CN109673153B - 在面罩生产过程中缠绕系带的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的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每个面罩都具有沿生产线的传送方向从主体延伸出的前系带对和后系带对。随后在生产线的缠绕站上，利用与导轨齿轮接合的自动夹持装置夹持所述主体。通过引起所述夹持装置与导轨之间的相对线性运动，所述主体相对于经过该主体的旋转轴线旋转，以使前系带对和后系带对进一步绕所述主体缠绕。

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.国际申请号：PCT/2017/047051；题目为“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/2017/047053；题目为“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/2017/047054；题目为“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/2017/047055；题目为“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；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，并有多种名字，包括“面罩”、“呼吸器”、“过滤式面部呼吸器”、“手术面罩”等。为本公开的目的，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保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，提供了一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的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，使得每个面罩具有沿生产线的传送方向从主体延伸出的前系带对和后系带对。接下来，在生产线的缠绕站处，利用与导轨齿轮接合的自动夹持装置(例如齿条和小齿轮机构)夹持面罩主体。通过引起夹持装置与导轨之间的相对线性运动，所述主体相对于穿过所述主体的旋转轴线旋转，以使所述前系带对和所述后系带对进一步绕所述主体缠绕。

在特定实施例中，所述方法包括随着面罩继续沿传送方向传送将前系带对拉到所述主体的下方，使得在利用自动夹持装置夹持所述主体之前，前系带对缠绕在所述主体下方。该功能可以通过设置在传送机的第一部段与传送机的第二部段之间的间隙中的抽吸装置来实现，其中所述主体从传送机的第一部段移到夹持装置，并且在前系带对和后系带对已经绕所述主体缠绕之后通过所述夹持装置被放到传送机的第二部段上。

在一个实施例中，所述导轨是固定的并且在传送机旁边沿传送方向延伸，并且所述夹持装置沿着导轨在传送方向上被驱动，使得夹持装置与导轨之间的齿轮接合引起夹持装置的旋转。通过这个实施例，所述夹持装置可以起初设置在传送机内的间隙中以接收所述主体，然后被向上驱动到所述导轨，其中当夹持装置沿着导轨移动时，前系带和后系带在所述间隙的下游被支撑在传送机上。或者，所述夹持装置和所述导轨可以设置在所述传送机内的间隙中，其中当夹持装置沿着导轨移动时，前系带和后系带在所述间隙中从主体上悬下。

在不同的实施例中，所述夹持装置相对于传送机处于固定线性位置，并且所述导轨在与传送方向相反的线性方向上被驱动，使得两个部件之间的相对的齿轮线性运动引起所述夹持装置的旋转。所述夹持装置的固定线性位置可以位于所述传送机中的间隙处。

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化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和图5b是示出了通过根据本发明的实施例将前系带和后系带绕面罩主体缠绕的俯视连续视图；

图6a和图6b是示出了通过根据本发明的实施例将前系带和后系带绕面罩主体缠绕的侧视连续视图；

图7是示出了通过根据本发明的替代实施例将前系带和后系带绕面罩主体缠绕的侧视图。

图8是示出了通过根据本发明的实施例将前系带和后系带绕面罩主体缠绕的俯视图；和

图9是图8的实施例的侧视图。

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生产线中高面罩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，因此在本文中不做详细解释。

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，本方法的方面在本文中参考如图1所示的特定类型的扁平褶皱面罩进行描述。

参考图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工具沿着主体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，其在被佩戴于佩戴者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可如上文所述参考图1的面罩10被附接。

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接下来包括主体116和相对于面罩114的传送方向106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，此时前系带118对和后系带120对邻近于主体116的侧边绕主体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-图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的较长方向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114。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的较长方向缠绕。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缠绕系带的面罩114通过压缩传送机构的压辊之间或夹具之间来完成，其能够在折叠的系带118、120中形成褶痕或卷曲。

图3b还示出了在缠绕站122处或在缠绕站上游的选用装置134，其用于随着面罩114沿传送方向106继续传送而在最初将前系带118对拉到面罩主体116的下方。该功能并非在本发明的所有实施例中都是必需的，并且在下面更全面地描述。

图4a至图4c示出了装置134的实施例，其用于随着面罩114沿传送方向106继续传送而在最初将前系带118对拉到面罩主体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118对趋近于间隙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之下，如图4c所示。抽吸装置124可被控制为基本连续地抽取足以将系带118拉入的真空，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。

如果图4a至图4c所示的装置134被用于在进一步缠绕系带118、120之前将前系带118折叠在所述主体116下方，则具有折叠在其主体116下方的前系带118对的面罩114接下来借助第二传送部段110被传送到缠绕站122，其中主体116相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转，以使前系带118对和后系带129对进一步绕主体116缠绕，如下面更全面地描述。

应理解，用于将前系带118对拉至主体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118对落入间隙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相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转，以使前系带118对和后系带120对进一步绕主体116缠绕。该方法的旋转方面根据系带的长度和期望的缠绕数使得前系带118对和后系带120对部分缠绕或多次缠绕。

参考图5a至图5b和图6a至图6b，示出了缠绕站122(图3b)处的缠绕工艺的实施例。面罩114在传送机104上被沿传送方向108传送，其中前系带118对和后系带120对如图所示取向。在该实施例中，前系带118对尚未预先折叠在主体116下方。在传送机104中限定出间隙112，随着主体116被传送到可操作地设置在该间隙112中的自动且旋转驱动的夹持装置126，前系带118将落入(或通过抽吸装置124被吸入)该间隙112中。以这种方式，在夹持装置126的初始抓握和旋转时，前系带18对被部分折叠或缠绕在主体116下方。

在所示实施例中，相应的夹持装置126可操作地设置在传送机104的相对侧上。每个夹持装置都具有其上限定有齿轮130的轴并且通过控制线路128被电机129驱动。夹持装置126包括对置的成对的可致动夹具127，如蛤壳状或相似类型的夹具，其以受控方式打开和关闭以夹住和随后释放该面罩主体116。该夹具127位于传送机104的相对两侧，从而夹在面罩主体116的侧边缘20上。该夹具127可被气动致动、电力致动或机械致动以在工艺的正确时间夹住并且释放该主体116。夹持装置126的致动和驱动旋转可取决于来自沿传送机104布置的传感器的信号，该传感器检测面罩主体116相对于缠绕站122内的夹持装置126或间隙112的相对位置。

该夹具127的尺寸和构造可被设计为沿着面罩主体116的侧向边缘20(图1)进行夹持，而不会以任何明显程度向内延伸至主体116上。通过这个构造，该夹具可相对于传送机104沿横向静止，并且前系带118对和后系带120对绕在夹具127内的面罩主体116缠绕。

在替代实施例中，夹具127可相对于传送机104沿横向被驱动，其中在致动期间，夹具127朝向彼此向内移动到进一步向内夹持在主体116上的位置。该夹具127在前系带118对和后系带120对缠绕之后撤回至其起始位置以释放该主体116。在这个实施例中，该前系带118对和后系带120对也可绕该夹具127进行缠绕，这不会阻挡夹具127从主体116处释放和撤回。

一旦面罩主体116被夹持，夹持装置就被具有齿轮表面的导轨131接合。夹持装置的齿轮轴130接合导轨131的齿轮表面，因此相对线性运动(沿传送方向116)引起夹持装置126以类似于齿条齿轮系统的方式旋转。通过夹持装置126的这种旋转，主体116相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转，以使前系带118对和后系带120对绕主体116进一步缠绕。

在图5a至图7的实施例中，导轨131相对于传送机104固定或静止，并在传送机104侧面沿传送方向106延伸。导轨131与夹持装置126之间的相对线性运动通过沿导轨131在传送方向106上驱动夹持装置126来实现，使得夹持装置126与导轨131之间的齿轮接合引起夹持装置126的旋转。为此目的，可为每个夹持装置126配置单独的电机129，或者单个电机129可以用于驱动两个夹持装置126通过齿轮机构。

参考图5a和图5b，夹持装置126可以最初设置在传送机104内的间隙112中以接收主体116，其中导轨131设置在传送机104的下游部段的旁边和上方，使得夹持装置126和被夹持的主体116的旋转不被传送机104阻碍。参考图6a和图6b，夹持装置126可以在接合导轨131之前被驱动上斜坡140，并且随后在释放主体116(在已经缠绕系带118、120的情况下)回到传送机104上之前被驱动下斜坡142。通过该实施例，悬置的系带118、120可以最初沿传送机104的下游部段拖曳，如图6b所示。

在图5a和图7所示的替代实施例中，夹持装置126和导轨131可设置在传送机104内的间隙112中。换句话说，间隙112基本上延伸导轨131的长度，如图5a中的虚线146所示并且如图7所示。通过这个实施例，导轨131不需要升高，并且当夹持装置126沿导轨131移动时前系带118和后系带120在间隙112中从主体悬下。

图8和图9示出了一个实施例，其中夹持装置126静止或固定在传送机104的相对侧上的位置，同时在固定位置处在适用支承机构中自由旋转。导轨131在与传送方向106相反的方向上相对于夹持装置126被线性驱动，其中两个部件之间的相对齿轮线性运动引起夹持装置126的旋转。每个导轨131可以沿相应的轨道136(通过滚轮144)被电机132驱动。夹持装置126的固定线性位置可以位于传送机104中的间隙112处。

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 (16)

1.一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的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以一取向传送所述面罩，使得每个面罩都具有从主体沿生产线的传送方向延伸出的一对前系带和一对后系带；

接着在生产线的缠绕站处利用与导轨齿轮接合的自动夹持装置夹持所述主体；和

通过引起该夹持装置与该导轨之间的相对线性运动，使所述主体相对于经过该主体的旋转轴线旋转，以使一对所述前系带和一对所述后系带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，还包括随着所述面罩继续沿所述传送方向传送将一对所述前系带拉到所述主体下方，使得在利用自动夹持装置夹持所述主体之前一对所述前系带缠绕在所述主体下方。

3.根据权利要求2所述的自动化方法，其中，一对所述前系带通过设置在该传送机的第一部段与该传送机的第二部段之间的间隙中的抽吸装置被拉到所述主体下方，所述主体从所述传送机的第一部段移到所述夹持装置并在一对所述前系带和一对所述后系带已经绕所述主体缠绕之后通过所述夹持装置被放到所述传送机的第二部段上。

4.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述导轨是固定不动的并在该传送机旁沿传送方向延伸，并且所述夹持装置沿所述导轨在传送方向上被驱动，使得所述夹持装置与所述导轨之间的齿轮接合引起所述夹持装置的旋转。

5.根据权利要求4所述的自动化方法，其中，所述夹持装置首先设置在该传送机内的间隙中以接收所述主体并被向上驱动到所述导轨，并且随着所述夹持装置沿着所述导轨移动，所述前系带和所述后系带在所述间隙下游支承在该传送机上。

6.根据权利要求4所述的自动化方法，其中，所述夹持装置和所述导轨设置在所述传送机内的间隙中，其中随着所述夹持装置沿所述导轨移动，所述前系带和所述后系带自所述主体悬垂。

7.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述夹持装置相对于所述传送机处于固定线性位置，并且所述导轨在与所述传送方向相反的线性方向上被驱动，使得所述夹持装置与所述导轨之间的齿轮接合引起所述夹持装置的旋转。

8.根据权利要求7所述的自动化方法，其中，所述夹持装置的固定线性位置位于所述传送机内的间隙处，所述主体在所述间隙中旋转。

9.一种将紧固系带绕被传送经过生产线的连续生产的面罩的主体缠绕的自动化生产线系统，包括：

传送机，在该传送机上以一取向传送所述面罩，使得每个面罩都具有从主体沿该生产线的传送方向延伸出的一对前系带和一对后系带；

在所述生产线中的缠绕站；和

在该缠绕站处的与导轨齿轮接合的自动夹持装置，所述夹持装置或所述导轨中的一个能够相对于另一个线性移动，使得所述夹持装置与所述导轨之间的相对线性运动引起所述夹持装置旋转并使一对所述前系带和一对所述后系带进一步绕所述主体缠绕。

10.根据权利要求9所述的自动化生产线系统，还包括用于随着面罩继续沿传送方向传送将一对所述前系带拉至所述主体下方而使一对所述前系带缠绕在所述主体下方的装置。

11.根据权利要求10所述的自动化生产线系统，其中，用于拉动所述前系带的所述装置包括位于所述传送机下方的抽吸装置，所述面罩在所述传送机上被传送至所述缠绕站，所述抽吸装置设置在该传送机的第一部段与该传送机的第二部段之间的间隙中，所述主体从所述传送机的第一部段移到所述夹持装置，且在一对所述前系带和一对所述后系带已经绕所述主体缠绕之后通过所述夹持装置被放到所述传送机的第二部段上。

12.根据权利要求9所述的自动化生产线系统，其中，所述导轨是固定不动的并在该传送机旁沿传送方向延伸，并且所述夹持装置沿着所述导轨在传送方向上被驱动，使得所述夹持装置与所述导轨之间的齿轮接合引起所述夹持装置的旋转。

13.根据权利要求12所述的自动化生产线系统，其中，所述夹持装置起初设置在该传送机内的间隙中以接收所述主体并被向上驱动到所述导轨，并且随着所述夹持装置沿所述导轨移动，所述前系带和所述后系带在所述间隙下游支承在该传送机上。

14.根据权利要求12所述的自动化生产线系统，其中，所述夹持装置和所述导轨设置在所述传送机内的间隙中，其中随着所述夹持装置沿所述导轨移动，所述前系带和所述后系带自所述主体悬垂。

15.根据权利要求9所述的自动化生产线系统，其中，所述夹持装置相对于所述传送机处于固定线性位置，并且所述导轨在与所述传送方向相反的线性方向上被驱动，使得所述夹持装置与所述导轨之间的齿轮接合引起所述夹持装置旋转。

16.根据权利要求15所述的自动化生产线系统，其中，所述夹持装置的固定线性位置位于所述传送机内的间隙处，所述主体在该间隙中旋转。

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