CN113366296A - 样本清除设备 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种装置，该装置在测试已经执行之后从材料测试装置中自动清除具有长尾部的高伸长率测试样品。机器人臂接合被测样本，并将其带到样本清除装置，该样本清除装置包括通向对置的驱动轮和从动轮之间的辊隙的狭槽。马达驱动该驱动轮来使被测样本移动穿过样本清除装置进入废料箱或类似的储存库中。

Description

样本清除设备
发明背景
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2018年11月21日提交的美国申请16/197,451的优先权，其全部内容出于所有目的通过援引并入本文。
技术领域
本公开内容涉及一种装置，该装置在测试已经执行之后从材料测试装置中自动清除具有长尾部的高伸长率测试样品。
背景技术
在材料测试环境中(包括但不限于对样品施加轴向力或应力以引起应变)在自动化系统中测试高伸长率样本时，必须使用机器人操纵器将被测样本从框架中移除并丢弃到废料箱中。自动化测试过程中的这一步骤为下一个要测试的样本腾出了空间，并清理了被测样本的区域。当被测样本具有长且弯曲的尾部时，如果尾部未正确放入废料箱中，则尾部会干扰系统的运行。传统的废料清除设计使用重力使被测样本滑入废料箱中。使用传统的废料清除设计，高伸长率样本的尾部的长度会导致废料清除器工作不可靠。如果样本的任何部分悬在清除器上或搁在测试系统的其他部分上，则样本可能会挂起。
发明内容
因此，本公开内容的目的是在用于在已经对样本进行材料测试之后在材料测试环境中可靠且一致地移除被测样本的设备和方法方面提供改进。
本公开内容的实施例通过提供机器人或自动化设备来实现这个目的和其他目的，从而进一步提供了一种主动且受控的方式来将废物样本引导到自动化材料测试系统中的废料箱中。
使用本公开内容的实施例的典型清除流程如下：
1.在测试结束后，将样本在任一夹具(夹钳)的钳口表面之间的可变位置处折断，并呈弯曲形状。
2.样本保持被自动夹具夹持。
3.机器人操纵器(指形键)抓取被测样本，握住夹具的钳口面附近的突出部。
4.夹具打开以释放被测样本。
5.然后，机器人操纵器移动离开测试工作空间，并随身携带着被测样本。
6.机器人操纵器移动到废物清除区域并将被测样本定向，使得突出部指向样本清除装置。
7.机器人操纵器将突出部插入样本清除装置的弹簧加载辊中。
8.机器人操纵器释放被测样本。
9.辊马达旋转而将被测样本灵巧引导到废物箱中。
总而言之，被测样本被主动引导到废物箱中，从而确保从系统的其余部分中清除废物样本。此外，在自动的破坏性测试系统中，机器人操纵器的最长触及范围通常是报废断裂样本所需的触及范围。在样本在断裂之后具有长尾部的情况下，所公开的设备降低了机器人操纵器的触及范围要求，从而有可能降低机器人成本。在实验室空间非常宝贵的地方，该设备还可以通过减小自动化系统的占地面积来节省空间。
附图说明
根据以下描述并根据附图，本公开内容的进一步的目的和优点将变得明显，在附图中：
图1A展示了本公开的实施例的顺序工作流程。
图1B是本公开的实施例的第一立体图。
图1C是本公开的实施例的第二立体图。
图2是本公开的实施例的平面视图，展示了插入的样本。
图3A是部分以虚线示出的平面视图，展示了本公开的实施例的内部部件。
图3B是部分以虚线示出的平面视图，展示了本公开的第一替代性实施例的内部部件。
图3C是部分以虚线示出的平面视图，展示了本公开的第二替代性实施例的内部部件。
图3D是部分以虚线示出的平面视图，展示了本公开的第二替代性实施例的内部部件。
图4是立体正视图，展示了本公开的实施例。
图5是立体正视图，展示了本公开的实施例。
图6是顶部平面视图，展示了本公开的实施例。
图7是底部平面视图，展示了本公开的实施例。
图8是在本公开的实施例中机器人操纵器接合被测样本的突出部的示意图。
具体实施方式
现在详细地参考附图，其中在这几个视图中相似的附图标记指示相似的元件，可以看见图1A至图1C中展示了采用本公开的实施例的材料测试系统。材料测试装置或通用测试仪的框架100包括十字头103以及上钳口102和下钳口104，用于与材料测试样本200接合并通常对其施加轴向或纵向力，由此产生应变，并测量应力和应变。这些测量和计算可以进一步包括弹性模量和失效(比如断裂或非弹性变形)之前的最大载荷或应力。
在执行材料测试之后，期望移除被测样本200，特别是在针对一系列测试样本使用自动化测试的环境中。包括接合狭槽112(可以实施为抓取器)的机器人臂110被定位在计算机控制的定位臂114、116上。为了移除被测样本200，通过定位臂114、116将机器人臂110放置到位，以便将被测样本200放置在接合狭槽112内，接合狭槽通常紧邻下钳口104的上方。被测样本200的尾部202可以在机器人臂110上方，而突出部204(先前与下钳口104接合)可以在机器人臂110下方。
然后，将机器人臂110被定位以将被测样本200的突出部204放置在样本清除设备10内。更具体地，将突出部204插入穿过样本清除设备10的上部狭槽12，以接合在驱动轮14和从动轮16之间，驱动轮和从动轮彼此对置并且被前弹簧24和后弹簧26朝向彼此偏置(参见图2至图7)。马达20旋转地驱动该驱动轮14，使得驱动轮14和从动轮16反向旋转并将被测样本200推入废料箱120(或类似的储存库)。
更详细地，如图2、图3A和图4至图7所示，样本清除设备10使用驱动轮14和从动轮16来抓住被插入穿过上部狭槽12的被测样本200，上部狭槽包括斜切壁13以帮助通过机器人操纵器110对被测样本200的定位。驱动轮14和从动轮16进行轴颈连接，以在壳体36内旋转，该壳体沿着顶部具有上部狭槽12。这提供了足够的空间用于将被测样本放置在轮14、16之间的辊隙19中，但又足够小到使手指在外以保护使用者免受轮14、16之间的辊隙19的潜在夹伤危险。
驱动轮14具有固定位置的轮轴15、并且由电动马达20驱动。从动轮16安装在浮动轮轴17上，当浮动轮轴17延伸穿过壳体36的前狭槽25和后狭槽27并附接到前弹簧24和后弹簧26(这些弹簧进而固定至壳体36的前面板32和后面板34上的相应的前柱28和后柱30上，这些弹簧将驱动轮14和从动轮16拉到一起而在它们之间提供法向力)时，允许浮动轮轴移动离开驱动轮14。这种顺应性允许样本清除设备10进行调整以适应被测样本200的厚度变化。这进一步在驱动轮14、从动轮16和被测样本200之间提供足够的摩擦，以牢固地抓住被测样本200的侧面并将其拉动穿过样本清除设备10。
图3B、图3C和图3D展示了样本清除装置10的第一、第二和第三替代性实施例。图3B展示了样本清除装置10’的第一替代性实施例，其中在第一皮带31与第二皮带33之间提供了辊隙19，这些皮带可以呈现胎面状的纹理。第一皮带31横越第一对的轮14A、14B(其中之一或二者可以从外部驱动)，这两个轮进行轴颈连接而绕各自的固定轮轴15A、15B旋转，而第二皮带33横越第二对的轮16A、16B，这两个轮进行轴颈连接而分别围绕第一浮动轮轴17A和第二浮动轮轴17B旋转。浮动轮轴17A、17B分别在狭槽27A、27B内行进并且被相应的弹簧26A、26B(在浮动轮轴17A、17B的另一侧具有类似的狭槽和弹簧)朝向相应的固定轮轴15A、15B偏置，这些弹簧被相应的柱30A、30B以与图3A和图4至图7中公开的构型相似的构型固定。
图3C展示了样本清除装置10”的第二替代性实施例，其中在第一和第二顺应轮14C、16C之间提供了辊隙19，这些轮进行轴颈连接以围绕相应的固定轮轴15C、17C旋转。第一和第二顺应轮14C、16C彼此抵靠，从而轮14C、16C的顺应性或弹性提供了不同厚度的被测样本200的接合。
图3D展示了样本清除装置10”’的第三替代性实施例，其中在从动轮16D与静止的竖直壁14D之间形成有辊隙19。轮16D被轴颈连接以绕轴线17D旋转。轴线17D可以是固定轴线(其中轮16D通常是顺应性的)或浮动轴线。轮16D可以被另一个单一移动接合表面例如旋转皮带代替。竖直壁14D是具有足够低的摩擦系数的静止表面，以允许旋转轮16D(或其他单一移动接合表面)输送被测样本。
要使用此系统，在通用测试仪100中测试样本200，其中将其在上夹具102与下夹具104之间拉伸(见图1A)。在测试过程中，样本200可能断裂，也可能不断裂。当测试完成时，机器人操纵器110抓住或接合被测样本200。如果被测样本200断裂，则机器人操纵器110一次清除一半，而如果样本没有断裂，则其以一次动作来清除被测样本200。
机器人操纵器110通常通过计算机控制的定位臂114、116在三个维度(例如，相对于图1A至图1C的材料测试装置的框架100的水平方向和垂直方向、以及与所示附图垂直的方向(通常在正交方向上延伸))上定位，并且在被测样本200被夹在夹具102或104中时在正上方(对于下部夹具104)或下方(对于上部夹具102)抓住或接合该被测样本。如图8所示，这通常留下25-30毫米长的突出部204。然后，将被测样本200沿通常在正交方向上的三个维度移动到样本清除设备10。典型的顺序可能是：
1.将机器人操纵器110水平地插入框架100中以接合被测样本200(即，垂直于图1A的图示)，夹具102、104释放被测样本200；
2.将与被测样本200接合的机器人操纵器110水平地从框架100上(即，再次垂直于图1A的图示)缩回；
3.竖直升高机器人操纵器110；
4.将机器人操纵器水平地重新定位(即，平行于图1A的所示)；
5.将机器人操纵器110再次水平地(即，垂直于图1A的图示，与步骤4的运动正交)重新定位在样本清除设备10上方；以及
6.然后最后竖直降低机器人操纵器110，以将突出部204插入样本清除设备10的狭槽12中。
马达20被开启，并且突出部204被插入上部狭槽12中。当被测样本200被推入轮(或辊)14、16之间的辊隙19中时，轮14、16将被测样本200拖动穿过样本清除设备10。一旦突出部204被样本清除设备10拉动，则机器人操纵器110释放被测样本200，并且被测样本200被驱动穿过样本清除设备10的下部开口50或从中弹出(参见图7)，并落入下方的废料箱120中。
因此，最有效地达成了多个前述目的和优点。虽然本文详细地公开并描述了本发明的优选实施例，但是应理解的是，本发明绝不限于这些实施例。

Claims (20)

1.一种用于从材料测试机器清除被测样品的方法，包括以下步骤：
提供接合装置，该接合装置用于接合材料测试机器中的材料测试样品并且将该材料测试样品转移至样品清除装置，其中，该样品清除装置包括：
用于接合该测试样品的第一和第二接合表面；以及
用于该第一和第二接合表面中的至少一个表面的驱动器，由此启用该第一和第二接合表面中的至少一个表面并且输送该材料测试样品。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该第一和第二接合表面选自由以下组成的组：
在固定轮轴上的第一轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二轮；
在第一固定轮轴上的第一顺应轮和在第二固定轮轴上的第二顺应轮；
绕第一多个轮旋转的第一皮带和绕第二多个轮旋转的第二皮带；以及
静止表面和与该静止表面对置的移动元件。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供材料测试机器；以及
通过该材料测试机器对材料测试样品进行测试。
4.如权利要求1所述的方法，其中，该第一和第二接合表面是在固定轮轴上的第一对置轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二对置轮。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在该第一对置轮与该第二对置轮之间形成有辊隙。
6.如权利要求5所述的方法，其中，该浮动轮轴具有第一端和第二端，该第一端被第一弹簧偏置，并且该第二端被第二弹簧偏置。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该样品清除装置进一步包括壳体，该壳体包括：上部开口，用于接纳该测试样品；下部开口，该测试样品穿过该下部开口弹出；以及第一和第二侧狭槽，该浮动轮轴的第一端和第二端延伸穿过该第一和第二侧狭槽。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该第一弹簧和第二弹簧各自具有紧固至该浮动轮轴的第一端和紧固至该壳体的外部的第二端。
9.一种样品清除装置，包括：
用于接合材料测试样品的第一和第二接合表面；以及
用于该第一和第二接合表面中的至少一个表面的驱动器，由此启用该第一和第二接合表面中的至少一个表面并且输送该材料测试样品。
10.如权利要求9所述的样品清除装置，其中，该第一和第二接合表面选自由以下组成的组：
在固定轮轴上的第一轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二轮；
在第一固定轮轴上的第一顺应轮和在第二固定轮轴上的第二顺应轮；
绕第一多个轮旋转的第一皮带和绕第二多个轮旋转的第二皮带；以及
静止表面和与该静止表面对置的移动元件。
11.如权利要求9所述的样品清除装置，其中，该第一和第二接合表面是在固定轮轴上的第一对置轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二对置轮。
12.如权利要求11所述的样品清除装置，其中，在该第一对置轮与该第二对置轮之间形成有辊隙。
13.如权利要求12所述的样品清除装置，其中，该浮动轮轴具有第一端和第二端，该第一端被第一弹簧偏置，并且该第二端被第二弹簧偏置。
14.如权利要求13所述的样品清除装置，进一步包括壳体，该壳体包括：上部开口，用于接纳该测试样品；下部开口，该测试样品穿过该下部开口弹出；以及第一和第二侧狭槽，该浮动轮轴的第一端和第二端延伸穿过该第一和第二侧狭槽。
15.如权利要求14所述的样品清除装置，其中，该第一弹簧和第二弹簧各自具有紧固至该浮动轮轴的第一端和紧固至该壳体的外部的第二端。
16.一种系统，包括：
材料测试机器，用于对测试样品进行测试；
样品清除装置；
其中，该样品清除装置包括：
用于接合该测试样品的第一和第二接合表面；以及
用于该第一和第二接合表面中的至少一个表面的驱动器，由此启用该第一和第二接合表面中的至少一个表面并且将该材料测试样品输送穿过该样品清除装置到达储存库。
17.如权利要求16所述的系统，其中，该第一和第二接合表面选自由以下组成的组：
在固定轮轴上的第一轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二轮；
在第一固定轮轴上的第一顺应轮和在第二固定轮轴上的第二顺应轮；
绕第一多个轮旋转的第一皮带和绕第二多个轮旋转的第二皮带；以及
静止表面和与该静止表面对置的移动元件。
18.如权利要求16所述的系统，其中，该第一和第二接合表面是在固定轮轴上的第一对置轮和在朝向该第一轮轴偏置的浮动轮轴上的第二对置轮。
19.如权利要求18所述的系统，其中，该浮动轮轴具有第一端和第二端，该第一端被第一弹簧偏置，并且该第二端被第二弹簧偏置。
20.如权利要求16所述的系统，进一步包括定位装置，该定位装置用于在材料测试之后将测试样品从该材料测试机器移除并且将这些测试样品递送至该样品清除装置。
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