CN109673151B - 在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统 - Google Patents

在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种在面罩生产线中围绕连续的多个面罩的主体缠绕紧固系带的自动化系统和方法。所述面罩被取向为使得每个面罩具有自主体(116)沿生产线的传送方向延伸的前系带对(118)和后系带对(120)。在主体沿传送方向继续传送时，所述前系带对被拉到所述主体的下方并且在所述主体下方缠绕。接下来，将冲击力引导向所述主体，所述冲击力足以使得所述主体在面罩沿传送方向继续传送时向后翻转至少一次，从而使得所述前系带对和所述后系带对绕所述主体进一步缠绕。

Description

在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统
技术领域
本发明大体涉及保护面罩比如手术面罩领域，更具体地涉及在此种面罩的生产线中缠绕附接至每一个面罩的头部紧固系带的方法和系统。
相关申请族
本申请的主题涉及以下同时提交的PCT申请(所有申请均指美国)：
a.国际申请号：PCT/2017/047051；发明名称为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
b.国际申请号：PCT/2017/047054；发明名称为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
c.国际申请号：PCT/2017/047055；发明名称为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
d.国际申请号：PCT/2017/047057；发明名称为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
e.国际申请号：PCT/2017/047058；发明名称为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
上述引用的申请通过援引并入本文以实现所有目的。引用的申请中描述的主题的特征和方面的任何组合可以与本申请的实施方案组合以形成本发明的其它实施方案。
背景技术
目前已知多种构造的一次性过滤式面罩或呼吸器，并有多种名称，包括“面罩”、“呼吸器”、“过滤式面部呼吸器”、“手术面罩”等。出于本文的目的，这样的装置在本文中通称为“面罩”。
在自然灾害或其它灾难性事件期间，为救护工作者、救援抢险人员及一般民众供应防护面罩的能力是至关重要的。例如，在流行病爆发期间，使用能够过滤呼吸空气的面罩是应对此类事件并使情况好转的关键。因此，政府和其它市政机关通常会保持一定的面罩储备量，以应对突发紧急事件。然而面罩有规定的保存期限，库存必须处于持续监管下以防面罩过期并及时补给。这是一项非常昂贵的工作。
最近已开始调查是否可以在流行病或其它灾害期间不依赖库存而“按需”大批量生产面罩。例如在2013年，隶属美国卫生与公共服务部准备与响应助理卿办公室的生物医学高级研究与开发局(BARDA)估计美国在流行病爆发期间，所需面罩量达1亿个；并计划研究能否通过每日批量生产150万到200万个面罩来满足该需要，并避免面罩囤积。这意味着每分钟生产约1500个面罩。由于技术和设备的限制，现有的面罩生产线每分钟只能生产100个面罩，远未达到预期目标。因此，如果想把在流行病期间“按需”生产面罩的目标变成现实，则需要在制造和生产过程中取得进步。
褶皱面罩的某些构造包括结合到矩形主体的顶部边缘和底部边缘的头部紧固系带。例如，传统手术面罩可具有3.75英寸×7英寸的褶皱矩形主体，其居中地位于32英寸的系带上，该系带沿着该主体的顶部边缘和底部边缘(长边)结合至该主体上。在生产线的加工方向上，这些系带限定了前系带组和后系带组。在将单个面罩传送至包装站之前，通常期望将系带绕面罩主体缠绕。但是，目前用于缠绕系带的手工方法和自动化方法相对较慢。为了按照上文所述产量大批量地生产面罩，有必要在维持生产线的高生产速度的同时将系带绕面罩主体缠绕。
本发明强调了这种需求并且提供了在面罩生产线中将头部紧固系带绕面罩主体进行高速缠绕的方法和相关系统。
发明内容
本发明的目的和优点将在下文说明书中提及，或者将从说明书中显而易见，或者可从本发明的实施中了解。
根据本发明的方面，提供了一种在面罩生产线中将多条紧固系带绕连续的多个面罩的主体缠绕的自动化方法。该方法包括在生产线中的任意形式的传统传送机上以一定取向传送面罩，使得每个面罩具有自主体沿生产线的传送方向延伸的前系带对和后系带对。在生产线的缠绕站处或在该缠绕站的沿传送方向的上游位置，在面罩沿传送方向继续传送时，所述前系带对被拉到所述主体的下方，以使所述前系带对在所述主体的下方缠绕。接下来，将冲击力引导向面罩主体，该冲击力足以使主体在面罩沿着传送方向继续运动时向后翻转至少一次。
在具体实施例中，前系带对通过布置在所述传送机下方的抽吸装置被拉到所述主体的下方。例如，所述抽吸装置可布置在所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙内，使得所述前系带在所述主体到达间隙之前被拉到所述传送机的平面下方。在所述主体移动通过间隙并且移至所述传送机的第二部段上时，所述前系带被拉出所述抽吸装置并且在所述主体的下方被缠绕/收折。
使得所述主体在所述面罩沿传送方向移动时发生翻转的冲击力可根据所述系带的长度以及期望的缠绕次数而被多次施加以使得所述主体多次翻转并且使得所述前系带对和所述后系带对绕所述主体多次缠绕。
在具体实施例中，多个冲击力施加装置在缠绕站的按序间隔开的多个位置处被操作。通过这种方式，单个面罩不会沿着传送方向停住以形成多次缠绕。但是在其它实施例中，该多个冲击力施加装置在缠绕站的相同位置处实施。例如，当主体第一次向后翻转时，其再一次趋近于同一个冲击装置并且可通过这同一个装置一次或多次地翻转。
冲击力可通过机械致动装置施加，该机械致动装置以足够的力击打所述主体的下侧以使得所述主体在所述面罩沿所述传送方向继续传送时向后翻转。例如，该机械装置可包括活塞驱动(例如液压、气动、弹簧驱动等)的撞击面罩主体下侧的帽状或板状构件，或者包括旋转或偏心驱动构件等。应理解的是，为此目的可采用落入本发明范围和精神内的任意数量的不同的适用机械冲击装置。机械致动装置的作用时间可例如通过传感器进行控制，该传感器布置成仅在主体到达装置之前检测面罩主体的前边缘。作用时间也可基于面罩的间距和传送速度而预设。
在另一个实施例中，冲击力可通过气压装置施加，所述气压装置引导高压气体以足够的力冲击主体的下侧，以使主体随着面罩沿着传送方向继续传送而向后翻转。例如，气压装置可包括布置在传送平面下方、在传送机中的间隙内的喷嘴。在面罩主体越过所述间隙时，高压空气从喷嘴处喷射冲击主体的下侧并且使得面罩向后翻转，由此将系带绕主体缠绕。
除了改进分配过程并且使得面罩的佩戴更加容易，单独缠绕的面罩提供用于更加紧凑的分配盒。当系带不是单独缠绕时，该分配盒和箱需要明显更大以容置一堆系带。
本发明也包括根据如本文描述和支持的本方法的在自动生产线中绕面罩主体缠绕紧固系带的各个系统实施例。
本发明的其它特征和方面在下文进行更详细描述。
附图说明
本说明书的其余部分更具体地阐述了针对本领域普通技术人员的本发明包括其最佳模式的完整且可行的公开，其参考附图，其中：
图1是用户佩戴的传统面罩的立体图，该面罩包括上头部紧固系带和下头部紧固系带；
图2是用户佩戴的另一个传统面罩的立体图，该面罩包括上头部紧固系带和下头部紧固系带；
图3a和3b是部分面罩生产线的俯视图，其包括本发明中绕面罩的主体切割和缠绕前系带和后系带的方面；
图4a至4c是随着面罩沿着传送方向继续移动通过生产线在面罩主体下方绘出的前系带的连续视图；
图5a至5d是示出了面罩主体通过机械冲击装置一次或多次地快速翻转以使前系带和后系带绕该主体缠绕的连续视图；
图6是示出了面罩主体通过气动冲击装置一次或多次地快速翻转以使前系带和后系带绕该主体缠绕的视图。
具体实施方式
现将详细参照本发明的各实施例，下文表明其一个或多个示例。所提供的每个实施例用以对本发明进行解释而非对发明进行限制。事实上，对于本领域技术人员显而易见的是在不脱离本发明的范围或精神的条件下可对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分所示出和描述的特征可用于另一个实施例以形成再一个实施例。由此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求范围内的此种修改和变型以及它们的等同方案。
如上所述，本方法和系统涉及用于支持面罩生产线的高产量的自动化方法将紧固系带绕面罩主体进行缠绕。上游和下游面罩生产步骤不是本发明的限制内容，由此在本文中不做详细解释。
本发明还涉及或提及了面罩的某些部件通过生产线的传送或传输。应易于理解的是，物料传送机(例如旋转传送机和线式传送机)、物料放置机(例如真空吸盘放置机)和传送装置中的任意方式和结合在物料传送行业中是众所周知的并且可用于本文描述的目的。没有必要为了理解和评价本方法而对这些众所周知的装置和系统进行详细解释。
具有成对的头部紧固系带的面罩的各种类型和构造是众所周知的，包括扁平褶皱的面罩和袋形(例如“鸭嘴形”)面罩，下文对两者进行了简单描述。本发明能够应用于这些传统面罩以及任意其它类型面罩的生产线，其中为了后续包装、分配、佩戴或任意其它原因而将头部紧固系带绕面罩主体进行缠绕是有利的。仅为了说明性目的，本方法的方面在本文中参照如图1所示的特定类型的扁平褶皱面罩进行描述。
参见图1，在佩戴者12的面部示出了代表性扁平褶皱面罩10。该面罩10包括借助于一对上系带16和一对下系带18固定至佩戴者12的过滤主体14。这些系带可由通过已知的传统方式沿着主体14的侧向边缘20附接的连续带所限定。在替代实施例中，该成对的系带16、18可沿着主体的顶部和底部边缘22附接，或者可由附接至主体14的圆角的单个构件所限定。
图2示出了鸭嘴形面罩11，其佩戴于佩戴者12的面部上时大致呈杯形或锥形，由此提供了制成锥形的面罩的“离开面部”的优点，同时对于佩戴者12而言仍然易于在使用前将面罩11携带于包内。“离开面部”式面罩相较于与佩戴者大部分面部接触的柔软有褶的面罩提供了更大的呼吸腔室。由此，“离开面部”式面罩允许更加凉爽和顺畅的呼吸。通过这种方式，成对的系带16、18可如上文参照图1的面罩10所述方式附接。
图3a示出了一部分面罩生产线100，其中多个面罩主体116在传送机104上沿传送方向106移动。多个主体116通过沿所述主体116的每个相对侧边的连续系带117连接。此连续系带117在上游工序中施加至主体116的侧边。系带117和多个主体116被传送通过切割站121，在切割站121中刀片或其它切割装置切割多个主体116之间的连续系带117。通过这种方式，每个面罩114接下来相对于面罩114的传送方向106包括主体116和一对前系带118以及一对后系带120。单个系带118、120的长度是切割站121上游的多个主体116之间间距的函数。
图3b示出了传送机104上位于图3a的切割站121下游的面罩114。包括主体116和前系带118以及后系带120的单个面罩114沿传送方向106连续传送至自动缠绕站122，如下文更详细描述。面罩114从缠绕站122中出来，前系带对118和后系带对120在主体116的侧边附近绕主体116缠绕一次或多次。面罩114从此处可被传送至下游包装站138(图5a-5c)。
在替代的传统褶皱面罩114的实施例中，系带118、120沿着面罩主体116的上(鼻部)边缘和下(下巴)边缘附接，由此相对于主体116的较长方位具有最初水平的取向。用于缠绕系带的本方法和系统也能应用于这些类型的面罩114。通过这种类型的面罩114，系带可在面罩114到达缠绕站122之前初始转动或取向，从而系带相对于主体具有与在图3b中示出的面罩114和系带118、120相同的取向。替代地，系带118、120无需重新取向，而是可围绕主体116的较长方位缠绕。因此应当理解的是，本方法和系统不限于系带118、120相对于面罩主体116的任何特定形式或附接。
图3b还示出了位于缠绕站122下游的设置站123，其用于在缠绕系带118、120内设置褶痕，以确保该系带不会在包装过程中以及在摘下和佩戴该面罩114时过早地散开/解开。这可例如通过使具有已缠绕好的系带的面罩114通过能够在已缠绕的系带118、120中形成褶痕或卷曲的压辊之间或压缩传送机构的压印线之间来完成。
图4a至4c示出了装置134的实施例，该装置134位于缠绕站122处(或者位于缠绕站的上游)，以随着面罩114沿传送方向106继续传送而在最初将前系带对118拉到面罩主体116的下方。该传送机104包括第一部段108和第二部段110，在部段108、110之间限定出间隙112。抽吸装置124设置在传送机104的传送平面的下方，位于间隙112之内。抽吸装置124通过控制/抽吸管线125抽真空。如在后续图中示出，随着前系带对118接近间隙112，它们被向下拉入抽吸装置124内，同时主体116继续移动进过间隙112并移至传送机104的第二部段110上。随着主体116沿传送方向106继续移动，前系带对118被拉出抽吸装置124并由此如图4c所示被收折(部分缠绕)在主体116的下方。抽吸装置124可被控制为基本连续地抽取真空，该真空足以将系带118拉入，还允许系带118随着主体继续移动通过间隙112而被随之撤出。在替代实施例中，该抽吸装置可被控制为仅间歇地施加真空以在最初将前系带118拉入，其中在主体116移动通过间隙112时该真空被释放。
应理解的是，用于将前系带对118拉至主体116下方的装置134并不限于上文描述的实施例。替代实施例可仅依赖于重力，其中前系带对118落入间隙112中。在替代实施例中，可在间隙中设置机械装置，比如机械抓手或摩擦滚轮以在系带118落入间隙112时与其接合。
接下来在前系带对118被收折在其主体116下方的情况下将面罩114传送通过位于缠绕站122处的装置136，其用于朝向面罩主体16施加足以在面罩114沿传送方向106继续被传送时使得主体116向后翻转至少一次的冲击力。随着面罩主体116翻转，使得前系带对118和后系带对120绕主体116进一步缠绕。可多次施加冲击力以引起主体116多次翻转，由此根据系带的长度和期望的缠绕数，前系带对118和后系带对120绕主体116多次缠绕。
如图5a至5d所示，可能期望多个冲击力施加装置沿传送方向在缠绕站122的按序间隔开的多个位置处实施。通过这种方式，单个面罩114会沿传送方向不停住地形成多次缠绕。但是，在其它实施例中，该多个冲击力施加装置也可在缠绕站122的相同位置处实施。例如，图5a至5d的实施例中的单个站(在下文进行更加完整的描述)可用于使主体116多次翻转。当主体116第一次向后翻转时，其再一次趋近于同一个冲击装置并且可通过这个同一个装置以“循环”操作顺序被一次或多次地翻转。
参照图5a至5d，冲击装置136由一个或多个机械装置126实现，该机械装置126布置在传送机104的传送平面的下方，位于传送机104中对应间隙112内。如图5a和5b可见，当主体116的前边缘移至间隙112时，该机械装置126通过控制管线128致动，构件127(比如帽状件、板状件、滚轮等)指向上方并且以足够的力击打主体116的下侧(位于系带118、120将在其上绕主体116缠绕的区域之间)以使得主体116随着面罩114继续沿传送方向传送而向后翻转。该构件127快速缩回以允许主体116继续越过间隙112。一旦缩回，该构件127可用作桥以使主体移至传送机104的下游部段之上。
机械装置126可包括活塞驱动(例如液压、气动、弹簧驱动等)的帽状构件或板状构件127，其如上文所述地布置在传送机下方并且撞击面罩主体的下侧，或者包括旋转或偏心驱动构件等。如上所述，为此目的可采用落入本发明范围和精神内的任意数量的不同的可适用的机械冲击装置。机械致动装置126的作用时间可例如通过传感器进行控制，该传感器沿传送机104布置以在主体到达间隙112时监测面罩主体116的前边缘。作用时间也可基于面罩的间距和传送速度预设。
如从图5a至5d可知，多个装置126可被布置在传送机104中多个对应间隙112内以形成系带118、120的多次缠绕。取决于系带118、120的实际长度，可能没有必要使用所有按序布置的多个装置126。
在另一个实施例中，冲击力装置可为如图6所示的气压装置。此实施例是“非接触”系统，在其中无需与主体116机械接触。通过管线136控制/供给高压空气的气压装置131可直接从一个或多个喷嘴131处喷射高压空气从而以足够的力冲击主体116的下侧使得主体116随着面罩114沿传送方向106继续传送而向后翻转。例如，气压装置131可将喷嘴131布置在传送平面的下方，传送机104中的间隙112内。随着面罩主体116越过间隙112，高压空气从喷嘴131处喷射冲击主体116的下侧并且使得面罩114向后翻转，由此将系带118、120绕主体116缠绕。
以上具体示出和描述的材料并不意味着限制，而是用于示出和教导本发明主题的各种示例性实施方式。如所附权利要求书所述，本发明的范围包括本文所讨论的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员将想到的这些变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于在面罩生产线中绕多个连续面罩的主体缠绕紧固系带的自动化方法，包括：
在生产线中的传送机上按一定取向传送所述多个面罩，使得每个面罩具有从主体沿生产线的传送方向上延伸的前系带对和后系带对；
在生产线中的缠绕站处或缠绕站的上游，在所述多个面罩沿传送方向继续传送时将所述前系带对拉到所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙内从而拉到所述主体下方，以使所述前系带对在所述主体下方缠绕；
在缠绕站处，接下来将冲击力引导至所述主体，所述冲击力足以使所述主体在面罩沿传送方向继续传送时向后翻转至少一次，由此使得所述前系带对和所述后系带对进一步绕所述主体缠绕。
2.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，位于所述间隙内的所述前系带对通过布置在所述传送机下方的抽吸装置被拉到所述主体的下方。
3.根据权利要求2所述的自动化方法，其中，所述抽吸装置布置在所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的所述间隙内，所述面罩移至所述传送机的第二部段并将所述前系带对拉出所述抽吸装置以使所述前系带对在所述主体下方缠绕。
4.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述冲击力被多次施加至所述主体以使所述主体多次翻转，进而所述前系带对和所述后系带对绕所述主体多次缠绕。
5.根据权利要求4所述的自动化方法，其中，冲击力多次施加沿传送方向在缠绕站的多个按序间隔的位置处进行。
6.根据权利要求4所述的自动化方法，其中，冲击力多次施加在该缠绕站上的相同位置处进行。
7.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述冲击力由机械装置施加，所述机械装置以足够的力冲击所述主体的下侧以使所述主体在所述面罩继续沿传送方向传送时向后翻转。
8.根据权利要求7所述的自动化方法，其中，该机械装置自下方伸展穿过该传送机中的间隙，所述多个面罩在该传送机上被传送经过该缠绕站。
9.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述冲击力由气压装置施加，所述气压装置引导高压气体以足够的力冲击该主体的下侧，以使所述主体在该面罩沿传送方向继续传送时向后翻转。
10.根据权利要求9所述的自动化方法，其中，所述气压装置引导高压气体自下方穿过该传送机中的间隙，所述多个面罩在所述传送机上被传送经过该缠绕站。
11.一种自动化生产线系统，其用于绕传送通过生产线的多个连续面罩的主体缠绕紧固系带，包括：
传送机，这些面罩在该传送机上按一定取向传送，使得每个面罩具有自主体沿生产线的传送方向延伸的前系带对和后系带对；
缠绕站，其位于所述生产线中；
用于在该缠绕站处在面罩继续沿所述传送方向传送时将所述前系带对拉至所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙内从而拉到所述主体下方而使所述前系带对在所述主体下方缠绕的装置；和
用于接下来将冲击力引导向所述主体的装置，所述冲击力足以使所述主体在所述面罩沿传送方向继续传送时向后翻转至少一次，由此使所述前系带对和所述后系带对绕所述主体进一步缠绕。
12.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中，用于拉动所述前系带对的装置包括布置在将所述面罩传送至所述缠绕站的传送机下方的抽吸装置。
13.根据权利要求12所述的自动化生产线系统，其中，所述抽吸装置布置在所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙内，所述面罩移至所述传送机的第二部段上并将所述前系带对拉出所述抽吸装置以使所述前系带对在所述主体下方缠绕。
14.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中，用于引导冲击力的装置多次致动，以使所述主体多次翻转且进而使所述前系带对和所述后系带对绕所述主体多次缠绕。
15.根据权利要求14所述的自动化生产线系统，其中，在所述缠绕站沿传送方向的按序间隔的多个位置处进行多次致动。
16.根据权利要求14所述的自动化生产线系统，其中，在所述缠绕站的相同位置处进行多次致动。
17.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中，用于引导冲击力的装置包括机械装置，所述机械装置布置成以足够的力冲击所述主体的下侧以使所述主体在所述面罩沿传送方向继续传送时向后翻转。
18.根据权利要求17所述的自动化生产线系统，其中，所述机械装置被布置成自下方伸展穿过该传送机中的间隙。
19.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中，用于引导冲击力的装置包括气压装置，所述气压装置被布置成引导高压气体以足够的冲击力冲击该主体的下侧，使得所述主体在所述面罩沿传送方向继续传送时向后翻转。
20.根据权利要求19所述的自动化生产线系统，其中，所述气压装置被布置成引导高压气体自下方穿过该传送机中的间隙。
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