專利名稱：將待加工物體附接到工作基座的附接裝置、附接設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是根據(jù)以下進一步提出的獨立權(quán)利要求的前序部分的將待加工物體附接到工作基座(working base)的附接裝置、附接設(shè)備和方法。本發(fā)明尤其涉及在加工期間將例如待焊接、銑、切割、噴涂或噴砂的工件支撐到基座的新方式。
背景技術(shù)：
待加工的工件例如在銑、焊接、鉆孔或倒角期間通常必須以某種方式被附接就位。為了獲得精確的結(jié)果，附接常常還必須以精確的方式進行。公知的方法慢且費力，并且不能像本發(fā)明所提供的設(shè)備那樣進行自動附接
發(fā)明內(nèi)容

除了其他方面之外，本發(fā)明的目的是減少、甚或消除現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。本發(fā)明的目的尤其是提供一種方案，其提供一種快速、精確和簡便的方式，將不同形狀的待加工的工件附接到其工作基座。為了實現(xiàn)除其他外的上述目的，本發(fā)明的附接裝置、設(shè)備和方法以及其他目的的特征在于隨附獨立權(quán)利要求中的特征部分提出的內(nèi)容。只要適用，本文所述實施例和優(yōu)點均適用于根據(jù)本發(fā)明的附接裝置、設(shè)備、方法和其他目的，雖然這點并不總是特別地提及。根據(jù)本發(fā)明的用于將待加工物體附接到工作基座的典型附接裝置包括-位于附接裝置的第一端的第一保持裝置，即第一磁體，第一磁體被設(shè)置成產(chǎn)生第一保持力，第一保持力用于將附接裝置附接到例如工作臺之類的工作基座或另一附接裝置或待加工物體。-位于附接裝置的第二端的第二保持裝置，例如第二磁體，例如磁體之類的第二保持裝置設(shè)置成產(chǎn)生第二保持力，第二保持力用于將附接裝置附接到工作基座例如工作臺或另一附接裝置或待加工物體。-控制裝置，其用于控制由第一保持裝置和第二保持裝置(例如磁體)產(chǎn)生的保持力。在一個附接裝置中可以有不止兩個例如磁體之類的可控保持裝置。附接裝置可因此具有兩個或更多個可控磁體。但附接裝置也可僅具有一個可控磁體以及一個或多個其他保持裝置。另一保持裝置例如可為某種機械保持裝置，例如夾具、吸盤或夾鉗。典型地，附接裝置具有至少兩個這種保持裝置，保持裝置的保持力能夠被控制。其他保持裝置本身是公知的，所以本文中對它們的操作不做進一步描述。根據(jù)本發(fā)明的用于將待加工物體附接到工作基座的典型設(shè)備利用了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個附接裝置。該設(shè)備包括例如可編程計算機之類的控制單元，及其用于產(chǎn)生附接裝置的第一保持裝置和第二保持裝置(例如磁體)的控制信號的用戶接口(interface)?？刂茊卧膳c附接裝置分離。該設(shè)備還包括數(shù)據(jù)傳輸裝置，這些數(shù)據(jù)傳輸裝置用于將控制信號發(fā)送到附接裝置中的控制裝置。數(shù)據(jù)傳輸裝置可以是無線裝置，而且它們可使用一些公知的數(shù)據(jù)傳輸方法，例如無線電、光、聲或類似方法。該設(shè)備的一些實施例包括機器人或?qū)腘C-可編程裝置，其包括用于將附接裝置放置在例如工作基座上的期望位置，或附接到其他附接裝置的裝置。機加工的金屬板或其他磁性物質(zhì)例如可起到工作基座的作用。系統(tǒng)本身也可用作其自身的工作基座，即系統(tǒng)可由自身組裝工作基座。夾具也可完全不使用具體的工作基座而被組裝。
一種根據(jù)本發(fā)明的用于借助附接裝置來將待加工物體附接到工作基座的方法包括-借助第一保持裝置即第一磁體所產(chǎn)生的第一保持力，通過附接裝置的第一端將附接裝置附接到例如工作臺之類的工作基座或其他附接裝置或待加工物體；-借助第二保持裝置例如第二磁體或其他保持裝置所產(chǎn)生的第二保持力，通過附接裝置的第二端將附接裝置附接到例如工作臺之類的工作基座或其他附接裝置或待加工物體。上述方法可利用一個或多個根據(jù)本發(fā)明的附接裝置和/或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。本發(fā)明的多個不同的實施例適合與多種物質(zhì)和多種加工方法關(guān)聯(lián)地使用。本發(fā)明可用于例如倒角、火焰切割、激光切割、水切割、等離子切割、管路切割、焊接、銑削、機加工、沖壓、噴涂、噴砂、去毛刺、鉆孔，以及用于將零件彼此臨時地附接。當期望時，附接裝置必須能夠牢固地抓取另一附接裝置、待加工物體和工作基座。另一方面，當期望時，附接裝置必須能夠與另一附接裝置、待加工物體和工作基座彼此分開。在根據(jù)本發(fā)明的附接裝置中，對另一附接裝置、待加工物體和工作基座的抓取是借助由磁體產(chǎn)生的磁場、負壓或類似技術(shù)手段來完成的。附接裝置具有控制裝置，借助控制裝置可控制保持力即控制保持方式，例如控制由第一保持裝置和第二保持裝置(例如磁體)所產(chǎn)生的磁場，以實現(xiàn)抓取和分開。保持力產(chǎn)生的磁場可由電磁體或磁性材料或電磁體與磁性材料二者來提供。磁體產(chǎn)生磁場，而磁場產(chǎn)生保持力，而且當通過電磁線圈來供應電流時，根據(jù)電流是以哪個方向被供應到線圈內(nèi)，保持力抵消磁性材料所產(chǎn)生的磁通量或加強磁性材料所產(chǎn)生的磁通量。通過控制電流量，就能夠按期望來選擇保持力。通過切斷電流，保持力不會終止，而是磁體繼續(xù)進行保持。當使用磁性材料時，可通過改變附接裝置內(nèi)的磁路，或通過削弱磁性材料與靠近磁性材料的電磁體生成的磁場，而以機械方式來實現(xiàn)磁體緊固件的保持力的削弱。在本發(fā)明的一個實施例中，保持力是可控的，使得與對于工件的附接相關(guān)聯(lián)，附接裝置的磁體的保持力按步驟或程度而增大，使得待附接的物體不會猛撞附接裝置。在本發(fā)明的一個實施例中，保持力可控，使得與工件的分開相關(guān)聯(lián)，附接裝置的磁體的保持力按步驟或程度減小。在本發(fā)明的一個實施例中，如果檢測到磁體正在分開，則可增大保持力。例如可通過附接裝置中的開關(guān)或杠桿，手動地執(zhí)行對于磁體的保持力的控制。將電流接到磁體也可被設(shè)置成例如通過計算機程序的控制，而自動地進行?？稍O(shè)置一個或多個被遠程地使用的磁體。遠程驅(qū)動器可以是無線式的。在一個實施例中，遠程驅(qū)動器可以是有線式的。因此，現(xiàn)在應注意，待加工的工件可借助磁體或以其他對應的方法而被簡單地而且迅速地附接到其工作基座，磁體的保持力可被控制。磁體是可靠而且簡單的裝置。借助本發(fā)明，待加工的工件對其工作基座的附接能夠簡單地被自動化?？蓪C器人編程，以使附接裝置放置在工作基座上的期望位置。機器人的編程和設(shè)計以及自動化不是本申請的主要目的，所以在本文中不做進一步討論。在本發(fā)明的一個實施例中，控制裝置被設(shè)置成使得第一保持裝置和第二保持裝置(例如磁體)能夠單獨地控制。在本發(fā)明的一個實施例中，第二保持裝置例如磁體通過附接裝置中的杠桿或開關(guān)而被手動控制、或者被遠程控制。在本發(fā)明的一個實施例中，保持裝置(例如磁體)之一被手動控制，另一個被自動控制。因此，相同的附接裝置適用于不同的使用目的和情形。在本發(fā)明的一個實施例中，在第一磁體與第二磁體之間設(shè)置有與磁通量隔離的隔 離件，隔離件為例如由玻璃纖維或隔離磁通量的其他材料制成的板件。其他合適的材料例如可為鋁、塑料、耐酸鋼、玻璃。因此，一個磁體的操作不會干擾另一磁體的操作。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體被隔離從而防水。在一個實施例中，磁體被模制到合適的硬化材料(例如聚酯樹脂)內(nèi)。防水性有時很重要，這是因為工作環(huán)境常常使用液體，若不防水這就可引起電子裝置短路。在本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的附接裝置在水下被使用。在本發(fā)明的一個實施例中，整個附接裝置被隔離從而防水。根據(jù)本發(fā)明的防水式的附接裝置，尤其是那些防水并且能夠遠程地使用的附接裝置，特別適用于在水下工作。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的控制裝置包括用于將電流從電源以受控方式引導至例如磁體之類的第一保持裝置和/或第二保持裝置、以便控制其功能的工具。在本發(fā)明的一個實施例中，控制裝置包括電源(例如電池)，以及用于將電流從電源引導至第一磁體和/或第二磁體的裝置。換言之，附接裝置因此具有其自己的電源，例如電池。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可具有充電裝置，當附接裝置不進行附接工作時，附接裝置連接到充電裝置。附接裝置因此具有必要的裝置，例如連接器和電纜或能夠進行無線充電的裝置，借助這些必要的裝置，電源能夠被連接到充電裝置并且能夠進行充電。當使用無線式的附接裝置時，能夠避免使用電線。根據(jù)本發(fā)明的充電裝置也可設(shè)置成起到附接裝置的作用的寄放裝置(parkingdevice)。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置包括用于接收來自控制裝置的控制信號的無線接收器。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備因此包括無線發(fā)送器。當使用無線式的附接裝置時，能夠避免使用電線。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置包括無線發(fā)送器，無線發(fā)送器用于發(fā)送信息例如附接裝置的操作數(shù)據(jù)、溫度、磁體的分離等等來自附接裝置的數(shù)據(jù)(例如發(fā)送到附接裝置之外的控制單元)。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置包括至少位于其一端的機械附接裝置，例如鉤、銷釘、螺栓或栓。第一磁體或第二磁體可因此設(shè)置成移動所述機械附接裝置。機械附接裝置也可用手來移動。這種附接裝置可被設(shè)置成附接到工作基座或由任何材料(也包括非磁性材料)制造的待加工物體。機械附接裝置也可起到運動限位器或限位開關(guān)的作用。對于該設(shè)備的自動化控制可被設(shè)置成，將所述限位器或限位開關(guān)精確地放置在待加工的工件的期望位置。限位器或限位開關(guān)例如可被放置在處于待加工工件的邊緣上的精確位置。當這種限位器或限位開關(guān)處在恰當位置時，容易根據(jù)它們來準確地放置待加工的工件。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置包括框架，第一保持裝置和第二保持裝置(例如磁體)被附接在框架的不同端部?？蚣芾缈蔀楣軤罨?立方體狀。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的框架由不銹鋼制造，在另一實施例中則由玻璃纖維制造。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的框架包括用于按期望選擇框架長度的裝置。框架例如可為伸縮式的。框架可具有用于按期望鎖定附接裝置的長度的鎖定裝置，例如夾具。長度的鎖定也可利用永磁體來完成。因此，相同的附接裝置適用于不同的使用目的和情形。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的框架包括用于將其彎曲到所期望位置的裝置?？蚣芾缈捎蓛刹糠纸M成，這兩部分利用鉸接件或接頭(例如球窩接頭)而被聯(lián)結(jié)在一起?？蚣芸删哂墟i定裝置例如夾具，鎖定裝置用于按期望鎖定位置。位置的鎖定也可利用永磁體來完成。因此，相同的附接裝置適用于不同的使用目的和情形。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的框架包括多個液壓缸，例如框架的每個角落設(shè)有一個液壓缸?？捎秒姶砰y或類似部件來控制液壓流體進入這些液壓缸的通路。當流體能夠流動時，液壓缸的長度可改變。如果所有液壓缸的長度以相同的量來改變，則框架的長度改變，但附接裝置的端部、它們的保持裝置卻不會相對于彼此轉(zhuǎn)動。另一方面，如果這些液壓缸的長度不同地改變，則這些附接裝置就會彎曲。換言之，多個附接裝置的端部、它們的保持裝置就會相對于彼此轉(zhuǎn)動。通過關(guān)閉電磁閥或相應部件，閥能夠被鎖定就位。在本發(fā)明的一個實施例中，第一磁體和/或第二磁體包括含磁性材料的磁性材料部和含電磁體的電磁體部，由此控制裝置被設(shè)置成控制由電磁體產(chǎn)生的磁場。通過控制由電磁體產(chǎn)生的磁場的強度，就能夠控制第一保持力和/或第二保持力。使用磁性材料，能夠使附接裝置在其正常運轉(zhuǎn)期間，無需持續(xù)地以外部電源作為保持力的能源。相對小的電源例如電池就足以起到用于控制目的的電磁體的電源的作用。這種相對小的電源可被設(shè)置成每個單獨的附接裝置的固定部。這種附接裝置可完全無線地工作，因此在正常操作期間無需位于其外部的電線。在本發(fā)明的一個實施例中，磁性材料是永磁材料。因此，如果必要的話，由磁性材料產(chǎn)生的保持力的效果可利用電磁體的磁場來減小或增強。永磁體和電磁體的磁場可按本身公知的方式來設(shè)定成抵消彼此的效果，或設(shè)定成相互加強。換言之，永磁材料的磁場可被用來提供根據(jù)本發(fā)明的保持力，如果需要的話，則利用電磁體的磁場和/或用機械手段來削弱或加強這種保持力。因此，附接裝置的分開或附接是通過借助電磁體來削弱或加強第一永磁體或第二永磁體生成的磁通量來進行的?？舍槍γ糠N情形，單獨地選擇合適的磁體尺寸以及所需電流和材料。例如，在一些情況下，必須注意永磁體不被退磁(如果沒有退磁意圖的話)。在本發(fā)明的一個實施例中，磁性材料是能夠退磁并且能重新磁化的磁性材料，由此當必要時,磁性材料可按本身公知的方式借助電磁體的磁場來退磁和重新磁化。換言之，保持力是通過借助電磁體使磁性材料磁化來提供的。借助電磁體使磁性材料退磁可減少或乃甚至去除保持力?？舍槍γ糠N情形單獨地選擇合適的磁體尺寸以及所需的電流和材料。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體通過磁體的多個部分相對于彼此的移動而以機械方式被部分地斷開和接通。附接裝置例如可具有中心部，中心部包括永磁體部，中心部被設(shè)置成能夠相對于磁體的剩余部分移動。中心部借助永磁體的力量來保持對磁體的其他部分的附接，維持磁體內(nèi)部的磁通量的部分閉合回路。典型地，待附接到磁體或工作基座的工件，例如像待加工物體，構(gòu)成處于磁體外部的磁通量的部分閉合回路。電磁體線圈典型地適合設(shè)置在中心部周圍。當電流沿特定方向被引導至線圈時，由線圈產(chǎn)生的磁場會削弱永磁體的磁場。在一定強度的磁場中，中心部與磁體的其他部分分離，由此斷開磁通量的閉合回路，磁力削弱而且磁體被斷開，即磁體的保持力被斷開。包括移動中心部的磁體的保持力被接通，使得電流沿保持力被斷開時的反方向被 引導至線圈。因此電流在線圈中的方向被轉(zhuǎn)向，這加強了永磁體的磁場?，F(xiàn)在，線圈的磁場開始朝向自身牽拉中心部。最后，當力增加到足夠大時，磁體內(nèi)的磁通量的閉合回路被再次閉合。利用磁體來抓取的工件使磁體外的回路閉合。如果當磁通量的回路閉合時電流仍然增大，則保持力甚至可倍增。與移動中心部關(guān)聯(lián)的永磁體例如可為釹磁性材料。釹磁性材料在本文中根據(jù)其一種成分常被簡稱為釹。在本發(fā)明的一個實施例中，在移動中心部與磁體的其他部分之間設(shè)置有一個或多個彈簧。彈簧的回彈因數(shù)(springback factor)被設(shè)置成推動中心部離開磁體的剩余部分，亦即使得磁體的閉合回路斷開。因此利用永磁力來限制這個回彈因數(shù)。當利用線圈產(chǎn)生的磁場被用來削弱永磁場時，在一定的電磁場強度下，彈簧具有推動中心部離開磁體的其他部分的強度。因此，閉合回路被斷開，磁力被削弱并且磁體被斷開(即磁體的保持力被斷開)。當接通這種磁體時，如果磁場強于彈簧的回彈因數(shù)，則中心部及其附接的永磁體部就開始移動。借助所述彈簧，可調(diào)整線圈與永磁體之間的關(guān)系。彈簧的回彈因數(shù)控制磁體的部分斷開，由此線圈能夠被制成比不使用彈簧時所需要的尺寸稍小。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的第一磁體和/或第二磁體包括-殼體和中心部，其被設(shè)置成將磁通量引導至待抓取的工件。中心部被設(shè)置成在保持位置與開路位置之間相對于磁體的剩余部分移動，以便使磁通量的回路閉合和開路。-永磁體，其用于形成磁場，并由此相對于磁體的剩余部分保持中心部，即將中心部保持在保持位直；-電磁體線圈，其設(shè)置在中心部周圍，用于在必要時至少部分地斷開由永磁體提供的磁通量，以便使中心部與磁體的剩余部分的連接分開，即用于將中心部移動其到開路位置。在本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置包括-一個或多個彈簧，其在磁通量借助由線圈產(chǎn)生的磁場而被充分削弱時，幫助磁體的中心部與磁體的其他部分分開。因此，一個或多個彈簧設(shè)置在移動中心部與磁體的其他部分之間。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體(即典型地其移動中心部)利用引入線圈內(nèi)的電流脈沖而被控制在保持位置與開路位置之間。脈沖的持續(xù)時間例如可以是約半秒或O. I至I秒。在保持位置，電流脈沖使磁通量斷開到一定程度，此時彈簧使中心部的部分移動而離開磁體的剩余部分并因此使磁通量的閉合回路開路。磁體因此移動到開路位置。利用反向脈沖使開路位置變成保持位置，這樣來增大磁通量，使得中心部移動而與磁體的部分剩余接觸，由此磁通量的回路再次閉合?？赏ㄟ^給線圈以例如PWM (脈寬調(diào)制)信號、例如借助處理器、以受控方式來控制磁體部分的運動?？刂埔部赏ㄟ^改變電流的電平來進行。PWM信號意味著信號的激活時間(active time)可相對于信號的失活時間(inactive time)來選擇。例如，總持續(xù)時間IOs的脈沖可由信號導通時的O. 5秒的部分組成與信號截止時的O. I秒的部分組成。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體的中心部具有在一端被收縮的形狀，這種形狀允許使用較大的永磁體和線圈，同時提高磁體的保持力。
在本發(fā)明的一個實施例中，殼體旨在與待抓取的工件接觸的邊緣成斜面而更薄，以便提聞磁體的保持力。附接裝置的磁體的磁性材料部可由不同的磁性材料來實現(xiàn)，不同的磁性材料例如為AlNiCo，所謂的稀土磁體例如釹磁體(即NdFeB、NIB或Neo磁體)或陶瓷磁性材料。例如，AlNiCo磁性材料適合作為能夠退磁并且能夠重新磁化的磁性材料。AlNiCo是由鋁(Al)、鎳(Ni)和鈷(Co)制造的金屬合金。合金中另外還可含有鐵、銅和鈦。典型的合金比率是9-12%的Al、15-26%的Ni,5-24%的Co、最多6%的Cu和1%的Ti，剩余的是Fe。例如NdFeB和/或陶瓷磁性材料可被用作永磁材料。釹磁體是一種稀土磁體，其為釹、鐵和硼的合金。陶瓷磁體是一種以粉末冶金法制造的磁體，其含有大量金屬氧化物。例如，陶瓷鐵氧體是鐵磁陶瓷材料，其含有氧化鐵、硼和鋇或鍶或鑰。一些合適的磁性材料的示例是AINiCo 5、NdFeB
40MGOe和陶瓷8。磁體夾具的外形尺寸根據(jù)當時所采用的磁性材料以及需要而變化。磁性材料部例如可形成為圓柱體。圓柱體狀的磁性材料部的直徑例如可小于200mm、小于100mm、小于50mm、為25-200mm、為25-或50-100mm。磁性材料部的高度例如可小于100mm、或小于50mm、或小于10mm、或為25-100mm、或為l_25mm或為O. 5_3mm。為了提高保持力，磁性材料部的直徑例如可以比中心部大10-30%。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的控制裝置包括無線接收器和/或發(fā)送器，以便發(fā)送控制數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置在正常使用時完全無線地工作。換言之，附接裝置所需的電力以無線方式充入，而且附接裝置收發(fā)數(shù)據(jù)是以無線方式來執(zhí)行的。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，附接裝置的控制裝置包括用于附接裝置的保持裝置(例如電磁體)的控制裝置。即使本說明書主要討論用于將待加工物體附接到工作基座的附接裝置和設(shè)備，但應清楚本發(fā)明的另一方案是具有根據(jù)本發(fā)明的上述可控效果的磁體和用于許多其他實施例的磁體。所有本說明書中提及的示例性實施例和替換方案當適用時，均適合與根據(jù)本發(fā)明的第二方案的磁體相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的附接裝置可看作具有根據(jù)本發(fā)明的可控效果的磁體的一個實施例。在一有利實施例中，磁體通過使磁體的多個部分相對于彼此移動而被機械式地部分地斷開和接通。磁體例如可具有包括永磁體部的中心部；永磁體部被設(shè)置成可相對于磁體的剩余部分移動，磁體的剩余部分可至少部分地被設(shè)置在線圈內(nèi)。一個或多個彈簧可按上述方式設(shè)置在中心部與磁體的剩余部分之間。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體被用作所謂的雙穩(wěn)態(tài)磁體。少量的能量就足以使雙穩(wěn)態(tài)磁體開路和閉合。雙穩(wěn)態(tài)磁體能夠保持接通和斷開而無需使用能量。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠被用來減少加工中所使用的能量。在本發(fā)明的一個實施例中，磁體具有電可控減震器的作用，其也能夠同時被用來產(chǎn)生能量。線圈的磁場可被用來使移動于線圈內(nèi)的中心部的運動減速。例如，如果包括釹的中心部在線圈內(nèi)移動，則在線圈中產(chǎn)生電流，因此，該磁體是產(chǎn)生電能的發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明的磁體能夠用于沿金屬表面移動的應用。這類應用的示例例如為用于清潔船只底部的裝置以及各種其他機器人，例如焊接和噴涂機器人。在這些應用中，設(shè)備沿金屬表面移動，因此這些設(shè)備需要堅固、牢靠地保持磁體。這種磁體有利地能夠以少量能量來控制。 根據(jù)本發(fā)明的磁體也能夠用于至少在開路位置與閉合位置之間控制電磁閥和磁鎖。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電磁閥和磁鎖需要能量來保持它們接通或斷開，然而根據(jù)本發(fā)明的實施例僅需要能量來改變(接通或斷開的)狀態(tài)。因為中心部被設(shè)置成移動式的，所以根據(jù)本發(fā)明的磁體能夠被用于控制運動。這種移動中心部能夠以小脈沖來移動，由此釋放彈簧，并產(chǎn)生運動，移動中心部總是保持在其極限位置以等待新脈沖。


以下參照隨附示意圖更詳細地描述本發(fā)明，這些示意圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的附接裝置；而且圖2示出圖I的附接裝置5的分解圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二附接裝置；圖4示出圖3的附接裝置的分解圖；圖5示出被開路的根據(jù)本發(fā)明的磁體；圖6a示出根據(jù)本發(fā)明的第三附接裝置的細節(jié)的局部橫截面；圖6b示出根據(jù)本發(fā)明的第四附接裝置的細節(jié)的局部橫截面；圖7a、圖7b和圖7c示出根據(jù)本發(fā)明的附接裝置中的磁通量的模擬圖；圖8不出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的附接裝置，其中兩個杠桿鉗被附接；圖10示出用于根據(jù)本發(fā)明的附接裝置的充電座；圖11示出工作地點。
具體實施例方式為清楚起見，相同的附圖標記被用于不同實施例中的至少一些對應零件。在圖I和圖2所示的大體圓柱形的附接裝置11的中間有殼體3 ;殼體3由允許視頻(RF)信號通過的合適材料制造，例如由玻璃纖維或某種其他材料來制造。如果附接裝置的控制信號是不同于射頻信號的信號，例如光，則殼體的材料可以是適合此目的的某種其他材料。附接裝置的其他部分被支撐在殼體上，或被設(shè)置在殼體內(nèi)，或借助螺釘而被聯(lián)結(jié)在一起。在裝置10的下邊緣設(shè)有第一磁體8，第一磁體旨在將裝置10附接到工作基座。在裝置10的上表面設(shè)有第二磁體1，第二磁體在結(jié)構(gòu)上對應于第一磁體8，第二磁體旨在將裝置10附接到待加工物體。磁體的結(jié)構(gòu)在圖2、圖4和圖5中更詳細地示出15。電磁體部11 (即電磁體)被設(shè)置在由永磁材料制造的磁性材料部9內(nèi)。圖中以虛線12非常示意性地繪出電磁體11的線圈。電池6和兩個電路板2、7被設(shè)置在殼體3內(nèi)，處于第一磁體與第二磁體之間。殼體3具有能夠打開的檢修孔(service hatch)5 ;該檢修孔穿過殼體，例如能夠使電池6充電。發(fā)光二極管(Led)燈也被設(shè)置成穿過殼體，這些發(fā)光二極管燈能夠被用來例如指示電池6的充電狀態(tài)或電池是否正在充電。發(fā)光二極管也可被用來指示例如第一磁體或第二磁體是否接通或斷開。在下面的電路板即第一電路板7中，例如設(shè)有用于電磁體11的控制電子裝置、溫度計、以及用于電池6的充電裝置。在上面的第二電路板2中，設(shè)有無線電發(fā)送器/接收器，無線電發(fā)送器/接收器用于在附接裝置10與外部的控制單元之間發(fā)送附接裝置10的控制 信息和操作信息。圖3和圖4示出附接裝置10，其形狀大體為立方體或矩形棱柱。上磁體I借助附接螺釘13被附接到裝置的剩余部分。下磁體8借助附接螺釘14被附接到裝置的剩余部分。在上磁體I與下磁體8之間是殼體3。在殼體3內(nèi)設(shè)置有支撐結(jié)構(gòu)的連接管15，上磁體I借助連接管15被連接到下磁體8。此外，電路板2被置于這些連接管之間，處在所謂的框架部中。裝置所需的電子部件，例如選擇開關(guān)16，被附接到電路板2 ;通過這些開關(guān)可手動地控制附接裝置10的操作。磁體1、8例如可由選擇開關(guān)16來接通和斷開。這些選擇開關(guān)可額外地被用來下達命令，以斷開附接裝置10或啟動被斷開的附接裝置10。選擇開關(guān)16可具有一個或多個發(fā)光二極管指示器，從這些指示器上可看到關(guān)于磁體狀態(tài)的不同信息，例如“開路”或“閉合”或“系統(tǒng)故障”。電池7也附接到電路板2和充電連接器17，充電連接器17用于從充電裝置為這些電池提供充電電流。充電連接器17例如也可呈條狀。殼體3中形成有開口 18，這些開口 18供使用選擇開關(guān)16之用。殼體中還設(shè)有用于充電連接器17的開口(圖中未示)。除為通信所需的部件例如射頻(無線)發(fā)送器和接收器之外，處理器和監(jiān)控磁體狀態(tài)的傳感器也附接到電路板2，處理器中的軟件管理數(shù)據(jù)通信、操作中斷和警報。這種通信例如可以是與控制附接裝置10的裝置(即所謂接口)的直接雙向通信，或者將信息轉(zhuǎn)送到另一附接裝置和/或接口。操作中斷例如可由于磁體I或8的狀態(tài)、電池的溫度或充電電平的減弱或其他反?，F(xiàn)象而導致。操作的中斷例如可設(shè)定為控制附接裝置的程序中的極限值，超過這些極限值就引起中斷。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的磁體8的分解圖。例如，圖3和圖4所示的下磁體8可具有圖5所示的結(jié)構(gòu)。圖3和圖4中的上磁體可具有對應的結(jié)構(gòu)。磁體的中心部30包括附接在一起的背板23、釹磁體24和滑塊25。推板的附接螺釘26將這些推板27附接到背板23。限位螺釘31使磁體8的各部分保持在一起。中心部被設(shè)置成相對于磁體8的剩余部分移動。當中心部處在下部位置時，其部分地位于電磁體的線圈29內(nèi)。推簧32設(shè)置在限位螺釘31周圍，使得這些推簧施加力量以將中心部30向上推，也就是使中心部30離開線圈29和中心部的底板22。由此推簧32有助于線圈29使磁體8斷開，并使磁體8保持在斷開狀態(tài)。例如，如果線圈29未完全地斷開磁體8，但推簧32已經(jīng)能夠?qū)⒅行牟?0推離，則磁體就會通過線圈與推簧之間的協(xié)同操作而被斷開。推板27使滑塊25對中就位，并將彈簧32的推力傳送至滑塊。在圖5中，磁體所抓取的工件被放置成抵靠磁體8的下表面。黃銅板20、21被設(shè)置在磁體的殼體19內(nèi)的底部，而且中心部的下環(huán)22位于黃銅板20、21之間。中心部的下環(huán)22與最外側(cè)的黃銅板20附接到殼體19，使得磁體8沒有能夠從外部看到的移動部分。較小的黃銅板21附接到中心部的下環(huán)22，由此使得磁體的下表面齊平。中心部30在其下部位置接觸中心部的下環(huán)22，由此磁通量能夠流通至待抓取的工件。當中心部30被提升時，至待抓取的工件的磁通量的通路就被阻擋。下磁體的殼體19起到引導磁通量的部件的作用。相應地，圖3和圖4所見到的上磁體的殼體47起到引導上磁體I的磁通量的部件的作用。黃銅板20、21隔離磁通量，使得磁通量不能從殼體19泄漏到中心部30。殼體19的下邊緣具有斜面28，該斜面旨在與待抓取的工件接觸。斜面28引導磁通量，以便實現(xiàn)更大的保持力，并增大磁體的表面附著力。因此由于斜面28，磁體在薄板情況下也有很好的保持力。 滑塊25朝向底部變窄。因此，中心部30收縮即呈錐形。較大的線圈29可設(shè)置在收縮的中心部30周圍。較大的線圈29可產(chǎn)生較大的使用效果，由此又可使用較大的永磁體,例如釹磁體24。借助收縮式的中心部，可因此實現(xiàn)比沒有收縮時更大的保持力。圖6a示出根據(jù)本發(fā)明的第三附接裝置的細節(jié)的局部橫截面。圖6b示出根據(jù)本發(fā)明的第四附接裝置的細節(jié)的局部橫截面。在圖6a和圖6b中，可看到示出了工件33 (磁體旨在抓取該工件)。圖中示出了背板23、殼體19、釹磁體24、滑塊25、電磁線圈29、以及中心部的下環(huán)22。背板23、釹磁體24、滑塊25附接在一起形成移動中心部30。圖6a與圖6b之間的差異在于，中心部30與磁體的剩余部分(即圖中的殼體19)的表面在圖6b示出的接觸點34處是豎直的，即處于中心部的運動方向上。在圖6a中，接觸點34處的對應表面相對于中心部30的運動是傾斜的。借助圖6b不出的方案,磁通量的回路的開路和閉合在一些情形下更為有效。圖7a、圖7b和圖7c示出根據(jù)本發(fā)明的附接裝置的磁體8中的磁通量的模擬圖。圖7a僅僅示出當中心部30處在下部位置即磁體處在保持位置時的模擬模型。在圖7b中，與圖7a中的情況相同，但在圖中以線條繪出磁通量的模擬通路。在圖7b中，中心部30被提升而離開磁體的剩余部分即殼體19。因此磁體處在開路位置。從這些圖中能夠看到磁通量的通路在開路位置是如何中斷的。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，其用于將待加工物體附接到工作基座。該設(shè)備包括控制單元(即接口 35)和三個相同的根據(jù)本發(fā)明的附接裝置10、10’和10"?？刂茊卧?5從控制系統(tǒng)(圖中未示)向附接裝置發(fā)送信息。控制單元具有所謂的I/O輸入端口，而且控制單元例如可利用5V、12V或24V電壓來控制?？刂葡到y(tǒng)可以是機器人(見圖12)、焊接裝置、切割裝置或其他相應的可編程裝置。在可在控制單元35的處理器上運行的程序中，預先規(guī)定當特定I/O命令到達時應做什么。I/O例如可為8位、16位、32位或64位。機器人例如向控制單元下達命令[32]。該命令例如可意味著“使附接裝置的上磁體開路”。控制單元在其輸入端口讀取命令[32]。附接裝置10的上磁體的MAC地址為54321的信息已被預先編程至軟件內(nèi)。因此，控制單元將命令[32]傳送到地址54321。附接裝置10中的處理器內(nèi)的軟件知道當命令[32]到達時，上磁體應被開路。系統(tǒng)中的多個附接裝置可以是相同的。只有這些附接裝置的MAC地址不同。附接裝置的MAC地址能夠借助控制單元來編程，所以只要附接裝置被編程至系統(tǒng)內(nèi)，任何可用的附接裝置10、10’或10"均可接收到命令。因此，即使多個附接裝置之一可能不再使用，機器人中的程序也無需改變。系統(tǒng)中可同時擁有多個、甚至數(shù)百個立方體(cube)。幫助抓取待加工的工件33的多種工具可連接到根據(jù)本發(fā)明的附接裝置10。圖9示出附接有兩個杠桿鉗39的附接裝置10。圖10示出用于根據(jù)本發(fā)明的附接裝置的充電座40，該充電座具有六個用于附接裝置的位置41。當不需要附接裝置11時，這些附接裝置被存放在充電座上。該座具有充電裝置(圖中未示)，其具有適合附接裝置10的充電裝置，例如與圖3和圖4示出的充電連接器17對應的連接器。附接裝置10的電池可因此在該座上被充電。用于附接裝置的多個位置的邊緣42有利地也使立方體(如果該座中設(shè)有立方體的話)定位。圖11示出機器人43的工作地點，其中使用了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。工作地點具有 十八個附接裝置10、以及用于這些附接裝置的充電座40，充電座40被置于工具架44上。金屬工作表面45是空的。機器人具有磁性工具46 ;機器人利用磁性工具46從充電座40取走附接裝置，并將這些附接裝置放置在工作表面45上。當機器人以這些附接裝置10組裝成所期望的夾具時，機器人將待加工的工件放置在夾具中，改變工具并開始工作。本發(fā)明的實施例的操作例如可描述如下。基于借助附接裝置10的電路板2上的處理器所執(zhí)行的軟件，所期望幅值的電流被引導至線圈29。當電流沿一定方向被引導到線圈時，由線圈產(chǎn)生的磁場就削弱了永磁體24的磁場。在一定強度的磁場中，移動中心部30移動而離開磁體的剩余部分。這種分離例如在彈簧32具有將中心部30推離框架而進入開路位置的強度時發(fā)生。因此，磁通量不能通過，磁力減弱而且磁體被斷開(即磁體的保持力被停止)。當下磁體8的保持力被停止時，下磁體8能夠被置于金屬的工作表面45上或另一附接裝置上。此后，電流沿保持分離時的反方向被引入線圈29。因此電流沿線圈的方向被引導，這樣就加強了永磁體24的磁場?，F(xiàn)在，線圈的磁場開始朝向自身牽拉永磁體部24。最后，例如當磁場強于彈簧32的回彈因數(shù)時，中心部30、即滑塊及其附接的永磁體部24開始朝向保持位置移動。最終，當力增加到足夠大時，磁通量的回路再次閉合。因此，磁體接收到更大的保持力。永磁體部24例如可為釹磁體。本發(fā)明的實施例的操作，其中機器人控制所述設(shè)備，可描述如下。控制單元35從機器人43接收命令“使附接裝置10的上磁體I開路”?？刂茊卧?5將此信息發(fā)送到附接裝置10。附接裝置10接收信息并根據(jù)命令使其上磁體I開路。當上磁體被開路時，附接裝置10依次向控制單元35傳送信息，服從控制單元，并向控制單元的I/O端口轉(zhuǎn)送將由機器人43讀取的信息“附接裝置10的上磁體I被開路”。機器人可由此驗證信息已被接收，而且命令已經(jīng)實現(xiàn)。本發(fā)明的另一實施例的操作，其中機器人控制所述設(shè)備，可描述如下。控制單元35從機器人45接收命令“使附接裝置10的上磁體I開路”?？刂茊卧?5將此信息發(fā)送到附接裝置10。如果附接裝置10不在特定時幀內(nèi)響應信息，則控制單元35再次嘗試。如果附接裝置10仍然無應答，則控制單元35下達轉(zhuǎn)送命令?？刂茊卧?5的存儲器中存有關(guān)于系統(tǒng)擁有哪些正在使用中的附接裝置的信息，并且控制單元要求最靠近的其他附接裝置來轉(zhuǎn)送信息?，F(xiàn)在，附接裝置10’接收到轉(zhuǎn)送信息的要求，并將信息轉(zhuǎn)送到附接裝置10。附接裝置10使其上磁體開路并響應附接裝置10’的“使附接裝置10的上磁體開路”。附接裝置10’將信息轉(zhuǎn)送到控制單元35，而控制單元將該信息轉(zhuǎn)送到機器人43。因此，信息被接收，而且命令被確認。系統(tǒng)依照此方式自身工作作用，用戶因此無需單獨地觀察信息的接收。系統(tǒng)的任何附接裝置均可對系統(tǒng)中的任何其他附接裝置起到發(fā)送器的作用。還可以在附接裝置的處理器中編輯與控制單元35中對應的程序，由此附接裝置本身可作用為其他附接裝置的控制器，而不用單獨的控制單元35。移動中心部中例如背板中可設(shè)置有傳感器；如果中心部在磁體應處于保持位置時試圖移動，則傳感器會將信息送到處理器。在保持位置，中心部相對于磁體的剩余部分而移動意味著磁體正在分開。因此，處理器可通過給線圈以更大的沿合適方向的電流(這樣會加強磁通量)來增大磁體的保持力。為了使系統(tǒng)可靠，對保持力的這種有效監(jiān)控并且按需要來增大強度是很重要的。例如在焊接、切割時和在相應的情況下，需要關(guān)于保持力的實時信息。因此對不同緊固件的狀態(tài)(例如在激光焊接中使用的那些緊固件的狀態(tài))的實時監(jiān)控成為可能。借助本發(fā)明，加工機械例如機器人可組裝符合自身所需形狀的提升裝置，以通過根據(jù)本發(fā)明的附接裝置和可能的附加工件來操作物體。附圖中僅示出根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例。附圖中沒有單獨地示出關(guān)于本發(fā)明 的主要構(gòu)思的次要事實、本領(lǐng)域技術(shù)人員公知或明顯的事實，例如本發(fā)明可能需要的電纜、數(shù)據(jù)通信裝置或支撐結(jié)構(gòu)之類。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明不只限于上述示例，而是本發(fā)明可在以下提出的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)變化。獨立權(quán)利要求代表了本發(fā)明的一些可能的實施例，而這些可能的實施例本身不應被認為限定了本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將待加工物體附接到工作基座的附接裝置，其特征在于，所述附接裝置包括 位于所述附接裝置的第一端的第一保持裝置，即第一磁體，所述第一磁體被設(shè)置成產(chǎn)生第一保持力，所述第一保持力用于將所述附接裝置附接到所述工作基座或另一附接裝置或待加工物體； 位于所述附接裝置的第二端的第二保持裝置，例如第二磁體，所述第二保持裝置被設(shè)置成產(chǎn)生第二保持力，所述第二保持力用于將所述附接裝置附接到所述工作基座或另一附接裝置或待加工物體； 控制裝置，其用于控制由所述第一保持裝置和第二保持裝置，例如磁體產(chǎn)生的保持力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的附接裝置，其特征在于，所述第一磁體和/或所述第二磁體包括含磁性材料的磁性材料部和含電磁體的電磁體部，由此所述控制裝置被設(shè)置成控制由所述電磁體產(chǎn)生的磁場。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的附接裝置，其特征在于，所述磁性材料是 永磁材料；或 能退磁并且能重新磁化的磁性材料。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，所述控制裝置包括電源，例如電池；以及用于將電流從所述電源以受控方式引導至所述第一磁體和/或所述第二磁體以便控制其功能的裝置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，所述控制裝置被設(shè)置成，使得所述第一磁體和所述第二磁體能夠被單獨地控制。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，其包括用于接收來自所述控制裝置的控制信號的無線接收器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，其包括框架，所述第一磁體和所述第二磁體附接到所述框架的不同端部，并且所述框架的長度能夠按期望選擇。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，其包括框架，所述第一磁體和所述第二磁體附接到所述框架的不同端部，而且所述框架被設(shè)置成在期望的位置彎曲。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的附接裝置，其特征在于，所述第一磁體和/或第二磁體包括 殼體和中心部，其被設(shè)置成將磁通量引導至待抓取的工件，所述中心部被設(shè)置成相對于所述磁體的剩余部分可移動，以便使磁通量的回路閉合和開路； 永磁體，其用于形成磁場，由此保持所述中心部與所述磁體的剩余部分相連； 電磁體線圈，其至少部分地被設(shè)置在所述中心部周圍，用于在需要時部分地斷開由所述永磁體提供的磁通量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的附接裝置，其特征在于，其包括 一個或多個彈簧，其被設(shè)置成在由所述永磁體產(chǎn)生的磁通量因電磁體即線圈產(chǎn)生的磁場而充分地削弱時，使所述中心部與所述磁體的其他部分彼此分開。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求9或10中任一項所述的附接裝置，其特征在于，所述中心部的形狀在要處于所述線圈內(nèi)的部位被收縮。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求9-11中任一項所述的附接裝置，其特征在于，所述殼體的要與待抓取的工件接觸的邊緣成斜面而更薄。
13.一種用于將待加工物體附接到工作基座的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 根據(jù)前述權(quán)利要求1-12中任一項所述的至少一個附接裝置； 控制單元，其用于產(chǎn)生所述附接裝置的所述第一磁體和所述第二磁體的控制信號； 多個數(shù)據(jù)傳輸裝置，其用于將控制信號發(fā)送到所述附接裝置的所述控制裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括機器人或?qū)腘C-可編程裝置，其包括用于將所述附接裝置放置在所述工作基座上的期望位置的裝置。
15.一種用于借助附接裝置來將待加工物體附接到工作基座的方法，其特征在于，所述方法包括 借助第一保持裝置即第一磁體所產(chǎn)生的第一保持力，通過所述附接裝置的第一端將所述附接裝置附接到所述工作基座或另一附接裝置或待加工物體； 借助由第二保持裝置例如第二磁體所產(chǎn)生的第二保持力，通過所述附接裝置的第二端將所述附接裝置附接到所述工作基座或另一附接裝置或所述待加工物體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，其包括使用根據(jù)權(quán)利要求1-12所述的一個或多個附接裝置和/或根據(jù)權(quán)利要求13-14中任一項所述的設(shè)備。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求15-16中任一項所述的方法,其特征在于,所述第一磁體和/或所述第二磁體包括含磁性材料的磁性材料部和含電磁體的電磁體部，由此所述方法包括 控制由所述電磁體產(chǎn)生的磁場，并由此控制所述第一保持力和/或所述第二保持力。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的方法,其特征在于,所述磁性材料是永磁材料，由此所述方法包括 在必要時，通過所述電磁體的磁場來減小由所述磁性材料產(chǎn)生的保持力的作用。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項所述的方法，其特征在于，所述磁性材料是能退磁并且能重新磁化的磁性材料，由此所述方法包括 借助所述電磁體的磁場來按需要使所述磁性材料退磁和重新磁化。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一磁體和/或所述第二磁體包括殼體和中心部，其被設(shè)置成將磁通量引導至待抓取的工件，由此所述方法包括 相對于所述磁體的剩余部分移動所述中心部，以便使磁通量的回路閉合和開路，即以便使所述磁體的狀態(tài)在保持位置與開路位置之間改變； 當磁通量的回路為閉合時，即當所述磁體處在保持位置時，借助所述永磁體的磁場保持所述中心部與所述磁體的剩余部分相連； 在必要時，通過由設(shè)置在所述中心部周圍的電磁體線圈所產(chǎn)生的磁場來至少部分地斷開由所述永磁體提供的磁通量，以便將所述磁體的狀態(tài)改變到所述開路位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于 在由所述永磁體產(chǎn)生的磁通量因所述電磁體即線圈產(chǎn)生的磁場而充分減弱時，由一個或多個彈簧來產(chǎn)生力，所述力迫使所述中心部與所述磁體的其他部分彼此機械地分開。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于 以傳感器來監(jiān)控所述中心部相對于所述磁體的剩余部分的運動，并且如果在所述磁體處于保持位置時檢測到運動，則通過給所述電磁線圈以更大的電流來增大所述磁體的保持力。
23.在水下使用根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的附接裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將待加工物體附接到工作基座的附接裝置(10)、設(shè)備和方法。該附接裝置包括位于附接裝置(10)的第一端的第一保持裝置即第一磁體(8)，其用于將附接裝置(10)附接到工作基座或另一附接裝置或待加工物體；位于附接裝置(10)的第二端的第二保持裝置即第二磁體(1)，其用于將附接裝置(10)附接到工作基座或另一附接裝置或待加工物體；控制裝置，其用于控制例如磁體的第一保持裝置和第二保持裝置產(chǎn)生的保持力。
文檔編號H01F7/00GK102905845SQ201180025830
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者雷約·內(nèi)蒂, 揚內(nèi)·普爾基寧 申請人:Ixtur有限公司