CN106984728A - 用于自动处理非铁物体的系统、过程和设备 - Google Patents

用于自动处理非铁物体的系统、过程和设备 Download PDF

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M.J.卡拉古伊斯
J.S.多伦贝克尔
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Abstract

本发明公开了一种用于分离非铁坯料的电磁设备，一种用于制造和使用这种设备的方法，和一种具有用于操作非铁坯料堆垛的电磁卸堆单元的自动系统。本发明提供一种卸堆单元，其具有置于非铁坯料堆垛附近的磁体，和设置为接触所述堆垛的顶部坯料的两个电端子。磁体跨经顶部坯料的表面产生磁场。端子将电流与顶表面横向地传递经过坯料。电流的方向通常与磁场方向正交，以使得产生足以将坯料从所述堆垛移位的大致垂直方向的磁性分离力。

Description

用于自动处理非铁物体的系统、过程和设备
技术领域
本发明总体上涉及用于处理非铁物体的自动系统。更具体地，本发明的一些方面涉及用于在坯料的操作和处理期间分离非铁板件金属坯料的自动电动力设备、系统和相关方法。
工业制造过程中出现的许多类型的冲压机(例如用于制造汽车部件的冲压机)将被称为“坯料”的离散平坦板件金属压模成形。对于这些过程中的，某些，堆叠坯料的拖板邻近冲压机就位，且材料处理机器人自动地将坯料一次一个地供应到冲压机。冲压机的配合工具和压模表面通过由空气作用驱动或马达驱动的压头而被带到一起，以将接收的坯料在一个或多个冲压阶段形成为期望的形状。为了辅助冲压操作，每一个被装载的坯料在处理之前与所述堆的其余部分分离。机器人的末端执行器运动到所述堆上方的位置，最上方的坯料随后通过末端执行器提升并离开所述堆，例如使用施加的吸盘或抓持器，且其后被供应到冲压机。
对于钢或其他含铁材料构造的坯料，邻近的坯料有时被磁化为具有相反极性，以实现顶部坯料与堆的其余部分分离。具体说，磁化的邻近坯料将彼此排斥，由此使得末端执行器能够将最上方的坯料提升而不会不利地将其下方的坯料提升。因为这一方法依赖于金属坯料的磁性性能，所以其通常不能用于非铁材料制成的坯料，例如铝、锌、铜和镁。用于分离非铁坯料的过程可以涉及使用气动空气喷嘴或空气刀具在邻近坯料之间输送压缩空气。然而，取决于空气的干燥和过滤水平，使用压缩空气会造成污垢、压缩机油、和水在坯料的露出表面的不期望输送。在工厂环境中产生和维持压缩空气相对成本昂贵。对于一些应用，凹痕样式可以添加到坯料边缘，以辅助基于空气的坯料分离，这种凹痕的增加产生额外的制造步骤和成本，其会导致沿边缘的弯曲，这会降低在给定堆叠高度中可容纳的坯料数量。
发明内容
本文公开一种用于分离非铁金属物体的电磁设备，用于制造和使用这种设备的方法，和具有用于处理非铁金属坯料堆垛的电磁分离器的自动机器人制造系统。用于分离非铁导电坯料的电磁设备和相关系统可以在冲压操作期间、其他机加工操作期间、或在任何相关的操作(其中期望的是将单个非铁金属坯料从这种坯料的堆叠结构中分离)期间采用。通过非限制性的示例，本文公开了一种新颖的制造过程，其包括设备、总体制造系统、和用于控制设备和/或系统的方法，以使得具有导电表面的非铁物体的制造产量最大化。
根据代表性示例，板件金属处理或冲压工厂包括卸堆工作站，其具有用于将坯料从坯料堆垛分离的电磁器件，使得分离的坯料可以随后被供应到下一个处理阶段。例如，利用具有一个或多个预定磁极的单个或多个永磁体或电磁体的卸堆工作站，所述预定极性相对于非铁金属坯料的所述堆置于预定位置。导电端子被选择性地置于与板件导电表面电接触，所述板件正在被相对于磁体或磁体在预定位置分离。电子控制器件通过电端子和足够的电源而将电流沿预定方向(一个或多个)导电地注入或感应地注入到坯料中。在适当取向磁场存在的情况下，将电流注入所述堆的最上坯料而在所述堆的最上坯料上产生提升力。产生的力具有足以将最上坯料从所述堆其余部分分离的量。用于生产期望的坯料提升的电流、磁场和力的向量的所需取向通过洛伦兹法则给出。本方法可以有助于降低或完全消除对使用压缩空气来分离坯料的依赖。
还公开一种卸堆或“带起(fanning)”单元，其具有置于非铁金属坯料堆垛一侧附近的单个磁体，和置于与所述堆的顶部坯料接触的两个焊接接触器。单元可以通过焊接控制器或其他合适电子控制器供电。随着坯料经历卸堆操作，行进机构可操作为按照所述堆的高度将磁体和焊接接触器下降或下落。可选的隔离机构可操作为一旦顶部坯料已经被带起，则保持顶部坯料与所述堆的分离。枢转器件可以设置为让焊接接触器从所述堆运动离开，以有助于通过材料处理机器人移走顶部坯料。卸堆单元的总体重量和覆盖区域应该被最小化。
一些构造包括单个磁体，例如其为大约14.5英寸长，且按照安全规范设定，从而使得磁性可以被调节以用于人员操作。对于一些实施例，该单元包括两个焊接接触器，以用于让电流通过坯料。这些接触器可以向坯料的所述堆提供足够的压力，以在带起过程期间维持接触，同时还能随坯料被向上带起而顺应坯料。流体管路可并入到所述单元中，以将冷却液体(例如水，油，等)提供到接触器，以及可以将增压的空气提供到卸堆设备的牵引器机构。电子控制单元可以供应DC电流或对一些应用供应AC电流到电极和电磁体(在没有永磁体的实施例中)。对于一些示例，该控制单元可以被人员操作，且如果期望则在新的拖板设置期间，将控制单元固定到可动拖板。卸堆单元可以设置有用于摇摆臂的附接点。用于追踪磁体和用于枢转接触器的机构可以是手动的或自动的。
本发明的一些方面涉及电动力和磁动力带起单元，用于有助于非铁物体的处理。如在本文使用的，“非铁物体”和其相关的形式包括但是不限于导电非磁性材料(包括合金)的金属坯料、波状外形板、平坦板件，且不包含可感知量的铁(铁酸盐)，例如铝、锌、镁、金属层叠塑料和/或具有导电非铁层的复合材料。例如公开了一种电磁卸堆设备(本文中可替换使用的“卸堆操作”和“带起操作”)，用于将导电非铁坯料从坯料堆垛分离。该卸堆设备包括一个或多个磁体，其定位在例如坯料堆垛的横向侧中之一的附近。一个或多个磁体相对于定位在所述堆顶部上的非铁坯料的导电表面沿第一(横向)方向产生静态磁场。一对导电端子，例如第一和第二焊接接触器，接触非铁坯料的导电表面且让电流沿第二(横向)方向经过非铁坯料。电流的方向通常与磁场方向正交，使得(洛伦兹)磁性分离力足够大，以让非铁坯料从坯料的所述堆移位，所述磁性分离力被沿第三(垂直)方向产生。
在至少一些构造中，磁体包括多个相似或不同类型的磁体。磁体可以包括电磁体和/或永磁体。卸堆设备可以包括或通信地联接到电子控制单元(ECU)，其操作性地联接到导电端子且配置为调节电流通过非铁坯的传递。该ECU可以包括可编程高电流AC-至-DC电源控制器或AC-DC电源控制器，其具有超电容器和一系列高电流开关。可选地，卸堆设备并入一自动行进机构，其选择性地让导电端子相对于坯料的所述堆重新定位。此外，隔离机构可以用于将非铁保持在至少部分地从坯料的所述堆移位的升高位置。
对于一些构造，卸堆设备组装为具有支架或固定装置，用于牢固地将磁体定位在坯料的所述堆附近，且牢固地将导电端子置于与顶部非铁坯料接触。卸堆设备支架可以包括用于在其上支撑磁体的背铁基部(back-iron base)。作为另一选择，设备支架上设置有横向支撑轨道；每一个导电端子可滑动地安装(例如经由可滑动安装支架)到横向支撑轨道的相应部分。可选地，相应的偏压机构(例如螺旋弹簧或螺线管)设置为将每一个导电端子偏压为与非铁坯料的导电表面接触。所述支架还可以配置为具有一对可枢转电枢，每一个导电端子安装在可枢转电枢中之一上。驱动装置可以选择性地枢转这些可枢转电枢，且ECU可以被编程为控制驱动装置且由此使得导电端子进入和离开与坯料接触的枢转同步。
在至少一些构造中，卸堆设备还包括第一和第二液体管道，用于分别将冷却流体输送到第一和第二导电端子。流体管道还可以设置为将冷却空气/液体输送到电磁体，如果代替永磁体使用的话。空气/液体/电管道还可以用于促动牵引器机构，以在其从所述堆分离时，避免卸堆单元和坯料之间的碰撞。作为另一选择，升降机机构并入到卸堆设备中，以索引或升起坯料的所述堆(或相反地降低卸堆设备)，且由此相对于磁体和导电端子将所述堆的最上坯料置于预定位置。ECU可以用于使得坯料的所述堆的索引自动地同步。
本发明的其他方面涉及用于处理导电非铁金属物体的自动系统。根据一个示例，公开自动机器人系统，其包括具有末端执行器的材料处理机器人，用于将最顶部非铁物体从物体堆提升和运动。系统还包括其上定位了物体的所述堆的平台、电磁卸堆设备、和系统控制器，所述系统控制器通信地联接到材料处理机器人和电磁卸堆设备。卸堆设备包括邻近物体的所述堆定位的一个或多个磁体。磁体(一个或多个)相对于定位在所述堆顶部上的非铁金属物体的导电表面沿第一横向方向产生磁场。两个或更多导电端子选择性地运动为与非铁物体的导电表面接触。这些导电端子让电流从电源沿第二横向方向通过非铁坯料，该第二横向方向通常与第一横向方向正交。如此，沿垂直方向产生足以让非铁金属物体从物体的所述堆移位的磁性分离力。
在本发明的其他方面，通过用于这种卸堆装置的方法和使用卸堆装置的方法。通过示例的方式，方法用于将导电非铁坯料从坯料堆垛分离。方法以以下步骤的任何组合和任何顺序包括：将磁体定位为邻近坯料堆垛的侧向侧；相对于所述堆顶部上定位的非铁坯料的表面经由磁体沿第一横向方向产生磁场；让第一和第二导电端子与非铁坯料的表面接触；和沿非铁坯料的表面沿第二横向方向传递电流，其中第二横向方向与第一横向方向正交，使得沿垂直方向产生足以将非铁坯料从坯料的所述堆升起的磁性分离力。
方法可以包括额外或替换的步骤。作为非限制性的示例，方法可以进一步包括经由操作性地联接到第一和第二导电端子的电子控制单元调节通过非铁坯料的电流的传递。作为另一非限制性选择，方法还可以包括，在传递用于升起非铁坯料的电流之后，选择性地经由自动行进机构将端子相对于坯料的所述堆重新定位。方法还可以包括将移位的非铁坯料保持在升高位置，使得坯料保持从坯料的所述堆移位。在传递电流之后，导电端子可以枢转离开所述堆。
根据本发明的一方面，提供了一种用于将导电的非铁坯料从坯料堆垛分离的电磁卸堆设备，该卸堆设备包括：磁体，其配置为定位在所述坯料堆垛的附近，该磁体配置为沿着相对于定位在所述坯料堆垛的顶部的非铁坯料的表面的第一方向而产生磁场；和第一导电端子和第二导电端子，其配置为接触所述非铁坯料的表面，并且使电流沿第二方向通过所述非铁坯料，其中，电流的第二方向与磁场的第一方向正交，以使得沿第三方向产生磁性分离力，该磁性分离力足以将所述非铁坯料从所述坯料堆垛移位。
可选地，所述磁体包括多个磁体。进一步可选地，所述磁体包括电磁体或永磁体或两者。
可选地，所述卸堆设备进一步包括电子控制单元，该电子控制单元操作性地联接到第一导电端子和第二导电端子，并配置为调节通过非铁坯料的电流传导。进一步可选地，所述电子控制单元包括可编程的高电流AC-至-DC电源控制器，或AC-DC电源控制器，其具有超级电容器和一系列高电流开关。
可选地，所述卸堆设备进一步包括自动行进机构，其配置为选择性使所述导电端子相对于所述坯料堆垛重新定位。
可选地，所述卸堆设备进一步包括隔离机构，该隔离机构可操作为将所述非铁坯料保持在至少部分地从所述坯料堆垛移位的升高位置。
可选地，所述卸堆设备进一步包括卸堆设备支架，其配置为将磁体定位在所述坯料堆垛的附近，以及将第一导电端子和第二导电端子放置为与所述非铁坯料的表面接触。进一步可选地，卸堆设备支架包括配置为在其上支撑磁体的背铁基部。进一步可选地，卸堆设备支架包括横向支撑轨道，第一导电端子和第二导电端子的每一个可滑动地安装至横向支撑轨道的相应部分。进一步可选地，卸堆设备支架包括第一偏压机构和第二偏压机构，其配置为将导电端子偏压至接触所述非铁坯料的表面。进一步可选地，卸堆设备支架包括第一可枢转电枢和第二可枢转电枢，第一导电端子安装在第一可枢转电枢上，且第二导电端子安装在第二可枢转电枢上。
可选地，所述卸堆设备还包括第一驱动装置和第二驱动装置，其可操作为选择性地分别使第一可枢转电枢和第二可枢转电枢枢转；和电子控制器，其可编程以控制驱动装置，并且由此使所述导电端子进入和离开与非铁坯料表面接触的枢转同步。
可选地，所述卸堆设备还包括第一液体管道和第二液体管道，其配置为将冷却液体分别输送至第一导电端子和第二导电端子。
根据本发明的另一方面，还提供了一种自动机器人系统，其用于处理导电非铁金属物体，该自动机器人系统包括：材料处理机器人，其具有末端执行器，该末端执行器配置为从一非铁金属物体的堆垛中移走非铁金属物体中的顶部的一个；系统控制器，其通信地联接至材料处理机器人；和平台，所述物体的堆垛放置在该平台上；电磁卸堆设备，其安装在支架附近，并且通信地联接至所述系统控制器，该电磁卸堆设备包括：固定装置组件；一个或多个磁体，其附接到所述固定装置组件，并且定位为邻近所述物体堆垛，所述一个或多个磁体配置为沿着相对于定位在所述堆垛的顶部的非铁金属物体的导电表面的第一横向方向产生磁场；和两个或更多导电端子，其可动地附接到所述固定装置组件，并且选择性地可枢转为接触非铁金属物体的导电表面，且使电流沿第二横向方向经过非铁物体，其中，第二横向方向与第一横向方向正交，以使得沿垂直方向产生足以让非铁金属物体从所述物体堆垛移位的磁性分离力。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于将导电非铁坯料从坯料堆垛分离的方法，该方法包括：将磁体定位为邻近坯料堆垛的侧向侧；经由磁体沿着相对于定位在所述堆垛的顶部上的非铁坯料的表面的第一横向方向产生磁场；让第一导电端子和第二导电端子与非铁坯料的表面接触；和沿非铁坯料的表面沿第二横向方向传递电流，其中，第二横向方向与第一横向方向正交，以使得沿垂直方向产生足以将非铁坯料从所述坯料堆垛提升的磁性分离力。
可选地，所述磁体包括多个磁体。所述磁体可以包括电磁体或永磁体或两者。可选地，上述方法进一步包括经由操作性地联接到第一导电端子和第二导电端子的电子控制单元调节通过非铁坯料的电流的传递。可选地，电子控制单元包括可编程高电流AC-至-DC电源或AC-DC电源，其具有超级电容器和一系列高电流开关。
以上内容目的不是给出本发明的每个实施例或每个方面。相反，前述内容仅仅给出了本文描述的一些新颖方面和特征的示例。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明一些方面的代表性自动制造系统的部分示意性透视图，其具有用于非铁坯料堆垛的材料处理机器人和电磁卸堆设备。
图2是图1的代表性电磁卸堆设备的示意图。
图3A和3B分别是由图1的代表性电磁卸堆设备所使用的磁体的正视图和侧视图，其用于分离非铁坯料。
图4是根据本发明一些方面的电磁卸堆设备的示例的透视图，其具有单个磁体和可动的电极支撑件。
图5是图4的代表性电磁卸堆设备的另一透视图。
图6是图4的代表性电磁卸堆设备的另一透视图。
图7A和7B是根据本发明一些方面的相对于非铁金属坯料堆垛的代表性卸堆磁体和电极设备的正视图和侧视图。
图8是根据本发明一些方面的另一代表性卸堆磁体和电极设备的相对于非铁金属坯料堆垛的正视图。
本发明可做出各种修改和替换，且一些代表性实施例已经在附图中通过示例示出且将在本文详细描述。但是，应该理解，本发明的新颖方面并不限于附图中示出的具体形式。相反，本发明覆盖所有修改、等效例、排列、组合、子组合和替换例，其落入所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
具体实施方式
本发明以许多不同形式给出了实施例。附图显示且在本文详细描述了本发明的实施例，应理解，本发明被认为是本发明远离的解释且目的不是要将本发明的宽泛的范围限制为所示的实施例。为此，在摘要、发明内容和具体实施方式部分中公开但是未在权利要求中限定的要素和限制不用被单独或共同地通过暗示、推论等而被理解为包括在权利要求中。为了本详细描述的目的，除非特别指出：单数包括多个且反之亦然；词语“和”以及“或”是结合性的和单独性的；词“所有”意味着“任何和所有”；词“任何”意味着“任何和所有”；和词“包括”和“包含”和“具有”意味着包括但不限于”。而且，近似含义的词例如“约”、“几乎”、“基本上”、“大约”等，在本文中可以是指“等于、接近或几乎等于”的含义，或为“3-5％的范围中”或“在可接受制造公差中”或是其,例如任何逻辑的组合。
本发明的一些方面涉及制造过程、设备、用于控制设备的方法、自动处理系统、和用于操作系统的过程，其一些或全部有助于使得具有导电表面的非铁物体的制造产量最大化。在一示例中，公开了一种用于板件金属处理和冲压的工厂的制造过程。卸堆机(destacker)工作站使用电磁装置将板件金属坯料分离，以用于在卸堆操作之后将分离的坯料供应到下一阶段。该卸堆机设备包括单个或多个永磁体、或具有一种或多种预定极性的电磁体，其相对于非铁材料堆置于预定位置。控制和功率装置被设置为将电流沿一个或多个预定方向以导电方式或感应方式注入到待与其余部分分离的板件中。
本发明还公开一种带起设备，其包括多个导电端子，多个导电端子可以选择性地放置为在相对于永磁体(一个或多个)或电磁体(一个或多个)的预定位置与非铁板件上的导电表面电接触。该设备可选地包括或操作性地联接到一装置，该装置用于通过板件的导电表面经由导电端子沿预定方向(一个或多个)供应预定量的DC电流(一个或多个)。上述装置可以包括可编程高电流AC-至-DC电源，例如焊接电源、或AC-DC电源和超级电容器，以及一系列高电流开关。
导电端子可以具有单个或多个元件，其在固定构件内滑动，其中，可滑动/可运动元件(一个或多个)可以通过绝缘、柔性的导电板簧或相似元件电连接到固定构件。所述端子可以具有用于流体冷却剂管线的流体联接结构，其传输流体以去除在操作期间产生的热量。作为另一选择，所述端子可以具有用于可拆卸末端的结构，其有助于定期的移位，以维持与板件的导电表面的正确电接触。
任何公开的带起装置构造可以设置有用于定位磁体(一个或多个)和/或电端子组件的器件，以维持磁体极和电端子相对于非铁板件堆的顶部的预定位置。另外或替换地，带起装置可以包括用于对非铁板件堆中的一些或所有进行索引的器件，以将所述堆的顶部带到相对于磁体和电端子组件的预定位置。一种用于带起设备的电子控制器可编程为同步电端子在顶部板件导电表面上的定位，以使得DC电流源将电流以预定形式和持续时间经过其中。该电子控制器可以调节电端子从顶部板件的去除和离开，以用于让板件在没有任何障碍的情况下被提升离开。
任何所公开的自动处理系统可以包括卸堆机器人，其具有带吸盘的末端执行器，以在通过所述堆的上部板件的导电表面施加电流的预定时间内将上板件提升。一种控制系统的方法可以包括，一旦卸堆机器人的末端执行器上的吸盘捕获带所述堆的被分离的顶部板件，则让电端子组件从所述堆的顶部运动离开其位置。
可以想到，所公开的带起设备配置为用于对含铁和非铁材料进行卸堆操作，其中，磁体组件的尺寸设置为对具有预定尺寸和形状的两种类型的材料进行卸堆操作。在该构造中，可拆卸附接或永久附接的电端子组件可以在处理非铁材料使用，现有的空气刀具作为冗余手段关联使用。
一些所公开的带起设备构造采用多个磁体，其具有面对导电坯料的单一的磁化极性，而电流沿预定方向施加到上部坯料以用于将其分离。本文还公开了一些构造，其采用具有面对导电坯料的交替的磁化极性的多个磁体，而多个电流沿相反方向从邻近极之间的顶部坯料上的点注入到在邻近极以外的点，以形成分离力。
在导电电极被主动压靠坯料的构造中，坯料上的施加到电极的力通常是关键的过程变量，且由此可以由固定装置的设计而密切控制。通过设计，电极可以随升起的坯料而向上浮动，同时在坯料上动态地保持所施加的末端力。由于末端力的瞬间损失而造成的电弧作用是不期望的，并且由此，通常应该防止这种情况的发生。电极的细部可以是电绝缘的，以确保所施加的所有电流通过坯料。
现在参见附图，其中相同的附图标记在几幅图中表示相同的特征。图1显示了根据本发明一些方面的代表性的自动制造系统的示意图，其通常以附图标记10示出。图1的示例性系统10在本文被描述为工业汽车冲压设施的一部分，以用于对非铁导电铝坯料16的堆垛进行成形和/或切割，以形成为汽车车身板件。然而，将示出的系统10并入汽车冲压设施仅仅是本发明的一种可以实施本公开的新颖方面的示例性应用。同样，用于冲压铝坯料的本发明的原理的实施方式还应被理解为本文公开的新颖原理的示例性应用。如此，应理解，本发明的各方面和特征可以整合到其他自动材料处理设施中，且可以用于任何逻辑上相关的类型的非铁物体的其他处理操作。
在图1示出的示例中，自动系统10采用材料处理机器人12，其与电磁卸堆设备20协作运行，以用于将坯料16从所述堆垛18分离、提升和运动(单独地或共同地称为“处理”)。如上所述，自动系统10可以用作为使用非铁导电坯料18的制造冲压机的冲压操作的一部分，所述坯料为即导电无磁性材料的平坦板或板件，所述材料例如铝、锌、镁、铝土矿、铜、铬铁矿及其合金，或具有非铁的导电层或部件的层叠塑料和/或复合材料。图1和2的实施例二者可以经由所公开的方法或过程中的任何一个控制，其目的在于辅助消除用于使用压缩空气将非铁坯料分离的空气刀具。
如上所述，冲压机操作通常涉及材料处理机器人12，其仅一部分由图1示意性所示，该机器人用于将坯料16装载到压机中。这种机器人12包括机器人手臂13，其具有可动地安装到机器人手臂的末端的末端执行器14。在所示的具体构造中，末端执行器14可以经由软管15提供真空，使得可以施加吸力，且由此可以从具有相同构造的坯料16的堆垛18上牢固地抓持和提升最上部的坯料16T。一旦最上部的坯料16T被机器人末端执行器14提升，则被装载到冲压机(未示出)中，机器人臂13在冲压机和堆垛18之间来回枢转，直到所有坯料16已经被相继地供应到冲压机中。末端执行器14可以包括DC电压源22(例如低压辅助电池)、一对电导体24和一对电接触器26(即导电的垫或接触表面)，以及以特定方式用于图2中示出的构造中的结构元件。
作为图1的电磁卸堆设备20的一部分，一个或多个磁体28定位在所述堆18的横向侧中之一的附近。取决于目的应用，磁体(一个或多个)28可以包括永磁体、电磁体或其组合。以30示意性地显示的电端子组件，将电流传导至所述堆18中的最上部的坯料16T中，并经过其传导。该操作产生等于电流(I)和磁场(B)乘以给定导体长度(L)的向量积的磁性力(F)即F＝B×I×L，在该示例中，所述长度是最上部的坯料16T上的电接触器之间的距离。该原理以特定方式产生“坯料带起”效果，其中，磁性力(F)被以受控且有目的的方式产生，以将坯料16(或至少所述堆18上的顶部数个坯料16)分离。图1和2实施例使用该原理——已知为洛伦兹力——以产生期望的坯料带起效果，图1显示使用DC电压源3，以直接将电流(I)注入到最上部的坯料16T中。
在示出的示例中，在通过一个或多个磁体28沿第一(横向)方向(如图1中的经过坯料16T的横向长度的右-左方向所示)产生正确取向的磁场的情况下，电流(I)作为DC电流直接注入到最上部的坯料16T中。图1的行进促动器装置34可以用于维持磁体(一个或多个)28和电端子组件30与所述堆18的相对定位。在不同实施例中，一个或多个磁体28的静态通量可以使用永磁体或电磁体的阵列形成。支撑结构36保持磁体28和电端子组件30与所述堆18的相对位置。支撑结构36可以是具有非导电和/或非磁性材料的立架、支架或固定装置，其定位在所述堆18旁边。
继续参考图1，DC电压源32具有经过一对电导体38传递的电势V(t)，所述一对电导体的每一个端接一相应的电接触器40，所述电接触器40压靠或定位在最上部坯料16T的上表面。接触器40经由其相应的电导体38电连接到DC电压源32。电子控制单元(ECU)50(其可以是焊接控制器或其他合适电子控制器)可操作为用于将电流(I)沿第二(横向)方向(如在图1中经过坯料16T的横向宽度的进出页面的方向所示)注入到最上非铁坯料16T中。电流(I)的方向被描绘为相对于磁场(B)的方向垂直，所述磁场(B)的方向被显示为沿坯料16T的导电顶表面。每当电接触器40直接接触最上坯料16T的表面且与DC电压源32的电路闭合时，即发生这种情况，由此在DC电压源32的电压下输送电流(I)。
作为示例性冲压操作的一部分，可选的位置传感器S1可以用于检测末端执行器14相对于最上坯料16T的位置，经检测的位置(箭头Px)传递到ECU 50。S1可以是任何合适的位置传感器，例如但不限于霍耳效应传感器或旋转编码器。控制器50，例如一个或多个计算机装置，其具有足够的存储器(M)、处理器(P)以及实施必要的编程所需指令，该控制器50可以与材料处理机器人12通信，例如与分开的机器人控制器通信，且被编程为接收位置信号Px。控制器50可以随后将控制信号22传递到电磁卸堆设备20，以使得仅当位置Px显示出末端执行器14处于最上坯料16T的经校准的距离内时，生产电流(I)。通过这种方式，电端子组件30相对于堆16的定位和速度控制可以接近地与材料处理机器人12的总体运动协调，例如经由闭环或开环反馈控制。同样，控制信号22可以将电端子组件30和磁体(一个或多个)28相对于所述堆18定位，例如随坯料16被冲压过程相继地消耗，并且堆18的高度降低，而逐渐地下降设备20。
接下来转到图2，其显示了图1的代表性电磁卸堆设备20的更详细的示意图。在该示例中，第一和第二导电端子40A和40B分别经弹簧加载，从而在最高的非铁金属坯料16T被从所述堆18向上带起、提升离开或移位时，端子接触器退回，从而使得对坯料运动的影响最小化。在顶部坯料16T随后被材料处理机器人12移动时，电端子组件30旋转、摆动或重新定位(例如经由退回器(retractor)和索引器(indexer)机构52)而离开所述堆18，因此顶部坯料16T可离开卸堆设备20。作为非限制性示例，这可以使用电子控制的使用压缩空气、液压流体、或电驱动马达的促动器实现。在示出的构造中，图2的磁体28是高能量积的稀土类型磁体，例如钕铁硼永磁体。所述牵引器和索引器机构52可以包括旋转促动器，其配置为让整个电端子组件30旋转，或只让接触器40A、40B旋转到机器人12的手臂14和坯料16T的路径以外。
图2还示出了变压-整流器54，其从电源32接收高电压、低电流的电力，并在传导到电端子组件30之前将其变压为低电压和高电流。在示出的示例中，变压器-整流器54通过一个或多个标准焊接变压器制造。变压-整流器54还用于将高电流低电压的交流电(AC)转换为高电流低电压的直流电(DC)。整流-逆变器装置56可以使用现有的焊接变压器和控制器，以提供低电压高电流的直流DC电，以用于为卸堆设备20供电。在该示例性架构中，流体管路58将冷却液体(例如水、机油等)提供到接触器，和/或将增压空气例如从增压空气源60提供到卸堆设备牵引器机构。
图3A和3B显示了代表性的磁体28的几何结构和尺寸，其可以由图1和2所示的电磁卸堆设备20使用。图3A显示了磁体28，其具有矩形的正视轮廓以及大约15.0英寸的长度。图3B显示磁体28具有矩形的侧面轮廓，高度大约7.0英寸，深度大约11.5英寸。图3B还分别显示了磁体28的北极N和南极S的相对位置和矩形形状。
图4显示了电磁卸堆设备20的示例的透视图，其具有单个的磁体28和可动的电极支撑结构36。在该示例中，电接触器40A、40B和电导体38A、38B可经由相应的可滑动安装支架41A和41B在横向支撑轨道37上滑动。安装支架41A、41B还允许电接触器40A、40B的旋转枢转。图5是图4的代表性电磁卸堆设备20的另一透视图。在该示例中，电接触器40A和40B在其各自的可滑动安装支架41A、41B上前后重新定位。图6是图4的代表性电磁卸堆设备20的侧面透视图。在该示例中，电接触器40A和40B可经由各自的可滑动安装轨道43A和43B垂直地重新定位。
图7A和7B示意性地显示了相对于非铁金属坯料16的堆18的代表性卸堆磁体和电极布置，以实现顶部坯料16T的分离。相对于磁体28以这种方式布置正接触电极40A和负接触电极40B，仅磁体28的顶部(北)被用于在顶部坯料16T上形成卸堆提升力。替换地，磁体28的相反(南)极可例如用于反向的电流方向。磁体的高度(例如见图3B)可选择性地变化，以提供期望的提升/带起距离。
图8是另一代表性电磁卸堆设备120的示意图，其具有相对于非铁金属坯料16的堆18的卸堆磁体和电极布置，以在顶部坯料16T上实现期望的分离力。根据该示例性布置，使用三个电极40A、40B、和40C，磁体28的北极N和南极S二者均用于在顶部板件16T上形成提升力。磁体28的高度可与所述堆18的高度相同，或如果期望，如果使用对所述堆的索引，则磁体28的高度比所述堆18的高度小。
可选地，任何公开的卸堆设备可以采用两个接触电极，以与三极磁体——即两个侧向端部(南)极和一个中心(北)极协作。磁体的中心(北)极可以用于在顶部板件16T上生产提升力。对于这一构造，磁体的高度可与所述堆18的高度相同，或如果期望，则比其更小，如果索引被使用的话。任何公开的卸堆设备可以包括分段的条状磁体，其支撑在背铁基部上。除了可选的非磁性间隔件，可设置表面保护。在这种情况下，磁体的北极和南极可以定位为面向上方。可选地，代表性的卸堆设备可以采用具有在底下的背铁、非磁性间隔件和表面保护措施的卸堆单条状磁体。
对于至少一些实施例，卸堆条磁体可以包括用于卸堆设备的背铁支撑件。这些卸堆设备可以利用单个卸堆磁体(或一系列紧紧地堆叠在一起的磁体段)，其通过横向取向的非磁性间隔件和表面保护措施制造。在该实施例中，条状磁体可以具有大约100cm的长度、大约10cm的宽度和大约5cm的高度。表面保护磁体覆盖件可以具有大约0.5mm到大约2.0mm的厚度。背铁支撑件可以具有大约3.0cm的厚度。可选磁体性能包括大于大约1.2T的磁体Br，大于大约50MGOe的磁体能量，和大约50℃的运行环境温度。
对于至少一些实施例，卸堆条状磁体组件可以采用背铁支撑件、可选间隔件、和表面保护覆盖件。构造可以有助于在沿每一个极的大约y＝1cm的垂直距离和大约x＝2cm的最小横向距离上实现大于大约0.2T的均匀垂直通量密度By。磁体和背铁支撑件的设计可以被改变以实现期望的通量密度。可选实施例可以采用具有背铁支撑件的卸堆条状磁体，以用于代表性卸堆设备，其中卸堆设备还利用单个卸堆磁体(或紧紧地堆叠在一起的一系列磁体段)，其通过横向取向的铝或其他等效非磁性间隔件和非磁性表面保护涂层制造。条状磁体可以具有大约100cm的长度、大约5cm的宽度和大约3cm的高度。表面保护涂层可以具有大约0.5mm到大约2.0mm的厚度。背铁支撑件可以具有大约3.0cm的厚度。铝间隔件具有大约5.0cm的宽度W和大约3.0cm的深度D。用于图5实施例的磁体性能包括磁体Br，其对于工作在大约50℃的环境温度下的磁体类型N52来说大于大约1.4T。如果使用不同的磁体材料，则这些代表性尺寸可以改变。
对于至少一些实施例，公开的卸堆设备构造有助于在沿每一个极的大约y＝1.0cm的垂直距离和大约x＝2.0cm的最小横向距离上实现大于大约0.2T的均匀的垂直通量密度By。磁体和背铁支撑件的设计可被修改以实现期望的通量密度。一个或多个分隔件可被取消，同时仍然保持这些性能特点。对于本文描述的任何或所有构造，背铁支撑件可被取消，例如，在使用永磁体的Halbach布置结构代替所示出的磁体布置结构的情况下。以同样的方式，在附图中显示的永磁条状磁体可被一个或多个电磁体替换，例如用于提供额外的磁场可控性。
磁体在代表性的非铁金属坯料上产生的垂直卸堆力可以根据磁体和坯料之间的间隙尺寸而改变。公开的磁体可以具有至少大约3.0cm的高度。对于至少一些构造，磁体可以具有至少大约4.0cm或至少大约5.0cm的高度。还公开了不具有磁体的代表性交流(AC)电动卸堆设备。在该示例中，频率可取决于板件的厚度和导电性，例如为约1到约5kHz。公开的电磁卸堆设备可以采用磁体而不具有背铁，且定位在顶部坯料的上方，而不是如前述实施例中那样在其附近。在该示例中，采用DC电流、脉冲DC电流或单向脉冲电流。磁体可包封有非磁性材料，用于防夹保护。还公开直流(DC)电磁卸堆设备，具有DC、脉冲DC或单向脉冲运行能力，永磁体(一个或多个)具有通量引导铁极，其刚好位于顶部坯料上方。注入到顶部坯料中的电流可以是DC、脉冲DC或单向脉冲，其根据本发明的一些方面运行。
还公开一种卸堆磁体布置结构，其用于具有成角度的角部的非铁金属坯料。在第一可选设备中，垂直磁场由垂直堆叠的四个磁体产生，每一对磁体经由背铁件连接。在第二可选设备中，水平磁场通过经由成角度的背铁件连接的两个磁体产生。这两种构造均需要在三个点处、通过三个电极中最小的电流注入。还公开一种电磁卸堆设备，其在两个卡在一起的板件的底部板件中以导电方式注入的电流，其与通过电磁体或永磁体阵列形成的磁场相互作用。静止永磁体产生与两个邻近坯料相互作用的磁场，例如通过末端执行器中的吸盘保持下方一个坯料与上方坯料的分离。分离力的量例如取决于永磁体的磁场强度、注入到下方板件的电流、接触电极之间的间距、和板件边缘和磁体表面之间的间隙。
还公开根据本发明一些方面的一种电磁卸堆设备，其使用在底部板件中通过到点方式注入的随时间改变的源电流和在顶部板件中感应出的涡流，以在卸堆操作期间将卡在一起的两个板件分离。对于本文公开的任何逻辑上相关的示例，铁芯/极可被取消，如果使用永磁体的Halbach布置结构的话。同样，一个或多个永磁体可被一个或多个电磁体替换。
尽管已经针对示出的实施例详细描述了本发明的一些方面，本领域技术人员应理解可以在不脱离本发明范围的情况下对本发明做出许多改变。本发明并不限于本文公开的确切构造和组成；从前述描述中得知的任何和所有修改、改变和变化在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。而且，本发明包括前述要素和相关方面的任何和所有组合和子组合。
相关申请的交叉引用及优先权要求
本申请要求2016年7月18日提交的美国临时专利申请No.62/363,539、2015年12月4日提交的美国临时专利申请No.62/263,097、2015年12月4日提交的美国临时专利申请No.62/263,094的优先权，所有这些申请以其全部内容和所有目的通过引用全部合并于此。

Claims (10)

1.一种用于将导电的非铁坯料从坯料堆垛分离的电磁卸堆设备，该卸堆设备包括：
磁体，其配置为定位在所述坯料堆垛的附近，该磁体配置为沿着相对于定位在所述坯料堆垛的顶部的非铁坯料的表面的第一方向而产生磁场；和
第一导电端子和第二导电端子，其配置为接触所述非铁坯料的表面，并且使电流沿第二方向通过所述非铁坯料，其中，电流的第二方向与磁场的第一方向正交，以使得沿第三方向产生磁性分离力，该磁性分离力足以将所述非铁坯料从所述坯料堆垛移位。
2.如权利要求1所述的卸堆设备，进一步包括电子控制单元，该电子控制单元操作性地联接到第一导电端子和第二导电端子，并配置为调节通过非铁坯料的电流传导。
3.如权利要求1所述的卸堆设备，其中，所述电子控制单元包括可编程的高电流AC-至-DC电源控制器，或AC-DC电源控制器，其具有超级电容器和一系列高电流开关。
4.如权利要求1所述的卸堆设备，进一步包括自动行进机构，其配置为选择性使所述导电端子相对于所述坯料堆垛重新定位。
5.如权利要求1所述的卸堆设备，进一步包括隔离机构，该隔离机构可操作为将所述非铁坯料保持在至少部分地从所述坯料堆垛移位的升高位置。
6.如权利要求1所述的卸堆设备，进一步包括卸堆设备支架，其配置为将磁体定位在所述坯料堆垛的附近，以及将第一导电端子和第二导电端子放置为与所述非铁坯料的表面接触。
7.如权利要求6所述的卸堆设备，其中，卸堆设备支架包括横向支撑轨道，第一导电端子和第二导电端子的每一个可滑动地安装至横向支撑轨道的相应部分。
8.如权利要求6所述的卸堆设备，其中，卸堆设备支架包括第一偏压机构和第二偏压机构，其配置为将导电端子偏压至接触所述非铁坯料的表面。
9.如权利要求6所述的卸堆设备，其中，卸堆设备支架包括第一可枢转电枢和第二可枢转电枢，第一导电端子安装在第一可枢转电枢上，且第二导电端子安装在第二可枢转电枢上。
10.如权利要求9所述的卸堆设备，进一步包括：
第一驱动装置和第二驱动装置，其可操作为选择性地分别使第一可枢转电枢和第二可枢转电枢枢转；和
电子控制器，其可编程以控制驱动装置，并且由此使所述导电端子进入和离开与非铁坯料表面接触的枢转同步。
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