专利名称：表面加工设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面加工设备，特别是涉及但不局限于具有一个表面加工头部件的表面加工设备，该表面加工头部件含有多个结合在其上的表面加工元件，这些元件特别适合于例如研磨等操作，并特别呈现出比较有限的柔性和可压缩性。
已经知道各种类型的表面加工设备，它们可以实现研磨加工，其中的表面加工元件包括磨垫元件，与磨刷等其他表面加工元件相比，这种磨垫元件呈现较小的可压缩性和柔性。
为了提供一种有效的表面加工设备，近来出现了一种表面加工头部件，其中含有多个结合在其上的这类磨垫或其他表面加工元件，使得这多个磨垫或其他元件能同时工作，以实现所需的表面加工动作，而不论所需的表面加工是研磨、刷磨、清洗、还是抛光等等。
然而，通常要求这种设备能对各种具有不同特性，特别是不同均匀程度的表面进行加工。例如，虽然某些被加工表面可能含有一个比较平坦和光滑的表面，但其他的表面，特别是那些易被过度磨损或可能被损坏的表面，和/或比较旧的表面，都可能呈现上下起伏，使得被加工表面比较不平坦。
已知的表面加工设备的一个缺点是，它能加工出的表面质量受到限制，这是因为多个表面加工元件不能有效地适配上述不平坦的表面。
因此，本发明试图提供一种优于已知表面加工设备的表面加工设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种表面加工设备，它包括一个表面加工头部件，该部件含有一个框架元件，并在该框架元件上沿着被加工表面的方向配置了多个表面加工元件，每个表面加工元件都用一个相应的弹性安装部件有弹性地安装在上述框架元件上。
各个表面加工元件，例如磨垫元件，的独立的和弹性的安装将有利地允许每个表面加工元件能相对于框架元件运动，从而适配于被加工表面的上下起伏或不平坦。这样，一方面可以通过对框架元件施加一定的压力使其保持在距起伏表面有一定距离的水平面上，另一方面各个表面加工元件可以相对于这个水平面运动，从而分别独立地适配于表面的起伏。
该表面加工设备带有一些驱动装置以驱动各个表面加工元件，有益的做法是把这些驱动装置安装在框架元件上，然后再把表面加工元件有弹性地安装在驱动装置上。在表面加工设备上最好还分别设置多个相应的驱动装置。
弹性安装部件最好含有一个压缩弹簧，弹簧的设计最好能使得，当表面加工头部件需对被加工表面施加特定的力时，这些弹簧的长度可以基本上被压缩成一半。因此，压缩弹簧的特性最好能匹配于相应表面加工元件的特定性质，而不论该元件是磨垫元件、磨刷元件、还是其他适当的元件。
弹性元件最好位在驱动装置的驱动轴与一个表面加工元件驱动适配器之间。此外，在电机驱动轴与弹性元件之间有一个被驱动地定位的驱动电机适配器。
表面加工驱动适配器最好含有一个空心柱状容室，以容纳电机驱动轴适配器的一端。
然后，最好让弹性元件位在柱状容室内，其一端接触于容室的底面，另一端接触于电机驱动轴适配器的底面。
弹性安装部件最好被设计得能根据要通过表面工作头部件对被加工表面施加的压力大小而有选择性地工作。这是一个特别有益的特点，因为当压力大小超过了可能会损坏弹性安装部件中的弹性元件的压力时，这一特点将可避免对弹性元件的进一步加压，从而防止了在准备进一步增加对表面的压力时损坏弹性元件。这样，当压力超过了上述的阈值压力时，将不再通过表面加工头部件中的弹性元件来施加压力。
这种有选择性的工作是这样来实现的使弹性元件能在安装部件内运动，从而进入或者离开某个会受到压力增大和减小的影响的位置。
有益的做法是，一旦通过表面加工头部件所施加的压力超出了某个大小，特别是某个预定大小时，弹性元件将离开其工作位置，即离开它可能被进一步压缩的位置。
有益的做法是，弹性安装部件含有一个带有约束机构的容室，其设计使得当准备施加给表面的压力增大时该机构将起约束作用，从而防止对弹性元件进一步加压。
弹性元件最好包括一个压缩弹簧，当通过表面加工头部件向表面施加所需压力时该弹簧的长度将基本上被压缩为一半。
此外，上述约束机构可以有益地含有一个设置在弹性元件邻近的肩状部分，并且，如果容室有一个芯孔部分，则约束机构可以有益地含有一个环形肩状部分，其形状还可以是一个环绕一个井或一个柱状下凹部分的环形肩。
容室的设计最好能提供对从用于表面加工元件的电机伸出的一个驱动元件的驱动性连接，特别是，能使弹性元件能与上述驱动元件的底面相接触。
此外，弹性元件可以带有一个接触板，以与上述驱动元件接触。
再有，通过上述接触板或其他方式与弹性元件相接触的驱动元件的底面最好是一个经倒角的部分凸面的或部分球面，以帮助容室相对于从电机伸出的驱动元件的转动运动。
另外的优点是，容室带有一个弹性夹装置，用来把从电机伸出的驱动元件保持在容室内。
驱动元件最好带有一个约束机构以接纳弹性夹，防止驱动元件脱离容室。驱动元件的上述约束机构的形式最好是驱动轴的一个肩部。
驱动轴的横截面最好是多角形的，特别是六角形的。特别地，它可以是星形的或适当的六角扇形的。
不论何种形状，该横截面最好有一些拐角区域，并且可以在接纳驱动元件的芯孔的侧壁部分形成一个凹槽，以导引弹性夹的工作运动并把该运动限制在驱动轴的肩部区域内。
弹性夹最好设计成是可变形的，以让驱动元件可以进入或离开容室，特别是由六角形截面所确定的拐角侧壁可用作弹性夹的至少一部分的滑动斜面，使得当上述部分沿着该斜面运动时，弹性夹将相对于驱动元件的中心向外变形，从而可以移离容室。
本发明还有利地提供了例如磨垫或磨刷之类的表面加工装置，它们可以用于如上所确定的设备。
也就是说，根据本发明的另一个方面提供了一种表面加工装置，它含有一个支持板，表面加工元件即结合在该支持板的下表面上，上述支持板还有一个上表面，其中心区有一个凹槽，以接纳驱动元件来使该装置转动，这个凹槽有一个用来接纳一个准备与驱动元件相啮合的弹性元件的机构。
凹槽中设置的机构最好能用来啮合至少一部分的弹性元件，使弹性元件的另外部分可以被驱动元件啮合，从而在让弹性元件变形的同时能实现驱动元件与支持板之间的相对运动。
上述中心区最好含有一个竖立区域，凹槽即设置在该区域中。如果需要，可以把该凹槽设置在竖立区域的中央，使凹槽的深度与支持板的厚度无关。
特别地，竖立区域可以是一个竖立的圆柱体，其中有一个与支持板同轴的凹槽。
虽然支持板自身可以设有接纳确定了上述中心区的部分的机构，但确定了凹槽的中心区可以有利地与支持板形成为一体。
在一个特定的实施例中，上述凹槽基本是一个盲孔，其一个端面最好具有总的来说是下凹的形状。
该下凹形状可有利于增强驱动元件与装置之间可能需要的转动运动。
上述接纳弹性元件的机构最好自身是又一个凹槽，该凹槽最好形成得与支持板中心区中的前述凹槽相同轴。
上述又一个凹槽的形状最好基本上是一个盲孔。不论如何，该凹槽的深度将确定弹性元件的最大变形量。
弹性元件最好是一个压缩弹簧，其延伸方向与上述又一个凹槽以及设置在支持板上的上述中心区中的凹槽相同轴。
在一个特定实施例中，设置在支持板中心区中的凹槽具有基本上为六角形的横截面，用来接纳基本上为六角形的驱动元件的头部。
中心区中的凹槽的深度最好至少是稍大于驱动元件头部的深度。这样，就可以在支持板的上述中心区中设置一个弹簧夹，为了让驱动头进入或退出形成在支持板中心区中的凹槽，该弹簧夹需要变形。
对于实现至少有三个表面加工元件的表面加工头部件来说，本发明是特别有益的，当从上向下看时，三个表面加工元件可以在表面加工头部件的框架上以三角形布局。如前所述，这种表面加工元件最好是磨垫，特别是，这些磨垫的作用是对被加工表面进行研磨。
按照上面所述，表面加工头部件的框架元件可以是一个台面，从其上表面伸出多个驱动电机，而从其下表面则相应地伸出多个分别与各个电机对准的表面加工元件。
有益的做法是，表面加工设备包括一个用来支持由电机驱动的表面加工头部件的机器框架，用来有选择地改变由上述加工头部件施加给上述表面的压力的装置，以及用来改变上述电机驱动上述加工头部件的速度的装置。
表面加工头部件最好能以可卸方式安装各种表面加工元件。此外，表面加工头部件最好能以可卸方式安装多个各自有不同表面加工特性的表面加工元件。
用来有选择地改变表面加工头所施加的压力的装置可以设计得能根据所使用的上述表面加工头部件的不同的加工特性来改变上述压力。
此外，用来有选择地改变上述电机驱动上述加工头部件的速度的装置可以设计得能根据所使用的上述表面加工头部件的不同的加工特性来改变上述速度。
该设备最好含有作动器部件和应力装置，其中的作动器部件包括被安装得起着悬浮装置作用的弹簧装置，该装置含有用来把表面加工头部件压向被加工表面的装置；应力装置用来对弹簧装置加应力，以设定表面加工头部件的压力，并且其中弹簧装置可被应力装置在某个连续的范围内有选择地调节，以提供对待加工表面的所需压力。
应力装置可以含有用来控制弹簧装置中的应力的装置，以改变表面加工头部件的压力。还有，作动器部件也可以设计得能压缩弹簧装置。
该设备还可以含有加压装置，监示和/或测量装置、显示装置、输入装置、比较器装置和施加装置，其中的加压装置在框架与表面加工头部件之间作用，以使表面加工头部件对待加工表面施加可选择的压力，该装置还安装得能起到框架与表面加工头部件之间的悬浮装置的作用；监示和/或测量装置用来测量所施加的加工压力；显示装置用来显示测得的加工压力；输入装置用来让操作人员输入所希望的表面加工头部件的加工压力；比较器装置用来将操作人员所输入的压力与测得的压力相比较，并根据这两个压力的差值产生一个控制信号；施加装置用来把控制信号施加给加压装置。
用来有选择地改变由上述表面加工头部件施加给表面的压力的装置可以包括加压装置和一个作动器，其中的加压装置在框架与上述表面加工头部件之间作用；作动器含有一个第一元件和一个从其上延伸出的第二元件，该作动器最好可以借助人工、液力或电力工作。
加压装置最好含有一个弹簧装置，后者可以进一步含有至少一个在作动器的一部分与表面加工头部件之间作用的弹簧器件。该弹簧器件可以含有一个固定在上述作动器装置的上述部分上的套筒，一个带有一个可在套筒内滑动的内端的杆，这个杆从套筒伸出到表面加工头部件上；以及一个位于套筒内与杆的内端相啮合的弹簧。
此外，该设备还可以含有一个作动器部件和反作用装置，其中的作动器部件用来抬升和降低表面加工头部件，安装在框架与表面加工头部件之间；反作用装置连接在表面加工头部件上，设计得能至少部分地抵消准备通过表面加工头部件施加到表面上的力，从而把表面加工头部件施加给表面的压力控制在从零压力到某一压力的范围内，该某一压力对应于表面加工头部件的重量。
特别地，用来抵消作动器施加在表面工作头部件上的力的装置可以包括各种平衡装置。
反作用装置可以包括连接在表面加工头部件上工作的弹性装置。
弹性装置的弹性最好是可有选择性地改变的。
弹性装置最好至少含有两个可以弹性方式相对运动的元件，弹性装置最好包括一个圆柱筒活塞机构。
这时弹性装置可以是一个气体抗压部件。
或者，弹性装置可以是一个弹簧装置。
再一种选择是，用来有选择地改变表面加工头部件所施加的压力的装置包括一个以可转动方式连接在框架上的长形平衡梁，其一端与作动器相连，以随后者运动；而另一端上则安装了一个平衡装置。
用来有选择地改变加工头部件的驱动速度的装置可以是一个可选择的多齿轮机构，其齿数比可根据加工操作所需的压力选定。
齿轮机构最好有多对始终啮合着的齿轮以及能从中选择出一对来由上述齿轮箱传递驱动的装置。
上述选择齿轮对的装置最好包括爪式离合器这样的离合器。
该设备还可以含有控制装置，其中包括电磁作动器，它能利用电磁锁紧装置保持在两个或多个工作位置上。
最好能设置用来控制齿轮箱换档的装置，并且该装置与用来选择通过表面加工头部件所施加的压力的装置相关连，使得在响应于选择了高于或低于一个或几个阈值的某些特定压力值或选择了某些指定压力值时能实现相应的齿轮箱换档。
该设备最好含有一个控制机构，使得齿轮箱的换档能响应于任何特定压力值或压力范围的选择。此外，齿轮机构最好包括一个齿数比为1∶1的第一齿轮对和一个齿数比为1∶5的第二齿轮对。
控制装置可以设计得能防止在电机驱动表面加工头部件时发生齿轮机构换档。特别是，控制装置可以设计得能在选择了高齿数比时限制通过表面加工头部件所能施加的压力。
该设备最好是表面擦磨机/研磨机的结合。
下面将仅通过例子参考附图对本发明作进一步说明，在附图中
图1示出根据本发明实施的表面加工头部件和相关作动器的一部分的立视截面图；图2是根据本发明实施的与图1作动器协同工作的表面加工头部件的透视图；图3是图2表面加工头部件的台面布局的侧视立面图；图4是图2和图3表面加工头部件的一个表面加工元件的分解示意图；图5A-5C是根据本发明实施的设备在一些不同工作阶段的图4表面加工元件的示意图；图6A-6E示出根据本发明一个实施例的表面加工元件的安装机构，同时示出了一个相关的弹簧锁紧元件；图7是与本发明设备相关连的磨刷/磨垫压力组件的侧视图；图8是与本发明一个实施例相关连的磨刷/磨垫压力组件的另一种形式的侧视图；图9是与本发明一个实施例相关连的磨刷/磨垫压力组件的又一种形式的侧视图；图10A-10H是说明可用于根据本发明实施的设备的控制装置的电路图；图11是可选择性地工作的齿轮机构的横截面图，该机构用于选择本发明表面加工装置的驱动速度；图12是根据本发明的一个方面实施的表面加工装置的中心区的平面图；图13是根据本发明的一个方面实施的表面加工装置的中心区的纵向截面图；图14是图12中心区的平面图，其中进一步示出了根据本发明实施的该实施例的安装和保持点；图15是用来以转动方式驱动图12-15装置的驱动元件的侧视立面图；图16是图15驱动元件的平面图；以及图17是根据本发明的一个方面实施的整个表面加工装置的分解透视图。
图1示出，磨刷/磨垫组件包括两个含有弹簧2的弹簧管1。图1中右侧的管1已被剖开，以显示出弹簧2。两个弹簧的一端分别固定在相应管的上端3处，另一端分别固定在杆4上，两个杆4分别通过开口5滑入相应的弹簧管1中。两弹簧杆4由一个连栓6连在一起，并通过组件7固定在磨刷/磨垫支持台面8上，后者可以连接磨刷头或磨垫等物。磨刷或磨垫以可卸方式固定在组件上，以便在需要时可以容易地更换成其他磨头。
稳定板9用来防止管1的转动或扭曲。一个作动器10固定在一个清洗机的堵头上。作动器10驱动作动器杆12，图中它基本上位于关闭位置上。作动器杆12用一个销针13固定在作动器板14上，后者安两个夹栓15夹在两个弹簧管1上。这样，当作动器把作动器杆12向下驱动时，弹簧管1将向下运动，使弹簧2被压缩，从而对磨刷头组件施加较大的压力，但同时仍保持了悬浮性以适配不平坦的表面和磨刷的磨损。典型地，弹簧在未压缩状态下的有效长度为15英寸左右，这特别适合于26/32英寸磨刷压力系统。这种布局在装有根据本发明的设备的普通清洗机中可以提供0至450磅范围的加载压力，而使用已知的设备时这个压力最多只能达到200磅。当然也可以采用其他形式的加压装置。扭簧的优点是占用清洗机的垂直空间较小。而且，扭簧一般有低的弹簧刚度，这特别适合于本目的。也可以采用气体抗压或液力或气动等系统。
还可以通过改变弹簧的长度或强度来进一步调节压力，弹簧管的夹持位置也可以改变。不过这些改变需有服务工程师来实现。
由于作动器可以停止在其行程中的任何地点，所以本系统是特别可调节的。
通常在支持台面8上将至少结合有两个圆形或椭圆形的磨刷或磨垫，它们在一个总的来说是平行于地面(或待清洗或扫洗或刷磨的表面)的平面内旋转。不过，在某些清洗机中使用了多达4个磨刷或磨垫，本发明的设备可以用来整体地控制所有这4个磨刷，或者也可分别控制这些磨刷(这时对每个磨刷需一个独立的作动器)。当然，圆柱形磨刷/头同样可以容易地安装在磨刷支持台面8上，并受到控制，或者可以用两个图1的组件分别控制圆柱磨刷的轴的两端。
在弹簧管夹板18的下方有一个应变测量梁20，它可以用来测量磨刷/磨垫的压力。
图2是一个表面加工头部件的透视图，它与例如图1所示的作动器部件协同工作，含有图1所示的弹簧管1和作动器10。
表面加工头部件还含有图1所示的磨刷/磨垫支持台面8和安装在支持台面8另一表面上的三个电驱动电机21a、21b和21c。三个相应的磨刷/磨垫头22a、22b和22c从支持台面8的下方伸出，分别通过相应的驱动轴连接在电机21a、21b、21c上。
从三个电机21a、21b、21c和相应的磨刷/磨垫头22a、22b、22c的三角形布局可以看出，在磨刷/磨垫头22a与22b之间以及22b与22c之间有一个预定的重叠，使图2的磨刷/磨垫头装置可以用来在由磨刷/磨垫22a、22c的外圆周边缘的间隔所确定的全部宽度内对一个表面进行清洗、扫洗、抛光、研磨、或其他加工。
图3是只画出了支持台面8、电机21a、21b、21c和磨刷/磨垫头22a、22b、22c在加工，例如研磨，一个表面23时的前视立面图，这个图进一步说明了沿着表面加工方向看去的宽度。
实际上图3说明了本发明的一个特别重要的特点，从该图可以看出，由于被研磨表面23的起伏不平，它相对于研磨设备而言是一个有些不平坦的表面，使得表面23在支持台面8的横向方向上不再是处处平行的。
于是，由于高低起伏和不平坦，支持台面8的下表面与被加工表面23之间的距离在图3的右侧部分要比左侧部分小一些。
如果使用以往技术的设备，这将导致表面23中位于电机21a和21b下方的区域不能得到足够的研磨或其他加工，从而不能得到对整个表面23的令人满意的加工，或者至少是需要用这种设备进行更多次的扫描式加工，这将抵消使用多头研磨或表面加工设备通常所具有的优点。
如上所述，图3说明了本发明的一个特别重要的特点，对此下面将有更详细的讨论。不过，从图3可以看出，安装在支持台面8下面的各个磨刷/磨垫头22a、22b、22c都是以可相对于支持台8运动的方式安装的，使得磨刷/磨垫头22a、22b、22c从支持台面8下方伸出的深度可以独立地改变，从而可以跟踪如图3所示的被加工表面23的起伏。
这样，利用磨刷/磨垫头22a、22b、22c可以令人满意地加工即使是有起伏的表面23，从而即使在加工有起伏或其他不平坦的表面时也仍可保持使用多头设备的优点。
图4为了更详细地说明本发明实施例中所采用的一种独立安装结构，图中仅示出了一个电机21a和一个磨刷/磨垫头22a。
电机驱动轴24从电机21a向下方伸出，穿过支持台面8中的一个适当的开口，插入在一个驱动轴适配器25的母啮合部分中。电机驱动轴24最好是楔固在驱动轴适配器25中。
驱动轴适配器25有一个上方的圆柱部分26和一个具有六角形横截面的头部27。六角形头部27的底面是某种形式的圆滑倒角表面28，或者是凸面或部分球面，驱动轴适配器25中设有一个沿其纵轴延伸的芯孔29，电机驱动轴24即楔固在该芯孔内。
上述底面的形状将有助于让磨刷/磨垫头能以相对于支持台面8作稍有转动的运动，从而能更好地跟踪被加工表面的局部倾斜变化。
驱动轴适配器25的设计使其能被容纳在一个驱动板适配器30中，以与后者发生驱动性啮合。驱动板适配器30含有一个竖立的领部31，该领部的外表面为圆柱面，内部是一个横截面为六角形的芯孔，适配于驱动轴适配器25的头部27的六角形截面。领部31的芯孔的底部有一个圆柱形阱32，它确定了领部31的芯孔区域内的肩部33。
在阱32中插入了一个压缩弹簧34，其远离阱32的一端设有一个六角形接触板35，其具体形状例如是星形的或六角扇形的，当驱动轴适配器25插入到驱动板适配器30的领部31中时，其底面28将与接触板35相接触。
利用领部31的内表面和驱动轴适配器25的头部27各自的六角形或星形截面，驱动轴适配器25便能有效地楔入到驱动板适配器30中，驱动驱动板适配器30转动。驱动板适配器30连接在一个环形驱动板36上，后者上面又安装了一个环形的研磨垫37。这样，电机驱动轴24的旋转将带动研磨垫37旋转。
图5A、5B、5C进一步说明了本发明中每个磨刷/磨垫的弹性安装部件。在图5A中更详细地示出了图4的安装部件，只是图中没有示出电机21a和磨刷/磨垫台面8。图5A示出的情况是驱动轴适配器25已插入在领部31中，使得头部27的圆滑底面28与连在压缩弹簧34上的接触板35相接触。
如果已知通过磨刷头部件的作动器10施加了压力，则这个图将典型地示出安装部件中各个元件的位置。
图5B示出的内容与图5A的相同，只是这里的压缩弹簧34受到了较小的压力，被部分地压缩。压缩弹簧34的设计最好是在施加了适合于特定表面加工的压力时其长度将基本上被压缩为一半，并且，如将要看到的那样，当被加工表面有起伏时压缩弹簧34的压缩将使环形磨垫37相对于台面8向下运动。
图5C示出本发明的又一个特性，即当该设备被控制得要施加大的研磨压力时，压缩弹簧34的压缩将受到限制，即它在驱动板适配器30的阱32中的位置是受限制的。从图5C可以看出，在大压力下驱动轴适配器25将最大程度地伸入到领部31的芯孔中，这时六角形接触板35将碰到到阱32周围的领部31的内表面肩部33上。当压力进一步增大时，驱动轴适配器25所施加的压力将通过六角形接触板35直接传递到驱动板适配器30上，而弹簧34不会被进一步压缩。因此重要的是要让阱32的深度能对应于压缩弹簧34能达到并且不会被损坏的长度。
图6A是本发明表面加工头的安装部件的平面图，示出了驱动轴适配器25位于驱动板适配器30的领部31中的情况。
图中的锁紧线簧38(参见图6C)夹在驱动轴适配器25头部27的星形或六角扇形上部表面上的两个拐角上。
这样，驱动轴适配器25便被保持在驱动板适配器30的领部31中。
不过，锁紧线簧38是一个弹性元件，它能发生形变以进入或脱离领部31的芯孔。
锁紧线簧38上有一个抓手部分39，利用该抓手可以沿图6A中的箭头A拉出线簧。沿着箭头A的方向拉动线簧38将使它紧压在头部27侧壁上的两条腿沿着一条由头部27的星形横截面外壁所确定的路线向外运动，结果把线簧38的横向伸展部分从头部27的上部表面取出。图6A中的点划线示出了当线簧38被沿箭头A方向拉动时的释放位置。
图6B示出根据本发明一个实施例的一种特定的驱动板适配器30的截面图，其中示出在驱动板适配器30的领部31的外表面中开设了一对凹槽40。
图6C、6D和6E是上述锁紧线簧38的平面图和两个侧视图。
可以看出，当处于图6A所示的保持位置时，锁紧线簧38被容纳在凹槽40中，夹在头部27的上部表面的两个拐角部分上。然而，锁紧线簧38可以容易地在凹槽40中横向运动，从而实现上述的扩开线簧，使驱动轴适配器25从驱动板适配器30的领部31释放出来。
锁紧线簧38是本发明的一个特别有益的特点，它使得能容易地实现把驱动轴适配器25的头部27“快速装配”到驱动板适配器30的领部31中去，也可以在需要更换磨垫或磨刷等表面加工元件时容易地把头部27从领部31中取出。
现在转到图7、8、9，其中示出了一个平衡梁132，它通过枢轴133安装在一个枢轴支杆134的一端，支杆134的另一端连接在框架上。梁132还连接在作动器臂1上，其枢轴133的另一侧则连接在一个形式为气体抗压器15、137的平衡装置上，以平衡磨刷头的重量。梁132的另一端通过一个螺丝伸缩连杆136连接在磨刷头上，伸缩连杆的作用是调节对不同长度磨刷的平衡性，例如防止因磨刷对被加工面的挤压而造成的制动。
在平衡梁132与枢轴支杆134之间连接了一个电位计，用来测量磨刷的磨损。
磨刷头的另外支撑由磨刷头与主框架侧面之间的平行四边形连杆138提供，以保持磨刷平台的定位。
图中示出了一个驱动轮139通常在底盘或框架的每个拐角处都要有一个这样的驱动轮。
当磨刷被抬高或降低时，平衡装置活塞杆的运动路径由向下或向上的箭头A表示。当磨刷被作动器10向着被加工面下降时，平衡梁132将绕枢轴133转动，从而压缩气体抗压部件135、137。台面8因作动器1的伸长而向被加工面下降。然而随着台面8接近于被加工面，它对能加工面施加的压力将有利地被气体抗压部件135、137抵消。这个平衡作用是通过压缩气体抗压部件135、137来达到的，该部件有一个密封的气室135，从而能限制活塞元件137在气室135内的滑动程度，而且有利的是，这种限制是以弹性方式实现的。这样，活塞元件137与气室135之间的相对运动将因滑动程度的限制而可以有益地让一个可精确确定的低压力作用到磨刷头8上，所以气体抗压部件135、137的平衡作用将有效地减小作动器1通过台面8施加给加工表面的压力。
当除去了作动器1施加给台面8的压力时，也即当作动器1回缩并抬起台面8时，气室135内的压缩压力被释放，气体抗压部件135、137伸长。引入气室135中的气体量的选取使得伸长状态的气体抗压部件135、137能容易地把台面8支撑在这种抬起的位置上。
可以看出，气体抗压部件上135、137通过施加平衡力而提供了对磨刷头8重量的支撑力，并使作动器1通过台面8作用在被加工面上的净作用力特别能在零压力到对应于台面8重量的压力的范围内受到精确的控制。
图8是本发明另一个实施例的侧视图，其中与图7相同的元部件用相同的代号表示。
图8所示平衡机构的工作与图7的相似，当在作动器1的作用下台面8向被加工面降低时，气体抗压部件135a、137a将被压缩。
从图8可以看出，其中的平行四边形结构138a短于图7中，并且气体抗压部件135a、137a是通过平行四边形结构138a的下杆连接在该扫磨/清洗设备的框架部分与台面8之间的。可以看出，当台面8向着与被扫磨或清洗的表面相接触的方向运动时，平行四边形结构138a将沿顺时针方向转动，从而把活塞元件137a推进气体抗压部件的气室135a，而这个相对运动将随着气室135a中压力的增大而受到逐渐增大的阻力。图8所示气体抗压部件135a、137a所提供的这个平衡力使得作用在台面8上的净力特别能在零压力到对应于台面8重量的压力的范围内受到容易的控制。
现在转到图9，其中示出了本发明又一个实施例，图中与图7、图8相同的元部件用相同的代号表示。
图9实施例与图7、图8实施例的主要差别在于，磨刷或磨垫施加在表面上的所需净压力是在气体抗压部件135b、137b伸长时得到的，而不是在被压缩时得到的。同样，限制活塞元件137b伸长程度的是气室135b内的压力，这个压力起到了平衡作动器1所施加的力的作用。图9实施例的气体抗压部件135b、137b连接在清洗设备框架130的一个伸出的支架140与台面8的一个连接头141之间。从图9可以看出，当作动器使磨刷头部件向着被清洗表面下降时，气体抗压部件135b、137b将伸长，从气室135b中的压力变化来看这相当于受到了张力。反之，当磨刷头部件被从加工面抬起时，气室135b与活塞元件137b之间原先的相对运动在气室135b内产生的力将会帮助支撑清洗被加工面的磨刷头部件的重量。
对于这里所说明的各个实施例，对气体抗压部件作如下的设计将是有益的当磨刷头部件处于不工作状态时，即当磨刷头部件从被加工表面抬起时，气体抗压部件气室内的压力可以有选择地被改变为任何一个特定的值。
图10A-10H的电路可以用作本设备的控制系统，以提供对本发明所需的压力和速度的精密控制。它包括一些标准的集成电路，其中有编程的微控制器或微处理器U3，电源集成块(IC)U1、U4和U6，非消失性存储器U2和模数转换器U5。
由安装在清洗头中的压力电桥或应变仪所测得的压力信号被通过放大器U7和模数转换器(ADC)U5输入给微处理器U3。
输入给清洗机的外部开关状态通过缓存器JP2采样。
微处理器U3根据采样值和设定的系统变量进行适当的计算，通过MOS(金属氧化物半导体)FET(场效应管)Q5至Q8、继电器RLI至RL4、和缓存器JP1向各接触式继电器输出控制信号，以操作清洗机上的作动器。例如，当继电器RL4被激活时将给清洗头下降作动器施加365V的电压，当继电器RL3被激活时将为抬升清洗头提供36V的电压，而当继电器RL1被激活时则将禁止清洗机的驱动控制或牵引。当继电器RL2被激活时，将接通磨刷/磨垫电机。这一情况被编程得仅能在下述条件下发生实际的磨刷压力已被平衡为希望的磨刷压力，并且机器已经开动从而可防止磨刷在静止状态下在被加工面上划出痕迹。
缓存器JP1上的“SENSE(探测)”输入端探测清洗机是否已在运动。如果已在运动，则电路将禁止压力改变以避免损坏磨刷。
缓存器JP1上的“SPEED(速度)”输入端探测磨刷头是选择了高速还是低速。这一信息被传送给处理器U3，后者将把高速下的磨刷压力限制在一个预定范围内，以保护磨刷电机。
缓存器JP2向机器控制面板提供信号1，分别在LED(发光二极管)显示器上显示实际测得的压力及压力的设定值。
该电路可以有一些修改，例如可以加上一个电池监视器，它将有利地记录总的使用时间和监视电池的含电状态。在某些被编程在系统参数存储器U2中的预定条件下，磨刷将可自动地抬起。这些条件典型地可以是长时间的电池使用和/或低的电池含电量。出现这些条件时操作员必需把机器送回充电地点或更换电池，以保留电池的保险有效。
本发明的控制电路是可以十分精细地调节的，并能达到极为精密的磨刷头压力设定。
微控制器U3最好被编程得总是沿着磨刷头向下运动的方向来实现压力改变，这样将有利于设定精度。例如，如果操作员希望压力从100磅变为40磅，控制器将首先使压力跳到约20磅，然后再缓慢地增加压力直到所希望的40磅。这种方式可以克服机器的静磨擦。特别有益的做法是微控制器还采用了超前计算，使得微控制器能计算发生压力变化时的速度并进行适当的调整。
该电路最好还能监视外部的磨刷头抬升/下降开关，同时微处理器U3可被编程得能在决定是否实施某些操作时考虑到这个开关的状态。
图11示出根据本发明一个实施例的加工头驱动部件140的横截面，该部件含有一个电机141和一个相连的齿轮箱142。
电机中的驱动轴143提供齿轮箱142的转动输入，从齿轮箱142伸出的一个输出轴144提供该部件向设备的用来旋转清洗/研磨头的转动输出。
电机有一个平行于电机轴143延伸的外壳145，在电机外壳145靠近齿轮箱142的一端设有一个电机封板146。实际上，齿轮箱是用螺栓安装在电机封板146上的，使得齿轮箱142的输出轴144平行于电机轴143的纵轴。
齿轮箱142有一个从电机封板146伸出的外壳，其远离电机封板146的一端被一个齿轮箱封板147封盖，输出轴144通过该封板147伸出。
输入轴143与一个伸入到齿轮箱142中的根轴148相啮合，该根轴是被可旋转地固定的，其远离与输入轴143相啮合的部分的那一端被固定在齿轮箱封板147内表面中的一个定位槽149中。定位槽149提供了根轴148在齿轮箱内的可旋转安装。
根轴148上沿着轴长方向有两个齿轮。第一齿轮150位在根轴148靠近定位槽149的一端处，其直径稍小于根轴148的直径。第二齿轮151位在根轴148靠近电机封板146的一端，其直径大于根轴148的。
下面将会说明，根轴148上的第一齿轮150和第二齿轮151的设计为齿轮箱142中的齿轮布局提供了预定的齿数比。
输出轴144被可旋转地安装在齿轮箱中，可以看出，它延伸在分别靠近于电机封板146和齿轮箱封板147的两个轴承组之间。
与根轴148相同，输出轴144也带有两个沿其轴向分开的齿轮，其中一个齿轮152与根轴148上的第一齿轮150啮合，另一个齿轮153与根轴148上的第二齿轮151啮合。
输出轴144上的齿轮153的直径与根轴148上的第二齿轮151的相同，所以齿轮151与153的齿数比为1∶1。
输出轴144上的齿轮152的直径大于根轴148上的齿轮150的直径，实际上这两个齿轮的齿数比为5∶1。
上述的齿数比为在擦洗操作与研磨操作之间转换时提供了所需的减速，所以图11的齿轮箱是一个二速齿轮箱，可以看出，当通过齿轮对151、153来转动输出轴144时，后者的转速将与电机转速相同，例如1000rpm(每分钟转数)。然而当把齿轮箱转换成用齿轮对150和52来驱动输出轴144时，该齿轮对的齿数比5∶1将决定了输出轴的转速将减小为200rpm，从而对表面加工头元件的驱动转速也减小为200rpm。
上述两种转速分别适合于擦洗操作和研磨操作，于是只要对通过表面加工头元件施加给表面的压力进行适当的控制，本设备将能实现擦洗和研磨操作。
从图11还可看出，齿轮对151、153和150、152的安装使它们总是啮合着的，并且输出轴上的齿轮152和153的设计使得它们在电机工作时或者发生空转，或者可以通过爪式离合器154被有选择地控制得去驱动输出轴144。
爪式离合器154被一个作动器155驱动，可以沿着箭头A的方向上下来回移动，从而或者与齿轮152的一个面啮合，或者与齿轮153的一个面啮合。爪式离合器154有两个相对的带有一些齿轮槽156的表面，这些齿轮槽用来接纳形成在齿轮152、153的上述面上的一些齿轮凸起157。
在图11所示的位置状态中，爪式离合器154移到了与齿轮152的齿轮凸起相啮合的位置上，从而将以200rpm的转速驱动表面加工头元件。
作动器155由一个换档作动器组件158驱动，该组件最好由电磁线圈驱动，并可以带有线圈锁定装置，以便在一旦选定了输出轴144的特定转速之后可有益地防止爪式离合器的运动。
如前所述，将换档作动器组件158与一个控制装置相连将是有益的，利用该装置可以根据所选择的表面加工头部件压力来驱动换档组件158，以选择特定的齿数比；或者，可以根据所选的特定齿数比来实现或限制由所选加压装置所施加的压力。
图12-17说明根据本发明另一个方面的一个特定实施例的特性，它涉及到准备以可卸方式安装到前述从表面加工设备向下伸出的驱动元件上的实际表面加工装置。
实际上，通过图12-17所示实施例说明的本发明的这一方面涉及到例如本发明图4所示的驱动板安装部件的一个特别有优点的形式。
如图12所示，用于以可卸方式安装表面加工装置的附件200含有一个与一个外围环形支持板202做成一体的基本上为圆柱形的竖立中的部分204(仅在图13中示出)。
图12清楚地表明，中心部分204含有一个横截面为六角形的盲孔206，其底面具有下凹的形状。
附件200有一个下表面210，磨垫或磨刷等表面加工元件可以可卸或固定方式结合在该表面上。
从图13可清楚地看出，在形成于附件中心部分204中的盲孔206的下凹的底面208上又开有一个圆柱形盲孔212，从图12和13可以清楚地看到，盲孔212与主盲孔206和竖立的圆柱形中心部分204都是同轴的。
如下面将说明的，形成在下凹底面208中的较小的盲孔212是一个约束机构，用来接纳一个弹性元件，该弹性元件使得附件200与一个容纳在其盲孔206中的驱动元件之间可作弹性运动。
现在转到图14，其中示出了表面加工附件中心部分的平面图，该附件已经组装得能够以可卸方式安装到表面加工设备的驱动元件上。
图12与图14的主要区别是，在图14中已经用螺丝A把一个具有六角形中央开口的上保持板213固定在中央部分200的上表面上，并且已在其间夹了一个弹簧固紧夹214，该固紧夹可以沿图14中箭头B的方向运动。
从图14可以看出，弹簧固紧夹214的形状与图6A所示的弹簧夹38相同，其两条腿部214A和214B伸入在六角形盲孔206的两个相对区域中。
不过，弹簧固紧夹214的腿部214A、214B可以弹性方式沿中心部分204的径向向外变形，从而能让一个带有一个具有大小接近于盲孔206的六角形横截面的六角形驱动头的驱动元件插入。不过，当驱动元件的六角形驱动头已经进入到了盲孔内时，弹簧夹214的腿部214A、214B将回复到图14所示的位置，以在不需要驱动元件的六角形驱动器头运动时防止该运动。当需要取出驱动元件时，弹簧固紧夹214的腿部214A、214B可以沿竖立部分204的径向向外变形，以让驱动元件的六角形驱动头能被取出。
图15和16示出了一个这样的驱动元件216，它包括中央圆柱轴218和形成在其底端上的六角形驱动头220。
驱动头220的底面222具有稍微凸起的形状。
这一稍微凸起的表面222能有利地与图13所示盲孔206的稍有下凹的底面208相配合，允许驱动轴216与附件200之间能稍有转动。
最后转到图17，其中示出了图12-16所示各个元部件按组装情况布局的分解图。
可以看出，安装板213将由螺丝232固定在竖立中心圆柱部分204的上表面上，其间要夹以弹簧固紧夹214。
然后盲孔206就可以接纳驱动元件216的驱动头220，后者将被弹簧固紧夹214固定。
不过，在把驱动元件216插入到盲孔206内之前，要把一个压缩弹簧226同轴地放在盲孔206中，并使其下部容纳在图13所示的较小盲孔212内。当弹簧226被放入较小盲孔212中后，其上要放置一个啮合板224，然后再让啮合板224夹在弹簧226的上端与驱动元件216的驱动头的底面之间。
较小盲孔212的深度最好选择得能确定弹簧226将必需承受的最大压缩量，这是设置在表面加工元件的支持板的中央区域的盲孔中的弹簧约束机构的一个特别有优点的例子。
图17还示出了例如磨刷228这样的表面加工元件的情况，该加工元件从支持板202向下伸出，并可用安装螺丝230固定在该板上。
图12-17所示的本发明的另外特点并不局限于所示的各个特定细节，应该看到，可以设置任何合适的凹槽来接纳驱动元件，并且在这种凹槽上可以设有任何适当的接纳部分弹性元件的机构，当然，弹性元件也可以具有任何适当的形状。
例如，在图17中安装板213可以设计得能在两个位置之间转动，从而固定或松开驱动元件216。还有，虽然所示各元件的尺寸可以按需要确定，但竖立中心部分204的高度最好大于0.5英寸(1.27cm)。
应该看到，与图12-17所示的实施例一样，本发明的另外特点在下述方面是有优点的，这个方面是提供一种既能容易而合理地固定的，又能呈现出适当的弹性安装性质从而能独立于可能安装在同一表面加工设备上的任何其他表面加工装置的运动而跟踪被加工表面的任何起伏的表面加工装置。
应该看到，本发明的表面加工头设计可以在除了这里所说明的组合研磨/擦洗设备之外的任何表面加工设备中实施。
权利要求
1.一种表面加工设备，它包括一个表面加工头部件，该部件含有一个框架元件(7，8)和多个表面加工元件(22a、22b、22c)，这些表面加工元件沿着被加工表面的方向结合在框架元件上，其中上述多个表面加工元件(22a、22b、22c)中的每个元件都借助一个相应的带有一个弹性元件(34、35)的弹性安装部件以相对于上述框架元件被弹性地安装。
2.根据权利要求1的设备，它含有安装在框架元件(7、8)上的一些驱动装置(21a、21b、21c、24、25)，并且其中的表面加工元件(22a、22b、22c)有弹性地安装在驱动装置(21a、21b、21c、24、25)上。
3.根据权利要求1或2的设备，其中的弹性安装部件(34、35)含有一个压缩弹簧(34)。
4.根据权利要求3的设备，其中的压缩弹簧(34)被配置得当表面加工头(7、8)对被加工表面施加压力时其长度将被压缩到一半左右。
5.根据权利要求2的设备，其中的弹性元件(34)位在驱动装置(21a、21b、21c)的一个驱动轴(24)与一个表面加工元件驱动适配器装置(30)之间。
6.根据权利要求5的设备，其中有一个驱动电机轴适配器(25)以可驱动方式位于电机驱动轴(24)与弹性元件(34)之间。
7.根据权利要求6的设备，其中的表面加工驱动适配器(30)含有一个用来接纳驱动电机轴适配器(25)的一个端部(27)的空心柱状容室部分(31)。
8.根据权利要求7的设备，其中的弹性元件(34)位在空心柱状容室部分(31)内，其下上端分别与容室部分的底面和驱动电机轴适配器(25)的底面(28)相接触。
9.根据权利要求5、6、7、8中任一项的设备，其中弹性安装部件(34、35)被配置以使得它能根据通过表面加工头部件向被加工表面所施加的压力而有选择性地工作。
10.根据权利要求9的设备，其中的有选择性地工作是通过使弹性元件(34)在安装部件内运动从而进入或者离开它会受到通过表面加工头部件所施加的压力的增大和减小的影响的位置来达到的。
11.根据权利要求10的设备，其被配置以使得当通过表面加工头部件所施加的压力超过了某一阈值时弹性元件(34)将移离它可被变形的工作位置。
12.根据权利要求11的设备，其中的弹性安装部件含有一个带有一个约束机构(33)的容室(31)，该约束机构被配置以使得当表面加工头部件欲增大施加给被加工表面的压力时它将起到约束作用从而防止弹性元件(34)的进一步变形。
13.根据权利要求12的设备，其中的约束机构包括设置在弹性元件(34)邻近的一个肩部(31)。
14.根据权利要求13的设备，其中的约束机构包括设置在一个用来接纳弹性元件(34)的芯孔的周围的一个环形肩元件(31)。
15.根据权利要求14的设备，其中的弹性元件(34)在工作时与用来与驱动电机轴适配器(25)的底面(28)相接触的接触板(35)相关联
16.根据权利要求15的设备，其中被配置以通过接触板(35)与弹性元件接触的电机驱动轴适配器的底面(28)具有经过倒角的部分凸面或部分球面，这样的面形有助于容室元件(30)相对于驱动电机轴适配器(35)的转动运动。
17.根据权利要求5至16中任一项的设备，它含有一个弹性夹装置(38)，用来把驱动电机轴适配器(35)保持在容室(31)内。
18.根据权利要求17的设备，其中的驱动电机轴适配器(25)带有一个用来接纳弹性夹装置(38)的约束机构，并且驱动电机轴适配器(25)的横截面呈现出一些拐角区域，该约束机构即位在这些拐角区域处。
19.根据权利要求18的设备，其中在圆柱形容室部分(31)的侧壁中至少开设了一个开口(40)，该开口用来把弹性夹装置(38)导引到驱动电机轴适配器(25)的肩部(33)的区域中。
20.根据权利要求19的设备，其被配置以使得确定了圆柱形容室部分(31)的侧壁(31)的外表面至少对弹性夹装置(38)的一部分起到斜坡的作用，当弹性夹装置(38)的上述部分沿斜坡运动时，弹性夹装置将相对于驱动电机轴适配器(25)的中心向外变形，从而让适配器(25)可以从圆柱形容室部分(31)取出。
21.根据权利要求1-20中任一项的设备，它可以以可卸方式安装各种各样的表面加工元件，其中每种表面加工元件都有不同的表面加工特性。
22.根据权利要求21的设备，它含有用来有选择地改变表面加工头所施加的压力并能根据表面加工头装置的加工特性来改变上述压力的装置。
23.根据权利要求21或22的设备，它含有用来根据加工特性有选择地改变上述加工头部件被上述电机驱动的速度的装置。
24.根据权利要求23的设备，其中用来有选择地改变加工头部件被驱动的速度的装置包括可选择的多个齿轮部件，这些齿轮部件的齿数比根据所需的加工操作来确定。
25.根据权利要求24的设备，其中的齿轮部件包括多对始终啮合着的齿轮和用来选择其中一对齿轮来由上述齿轮箱传递驱动。
26.根据权利要求25的设备，其中用来选择上述一对齿轮的装置包括形式为爪式离合器的离合器装置。
27.根据权利要求26的设备，它包含用来控制齿轮箱换档的装置，该装置与用来选择通过表面加工头部件所施加的压力的装置相关联，使得齿轮箱的换档是根据所选的特定压力值是大于还是小于一具或几个阈值或是选择某些指定值来进行的。
28.根据权利要求1-27中任一项的设备，它包括一个含有起着悬挂装置作用的弹簧装置的作动器部件，该作动器部件包含用来把表面加工头部件压向被加工表面的装置和用来拉伸弹簧装置以设定表面加工头部件的压力的张力装置，并且其中的弹簧装置可以在一个连续范围内被张力装置有选择性地调节，以向被加工表面提供所需的压力。
29.根据要求1-27中任一项的设备，它包括一个用来抬升和降低表面加工头部件的作动器部件，该作动器部件安装在框架与表面加工头部件之间；该设备还包括连接在表面加工头部件上的装置，其被配置以使得至少可以部分地抵消通过表面加工头施加在被加工表面上的力，从而把表面加工头部件施加在被加工表面上的压力控制在一个从零压力到对应于表面加工头部件的重量的压力的范围内。
30.一种表面加工装置，它包括一个支持板(36)，该支持板的下表面上可结合一个表面加工元件(37)；上述支持板(36)有一个上表面，该上表面有一个带有设置在其中的一个凹槽(31)的中心区域，该凹槽用来接纳一个用来使装置旋转的驱动元件(25)；其中的凹槽(31)有一个用来接纳一个弹性元件(34)的机构(32)，以与驱动元件(25)相啮合。
31.根据权利要求30的装置，其中上述中心区域包括一个至少部分地确定了凹槽(31)的竖立区域(31)，并且其中凹槽(31)的深度与支持板(36)的厚度无关。
32.根据权利要求30或31的装置，其中上述用来接纳弹性元件的机构包括另一个凹槽(32)，该凹槽与设置在支持板(36)的中心区域处的上述凹槽(31)是同轴的。
33.根据权利要求32的装置，其中另一个凹槽(32)的深度用来确定弹性元件(34)的最大变形量。
34.根据权利要求32或33的装置，其中的弹性元件包括一个压缩弹簧(34)，其放置方式是其长度方向与上述另一个凹槽(32)相同轴。
35.根据权利要求30、31、32、33或34的装置，其中设置在支持板(36)的中心区域处的凹槽具有基本上为六角形的横截面，并被配置用来接纳驱动元件(25)的基本上为六角形的头部(27)。
36.根据权利要求30-35中任一项的装置，其中的弹性元件(34)与一个支座元件(35)相连，以与驱动元件(25)相接触。
37.根据权利要求35或36的装置，其中形成在上述中心区域中的凹槽的深度至少要略大于驱动元件(25)的头部(27)的高度。
38.根据权利要求37的装置，其中支持板(36)的上述中心区域被配置得使其能接纳一个弹簧固紧夹装置(38)，为了让驱动头(27)能够进入或脱离形成在上述中心区域中的凹槽，该弹簧固紧夹装置需要发生变形。
全文摘要
本发明提供一种表面加工设备,该设备包括一个表面加工头部件,该部件含有一个框架元件(7、8)和多个表面加工元件(22a、22b、22c),这些表面加工元件沿着被加工表面的方向结合在框架元件上,其中上述多个表面加工元件(22a、22b、22c)中的每个元件都借助于一个相应的带有一个弹性元件(34、35)的弹性安装部件以相对于上述框架元件有弹性的方式安装。本发明也能提供一种表面加工装置。该装置包括一个支持板(36),该支持板的下表面上可结合一个表面加工元件(37);上述支持板(36)有一个上表面,该上表面有一个带有设置在其中的一个凹槽(31)的中心区域,该凹槽用来接纳一个用来使装置旋转的驱动元件(25),其中的凹槽(31)有一个用来接纳一个弹性元件(34)的机构(32),以与驱动元件(25)相啮合。
文档编号A47L11/164GK1252702SQ9880418
公开日2000年5月10日 申请日期1998年3月19日 优先权日1997年3月24日
发明者威廉·安东尼·布里斯科 申请人:威廉·安东尼·布里斯科