CN110167724B - 用于处理对象的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于对以对象阵列形式排列的对象的表面应用处理过程和用于在对其应用表面处理过程之前和/或之后检查这种对象阵列中的对象的表面区域的机械和技术。被处理的对象由夹具/心轴阵列保持，每个夹具/心轴被配置成接收相应的对象阵列且可控地生成与所接收的对象的内表面接触的夹持用于将对象附接到其上。一些实施例的夹具包括被配置为至少部分地容纳在对象内部且包括沿其长度延伸的中空部分的主体组件、位于主体组件之中或之上且被配置为在接合状态和释放状态之间变化的一个或更多个摩擦赋予元件以及被配置为当所述对象被放置在夹具上时使一个或更多个摩擦赋予元件接合对象的内表面的附接机构，在该接合状态下与放置在夹具上的对象的内表面的接触随其一起被建立，在该释放状态下不存在与对象的内表面的接触。

Description

用于处理对象的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于处理并检查对象表面的技术，用于保持对象以进行处理或检查的技术，并且特别是用于在对象的曲面上印刷的技术。
背景
因为数字印刷允许按需印刷、短的周转(short turn-around)，以及甚至用每个压印(impression)修改图像(可变数据)，所以它是印刷工业中常用的印刷技术。下文描述了用于在三维对象的表面上印刷而开发的某些技术。
第7,467,847号美国专利涉及一种适于在三维对象的印刷表面上印刷的印刷装置。该装置包括喷墨印刷头(printhead)，该喷墨印刷头具有多个喷嘴，并且在印刷期间可操作来实现印刷头和对象的相对移动，该喷墨印刷头具有绕旋转轴的旋转分量和线性分量，其中线性分量至少部分地在基本平行于旋转轴的方向上，并且其中印刷头的喷嘴间距大于要在喷嘴排方向上被印刷到印刷表面上的网格间距。
第6,769,357号美国专利涉及一种用于在圆形两片罐上印刷的数控罐印刷装置，该装置包括用于在罐上印刷图像的数字印刷头以及用于在印刷头前面以配准对准(registered alignment)的方式传送并旋转罐的驱动器。
第2010/0295885号美国专利申请描述了一种喷墨印刷机，用于使用位于行进线上方的印刷头和托架组件(carriage assembly)来在圆柱形对象上印刷，托架组件被配置为保持对象沿着行进线轴向对准，并且相对于印刷头定位对象，并且相对于印刷头旋转对象。沿着行进线定位的固化设备用于发射适于固化沉积流体的能量。
一般描述
本领域需要一种对象处理技术，该技术允许加速应用于以对象阵列形式排列的对象的外表面的处理/印刷过程，同时通过允许处理具有各种尺寸的曲面的对象来实现处理/印刷技术的最大利用率(高效率)，以及提供对印刷在对象的曲面上的所应用的处理/图案进行的有效检查。还要求这种对象处理/印刷技术能够以非常高的系统精度(微米)对多个对象同时进行处理/印刷，并保持相对较高的处理/印刷分辨率，这对实际生产线的使用是非常具有挑战性的。因此，在这种技术中，通过最大化处理/印刷引擎的利用率来保持高效率水平是进行生产运行所必需的。
本公开描述了这样的机械和技术，其被设计用于将处理过程应用于以对象阵列形式排列的对象表面，以及在对其应用表面处理过程之前和/或之后用于检查这种对象阵列中对象的表面区域。在本文公开的各种实施例中，被处理的对象由夹具/心轴(mandrel)阵列保持，每个夹具/心轴被配置成接收阵列的相应对象，并且可控地生成与所接收的对象的内表面的夹持接触，用于将对象附接到其上。夹具/心轴可以安装在可移动平台上，用于轴向移动对象的阵列从而沿着车道(lane)进行运送，和/或围绕它们的纵向轴线旋转对象。可选地，并且在一些实施例中优选地，夹具/心轴被定位在支撑平台(本文也称为托架)上，使得它们的纵向轴线基本平行于平台/托架的移动方向(即，平行于车道)。
在一些实施例中，夹具/心轴包括摩擦赋予元件，其被配置成在收缩/非夹持状态和展开/夹持状态之间可控地改变。在展开/夹持状态下，一个或更多个摩擦赋予元件与放置在心轴上的对象内壁接合，以将对象附接到其上。例如，在一些实施例中，在展开/夹持状态下，一个或更多个摩擦赋予元件从夹具/心轴径向突出，并压靠在对象的内壁表面上，以在其上施加夹持力。
周向地分布在每个夹具/心轴上的多个摩擦赋予元件可以用于将对象附接到心轴。例如，多个摩擦赋予元件可以被配置成经由在每个心轴中形成的相应多个开口来突出，以接触放置在其上的对象的内表面或外表面。
可选地，并且在一些实施例中优选地，在每个夹具/心轴中使用一个或更多个弹性/柔性可变形管状元件来接触对象的内表面。可变形管状元件可以包括圆形裙部(skirt)元件，该圆形裙部元件被配置成从夹具/心轴的表面径向弹性突出，并且每当对象被放置在夹具/心轴上时朝向夹具/心轴弹性压缩，从而将对象附接到夹具/心轴上。
在一些实施例中，每个夹具/心轴包括可变形管状元件，该管状元件被配置成在延伸/非夹持状态和按压/夹持状态之间可控地改变。在延伸状态下，管状元件被纵向拉伸，使得其基本上保持在夹具/心轴的表面之下，从而允许将对象放置在其上而基本上不施加摩擦阻力(resistive friction force)。然后，通过纵向压缩可变形元件，夹具/心轴可以被改变成按压状态，使得其圆形部分径向突出在夹具/心轴的表面区域之上，并压靠在对象的内壁表面上，从而将对象附接到其上。
可选地，并且在一些实施例中优选地，夹具由圆柱形中空元件制成，该中空元件具有至少一个开口并且包括至少一个接触垫，该至少一个接触垫被安装用于在该至少一个开口中径向移动，以通过该开口向外突出，用于接触并保持放置在夹具上的对象。安装成在夹具内部轴向移动的致动器组件可以用于在缩回状态和弹出状态之间改变至少一个接触垫，在缩回状态下接触垫不突出穿过至少一个开口，在弹出状态下接触垫突出穿过开口。
在一些实施例中，每个接触垫通过各自的弹性元件被附接到夹具的内壁。致动器组件可以被配置成在静止状态和按压状态之间改变弹性元件，静止状态用于将其各自的接触垫设置为缩回状态，按压状态用于将其各自的接触垫设置为弹出状态。在一些实施例中，将开口的至少一个圆形阵列间隔开分布在夹具的圆周上，并且接触垫的至少一个阵列用于接触并保持对象，每个接触垫被安装用于在开口的相应一个中径向移动。
可选地，并且在一些实施例中优选地，夹具包括至少一个圆形通道和位于至少一个圆形通道中的至少一个圆形摩擦赋予元件。圆形摩擦赋予元件具有圆形可弯曲部分，该圆形可弯曲部分被配置成从至少一个圆形通道向外突出，并且当对象被放置在夹具上时该圆形可弯曲部分朝着通道向内弯曲，从而将对象保持在其上。
可选地或附加地，在一些实施例中，在展开/夹持状态下，一个或更多个摩擦赋予元件与对象的外壁(例如，在瓶子的情况下，对象的颈部)接合，放置在对象周围而不是心轴周围，以将对象附接到其上。
在一些实施例中，夹具/心轴被配置成接收加压流体/空气流，并经由一个或更多个出口孔排出，加压流体/空气流被配置成在夹具/心轴周围形成流体/空气缓冲套筒，以便于在基本上没有摩擦阻力(或摩擦阻力小得可忽略不计)的情况下将对象放置在其上。更具体地，围绕夹具/心轴形成的流体/空气缓冲套筒使放置的对象膨胀并在夹具/心轴上浮动，使得它可以在其上滑动而不接触其表面，即没有摩擦。
本文公开的不同夹具/心轴实施例可以被配置成包括沿着它们的长度的流体/空气通路，用于防止当对象被放置在夹具/心轴上或从夹具/心轴上移除时在对象内部积聚阻性压力(resistive pressure)。流体/空气通路被配置成当对象滑过夹具/心轴并滑到夹具/心轴上时，从对象的内部体积排出流体/空气，并且当对象通过滑过并离开夹具/心轴而被移除时，流体/空气流入对象的内部体积。
夹具/心轴可以在可移动平台上被布置成一排或更多排，用于接收并保持对象阵列，并且沿着包括用于应用一个或更多个对象处理过程和/或用于检查由夹具/心轴承载的对象阵列的对象表面的设备的车道，来移动由此保持的对象阵列。可选地，并且在一些实施例中优选地，每个支撑平台/托架包括从支撑平台/托架的支撑构件的相对两侧在相反方向上延伸的两排夹具/心轴。每排夹具/心轴可以以夹具/心轴的可拆卸翼的形式被提供，允许立刻快速替换该排的所有夹具/心轴。在一些实施例中，心轴的两个翼设置在单个可拆卸的双侧翼块组件中，其被配置为允许立刻将两排夹具/心轴的所有夹具/心轴作为单个块快速替换。在一些实施例中，支撑平台/托架包括可拆卸的马达模块，该马达模块包括一个或更多个马达/发动机以及机械传动部件，该机械传动部件被配置为将一个或更多个发动机/马达的旋转移动传递到夹具/心轴。
在一些实施例中，使用单个马达来旋转设置在支撑平台/托架中的所有夹具/心轴。在其他可能的实施例中，每个夹具/心轴由各自的马达旋转。可选地，并且在一些实施例中优选地，支撑平台/托架包括用于属于不同排夹具/心轴的每对相邻定位的夹具/心轴的相应马达。
在一些实施例中，对象固定系统用于将由托架承载的一个或更多个或所有的对象的角度位置设置到预定义的角度位置。固定系统包括固定单元阵列，每个固定单元被配置成固定放置在夹具/心轴之一上的对象，同时由此形成流体/空气缓冲套筒，以防止在心轴旋转的同时对象的旋转。以这种方式，当一些对象被固定单元固定，从而静止不动而不旋转的同时，托架的心轴可以旋转，使得只有没有被固定单元固定的对象旋转。
在一些实施例中，固定单元被配置成当流体/空气缓冲套筒由它们的夹具/心轴形成的同时固定一排被承载的对象，从而防止心轴旋转的同时其旋转运动。因此，未被固定单元固定的其他排对象中的对象可以旋转，直到达到期望的角度位置。以这种方式，排中未被固定的对象的每一个可以与被固定单元之一固定的至少一个其他对象对准。可选地，并且在一些实施例中优选地，在形成流体/空气缓冲器并固定它们之前，将一排中的对象的角位置设置到期望的/预定义的位置。此后，一排中的对象被固定，并且另一排(多排)中的所有对象被旋转以使它们与固定排中的相应对象对准，从而将所承载阵列中的所有对象设置在同一角度位置。
固定元件可以被配置成在对象上施加吸引力，从而由于它们的夹具/心轴形成的流体/空气缓冲套筒而保持它们基本固定。可以使用抽吸/真空施加器、电磁铁、电场施加器、静电力施加器或其任意组合来施加吸引力。
该技术可以用于将由支撑平台承载的每排心轴/夹具中的每个心轴/夹具对准到期望的不同或相同的角度位置，和/或将支撑平台的每排心轴/夹具对准到各自不同(或相同)的期望角度位置。这些对准方案还可以用于将系统的每个支撑平台上的每个对象对准到期望的不同或相同的角度位置，或者将每个支撑平台的每排对准到相应的不同或相同的角度位置。
在一些实施例中，对象固定系统的固定单元被配置为相对于对象(向上和向下)移动，以便调节它们与对象的距离，从而适应心轴/夹具和/或待被处理对象的直径。
在一些实施例中，系统包括一个或更多个传感器单元，其被配置用于识别各种帽形对象、三维帽形结构。传感器单元可以用于识别预先印刷在对象上的对准标记，和/或位于对象/管上的针脚(stitch)(例如，在层压板上，或诸如罐的三件式焊接对象上)，和/或在针脚区域处具有材料性质变化的看不见的视觉针脚，该针脚区域可以被不同类型的传感器技术识别，以用于允许将对象正确地对准到期望的和/或相同的角度位置。
可选地，并且在一些实施例中优选地，该系统包括传感器单元，其被配置用于对象存在验证，以检测夹具/心轴上对象的存在或不存在，和/或用于进行长度测量，以确定放置在心轴上的对象的长度。可选地，传感器单元可以被配置用于测量对象/帽的长度及其主体长度、二维纵向(长度和高度)结构、以及三维旋转和纵向结构。
在一些实施例中，使用至少一个可移动成像单元来执行对象阵列中的对象的检查。在一些实施例中，可移动成像单元被配置为在一排对象上方(或下方)侧向滑动，并获取成像数据(imagery data)。在成像单元移动和图像获取期间，对象可以保持静止，或者可选地，它们可以被轴向和/或有角度的移动。在一些实施例中，成像单元被配置为在位于由支撑平台/托架承载的对象阵列中的一排对象之上/之下的一个或更多个轨道(rail)上滑动。可选地，一个或更多个轨道可以被配置成在纵向方向上移动，从而移动成像单元，由此沿着被检查的对象排中的对象的长度来承载成像单元。
可选地，并且在一些实施例中优选地，成像器被配置用于滑动移动，用于从每次滑动移动内的每个对象获取至少一个图像。处理单元可以用于根据从每个对象获取的图像来为每个对象构建马赛克图像(mosaic image)。
在一些实施例中，由相应的多个可移动轨道承载的两个或更多个成像单元用于检查对象阵列的相应的两排或更多排对象。可选地，检查系统可以包括由其相应的可移动轨道系统承载的相应的可移动成像单元，用于检查对象阵列中的每排对象。因此，检查系统可以被配置成针对对象阵列中的每一排对象分配静止的或可移动的成像单元，或者在某些情况下，分配两个或更多个可移动的成像单元来检查由支撑平台/托架承载的对象阵列中的某一排对象。
在一些实施例中，成像单元包括至少一个图像检查传感器/照相机、至少一个自动配准传感器/照相机、和至少一个颜色管理传感器/照相机。
本文公开的主题的一个创造性方面涉及一种用于在其上保持中空对象的夹具。在一些实施例中，夹具包括被配置为至少部分地容纳在对象内部且包括沿其长度延伸的中空部分的主体组件、位于主体组件中或主体组件上且被配置为在接合状态和释放状态之间变化的一个或更多个摩擦赋予元件、被配置为当所述对象被放置在夹具上时使一个或更多个摩擦赋予元件接合对象的内表面的附接机构，其中在该接合状态下，与放置在夹具上的对象的内表面的接触随其一起被建立，在该释放状态下，不存在与对象的内表面的接触。
在一些实施例中，附接机构被配置成使得一个或更多个摩擦赋予元件从主体组件中露出并延伸到其表面区域之上。
可选地，并且在一些实施例中优选地，附接机构被配置成具有接地/正常状态，在该状态下，一个或更多个摩擦赋予元件被设置成接合状态。在一些实施例中，附接机构包括致动器单元，该致动器单元放置在主体组件内部，并且被配置为将一个或更多个摩擦赋予元件改变为释放状态，以用于允许将对象放置在夹具上或者从夹具移除对象。致动器可以被配置为在一个或更多个摩擦赋予元件上施加流体压力，以改变到释放状态。在一些实施例中，致动器单元包括沿着主体组件的长度穿过的至少一个流体通道，该流体通道被配置用于从通道的近端接收流体并使流体在第一方向上流动，用于在一个或更多个摩擦赋予元件上施加流体压力。在一些实施例中，主体组件包括至少一个流体出口开口，该流体出口开口与流体通道流体连通，并被配置成通过其径向排出流体，以在主体组件的一部分上形成流体套筒，用于在主体组件和放置在主体组件上的对象之间进行缓冲，从而改变到释放状态。流体连接到至少一个流体出口开口的流体腔室可以用于接收流过流体通道的流体，并将其传递到至少一个流体出口开口。
在一些实施例中，一个或更多个摩擦赋予元件包括附接到主体组件的至少一个可变形元件。附接机构可以被配置成在接地/正常状态下压缩至少一个可变形元件，使得其某个部分从主体组件突出并接触放置在其上的对象的内壁，并且响应于流体压力的施加而拉伸至少一个可变形元件，以径向缩回至少一个可变形元件的所述某个部分并释放对象。
在一些实施例中，主体组件包括位于夹具远端处的帽元件、活塞装置，该活塞装置具有与中空通道的远端流体连通的活塞，并且被配置成使得流体被引导以在第一方向相反的第二方向上从通道的远端流向活塞，并且沿着第二方向移动活塞。可变形元件可以通过其一端附接到活塞装置，并且通过其另一端附接到帽元件，使得活塞装置响应于流体压力在第二方向上的移动导致可变形元件的拉伸。在一些实施例中，夹具还包括弹性元件，该弹性元件耦合到活塞装置上，并且被配置用于在第一方向上对活塞装置施加力。可选地，弹性元件包括至少一个弹簧。
帽元件在一些实施例中包括至少一个第一穿孔，该第一穿孔被配置成将空气从对象内部排出到夹具内部或外部的区域中。主体组件可以包括围绕中空通道的至少一部分的套筒元件，以及安装或形成在套筒元件内部用于在套筒和流体通道之间连接的一个或更多个支撑元件。可选地，在一个或更多个支撑元件中形成的一个或更多个第二穿孔用于将排出的空气通向外部环境。
在一些实施例中，至少一个弹簧被设置在活塞装置和一个或更多个支撑元件之一之间。
在一些实施例中，帽元件包括与流体通道的远端开口流体连通的内腔，以及一个或更多个流体通路，其被配置为将从流体通道接收的流体导向活塞。帽元件可以包括与帽元件的一个或更多个流体通路流体连通的筒结构，并且被配置成可密封且可移动地容纳活塞。在一些实施例中，筒和活塞装置围绕流体通道，并且活塞装置被配置成响应于流体压力在流体通道上密封地滑动。
本文公开的主题的另一发明方面涉及一种用于保持对象的夹具，该夹具包括被配置为在其上接收并保持中空对象的中空主体元件，该中空主体包括在其外壁中形成的至少一个流体出口开口；以及被配置为接收并保持中空主体内部的流体压力的流体腔室，流体腔室与至少一个流体出口开口流体连通，并被配置成通过至少一个开口喷射流体压力，从而在中空主体的外壁和放置在夹具上的对象的内壁之间产生气垫。
在一些实施例中，腔室在中空主体的远端附近具有至少两个流体出口开口，流体出口开口被设置成相对于夹具的中心轴线对称地产生气垫。中空主体元件可以包括至少一个通路，该通路被配置成将空气从对象内部排出到外部。
本文公开的主题的又一发明方面涉及用于保持并移动多个对象的模块化系统。装置包括：具有设置在马达单元的相对两侧上的两组中的第一多个端口和第二多个端口的马达单元；第一多个心轴和第二多个心轴，每个心轴被配置用于保持对象的相应一个；第一翼和第二翼，第一翼将第一多个心轴连接到第一多个端口，并且第二翼将第二多个心轴连接到第二多个端口，以便使马达单元能够单独地移动每个心轴。第一多个心轴和第一翼可以形成第一模块，第一模块从马达单元可拆卸，并且第二多个心轴和第二翼形成第二模块，第二模块从马达单元可拆卸。
本文公开的主题的又一发明方面涉及用于保持并移动多个对象的模块化系统。系统包括：马达单元，其具有设置在马达单元的相对两侧上的两组中第一多个端口和第二多个端口；多个心轴，每个心轴被配置用于保持对象的相应的一个，心轴被连接到马达单元的端口，以便使马达单元能够单独地移动每个心轴；以及货车单元(wagon unit)，其被联结到马达单元，被配置用于沿着期望的路径运载马达单元和联结到其上的心轴。马达单元以及与其联结的心轴可以从托架上可拆卸。可以以心轴的单个可替换块的形式来提供多个心轴。
在一些实施例中，系统包括检查系统，该检查系统包括至少一个可移动成像器单元，该可移动成像器单元被配置为获取对象的部分图像(fractional image)。可选地，至少一个可移动成像器单元被配置成沿着一排对象移动。附加地或替代地，至少一个可移动成像器被配置成沿着对象的长度移动。
附图简述
为了更好地理解本文所公开的主题并且举例说明其可以如何在实践中被实施，现在将通过参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施例。除非另有隐含指示，附图中所示的特征仅旨在说明本发明的一些实施例。在附图中，相同的参考数字用于指示对应的部分，并且在其中：
图1示意性地示出了根据一些可能实施例的被配置用于处理由可移动支撑平台承载的对象的一个或更多个阵列的系统；
图2A至图2D示意性地示出了一些可能实施例的心轴构造，其利用可移动的固定元件来夹持具有不同内径的对象，其中，图2A和图2B分别示出了其固定元件处于缩回状态的心轴的透视图和截面图，并且图2C和图2D分别示出了其固定元件处于弹出状态的心轴的透视图和截面图；
图3A至图3C示意性地示出了一些可能实施例的心轴构造，其利用环形柔性/弹性摩擦赋予元件来夹持具有不同内径的对象，其中，图3A示出了柔性/弹性摩擦赋予元件的透视图和截面图，并且图3B和图3C示出了在将对象放置在其上方之前和之后夹具的截面图；
图4A至图4C示意性地示出了一些可能实施例的心轴(本文也称为夹具)构造，当可变形元件被压缩时，该心轴构造利用可变形(柔性/弹性)摩擦赋予元件来夹持对象，其中，图4A示出了在将对象放置在其上期间心轴的截面图，图4B示出了在夹持放置在其上的对象之后心轴的截面图，并且图4C示出了在从其移除对象期间心轴的截面图；
图5A至图5D示意性地示出了一些可能实施例的心轴构造，其被配置成在其周围构建流体缓冲器/套筒以用于将对象放置在其上，其中，图5A和图5B示出了心轴的截面图，其展示了流体缓冲器/套筒的形成以及将对象放置在心轴上，图5C示出了在气压已经降低/停止以移除流体缓冲器/套筒并将对象附接到心轴之后心轴的截面图，并且图5D示出了心轴的顶视图；
图6A和图6B示意性地示出了被配置用于承载并移动对象夹具/心轴的两个或更多个阵列的托架系统，其中夹具的每个阵列由可拆卸且可替换的夹具翼来实现；以及
图7A和图7B示意性地示出了模块化托架系统，其被配置用于承载并移动对象夹具/心轴的两个或更多个阵列，其中该系统包括可拆卸且可替换的对象夹具/心轴块，以及可拆卸且可替换的马达块；
图8A和图8B示意性地示出了根据一些实施例的用于对准由托架系统承载的对象的角度定向的配准技术，其中，图8A示出了配准系统及其使用，并且图8B是示出配准过程的流程图；以及
图9A和图9B示意性地示出了根据一些实施例的被配置用于检查多个对象的成像系统，其中，图9A展示了包括可移动成像器组件的成像单元，该可移动成像器组件利用单个成像器用于通过沿着对象的周向条带(circumferential strip)获取多个小图像来扫描对象阵列中的对象的外表面，并且图9B展示了多个可移动成像单元的使用，每个可移动成像单元包括如图9A所示的被配置用于扫描对象的多个阵列中的对象的外表面的可移动成像器组件。
实施例的详细描述
下面参考附图描述本发明的各种实施例，这些附图在所有方面都被认为仅仅是说明性的，而不以任何方式进行限制。为了提供这些实施例的简明描述，说明书中没有描述实际实现的所有特征。附图中示出的元件不一定是按比例绘制的，也不一定是以正确的比例关系绘制的，这些并不重要。相反，重点放在清楚地说明本发明的原理上，以允许本领域技术人员一旦理解其原理就可以制造并使用本发明。在不脱离本文描述的本质特征的情况下，可以以其他特定形式和实施例来提供本发明。
图1示意性地示出了系统10，其被配置用于处理由车道17上方的可移动支撑平台12承载的一个或更多个阵列的对象101。可以沿着车道17在一个或更多个对象处理区域处应用一个或更多个对象处理过程T1、T2…Tn。可选地，并且在一些实施例中优选地，当支撑平台经过相应的对象处理区域时，处理过程T1、T2…Tn中的至少一个沿着车道17被应用于由支撑平台12承载的对象101的外表面。
例如但不限于，处理过程T1、T2…Tn之一可以包括至少在对象101的外表面上印刷、至少清洁对象101的外表面、油墨固化处理(例如，UV固化)、包括等离子体处理的表面处理、电晕处理、通过电磁辐射(例如激光)的处理、或这些处理的任意组合。在一些实施例中，车道是闭环车道，并且支撑平台被配置成在其上承载对象101的一个或更多个阵列，如关于此的同一申请人的第WO 2014/076704和/或WO 2015/177599号国际专利公布中所述，其公开内容通过引用并入本文。
包括一个或更多个处理器301和存储器305的控制单元300可以用于监控并控制支撑平台12沿着车道17的移动，以及对在其上承载的对象101的一个或更多个处理过程T1、T2…Tn的应用。支撑平台12包括对象夹具410’的一个或更多个阵列，每个对象夹具410’被配置成在其上接收并保持一个对象101。可选地，并且在一些实施例中优选地，每个对象夹具还被配置成响应于从控制单元300接收的控制信号/数据，可控地旋转对象101，从而绕其细长轴线被保持。
在该特定且非限制性示例中，每个夹具阵列410’被配置成保持一排对象101，并且夹具阵列410’的对象排被布置成彼此基本平行。如下面将参考图6至图8在本文中所展示的，在一些实施例中，每个夹具阵列410’被配置成接收并保持至少两排对象101。可选地，并且在一些实施例中优选地，每排对象101沿着基本上垂直于支撑平台12的移动方向(垂直于车道)的轴线被布置在支撑平台12上，并且对象101由夹具保持，使得每个保持的对象101的细长轴线基本上平行于支撑平台12的移动方向(平行于车道)。
图2A至图2D示意性地示出了根据一些可能实施例的心轴239(本文也称为夹具)，其利用可移动的固定元件235(本文也称为接触垫，例如，由橡胶制成)，该固定元件235被配置为夹持并固定具有不同内径的中空圆柱形对象101。参考图2A，心轴239包括圆柱形中空主体，该中空主体包括多个开口233(沿着其圆周环形地布置间隔开的附属物(apparat))，即在心轴中形成开口的环。如在图2B中更好地看到的，多个离散摩擦赋予元件235被设置在多个开口233中的相应一个开口中(或其下方)，其被配置用于被径向且可逆地推动通过它们各自的开口233。安装在心轴239内部的致动器组件232被配置成可控地且同时地通过摩擦赋予元件235各自的开口233弹出摩擦赋予元件235。
在该特定且非限制性示例中，摩擦赋予元件235通过弹性或有弹性的元件236(例如，扁平细长的复位弹簧/压力弹簧/板簧)可移动地附接到心轴的内壁，该元件236被配置成在静止状态下将每个摩擦赋予元件235定位在其各自的开口233下方或稍微内部。致动器组件232包括基部234和多个推动臂231，基部234被配置成例如通过使用电动机和合适的传动机构(未示出)在心轴239内部沿其长度轴向滑动，推动臂231从基部234朝向开口233轴向延伸。
对于心轴的每个摩擦赋予元件235，在致动器组件232中有各自的推动臂231。这样，如图2C所示，每当对象101被放置在心轴239上用于过程处理(例如，用于在其上印刷)时，朝向开口233轴向移动致动器232，使得每个推动臂231接触并滑过弹性元件236中相应一个，并将其压靠/压向心轴的内壁，从而导致弹性元件236通过其各自的开口233径向向外推动附接于其上的摩擦赋予元件235。
如图2D所示，在弹性元件236的按压状态下，每个摩擦赋予元件235的前部通过各自的开口233向外突出，用于接触对象101的不连续内表面，从而将对象101夹紧并固定在心轴239上。当需要从心轴239移除对象101时，在相反方向上移动致动器232(即，远离开口233)，回到其缩回位置(如图2B所示)，从而释放被按压的弹性元件236以恢复其静止状态，导致摩擦赋予元件235通过它们各自的开口233径向向内缩回，并释放对象101上的夹持。在可能的实施例中，可以使用可移动的推动环或活塞来代替推动臂231，以同时按压所有弹性元件236，从而通过摩擦赋予元件235在其上施加夹持力。
图3A至图3C示意性地示出了根据一些可能的实施例利用环形柔性/弹性摩擦赋予元件240的心轴247(本文也称为夹具)，该元件240被配置成夹持并固定具有不同内径的中空圆柱形对象101。如图3B所示，心轴247包括圆柱形主体，该圆柱形主体具有在其外表面上形成的一个或更多个周向凹槽249，以及一个或更多个环形柔性摩擦赋予元件240，该元件240放置在凹槽内部，并且被配置为接触放置在心轴247上的对象101的圆形内表面，并且将其固定在其上。
如图3A所示，环形摩擦赋予元件240包括圆形基部243和从圆形基部243向前延伸的可弯曲/弹性圆形裙部244(例如，由橡胶制成)，圆形基部243被配置成紧密配合在心轴247的周向凹槽249内部。如图3B所示，可弯曲圆形裙部244被配置成可移动地穿过心轴247的外表面上方的周向凹槽249向外突出，并且如图3C所示，当由放置在心轴247上的对象101的内表面按压时，其被可逆地向内推向周向凹槽249。在该状态下，弯曲的圆形裙部244压靠在对象101的圆形内表面上，从而夹持并固定放置在心轴247上的对象101。由可弯曲裙部244施加的夹持力被配置成通过克服由可弯曲裙部244在对象101内壁上施加的摩擦力仅轴向滑动对象来促进对象的移除。
在一些实施例中，心轴247包括压力释放机构(未示出)，用于促进对象在其上的放置。例如但不限于，心轴可以包括沿心轴的长度轴向穿过的通道，用于防止当对象101在其上方前进时的压力聚积(pressure buildup)。可选地或附加地，心轴247可以包括内部导管，该内部导管穿过心轴247的内部并与对象101的体积和/或心轴247的外表面和放置的对象101的内壁之间的体积连通。
心轴247还可以被配置成通过辅助机构(未示出)保持放置在其上的对象101。例如但不限于，可以使用真空泵在对象101的体积内部和/或心轴247的外表面和放置的对象101的内壁之间的体积内部施加真空条件。可选地或附加地，柔性/弹性摩擦赋予元件240的可弯曲裙部244可以具有能够在放置在其上的对象101上施加保持力的磁特性。又附加地或者可选地，柔性/弹性摩擦赋予元件240的可弯曲裙部244的外表面可以被处理以增强其可以施加在放置在心轴247上的对象101的内壁上的摩擦。
图4A至图4B示意性地示出了利用可变形柔性/弹性摩擦赋予元件260的一些可能实施例的心轴250(本文也称为夹具)构造，该可变形柔性/弹性摩擦赋予元件260被配置成当可变形元件260被纵向压缩时夹持对象101，并且分别示出了在将对象101放置在其上之前和之后心轴250的截面图。
夹具250包括帽元件252、沿着心轴250的中心细长轴线穿过的中心纵向中空通道/管(tube)254、密封地环绕管254并被配置成在其上轴向滑动的活塞装置257、以及通过一个或更多个支撑元件276同轴地附接到管254的细长套筒258。活塞装置257包括大致盘形的基部元件255和管状/圆柱形活塞元件259，该活塞元件259从基部元件255向远侧且同轴地延伸，并且密封地安装成在管254上滑动。帽元件252包括从其底侧向近侧突出的圆柱形筒261，该圆柱形筒同轴地环绕中心管254，并且被配置成可密封地容纳管状活塞元件259。可变形元件260通常是同轴地围绕管254的管状元件，并且具有附接到帽252的底部的远侧边缘(rim)以及附接到活塞装置257的基部元件255的近侧边缘。
这些元件彼此之间的连接和相互作用导致心轴250的两种状态：延伸状态，其中可变形元件260基本上被纵向拉伸，如图4A所示；以及按压状态，其中可变形元件260基本上被压缩，如图4B所示。通过将心轴250改变为其延伸状态，对象101在夹具250上滑动，其中，可变形元件260被纵向拉伸，并且通过将心轴250改变为其按压状态而由夹具保持，其中，可变形元件260被压缩，从而在帽252和套筒258元件的最外唇缘(lip)上方径向突出，以接触对象101的内壁并在其上施加径向压力。
如将在下文中描述的，心轴250是被配置成通过施加流体压力(例如，空气或任何其他气体压力)而改变到其延伸/非夹持(对象释放)状态的正常按压/夹持心轴。在图4A所示的延伸状态下，加压流体262(其可以是空气、蒸汽或任何其他流体)由压力单元45供应，并使得流动通过中空通道254(如箭头262的方向所示，从通道的近端部分到其远端部分)。流体流262通过管254的远端开口流出，进入在帽元件252中形成的流体腔室253，该流体腔室253在其远端处封闭通道254。然后，流体流262经由在帽元件中形成的一个或更多个流体通路263，在第二方向上从帽252的流体腔室253被重定向到在圆柱形筒261中形成并由活塞259密封关闭的压力腔室265中。由流体流262在压力腔室265内部形成的压力条件在第二方向上推动活塞259，并导致活塞装置257在第二方向上(近侧)移动。
可变形元件260可以是弹性(或有弹性)元件，其被配置为自然恢复其压缩状态，其中其周向部分径向突出于夹具/心轴的表面之上，用于将放置在夹具/心轴上的对象附接到其上。在该配置中，活塞装置257可以被配置成在压力腔室265内部的流体压力下，克服由正常压缩的可变形元件260施加的力向近侧移动，用于拉伸可变形元件260并将夹具/心轴改变到其非夹持状态。因此，每当压力腔室265内的流体压力被移除或降低到某一阈值压力水平以下时，因为可变形元件260恢复到其压缩状态，可变形元件260的弹性将向近侧拉动活塞装置，从而从压力腔室265排出流体/空气，并将夹具/心轴改变回其按压/夹持状态。
可选地，并且在一些实施例中优选地，耦合到活塞装置257的基部255的阻力/弹性元件266(例如弹簧)被配置为通过在第一方向上对活塞装置257施加力来至少部分地抵抗活塞装置257在第二方向上的运动。阻力/弹性元件266可以在其一侧连接到活塞装置257的基部255，并且在其另一侧连接到最远支撑元件276。当可变形元件260通过其近端连接到活塞装置257的基部255，并且通过其远端连接到帽元件252时，当活塞装置257远离帽元件252移动时，可变形元件260纵向拉伸，并且允许通过沿着夹具250的外壁向近侧滑动对象101来将对象101放置在夹具250上。
为了将夹具250改变到其按压状态，如图4B所示，停止从压力单元45朝向帽元件252的流体流262，使得阻力/弹性元件266在第一方向上向远侧推动活塞装置257，从而从压力腔室265排出流体材料，并导致相反方向上(即，远离帽元件252)的流体流262’。以这种方式，活塞装置257在管254上朝着帽元件252向远侧滑动，从而可变形元件260被压缩。当被压缩时，可变形元件260被配置成在套筒258和帽元件252的最外侧唇缘上径向延伸。在该压缩状态下，可变形元件260与对象101的内壁接触并周向地压靠在其上，从而在对象101的内壁上施加径向压力。经由该压力，夹具250夹持对象101。
可选地，帽元件252是圆顶形元件。在一些实施例中，帽元件252包括至少一个穿孔268，用于对象101在心轴上放置期间实现从对象101内部排出的空气进入套筒258和通道254之间的通路，如箭头270、272和273所示。该特征使得更容易地在夹具上快速滑动对象，因为在心轴250上滑动对象101的同时，空气可以被快速排出。否则，在帽元件252和对象101的远端内壁之间捕获(trapped)在对象101内部的空气在对象101的远端内壁接近夹具250的帽元件252时将被压缩，并且将积聚克服对象朝向夹具的运动的阻性压力。
可选地，并且在一些实施例中优选地，活塞装置257的基部元件255还包括一个或更多个穿孔274，和/或一个或更多个第二穿孔275也被形成在支撑元件276中，以允许从对象101内部排出的空气在通道254和套筒258之间沿着第二方向朝着夹具的近端进一步前进。可选地，在夹具250近端处在通道/管254和套管258之间的区域是中空的并且开放的。以这种方式，来自对象101内部的空气可以被引导到夹具的近端，并且被释放到开放的空气/外部环境中。
在一些实施例中，夹具250被拉长成具有圆柱形表面。可变形元件260可以包括环绕夹具的单个元件，或者可以包括沿着夹具的截面圆周位于预定义位置处的许多元件。可选地，活塞装置257是围绕中空通道254的环。弹性元件266可以包括一个或更多个阻力元件(例如，弹簧)，或者可以是单个阻力元件(例如，环绕/围绕中空通道254的单个弹簧)。因此，阻力/弹性元件266可以设置在活塞装置257的基部255和支撑元件276之间，不必附接到其上。
图4C示出了从其上移除对象101期间的心轴250。如所示，流体材料由压力单元45通过中心管254向远侧流入(262)流体腔室253，并由此流入压力腔室265，以按压活塞元件259并使活塞装置257克服由阻力/弹性元件266施加的阻力在管254上向近侧滑动。因此，施加的压力流体导致可变形元件260纵向拉伸，释放对象101内壁上的夹持，从而转变成心轴250的延伸(释放/非夹持)状态。然后，对象101在心轴250上向远侧滑动，从而使空气从外部环境通过一个或更多个穿孔275、274和/或268流入帽元件252和对象101的内部远侧壁之间逐渐增加的内部体积177中，如箭头273’、272’和270’所示。这样，基本上防止了阻性真空压力，以保证对象101容易且平滑地从心轴250移除。
在一些实施例中，心轴250还被配置成绕其细长轴线旋转，从而旋转放置在其上的对象。夹具250的不同元件可以由适合于上述功能的任何材料(例如，金属、塑料、玻璃)制成。可变形元件260可以由任何合适的弹性/柔性材料(例如但不限于橡胶)制成。
图5A至图5C示意性地示出了一些可能实施例的心轴(本文也称为夹具)构造280，其利用被配置用于围绕心轴280生成缓冲套筒的空气流，以便于将对象101放置在其上。可选地，心轴280被配置成至少部分使对象101膨胀。图5A和图5B示出了当流体/空气压力打开并且对象101滑动到心轴280上时心轴280的截面图，并且图5C示出了在空气压力降低并且对象的内壁表面接触并粘附到心轴280之后心轴280的截面图。
夹具280包括沿着心轴280的中心轴线穿过夹具的细长中空通道282、围绕中空通道282或其至少一部分的细长流体腔室/套筒284、以及至少部分位于中空通道282内部并被配置用于堵塞中空通道282的毂装置286。
毂286具有至少一个入口导管/管288和至少一个流体通道281，入口导管/管288被配置用于接收来自压力单元45的加压流体/空气，流体通道281在入口导管/管288和细长腔室/套筒284之间连通用于将加压流体/空气引导到流体腔室284中。进入毂286的加压流体/空气的流由箭头线290表示，并且通过导管/管288并进入流体腔室284的加压流体/空气的流由箭头线292表示。
流体腔室284具有至少一个出口开口294，用于从流体腔室284释放流体/空气。在一些实施例中，出口开口294位于流体腔室284的远端296附近。可选地，并且在一些实施例中优选地，心轴280包括多个出口开口294，出口开口294周向地分布在心轴280的至少一个周向部分上，并且被配置成在径向方向上从那里流动加压流体/空气。
如图5B所示，利用该构造，当对象101在夹具280上滑动并且加压流体/空气经由其出口开口294从流体腔室284流出时，几乎在对象101遇到夹具时，通过由开口294释放的流体/空气在夹具280的外表面和对象101的内壁之间生成缓冲流体/空气套筒291。当对象101逐渐滑过心轴280时，缓冲流体/空气套筒291至少部分地使对象101的部分膨胀。可选地，腔室的远端具有锥形形状。以这种方式，对象101可以在被膨胀之前容易地滑动到夹具的远端上。
以这种方式，在将对象101放置在心轴280上期间，对象101在心轴上“浮动”，因为缓冲流体/空气套筒291的形成提供了无接触放置过程。因此，对象101在心轴280上滑动，基本上没有摩擦阻力，或者摩擦阻力小得可以忽略不计。
由开口294释放的加压流体/空气流由箭头298表示。如图5B所示，对象101通过开口294处的气流至少部分地可膨胀。当对象101被进一步推到夹具280上时，夹具和对象101之间的气流298产生气垫291。
流入毂装置286的流体/空气流(以及因此流出流体腔室284的空气流)是可控的。如图5C所示，一旦对象101已经滑动到夹具280上期望的距离(例如，当对象101的帽接触腔室284的远端296时)，从压力单元45进入毂装置286的流体/空气流就减少或完全停止。以这种方式，流出腔室284的流体/空气流也被降低或停止，并且气垫291消失。因此，对象101收缩并粘附到夹具280上。以这种方式，夹具280能够夹持部分可膨胀的对象101。
在本发明的一些实施例中，流体腔室284具有两个或更多个开口(例如，三个、四个或八个)，这些开口被设置成相对于夹具280的中心轴线对称地形成气垫。
可选地，并且在一些实施例中优选地，毂装置286包括至少一个空气通路302，该空气通路沿其长度穿过并且被配置用于当对象101沿着夹具280滑动时接收由对象101推动进入中空通道282的远侧的空气流304，并且用于允许被推动的空气从中空通道的近侧离开中空通道282。以这种方式，由进入中空通道的气流304产生的压力被释放，如通过一个或更多个通路302的气流306所看到的。该释放使得对象101在夹具280上的滑动变得容易，并且防止了对象101内部阻性压力的积聚。
在一些实施例中，夹具280沿着其中心轴线被伸长。可选地，并且在一些实施例中优选地，夹具280具有圆形横截面。图5D示出了根据可能实施例的心轴280的顶视图。在该特定且非限制性的示例中，毂装置286包括沿其长度穿过的四个空气通路302，以及从入口导管/管288径向延伸的四个流体通道281。然而，在一些实施例中，可以使用更多或更少数量的空气通路302和/或更多或更少数量的流体通道281。
在图5D中，流体通道281中的每一个从入口导管/管288径向延伸，其是位于两个相应空气通路302之间的毂的一部分，但是可以类似地采用不同的布置。此外，尽管在图5D中示出了四个出口开口294，但是在不同的实施例中可以类似地提供更多或更少数量的出口开口294。
图6A和图6B示意性地示出了被配置用于承载并移动心轴412的一个或更多个阵列的托架系统(本文也称为支撑平台)400。可以以本文公开的和/或第WO 2015/177599号国际公开中公开的任何心轴实施例的形式来实现心轴412。在该具体示例中，支撑平台400包括心轴412的两个阵列，其中心轴的每个阵列被布置为心轴的翼，并且心轴412的每个翼是可拆卸且可替换的。
托架系统400包括马达单元404、心轴的第一翼406、以及心轴的第二翼408。在一些实施例中，心轴的每个翼还包括机械元件(未示出，例如，轴、齿轮链轮和/或带)，其被配置成将旋转运动从马达单元404传递到心轴(412)。可选地，并且在一些实施例中优选地，托架系统400还包括联结到马达单元的货车(wagon)402，用于沿着期望的路径承载所有上述元件。例如，路径可以由轨道(track)定义。
马达单元404包括第一多个端口和第二多个端口(未示出)，马达单元404经由它们移动并操作每个单独的心轴。第一和第二多个端口被设置在马达的相对侧上。第一翼406被配置用于将第一组心轴412联结到第一多个端口，用于使马达单元404能够移动并操作第一组心轴。类似地，第二翼408被配置用于将第二组心轴412联结到第二多个端口，用于使马达能够移动并操作第二组心轴。
第一翼406和第一组心轴412形成被配置成可拆卸地联结到马达单元404的第一装置。类似地，第二翼408和第二组心轴412形成被配置成可拆卸地联结到马达单元404的第二装置。这在图6B中被示出。以这种方式，每当具有不同(或更小或更大)内径的对象阵列需要由托架系统400承载时，多个心轴(例如，联结到同一翼的24个心轴)可以作为块被快速地一起替换。在图6A和图6B所示的非限制性示例中，每个翼406/408包括三个心轴412a、412b和412c，但是当然，每个翼可以被配置成具有更多或更少数量的心轴412。
通过该设置可以实现的对象更换的快速性能够实现处理/印刷对象的更快的产量。以这种方式，当对象的第一阵列的处理/印刷完成时，具有第一对象的心轴的翼406/408可以快速地从马达单元404分离，并且用于新对象阵列的新翼可以快速地联结到马达单元404。如果每个心轴必须单独地从马达单元上拆下，或者如果每个对象必须单独地更换到不可拆卸的心轴上，该过程将减少等待时间。
在一些实施例中，马达单元404包括单个马达和机械传动部件(未示出)，机械传动部件被配置成将由马达生成的旋转运动传递到心轴412。可选地，在一些实施例中，马达单元404包括各自的单个马达和各自的机械传动部件(未示出)，机械传动部件被配置成将由马达生成的旋转运动传递到各自的心轴412，即每个心轴由各自的马达旋转。马达单元404中使用的马达是电动马达，或者能够可控地产生旋转运动的任何其他合适的马达。
可选地，并且在一些实施例中优选地，心轴的翼406和408被配置成将在相反方向上定向的两个平行排的心轴412附接到托架系统400，即一排心轴平行于且在托架的移动方向上，而另一排心轴平行于托架的移动方向并且在与托架的运动方向相反的方向上。在这样的配置中，马达单元404可以具有各自的马达和机械传动部件(未示出)，其机械地耦合到属于不同翼406和408的每对心轴，并且它们彼此相邻地定位，即心轴对412a、412b和412c在同一列中。
图7A和图7B示意性地示出了用于承载并移动心轴412的托架系统500，该装置包括包括心轴412和马达单元504的块，该块从托架/支撑平台502可拆卸且可替换，托架/支撑平台502被配置为沿着用于处理由心轴承载的对象的车道来移动托架系统500。
托架系统500非常类似于上面参考图6A和图6B描述的系统400。然而，如图7B所示，在系统500中，马达单元504从货车502上可拆卸。心轴412可拆卸地或不可拆卸地附接到马达单元504。因此，马达单元504和联结到马达单元的所有心轴510可以一起从货车上拆卸下来，而不是一次更换一个翼。马达单元504可以具有单个马达和机械传动部件(未示出)，机械传动部件被配置成将马达生成的旋转运动传递到心轴。可选地，马达单元504可以具有各自的马达和机械传动部件(未示出)，用于将马达的旋转运动传递到各自的心轴412。
可选地，并且在一些实施例中优选地，马达单元504包括各自的马达和机械传动部件(未示出)，机械传动部件被配置成将马达生成的旋转运动传递到各自一对心轴412a、412b、412c，心轴对彼此相邻地定位并且属于不同排的心轴。
该配置的一个优点在于，根本不需要从马达单元上移除心轴的每一个，并且这可以延长每个心轴的寿命。另一个优点在于快速更换和提高处理/印刷对象的产量，因为托架的所有心轴412阵列可以在单次操作中被快速移除和更换。
图8A示意性地示出了根据一些实施例配置的配准设置415，以对准由托架系统12承载的对象101的角度定向。在该特定且非限制性示例中，托架系统12包括心轴412的两个平行排，每排包括三个心轴412a-c和412a’-c’。每排心轴从托架系统12的细长支撑构件12s的相应面水平地延伸，使得前排心轴412a-c在与后排心轴412a’-c’方向相反的方向上从支撑构件12s延伸。
在该示例中，每对相邻定位的心轴机械地耦合到各自的马达Ma、Mb和Mc，马达Ma、Mb和Mc被配置成以相同的方向和速度旋转各自一对心轴412a-a’、412b-b’和412c-c’。在这种情况下，通过例如使用对准/指示标记49来对准放置在相邻定位的心轴412上的每对对象，可以简化施加到对象101上的处理过程。因此，对准过程可以用于将对象101a上的标记49与对象101a’上的标记49对准，并且类似地将对象101b与对象101b’对准，并且将对象101c与对象101c’对准。
如参考图5A至图5D所述，该示例中的心轴412被配置成生成缓冲流体/空气套筒291，其有利地用于对准相邻定位的成对的对象101a-101a’、101b-101b’和101c-101c’。为此，对象固定系统422用于固定后排对象101a’、101b’和101c’，同时旋转前排对象101a、101b和101c，直到它们的前后对象的标记49被对准。对象固定系统422包括固定单元42a、42b和42c的阵列，以及(例如，利用成像器(诸如CCD或CMOS成像器))安装在平台422p上的传感器单元43a、43b和43c的相应阵列，平台422p被配置为沿着垂直轨道48移动。
在对象配准过程期间，平台422p朝着托架系统12向下移动，直到每个固定单元42a、42b和42c位于后排对象101a’、101b’和101c’中相应一个的附近。加压流体/空气然后由压力单元45流过后排心轴412a’、412b’和412c’，以在后排心轴周围生成流体/空气缓冲套筒291，并使后排对象101a’、101b’和101c’中的每一个“浮动”在其各自的心轴上。选择性地将加压流体/空气仅供应到后排心轴412a’、412b’和412c’，使得只有后排对象101a’、101b’和101c’在它们各自的心轴上“浮动”，而前排对象101a、101b和101c保持附接在它们各自的前排心轴412a、412b和412c上。
在该状态下，固定单元42a、42b和42c被启动，以由每个固定单元在位于其下的相应后排对象101a’、101b’和101c’上施加吸引力，从而保持其基本固定。传感器单元43a、43b和43c用于记录标记49在每个后排对象101a’、101b’和101c’中的位置，然后马达Ma、Mb和Mc被启动以旋转心轴412。尽管所有心轴412都旋转，但是只有前排对象101a、101b和101c旋转，因为后排对象101a’、101b’和101c’由于围绕后排心轴412a’、412b’和412c’形成的流体/空气缓冲套筒291以及由固定单元42a、42b和42c施加的吸引力而被固定。
传感器单元43a、43b和43c在前排对象101a、101b和101c被旋转时监控该前排对象101a、101b和101c上的标记49的移动，以用于当识别出由此旋转的相应前排对象和后排对象的标记49对准时，停止马达Ma、Mb和Mc中的每一个，即当对象101a上的标记49与对象101a’上的标记49对准时，停止马达Ma，当对象101b上的标记49与对象101b’上的标记49对准时，停止马达Mb，并且当对象101c上的标记49与对象101c’上的标记49对准时，停止马达Mc。
可选地，并且在一些实施例中优选地，在启动压力单元45以围绕后排心轴形成流体/空气缓冲套筒291之前，马达Ma、Mb和Mc被操作以旋转所有心轴412，用于将后排对象101a’、101b’和101c’上的标记49定位在预定义的角度位置处，从而将所有后排对象101a’、101b’和101c’放置在同一角度位置处。然后，配准过程可以如上文和下文所述进行，以将前排对象101a、101b和101c上的标记49与后排对象101a’、101b’和101c’上的标记49对准。以这种方式，在配准过程结束时，由托架系统12承载的所有对象101被设置成同一角度位置。
可以通过可用于调整对象的定向的任何合适的标记技术来实现设置在对象101上的标记49。在一些实施例中，标记49是光学可检测的标记，例如，印刷/涂漆标记、雕刻标记、激光标记等，但是它们也可以或者替代地包括磁性可检测的标记、RF辐射标记、NMR可检测的标记等。可以使用抽吸/真空施加器、电磁体、电场施加器、静电力施加器或其任意组合来实现由固定单元42a、42b和42c施加的吸引力。可选地，并且在一些实施例中优选地，每个固定单元包括气动地耦合到真空源(未示出)的至少一个抽吸孔47，该真空源被配置成可控地施加并停止施加在对象101上的吸引力。
图8B示出了根据一些可能实施例的配准过程的流程图90。现在参考图8A和图8B，在步骤P1至P4中，后排对象101a’、101b’和101c’的定向由控制单元300如下设定：在步骤P1中生成用于旋转所有心轴412(即，旋转由托架承载的所有对象)的控制信号/数据324，在步骤P2中处理由传感器单元43a、43b和43c生成的信号/数据322以识别后排对象上的标记49的位置，以及在步骤P3中基于接收到的对于每个后排对象的传感器信号/数据322确定其定向是否被设置为预定义的角度位置。在步骤P4中，马达Ma、Mb和Mc的操作被选择性地停止，直到所有后排对象101a’、101b’和101c’的角度位置被设置(即，当确定由此旋转的相应对象达到期望的角度位置时，停止每个马达)。如上文所述，如果由托架承载的所有对象的定向都应当被设置为同一角度位置，则在步骤P1至P4中执行设置后排对象的定向。如果没有执行步骤P1到P4，则剩余的处理步骤P5到P12将仅仅对准一对相邻定位的对象(101a和101a’)、(101b和101b’)以及(101c和101c’)。
在步骤P5中，控制单元300生成控制信号/数据320，用于将固定系统422的平台422p朝向托架12移动，以将每个固定单元42a、42b和42c邻近地放置在各自的后排对象101a’、101b’和101c’之上。同时或此后不久，在步骤P6中，控制单元300生成控制信号/数据323，以启动压力单元45，用于向后排心轴412a’、412b’和412c’供应流体/空气压力，并在它们周围形成流体/空气缓冲器219。在围绕后排心轴412a’、412b’和412c’形成流体/空气缓冲器219之后，在步骤P7中，控制单元300生成控制信号/数据321以启动固定单元42a、42b和42c，从而保持后排对象101a’、101b’和101c’基本固定。
在步骤P8中，生成控制信号/数据324以旋转心轴412。在步骤P8中，旋转托架12的所有心轴412，但是由于后排对象101a’、101b’和101c’由于由固定单元42a、42b和42c施加的吸引力以及围绕后排心轴412a’、412b’和412c’形成的流体/空气缓冲器291而保持固定，因此实际上只有前排对象101a、101b和101c旋转。在步骤P9中，传感器信号/数据322被处理以识别标记49的位置，并且在步骤P10中，检查每个前排心轴是否达到使其与各自相邻定位的后排对象对准的角度位置。
在步骤P11中，控制单元300在确定由此承载的对象与其各自相邻定位的后排对象对准时，选择性地停止马达Ma、Mb和Mc中的每一个。在马达Ma、Mb和Mc停止之后，在步骤P12中，控制单元300停用压力单元45，并且在步骤P13中，停用固定单元42a、42b和42c，并且移动固定系统422的平台422p远离托架12。
图9A和图9B示意性示出了检查系统330(图1中的Ins)的可能的实施例。图9A和图9B示出了使用可移动成像器单元16h来扫描对象101的外表面的检查系统330。可选地，并且在一些实施例中优选地，成像器单元16h安装在位于对象101之上(或之下)一定距离处的轨道256上，并且被配置成例如使用一个或更多个马达和机械传动装置(未示出)沿轨道256在横向方向上滑动。成像器单元16h的移动由控制单元300控制，控制单元300还被配置成从每个对象101j接收获取的碎片图像(fragmental image)ij k(其，中j>0和k>0是正整数)，并且从接收到的对于每个对象101j的碎片图像ij k中定制其整个外表面的马赛克图像，该马赛克图像示出了施加到其上的处理和/或印刷在其上的图案。
在一些实施例中，控制单元300被配置为当对象101的流的平移移动停止时，沿着轨道256移动成像器单元16h，以获取每个对象101j的周向条带sq(其中，q>0是正整数)内的部分图像ij k。由于对象101可以在每次停止时连续地旋转，因此成像器单元16h可以在每次停止内在轨道256上移动多次，以获取每个周向条带sq的连续部分图像ij k+1、ij k+2、…，直到每个对象101j的整个周向条带sq上的碎片图像被控制单元300获得并定制。对于对象101的每一步移动重复该过程，直到获得对于每个对象101的整组周向条带s1、s2、s3、…、sq。然后，控制单元300可以定制每个对象101的定制条带，以构建对于每个对象的马赛克图像，该马赛克图像示出了印刷在其外表面上的图案。
可选地，如果对象101在每次停止时连续地旋转，则控制单元300可以被配置成将成像器单元16h定位在沿着轨道256的离散位置处，用于以连续的方式获取每个对象101j的整个周向条带sq。在这种情况下，控制单元300被配置成为对象101j构造获取的周向条带sq的马赛克。
成像器单元16h可以被配置成获取单个像素、一排像素或像素矩阵大小的碎片图像ij k。例如，在一些可能的实施例中，可移动成像器单元16h是细长成像器单元，并且在这种情况下，控制单元300可以在对象101平移移动的单次停止内获取细长图像的有序序列。然后，控制单元300可以定制从每个对象获取的细长图像序列，以便针对每个对象构建细长图像的马赛克，该马赛克示出了印刷在其外表面上的图案。
在一些可能的实施例中，成像器单元16h被配置成获取覆盖每个对象101的整个长度的细长条。因此，控制单元300可以被配置成将成像器单元16h沿着轨道256连续地放置在离散位置处，用于在每个对象101j旋转时获取每个对象101j的细长条带图像。以这种方式，例如，控制单元300首先将成像器单元16h定位在对象1011附近，以在其旋转的同时获取其所有细长条带图像，从而能够构建其马赛克图像。然后，控制单元300将成像器单元16h移动到对象1012附近，以在对象1012旋转的同时获取其所有细长条带图像，从而能够构建其马赛克图像等，直到从所有对象101获取了所有条带图像。如上所述，其上安装有对象流的支撑平台然后沿着车道移动，以放置新的一排对象101用于检查。
可选地，并且在一些实施例中优选地，成像器单元16h包括两个或更多个成像器。例如，在一些可能的实施例中，成像器单元16h包括高分辨率成像器(例如，能够成像单微米尺寸)和低分辨率成像器(例如，能够成像十微米或更大尺寸)。
在一些可能的实施例中，成像器单元16h被配置用于在其他方向上移动。例如，在一些实施例中，如图9B所例示，轨道256(256-1、256-2、256-3、…、256-n)可以被配置为相对于对象101上下移动。此外，在一些可能的实施例中，成像器单元16h被配置为例如通过在从水平轨道256垂直延伸的离散位置处使用垂直轨道216，或者互连轨道的矩阵(未示出)，或者通过将成像器单元16h安装在机械臂(未示出)上，在基本平行于对象101所在的平面的平面内移动。
当成像器单元16h被配置为在平面内移动以从对象101获取图像时，在支撑平台的每次停止时，控制单元300可以在平面内以任何期望的或随机的模式来移动成像器单元16h，以使用上述任何技术(例如，如果对象连续旋转，通过顺序地从对象101获取周向图像sq，通过获取整个对象的细长条带图像)从对象获取部分图像ij k。可选地，并且在一些实施例中优选地，成像器单元在平面内移动，以从连续排中的对象获取图像，从而对在支撑平台上旋转的对象的一个或更多个(或整个)流进行成像，而不需要为了成像执行轴向移动。
在一些实施例中，控制单元300被配置成选择性地从由支撑平台承载的每个对象流中的有限数量的对象101获取图像。在这种选择性采样方法中，控制单元300可以被配置为基于预设数据或者随机地选择某些对象作为样本。可以基于由支撑平台/托架承载的对象数量来确定用作样本的对象数量。
在一些可能的实施例中，在不停止对象101的平移和旋转移动的情况下执行对象的成像，即，对象在旋转并轴向移动的同时被成像。在这种情况下，成像单元可以是静止的，并且图像是螺旋获取的，从而获得移动且旋转的对象的对角条带图像(diagonal tripimage)。控制单元300可以被配置成使用对象的旋转速度和轴向速度的比率来将对角条带图像转换成矩形形式。例如，控制单元300可以被配置并可操作为根据对象的旋转速度和轴向速度之间的比率来确定变换角度，并且使用它来将对角条带图像变换成矩形图像。
如图9B所示，在一些实施例中，检查系统330包括多个成像器16h，每个成像器16h被配置为沿着位于对象阵列的一排对象101之上(或之下)的轨道256侧向(从右到左或从左到右)移动，以从对象获取图像数据。每个轨道256可以被配置成沿着轨道216垂直移动，以进一步允许对排中的对象101或对对象进行纵向扫描。因此，控制单元300可以被配置成生成控制信号/数据，用于沿着其各自的轨道256在侧向方向上移动成像器16h中的每一个，以获取某些排对象中的对象101的成像数据，和/或沿着轨道216垂直移动轨道256，用于沿着该排中的对象101的长度将成像器16h定位在期望的位置处。控制单元300可以被配置为将各自的可移动轨道256及其各自的成像器16h分配给每排对象。可选地或附加地，控制单元300可以被配置为将两个或更多个可移动轨道及其各自的成像器16h分配给对象阵列中的某一排对象。
如本文所述和附图所示，通过一个或更多个成像单元，可以在对象处理过程T1、T2…Tn中的任何一个中沿着车道17(例如，在印刷区、视觉检查区(Ins)、底漆和/或固化区)执行对象的检查。可选地，并且在一些实施例中优选地，在从车道17卸载对象之前，由一个或更多个成像单元在卸载区中执行对象的检查。
诸如顶部、底部、前面、背面(back)/后部(rear)、右侧和左侧等术语以及与对象和系统部件的定向相关的类似形容词是指插图在纸上被定位的方式，而不是对该装置可以用于实际应用的定向的任何限制。还应当理解，在整个公开中，在示出或描述过程或方法的情况下，可以以任何顺序或同时执行该方法的步骤，除非从上下文中清楚一个步骤依赖于首先执行的另一个步骤。
还将认识到，本文描述的过程/方法可以被实现为使用结构化编程语言(例如，C)、面向对象编程语言(例如，C++)或任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术)创建的计算机可执行代码，其可以被存储、编译或解释为在处理/控制单元以及处理器的异构组合、处理器架构、或不同硬件和软件的组合中的至少一个上运行。处理可以分布在多个计算机化的设备上，这些设备可以在功能上集成到专用的独立系统中。所有这些排列和组合都旨在落入本公开的范围内。
适用于上文描述的实施例的控制系统可以包括例如连接到通信总线的一个或更多个处理器、一个或更多个易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))或非易失性存储器(例如，闪存)。辅助存储器(例如，硬盘驱动器、可移动存储驱动器、和/或可移动存储器芯片(例如EPROM、PROM或闪存))可以用于存储要被加载到计算机系统中的数据、计算机程序或其他指令。例如，计算机程序(例如，计算机控制逻辑)可以从辅助存储器加载到主存储器中，用于由控制系统的一个或更多个处理器执行。可选地或附加地，可以经由通信接口来接收计算机程序。这种计算机程序在被执行时，使得计算机系统能够执行本文讨论的本发明的某些特征。特别地，计算机程序在被执行时，使得控制处理器能够执行本发明特征和/或导致本发明特征的执行。相应地，这种计算机程序可以实现计算机系统的控制器。
在使用软件实现本发明的实施例中，软件可以存储在计算机程序产品中，并使用可移动存储驱动器、存储器芯片或通信接口加载到计算机系统中。当由控制处理器执行时，控制逻辑(软件)使得控制处理器执行如本文所述的本发明的某些功能。
在另一实施例中，使用例如硬件部件(诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门控阵列(FPGA))，主要在硬件中实现本发明的特征。实现硬件状态机以便执行本文描述的功能对于相关领域的技术人员来说是明显的。在又一实施例中，可以使用硬件和软件的组合来实现本发明的特征。
如上文所述以及相关联附图所示，本公开提供了用于处理对象阵列的系统和机械以及相关方法。虽然已经描述了本发明的特定实施例，但是将理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以进行修改，特别是根据前述教导。如本领域技术人员将认识到，可以以多种方式采用上述技术中的一种以上的技术来实施本发明，所有这些都不超出权利要求的范围。

Claims (21)

1.一种用于将其上的中空对象保持为其接合状态的夹具，其中，所述夹具被配置为正常地处于所述接合状态，所述夹具包括：
主体组件，所述主体组件被配置为至少部分地容纳在所述对象内部，并且包括沿其长度延伸的中空部分；
至少一个可变形元件，所述至少一个可变形元件附接到所述主体组件，并被配置为在正常接合状态和释放状态之间变化，在所述正常接合状态下，与放置在所述夹具上的所述对象的内表面的接触随其一起被建立，在所述释放状态下，不存在与所述对象的所述内表面的接触；以及
附接机构，所述附接机构被配置为当所述对象被放置在所述夹具上时，压缩所述夹具的处于所述正常接合状态的所述至少一个可变形元件，使得所述至少一个可变形元件的某个部分相对于所述主体组件突出，并且接触所述对象的内壁表面，所述附接机构包括致动器单元，所述致动器单元放置在所述主体组件内并且被配置为施加用于拉伸所述至少一个可变形元件的力，以径向缩回所述至少一个可变形元件的所述某个部分并且将所述至少一个可变形元件改变为所述释放状态以允许将所述对象放置在所述夹具上或从所述夹具移除所述对象，并且移除所施加的力以将所述夹具改变回其正常接合状态。
2.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述附接机构包括弹性元件，所述弹性元件被配置为迫使所述夹具进入其正常接合状态。
3.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述致动器单元包括沿着所述主体组件的长度穿过的至少一个流体通道，所述流体通道被配置用于从所述流体通道的近端接收流体介质并使所述流体介质在第一方向上流动，以用于施加流体压力并且将所述至少一个可变形元件改变为所述释放状态。
4.根据权利要求3所述的夹具，其中，所述主体组件包括：
所述夹具的远端处的帽元件；
活塞装置，所述活塞装置具有与所述流体通道的远端流体连通的活塞，并且被配置成使得从所述流体通道排出的所述流体介质被引导以在与所述第一方向相反的第二方向上从所述流体通道的所述远端流向所述活塞，并且使得所述活塞沿着所述第二方向移动，
并且其中，所述可变形元件通过其一端附接到所述活塞装置，并且通过其另一端附接到所述帽元件，使得所述活塞装置响应于所述流体压力在所述第二方向上的移动导致所述至少一个可变形元件拉伸并改变为所述释放状态。
5.根据权利要求4所述的夹具，包括弹性元件，所述弹性元件耦合到所述活塞装置，并且被配置为在所述第一方向上对所述活塞装置施加力，迫使所述夹具进入其正常接合状态。
6.根据权利要求5所述的夹具，其中，所述弹性元件包括至少一个弹簧。
7.根据权利要求4所述的夹具，其中，所述帽元件包括至少一个第一穿孔，所述至少一个第一穿孔被配置为将空气从所述对象内部排出到所述夹具内部或外部的区域中。
8.根据权利要求4所述的夹具，其中，所述主体组件包括围绕所述流体通道的至少一部分的套筒元件，以及安装或形成在所述套筒元件内部以用于连接在所述套筒元件和所述流体通道之间的一个或更多个支撑元件。
9.根据权利要求8所述的夹具，包括一个或更多个第二穿孔，所述一个或更多个第二穿孔形成在所述一个或更多个支撑元件中，并且被配置用于将所排出的空气通向外部环境。
10.根据权利要求8所述的夹具，包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧被设置在所述活塞装置和所述一个或更多个支撑元件之一之间，所述至少一个弹簧被配置为在所述第一方向上对所述活塞装置施加力，迫使所述夹具进入其正常接合状态。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的夹具，其中，所述帽元件包括与所述流体通道的远端开口流体连通的内腔，以及被配置为将从所述流体通道接收的流体介质引导向所述活塞的一个或更多个流体通路。
12.根据权利要求11所述的夹具，其中，所述帽元件包括与所述帽元件的所述一个或更多个流体通路流体连通的筒结构，并且所述筒结构被配置为可密封且可移动地容纳所述活塞。
13.根据权利要求12所述的夹具，其中，所述筒结构和所述活塞装置围绕所述流体通道的一部分，并且其中，所述活塞装置被配置成响应于所述流体压力而在所述流体通道上密封地滑动。
14.一种用于保持并移动多个对象的模块化系统，所述系统包括：
马达单元，所述马达单元具有设置在所述马达单元的相对两侧上的两个组中的第一多个端口和第二多个端口；
第一多个夹具和第二多个夹具，所述第一多个夹具和所述第二多个夹具中的每一个是根据权利要求1所述的夹具，其被配置用于保持所述对象的相应一个；
第一翼和第二翼，所述第一翼将所述第一多个夹具连接到所述第一多个端口，并且所述第二翼将所述第二多个夹具连接到所述第二多个端口，以便使所述马达单元能够单独地移动每个夹具；
其中，所述第一多个夹具和所述第一翼形成第一模块，所述第一模块从所述马达单元可拆卸，并且所述第二多个夹具和所述第二翼形成第二模块，所述第二模块从所述马达单元可拆卸。
15.一种用于保持并移动多个对象的模块化系统，所述系统包括：
马达单元，所述马达单元具有设置在所述马达单元的相对两侧上的两个组中的第一多个端口和第二多个端口；
多个夹具，每个夹具是根据权利要求1所述的夹具，其被配置用于保持所述对象的相应一个，所述夹具连接到所述马达单元的所述端口，以便使所述马达单元能够单独地移动每个夹具；以及
货车单元，所述货车单元联结到所述马达单元，被配置用于沿着期望的路径承载所述马达单元和联结到所述马达单元的所述夹具；
其中，所述马达单元连同联结到所述马达单元的所述夹具从所述货车单元上可拆卸。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个夹具是以夹具的单个可替换块的形式来提供的。
17.根据权利要求14所述的系统，包括检查系统，所述检查系统包括至少一个可移动成像器单元，所述至少一个可移动成像器单元被配置为获取所述对象的部分图像。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个可移动成像器单元被配置为沿着一排所述对象移动。
19.根据权利要求17或18所述的系统，其中，所述至少一个可移动成像器被配置为沿着所述对象的长度移动。
20.一种夹具装置，所述夹具装置包括至少一个夹具阵列，每个夹具是根据权利要求1所述的夹具，其被配置用于保持对象以用于向其表面区域施加一个或更多个处理过程，所述夹具装置作为单个块单元能够附接到马达单元，所述马达单元具有端口的相应阵列，所述端口的相应阵列被配置为将所述夹具机械地耦合到所述马达单元，以用于在向其施加所述一个或更多个处理过程的同时将旋转移动传递到所述夹具。
21.根据权利要求1所述的夹具，包括一个或更多个流体通道，所述一个或更多个流体通道沿所述夹具的长度穿过，并且被配置为当所述对象放置在所述夹具上或从所述夹具移除所述对象时，防止所述对象内部的压力积聚。
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