CN105492162B - 工件保持设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于将工件保持在加工位置的设备，其中多个线性致动器布置以限定至少部分形似工件的接合和支撑面，其中每个线性致动器承载在空间中可定向的夹紧装置，每个致动器还与各自的可定位的参考元件关联，每个线性致动器被驱动使得夹紧装置与参考元件接触然后固定在期望的方位上，所述固定由夹紧装置相对于位于预设参考位置的参考元件的接触作用实现。

Description

工件保持设备

技术领域

本发明涉及一种用于保持工件(尤其是宽工件)的设备，该工件具有一个尺寸(厚度)明显小于其他两个尺寸(宽度和长度)的非平面形状，其例如为具有复杂形状的板，尤其是具有双曲率的板。

具体而非排他的，所讨论的设备可以有效地在航空航天工业和/或汽车工业中使用，特别是用在按照不同材料(例如铝，塑料，复合材料等)加工工件的数控加工中心。

特别地，可以参照如美国专利文献US8,079,578B2中的第一个权利要求的前序部分的设备。

该设备包括多个线性致动器，其适合于在固定的加工位置接合和牢固地支撑至少一个工件，例如用于切割、铣、镗、成型、焊接等。在这些操作中，工件必须被准备地定位并牢固地保持在预设位置。

已知的设备中的各种线性致动器是可编程的，使得能适用于具有不同形状的工件，使装置变得通用化。线性致动器设有气动的夹紧装置(吸盘)也是已知的，因为吸盘在空闲时可自调节，在装载工件时通过工件的重量和刚度的作用可自调节，如果出现不完美自调节的情况，可由操作者操作，其可以在空间中定向成具有至少两个自由度。通过两个独立的电机驱动器，气动的夹紧装置能够定向为具有两个自由度。

发明内容

本发明一个目的是改进如上所述的已知类型的适于将工件保持处于预设加工位置的设备。

设备的一个优点在于配置成特别适于将具有一个尺寸(厚度)显著小于另外两个尺寸(宽度和长度)的复杂形状的工件保持就位，尤其是具有两曲率的板-其能够简单地定向工件的夹紧装置(吸盘)。此外，讨论的设备能够使夹紧装置在工件装载之前定向。

本发明的一个优点是允许工件的精确且稳固的定位。

本发明的一个优点是避免工件的变形和其他破坏，即使具有大尺寸和/或某种弹性的工件。

本发明的一个优点是提供一种结构简单且廉价的适于将工件保持在操作位置的设备。

本发明的一个优点是使用相对少数量的电机来定位和定向工件的各种夹紧装置。

本发明的一个优点是使得具有多个工件的接合和支持装置的设备普及，该设备是可编程的设计使得能够适于用于多种形状的工件。

本发明的一个优点提供一种具有多个夹紧(真空)装置的设备，其中每个夹紧装置能够以至少两个自由度在空间中定向以限定(以可编程的方式)期望形状甚至复杂形状的工件的接合和支撑面。

本发明的一个优点是使设备的不同夹紧装置施加在工件上的压力最小化，尤其是在将工件定位到设备上的过程中，从而避免了工件的破坏。

本发明的一个优点是在将工件带到设备并放置与其接触之前，简单且精确地限定了工件的期望的接合和支撑面。

本发明的一个优点是设计了一种具有相对小尺寸的设备。

这些目的和优点以及其他的目的和优点都通过根据一个或多个权利要求陈述的设备来实现。

在一个实施例中，设备包括多个致动器，每个致动器承载在空间中可定向的夹紧装置；每个致动器关联有各自的在预设参考位置可定位的参考元件；每个致动器被驱动以使夹紧装置与参考元件接触以在期望方向上调整，此调整由夹紧装置与定位在预设参考位置的参考元件的接触作用以及通过承载夹紧装置的致动器和与夹紧装置接触的参考元件之间相对运动实现。实际上，参考元件产生了布置在距离支点(例如夹紧装置的可定向头部的球形接头的中心)一定距离处的抵靠装置，以使得此抵靠装置的活动产生夹紧装置围绕支点旋转的转矩。由此每个夹紧装置以可编程的方式并且与其他夹紧装置相独立的被定向。每个夹紧装置被固定在期望的方向上然后被致动器移动到预设的位置，从而使得所有的夹紧装置一起限定了至少部分类似工件成形的接合和支撑面。

附图说明

参照示出了一些非限制性示例的附图，本发明能够更好的理解和实施。

图1示出了具有多个操作单元的已知类型的设备，其中，每个操作单元包括线性致动器和夹紧装置；

图2根据本发明制造的操作单元的第一实施例的立体图；

图3-5是图2中的操作单元在三种不同操作配置下的三个竖向局部剖视图；

图6是根据本发明制造的操作单元的第二实施例的俯视图；

图7-9是图6中的操作单元在三种不同操作配置下的三个竖向局部剖视图；

图10是根据本发明制造的操作单元的第三实施例的立体图；

图11是图10中的单元的另一立体图；

图12-13是图10中操作单元在两个不同操作配置下的两个竖向视图。

具体实施方式

在本文中，在各种示出的实施例中共用的相似元件使用相同的标记表示。

参照图1，标记1表示已知类型的用于保持工件的设备的整体。设备1包括有序布置的多个操作单元，每个单元包括致动器(线性的，特别具有竖向轴)，其一端(上部)设有夹紧装置，例如带吸盘的真空类型的夹紧装置。可设置多种用于限定工件的接合和支撑面的多个吸盘以使工件被准确的定位并牢固地保持在预设位置。

图2-13显示了根据本发明制造的操作单元2的三种不同实施例。每个操作单元2可以是类似于图1中所示的包括多个操作单元(有序布置)的设备的部分。本发明的设备可以包括一个或多个操作单元。特别是，本发明的设备可以包括多个操作单元，其中至少一个或至少一部分类似于本发明的操作单元2中的至少一个来制造。特别是，根据本发明的设备可以包括多个操作单元，其全部类似本发明的操作单元2中的至少一个来制造。

根据第一实施例的操作单元2(图2-5)包括致动器3(线性的，仅示出部分)和用于工件的接合和支撑的夹紧装置4。线性致动器3包括，例如，电力驱动致动器。线性致动器3可由例如，伺服电动机驱动。在图2中示出了线性致动器的可移动元件5(活塞)的一端(上部)。

夹紧装置4包括(如在本实施中)真空夹紧装置(例如设有至少一个吸盘装置)。夹紧装置4由线性致动器3承载，并能够相对于线性致动器(特别是相对于承载夹紧装置4的可移动元件5)在空间中定向。该空间定向，正如在本具体实施例中，可以凭借夹紧装置(包括吸盘)的用于与工件接触的部分(头部6)和牢固地连接到致动器3的可移动元件5的另一部分(球形支架7)之间的球形接头来实现。然而提供其他的适于允许夹紧装置4在空间中定向的接头也是可能的。

夹紧装置4的操作位置(即适于使得头部6以限定形似工件的接合和支撑面的至少一部分的位置)可根据夹紧装置相对于致动器3(特别是相对于可移动元件5)的方向和致动器的(可移动元件5的)位置来确定。

根据本发明的操作单元2还包括用于根据预设方向以自动且可编程的方式定向(特别是以限定工件的期望的接合和支撑面的方式)夹紧装置4的可定向部分(头部6)的定向装置。

该定向装置包括，特别是在预定位置可定位的至少一个参考元件8，以使得抵靠装置与夹紧装置4将要接触的元件抵靠来修改其方向。在第一实施例(图2-5)中，该参考元件8包括杆，特别是以刚性棒的形状。参考元件8是可移动的，例如，围绕夹紧装置4的可定向部分(头部6)是可移动的以采用适当的位置以产生夹紧装置4的可定向部分的期望方向。参考元件8被布置在夹紧装置4的可定向部分的边缘附近，并且包括朝向前述的可定向部分的内部突出的杆。

如在这里所公开的实施例，参考元件8可围绕夹紧装置4定位(通过轨道运动)。特别是参考元件8可在一个横向运动平面上，特别是与线性致动器3的(竖向)轴线正交的横向运动平面上移动。参考元件8可以，例如围绕垂直于前述运动平面的转动轴线旋转。参考元件8的转动轴线可与线性致动器3的轴线相平行或重合。

参考元件8的转动轴线经过前述的夹紧装置4的可定向部分(带吸盘的头部)的球形接头的中心。参考元件8的轨道运动(旋转)，如该具体实施例，由电机9(例如电力驱动发动机)驱动。电机9包括，例如，连接到(例如通过齿轮装置10)可转动的支撑件11(备用轮)的电机轴。可转动的支撑件11承载(整体地)参考元件8，使得支撑件11的旋转确定了参考元件8的轨道运动。特别是，可转动的支撑件11与基座12(与致动器3的固定元件集成)可转动地耦合(通过滚动支撑装置)。

基本上来说，参考元件8以可选择并可控制的方式定位，例如通过可编程电子控制单元(未示出)，在任意期望的位置，所述任意期望的位置被包括在围绕夹紧装置4的完整的轨道旋转中。

夹紧装置4具有用于与参考元件8接触的至少一个接触面13。特别是，该接触面可以是圆形的。接触面13，例如，至少部分地或绝大部分地或全部地是旋转面。

应该注意的是参考元件8具有用于与夹紧装置4的相应的(圆形的)接触面13接触的圆形接触面。

操作单元2还包括用于驱动线性致动器3的控制装置，以使得夹紧装置4与参考元件8接触并由此在预设方向进行调整。调整步骤通过夹紧装置4和参考元件8的接触作用以及通过线性致动器3的(可移动元件5的)预设移动(此时夹紧装置4与位于预设位置的参考元件8保持接触)来实现。实践中，参考元件8会在离支点(即前述的球形接头的中心)一定距离的一侧设置抵靠装置，以使得通过由致动器的(线性)运动引起的可定向头部6的运动的作用和抵靠装置的动作产生使得头部6围绕支点运动的转距。

控制装置包括用于驱动致动器3的可编程电子控制单元和计算机编程指令。此控制装置还可被编程用于驱动电机9以将参考元件8定位在围绕夹紧装置4的期望的轨道参考位置。

图3-5示出了在第一实施例(上升调整)的基础上对夹紧装置4定向和定位的一些可行的步骤，而图7-9示出了在第二实施例(下降调整)的基础上定向和定位的一些步骤。

图3中，夹紧装置4已经接触了参考元件8，其已经预先定位在适于获得夹紧装置4的期望方位的轨道参考位置上。在这种情况下，接触发生在线性致动器3的上升运动过程中。随着预设行程的继续上升运动，达到图4中的配置，在图4中夹紧装置的头部6根据期望的方向倾斜。因为可定向的头部6基本上以闲置方式被耦合，或者无论如何不围绕上述球形接头被制动或被固定的事实，这种倾斜是被允许的。

正如已经看到的，在第一实施例(图2-5)中，夹紧装置的(可定向头部的)接触面13包括圆形的环形部(闭环，特别是回转面)，特别是向上突出的，其用于与参考元件8的下接触面接触。在第二实施例(图6-9)中，夹紧装置的(可定向头部的)接触面13将包括下圆形(回转)表面(例如呈球形部的形状)，其用于与参考元件8的上表面相接触。

在第一实施例中，调整头部6到达预设倾斜(高度)的步骤包括承载夹紧装置4的致动器3的上升(图3-4)，而在第二实施例中，调整头部6到达预设倾斜(高度)的步骤包括承载夹紧装置4的致动器3的下降(图7-8)。

在这两种情况下，可以提供一个后续步骤(对于第一实施例见图5，对于第二实施例见图9)，其中，在期望的方向固定夹紧装置的头部6(例如通过制动装置)之后，线性致动器3被驱动以将夹紧装置4(始终保持头部6固定)在先前到达的方向带向规划的位置，特别地，以根据照待加工工件的表面(复杂的，例如具有双曲面)确定形成的接合和支撑面。为此，不同操作单元2的每个夹紧装置4与设备的不同操作单元2的其他夹紧装置在方向和位置上是独立地。

在第一实施例中，参考元件8除了围绕(吸盘)头部的(轨道)运动外，易于采取激活或干涉位置(图3-4)和非激活位置或非干涉位置或非占用位置(图5)，其中，在激活或干涉位置，参考元件向内移动来干涉与夹紧装置的(吸盘)头部6的接触，，在非激活位置或非干涉位置或非占用位置，参考元件向外移动而不干涉与夹紧装置4的接触并由此允许设备的上升(线性)定位运动。

如这里公开的第一实施例中，参考元件8设有运动装置(例如流体传动缸14)，以可选地采用激活或非激活的位置。在具体情况下，参考元件8可围绕转动枢轴15旋转。

支撑件11，缸14，参考元件8和枢轴15作为可转动单元的部分由电机9转动并可旋转地安装在致动器3的固定部分上。

应该注意的是，根据示出的两个实施例，在图2-9中操作单元的相似的元件，为了更清楚的说明使用了相同的标记表示。如在第二实施例(图6-9，涉及调整夹紧装置4的下降运动)中，操作单元2包括布置以(例如通过凸形的接触板)保持夹紧装置4(特别是它的可定向的头部6)与参考元件8接触的弹性装置16。此弹性装置16包括，例如，可压缩弹簧，其轴线平行于线性致动器3的轴线。此弹性装置16可以安装在承载参考元件8的可旋转支撑件11上。此弹性装置16可设置成与参考元件8相距有距离，特别是位于与参考元件(完全地)相对的位置(相对于参考元件8的轨道运动的轴线)。

支撑件11、参考元件8和弹性装置16作为由电机9转动的可转动单元的部分。

如在图6-9所示的第二实施例中，参考元件8包括彼此隔开的至少两个突出物以限定用于与夹紧装置4接触的至少两个彼此不同的接触点。在图6中，参考元件8的该两个突出物(叉)构造是可见的。

在第三实施例中(图10-13)，弹性装置16设置在参考元件8附近。弹性装置16连接(如在第三实施例中)至杆装置18(在具体情况下，弹性装置16通过叉装置连接到杆装置18)。杆装置18置于弹性装置16和夹紧装置之间。杆装置18枢转至参考元件8。杆装置具有连接到弹性装置16的第一端和布置与夹紧装置接触(滚动或滑动摩擦)的第二端(与第一端相对)，使得弹性装置16保持夹紧装置(特别是它的可定向的头部)与参考元件8接触。第二端具有滚动接触装置。

在这里公开的第三实施例中，其中夹紧装置4是真空夹紧装置，在装置的头部(吸盘)中设置了生成真空的供应装置。此真空生成装置，例如基本上是已知类型的，因此不再赘述。此用于生成真空的装置包括，例如，用来将吸盘头部6连接到抽吸装置(未示出)的导管装置(至少与球形接头部分同轴)。图7-9示意性的表示了导管17，其(按照螺旋形的方式)围绕夹紧装置4的(竖向)轴线缠绕以在头部的任意可能的位置和方向上，能够提供用于松开制动装置(在头部的固定位置正常闭合)的流体(空气)。

应该注意的是，所示的实施例中的头部6基本上围绕球形接头的中心定向，但也可以使用其它类型的运动耦合装置。

还可能为每个操作单元2装配传感器装置(例如位置传感器或近距离传感器，尤其是光学的或磁吸式的，或简单开关或电触头等)来(向控制装置)指示参考元件8在轨道(旋转的)路径的位置新号，或识别参考元件8在该路径的初始位置(或零位)。根据本发明第一实施例为操作单元2配备的传感装置还可能用于至少检测参考元件8是否在激活(干涉)位置还是非激活(非干涉)位置。

考虑到球面坐标系统以上述球形接头的中心作为中心，也就是说基本上参考元件8的轨道运动限制了可定向头部6的期望方向的方位角，同时限定了引起可定向头部6的倾斜变化(确定了头部的高度角)的致动器3的运动，由此夹紧装置4的可定向头部6在三维空间中的方向被完全限定。

在本发明公开的实施例中，参考元件8的(轨道)运动由其自身和布置在操作单元2上的独立的电机装置驱动。然而在没有示出的其他的实施例中，提供用于将(线性致动器的可移动元件5的)线性运动转化成承载参考元件8的旋转单元的)旋转运动(伺服机构也是可行的，以使得参考元件8的(轨道)运动服从致动器3的(线性)运动。还可以提供应用到伺服机构的耦合装置(例如离合器类型的耦合装置)以相对于致动器3有选择地与参考元件8连接或断开连接，以此能够实现第一步(与伺服机构接合)和至少第二步(与伺服机构脱离)，其中，在第一步中，通过驱动致动器3运动确定参考元件的(轨道)定位，在第二步中，致动器的运动确定了夹紧装置的头部6的方向。

Claims (14)

1.一种用于将工件保持在加工位置的设备，包括：至少一个操作单元(2)，所述操作单元包括至少一个致动器(3)和用于接合和支撑所述工件的一个夹紧装置(4)，所述夹紧装置(4)由所述至少一个致动器(3)的可移动元件(5)承载，所述夹紧装置(4)能够相对于所述可移动元件(5)在空间中定向，所述夹紧装置(4)的操作位置由所述夹紧装置(4)相对于所述可移动元件(5)的方向和所述可移动元件(5)的位置确定，所述设备包括用于根据预设方向自动定向所述夹紧装置(4)的定向装置，其特征在于，所述定向装置包括在预设位置可定位的至少一个参考元件(8)，设置用于驱动所述可移动元件(5)的装置以使所述夹紧装置(4)与所述参考元件(8)接触和在所述预设方向调整所述夹紧装置(4)，所述调整通过所述夹紧装置(4)和所述参考元件(8)在所述预设位置的接触作用和承载所述夹紧装置(4)的所述可移动元件(5)的预设移动而实现。

2.根据权利要求1所述的设备，包括多个操作单元(2)，所述多个操作单元布置用来限定至少部分形似工件的接合和支撑面。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个参考元件(8)是可定位的，能够围绕所述夹紧装置(4)进行轨道运动。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个参考元件(8)在横向运动平面上是可移动的，所述横向运动平面与所述可移动元件(5)的线性运动轴线正交。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个参考元件(8)能够围绕垂直于所述运动平面的转动轴线旋转。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述定向装置包括布置以保持所述夹紧装置(4)与所述参考元件(8)接触的弹性装置(16)。

7.根据权利要求6所述设备，其中，所述弹性装置(16)通过杆装置(18)连接至所述夹紧装置(4)。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个参考元件(8)包括彼此空间隔开的至少两个突出部以限定用于与所述夹紧装置(4)接触的至少两个彼此不同的接触点。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述夹紧装置(4)具有用于与所述参考元件(8)相接触的至少一个接触面(13)，所述接触面(13)是圆形的并且存在至少部分的转动表面。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述至少一个致动器(3)承载所述夹紧装置(4)，并能够通过球形接头定向所述夹紧装置(4)。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其中，在所述调整过程中，所述至少一个致动器(3)承载所述夹紧装置(4)，并能够以空闲或非锁定方式定向所述夹紧装置，所述操作单元(2)包括制动装置,所述制动装置能够操作以与所述夹紧装置(4)关联以将所述夹紧装置锁定在所述预设方向。

12.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述夹紧装置(4)是真空类型的。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述真空夹紧装置包括用于与所述工件接触的吸头(6)，所述吸头(6)通过与所述可移动元件承载的支撑体(7)相耦合的球形接头定向。

14.一种根据前述任一权利要求所述的设备的使用方法，包括下列步骤：

在预设位置定位所述参考元件(8)；

驱动所述可移动元件(5)以使所述夹紧装置(4)与所述参考元件(8)接触，在所述预设方向通过与在所述预设位置的所述参考元件(8)的抵靠作用来调整所述夹紧装置；

在所述预设方向锁定所述夹紧装置(4)；和

驱动所述可移动元件(5)，保持所述夹紧装置(4)锁定在所述预设方向，直到所述夹紧装置(4)被带到期望的操作配置。