CN1088177A - 物品处理系统 - Google Patents

Abstract

用于处理和操作物品8的设备10包括一个元 件12，它具有一个工作面14和一个流体孔18，孔18 穿过元件12并终止于工作面14的示口22。元件 12是一个由许多叠置层38构成的薄板条。通过孔 18供至工作面14的流体作用于置于极接近工作面 14处的物品8上。

Description

本发明涉及物品的处理和操作系统。本发明尤其涉及一种使用一种流体以保持、移动、检测及操作物品，以及使用流体作为逻辑和控制元件的系统。

许多商业可获得的装置使用气态和液态流体以检测物品、传感物品、输送材料、固定材料、或进行逻辑功能。一些实例是：尺寸气隙量规、可中断式射流传感器、气流输送器、机械式真空吸盘、文丘里-负压吸盘系统、以及流体逻辑模型。许多这种装置由硬质塑料和金属制成，并且常常用卡紧件以焊接、粘接、或用其它刚性联接方法将其联于物品和设备上。

如气动工作台和气流输送器这样的装置是公知的，它们提供一个气垫，而物品能浮于气垫上。但是，当物品浮于气垫或气体支承面上时，必须使用另外的外部装置或外部力以保持转移、转动、检测、或以其它方法操作物品。

使用定向空气喷嘴输送物品的输送台也是公知的。

因此，除去上述水平面之外，需要一种能支撑和操作物品的系统，该系统还能定向地作用于一种物品之上。还需要在层状结构中安装上述装置，该层状结构能够快速和有效地装到产品和设备上。

本发明提供一种用于处理和操作一种物品的设备。该设备包括一个元件，该元件具有一个工作表面和至少一个孔。该孔从一个入口开始，穿过该元件，并且具有至少一个位于工作面上的出口。流体由入口进入元件，穿过该孔，并通过出口流出。

该元件可以是一个薄板条，它由许多形成叠层结构的叠置层制成。至少一层具有一个或多个孔。所述孔的取向可使得流出孔的流体在物品和工作面之间形成低于环境压力的压力，以使物品保持于工作面上。

一个流体源与所述孔的入口相连。流过所述孔的流体操作工作面上的物品。这种操作能够简单地将物品保持于工作面的位置上。此外，这种操作也包括沿工作面输送物品或使物品在工作面上转动，这是通过选择性地确定所述孔的出口的方向和形状来实现的。在另一实施方案中，该设备能用于作为流体逻辑元件，或作为检测传感器，或也能用于传感物品的压力。此外，该设备能用于将现有的表面转变为一种处理和操作一种物品的系统，它仅使现有表面具有最小的厚度增加。

图1A是按以本发明的另一实施方案的用于操作物品的设备的断面图，其结构适于保持和输送物品。

图1B是图1A设备的顶视图。

图1C是图1设备的端部断面图。

图2是图1设备的另一实施方案的端部断面图。

图3是一个水平的一维输送通路的示意图。

图4是向下的垂直输送通路的示意图。

图5是向上的垂直输送通路的示意图。

图6是颠倒的水平的一维输送通路的示意图。

图7A和7B是按本发明的另一实施方案的用于处理和操作一种物品的设备的断面图，其结构适于在两个方向上输送物品。

图8是与图1设备结合的输送轨的透视图。

图9、10、和11是与图1和2设备结合的带材缠绕器的断面图。

图12是用于操作一种物品的设备的一个实施方案的部分断面图，其结构适于转动一种物品。

图13是图12设备的顶视图。

图14是弯曲的两维输送通路的示意图。

图15是螺旋的三维输送通路的示意图。

图16是按以本发明的用于处理一种物品的设备的断面图，其结构适于保持一种物品。

图17是与图16设备结合的一种吸盘的透视图。

图18是与图16设备结合的工艺夹的透视图。

图19A～19G是用于形成图16设备的各层的顶视图。

图20是本发明另一实施方案的设备的断面图，其结构提供了一种气动开关制品。

图21是与提供了逻辑和控制功能的设备相结合的流体逻辑元件的示意图。

图22和23是本发明另一实施方案的设备的断面图，其结构适于作为检测传感器。

图24和25是本发明另一实施方案的用于处理和操作物品的设备的断面图，其结构适于作为物品敷贴器。

图26A、26B、27A、27B和28是本发明若干实施方案的设备的断面图，其结构适于作为邻近物品的传感器。

图29A是与图26设备结合的物品传感器的透视图。

图29B是与图28设备结合的物品传感器的透视图。

系统10处理和操作一种物品8，该系统易于粘于现有表面上。尽管所说明的实施方案中使用空气操作系统10，但是可以用各种工作流体操作它，如图1和2所示，系统10包括元件12，它具有一个工作面14和一个相反的底面16。如所示，元件12是柔性的。至少一个孔18从至少一个入口34开始，穿过元件12，并且该孔在工作面14上具有一个出口22。流体，例如空气、水、惰性碳氟化合物，以及各种其它气体和气体混合物，通过入口34进行元件12，穿过孔18，从出口22流出。在涉及到接触物品8的实施方案中，例如图16所示和下面将要描述的，孔18延伸到出口22，以形成负压。

出口22是导管组件24的出口，通过孔18使入口34和出口22流体相联。根据系统10所希望达到的功能，选择从每个出口22流出元件12的流体的角度和方向。流出出口22的流体在工作面14和物品8之间流动，并且从单个出口22流出的流体的流动方向能够不同于物品8的通路的方向。

导管组件24包括一个供应歧管26、如图1和2所示，它能够形成为元件12的一部分，或者装于元件12的底面16上。在图1c中，供应歧管26包括一个由顶壁28、底壁30、和侧壁32界定的通道。流体从入口34进入用于分配流体的供应歧管26，然后流过孔18从出口22流出。流体源36与入口34相通。流体源36可是一台压缩机，它将压力空气供给导管组件24。从出口22流出后的压缩空气以喷射流的形式喷于物品8上。图2所示另一实施方案不使用供应歧管26。而代之以将元件12直接装于一个压力容器或压力腔37上，其入口34与元件12的孔18及出口22相通。

流过孔18的流体处理和操作工作面14上的物品8。通过改变系统的特征能够变化该操作。根据流体压力选择出口22的模式、方向、角度、形状、以及其长度，和层38的厚度，以及物品特性来确定该操作。特别是通过改变图1B所示的流体流出出口22的角度α来改变所述操作。气流的方向分量116影响压差和物品8的输送，而垂直于方向分量116的横向分量112仅影响压差。横向分量112和方向分量116合成而形成流体方向114。当流出的流体不具有横向分量112时，则系统10以比有横向分量时较低的压差输送物品8。当流出的流体有一些横向分量112时，系统10以增加的压差输送物品8，当流出的流体不具有方向分量116时，系统10仅保持物品8而不输送它。

通过出口22流出孔18的射流状气流在元件12的工作面14和物品8的底面之间形成一个可控的间隙。通过平衡作用于物品8上的包括重力在内的诸个力，并使其保持平衡状态可形成所述间隙。

按照柏努利原理，随气体流速增加，其压力下降，即其压力低于其周围的以低速流动的流体的压力。速度差引起压力差。在高速和低速流体之间放置的物体将趋于被迫朝向高速气流，直至其达到平衡。在静止工作面和可移动物体之间被迫形成均匀流体流，一个朝向工作面的均匀的力被施加于该物体上。如果一个物体的面积/重量比足够大，使得气体射流的力超过重力和其它力，并且物品的表面积及物品和工作面之间的压力必须超过物品的重量，此时则物体不接触工作面。

只要流体流是均匀的，并且物品8具有足够大的面积/重量比，则在物品上施加有一个朝向工作面的均匀压力。优选的最低面积/重量比是30×30^-3cm²/gm，尽管在常压情况下接近10^-3cm²/gm这一比值也是可接受的。因此，当元件12和物品8是水平的，其物品8位于元件12的工作面14的顶部上（图3），以及垂直的（图4和5），物品8是位于元件12的工作面14的下方（图6），或者沿360°圆周位置的任何方向取向，系统10均可操作。系统10单独取向。

元件12最好是一块薄板。至少一层38具有一个或多个孔。在一典型实施方案中，使用三层38，一个流体进入的第一层、一个确定流体方向的第二层，和一个流体流出的第三层。层38的厚度例如是约0.01mm，并且它可是任何柔性材料。可通过粘合、焊接、或使用粘合剂使其联接或叠合。也可简单将层38压合在一起，而不用粘合的方法。可以用一种粘合剂在最底层上先叠合层38，可将元件12象胶带那样联在一个安装面上，该安装面上具有与元件12底部上的孔相通的孔。可随意包括一层如用硅处理的纸那样的脱离层，以便于物品存入和退绕。

层38可由塑料、金属、陶瓷、或复合材料制成。为防止静电荷聚集于工作面14上，工作面14可是金属或导电塑料。此外，输送流体可被电离，以便于输送可能涉及静电荷聚集的材料。可使用包括冲、钻或压制的任何公知方法形成每一层38上的孔40。孔40可垂直于该层的表面或与该表面成锐角。当层38被叠置时，所形成的孔18也不需要是直的或直线型的，它可具有任何所希望的形状。已经制造了面积小于0.0036cm²的出口，空气以4.25×10^-2m³/分（1.5立方尺/分）和140克/cm²（2.0磅/吋²）供至这些出口，以760cm/秒输送物品。

如图所示，该出口能形成一个有角度的、外直线型的、阶梯形流体通路。出口表面可具有任何形状。它可是矩形、圆形、椭圆形、或任何规则或不规则的多边形，并且它不需要由圆形横截面钻头进行通常钻孔的公式来限定，在这种钻孔中，当与工作面的表面以锐角钻孔时，在工作面上形成椭圆形横截面的出口，其椭圆形横截面的长/宽比由钻角α确定，钻角α表示于等式长/宽＝1/sinα中。这样，出口22能贯穿工作面14，当出口其长/宽比小于2.9时以便以小于20°的有效的角度将流体输送至该工作面。出口的长/宽比不由钻角公式来限定，并且能够实现大大小于由该公式确定的长/宽比。这样，例如，该有效角能小于15°，并且长/宽比能小于3.8，有效角小于10°，而长/宽比小于5.7，有效角能小于5°，而长/宽比能小于11.4。

在图7A和7B所示变型中，一个可移动的滑动叠置层42能打开和封闭孔18，以便接通和切断通过所述孔的流体射流。滑动的叠置层42也能使流过孔18的流体流反向。随着滑动的叠置层42从图7A所示位置移至图7B所示位置，转换了流体入口，以便改变流体射流方向。

系统10具有多种用途。该操作包括不接触物品而移动或保持物品8，正如图1、2和8～13所示那样。物品简单地被无接触地输送。可完成高的面积/重量比物品8的输送，而保持该物品使其靠近工作面14。如图8所示。系统10也能输送盘。类似地，系统10也能用于托起如盘那样的物品8，而不接触它，并且能将物品输送至另一位置，一个单独的系统10能无接触地在该位置接受所述物品。能通过使用系统10的流体流或者通过惯用的机械方法移动系统10本身以实现所述输送。系统10能输送柔顺的具有高的面积/重量比的卷材，例如带材，它是通过由带材卷绕设备或如盒式磁带那样的最终产品装带和卷绕带材的端部来实现输送带材的。流出出口22的喷射状气流支撑物品8并且具有足够的力在气流喷出的方向上移动物品8。不管工作面14怎样取向，物品8均被保持于靠近元件12处。如图14和15所示，输送通路可是两维或三维的。

优选如图12所示的相对于工作面14的锐角b，它可使物品8转动。当用于输送物品8时，上述角以及垂直于工作面14的流体流分量最小，则流体流在移动方向上的分量最大。

如图9～11所示，把系统10用于带材卷绕器78及带材装片器80。由于小的出口结构，带材79围绕着弯曲处将不接触元件12。例如如图9所示，元件12已被用于装电影胶片81，被元件12输送的片81从供应盘穿过放映机的胶片通路。装片之后，停止通过出口22的气流，使得胶片81能被用于放映。根据类似原理已将系统10用于数据的、视频的、和声频的磁的和任意的带材79。如图10所示，元件12已用于将新卷带材79装于缠绕器78中，元件12能使带材79无片头地缠于一个卷轴上。如图11所示，该系统也可用于单独的卷胶片筒84，用来由元件12输送带材79并且将带材卷轴与固有的驱动卷轴联接起来。若干个元件12能同时用于输送宽的带材和卷材。靠近元件12的间隙能作为输送流体的出口通路。

在另一实施方案中，输送系统由三层的层状结构形成。（所有尺寸相接近）第一层52是0.4mm厚，它由乙烯树脂材料制成，由粘合剂将其一侧粘于第二层上。第二层56是0.4mm厚，它也是由乙烯树脂材料制成。第二层共两侧粘于第一和第三层，第三层60是0.1mm厚，它是由不锈钢制成。在第三层60上形成的工作面14是25mm宽。这种输送系统具有两行孔18，并且在工作面14上形成两行出口22。出口22是矩形的，其宽度为1.0mm，长度为5.0mm。出口相对于工作面的中心线以30°角取向。出口22的最外侧部分（从中心线）相距工作面的侧边为3.5mm，相距中心线另一侧的相应出口12为14.0mm，并且相距中心线同一侧相邻出口的最外部分为12.0mm。出口形成了有角度的，非直线型的阶梯形流体通路。该通路使流体相对于工作面以10的角α流出出口。参照图2来限定上述的角，该角是联接第三层60的出口22的左下角和右上角形成的对角线和工作面14之间形成的角。（第三层60是0.1mm厚，出口长度是5mm。）

27m长，具有45个出口的环形输送系统用于输送柔性带材，所述带材25.4cm长，2.54cm宽，25.4微米厚，并且是0.22克。进入第一层的入口的空气的质量流量在0.0006kg/秒至0.0010kg/秒的范围内（空气流速范围在27m/秒至235m/秒之间，其方向分量在23m/秒至204m/秒范围内）。这样在出口形成高达300m/秒的空气流速，它将以高达1650cm/秒的速度输送物品。

当冲切后从冲床中取出盘时，元件12能以高速非接触形式输送冲切的柔性盘。并且，空气输送系统能排除松散的碎片。靠近工作面14的盘的支撑使得盘能从一个元件12的输送器传递到用于改变贮器或物品收集的另一个上。通过使用朝前推进和相反推进的出口22，冲切盘的卷曲作为压差的函数而降低。

输送的一种变型是使物品8在工作面14上转动。图12和13示出了这种变型。具有常规或非常规形状因素的物品例如磁盘或任意的盘已被利用。可转动信用卡形工质，并可转动信用卡套中的圆形工质。此外，该系统可作为一种空气传动，其研磨膜可提供轻型的研磨或抛光盘。

另一方面，如图16～18所示，在一接触/吸住的实施方案中，用系统10有方向性地独立地将与工作面14接触的物品8固定在工作面14上。在此实施方案中，接触和形成真空后，工作面14上没有流体流过出口22。流体最初流过孔18并且通过另外的作为出口通路21的通路流出。孔18和出口通路21的结合形成了一个与流体源36相联的完全的通路，并且形成的负压将物品8固定在工作面14上。如图17所示，系统10′可是一个吸盘70，用于处理纸和零件，并且可用于部分供料的场合。该吸盘已使用粘合层72将其粘于支撑块74上。如图18所示，系统10′也已被用作一个工艺夹76，用于固定部件以便进行工艺操作。元件12衬于工艺夹的壁上。使用系统10′的真空吸盘能固定用于碾磨、研磨、雕刻的非磁性材料。

图19A-19G示出了元件12的层38，其结构适于以接触方法使用真空固定物品，正如参照图16、17和18所述的那样。本实施方案使用了一个文氏管层，以形成局部真空。如图19A所示，第一层44是入口层，它包括一个开口46，作为入口34。如图19B所示，第二层48是文氏管层，它包括一个开口50，以形成局部真空。空气在136处进入文氏管层48，通过管嘴部分138和通道140，然后从出口通道142和144流出。流出管嘴部分138的流体在通道140中降低压力。该低压通过其余的层52、56、60、64分配到工作面68上。

如图19C和19D所示，第三和第四层分别包括细长的孔54、58，孔的一般取向是在气体流动方向上分配气体。如图19E所示，第五层60包括细长的孔62，该孔将气体导向出口22。如图19F所示，第六层64包括孔66，它作为出口22，气体通过它流出由孔50、54、58、62形成的孔18。如图19G所示，第七层68是多孔的无纺工作面层，它覆盖和保护元件12使其不受碎屑的破坏。该无纺薄层将局部真空均匀地分布于整个工作面14，在生产工艺过程中能允许保持易碎的、高度抛光的、化妆品元件使其便于输送，而不会使其损坏。许多上述的单独的叠层结构已被装成一排元件。检测的局部真空已超过约4.8×10⁴帕。在另一实施方案中，使真空源与层52、56、60、64相连，以获得类似的固定效果。

在系统10的另一种操作中，孔18的取向是如图20所示那样使其作为流体开关86，或如图21所示那样使其作为逻辑元件88。可使用类似于制备电子膜式开关的材料制造该膜式开关，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或类似物。该开关能用作气体导向阀，或提供一种逻辑和控制功能。

如图22和23所示，系统10也作为检测传感器90。在图22中，元件12用于尺寸气隙测量，当从物品到出口的距离小于出口直径的三分之一时，在出口所测压力与该距离成正比。随着距离d的降低，从出口流出的流体流量降低，导致了在m处所测压力的增加。在图23中，元件12用于测量表面光洁度。被测材料表面粗糙度起到节流器的作用。粗的精磨面形成紊流，使气体流量下降，在出口处所测压力上升。精加工表面促使形成层流，因此形成较低的出口压力，所测出口压力提供了与所测试样的实际表面光洁度相类似的可能性。

当将系统10固定在合适的工具上时，它可用作带材敷贴器92，以便于将一种带材敷贴于具有复杂外形的物品上。如图24所示，它描绘出了将装饰性带材敷贴于物品91的过程。可以从卷上切下一段带，通过固定在敷贴垫93上的元件12将其送至适当位置，然后通过向下运动将其敷贴于物品91上。在敷贴位置，使元件12和垫93下降以将带材压于物品91上。敷贴在带材边缘处开始并连续经过带材表面，直至完成敷贴，以防止空气夹带。当完成敷贴带材时，停止供应空气。并升起元件12。如图25所示，由于元件12不实际与被输送和敷贴的带材接触，因此既使粘合带材的粘合层朝向元件12，也可以输送它。

如图26～29所示，该操作也已用于传感物品8的存在。图26示出了一种背压式物品传感器94。当空气从出口22流出时，在接近出口22的控制界面处所测总压力是低的。当接近出口放置一物体阻挡流体时，界石压力增加，显示着物体的存在，正如图26B所示那样。图27依据可阻断的气流原理进行工作。由一个间隙使两个系统10分开，在每一元件12上具有孔18，孔的取向是使流体能流出出口22，接触和传感在两系统间存在的物品8。当物品8是处于发送系统98和接收系统96之间时，在接收系统96中的压力下降。在图28中，通过使用交叉喷射技术使上述可阻断气流的范围增加。第二发送系统100将空气喷入第一发送系统102和接收系统96之间的气流中，而传感间隙从第二发送系统100的出口22延伸至第一发送和接收系统102、96的侧边。第二发送系统100的流体通常使第一发送气流分散。当物品8出现时，第二发送系统100的流体被中断，在接收系统96中的压力增加。图29A是图26的传感器94的透视图。而图29B是图27的传感器95的透视图。可将传感器主体能固定在现有表面上。传感器主体中的供应歧管提供空气流，并且当物体接近传感器时，一个通道将压力增加信号送至控制系统。

通过将系统10粘附于现有表面上，能使用系统10将现有的表面转变为一种能处理和操作物品8的系统。转化后的具有系统10的表面其厚度仅略大于转化前的表面。这样，能以低价快速的方法转化所述表面。在现有待转化表面是流体供应歧管之处，如图2所示，可在歧管的表面加工出孔，以便与孔18连通。

处理和操作一种物品8的方法包括如下步骤：将物品8置于工作面14上，使流体流过孔18，处理和操作物品8。

Claims (13)

1、一种用于处理和操作一种物品8的设备10，它包括一个元件12，元件12具有一个工作面14，一个相反的面16，和至少一个孔18，孔18从至少一个入口34开始，穿过元件12，并且具有至少一个位于工作面14上的出口22，从而允许流体通过入口34进入元件12并流过孔18，其中，流过孔18的流体处理和操作靠近工作面14的物品8，而防止物品8接触工作面14，其中，元件12是一薄板条，它由许多叠置层38构成，所述层沿其主要表面相互联接起来，并且其中工作面14由一个外叠置层38的一个外侧主要表面构成。

2、如权利要求1所述的设备10，其特征在于，孔18是非均匀和非直线型的，以便形成一个有角度的、非直线型的，阶梯形的流体通路。

3、如权利要求1所述的设备10，其特征在于，元件12是柔性的，并且许多叠置层38形成一种叠层结构。

4、如权利要求3所述的设备10，其特征在于，进一步包括与该薄板条的入口34相连的流体源36，和具有如下功能的装置，该装置能控制从流体源36流至薄板条和通过所述薄板条的流体，从而能控制物品8的动态性质。

5、如权利要求1所述的设备10，其特征在于，孔18的取向是使得流体能通过出口22流出孔18，并且孔18和出口22的结构适于沿工作面14输送物品8。

6、如权利要求1所述的设备10，其特征在于，孔18的取向是使得流体能通过出口22流出孔18，并且孔18和出口22的结构适于使物品8靠近工作面14转动。

7、如权利要求1所述的设备10，其特征在于，流体流出出口22，并且孔18和出口22的取向是使得流出出口22的流体有方向性地独立地将物品8保持于靠近工作面14处，同时防止物品8接触工作面14。

8、如权利要求7所述的设备10，其特征在于，孔18的取向是使得流体通过出口22流出孔18，并且孔18的取向和形状是适于沿工作面14输送物品8。

9、一种用于将现有表面转化为用于处理和操作物品8的系统的设备10，它包括一个元件12，元件12具有一个工作面14，一个相反的面16，和至少一个用于联接工作面14和相反面16的侧面，以及至少一个孔18，孔18从至少一个入口34开始，穿过元件12并且具有位于工作面14上所示出口22，从而允许流体通过入口34进入元件12，流过孔18，并且流出出口22，其中，元件12是一薄板条，它由许多叠置层38构成，并且其中，流过孔18的流体处理和操作位于工作面14上的物品8，同时防止物品8接触工作面14。

10、如权利要求1或9所述的设备10，其特征在于，孔18的取向是使得流出孔18的流体在工作面14和物品8之间形成一压差，以便有方向性地独立地将物品8保持在靠近工作面14处。

11、一种用于处理和操作一种物品8的方法包括如下步骤：

将物品8置于元件12上，元件12具有一个工作面14和至少一个孔18，孔18穿过元件12，并且具有在工作面14上的出口22;并且使流体流过孔18，以处理和操作置于工作面14上的物品8，同时防止物品8接触工作面14。

12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：使孔18如此取向，即使得流体通过出口22流出孔18，并且孔18的取向和形状适于沿工作面14输送物品8。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于包括如下步骤：使孔18如此取向，即使得流体通过出口22流出孔18，并且孔18的取向和形状适于使物品8靠近工作面14转动。

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