CN111051022B - 具有线性致动器的膜切割装置 - Google Patents

Abstract

在本文中描述了用于切割材料膜的方法和用于切割材料膜的切割装置。切割装置包括膜支撑板和压力板，该压力板被配置成相对于膜支撑板移动以将材料膜保持在膜支撑板上。该装置还包括：一个或多个刀片；和线性制动器，该线性致动器被配置成使一个或多个刀片相对于膜支撑板移动以切割被保持在膜支撑板上的材料膜。

Description

具有线性致动器的膜切割装置

技术领域

本发明涉及膜切割装置，并且尤其涉及包含一个或多个线性致动器的膜切割装置。

背景技术

为了便于测试膜(例如，聚合物膜或塑料膜诸如聚乙烯膜)，通常需要将大片的膜切割成较小的大小。例如，为了测试膜的拉伸特性，可能需要将6”(15.24cm)的方形膜切割成六个1”(2.54cm)宽乘6”(15.24cm)长的条状件。作为另一示例，为了测试膜的撕裂特性，可能需要将6”(15.24cm)的方形膜切割成四个3”(7.62cm)方形件。

存在用于切割材料膜的若干方法、技术和工具。用于切割材料膜的最常见方式是通过使用剪刀进行剪切切分(shear slitting：纵切剪切、沿线剪切、纵切口剪切、纵裂缝剪切)。例如，使顶部和底部刀刃固定，并将膜牵引通过刀刃。在这种配置中，平行于膜行进的方向切割膜。切割膜的另一方式是采用铡切机(guillotine：裁纸机、剪床、剪切机)类型的切割机。在这种情况下，垂直于行进方向切割膜。铡切机刀片以一定角度安装，其中，效果是使得当刀片下降时，刀片的前刀口移动横穿膜。

用于切割膜的另一技术是通过使用圆形的边缘锋利的辊子或剃刀刀片。将膜牵引通过圆形的边缘锋利的辊子或通过剃刀刀片。切割膜的另一方式是通过挤压切割。在这种情况下，切割刀片利用足够的力将膜夹紧抵靠于硬化的表面，以切割膜。该技术通常会留下锯齿状的边缘，并且与冲模切割(die cutting，冲切、模切)非常相似。在该切割方法的相关型式中，将膜压紧在两个辊子之间，并且上述辊子中的一个具有嵌入其中的一个或多个刀刃。如果刀刃足够宽，则在供给膜时将膜切割成节段。辊子通常具有当样本在辊子之间移动时将该样本切割成膜的嵌入的刀刃。样本从膜的中间被切割，使得膜附接在两个边缘上。经冲压的样本要么立即被分开，要么被到牵引另一机器中以用于进行分开和堆叠。

冲模切割机是挤压切割的另一示例。该方法通常在实验室中使用以获得模制塑料试样。但是，在膜测试中使用的高压力按压冲模技术是由操作员执行的，并不是被设计成是自动化的。例如，按压件无法打开得足够宽，以用于使机器人手部进入。另外，经切割的膜在切割后不是被稳固的并且膜可能会移动，因此通过自动化设备取回经切割的膜可能是困难的。此外，经切割的膜经常粘贴在冲模中，需要使用者将试样从冲模中拾取出。另外，由于需要高压力，按压件是需要若干平方英尺的实验室空间的大型装置。对于要求无锯齿状边缘的测试，诸如ASTM D882拉伸测试，也不建议使用按压冲模。

以上的传统切割装置是静态装置，因为切割装置是固定的并且膜相对于切割装置移动。切割装置通常以将膜牵引到切割机刀片的锋利刀口中的方式放置。所有以上的传统的切割装置和相关联的技术要么产生锯齿状边缘、要么需要膜以幅材的形式相对于切割刀片移动、要么生产出的经切割的膜在切割后未被稳固使得难以取回经切割的膜、要么生产出的经切割的膜粘贴在切割冲模上而需要使用者将经切割的膜取回。

因此，仍然需要解决现有膜切割装置的以上和其他问题的膜切割装置。

发明内容

确定了通过使用根据本公开的实施方式的具有一个或多个线性致动器的膜切割装置，可以生产具有无锯齿状边缘的经切割的膜。此外，根据本公开的实施方式的本膜切割装置允许在多个方向上切割材料膜。在以下段落中将进一步理解膜切割装置的这些和其他益处。

根据本公开的一方面，提供了用于切割材料膜的切割装置。切割装置包括膜支撑板和压力板，该压力板被配置成相对于膜支撑板移动以将材料膜保持在膜支撑板上。该装置还包括：一个或多个刀片；和线性致动器，该线性致动器被配置成使一个或多个刀片相对于膜支撑板移动以切割被保持在膜支撑板上的材料膜。

本公开的另一方面提供了用于切割材料膜的方法。该方法包括将材料膜放置在膜支撑板上；使压力板相对于膜支撑板移动以将材料膜保持在膜支撑板上；并且利用线性致动器使一个或多个刀片相对于膜支撑板移动，以切割被保持在膜支撑板上的材料膜。

附图说明

在参考附图考虑以下说明和所附权利要求后，本公开以及结构的相关元件的操作方法和功能以及部件和制造经济性的组合将变得更加明显，所有这些形成本说明书的一部分，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示对应的部分。然而，应当明确地理解，附图仅出于例示和描述的目的，并且不旨在作为对本发明范围的限定。

图1描绘了根据本公开实施方式的切割装置的三维立体图；

图2是根据本公开实施方式的示出膜支撑板和压力板细节的图1的切割装置的一部分的放大三维图；

图3A和图3B是示出根据本公开实施方式的示出材料膜被保持在压力板的延伸部段与膜支撑板之间时的定位的横向图；

图4A和图4B描绘了根据本公开实施方式的可以用作刀片的切割刀片的示例；

图5是根据本公开实施方式的切割装置的分解的三维立体图；

图6是根据本公开实施方式的示出刀片被附接到线性致动器的细节的三维立体图；

图7根据本公开实施方式示意性地示出了一配置，其中，方格(rectilinear，直线)形状的膜样品被切割成多个条状形状的试样；

图8是根据本公开另一实施方式的切割装置的三维立体图；

图9是根据本公开实施方式的示出安装到线性致动器的多个刀片的切割装置的部分的分解立体图；

图10是根据本公开实施方式的示出压力板和膜支撑板的特写的切割装置的三维立体图；

图11是根据本公开实施方式的示出膜支撑板的细节的切割装置一部分的三维立体图；

图12是根据本公开实施方式的示出在膜支撑板的腔中的真空吸盘的细节的切割装置的一部分的三维立体图；

图13A和图13B是根据本公开实施方式的示出多个刀片被定位和稳固到线性致动器的三维立体图；

图14根据本公开实施方式示意性地示出了一配置，其中，方形形状的膜样品被切割成多个方形形状的试样；

图15是根据本公开实施方式的切割装置的三维立体图；

图16是根据本公开实施方式的具有安装在图15的两个线性致动器上的两个刀片的图15的两个线性致动器的布置的三维立体图；

图17是根据本公开实施方式的具有多个凹槽的膜支撑板和具有对应的多个舌状部的压力板的三维立体图；

图18是根据本公开实施方式的图17的压力板的三维立体图；

图19是根据本公开实施方式的示出用于向真空吸盘提供真空的多个肘状配件的图17的压力板的三维立体图；

图20描绘了根据本公开又一实施方式的切割配置；

图21A和图21B是根据本公开实施方式的分别示出处于配对位置的膜支撑板与压力板以及处于未配对位置的膜支撑板与压力板的三维立体图；以及

图22是根据本公开另一实施方式的切割装置的三维立体图。

具体实施方式

图1描绘了根据本公开的实施方式的切割装置的三维立体图。切割装置10包括：被配置成在切割材料膜之前使材料膜保持绷紧的膜保持器12，以及驱动一个或多个刀片16的线性致动器14。在一实施方式中，材料膜可以包括：聚合物膜；或塑料膜诸如聚乙烯膜；或非聚合物膜诸如纸、织物等；或多于一层材料的复合膜。根据示出的实施方式，线性致动器14包括具有被安装到线性电机14的输出部的刀片16的线性电机，然而，其他实施方式也是可能的。线性致动器14被配置成使刀片16相对于通过膜保持器12被保持固定的材料膜移动，以便切割材料膜。在一实施方式中，膜保持器12包括膜支撑板18(例如，托盘)和压力板20。膜支撑板18被配置成接收材料膜。在一实施方式中，膜支撑板18被配置成使材料膜保持平坦。压力板20包括将材料膜保持在膜支撑板18上的多个吸盘22。在一实施方式中，压力板20被安装在机器人臂24上，该机器人臂被配置成使压力板20沿各个方向移动。在一实施方式中，机器人臂24是6轴关节式(articulated，铰接式、铰链式)手臂机器人(例如，EpsonRobotics C8机器人)。在另一实施方式中，6轴机器人臂24可以由被安装在可移动的轮或踏板上的机器人臂代替。如将在下面进一步描述的，机器人臂24被配置成在切割膜时提供压力以将材料膜保持在膜支撑板18上的适当位置。例如，机器人臂可以将压力板20朝向膜支撑板18推动。

在一实施方式中，机器人臂24还被配置成在切割之前将膜放置在膜支承板18上，并且在切割之后从膜支撑板18收集膜的部段。尽管在一个实施方式中使用机器人臂24来提供压力以保持膜，但是也可以使用其他类型的机构来提供压力以保持膜。

在一实施方式中，压力板20设置有被布置成——例如对于多边形膜来说——在每个角处保持膜的吸盘。例如，对于方格膜样品来说，压力板可以包括两对吸盘22。吸盘22可以被布置成在每个角上保持膜。在一实施方式中，压力板20还设置有第三对吸盘23。第三对吸盘23可以用于将材料膜的经切割的部段从膜支撑板18移除，例如，用于运输到测试设备诸如光学分析仪、厚度测量装置、撕裂强度测试仪或者拉伸测试仪。

图2是根据本公开实施方式的示出膜支撑板18和压力板20细节的切割装置10的一部分的放大三维图。如图1和图2两者中示出的，膜支撑板18包括狭槽26，切割刀片16的至少一部段穿过该狭槽伸出。在一实施方式中，如在图2中更清楚地示出的，压力板20包括延伸部段21。延伸部段21具有多个凹槽28和设置在凹槽28之间的开口23。膜支撑板18在狭槽26的相反侧上具有被限定在该膜支撑板中的舌状部29。被限定在膜支撑板18中的舌状部29被配置成，当延伸部段21被移动至与膜支撑板18接触时，与在压力板20的延伸部段21中的凹槽28配对。压力板20的延伸部段21中的开口23被配置成，当压力板20的延伸部段21被移动至与膜支撑板18接触时，接收刀片16的穿过膜支撑板18中的狭槽26伸出的部段。舌状部29和凹槽28被配置成在配对时使材料膜保持绷紧。尽管图2示出了设置在压力板20的延伸部段21上的凹槽28和设置在膜支撑板18上的舌状部29，但是还可以想到，凹槽28可以被设置在膜支撑板18上，并且舌状部可以被设置在压力板20上。

图3A和图3B是根据本公开的实施方式的示出材料膜在被保持在压力板20的延伸部段21与膜支撑板18之间时的定位的横向图。图3A描绘了在延伸部段21与膜支撑板18间隔开的同时被定位在延伸部段21与膜支撑板18之间的膜30。图3B描绘了被夹持在延伸部段21和膜支撑板18之间的膜30。可以看出，舌状部29将膜30按压到配对的凹槽28中，向膜30施加张拉力。根据一实施方式，凹槽28的尺寸(例如，半径)与舌状部29的尺寸(例如，半径)是不相同的。相反，舌状部29可以具有比凹槽28略微较小的半径，以便为待插入上述舌状部与上述凹槽之间的膜30保留空间，如在图3B中示出的。使用者可以例如根据待切割的膜30的厚度来选择凹槽28和舌状部29之间的大小差异。例如，可以选择凹槽28和舌状部29的大小以适应膜的例如在0.5mil(12.7微米)至10mil(254微米)之间的厚度范围。尽管所示出的凹槽28和舌状部29具有半圆形的截面，但是凹槽28和舌状部29也可以具有其他配对的或基本配对的配置，诸如多边形截面或其他弯曲的或圆角的截面。

当通过舌状部29将膜30推动到凹槽28中时，膜至少在横跨膜支撑板18中的狭槽26的区域中变得绷紧。因此，刀片16可以行进横穿膜(垂直于图3B的平面进入纸张)，以切割在横跨狭槽26的区域中的膜。根据一替代性的实施方式，刀片16可以行进穿过不在一对配对的舌状部29与凹槽28之间的另一空间。在该替代性的实施方式中，舌状部29和凹槽28在刀片16横贯膜的长度时仍然可以用来使膜30例如在边缘上绷紧，如将在下文中详细描述的。

在一实施方式中，凹槽28的半径比对应的舌状部29的半径略微大约0.75mil(19.05微米)。在一实施方式中，狭槽26和开口23(为切割刀片16保留的空间)具有大约0.050英寸(1.27mm)的宽度。在一实施方式中，切割刀片具有0.020英寸(0.508mm)的厚度。因此，可以在刀片30的每一侧上提供0.015英寸(0.381mm)的间隙。根据一实施方式，这足够允许刀片在不接触开口23的壁或狭槽26的壁的情况下在开口23和狭槽26内部行进。

参考图4A和图4B，刀片16可以具有各种配置。图4A和图4B描绘了根据本公开的实施方式的可以用作刀片16的切割刀片的示例。在一实施方式中，切割刀片包括一个或多个剃刀刀片。例如，在图4A中示出的切割刀片具有成角度的刀口。该成角度的刀口可以进一步促进切割穿过材料膜。另外，刀片可以以任何角度被定向以提供期望的切割角度。在图4B中示出了可以用作刀片16的另一类型的切割刀片。图4B中的切割刀片是双刀口刀片。利用在图4B中示出的刀片，可以使用一个切割刀口直到该切割刀口变钝，然后可以旋转切割刀片以使用另一个新的切割刀口。基于本公开，本领域普通技术人员将理解也可以使用其他类型或配置的刀片。在一实施方式中，所使用的切割刀片与在图4A中所示出的切割刀片相似。根据一实施方式，切割刀片16是来自纽约州萨凡纳市(Savannah,NY)的PearlTechnologies的零件#SS-1C，7/16"(11.1125mm)×1-7/8"(47.625mm)Tru-Kote，0.020"(0.508mm)厚，封闭端，0.185"×0.790"(4.699mm×20.066mm)狭槽大小，带凹口的刀片。

图5是根据本公开的实施方式的切割装置10的分解的三维立体图。图5描绘了根据本公开的实施方式的线性致动器14。在一实施方式中，线性致动器14是由来自宾夕法尼亚州匹兹堡市(Pittsburgh，PA)的Aerotech公司制造的线性电机。在另一实施方式中，线性致动器14是由ETEL公司制造的线性电机。在一实施方式中，线性致动器14被安装到基部支撑件50。可移动板52被附接到或被耦接到线性致动器14的输出部。刀片安装支架54使用可调整板53被安装到可移动板52。可调整板53被配置成调整刀片安装支架54相对于可移动板52的位置。例如，刀片安装支架54可以被安装到位置可调整板53，并且位置可调整板53可以被安装到可移动板52，以便允许刀片安装支架54从线性致动器14的边缘向前延伸并因此允许刀片16从线性致动器的边缘向前延伸。刀片安装支架54被配置和被布置成接收刀片16。稳固支架56附接到刀片安装支架54以将刀片16稳固到该刀片安装支架上。当可移动板52由线性致动器14驱动时，刀片16与可移动板52一起移动。本领域普通技术人员将理解，可以实施其他结构以将刀片16直接地或间接地连接至线性致动器14以由此驱动刀片。在一实施方式中，膜支撑板18使用安装结构51被安装到基部支撑件50。膜支撑板18被安装到基部支撑件50，并且被布置成使得刀片16的至少一部段延伸穿过狭槽26。

图6是根据本公开实施方式的示出刀片16与线性致动器的附接细节的三维立体图。在示出的实施方式中，刀片16被安装到刀片安装支架54。刀片安装支架54具有被配置成接收刀片16的狭槽。稳固支架56例如使用紧固件58被附接到刀片安装支架54，以稳固刀片16。

在以上实施方式中，示出了用于切割材料膜的单个刀片16。然而，根据其他实施方式，可以使用多个刀片将材料膜切割成多个条状件。

图7示意性地示出了根据本公开实施方式的一配置，其中，方格形状的材料膜被切割成多个条状件。例如，6”(15.24cm)的方形膜样品可以被切割成六个单独的膜试样，诸如1”(2.54cm)宽乘6”(15.24cm)长的条状件。在这种情况下，例如，可以使用5个刀片将膜样品切成6个膜试样。然后，可以利用被附接到机器人臂的真空吸盘抓具或压力板将1”(2.54cm)宽的条状件从装置中拉出。

尽管描绘了从方形形状的膜切割出六个条状件，但可以从任何形状的膜样品切割出任意数量的试样。例如，切割装置被布置成一次性地从中间平分地切割膜样品，以创建两个试样，每个试样为3”(7.62cm)乘6”(15.24cm)，或者将膜样品切割成12个试样，每个试样为0.5”(1.27cm)宽乘6”(15.24cm)长等等。试样宽度的下限可以取决于被切割的膜的类型。例如，与刚性较小的膜相比，刚性较大的膜可以经得住被切割成较窄的条状件。此外，还可以切割成任何膜大小或形状。例如，也可以使用本文所述的切割装置切割具有除了方形以外形状的膜样品或切割具有小于或大于6”(15.24cm)的尺寸的膜样品。

图8是根据本公开另一实施方式的切割装置60的三维立体图。在该实施方式中，例如，使用压力板62代替先前实施方式的机器人臂，以在切割膜的同时对膜的片材施加压力。如在图8中所描绘的，切割装置60设置有压力板62。压力板62可以用于例如对膜施加压力以保持膜。在一实施方式中，气动机构64诸如气缸，可以用于使压力板62移动。在一实施方式中，气动机构64被安装到支撑板63，该支撑板被安装到多个支撑杆65。在一实施方式中，气动机构64的气动缸被安装到支撑板63，并且气动机构64的气动杆被连接到压力板62以使压力板62移动。在一实施方式中，压力板62被连接到气动机构64的输出轴。在一实施方式中，气动机构64被配置和被安装成使压力板62上升/下降。在另一实施方式中，代替气动机构64，可以使用线性电机来使压力板62移动。压力板62可以被安装在多个杆65上，以在压力板62移动期间引导该压力板。相应地，压力板62可以在与杆65的接口处包括线性轴承66，以允许压力板62在杆65上滑动。切割装置60还包括位于压力板62下方的膜支撑板68(例如，托盘)。膜支撑板68限定了被配置成接收待切割的膜样品的腔69。膜支撑板68包括多个狭槽67，多个刀片(在该图中未示出)延伸穿过上述狭槽以使得能够切割膜。例如，如所示出的，狭槽67可以延伸穿过腔69。切割装置60还包括线性致动器14，诸如线性电机，以驱动多个刀片。线性致动器14被安装在基板70上。在一实施方式中，如在图8中所示出的，基板70还为膜支撑板68、杆65、压力板62和安装在支撑板63上的气动机构64提供支撑。

图9是根据本公开实施方式的示出安装到线性致动器14的多个刀片74的切割装置60的部分的分解立体图。在该实施方式中，多个刀片74通过可调整板73被安装到可移动板72。与以上段落中描述的可移动板52相似，可移动板72被附接到或被耦接到线性致动器14的输出部。通过线性致动器14使可移动板72移动。多个刀片74可以以与以上段落中关于图5和图6所描述的方式相似的方式被安装到可移动板72。刀片安装支架75被安装到可调整板73上，该可调整板被安装到可移动板72上。可调整板73被配置成调整刀片安装支架75相对于可移动板72的位置。例如，刀片安装支架75可以被安装到位置可调整板73，并且位置可调整板73可以被安装到可移动板72，以便允许刀片安装支架75从线性致动器14的边缘向前延伸并因此允许刀片74从线性致动器的边缘向前延伸。刀片安装支架75被配置和被布置成接收刀片74。稳固支架76被附接到刀片安装支架75以将刀片74稳固到该刀片安装支架上。当可移动板72由线性致动器14驱动时，刀片74与可移动板72一起移动。在图9中，省略了膜支撑板68和杆65，以便示出位于膜支撑板68下方的刀片74。

在一实施方式中，五个切割刀片74被安装到可移动板72。五个刀片74被等距地分隔开，以便切割成具有基本相等的宽度的六个条状件，例如，宽度为1”(2.54cm)的6”(15.24cm)长的条状件。然而，取决于条状件的期望数量或每个条状件的期望宽度，可以提供任意数量的刀片74和间隔。

图10是根据本公开实施方式的示出压力板62和膜支撑板68的特写的切割装置的三维立体图。如在图10中所示出的，膜支撑板68包括横贯狭槽67的多个凹槽102。例如，膜支撑板68可以包括第一对和第二对凹槽102。如在图10中所示出的，压力板62包括多个舌状部104。多个舌状部104被配置成与多个凹槽102配对，以便将膜保持在上述舌状部与上述凹槽之间位于膜支撑板68的腔67内部。设置多个凹槽102和舌状部104以便使膜保持绷紧。在不维持膜上的保持力的情况下，膜在刀片74与其接触时会卷起或变形。

仍然参照图10，在一实施方式中，当压力板62向下移动时，舌状部104向下移动以与设置在膜支撑板68中的凹槽102配对。结果是，舌状部104推动膜向下到相应的配对的凹槽102中，其效果是膜在横跨配对的舌状部104与凹槽102之间的区域中变得绷紧。在图1、图2、图3A和图3B示出的实施方式中，刀片在切割期间在配对的舌状部与凹槽布置之间且平行于配对的舌状部与凹槽布置横贯膜。在图10所示出的实施方式中，刀片74垂直于舌状部与凹槽布置并且横贯膜。无论选择哪种配置，配对的舌状部与凹槽都可以在切割过程期间用于使膜保持绷紧。在一实施方式中，气动机构64使压力板62移动以对搁置在膜支撑板68的腔67中的膜施加力或压力。虽然图10示出了被设置在膜支撑板68中的凹槽102和被设置在压力板62上的舌状部，但是还可以想到，凹槽102可以被设置在压力板62上，并且舌状部可以被设置在膜支撑板68上。根据一实施方式，凹槽102的尺寸(例如，半径)与舌状部104的尺寸(例如，半径)是不相同的。相反，舌状部104可以具有比凹槽102略微较小的半径，以便为待插入上述舌状部与上述凹槽之间的膜保留空间。使用者可以根据例如待切割的膜的厚度来选择凹槽102和舌状部104之间的大小差异。例如，可以选择凹槽102和舌状部104的大小以适应膜的例如在0.5mil(12.7微米)至10mil(254微米)之间的厚度范围。尽管所示出的凹槽102和舌状部104具有半圆形的截面，但是凹槽102和舌状部104也可以具有其他配对的或基本配对的配置，诸如多边形截面或其他圆角的截面。

图11是根据本公开实施方式的示出膜支撑板68的细节的切割装置60的一部分的三维立体图。如在图11中所示出的，膜支撑板68设置有多个狭槽67以允许刀片74穿过行进上述狭槽。在图11中还示出了第一对和第二对间隔开的凹槽102，其被定位成朝向膜支撑板68中的腔69的末端。在一实施方式中，膜支撑板68还可以包括设置在膜支撑板68的腔69内部的多个真空吸盘110或其他抽吸装置。例如，如所示出的，真空吸盘110可以位于每对间隔开的凹槽102之间。然而，其他配置也是可能的。

真空吸盘110被配置成可选地在膜样品被切割并且压力板62与膜支撑板68解耦之前、期间和/或之后保持切割膜试样。随着压力板62上升并与膜支撑板68解耦时，粘性较大的膜和积聚静电的膜有时可能从膜支撑板68升起。在一实施方式中，真空吸盘110在切割膜样品期间不被致动，而在切割完成之后被致动以完成在压力板62与膜支撑板68解耦期间保持经切割的试样。在一实施方式中，真空吸盘110为15mm宽，并且被配置用于操纵薄膜。在一实施方式中，真空吸盘110由EMI Plastics Equipment提供。

图12是根据本公开实施方式的示出在膜支撑板68的腔69中的真空吸盘110的细节的切割装置60的一部分的三维立体图。在图12中，膜支撑板68被移除而未示出，以示出刀片74和真空吸盘110以及相关联的真空供应通道的细节。根据示出的实施方式，真空吸盘110被附接到棒条120诸如长方形棒条。可以将两个真空吸盘110附接到每个棒条120，但是，其他数量也是可能的。通道纵向延伸穿过每个棒条120，以用于为被附接到每个棒条120的真空吸盘110供应真空。通道的一端被塞子122塞住，并且从相反的端部124供应真空。根据该实施方式，每个棒条120与一对真空吸盘110一起形成独立的真空抽吸系统。假设有六个独立的真空供应，则将真空吸盘110定位在分开的棒条120上允许以任意顺序释放多个膜区段中的每个膜区段。在一实施方式中，两个独立的真空供应被附接到两对交替的条状件上(例如，分别标记为1、3、5和2、4、6)。机器人抓具或压力板62可以同时拾取交替的条状件(1、3、5)或(2、4、6)。然而，根据替代性的实施方式，机器人抓具或压力板62可以被配置成一次拾取单个条状件，或同时拾取所有条状件。如在图12中示出的，当膜支撑板68被移除而未示出时，吸盘110和紧固件(例如，螺钉)121从棒条120突出。紧固件(例如，螺钉)121用于将膜支撑板68附接到棒条120。当膜支撑板68被附接到棒条120时，紧固件121和吸盘110将与膜支撑板68基本上齐平，并且刀片74将延伸穿过多个狭槽67，如在图11中所描绘的。

图13A和图13B是根据本公开实施方式的示出多个刀片到线性致动器的定位和稳固的三维立体图。如在图13B中示出的，使用横贯穿过刀片74的狭槽131的螺栓130使刀片74保持稳固。刀片74插入被设置在刀片支撑支架134中的狭槽133中。参照图13A，棒条132被用于防止刀片74在切割期间倾斜。棒条132覆盖刀片保持螺栓130。为了露出刀片保持螺栓130，首先将棒条132从刀片支撑支架134移除。为了移除刀片74，操作者可以拧松螺栓130，移除螺栓130，然后使用一组镊子将刀片74向上拉动并拉出刀片所插入穿过的狭槽133。根据一实施方式，容纳刀片74的狭槽133被设计成比每个刀片74宽几千分之一英寸(几十至数百微米)，因此刀片74易于滑出和滑回到狭槽133。

图14根据本公开的实施方式示意性地示出了一配置，其中，方形形状的膜样品被切割成多个方形形状的试样。在该实施方式中，切割装置使切痕彼此横贯或彼此垂直。为了获得该配置，切割装置可以包括彼此垂直地致动的两个线性致动器。每个线性致动器可以驱动至少一个刀片。根据一实施方式，在第一刀片完成其切割并且已经移动离开第二刀片的路径之后，第二刀片以与第一切痕成一定角度例如90度地切割膜。

图15是根据本公开另一实施方式的切割装置的三维立体图。在图15中示出的切割装置150在许多方面与图8中示出的切割装置60相似。因此，不再重复描述相似特征。然而，必须注意，切割装置60和切割装置150之间的区别在于切割装置150使用两个线性致动器14，诸如线性电机。在一实施方式中，线性致动器14被布置成彼此垂直，使得被两个线性致动器14驱动的刀片(在该图中未示出)在相对于彼此成角度(例如，垂直)的两个方向上切割膜样品152，如在图15中所示出的。

图16是根据本公开实施方式的两个线性致动器的具有在其上安装的两个刀片的布置的三维立体图。在图16中，移除了切割装置150的一些部件以显露所安装的刀片74A和74B以及它们在两个线性致动器14A和14B上的安装。如在图16中示出的，第一刀片74A被安装在与第一线性致动器14A的可移动板161连接的刀片保持板160上，并且第二刀片74B被安装在与第二线性致动器14B的可移动板163连接的较长的刀片保持板162上。因为可移动板163仅能够行进到第二线性致动器14B的边缘，所以刀片保持板162被安装到可移动板163以便延伸得比第二线性致动器14B的边缘更远，从而允许刀片74B覆盖第一线性致动器14A的宽度。以这种方式，可以通过安装在刀片保持板160上的第一刀片74A在第一方向上切割膜，并且还可以通过安装在刀片保持板162上的第二刀片74B在第二方向上切割膜。通过使刀片保持板162具有延伸的长度，可以通过使第二刀片74B从膜样品的一个侧面横贯到相反侧面而在第二方向上切割膜。

第二线性致动器14B被配置成使第二刀片保持板162相对于膜支撑板153移动(在图15中示出)。切割刀片74B被安装到第二刀片保持板162以随其移动。因此，第二线性致动器14B使第二刀片夹板162相对于膜支撑板153移动，以切割在膜支撑板153上膜样品。根据一实施方式，由第一刀片保持板160保持的刀片74A被布置成沿第一方向切割膜，并且由第二刀片保持板162保持的刀片74B被布置成沿垂直于第一方向的第二方向切割膜。

图17是根据本公开实施方式的具有多个凹槽176的膜支撑板153和具有对应的多个舌状部174的压力板172的三维立体图。压力板172可以用于例如对膜施加压力以保持待切割的膜样品。压力板172包括多个舌状部174。多个舌状部174被配置成与设置在膜支撑板153上的多个凹槽176配对，以便使膜样品保持绷紧。根据该实施方式，通过一个刀片平行于舌状部174和凹槽176切割膜样品，并且通过另一刀片垂直于舌状部174和凹槽176切割膜样品。舌状部174和凹槽176可以被配置成并且能够以与先前实施方式中描述的舌状部和凹槽相似的方式运行。

图18是根据本公开实施方式的压力板172的三维立体图。在一实施方式中，代替将真空吸盘设置在膜支撑板153上，可以将真空吸盘设置在压力板172上。如在图18所示出的，在一实施方式中，压力板172包括多个(例如16个)真空吸盘180。多个真空吸盘180可以被布置成将真空吸盘180定位在膜样品的每个四分之一部的角处。例如，如果在压力板172中提供了16个真空吸盘180，并且膜样品是6”(15.24cm)的方形膜，则可以为每个经切割的3”(7.62cm)的方形膜试样提供四个真空吸盘。在切割之后，在每个真空吸盘180中打开真空，并且可以从膜支撑板153拾取膜试样的每个四分之一部。多个真空吸盘180被配置成在压力板172与膜支撑板153解耦之后将经切割的膜试样保持在适当的位置。

图19是根据本公开实施方式的示出用于为真空吸盘提供真空的多个肘状配件190的压力板172的三维立体图。在一实施方式中，通过安装在压力板172上的肘状配件190将真空单独地供应到每个真空吸盘。可以对一组配件190施加真空，例如，一个真空源可以供应四个配件以提起经切割膜试样中的一个，例如3”(7.62cm)的方形件。在这种情况下，为每组真空吸盘提供一个真空源，以分开地保持每个四分之一部。在另一实施方式中，真空源同时为多个配件供应真空。

图20描绘了根据本公开另一实施方式的切割配置。在该配置中，具有切割刀片的单个线性滑动件可以被安装到旋转平台上。膜支撑板可以具有以除了90度以外的角度(例如，每45度)切割到该膜支撑板中的若干通道。根据该实施方式，例如，如在图20中示出的，可以切割成许多饼状形状的膜试样。在另一其他实施方式中，本切割装置可以被配置成以任何期望的直线边缘切痕的配置诸如三角形或菱形来切割膜样品。

图21A和图21B是根据本公开实施方式的分别示出处于配对位置的膜支撑板与压力板以及处于未配对位置的膜支撑板与压力板的三维立体图；在一实施方式中，在被放置在压力板62的顶部的板202上设置多个螺钉200。设置多个螺钉200以确保当压力板62从膜支撑板68缩回时材料膜仍然在膜支撑板68中的适当位置。例如，当气动被致动并且将膜支撑板68与压力板62放在一起时，螺钉200的远端204与板68上的舌状部之间的接触使得螺钉200在上述螺钉所位于的通道中向上滑动，如在图21A中示出的。这使得被稳固到螺钉200的近端的板202从压力板62向上升起。在膜样品被切割之后，压力板62从膜支撑板68缩回。在作用在板202上的重力的作用下，螺钉200下降以使远端部段204延伸到压力板202中的通道之外，以推动膜试样向下回到膜支撑板68中。在一实施方式中，螺钉200在板202抵靠于压力板62时从通道延伸出约1/8英寸(0.317cm)，但是，其他长度也是可能的。

图22是根据本公开另一实施方式的切割装置的三维立体图。在该实施方式中，例如，压力板172被两个气动机构210致动。气动机构210被配置和被安装成使压力板172上升/下降。在一实施方式中，气动机构210被安装到支撑板153。支撑板153被安装到多个支柱212。在一实施方式中，气动机构210被放置在压力板172的相反的末端。每个气动机构210的固定部分被安装到膜支撑板153，并且每个气动机构210的可移动部分被耦接到压力板172。尽管示出了两个气动机构210用于致动压力板172，但是也可以使用多于两个的气动机构。

根据一实施方式，选择线性致动器14以便能够切割各种厚度的膜。在一实施方式中，线性致动器14被驱动以实现每秒至少0.1米的切割速度。切割速度将取决于被切割的膜的物理性质，例如，具有较高弹性的膜将比具有较低弹性的膜需要相对较快的切割速度。在一实施方式中，线性致动器14被配置成使保持着切割刀片的可移动板以至少2m/s(例如，在2m/s至和6m/s之间)的速度移动，以便切割膜并提供具有平滑切割边缘(例如，没有锯齿状的边缘)的膜切割片。在一实施方式中，线性致动器14被配置成使保持着切割刀片的可移动板以达5m/s的速度移动。除了实现期望的速度(例如2m/s)之外，还期望线性致动器14具有足够的加速度以在切割期间实现恒定速度，例如，将需要足够的加速度以在刀片接触膜之前使刀片从静止到以期望的速度移动。可达到的加速度越高，使切割刀片到其期望的切割速度(例如2m/s)所需要的距离越小。该特征可以减小线性致动器14的整体尺寸，从而减小整个切割装置的尺寸。

在另一实施方式中，线性致动器14可以包括驱动刀片16的气动活塞装置或弹性构件装置，诸如弹簧加载装置。根据又一实施方式，线性致动器可以包括附接到滑动件的配重。刀片可以被附接到滑动件上，并且可以降低配重以使滑动件和刀片移动。本领域普通技术人员基于本公开将理解，可以使用任意数量的不同类型的线性致动器来驱动刀片。但是，螺旋驱动装置和旋转电机可能无法为刀片提供充分执行切割的足够的速度。

在一些实施方式中，本切割装置可以具有不大于该装置被设计成要切割的材料膜的大小的占地面积。根据本公开的实施方式，本切割装置可以切割各种材料，包括聚合物膜诸如塑料以及非聚合物膜诸如织物、纸、金属或复合材料。

Claims (13)

1.一种用于切割材料膜的切割装置，所述装置包括：

膜支撑板；

压力板，所述压力板被配置成相对于所述膜支撑板移动，以将所述材料膜保持在所述膜支撑板上；

一个或多个刀片；以及

线性致动器，所述线性致动器被配置成使所述一个或多个刀片相对于所述膜支撑板移动，以切割被保持在所述膜支撑板上的所述材料膜，

其中，所述膜支撑板和所述压力板中的一个包括多个舌状部，并且所述膜支撑板和所述压力板中的另一个包括多个凹槽，其中，所述多个舌状部被配置成与所述多个凹槽配对，以将所述材料膜保持在所述多个舌状部与所述多个凹槽之间。

2.根据权利要求1所述的切割装置，其中，所述线性致动器包括线性电机，所述线性电机被配置成使所述一个或多个刀片以至少0.1m/s的速度移动穿过所述材料膜。

3.根据权利要求1或2所述的切割装置，其中，所述膜支撑板限定一个或多个狭槽，其中，所述一个或多个刀片中的每个刀片延伸穿过所述一个或多个狭槽中的一个来切割所述材料膜。

4.根据权利要求1或2所述的切割装置，其中，所述膜支撑板包括多个真空吸盘，所述多个真空吸盘被配置成保持所述材料膜的经切割的部段。

5.根据权利要求1或2所述的切割装置，其中，所述压力板包括多个真空吸盘，所述多个真空吸盘被配置成保持所述材料膜的经切割的部段。

6.根据权利要求5所述的切割装置，还包括被配置成对每个真空吸盘施加真空的真空系统。

7.根据权利要求1或2所述的切割装置，其中，所述线性致动器被安装到旋转平台上，以便在多个方向上切割被保持在所述膜支撑板上的所述材料膜。

8.根据权利要求1或2所述的切割装置，还包括：

一个或多个第二刀片；以及

第二线性致动器，所述第二线性致动器被配置成使所述一个或多个第二刀片相对于所述膜支撑板移动，以切割在所述膜支撑板上的所述材料膜。

9.根据权利要求8所述的切割装置，其中，所述线性致动器被配置成使所述一个或多个刀片沿第一方向移动，并且所述第二线性致动器被配置成使所述一个或多个第二刀片沿第二方向移动，所述第二方向相对于所述第一方向成45度至135度之间的角度。

10.根据权利要求1或2所述的切割装置，还包括机器人臂，其中，所述压力板被连接到所述机器人臂，并且所述机器人臂被配置和被布置成使所述压力板朝向所述膜支撑板移动，以对所述材料膜施加压力。

11.一种用于切割材料膜的方法，所述方法包括：

将材料膜放置在膜支撑板上；

使压力板相对于所述膜支撑板移动，以将所述材料膜保持在所述膜支撑板上；

利用线性致动器使一个或多个刀片相对于所述膜支撑板移动，以切割被保持在所述膜支撑板上的所述材料膜；以及

使用多个舌状部和多个凹槽使所述材料膜在所述膜支撑板和所述压力板之间保持绷紧，所述多个舌状部被配置成与所述多个凹槽配对，以将所述材料膜保持在所述多个舌状部和所述多个凹槽之间。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括利用设置在所述膜支撑板和所述压力板中的一个上的多个真空吸盘保持所述材料膜的经切割的部段。

13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括利用第二线性致动器使一个或多个第二刀片相对于所述膜支撑板移动，以切割在所述膜支撑板上的所述材料膜。

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