JP7431232B2 - 試料清掃装置 - Google Patents

Description

本願は、２０１８年１１月２１日に提出された米国特許出願第１６／１９７，４５１号の優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下に主張し、これらの特許出願の内容は、引用することによりその全体があらゆる目的で本明細書の一部をなす。

本開示は、試験を実行した後に、材料試験装置から破断した後の長い尾部（tail）を有する高伸度試験サンプル（test sample）を、自動的に清掃する装置に関する。

自動化システムにおいて、高伸度試料を或る材料試験環境（サンプルにひずみを生じさせるために軸力又は応力を加えることを含むが、これに限定されない）で試験する間に、ロボットマニピュレーターを使用して試験試料をフレームから除去し、廃棄物ビンに廃棄する必要がある。自動化された試験プロセスにおけるこのステップにより、次の試料を試験するための空間が確保され、試験試料の領域が清掃される。試験試料（tested specimen）が長く湾曲した尾部を有するとき、尾部は、それらが廃棄物ビン内に適切に置かれないと、システムの動作を妨げる可能性がある。従来のスクラップシュート設計は、重力を使用して試験試料を下方に滑らせ廃棄物ビン内に入れる。従来のスクラップシュート設計を使用すると、高伸度試料の尾部の長さにより、スクラップシュートの動作の信頼性が低くなる可能性がある。試料は、そのいずれかの部分がシュートから突き出ている又は試験システムの他の部分に載っている場合、止まる可能性がある。

したがって、本開示の目的は、装置及び方法を改善して、試料に対して材料試験を実行した後、或る材料試験環境において試験試料を確実かつ一貫して除去することである。

この目的及び他の目的は、本開示の実施の形態により、ロボット装置又は自動化された装置を提供することによって、それにより更に、自動化された材料試験システムにおいて、廃棄試料を廃棄物ビン内に導く積極的なかつ制御された方法を提供することによって、達成される。

本開示の実施の形態を使用する通常の清掃手順は以下の通りである。

１．試験が終了すると、試料は、いずれかのグリップ（クランプ）の顎面の間の変動可能な場所において破断し、湾曲した形状になる。

２．試料は、自動化されたグリップによって保持されたままである。

３．ロボットマニピュレーター（フィンガー）は、グリップの顎面近くのタブで試験試料を把持する。

４．グリップは、開いて試験試料を解放する。

５．ロボットマニピュレーターは、次いで自身とともに試験試料を搬送して試験作業空間から離れるように移動する。

６．ロボットマニピュレーターは、廃棄物清掃領域へ移動し、タブが試料清掃装置へ向くように、試験試料を配向する。

７．ロボットマニピュレーターは、タブを試料清掃装置のばね付勢されたローラーに挿入する。

８．ロボットマニピュレーターは試験試料を解放する。

９．ローラーモーターは、回転して試験試料を下方に正しく導き廃棄物ビン内に入れる。

要約すると、試験試料は、廃棄物ビン内に積極的に導かれ、システムの残りの部分から廃棄試料を清掃することを保証する。さらに、自動化された破壊試験システムにおいて、多くの場合、ロボットマニピュレーターに対して要求される最長到達距離は、破断した試料をスクラップにするために必要な到達距離である。試料が破断後に長い尾部を有する場合、開示された装置は、ロボットマニピュレーターの要求される到達距離を縮小し、場合によってはロボットのコストを削減する。実験室空間が高価である場合、この装置は、自動化システムの設置面積を低減することによって空間を節約することもできる。

本開示の更なる目的及び利点は、以下の記載及び添付の図面から明らかになる。

本開示の一実施形態の順次的な作業の流れを示す図である。 本開示の一実施形態の第１の斜視図である。 本開示の一実施形態の第２の斜視図である。 挿入された試料が示される、本開示の一実施形態の平面図である。 本開示の一実施形態の内部構成要素を示す、部分的に透視した平面図である。 本開示の第１の代替実施形態の内部構成要素を示す、部分的に透視した平面図である。 本開示の第２の代替実施形態の内部構成要素を示す、部分的に透視した平面図である。 本開示の第２の代替実施形態の内部構成要素を示す、部分的に透視した平面図である。 本開示の一実施形態を示す斜視正面図である。 本開示の一実施形態を示す斜視正面図である。 本開示の一実施形態を示す上面図である。 本開示の一実施形態を示す底面図である。 本開示の一実施形態において、試験試料のタブを係合するロボットマニピュレーターの概略図である。

以下において、いくつかの図を通じて同様の数字が同様の要素を指す図面を詳細に参照すると、本開示の実施形態を採用する材料試験システムが図１Ａ～図１Ｃに例示されることが分かる。材料試験装置又は万能試験機のフレーム１００が、クロスヘッド１０３と上側顎部１０２及び下側顎部１０４とを含み、上側顎部１０２及び下側顎部１０４は、材料試験試料２００と係合して、通常はそれに軸方向すなわち縦方向の力を加え、それによってひずみを生じさせ、発生している応力及びひずみを測定する。これらの測定及び計算は、破断又は非弾性変形等の、壊れる前の弾性係数及び最大荷重又は応力を更に含むことができる。

材料試験を実行した後、特に一連の試験試料のために自動化された試験を使用する環境では、試験試料２００を除去することが望ましい。係合スロット１１２（グリッパーとして実装され得る）を含むロボットアーム１１０が、コンピューター制御された位置決めアーム１１４、１１６上に位置決めされる。試験試料２００を除去するために、ロボットアーム１１０は、試験試料２００を係合スロット１１２内に、通常は下側顎部１０４の真上に置くように、位置決めアーム１１４、１１６によって所定の位置にもたらされる。試験試料２００の尾部２０２は、ロボットアーム１１０の上方にあることができ、一方タブ２０４（事前に下側顎部１０４によって係合されている）は、ロボットアーム１１０の下方にあることができる。

ロボットアーム１１０は、次いで、試験試料２００のタブ２０４を試料清掃装置１０内に置くように位置決めされる。より具体的には、タブ２０４は、試料清掃装置１０の上側スロット１２を通して挿入され、対向しかつ前部ばね２４及び後部ばね２６によって互いに向かって付勢された、駆動ホイール１４と従動ホイール１６との間に係合する（図２～図７を参照）。モーター２０は、駆動ホイール１４を回転駆動させ、これにより、駆動ホイール１４及び従動ホイール１６が逆回転し、試験試料２００をスクラップビン１２０（又は同様の貯蔵所）内に押し込む。

より詳細には、図２、図３Ａ及び図４～図７に示すように、試料清掃装置１０は、駆動ホイール１４及び従動ホイール１６を使用して、面取り壁１３を含む上側スロット１２を通して挿入される試験試料２００を把持し、面取り壁１３は、ロボットマニピュレーター１１０によって試験試料２００を配置するのに役立つことを可能にする。駆動ホイール１４及び従動ホイール１６は、頂部に沿って上側スロット１２を備えるハウジング３６内で回転するように軸支される。これにより試験試料をホイール１４とホイール１６との間のニップ１９内に置くのに十分な空間が得られるが、指が巻き込まれないほど十分小さく、こうしてホイール１４とホイール１６との間のニップ１９に挟まれる潜在的な危険からユーザーを保護する。

駆動ホイール１４は、固定位置軸１５を有し、電気モーター２０によって駆動される。従動ホイール１６は浮動軸１７に取り付けられ、浮動軸１７は、ハウジング３６の前部スロット２５及び後部スロット２７を通って延びているので、駆動ホイール１４から離れるように移動することが可能であり、前部ばね２４及び後部ばね２６（それらは、さらに、ハウジング３６の前部パネル３２及び後部パネル３４上のそれぞれの前部支柱２８及び後部支柱３０に固定される）に取り付けられ、前部ばね２４及び後部ばね２６は、駆動ホイール１４及び従動ホイール１６を一緒に引っ張って、それらの間に直角な力を加える。このコンプライアンス（compliance）により、試料清掃装置１０は、試験試料２００の厚さの変動に適応することができる。これにより、更に駆動ホイール１４、従動ホイール１６及び試験試料２００の間に適切な摩擦が加わり、試験試料２００の側面をしっかり把持し、試料清掃装置１０を通して試験試料２００を引っ張る。

図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、第１の代替実施形態、第２の代替実施形態及び第３の代替実施形態の試料清掃装置１０を示す。図３Ｂは、第１の代替実施形態の試料清掃装置１０′を示し、ここで第１のベルト３１と第２のベルト３３との間にニップ１９が設けられ、第１のベルト３１及び第２のベルト３３は、トレッドのようなテクスチャ（texture）を与えることができる。第１のベルト３１は、それぞれの固定軸１５Ａ、１５Ｂの周りに回転するために軸支された第１の対のホイール１４Ａ、１４Ｂ（それらの一方又は両方は外部から駆動され得る）を横断し、一方第２のベルト３３は、それぞれの第１の浮動軸１７Ａ及び第２の浮動軸１７Ｂの周りに回転するために軸支された第２の対のホイール１６Ａ、１６Ｂを横断する。浮動軸１７Ａ、１７Ｂは、スロット２７Ａ、２７Ｂ内でそれぞれ移動し、かつそれぞれのばね２６Ａ、２６Ｂ（浮動軸１７Ａ、１７Ｂの他側に同様のスロット及びばねを有する）によってそれぞれの固定軸１５Ａ、１５Ｂに向かって付勢され、ばね２６Ａ、２６Ｂは、図３Ａ及び４図～図７に開示される構成と同様の構成で、それぞれの支柱３０Ａ、３０Ｂによって固定される。

図３Ｃは、第２の代替実施形態の試料清掃装置１０″を示し、ここで第１の適合ホイール１４Ｃと第２の適合ホイール１６Ｃとの間にニップ１９が設けられ、第１の適合ホイール１４Ｃ及び第２の適合ホイール１６Ｃは、それぞれの固定軸１５Ｃ、１７Ｃの周りに回転するために軸支される。第１の適合ホイール１４Ｃ及び第２の適合ホイール１６Ｃが互いに対して付勢することにより、ホイール１４Ｃ、１６Ｃのコンプライアンス又は弾性によって様々な厚さの試験試料２００に係合する。

図３Ｄは、第３の代替実施形態の試料清掃装置１０″′を示し、ここで従動ホイール１６Ｄと静止した垂直な壁１４Ｄとの間にニップ１９が形成される。ホイール１６Ｄは、軸１７Ｄの周りに回転するように軸支される。軸１７Ｄは、固定軸（この場合、ホイール１６Ｄは通常コンプライントである）又は浮動軸とすることができる。ホイール１６Ｄは、回転ベルト等の別の単一の移動係合面に置き換えることができる。垂直な壁１４Ｄは、摩擦係数が十分に低い静止した面であり、回転ホイール１６Ｄ（又は他の単一の移動係合面）が試験試料を移送可能にする。

このシステムを使用するために、試料２００は万能試験機１００で試験され、万能試験機１００において、試験試料２００は、上側グリップ１０２と下側グリップ１０４との間で引き伸ばされる（図１Ａを参照）。試料２００は、試験中に破断することも破断しないこともある。試験が完了すると、ロボットマニピュレーター１１０は、試験試料２００を把持するか、又はこれと係合する。試験試料２００が破断している場合、ロボットマニピュレーター１１０は一度に半分ずつ清掃し、試料が破断していない場合、ロボットマニピュレーター１１０は１回の操作で試験試料２００を清掃する。

ロボットマニピュレーター１１０は、通常、コンピューター制御された位置決めアーム１１４、１１６によって３次元に（例えば、図１Ａ～図１Ｃの材料試験装置のフレーム１００に対して水平方向及び垂直方向に、並びに示した図と垂直方向に、通常、直交する方向に移動する）位置決めされ、試験試料２００がグリップ１０２又は１０４内にクランプされる場所のすぐ上方（下側グリップ１０４の場合）又は下方（上側グリップ１０２の場合）で試験試料２００を把持するか又はこれに係合する。図８に示すように、これにより、通常、長さが２５ミリメートル～３０ミリメートルのタブ２０４が残される。試験試料２００は、次いで試料清掃装置１０へ３次元的に、通常、直交する方向に移動される。通常のシーケンスは、以下のようにすることができる。
１．ロボットマニピュレーター１１０をフレーム１００内に水平方向に（すなわち、図１Ａの紙面に対して垂直方向に）挿入して試験試料２００と係合させ、グリップ１０２、１０４が試験試料２００を解放し、
２．試験試料２００がロボットマニピュレーター１１０に係合した状態で、ロボットマニピュレーター１１０をフレーム１００から水平方向に（すなわち、この場合も図１Ａの紙面に対して垂直方向に）離れるように後退させ、
３．ロボットマニピュレーター１１０を垂直方向に上げ、
４．ロボットマニピュレーターを水平方向に（すなわち、図１Ａの紙面に対して平行に）再位置決めし、
５．ロボットマニピュレーター１１０を、試料清掃装置１０の上にこの場合も水平方向に（すなわち、図１Ａの紙面に対して垂直方向に、ステップ４の移動と直交する方向に）再位置決めし、
６．次いで、最後にロボットマニピュレーター１１０を垂直方向に下げて、タブ２０４を試料清掃装置１０のスロット１２内に挿入する。

モーター２０をオンにし、タブ２０４を上側スロット１２に挿入する。試験試料２００がホイール（又はローラー）１４とホイール１６との間のニップ１９内に押し込まれると、ホイール１４、１６は、試料清掃装置１０を通して試験試料２００を引き込む。タブ２０４が試料清掃装置１０によって引っ張られると、ロボットマニピュレーター１１０は試験試料２００を解放し、試験試料２００は、試料清掃装置１０の下側開口部５０（図７を参照）を通して押し進められ又は排出され、下方に落下してスクラップビン１２０内に入る。

このように、いくつかの上述の目的及び利点が、最も効率的に達成される。本明細書において本発明の好ましい実施形態を詳細に開示及び記載してきたが、本発明がこれにより限定されるものでは決してないことが理解されるべきである。

１０ 試料清掃装置
１２ 上側スロット
１３ 面取り壁
１４ 駆動ホイール
１４Ａ 第１の対のホイール
１４Ｂ 第１の対のホイール
１４Ｃ 第１の適合ホイール
１４Ｄ 垂直な壁
１５ 固定位置軸
１５Ａ 固定軸
１５Ｂ 固定軸
１５Ｃ 固定軸
１６ 従動ホイール
１６Ａ 第２の対のホイール
１６Ｂ 第２の対のホイール
１６Ｃ 第２の適合ホイール
１６Ｄ 従動ホイール
１６Ｄ ホイール
１７ 浮動軸
１７Ａ 第１の浮動軸
１７Ｂ 第２の浮動軸
１７Ｃ 固定軸
１７Ｄ 軸
１９ ニップ
２０ 電気モーター
２５ 前部スロット
２７ 後部スロット
２７Ａ スロット
２７Ｂ スロット
２８ 前部支柱
３０ 後部支柱
３０Ａ 支柱
３０Ｂ 支柱
３１ 第１のベルト
３２ 前部パネル
３３ 第２のベルト
３４ 後部パネル
３６ ハウジング
５０ 下側開口部
１００ 万能試験機
１０２ 上側顎部（上側グリップ）
１０３ クロスヘッド
１０４ 下側顎部（下側グリップ）
１１０ ロボットマニピュレーター
１１２ 係合スロット
１１４ 位置決めアーム
１１６ 位置決めアーム
１２０ スクラップビン
２００ 試験試料

Claims (10)

1. 材料試験機から試験サンプルを清掃する方法において、
   材料試験機において材料試験サンプルに係合して、該材料試験サンプルをサンプル清掃装置へ移送する係合装置を準備する段階を含み、
   前記サンプル清掃装置が、
   前記材料試験サンプルに係合する第１の係合面及び第２の係合面であって、該第１の係合面及び第２の係合面は、固定軸上の第１の対向ホイールと、該固定軸に向かって付勢された浮動軸上の第２の対向ホイールであり、前記浮動軸は第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の対向ホイールと前記第２の対向ホイールとの間にニップが形成される第１の係合面及び第２の係合面と、
   前記第１の対向ホイール及び第２の対向ホイールの少なくとも一方のための駆動装置であって、それにより、前記第１の対向ホイール及び第２の対向ホイールの少なくとも一方を作動させて前記材料試験サンプルを移送する、駆動装置と、
   ハウジングであって、前記材料試験サンプルを受け取る上側開口部と、前記材料試験サンプルが通って排出される下側開口部と、前記浮動軸の前記第１の端部及び前記第２の端部がそれぞれ通って延びる第１の側部スロット及び第２の側部スロットと、を含むハウジングと、を具備する方法。
2. 材料試験機を準備する段階と、
   前記材料試験機によって材料試験サンプルに対する試験を実行する段階とを更に含む請求項１の方法。
3. 前記浮動軸の前記第１の端部は第１のばねによって付勢され、前記浮動軸の前記第２の端部は第２のばねによって付勢される請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のばね及び第２のばねは、それぞれ、前記浮動軸に固定された第１の端部と、前記ハウジングの外部に固定された第２の端部とを有する請求項３に記載の方法。
5. サンプル清掃装置において、
   材料試験サンプルに係合する第１の係合面及び第２の係合面であって、該第１の係合面及び第２の係合面は、固定軸上の第１の対向ホイールと、該固定軸に向かって付勢された浮動軸上の第２の対向ホイールであり、前記浮動軸は第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の対向ホイールと第２の対向ホイールとの間にニップが形成される第１の係合面及び第２の係合面と、
   前記第１の対向ホイール及び第２の対向ホイールの少なくとも一方のための駆動装置であって、それにより、前記第１の対向ホイール及び前記第２の対向ホイールの少なくとも一方を作動させて前記材料試験サンプルを移送する、駆動装置と、
   ハウジングであって、前記材料試験サンプルを受け取る上側開口部と、前記材料試験サンプルが通って排出される下側開口部と、前記浮動軸の前記第１の端部及び前記第２の端部がそれぞれ通って延びる第１の側部スロット及び第２の側部スロットと、を含むハウジングと、を具備するサンプル清掃装置。
6. 前記浮動軸の前記第１の端部は第１のばねによって付勢され、前記浮動軸の前記第２の端部は第２のばねによって付勢される請求項５に記載のサンプル清掃装置。
7. 前記第１のばね及び第２のばねは、それぞれ、前記浮動軸に固定された第１の端部と、前記ハウジングの外部に固定された第２の端部とを有する請求項６に記載のサンプル清掃装置。
8. システムにおいて、
   材料試験サンプルに対して試験を実行する材料試験機と、
   サンプル清掃装置とを具備し、
   前記サンプル清掃装置は、
   前記材料試験サンプルに係合する第１の係合面及び第２の係合面であって、該第１の係合面及び第２の係合面は、固定軸上の第１の対向ホイールと、該固定軸に向かって付勢された浮動軸上の第２の対向ホイールであり、前記浮動軸は第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の対向ホイール及びと第２の対向ホイールとの間にニップが形成される第１の係合面及び第２の係合面と、
   前記第１の対向ホイール及び前記第２の対向ホイールの少なくとも一方のための駆動装置であって、それにより、前記第１の対向ホイール及び第２の対向ホイールの少なくとも一方を作動させて前記材料試験サンプルを移送する、駆動装置と、
   ハウジングであって、前記材料試験サンプルを受け取る上側開口部と、前記材料試験サンプルが通って排出される下側開口部と、前記浮動軸の前記第１の端部及び前記第２の端部がそれぞれ通って延びる第１の側部スロット及び第２の側部スロットと、を含むハウジングと、を具備するシステム。
9. 前記浮動軸の前記第１の端部は第１のばねによって付勢され、前記浮動軸の前記第２の端部は第２のばねによって付勢される請求項８に記載のシステム。
10. 材料試験後に前記材料試験機から前記材料試験サンプルを除去し、該材料試験サンプルを前記サンプル清掃装置へ送出する位置決め装置を更に含む請求項８に記載のシステム。

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