专利名称：等离子体处理和将粘结剂/密封剂分配到部件的设备和方法
技术领域：
本发明大体涉及车辆组件，并且更加具体地涉及用于准备组装在 车辆上的部件的设备和方法。
背景技术：
粘结剂、粘合剂和密封剂的使用在制造环境中持续增多。然而， 在使用这些试剂之前，必须清洁试剂将涂敷的部件的表面。在不同制 造环境中，这种清洁过程也称为准备表面、处理表面或给表面涂底漆。 在一种应用中，需要数个操作来准备固定的玻璃，例如挡风玻璃、后 窗等等，用于组装到车辆的相关主体凸缘中。关于挡风玻璃，玻璃制造商使汽车挡风玻璃具有"变黑区域"， 即沿着挡风玻璃的边缘的预定宽度的区域，该区域覆盖有具有粗糙表 面的黑的陶瓷烧结料。汽车制造商的责任是准备该变黑区域，用于组 装到车辆的主体凸缘上。首先，清洁玻璃底漆材料涂敷到变黑区域上， 它清洁和腐蚀变黑表面，以产生粘结位置。然后，黑玻璃底漆涂敷在 粘结位置上，它提供了对紫外线的较长期的保护。已知的是，手动和 自动涂敷这些玻璃底漆。在一个自动过程中，玻璃底漆通过机器人或 其他自动刷子移动器用湿刷子涂敷。随后，在湿刷子之后马上由机器 人拖拽毛毡芯，以擦干玻璃底漆，并将其压入变黑区域的粗糙表面中。在另一自动过程中， 一对分配头安装在机器人臂或其他定位装置 上， 一个分配头对应一种底漆。连续网膜或涂敷条带定位在分配头下 方附近。在涂敷清洁玻璃底漆中，分配头绕着挡风玻璃周长在第一方 向上移动；并且清洁玻璃底漆分配到网膜上，网膜将清洁玻璃底漆扩 散到挡风玻璃上。接下来，网膜增加，以将不用的材料放置在黑的底
漆分配头下面。然后，该分配头绕着挡风玻璃周长在相反方向上移动； 并且黑的玻璃底漆分配到网膜上，网膜将黑的玻璃底漆扩散到挡风玻 璃上。该网膜增加，以将不用的材料放置在清洁底漆分配头下面，并 且对下一挡风玻璃重复该过程。在美国专利Nos.6,695,917、 5,370，905、 5,277，927和4，857，367中公开了用于涂敷这种底漆的自动系统，这些专 利已经授权给本发明的受让人，从而在此通过引用整体合并进来。在上述和其他应用中，这些底漆经常要求特殊处理，这意味着需 要带有特别建造的场地和通风设施的组装线工作站。而且，这些底漆 的设置耗时并且昂贵。另外，采用已知系统，第一组装线工作站需要 将底漆涂敷到挡风玻璃上，并且下游的第二工作站需要在安装之前将 粘结剂/密封剂分配到挡风玻璃上。因此，需要减少或消除底漆和制造环境中需要特殊处理的其他化 学物质的使用，以及简化部件准备过程，以降低准备例如用于安装的 固定玻璃之类的部件的成本和时间。发明内容本发明提供用于准备组装到车辆中的部件的设备和方法，其中不 需要使用化学物质给部件涂底漆。本发明的设备和方法清洁或准备该 部件，并基本同时在单个组装线工作站处单程将粘结剂/密封剂涂敷 在部件周围。于是，本发明的设备和方法以最短的时间和比已知方法 更低的成本准备用于安装的部件。本发明的工具组件和方法在准备如 用于安装在车辆上的挡风玻璃之类的固定玻璃中尤其有用。根据本发明的原理和所述实施例，本发明提供用于在部件组装到 车辆上之前自动准备部件的工具组件。该工具组件和部件可相对于彼 此移动。该工具组件包括可操作成将等离子体引导到该部件的表面 上的等离子体处理装置，和液体分配模块，该液体分配模块安装在等 离子体处理装置附近，并可操作成在该部件组装到车辆上之前将液体
分配到等离子体处理表面上。在下面结合附图的详细描述期间，本发明的这些和其他目的和优 点将变得更加显而易见。
合并进来并构成说明书的一部分的
了本发明的实施例， 并与上面给出的发明概述和下面给出的实施例的详细描述一起起到解 释本发明的原理的作用。附图1是示意图，说明了根据本发明的原理所述的带有等离子体 处理装置和安装在其上的液体分配模块的工具组件的第一实施例。附图2是示意图，说明了根据本发明的原理所述的带有等离子体 处理装置和安装在其上的液体分配模块的工具组件的另一实施例。附图3是示意图，说明了根据本发明的原理所述的带有等离子体 处理装置和安装在其上的液体分配模块的工具组件的再一实施例。附图4是示意图，说明了根据本发明的原理所述的给第一工具组件提供安装在其上的等离子体处理装置和给第二工具组件提供安装在 其上的分配模块的实施例。
具体实施方式
参照附图l，单个组装线工作站18具有工具定位装置20,例如工 具安装板21，该工具定位装置机械地连接到由机器人控制器50操作的 机器人臂52上。合适的工业机器人臂可从Fanuc， Kuka， ABB等从商 业上获得。该机器人臂可以是应用在机动车或其他车辆的组装中的任 何类型。连接到机器人臂20的末端上的是工具组件22，该工具组件包 括等离子体处理装置24和液体分配模块26。该工具组件22定位在将 组装到车辆上的部件28的上方。该部件28可以是玻璃部件，如挡风 玻璃、后玻璃、侧玻璃、汽车灯玻璃、其它玻璃部件，或另一车辆部 件，它由陶瓷、聚合物或金属制成，并具有可以由等离子体处理方法 激活的表面。在下面的描述中，部件28将称为挡风玻璃，但是如上所述，也可以类似地处理其它部件。挡风玻璃28由工件支架31支承，例如部件夹具，该部件支架又由工作台、输送器或另一机器人臂支承。在本申请中，机器人臂20可操作成在箭头29的方向上，也就是如在 附图1中观察的那样向右移动工具组件22。该工具组件22有效地同时 清洁挡风玻璃28，然后马上将粘结剂/密封剂30分配在挡风玻璃上。 该工具组件22可以与在汽车组装中使用的其他固定玻璃部件一起使 用。等离子体处理装置24对挡风玻璃28的在由分配模块26分配的粘 结剂/密封剂30前面紧邻的边缘处的表面进行等离子体处理。该等离子体处理装置24连接到电源32和气源34上，电源32和 气源34又由等离子体控制器36操作。该等离子体处理装置24提供大 气等离子体，大气等离子体是与挡风玻璃28的表面上的微细颗粒反应 的多荷电离空气。该反应将微细颗粒化学性质从固体改变为气体，并 且气体的作用力将新形成的颗粒带走。另外，充电/电离的气体在固 体的表面能量增大的地方使玻璃的表面激活。于是，等离子体处理方 法清洁和激活该表面，以促进粘结剂/密封剂的粘结。适用于本申请 的等离子体处理装置可从Surfx Technologies, LLC of Culver City,CA从商业上获得。分配模块26由分配控制器40操作，该分配控制器控制计量装置 42的操作，计量装置42例如齿轮泵、计量泵、发射仪表(shot meter)、 定量给料器等，以将粘结剂/密封剂从液体源44提供到分配模块26。 粘结剂/密封剂从分配模块26分配到挡风玻璃28的等离子体处理表 面上。分配模块26可使用从Nordson Corporation of Westlake, Ohio从 商业上获得的自动分配模块来实现。在使用中，机器人控制器50给机器人臂52提供命令信号，以沿 着挡风玻璃28的边缘移动工具组件22。机器人控制器50还给等离子 体控制器36和分配控制器40提供命令信号。等离子体控制器36激活 等离子体处理装置24，以将等离子体54引导到挡风玻璃28上，从而
清洁和激活挡风玻璃28的边缘处的表面。同时，机器人控制器50命 令分配控制器40打开分配模块26，以开始粘结剂/密封剂30的分配。 如附图1中所示，粘结剂/密封剂30分配在等离子体54后面紧邻处， 从而马上用粘结剂/密封剂30将清洁的表面覆盖。因此，等离子体处 理方法在粘结剂/密封剂30的涂敷中不需要任何延时；并且在粘结剂 /密封剂的涂敷之后，挡风玻璃28可组装到车辆上。如果工件支架31 是机器人臂的一部分，则该机器人臂在等离子体处理和粘结剂/密封 剂的涂敷期间用于定位挡风玻璃28，随后重新定位挡风玻璃28，以将 其组装到车辆上。等离子体处理装置24安装在机器人臂20上，从而它可绕着基本 垂直于纵向中心线57的轴线56转动；并且分配模块26安装在机器人 臂20上，以可绕着基本垂直于纵向中心线59的轴线58转动。因此， 根据所使用的粘结剂/密封剂的类型和其他涂敷参数，可以调节等离 子体处理装置24和分配模块26的方向，以分别控制等离子体和粘结 剂/密封剂的涂敷。例如，与粘结剂/密封剂30的同时涂敷重叠或者 交叉或者分离，等离子体54可以引导到部件28的区域上。在其他应用中，可以期望等离子体处理装置24和分配模块26具 有其他独立的运动。参照附图2，单个组装线工作站18具有工具定位 装置20，该工具定位装置带有不同的工具安装板21，以容纳工具组件 22a的不同构造。在本实施例中，等离子体处理装置24连接到致动器 60上，例如电机或液压马达上，它有效地在气缸62中绕着由其纵向中 心线57限定的轴线转动该等离子体处理装置24。该气缸62支承分配 模块26，并连接到致动器64上，如电机或液压马达。通过绕着轴线 57在圆形路径上移动或摆动其纵向中心线59，致动器64提供分配模 块26的独立弧形移动。轴承63保持相对于可编程工具中心点66同轴 的等离子体处理装置24和气缸62的转动。工具组件22a的构造允许等 离子体54和粘结剂/密封剂30之间的分离。另外，工具组件22a允许 分配模块26更加紧密地在拐角周围跟踪等离子体处理装置24的路径。
如果等离子体处理装置24的喷嘴68是圆形的，则无论等离子体 处理装置移动的线性方向如何，等离子体处理装置24都提供均匀的清 洁图案；并且不使用致动器60。然而，如果等离子体处理装置的喷嘴 为椭圆形或其他非圆形状，则为了随着等离子体处理装置24在不同方 向上移动而保持均匀的清洁图案，等离子体处理装置24将必须由致动 器60转动。在备选实施例中，参照附图3，等离子体处理装置24和分配模块 26的安装颠倒。在本实施例中，分配模块26连接到致动器60上，并 由其操作；并且等离子体处理装置连接到致动器64上，并由其操作。 于是，分配模块26绕着轴线59转动；并且等离子体处理模块24绕着 轴线59和分配模块26沿圆弧摆动或移动。这种关系可以证明对保持 珠形轮廓的三角形状是有利的。在附图2和3中，致动器60、 64由机 器人控制器50操作；但是在其他实施例中，致动器60、 64可以连接 到其它控制器上，并由其操作。总之，在环绕玻璃的单程中，工具组件22、 22a可操作成清洁玻 璃，并马上将粘结剂/密封剂涂敷到玻璃上。于是，工具组件22、 22a 具有在单个组装线工作站处清洁和分配粘结剂/密封剂的优点。这是在需要涂底漆工作站和下游粘结剂分配工作站的现有方法上的显著改 进。工具组件22、 22a还具有消除先前已经用于对组装到车辆中的玻璃 涂底漆的化学物质的另一优点。于是，工具组件22、 22a能够以比已知 方法更少的时间、更低的成本和更少的制造场地空间准备用于安装在 车辆中的玻璃。在附图l一3所述的实施例中，等离子体处理装置24和分配模块 26安装在可由单个定位装置20移动的共同工具安装板21上。参照附 图4，在备选实施例中，等离子体处理装置24安装到第一工具安装板 23上；并且分配模块安装到第二工具安装板25上。第一和第二工具安
装板可由第一和第二机器人臂52、 53移动。于是，等离子体处理方法 在空间和时间上与粘结剂/密封剂的分配分离；然而，分离得越大， 等离子体处理表面受到的污染越大。第一机器人臂52由第一机器人控 制器51操作，该第一机器人控制器也与分配控制器40电连通。第二 机器人臂52由第二机器人控制器53操作，该第二机器人控制器也与 等离子体控制器36电通信。第一和第二机器人控制器50、 51也可以 以已知方式彼此电通信，或者与一个或多个系统控制器电通信。于是， 在该申请中，等离子体处理装置24的位置和方向的控制总体上独立于 分配模块26的位置和方向的控制。在操作中，机器人控制器51命令 机器人臂53相对于挡风玻璃28移动等离子体处理装置24;并且同时， 等离子体控制器36使得等离子体处理装置24将等离子体引导到挡风 玻璃的表面上，以产生等离子体处理表面。机器人控制器50命令机器 人臂52，以相对于挡风玻璃28移动分配模块26;并且分配控制器40 同时使得分配模块将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理表面上。尽管已经通过实施例的描述说明了本发明，并且尽管已经相当详 细地描述了这些实施例，但是不希望将所附权利要求的范围限制或者 以任何方式局限到这些细节中。本领域技术人员将很容易清楚其它优 点和修改。例如，在所述实施例中，挡风玻璃28保持固定；并且机器 人臂20可操作成相对于固定的挡风玻璃28移动工具组件22。然而， 在备选实施例中，工具组件22可以保持固定；并且挡风玻璃28由机 器人臂或其他定位装置移动。在又一实施例中，工具组件22和挡风玻 璃28可由独立的相应定位装置移动。而且，在附图1 —3所述的实施例中，分配模块26与等离子体处 理装置24同时操作，而机器人臂52沿着移动路径移动它们。在备选 实施例中，可以首先操作等离子体处理装置24，同时机器人臂52沿着 第一运动路径移动；并且随后，操作分配模块26，同时机器人臂52移 动通过随后的运动路径。根据等离子体处理装置24和分配模块26的 结构和其它涂敷相关参数，运动路径可以不同、类似或相同。
因此，本发明在最广义方面不仅局限于所示出和描述的细节。因 而，在不脱离所附权力要求的精神和范围的情况下，可以偏离此处描 述的细节。
权利要求
1.一种工具组件，该工具组件用于在部件被组装到车辆上之前自动准备部件，该工具组件和该部件可相对于彼此在第一方向上移动，并且该工具组件包括等离子体处理装置，所述等离子体处理装置可操作成将等离子体引导到该部件的表面上，并在该部件上提供等离子体处理表面；及液体分配模块，所述液体分配模块与等离子体处理装置相邻安装，并适合于可操作成在该部件被组装到车辆上之前将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理表面上。
2. 如权利要求1的工具组件，其中等离子体处理装置和液体分配 模块安装在工具组件上，使得在粘结剂/密封剂被分配到该部件的表 面的区域上之前，将等离子体引导到该部件的表面的区域上。
3. 如权利要求1的工具组件，其中等离子体处理装置和液体分配 模块安装在工具组件上，使得基本与粘结剂/密封剂被分配在该部件 的表面的区域上的同时，将等离子体引导到该部件的表面的区域上。
4. 如权利要求1的工具组件，其中等离子体处理装置安装在工具 组件上，以可相对于工具组件移动。
5. 如权利要求l的工具组件，其中等离子体处理装置安装在工具 组件上，以相对于基本垂直于等离子体处理装置的纵向中心线的轴线 转动。
6. 如权利要求l的工具组件，其中等离子体处理装置安装在工具 组件上，以相对于基本平行于等离子体处理装置的纵向中心线的轴线 转动。
7. 如权利要求6的工具组件，其中液体分配模块安装在工具组件 上，以相对于等离子体处理装置的纵向中心线在圆形路径中移动。
8. 如权利要求l的工具组件，其中所述分配模块安装在工具组件上，以可相对于工具组件移动。
9. 如权利要求1的工具组件，其中液体分配模块安装在工具组件上，以相对于基本垂直于液体分配模块的纵向中心线的轴线转动。
10. 如权利要求1的工具组件，其中液体分配模块安装在工具组 件上，以相对于基本平行于液体分配模块的纵向中心线的轴线转动。
11. 如权利要求6的工具组件，其中等离子体处理装置安装在工 具组件上，以相对于液体分配模块的纵向中心线在圆形路径中移动。
12. —种用于在玻璃被组装到车辆上之前准备玻璃的设备，该设 备包括等离子体处理装置；支承该等离子体处理装置的第一定位装置，该第一定位装置可操 作成在等离子体处理装置和玻璃之间提供第一相对运动，以在第一相 对运动期间将等离子体引导到玻璃的表面上，并在玻璃上提供等离子体处理表面；液体分配模块；及支承该液体分配模块的第二定位装置，该第二定位装置可操作成 在液体分配模块和玻璃之间提供第二相对运动，以在第二相对运动期 间将粘结剂/密封剂分配在等离子体处理表面上。
13. —种用于在玻璃被组装到车辆上之前准备玻璃的设备，该设 备包括工具组件，该工具组件包括 等离子体处理装置，及与该等离子体处理装置相邻安装的液体分配模块； 支承该工具组件的定位装置；及控制器，所述控制器与该等离子体处理装置、所述分配模块和定 位装置相通信，该控制器操作定位装置、等离子体处理装置和所述分 配模块，以在玻璃和工具组件之间产生相对运动，同时将等离子体引 导到玻璃的表面上，然后将粘结剂/密封剂分配在玻璃的表面上。
14. 如权利要求13的设备，其中该等离子体处理装置安装在工具 组件上，以可相对于该工具组件移动。
15. 如权利要求13的设备，其中所述分配模块安装在工具组件上，以可相对于该工具组件移动。
16. 如权利要求13的设备，其中该等离子体处理装置和所述分配模块中的每个都安装在工具组件上，以可相对于该工具组件独立移动。
17. —种准备用于组装到车辆上的部件的方法，该方法包括提供所述部件和工具组件之间的相对运动，该工具组件具有安装在其上的等离子体处理装置和液体分配模块；响应于该相对运动，用等离子体处理装置对该部件的表面进行等离子体处理，以在部件上提供等离子体处理表面；及随后，用液体分配模块将粘结剂/密封剂分配在等离子体处理表 面上。
18. 如权利要求17的方法，还包括将粘结剂/密封剂处于等离子体处理表面上的部件组装到车辆上。
19. 如权利要求17的方法，还包括分配粘结剂/密封剂，使得粘结剂/密封剂不与等离子体交叉。
20. 如权利要求17的方法，还包括分配粘结剂/密封剂，使得 粘结剂/密封剂与等离子体交叉。
21. —种准备用于组装到车辆上的部件的方法，该方法包括-自动提供该部件和等离子体处理装置之间的第一相对运动； 在该第一相对运动期间，用等离子体处理装置对部件的表面进行等离子体处理，以在部件上提供等离子体处理表面；自动提供部件和液体分配模块之间的第二相对运动；及 在该第二相对运动期间，用液体分配模块将粘结剂/密封剂分配在等离子体处理表面上。
22. 如权利要求21的方法，还包括将粘结剂/密封剂处于等离 子体处理表面上的部件组装到车辆上。
23. —种准备用于组装在车辆上的玻璃的方法，该方法包括 沿着大体跟随玻璃的边缘的路径提供工具组件和玻璃之间的相对运动；响应于该相对运动，用安装在工具组件上的等离子体处理装置对 玻璃的表面进行等离子体处理，以沿着玻璃的边缘提供等离子体处理 表面；及在玻璃被组装到车辆上之前，响应于工具组件和玻璃之间的相对 运动，用安装在工具组件上的粘结剂/密封剂分配模块将粘结剂/密 封剂分配到等离子体处理表面上。
24. 如权利要求23的方法，还包括将粘结剂/密封剂处于等离 子体处理表面上的玻璃组装到车辆上。
25. —种准备用于组装到车辆上的挡风玻璃的方法，该方法包括: 用等离子体处理装置对挡风玻璃的边缘表面自动进行等离子体处 理，以提供挡风玻璃的等离子体处理边缘表面；及随后，用液体分配模块将粘结剂/密封剂自动分配在挡风玻璃的 等离子体处理边缘表面上。
26. 如权利要求25的方法，还包括将粘结剂/密封剂处于等离子体处理边缘表面上的挡风玻璃组装到车辆上。
27. 如权利要求25的方法，还包括在将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理边缘表面上之前，对挡风玻璃的边缘表面的小部分进行 等离子体处理。
28. 如权利要求25的方法，还包括在将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理边缘表面上之前，对挡风玻璃的边缘表面的基本部分进 行等离子体处理。
29. 如权利要求25的方法，其中所述等离子体处理装置和所述液 体分配模块安装在相应的第一和第二可独立操作的定位装置上。
30. 如权利要求25的方法，其中基本同时进行对挡风玻璃的边缘 部分进行等离子体处理和将粘结剂分配在挡风玻璃的等离子体处理边 缘表面上。
31. —种准备用于组装到车辆上的玻璃的方法，该方法包括用安装在工具组件上的等离子体处理装置对玻璃的边缘表面进行等离子体处理，以沿着玻璃的边缘表面提供等离子体处理表面；及在玻璃被组装到车辆上之前，用安装在工具组件上的粘结剂/密 封剂分配模块将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理表面上。
32. 如权利要求31的方法，还包括将粘结剂/密封剂处于等离 子体处理表面上的玻璃组装到车辆上。
33.如权利要求31的方法，其中基本同时进行对玻璃的边缘表面 进行等离子体处理和将粘结剂分配在等离子体处理表面上。
全文摘要
一种包括等离子体装置(24)和分配模块(26)的设备，该等离子体装置可操作成在部件(28)上产生等离子体处理表面，该分配模块可操作成将粘结剂/密封剂分配到等离子体处理表面上。
文档编号B05B13/04GK101111320SQ200680003765
公开日2008年1月23日 申请日期2006年1月27日 优先权日2005年2月2日
发明者凯文·斯顿夫, 帕特里克·弗林, 詹姆士·S·泰勒 申请人:诺信公司