CN109673152A - 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

一种用于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系统和方法。所述面罩被定向为使得每个面罩具有从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，面罩主体随后被夹持以防止主体旋转。利用在传送机每一侧边处的旋转装置抓持前系带对和后系带对，该旋转装置绕主体旋转以使前系带对和后系带对绕主体缠绕。

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(所有申请均指美国申请)：
a.代理人案卷号：64984235PCT01(HAY-3161-PCT)；国际申请号： ；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
b.代理人案卷号：64984283PCT01(HAY-3162-PCT)；国际申请号： ；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
c.代理人案卷号：64984315PCT01(HAY-3164-PCT)；国际申请号： ；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
d.代理人案卷号：64984289PCT01(HAY-3165-PCT)；国际申请号： ；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统”。
e.代理人案卷号：64984295PCT01(HAY-3166-PCT)；国际申请号： ；题目为“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，已经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基于“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，提供了一种用于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，使得每个面罩具有从主体沿生产线的传送方向延伸的前系带对和后系带对。在生产线中的缠绕站处，面罩主体随后被夹持装置夹持以防止主体旋转。然后利用位于传送机每一侧边处的、可绕主体旋转的旋转装置抓持前系带对和后系带对。然后旋转该旋转装置以使前系带对和后系带对绕主体缠绕。
在特定实施例中，其中前系带对和后系带对中的系带各自被旋转装置单独抓持。例如，每个旋转装置可包括前轨道和用于抓持后系带中的一条系带的可滑动夹具，其中在该轨道旋转时，系带绕主体缠绕，并且该夹具沿着轨道朝向主体滑动。该轨道可相对于穿过夹持装置和主体的旋转轴线旋转。
在某个实施例中，在旋转装置绕主体缠绕前系带对和后系带对时，夹持装置和主体沿传送方向传送。
在替代实施例中，在旋转装置绕主体缠绕前系带对和后系带对时，夹持装置和主体相对于传送方向保持静止。
在特定实施例中，该方法包括：在面罩继续沿传送方向传送时将前系带对拉到主体下方，使得在利用夹持装置夹住主体之前使前系带对在主体下方缠绕(例如收折)。该功能通过布置在传送机的间隙中的抽吸装置实现。对于该实施例，每个旋转装置可包括后轨道对和沿着每个后轨道可滑动的夹具，其中，在夹具沿轨道朝向主体滑动时，前系带和后系带被各自的夹具抓持并且绕主体缠绕。
该方法的实施例可包括在靠传送机的间隙旁边布置的导轨上传送每个旋转装置和夹持装置。
除了改进分配过程并且使得面罩的佩戴更加容易，单独缠绕的面具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加详细的描述。
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和图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至图4f是示出根据本发明实施例的绕面罩主体缠绕前系带和后系带的连续俯视图；
图5是绕面罩主体缠绕前系带和后系带的实施例的侧视图；
图6是绕面罩主体缠绕前系带和后系带的替代实施例的侧视图；和
图7a和图7b是前系带在面罩沿生产线中的传送方向继续移动时被拉到面罩下方的连续视图；
图8a和图8b是示出根据本发明的实施例绕面罩主体缠绕前系带和后系带的替代实施例的连续俯视图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的各个实施例，下文示出了其一个或多个示例。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书范围内的此种修改和变型以及它们的等同方案。
如上所述，本方法和系统涉及以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没有限制本发明的各方面，因此将不在本文中做详细解释。
本发明还涉及或提及了通过生产线传送或传输面罩的某些部件。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，将本方法的各方面在本文中参照图1所示的特定类型的扁平褶皱面罩进行描述。
参照图1，在佩戴者12的面部上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，或者可被附接至主体14的圆角的单个构件所限定。
图2示出了鸭嘴形面罩11，其在佩戴于佩戴者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面部大部分接触的柔软褶皱的面罩而言，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可如上文所述参照图1的面罩10进行附接。
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。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在上游工序中被施加至主体116的侧边。该系带117和主体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和的前系带118对以及后系带120对。单个系带118、120的长度是切割站121上游的主体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，如下文更加详细描述。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)边缘被附接，由此相对于主体116的较长方位具有最初水平的取向。本发明的用于缠绕系带的方法和系统也能应用于这些类型的面罩。通过这种类型的面罩114，系带可以在面罩114到达缠绕站122之前初始转动或定向，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无需重新定向，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通过能够在已收折好的系带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3b还示出了在缠绕站122处或在缠绕站的上游处的可选的装置128，以在面罩114沿传送方向106继续传送时而在最初将前系带对118拉到面罩主体116的下方。该功能在本发明的所有实施例中不是必需的，并且将在下文全面地被描述。
图7a和图7b示出了在面罩114沿传送方向106继续传送时而在最初将前系带对118拉到面罩主体116的下方的装置128的实施例。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在间隙112中设置在传送机104的传送平面的下方。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接近于间隙112，它们被向下拉入抽吸装置124内，同时主体116继续移动通过间隙112并且移至传送机104的第二部段110上。随着主体116沿着传送方向106继续移动，前系带118对被拉出抽吸装置124，并且由此被折叠(部分缠绕)在主体116的下方，如图7b所示。抽吸装置124可被控制为基本连续地抽取真空，该真空足以将前系带118拉入，还允许系带118随着主体继续移动通过间隙112而被随之抽出。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初始将前系带118拉入，其中在主体116移动通过间隙112时该真空被释放。
如果在图7a和7b中示出的装置1128在进一步缠绕系带118、120之前被用于将前系带118在主体116下方收折，那么具有收折在主体116下方的前系带对118的面罩接下来经由第二传送部段110被传送至缠绕站122，其中系带118、120被进一步绕主体116缠绕，同时保持主体116静止，如下文更全面的描述。
应理解，用于将前系带对118拉至主体116下方的装置128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。
在缠绕站122处，主体116保持旋转静止(如下所述)，同时系带118、120被抓持并且相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转，以使前系带对118和后系带对120进一步绕主体116缠绕。取决于系带的长度和期望的缠绕数，该方法的缠绕方面包括系带118、120的部分缠绕或多次缠绕。
参照图4a-图4f和图5，示出了缠绕站122(图3b)处缠绕工序的方法和系统100的实施例。面罩114在传送机104上沿着传送方向106被传送，前系带对118和后系带对120如图所示定向。在该实施例中，前系带对118先前并未在主体116下方收折。面罩主体116随后被夹持装置130夹住以防止主体116旋转。然后，由位于传送机104的每一侧边处的、能相对于穿过主体116的旋转轴线133(图4c)绕主体116被旋转驱动的自动旋转装置126抓持前系带对118和后系带对120。该动作导致前系带对118和后系带对120绕主体116缠绕。
在图4a-图4f和图5所示出的特定实施例中，前系带对118和后系带对120中的系带各自由旋转装置126单独地抓持。例如，每个旋转装置126可包括旋转驱动框架135，其具有从框架135沿相对方向延伸的前轨道136和后轨道138。这些轨道136、138中的每个均包括可滑动夹具134。如图4a所示，在最初开始位置，自动夹持装置130移动接合主体116。前轨道136上的自动夹具134抓持前系带118，后轨道138上的自动夹具134抓持后系带120。伺服电动机、电机和控制器的任何结构可构造用于夹持装置130和夹具140的自动化功能。
图4b示出了带保持在其中的主体116和系带118、120的旋转装置126沿着传送方向106被移动至传送机104的间隙112，间隙112具有足够的长度以允许绕主体116旋转轨道136、138。如图5特别示出，随着轨道136、138和框架135(图5)相对于主体被旋转驱动，系带118、120绕主体116缠绕，夹具134沿着轨道136、138朝向主体116滑动，如图中箭头所示。应当理解，术语“滑动”意为包括在夹具134和轨道136、138之间能够使夹具134随着轨道136、138的旋转朝向主体116移动的任何接合形式。
图4c示出轨道136、138旋转和系带118、120绕主体116缠绕的中间状态。
图4d示出位于轨道136、138上的最终位置的夹具134和主体116上系带118、120缠绕的最终程度。夹具134可以在该位置(或图4e的位置)松开单个系带118、120。
图4e示出沿传送方向106将旋转装置126移动至一位置，使得面罩114可以被夹持装置130松开并放回至传送机104。
图4f示出回退装置126，在松开面罩114后，沿着与传送方向106相反的方向移动以返回至图4a的最初开始位置。
在所示实施例中，回退装置126沿着靠传送机旁边布置的导轨132沿传送方向(和回退方向)被驱动。电动机、控制器和导轨/轨道系统的任何形式可用于驱动如本文所述的回退装置126。
图6和图8a-图8b示出系统和方法的实施例，其中前系带对118被拉到主体116下方，使得在利用夹持装置130夹住主体116之前，前系带118对在主体下方缠绕。参照图7a-图7b，为此目的，如上所述的系统可布置在缠绕站的上游。在该实施例中，旋转装置126可仅包括后轨道对138，每个轨道上的夹具134用于抓持后系带120和已收折的前系带118。图6和图8b示出后轨道138在间隙122内的旋转(以及夹具134的滑移)以绕主体116缠绕系带118、120。
以上特别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 (18)

1.一种用于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，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，使得每个面罩均具有从主体沿生产线的传送方向延伸的前系带对和后系带对；
在生产线中的缠绕站处，随后利用夹持装置夹持所述主体以防止所述主体旋转；
在所述缠绕站处，利用位于所述传送机的每一侧边处的、绕所述主体旋转的旋转装置抓持所述前系带对和所述后系带对，并且旋转所述旋转装置以使所述前系带对和所述后系带对绕所述主体缠绕。
2.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述前系带对和所述后系带对中的系带各自由多个旋转装置单独抓持。
3.根据权利要求2所述的自动化方法，其中，每个旋转装置包括前轨道和用于抓持所述前系带中的一条系带的可滑动夹具以及后轨道和用于抓持所述后系带中的一条系带的可滑动夹具，其中在所述轨道旋转时，该系带绕所述主体缠绕且该夹具沿着所述轨道朝向所述主体滑动。
4.根据权利要求3所述的自动化方法，其中，所述轨道相对于穿过所述夹持装置和所述主体的旋转轴线旋转。
5.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，在所述旋转装置绕所述主体缠绕所述前系带对和所述后系带对时，沿着所述传送方向传送所述夹持装置和所述主体。
6.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，在所述旋转装置绕所述主体缠绕所述前系带对和所述后系带对时，所述夹持装置和所述主体相对于所述传送方向保持静止。
7.根据权利要求1所述的自动化方法，还包括，在所述面罩沿着所述传送方向被传送时将所述前系带对拉到所述主体下方，使得在利用所述夹持装置夹持所述主体之前使所述前系带对在所述主体下方缠绕，其中所述旋转装置包括后轨道对和能沿每个后轨道滑动的夹具，其中在所述夹具沿所述轨道朝向所述主体滑动时，前系带和后系带被各自的夹具抓持并绕该主体缠绕。
8.根据权利要求7所述的自动化方法，其中，所述前系带对通过布置在所述传送机的第一部段和第二部段之间的间隙内的抽吸装置被拉到所述主体下方，在所述前系带对和所述后系带对已经绕所述主体缠绕后，所述主体从所述传送机的第一部段被传送至机器人手臂，并且通过该机器人手臂将所述主体放至所述传送机的第二部段。
9.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，在靠所述传送机中的间隙旁边布置的导轨上传送所述旋转装置和所述夹持装置。
10.一种用于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生产线系统，包括：
传送机，这些面罩在该传送机上按一定取向被传送，使得每个面罩均具有从主体沿生产线的传送方向延伸的前系带对和后系带对；
位于所述生产线中的缠绕站；和
在所述缠绕站处用于在防转动地保持所述主体的同时抓持所述系带并绕所述主体旋转所述系带以绕所述主体缠绕所述前系带对和所述后系带对的装置。
11.根据权利要求10所述的自动化生产线系统，其中，所述装置包括配置在所述传送机的每一侧边处的夹持装置和旋转装置，所述旋转装置可绕所述夹持装置旋转。
12.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中每个旋转装置包括前轨道和用于抓持所述前系带中的一条系带的可滑动夹具以及后轨道和用于抓持所述后系带中的一条系带的可滑动夹具，其中在所述轨道旋转时，该系带绕所述主体缠绕且所述夹具沿着所述轨道朝向所述主体滑动。
13.根据权利要求10所述的自动化生产线系统，还包括在所述面罩沿所述传送方向被传送时用于将所述前系带对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。
14.根据权利要求13所述的自动化生产线系统，其中，用于拉动所述前系带对的所述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，所述抽吸装置布置在所述传送机的第一部段和所述传送机的第二部段之间的间隙内，在所述前系带对和所述后系带对已经绕所述主体缠绕后，所述主体从所述传送机的所述第一部段被传送至机器人手臂并且通过所述机器人臂被放至所述传送机的所述第二部段。
15.根据权利要求14所述的自动化生产线系统，其中，每个旋转装置均包括后轨道以及用于抓持该后系带中的一条系带和该前系带中的一条系带的可滑动夹具，其中在所述轨道旋转时，该系带绕所述主体缠绕并且所述夹具沿着所述轨道朝向所述主体滑动。
16.根据权利要求11所述的自动化生产线系统，其中，每个旋转装置均在所述传送机中的间隙旁边布置的轨道上被传送。
17.根据权利要求11所述的生产线系统，其中，在所述旋转装置绕所述主体缠绕所述前系带对和所述后系带对时，沿着所述传送方向传送所述夹持装置和所述主体。
18.根据权利要求11所述的生产线系统，其中，在所述旋转装置绕所述主体缠绕所述前系带对和所述后系带对时，所述夹持装置和所述主体相对于所述传送方向保持静止。
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