一个还支承可旋转幅材接触装置。

14.根据权利要求13所述的幅材处理加工机架，其中所述至少两个轴在0.0001弧度内平行。

15.根据权利要求1所述的幅材处理加工机架，包括2个至500个之间的互连块。

16.一种幅材处理加工机架，包括：

至少两个可重构互连块，其中每个可重构互连块具有至少两个精确准直点；和

至少两个轴安装幅材接触装置，每个轴安装幅材接触装置具有旋转轴线；并且

当所述幅材接触装置的轴定位在每个可重构互连块的所述精确准直点中时，所述幅材接触装置在0.004弧度内轨道式平行。

17.根据权利要求16所述的幅材处理加工机架，其中两个可重构互连块各自具有至少一个面，并且其中至少一些所述精确准直点在与一个所述可重构块的一个面相关联的x-y意义上的间距是预定值。

18.根据权利要求17所述的幅材处理加工机架，其中所述预定值精确至±50微米内。

19.根据权利要求17所述的幅材处理加工机架，其中所述面是方形的，并且所述精确准直点沿着所述方形的侧面定位。

20.根据权利要求17所述的幅材处理加工机架，其中所述面是方形的，并且所述精确准直点定位在所述方形的拐角处。

21.根据权利要求16所述的幅材处理加工机架，其中所述精确准直点包括具有半圆形状或截顶半圆形状的凹槽。

22.根据权利要求21所述的幅材处理加工机架，其中每个所述凹槽的形状是截顶半圆形状，并且其中所述轴具有圆形截面，其半径等于所述凹槽的半径，使得所述至少两个可重构互连块的边缘通过间隙分离。

23.根据权利要求16所述的幅材处理加工机架，包括2个至500个之间的互连块。