将待加工物体附接到工作基座的附接装置、附接设备和方法

专利名称：将待加工物体附接到工作基座的附接装置、附接设备和方法
技术领域：
本发明的目的是根据以下进一步提出的独立权利要求的前序部分的将待加工物体附接到工作基座(working base)的附接装置、附接设备和方法。本发明尤其涉及在加工期间将例如待焊接、铣、切割、喷涂或喷砂的工件支撑到基座的新方式。
背景技术：
待加工的工件例如在铣、焊接、钻孔或倒角期间通常必须以某种方式被附接就位。为了获得精确的结果，附接常常还必须以精确的方式进行。公知的方法慢且费力，并且不能像本发明所提供的设备那样进行自动附接
发明内容

除了其他方面之外，本发明的目的是减少、甚或消除现有技术的上述问题。本发明的目的尤其是提供一种方案，其提供一种快速、精确和简便的方式，将不同形状的待加工的工件附接到其工作基座。为了实现除其他外的上述目的，本发明的附接装置、设备和方法以及其他目的的特征在于随附独立权利要求中的特征部分提出的内容。只要适用，本文所述实施例和优点均适用于根据本发明的附接装置、设备、方法和其他目的，虽然这点并不总是特别地提及。根据本发明的用于将待加工物体附接到工作基座的典型附接装置包括-位于附接装置的第一端的第一保持装置，即第一磁体，第一磁体被设置成产生第一保持力，第一保持力用于将附接装置附接到例如工作台之类的工作基座或另一附接装置或待加工物体。-位于附接装置的第二端的第二保持装置，例如第二磁体，例如磁体之类的第二保持装置设置成产生第二保持力，第二保持力用于将附接装置附接到工作基座例如工作台或另一附接装置或待加工物体。-控制装置，其用于控制由第一保持装置和第二保持装置(例如磁体)产生的保持力。在一个附接装置中可以有不止两个例如磁体之类的可控保持装置。附接装置可因此具有两个或更多个可控磁体。但附接装置也可仅具有一个可控磁体以及一个或多个其他保持装置。另一保持装置例如可为某种机械保持装置，例如夹具、吸盘或夹钳。典型地，附接装置具有至少两个这种保持装置，保持装置的保持力能够被控制。其他保持装置本身是公知的，所以本文中对它们的操作不做进一步描述。根据本发明的用于将待加工物体附接到工作基座的典型设备利用了根据本发明的一个或多个附接装置。该设备包括例如可编程计算机之类的控制单元，及其用于产生附接装置的第一保持装置和第二保持装置(例如磁体)的控制信号的用户接口(interface)。控制单元可与附接装置分离。该设备还包括数据传输装置，这些数据传输装置用于将控制信号发送到附接装置中的控制装置。数据传输装置可以是无线装置，而且它们可使用一些公知的数据传输方法，例如无线电、光、声或类似方法。该设备的一些实施例包括机器人或对应的NC-可编程装置，其包括用于将附接装置放置在例如工作基座上的期望位置，或附接到其他附接装置的装置。机加工的金属板或其他磁性物质例如可起到工作基座的作用。系统本身也可用作其自身的工作基座，即系统可由自身组装工作基座。夹具也可完全不使用具体的工作基座而被组装。
一种根据本发明的用于借助附接装置来将待加工物体附接到工作基座的方法包括-借助第一保持装置即第一磁体所产生的第一保持力，通过附接装置的第一端将附接装置附接到例如工作台之类的工作基座或其他附接装置或待加工物体；-借助第二保持装置例如第二磁体或其他保持装置所产生的第二保持力，通过附接装置的第二端将附接装置附接到例如工作台之类的工作基座或其他附接装置或待加工物体。上述方法可利用一个或多个根据本发明的附接装置和/或根据本发明的设备。本发明的多个不同的实施例适合与多种物质和多种加工方法关联地使用。本发明可用于例如倒角、火焰切割、激光切割、水切割、等离子切割、管路切割、焊接、铣削、机加工、冲压、喷涂、喷砂、去毛刺、钻孔，以及用于将零件彼此临时地附接。当期望时，附接装置必须能够牢固地抓取另一附接装置、待加工物体和工作基座。另一方面，当期望时，附接装置必须能够与另一附接装置、待加工物体和工作基座彼此分开。在根据本发明的附接装置中，对另一附接装置、待加工物体和工作基座的抓取是借助由磁体产生的磁场、负压或类似技术手段来完成的。附接装置具有控制装置，借助控制装置可控制保持力即控制保持方式，例如控制由第一保持装置和第二保持装置(例如磁体)所产生的磁场，以实现抓取和分开。保持力产生的磁场可由电磁体或磁性材料或电磁体与磁性材料二者来提供。磁体产生磁场，而磁场产生保持力，而且当通过电磁线圈来供应电流时，根据电流是以哪个方向被供应到线圈内，保持力抵消磁性材料所产生的磁通量或加强磁性材料所产生的磁通量。通过控制电流量，就能够按期望来选择保持力。通过切断电流，保持力不会终止，而是磁体继续进行保持。当使用磁性材料时，可通过改变附接装置内的磁路，或通过削弱磁性材料与靠近磁性材料的电磁体生成的磁场，而以机械方式来实现磁体紧固件的保持力的削弱。在本发明的一个实施例中，保持力是可控的，使得与对于工件的附接相关联，附接装置的磁体的保持力按步骤或程度而增大，使得待附接的物体不会猛撞附接装置。在本发明的一个实施例中，保持力可控，使得与工件的分开相关联，附接装置的磁体的保持力按步骤或程度减小。在本发明的一个实施例中，如果检测到磁体正在分开，则可增大保持力。例如可通过附接装置中的开关或杠杆，手动地执行对于磁体的保持力的控制。将电流接到磁体也可被设置成例如通过计算机程序的控制，而自动地进行。可设置一个或多个被远程地使用的磁体。远程驱动器可以是无线式的。在一个实施例中，远程驱动器可以是有线式的。因此，现在应注意，待加工的工件可借助磁体或以其他对应的方法而被简单地而且迅速地附接到其工作基座，磁体的保持力可被控制。磁体是可靠而且简单的装置。借助本发明，待加工的工件对其工作基座的附接能够简单地被自动化。可将机器人编程，以使附接装置放置在工作基座上的期望位置。机器人的编程和设计以及自动化不是本申请的主要目的，所以在本文中不做进一步讨论。在本发明的一个实施例中，控制装置被设置成使得第一保持装置和第二保持装置(例如磁体)能够单独地控制。在本发明的一个实施例中，第二保持装置例如磁体通过附接装置中的杠杆或开关而被手动控制、或者被远程控制。在本发明的一个实施例中，保持装置(例如磁体)之一被手动控制，另一个被自动控制。因此，相同的附接装置适用于不同的使用目的和情形。在本发明的一个实施例中，在第一磁体与第二磁体之间设置有与磁通量隔离的隔 离件，隔离件为例如由玻璃纤维或隔离磁通量的其他材料制成的板件。其他合适的材料例如可为铝、塑料、耐酸钢、玻璃。因此，一个磁体的操作不会干扰另一磁体的操作。在本发明的一个实施例中，磁体被隔离从而防水。在一个实施例中，磁体被模制到合适的硬化材料(例如聚酯树脂)内。防水性有时很重要，这是因为工作环境常常使用液体，若不防水这就可引起电子装置短路。在本发明的一个实施例中，根据本发明的附接装置在水下被使用。在本发明的一个实施例中，整个附接装置被隔离从而防水。根据本发明的防水式的附接装置，尤其是那些防水并且能够远程地使用的附接装置，特别适用于在水下工作。在本发明的一个实施例中，附接装置的控制装置包括用于将电流从电源以受控方式引导至例如磁体之类的第一保持装置和/或第二保持装置、以便控制其功能的工具。在本发明的一个实施例中，控制装置包括电源(例如电池)，以及用于将电流从电源引导至第一磁体和/或第二磁体的装置。换言之，附接装置因此具有其自己的电源，例如电池。根据本发明的设备可具有充电装置，当附接装置不进行附接工作时，附接装置连接到充电装置。附接装置因此具有必要的装置，例如连接器和电缆或能够进行无线充电的装置，借助这些必要的装置，电源能够被连接到充电装置并且能够进行充电。当使用无线式的附接装置时，能够避免使用电线。根据本发明的充电装置也可设置成起到附接装置的作用的寄放装置(parkingdevice)。在本发明的一个实施例中，附接装置包括用于接收来自控制装置的控制信号的无线接收器。根据本发明的设备因此包括无线发送器。当使用无线式的附接装置时，能够避免使用电线。在本发明的一个实施例中，附接装置包括无线发送器，无线发送器用于发送信息例如附接装置的操作数据、温度、磁体的分离等等来自附接装置的数据(例如发送到附接装置之外的控制单元)。在本发明的一个实施例中，附接装置包括至少位于其一端的机械附接装置，例如钩、销钉、螺栓或栓。第一磁体或第二磁体可因此设置成移动所述机械附接装置。机械附接装置也可用手来移动。这种附接装置可被设置成附接到工作基座或由任何材料(也包括非磁性材料)制造的待加工物体。机械附接装置也可起到运动限位器或限位开关的作用。对于该设备的自动化控制可被设置成，将所述限位器或限位开关精确地放置在待加工的工件的期望位置。限位器或限位开关例如可被放置在处于待加工工件的边缘上的精确位置。当这种限位器或限位开关处在恰当位置时，容易根据它们来准确地放置待加工的工件。在本发明的一个实施例中，附接装置包括框架，第一保持装置和第二保持装置(例如磁体)被附接在框架的不同端部。框架例如可为管状或 立方体状。在本发明的一个实施例中，附接装置的框架由不锈钢制造，在另一实施例中则由玻璃纤维制造。在本发明的一个实施例中，附接装置的框架包括用于按期望选择框架长度的装置。框架例如可为伸缩式的。框架可具有用于按期望锁定附接装置的长度的锁定装置，例如夹具。长度的锁定也可利用永磁体来完成。因此，相同的附接装置适用于不同的使用目的和情形。在本发明的一个实施例中，附接装置的框架包括用于将其弯曲到所期望位置的装置。框架例如可由两部分组成，这两部分利用铰接件或接头(例如球窝接头)而被联结在一起。框架可具有锁定装置例如夹具，锁定装置用于按期望锁定位置。位置的锁定也可利用永磁体来完成。因此，相同的附接装置适用于不同的使用目的和情形。在本发明的一个实施例中，附接装置的框架包括多个液压缸，例如框架的每个角落设有一个液压缸。可用电磁阀或类似部件来控制液压流体进入这些液压缸的通路。当流体能够流动时，液压缸的长度可改变。如果所有液压缸的长度以相同的量来改变，则框架的长度改变，但附接装置的端部、它们的保持装置却不会相对于彼此转动。另一方面，如果这些液压缸的长度不同地改变，则这些附接装置就会弯曲。换言之，多个附接装置的端部、它们的保持装置就会相对于彼此转动。通过关闭电磁阀或相应部件，阀能够被锁定就位。在本发明的一个实施例中，第一磁体和/或第二磁体包括含磁性材料的磁性材料部和含电磁体的电磁体部，由此控制装置被设置成控制由电磁体产生的磁场。通过控制由电磁体产生的磁场的强度，就能够控制第一保持力和/或第二保持力。使用磁性材料，能够使附接装置在其正常运转期间，无需持续地以外部电源作为保持力的能源。相对小的电源例如电池就足以起到用于控制目的的电磁体的电源的作用。这种相对小的电源可被设置成每个单独的附接装置的固定部。这种附接装置可完全无线地工作，因此在正常操作期间无需位于其外部的电线。在本发明的一个实施例中，磁性材料是永磁材料。因此，如果必要的话，由磁性材料产生的保持力的效果可利用电磁体的磁场来减小或增强。永磁体和电磁体的磁场可按本身公知的方式来设定成抵消彼此的效果，或设定成相互加强。换言之，永磁材料的磁场可被用来提供根据本发明的保持力，如果需要的话，则利用电磁体的磁场和/或用机械手段来削弱或加强这种保持力。因此，附接装置的分开或附接是通过借助电磁体来削弱或加强第一永磁体或第二永磁体生成的磁通量来进行的。可针对每种情形，单独地选择合适的磁体尺寸以及所需电流和材料。例如，在一些情况下，必须注意永磁体不被退磁(如果没有退磁意图的话)。在本发明的一个实施例中，磁性材料是能够退磁并且能重新磁化的磁性材料，由此当必要时,磁性材料可按本身公知的方式借助电磁体的磁场来退磁和重新磁化。换言之，保持力是通过借助电磁体使磁性材料磁化来提供的。借助电磁体使磁性材料退磁可减少或乃甚至去除保持力。可针对每种情形单独地选择合适的磁体尺寸以及所需的电流和材料。在本发明的一个实施例中，磁体通过磁体的多个部分相对于彼此的移动而以机械方式被部分地断开和接通。附接装置例如可具有中心部，中心部包括永磁体部，中心部被设置成能够相对于磁体的剩余部分移动。中心部借助永磁体的力量来保持对磁体的其他部分的附接，维持磁体内部的磁通量的部分闭合回路。典型地，待附接到磁体或工作基座的工件，例如像待加工物体，构成处于磁体外部的磁通量的部分闭合回路。电磁体线圈典型地适合设置在中心部周围。当电流沿特定方向被引导至线圈时，由线圈产生的磁场会削弱永磁体的磁场。在一定强度的磁场中，中心部与磁体的其他部分分离，由此断开磁通量的闭合回路，磁力削弱而且磁体被断开，即磁体的保持力被断开。包括移动中心部的磁体的保持力被接通，使得电流沿保持力被断开时的反方向被 引导至线圈。因此电流在线圈中的方向被转向，这加强了永磁体的磁场。现在，线圈的磁场开始朝向自身牵拉中心部。最后，当力增加到足够大时，磁体内的磁通量的闭合回路被再次闭合。利用磁体来抓取的工件使磁体外的回路闭合。如果当磁通量的回路闭合时电流仍然增大，则保持力甚至可倍增。与移动中心部关联的永磁体例如可为钕磁性材料。钕磁性材料在本文中根据其一种成分常被简称为钕。在本发明的一个实施例中，在移动中心部与磁体的其他部分之间设置有一个或多个弹簧。弹簧的回弹因数(springback factor)被设置成推动中心部离开磁体的剩余部分，亦即使得磁体的闭合回路断开。因此利用永磁力来限制这个回弹因数。当利用线圈产生的磁场被用来削弱永磁场时，在一定的电磁场强度下，弹簧具有推动中心部离开磁体的其他部分的强度。因此，闭合回路被断开，磁力被削弱并且磁体被断开(即磁体的保持力被断开)。当接通这种磁体时，如果磁场强于弹簧的回弹因数，则中心部及其附接的永磁体部就开始移动。借助所述弹簧，可调整线圈与永磁体之间的关系。弹簧的回弹因数控制磁体的部分断开，由此线圈能够被制成比不使用弹簧时所需要的尺寸稍小。在本发明的一个实施例中，附接装置的第一磁体和/或第二磁体包括-壳体和中心部，其被设置成将磁通量引导至待抓取的工件。中心部被设置成在保持位置与开路位置之间相对于磁体的剩余部分移动，以便使磁通量的回路闭合和开路。-永磁体，其用于形成磁场，并由此相对于磁体的剩余部分保持中心部，即将中心部保持在保持位直；-电磁体线圈，其设置在中心部周围，用于在必要时至少部分地断开由永磁体提供的磁通量，以便使中心部与磁体的剩余部分的连接分开，即用于将中心部移动其到开路位置。在本发明的一个实施例中，附接装置包括-一个或多个弹簧，其在磁通量借助由线圈产生的磁场而被充分削弱时，帮助磁体的中心部与磁体的其他部分分开。因此，一个或多个弹簧设置在移动中心部与磁体的其他部分之间。在本发明的一个实施例中，磁体(即典型地其移动中心部)利用引入线圈内的电流脉冲而被控制在保持位置与开路位置之间。脉冲的持续时间例如可以是约半秒或O. I至I秒。在保持位置，电流脉冲使磁通量断开到一定程度，此时弹簧使中心部的部分移动而离开磁体的剩余部分并因此使磁通量的闭合回路开路。磁体因此移动到开路位置。利用反向脉冲使开路位置变成保持位置，这样来增大磁通量，使得中心部移动而与磁体的部分剩余接触，由此磁通量的回路再次闭合。可通过给线圈以例如PWM (脉宽调制)信号、例如借助处理器、以受控方式来控制磁体部分的运动。控制也可通过改变电流的电平来进行。PWM信号意味着信号的激活时间(active time)可相对于信号的失活时间(inactive time)来选择。例如，总持续时间IOs的脉冲可由信号导通时的O. 5秒的部分组成与信号截止时的O. I秒的部分组成。在本发明的一个实施例中，磁体的中心部具有在一端被收缩的形状，这种形状允许使用较大的永磁体和线圈，同时提高磁体的保持力。
在本发明的一个实施例中，壳体旨在与待抓取的工件接触的边缘成斜面而更薄，以便提闻磁体的保持力。附接装置的磁体的磁性材料部可由不同的磁性材料来实现，不同的磁性材料例如为AlNiCo，所谓的稀土磁体例如钕磁体(即NdFeB、NIB或Neo磁体)或陶瓷磁性材料。例如，AlNiCo磁性材料适合作为能够退磁并且能够重新磁化的磁性材料。AlNiCo是由铝(Al)、镍(Ni)和钴(Co)制造的金属合金。合金中另外还可含有铁、铜和钛。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。钕磁体是一种稀土磁体，其为钕、铁和硼的合金。陶瓷磁体是一种以粉末冶金法制造的磁体，其含有大量金属氧化物。例如，陶瓷铁氧体是铁磁陶瓷材料，其含有氧化铁、硼和钡或锶或钥。一些合适的磁性材料的示例是AINiCo 5、NdFeB
40MGOe和陶瓷8。磁体夹具的外形尺寸根据当时所采用的磁性材料以及需要而变化。磁性材料部例如可形成为圆柱体。圆柱体状的磁性材料部的直径例如可小于200mm、小于100mm、小于50mm、为25-200mm、为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、或为25-100mm、或为l_25mm或为O. 5_3mm。为了提高保持力，磁性材料部的直径例如可以比中心部大10-30%。在根据本发明的一个实施例中，附接装置的控制装置包括无线接收器和/或发送器，以便发送控制数据。在根据本发明的一个实施例中，附接装置在正常使用时完全无线地工作。换言之，附接装置所需的电力以无线方式充入，而且附接装置收发数据是以无线方式来执行的。在根据本发明的一个实施例中，附接装置的控制装置包括用于附接装置的保持装置(例如电磁体)的控制装置。即使本说明书主要讨论用于将待加工物体附接到工作基座的附接装置和设备，但应清楚本发明的另一方案是具有根据本发明的上述可控效果的磁体和用于许多其他实施例的磁体。所有本说明书中提及的示例性实施例和替换方案当适用时，均适合与根据本发明的第二方案的磁体相关联。根据本发明的附接装置可看作具有根据本发明的可控效果的磁体的一个实施例。在一有利实施例中，磁体通过使磁体的多个部分相对于彼此移动而被机械式地部分地断开和接通。磁体例如可具有包括永磁体部的中心部；永磁体部被设置成可相对于磁体的剩余部分移动，磁体的剩余部分可至少部分地被设置在线圈内。一个或多个弹簧可按上述方式设置在中心部与磁体的剩余部分之间。在本发明的一个实施例中，磁体被用作所谓的双稳态磁体。少量的能量就足以使双稳态磁体开路和闭合。双稳态磁体能够保持接通和断开而无需使用能量。因此，根据本发明的设备能够被用来减少加工中所使用的能量。在本发明的一个实施例中，磁体具有电可控减震器的作用，其也能够同时被用来产生能量。线圈的磁场可被用来使移动于线圈内的中心部的运动减速。例如，如果包括钕的中心部在线圈内移动，则在线圈中产生电流，因此，该磁体是产生电能的发电机。根据本发明的磁体能够用于沿金属表面移动的应用。这类应用的示例例如为用于清洁船只底部的装置以及各种其他机器人，例如焊接和喷涂机器人。在这些应用中，设备沿金属表面移动，因此这些设备需要坚固、牢靠地保持磁体。这种磁体有利地能够以少量能量来控制。 根据本发明的磁体也能够用于至少在开路位置与闭合位置之间控制电磁阀和磁锁。根据现有技术的电磁阀和磁锁需要能量来保持它们接通或断开，然而根据本发明的实施例仅需要能量来改变(接通或断开的)状态。因为中心部被设置成移动式的，所以根据本发明的磁体能够被用于控制运动。这种移动中心部能够以小脉冲来移动，由此释放弹簧，并产生运动，移动中心部总是保持在其极限位置以等待新脉冲。


以下参照随附示意图更详细地描述本发明，这些示意图中图I示出根据本发明的附接装置；而且图2示出图I的附接装置5的分解图；图3示出根据本发明的第二附接装置；图4示出图3的附接装置的分解图；图5示出被开路的根据本发明的磁体；图6a示出根据本发明的第三附接装置的细节的局部横截面；图6b示出根据本发明的第四附接装置的细节的局部横截面；图7a、图7b和图7c示出根据本发明的附接装置中的磁通量的模拟图；图8不出根据本发明的设备；图9示出根据本发明的附接装置，其中两个杠杆钳被附接；图10示出用于根据本发明的附接装置的充电座；图11示出工作地点。
具体实施例方式为清楚起见，相同的附图标记被用于不同实施例中的至少一些对应零件。在图I和图2所示的大体圆柱形的附接装置11的中间有壳体3 ;壳体3由允许视频(RF)信号通过的合适材料制造，例如由玻璃纤维或某种其他材料来制造。如果附接装置的控制信号是不同于射频信号的信号，例如光，则壳体的材料可以是适合此目的的某种其他材料。附接装置的其他部分被支撑在壳体上，或被设置在壳体内，或借助螺钉而被联结在一起。在装置10的下边缘设有第一磁体8，第一磁体旨在将装置10附接到工作基座。在装置10的上表面设有第二磁体1，第二磁体在结构上对应于第一磁体8，第二磁体旨在将装置10附接到待加工物体。磁体的结构在图2、图4和图5中更详细地示出15。电磁体部11 (即电磁体)被设置在由永磁材料制造的磁性材料部9内。图中以虚线12非常示意性地绘出电磁体11的线圈。电池6和两个电路板2、7被设置在壳体3内，处于第一磁体与第二磁体之间。壳体3具有能够打开的检修孔(service hatch)5 ;该检修孔穿过壳体，例如能够使电池6充电。发光二极管(Led)灯也被设置成穿过壳体，这些发光二极管灯能够被用来例如指示电池6的充电状态或电池是否正在充电。发光二极管也可被用来指示例如第一磁体或第二磁体是否接通或断开。在下面的电路板即第一电路板7中，例如设有用于电磁体11的控制电子装置、温度计、以及用于电池6的充电装置。在上面的第二电路板2中，设有无线电发送器/接收器，无线电发送器/接收器用于在附接装置10与外部的控制单元之间发送附接装置10的控制 信息和操作信息。图3和图4示出附接装置10，其形状大体为立方体或矩形棱柱。上磁体I借助附接螺钉13被附接到装置的剩余部分。下磁体8借助附接螺钉14被附接到装置的剩余部分。在上磁体I与下磁体8之间是壳体3。在壳体3内设置有支撑结构的连接管15，上磁体I借助连接管15被连接到下磁体8。此外，电路板2被置于这些连接管之间，处在所谓的框架部中。装置所需的电子部件，例如选择开关16，被附接到电路板2 ;通过这些开关可手动地控制附接装置10的操作。磁体1、8例如可由选择开关16来接通和断开。这些选择开关可额外地被用来下达命令，以断开附接装置10或启动被断开的附接装置10。选择开关16可具有一个或多个发光二极管指示器，从这些指示器上可看到关于磁体状态的不同信息，例如“开路”或“闭合”或“系统故障”。电池7也附接到电路板2和充电连接器17，充电连接器17用于从充电装置为这些电池提供充电电流。充电连接器17例如也可呈条状。壳体3中形成有开口 18，这些开口 18供使用选择开关16之用。壳体中还设有用于充电连接器17的开口(图中未示)。除为通信所需的部件例如射频(无线)发送器和接收器之外，处理器和监控磁体状态的传感器也附接到电路板2，处理器中的软件管理数据通信、操作中断和警报。这种通信例如可以是与控制附接装置10的装置(即所谓接口)的直接双向通信，或者将信息转送到另一附接装置和/或接口。操作中断例如可由于磁体I或8的状态、电池的温度或充电电平的减弱或其他反常现象而导致。操作的中断例如可设定为控制附接装置的程序中的极限值，超过这些极限值就引起中断。图5示出根据本发明的磁体8的分解图。例如，图3和图4所示的下磁体8可具有图5所示的结构。图3和图4中的上磁体可具有对应的结构。磁体的中心部30包括附接在一起的背板23、钕磁体24和滑块25。推板的附接螺钉26将这些推板27附接到背板23。限位螺钉31使磁体8的各部分保持在一起。中心部被设置成相对于磁体8的剩余部分移动。当中心部处在下部位置时，其部分地位于电磁体的线圈29内。推簧32设置在限位螺钉31周围，使得这些推簧施加力量以将中心部30向上推，也就是使中心部30离开线圈29和中心部的底板22。由此推簧32有助于线圈29使磁体8断开，并使磁体8保持在断开状态。例如，如果线圈29未完全地断开磁体8，但推簧32已经能够将中心部30推离，则磁体就会通过线圈与推簧之间的协同操作而被断开。推板27使滑块25对中就位，并将弹簧32的推力传送至滑块。在图5中，磁体所抓取的工件被放置成抵靠磁体8的下表面。黄铜板20、21被设置在磁体的壳体19内的底部，而且中心部的下环22位于黄铜板20、21之间。中心部的下环22与最外侧的黄铜板20附接到壳体19，使得磁体8没有能够从外部看到的移动部分。较小的黄铜板21附接到中心部的下环22，由此使得磁体的下表面齐平。中心部30在其下部位置接触中心部的下环22，由此磁通量能够流通至待抓取的工件。当中心部30被提升时，至待抓取的工件的磁通量的通路就被阻挡。下磁体的壳体19起到引导磁通量的部件的作用。相应地，图3和图4所见到的上磁体的壳体47起到引导上磁体I的磁通量的部件的作用。黄铜板20、21隔离磁通量，使得磁通量不能从壳体19泄漏到中心部30。壳体19的下边缘具有斜面28，该斜面旨在与待抓取的工件接触。斜面28引导磁通量，以便实现更大的保持力，并增大磁体的表面附着力。因此由于斜面28，磁体在薄板情况下也有很好的保持力。 滑块25朝向底部变窄。因此，中心部30收缩即呈锥形。较大的线圈29可设置在收缩的中心部30周围。较大的线圈29可产生较大的使用效果，由此又可使用较大的永磁体,例如钕磁体24。借助收缩式的中心部，可因此实现比没有收缩时更大的保持力。图6a示出根据本发明的第三附接装置的细节的局部横截面。图6b示出根据本发明的第四附接装置的细节的局部横截面。在图6a和图6b中，可看到示出了工件33 (磁体旨在抓取该工件)。图中示出了背板23、壳体19、钕磁体24、滑块25、电磁线圈29、以及中心部的下环22。背板23、钕磁体24、滑块25附接在一起形成移动中心部30。图6a与图6b之间的差异在于，中心部30与磁体的剩余部分(即图中的壳体19)的表面在图6b示出的接触点34处是竖直的，即处于中心部的运动方向上。在图6a中，接触点34处的对应表面相对于中心部30的运动是倾斜的。借助图6b不出的方案,磁通量的回路的开路和闭合在一些情形下更为有效。图7a、图7b和图7c示出根据本发明的附接装置的磁体8中的磁通量的模拟图。图7a仅仅示出当中心部30处在下部位置即磁体处在保持位置时的模拟模型。在图7b中，与图7a中的情况相同，但在图中以线条绘出磁通量的模拟通路。在图7b中，中心部30被提升而离开磁体的剩余部分即壳体19。因此磁体处在开路位置。从这些图中能够看到磁通量的通路在开路位置是如何中断的。图8示出根据本发明的设备，其用于将待加工物体附接到工作基座。该设备包括控制单元(即接口 35)和三个相同的根据本发明的附接装置10、10’和10"。控制单元35从控制系统(图中未示)向附接装置发送信息。控制单元具有所谓的I/O输入端口，而且控制单元例如可利用5V、12V或24V电压来控制。控制系统可以是机器人(见图12)、焊接装置、切割装置或其他相应的可编程装置。在可在控制单元35的处理器上运行的程序中，预先规定当特定I/O命令到达时应做什么。I/O例如可为8位、16位、32位或64位。机器人例如向控制单元下达命令[32]。该命令例如可意味着“使附接装置的上磁体开路”。控制单元在其输入端口读取命令[32]。附接装置10的上磁体的MAC地址为54321的信息已被预先编程至软件内。因此，控制单元将命令[32]传送到地址54321。附接装置10中的处理器内的软件知道当命令[32]到达时，上磁体应被开路。系统中的多个附接装置可以是相同的。只有这些附接装置的MAC地址不同。附接装置的MAC地址能够借助控制单元来编程，所以只要附接装置被编程至系统内，任何可用的附接装置10、10’或10"均可接收到命令。因此，即使多个附接装置之一可能不再使用，机器人中的程序也无需改变。系统中可同时拥有多个、甚至数百个立方体(cube)。帮助抓取待加工的工件33的多种工具可连接到根据本发明的附接装置10。图9示出附接有两个杠杆钳39的附接装置10。图10示出用于根据本发明的附接装置的充电座40，该充电座具有六个用于附接装置的位置41。当不需要附接装置11时，这些附接装置被存放在充电座上。该座具有充电装置(图中未示)，其具有适合附接装置10的充电装置，例如与图3和图4示出的充电连接器17对应的连接器。附接装置10的电池可因此在该座上被充电。用于附接装置的多个位置的边缘42有利地也使立方体(如果该座中设有立方体的话)定位。图11示出机器人43的工作地点，其中使用了根据本发明的设备。工作地点具有 十八个附接装置10、以及用于这些附接装置的充电座40，充电座40被置于工具架44上。金属工作表面45是空的。机器人具有磁性工具46 ;机器人利用磁性工具46从充电座40取走附接装置，并将这些附接装置放置在工作表面45上。当机器人以这些附接装置10组装成所期望的夹具时，机器人将待加工的工件放置在夹具中，改变工具并开始工作。本发明的实施例的操作例如可描述如下。基于借助附接装置10的电路板2上的处理器所执行的软件，所期望幅值的电流被引导至线圈29。当电流沿一定方向被引导到线圈时，由线圈产生的磁场就削弱了永磁体24的磁场。在一定强度的磁场中，移动中心部30移动而离开磁体的剩余部分。这种分离例如在弹簧32具有将中心部30推离框架而进入开路位置的强度时发生。因此，磁通量不能通过，磁力减弱而且磁体被断开(即磁体的保持力被停止)。当下磁体8的保持力被停止时，下磁体8能够被置于金属的工作表面45上或另一附接装置上。此后，电流沿保持分离时的反方向被引入线圈29。因此电流沿线圈的方向被引导，这样就加强了永磁体24的磁场。现在，线圈的磁场开始朝向自身牵拉永磁体部24。最后，例如当磁场强于弹簧32的回弹因数时，中心部30、即滑块及其附接的永磁体部24开始朝向保持位置移动。最终，当力增加到足够大时，磁通量的回路再次闭合。因此，磁体接收到更大的保持力。永磁体部24例如可为钕磁体。本发明的实施例的操作，其中机器人控制所述设备，可描述如下。控制单元35从机器人43接收命令“使附接装置10的上磁体I开路”。控制单元35将此信息发送到附接装置10。附接装置10接收信息并根据命令使其上磁体I开路。当上磁体被开路时，附接装置10依次向控制单元35传送信息，服从控制单元，并向控制单元的I/O端口转送将由机器人43读取的信息“附接装置10的上磁体I被开路”。机器人可由此验证信息已被接收，而且命令已经实现。本发明的另一实施例的操作，其中机器人控制所述设备，可描述如下。控制单元35从机器人45接收命令“使附接装置10的上磁体I开路”。控制单元35将此信息发送到附接装置10。如果附接装置10不在特定时帧内响应信息，则控制单元35再次尝试。如果附接装置10仍然无应答，则控制单元35下达转送命令。控制单元35的存储器中存有关于系统拥有哪些正在使用中的附接装置的信息，并且控制单元要求最靠近的其他附接装置来转送信息。现在，附接装置10’接收到转送信息的要求，并将信息转送到附接装置10。附接装置10使其上磁体开路并响应附接装置10’的“使附接装置10的上磁体开路”。附接装置10’将信息转送到控制单元35，而控制单元将该信息转送到机器人43。因此，信息被接收，而且命令被确认。系统依照此方式自身工作作用，用户因此无需单独地观察信息的接收。系统的任何附接装置均可对系统中的任何其他附接装置起到发送器的作用。还可以在附接装置的处理器中编辑与控制单元35中对应的程序，由此附接装置本身可作用为其他附接装置的控制器，而不用单独的控制单元35。移动中心部中例如背板中可设置有传感器；如果中心部在磁体应处于保持位置时试图移动，则传感器会将信息送到处理器。在保持位置，中心部相对于磁体的剩余部分而移动意味着磁体正在分开。因此，处理器可通过给线圈以更大的沿合适方向的电流(这样会加强磁通量)来增大磁体的保持力。为了使系统可靠，对保持力的这种有效监控并且按需要来增大强度是很重要的。例如在焊接、切割时和在相应的情况下，需要关于保持力的实时信息。因此对不同紧固件的状态(例如在激光焊接中使用的那些紧固件的状态)的实时监控成为可能。借助本发明，加工机械例如机器人可组装符合自身所需形状的提升装置，以通过根据本发明的附接装置和可能的附加工件来操作物体。附图中仅示出根据本发明的一些优选实施例。附图中没有单独地示出关于本发明 的主要构思的次要事实、本领域技术人员公知或明显的事实，例如本发明可能需要的电缆、数据通信装置或支撑结构之类。对本领域技术人员显而易见的是，本发明不只限于上述示例，而是本发明可在以下提出的权利要求书的范围内变化。独立权利要求代表了本发明的一些可能的实施例，而这些可能的实施例本身不应被认为限定了本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于将待加工物体附接到工作基座的附接装置，其特征在于，所述附接装置包括 位于所述附接装置的第一端的第一保持装置，即第一磁体，所述第一磁体被设置成产生第一保持力，所述第一保持力用于将所述附接装置附接到所述工作基座或另一附接装置或待加工物体； 位于所述附接装置的第二端的第二保持装置，例如第二磁体，所述第二保持装置被设置成产生第二保持力，所述第二保持力用于将所述附接装置附接到所述工作基座或另一附接装置或待加工物体； 控制装置，其用于控制由所述第一保持装置和第二保持装置，例如磁体产生的保持力。
2.根据权利要求I所述的附接装置，其特征在于，所述第一磁体和/或所述第二磁体包括含磁性材料的磁性材料部和含电磁体的电磁体部，由此所述控制装置被设置成控制由所述电磁体产生的磁场。
3.根据权利要求I或2所述的附接装置，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.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，所述控制装置包括电源，例如电池；以及用于将电流从所述电源以受控方式引导至所述第一磁体和/或所述第二磁体以便控制其功能的装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，所述控制装置被设置成，使得所述第一磁体和所述第二磁体能够被单独地控制。
6.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，其包括用于接收来自所述控制装置的控制信号的无线接收器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，其包括框架，所述第一磁体和所述第二磁体附接到所述框架的不同端部，并且所述框架的长度能够按期望选择。
8.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，其包括框架，所述第一磁体和所述第二磁体附接到所述框架的不同端部，而且所述框架被设置成在期望的位置弯曲。
9.根据前述权利要求中任一项所述的附接装置，其特征在于，所述第一磁体和/或第二磁体包括 壳体和中心部，其被设置成将磁通量引导至待抓取的工件，所述中心部被设置成相对于所述磁体的剩余部分可移动，以便使磁通量的回路闭合和开路； 永磁体，其用于形成磁场，由此保持所述中心部与所述磁体的剩余部分相连； 电磁体线圈，其至少部分地被设置在所述中心部周围，用于在需要时部分地断开由所述永磁体提供的磁通量。
10.根据权利要求9所述的附接装置，其特征在于，其包括 一个或多个弹簧，其被设置成在由所述永磁体产生的磁通量因电磁体即线圈产生的磁场而充分地削弱时，使所述中心部与所述磁体的其他部分彼此分开。
11.根据前述权利要求9或10中任一项所述的附接装置，其特征在于，所述中心部的形状在要处于所述线圈内的部位被收缩。
12.根据前述权利要求9-11中任一项所述的附接装置，其特征在于，所述壳体的要与待抓取的工件接触的边缘成斜面而更薄。
13.一种用于将待加工物体附接到工作基座的设备，其特征在于，所述设备包括 根据前述权利要求1-12中任一项所述的至少一个附接装置； 控制单元，其用于产生所述附接装置的所述第一磁体和所述第二磁体的控制信号； 多个数据传输装置，其用于将控制信号发送到所述附接装置的所述控制装置。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备包括机器人或对应的NC-可编程装置，其包括用于将所述附接装置放置在所述工作基座上的期望位置的装置。
15.一种用于借助附接装置来将待加工物体附接到工作基座的方法，其特征在于，所述方法包括 借助第一保持装置即第一磁体所产生的第一保持力，通过所述附接装置的第一端将所述附接装置附接到所述工作基座或另一附接装置或待加工物体； 借助由第二保持装置例如第二磁体所产生的第二保持力，通过所述附接装置的第二端将所述附接装置附接到所述工作基座或另一附接装置或所述待加工物体。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其包括使用根据权利要求1-12所述的一个或多个附接装置和/或根据权利要求13-14中任一项所述的设备。
17.根据前述权利要求15-16中任一项所述的方法,其特征在于,所述第一磁体和/或所述第二磁体包括含磁性材料的磁性材料部和含电磁体的电磁体部，由此所述方法包括 控制由所述电磁体产生的磁场，并由此控制所述第一保持力和/或所述第二保持力。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法,其特征在于,所述磁性材料是永磁材料，由此所述方法包括 在必要时，通过所述电磁体的磁场来减小由所述磁性材料产生的保持力的作用。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，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 借助所述电磁体的磁场来按需要使所述磁性材料退磁和重新磁化。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一磁体和/或所述第二磁体包括壳体和中心部，其被设置成将磁通量引导至待抓取的工件，由此所述方法包括 相对于所述磁体的剩余部分移动所述中心部，以便使磁通量的回路闭合和开路，即以便使所述磁体的状态在保持位置与开路位置之间改变； 当磁通量的回路为闭合时，即当所述磁体处在保持位置时，借助所述永磁体的磁场保持所述中心部与所述磁体的剩余部分相连； 在必要时，通过由设置在所述中心部周围的电磁体线圈所产生的磁场来至少部分地断开由所述永磁体提供的磁通量，以便将所述磁体的状态改变到所述开路位置。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于 在由所述永磁体产生的磁通量因所述电磁体即线圈产生的磁场而充分减弱时，由一个或多个弹簧来产生力，所述力迫使所述中心部与所述磁体的其他部分彼此机械地分开。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于 以传感器来监控所述中心部相对于所述磁体的剩余部分的运动，并且如果在所述磁体处于保持位置时检测到运动，则通过给所述电磁线圈以更大的电流来增大所述磁体的保持力。
23.在水下使用根据权利要求1-12中任一项所述的附接装置。
全文摘要
本发明涉及用于将待加工物体附接到工作基座的附接装置(10)、设备和方法。该附接装置包括位于附接装置(10)的第一端的第一保持装置即第一磁体(8)，其用于将附接装置(10)附接到工作基座或另一附接装置或待加工物体；位于附接装置(10)的第二端的第二保持装置即第二磁体(1)，其用于将附接装置(10)附接到工作基座或另一附接装置或待加工物体；控制装置，其用于控制例如磁体的第一保持装置和第二保持装置产生的保持力。
文档编号H01F7/00GK102905845SQ201180025830
公开日2013年1月30日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者雷约·内蒂, 扬内·普尔基宁 申请人:Ixtur有限公司