专利名称：电磁机件保持系统的制作方法
技术领域：
本发明 一般地涉及机件保持系统，特别是电磁机件保持系统。
背景技术：
磁性机件保持系统经常在各种制造工艺一一例如焊接、机械加工、切 割和组装一一过程中用于保持磁性工件。通常，这种机件保持系统利用一 个或多个磁体将磁性工件固定于磁性机件保持系统的表面。 一些磁性机件 保持系统使用结合有致动机构的永磁体。该致动机构被构造为相对于永磁 体转换极靴以便调整磁场。
虽然在制造工艺过程中永磁体机件保持系统可以使磁性工件保持在机 件保持系统的表面，但仍需要更大的磁力。例如，制造工艺过程中即使小 的运动都可以导致损坏昂贵的工件或昂贵的工具。此外，永磁体不能产生 均匀的磁场，因此，磁性工件不能被牢固地保持在磁性机件保持系统的表 面。并且，7JC磁体的磁场强度不可调。
授予Barton的美国专利No.6489871 ('871专利)描述了一种牢固地 保持磁性工件的方法。'871专利描述了一种用于保持磁性工件的可选择的 电磁体。'871专利描述的设备所包括的电磁体可以在激励(activated)状 态和去激励(deactivated)状态之间转换。在激励状态，电磁体将磁场延 伸至磁性工件内。在去激励状态，磁场不延伸至磁性工件内。另外，'871 专利描述的设备产生的磁场可调并且可以被控制以便在整个机件保持系统 中提供一致的磁场。
虽然'871专利中的磁性机件保持系统提供能够改变磁场强度的可选择 电磁体，但是该电磁体不是单独地可选择的。所有的电磁体处于激励状态或者所有的电磁体处于去激励状态。并且，电磁体处于激励状态时所产生 的磁场对制造工艺产生不利的影响。例如，弧焊在电磁场存在时会出现已 知为"弧变形/电弧偏斜"的状况。弧变形可以导致过量的焊渣、不完全熔 化、焊缝气孔和不规则的焊缝。
本发明的机件保持系统旨在克服上述一个或多个缺点和/或本领域中 的其它问题。
发明内容
一方面，本发明涉及一种机件保持系统。该机件保持系统包括与支承 结构连接并且构造成将磁性工件固定于所述支承结构的多个电磁体。所迷
度选择性地调节一个或多个电磁体的激励状态的控制器。
另一方面，本发明涉及一种控制机件保持系统的方法。该方法包括选 择性地激励多个电磁体以将磁性工件保持于该机件保持系统。该方法还包 括确定作用于磁性工件上的工具的位置，并且基于该作用于磁性工件上的 工具相对于一个或多个电磁体位置的所述位置选择性地调节一个或多个电 磁体。
图l是一种示例性公开的制造系统的示意图； 图2是用于图1中示例性公开的制造系统的示例性公开机件保持系统 的示意图；以及
图3是执行图1中示例性公开的制造系统的示例性控制方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出制造系统100的示例性实施方式。制造系统100可以包括在 广泛的工业领域用于制造或改变结构、机器、工艺设备和/或其它硬件的各 种不同的工具。这些工业包括例如矿产业、建筑业、农业、发电、运输或
5本领域已知的其它工业。考虑制造系统100可以在任何环境中使用以保持 任何磁性工件。例如，制造系统100可以用于制造建筑业中使用的轮式装 载机的液压系统。如图l中的实施方式所示，制造系统100可以包括机件 保持系统110、制造设备130、第一电源120、第二电源122和控制器140。
如图1所示，机件保持系统110可以是电磁机件保持系统并且构造成 在各种不同的制造工艺过程中固定笫一磁性工件114和第二磁性工件115。 例如，磁性工件114和磁性工件115可以被机件保持系统110固定以用于 孤焊工艺。机件保持系统110可以包括表面元件116和多个用于将磁性工 件114、 115固定于表面元件116的电磁体112。每一个电磁体112都与切 口118相关联，并且可以至少部分地置于或不置于表面元件116内。考虑 各个电磁体112可以与表面元件116齐平，也可以不与表面元件116齐平。 如果各个电磁体112不与表面元件116齐平，则在各个电磁体112的顶部 和表面元件116之间存在间隙255。间隙255可以提供一团空气以便将每 一个电磁体112与制造工艺产生的任何热量隔离。
每一个电磁体112都可以是本领域已知的常规电磁体，并且可以与基 板215连接。^S41215可以由导电材料例如钢制成。基板215和表面元件 116可以共同提供结构支承以便将每一个电磁体112连接至机件保持系统 110。例如，可以使用本领域技术人员显见的任何其它方法将每一个电磁体 112螺栓接合、铆接、焊接或紧固至基板215。
每一个电磁体112都具有激励状态和去激励状态，并且控制器140可 以选择性地调节这些状态。在激励状态，电能从电源120流向电磁体112 并在每一个电磁体112周围产生磁场。在去激励状态，通过减慢或停止电 源120向每一个电磁体112的电流(电能流，电能的流动)使得磁场从激 励状态减弱或消除。考虑在减少或停止电流之前，向每一个电磁体112供 给的电能可以短时间反转。这种电流的反转有助于消除残留磁场。还考虑 可以选择性地调节每一个电磁体112的激励状态，并且只有在磁性工件 114、 115附近的电磁体被控制器140控制进入激励状态。
每一个电磁体112在激励状态产生的磁场可能足够强以便在弧焊工艺过程中导致弧变形。这样，在制造工艺的预定的接近范围(接近度，
proximity)内的每一个电磁体112可以被选择性地调节进入去激励状态。 或者，位于制造工艺预定接近范围以外的电磁体被控制进入激励状态以便 将磁性工件114、 115固定至表面元件116。考虑可以使用各种不同的方法 激励(activate)和去激励(deactivate)每一个电磁体112。例如，控制器 140可以使用直角坐标系并且相对于每一个电磁体112的已知位置追踪执 行自动制造工艺的弧焊机的轨迹。附加地或者可选择地，可以使得所述多 个电磁体112与传感器相关联从而检测各种参数的变化。下文将参照控制 器140对每一个电磁体112的激励状态的控制进行说明。
机件保持系统110还可以包括腹板220、开口 250、接地板240 (如图 2所示)和石更质止动件(hard st叩)330。腹板220可以由导电材料例如钢 制成。腹板220可以设置在表面元件116和基板215之间以便为机件保持 系统110提供结构刚性。
腹板220可以包括各种不同的开口 250。开口 250可以允许空气在表 面元件116和基板215之间流动从而通过对流冷却机件保持系统110。例 如，间隙255通过允许空气流在表面元件116和基昧215之间经过而有助 于对流。考虑可以在机件保持系统110中增设冷却装置以便通过强制对流 帮助冷却。例如，冷却装置可使用压缩空气或者^f吏用风扇通过开口 250抽 吸空气流从而通过强制对流帮助冷却。
接地板240可以与M 215或者机件保持系统110的任何其它导电部 分连接以将电流通过机件保持系统110引导至电源122。例如，电流可以 从电极头/电极尖端155通itj^ 215、腹板220、表面元件116和磁性工 件114传导。考虑可以省^地板240，弧焊工艺可通过连接于制造设备 130的第二电极(未示出)引导。
硬质止动件330可以通过基板215、腹板220和/或表面元件116连接 于机件保持系统110。硬质止动件330可以从表面元件116凸出并用于限 制磁性工件114的运动。另外，硬质止动件330还可以用于对准磁性工件 114。例如，磁性工件114可以靠着硬质止动件330定位从而相对于表面元件116对准磁性工件114以便用于制造工艺。
制造设备130可以包括与烀接、机械加工、切割和/或组装工艺相关联 的硬件。例如，制造设备130可以包括与弧焊、等离子切割相关联的硬件 或本领域技术人员已知的会受电磁场影响的任何其它硬件。在图1所示的 实施方式中，制造设备130可以是弧焊机并且可操作地连接于自动操纵臂 150从而执行自动弧焊工艺。
自动操纵臂150能够移动并操纵制造设备130的电极头155穿过空间。 自动操纵臂150可以包括各种不同的被构造成调节电极头155的位置的液 压和电子组件。并且，控制器140可以控制自动操纵臂150的运动。电极 头155可以用于使电流通过磁性工件114从而成型、连接、切割或者操纵 磁性工件114。考虑电极头155可以通过电线136接收来自电源122的电 流。另外，考虑制造设备130可以包括可消耗或者不可消耗的电极。本领 域的技术人员会意识到自动操纵臂150和电极头155可以体现为各种构造 并且可以包括可用于移动电极头155穿过空间的各种附加组件。考虑制造 设备130可以包括构造成操纵磁性工件114、 115的任何常规的设备。
电源120可以通过电源线121向机件保持系统IIO提供电能源。考虑 电源120可以提供各种不同的电能源，这些电能源可以是交流电或者直流 电。例如，电源120可以通过电源线142与控制器140连接以向其提供电 能。还考虑机件保持系统110和制造设备130可以连接至同一电源。
控制器140可以是用于控制和操作制造系统100的组件的单个微处理 器或者多个微处理器。许多商业可购得的微处理器可以被构造成执行控制 器140的功能。应当理解，控制器140可以容易地表现为能够控制许多操 作功能的总的微处理器。控制器140可以包括存储器、辅助存储装置、处 理器和用于运行应用程序的任何其它組件。其它各种不同的电路可以与控 制器140相关联，例如电源电路、信号调节电路和其它类型的电路。控制 器140可以通过才几件保持系统通信线路134与机件保持系统110通信并且 通过制造i殳备通信线路132与制造设备130通信。
在控制器140的存储器中可以储存与各种不同的系统^:有关的一个或多个图(map)。这些图中的每一个都可包括形式为表格、曲线图、公 式和/或其它合适形式的数据集。可以通过控制器140自动地或者手动地选 择和/或修改所述图以便影响制造设备130的运动或每一个电磁体112的激 励状态。例如， 一种这样的图，即控制图，可以包括预定的调整顺序。即， 控制器可以包括与电极头155的运动相关联的命令集。即，控制图可以被 储存在控制器140的存储器中并且可以包括用于特定焊接工艺的命令。所 述特定焊接工艺可以包含各种不同的信息集，例如磁性工件114、 115的尺 寸和相对于才几件保持装置110的位置。另外，控制器140还可以包括位置 图。所述位置图可以包括每一个电磁体112的相对位置，即该位置图可以 包括布置在机件保持系统110内的每一个电磁体112的位置。
控制器140可以构造成选择性地调节每一个电磁体112的激励状态。 例如，在磁性工件114、 115被相对于机件保持系统110定位后，控制器 140可以激励一个或多个电磁体112。当将磁性工件114、 115固定至机件 保持系统110时，控制器140可以控制制造工艺的操作。在该示例中，控 制器140可以控制弧焊工艺或材料去除工艺从第一位置370到第二位置 371的操作。即，当将磁性工件114、 115焊接在一起时，控制器140可以 控制电极头155从第一位置370到第二位置371焊接磁性工件114、 115。
通过使用坐标系并对照位置图比较控制图内的命令，控制器140能够 判定电极头155到第一电磁体380的预定接近范围内的一位置的运动。当 做出这一判定时，控制器140可以控制第一电i兹体380进入去激励状态。 在去激励状态时，第一电磁体380不会产生强磁场，因此不会对弧焊过程 产生不利的影响。当电极头155移出第一电磁体380的预定接近范围并进 入第二电磁体381的预定接近范围时，第一电磁体380可被控制it^激励 状态而第二电磁体381被控制1去激励状态。
附加地和/或可选择地，机件保持系统IIO可以包括与所述多个电磁体 112相关联的传感器。这些传感器可以构造成检测表示工具位置的参数的 变化，例如温度的变化。即，温度传感器375可以与每一个电磁体112相 关联并且产生基于与弧焊工艺有关的温度改变的信号，并且可以放置在每艺在焊接时产生热量，当 电极头155进入该预定接近范围内时，温度传感器375可以检测到温度快 速上升。考虑温度传感器375可以少于电磁体112，例如一个温度传感器 375可以与一个以上的电磁体112相关联。还考虑控制器140可以基于来 自一个温度传感器的信号调节多个电磁体112的激励状态，反之亦然。
温度传感器375产生的信号可以被引导至控制器140。控制器140可 以基于该信号确定孤焊过程已经iiA预定的接近范围内。在确定弧焊过程 已经进入预定的接近范围后，控制器140可以选择性地去激励每一个与温 度传感器375相关联的电磁体112。同样，当电极头155移离温度传感器 375时，温度降低，然后温度传感器375产生表示温度降低的信号。接收 到表示温度降低的信号后，控制器140可以控制每一个与温度传感器375 相关联的电磁体112进入激励状态。考虑控制器140可以与自动制造工艺 结合地使用图并且可以与自动制造工艺或手动制造工艺结合地使用温度传 感器375。还考虑，机件保持系统110可以被固定至例如桌子、工作台或 者其它较稳定的结构，或者可以被固定至移动结构例如自动臂。
图2示出与自动操纵臂200连接的机件保持系统110。自动操纵臂200 可以构造成移动机件保持系统110并操纵磁性工件114 (图1)穿过空间。 考虑自动操纵臂200可以相对于电极头155 (图1)移动磁性工件114，或 者自动操纵臂200和电极头都相对于固定参照点移动。
如上述对制造设备130的说明，自动操纵臂200可以包括各种液压和 电子組件并且可以被控制器140控制以便移动机件保持系统110。除了图1 中所示的组件，机件保持系统110还可以包括其它各种不同的组件。特别 地，机件保持系统110可以包括液体冷却装置230。
液体冷却装置230可以设置在电绝缘体(未示出)和机件保持系统110 之间。该电绝缘体可以由热塑性材料构成并且可以对弧焊过程产生的高温 敏感。液体冷却装置230可以构造成冷却电绝缘体并且可以包括各种不同 的去除热量的组件。例如，液体冷却装置230可以通过叶片(未示出)循 环水以便从机件保持系统110除去热量。考虑各种不同的装置可以构造成冷却机件保持系统110和/或自动操纵臂200,或者可以省略液体冷却装置 230。
考虑附加地或者可选择地，制造设备130可以体现为用于其它各种不 同的制造工艺的各种不同的工具。这些制造工艺可以包括焊接、机械加工、 切割、组装或者本领域已知的任何其它制造工艺。例如，电极头155可以 被用于机械加工工艺的钻头(cutting bit)替代。在该示例中，电磁体112 可以如上所述从激励状态转换至去激励状态从而使得磁场不会对机械加工 工艺产生不利的影响。具体地，电磁体112可以被转换至去激励状态从而 磁性工件114、 115不会在机械加工过程中收集碎屑。另外，可以设置冷却 装置230，该冷却装置可以除去与机械加工过程中产生的摩擦有关的热量。
工业适用性
制造系统100可以在广泛的工业领域用于制造或者改变结构、机器、 设备和/或其它硬件或工件。这些工业包括例如矿产业、建筑业、农业、发 电、运输或本领域已知的任何其它工业。考虑制造系统100可以在任何环 境中使用以保持任何磁性元件。例如，制造系统100可以用于制造建筑业 中使用的轮式装载机的液压系统。
另外，本发明的方法和设备可以用于任何环境中保持任何磁性工件。 例如，本发明的方法和设备可以用于磁场对其产生不利影响的工艺过程。 如上所述，机件保持系统110可以使用一个或多个电磁体112，这些电磁 体构造成被控制器140在至少两个激励状态之间单独地激励。每一个被控 制进入激励状态的电磁体112可以产生磁场以便将磁性工件114保持在表 面元件116上。相反，当被控制进入去激励状态时，每一个电磁体112不 产生电磁场，由此，不会干涉弧焊工艺或者其它制造工艺。这种设备和方 法可以提供改进的制造工艺，下面相对于方法400解释所述制造工艺的操 作。
参考图3，从每一个电磁体112处于去激励状态开始，磁性工件114 被定位在机件保持系统IIO上。对于该示例，机件保持系统110可以是工作台。在该实施方式中，磁性工件114可以靠着硬质止动件330被定位在 工作台上。 一旦磁性工件114保持在合适的位置，每一个电磁体112被控 制器140控制进入激励状态(步骤405 )。在电磁体112被控制进入激励 状态后，制造工艺开始，在该示例中，所述制造工艺可以是弧焊。考虑只 有处于磁性工件114、 115的接近范围内的电磁体112被激励。另外，没有 位于磁性工件114、 115的接近范围内的电磁体112保持处于去激励状态。
当弧焊过程开始时，控制器140可以控制电极头155相对于工作台和 磁性工件114的运动。当电极头155进入每一个被激励的电磁体112的接 近范围内时，每一个电磁体112被控制进入去激励状态。例如，参照图3， 当电极头155ii7v笫一电磁体380的接近范围内时，第一电磁体380可以 被控制进入去激励状态直到电极头155离开第一电磁体380的接近范围。
控制器140可以被编程以便焊接通过一个或多个电磁体112固定至机 件保持系统110上的各种不同的磁性工件。可以从储存在控制器140的存 储器中的一个或多个图中读取焊接命令。控制器140可以控制制造设备130 从第一位置370到笫二位置371 (参见图1)的运动(步骤410)。为了控 制制造设备130的运动，可以使用坐标系。除了 (使用坐标系)移动电极 头155，控制器140还可以使用该坐标系确定电极头155相对于每一个电 磁体112的位置(步骤415)。特别地，当控制器140确定电极头155处 于一个或多个电磁体112的接近范围内时，控制器140可以控制各电磁体 112进入去激励状态。例如，当电极头155从第一位置370移动至第二位 置371时，电极头会进入第一电磁体380和第二电磁体381的接近范围。
当控制器140确定电极头155处于第一电磁体380和/或第二电磁体 381的接近范围内时，控制器140可以选择性地将第一和/或第二电磁体 380、 381转换至去激励状态(步骤420)。当处于去激励状态时，第一和/ 或第二电磁体380、 381不会产生磁场并且，由此，不会对焊接过程产生不 利影响。当控制器140控制电极头155运动出与笫一和/或第二电磁体380、 381的接近范围后，可以再激励第一和/或第二电磁体380、 381(步骤430 )。 即，第一和/或第二电磁体380、 381可以被控制回到激励状态。考虑控制器140可以选择性地激励和去激励任何数量的受电极头155影响的电磁体 112。当电极头155移动越过^兹性工件114、 115时，这种去激励可以连续 地发生。另外，当电极头155在磁性工件114、 115上作业时，多个电磁体 112或者全部可能受影响的电磁体112被去激励。对于每一种情况，控制 器140将保留足够的被激励的电磁体从而使得磁性工件114、 115保持充分 地固定于机件保持系统110。还考虑机件保持系统110可以与图2所示的 自动操纵臂200结合。控制器140可以控制自动操纵臂200以便相对于另 一个机件保持系统110或者相对于电极头155移动机件保持系统110和连 接的磁性工件。
如本文所述，控制器140可以选择性地激励和选择性地去激励每一个 电磁体112。考虑改变电磁体112的激励状态可以包括减小磁场强度、反 转磁场极性或者完全消除磁场。由于控制器140可以选择性地调节每一个 电磁体112的激励状态，因此避免了各个电磁体112产生的磁场导致的对 制造工艺的不利影响。例如，本发明的方法和^1备可以减少或者消除弧焊 过程中的弧变形。这种弧变形的减少或消除可以减少过量的焊渣、不完全 熔化和焊缝气孔。
本领域的技术人员将会显见，在不脱离本发明的范围的情况下，可以 对本发明的机件保持系统进行各种修改和变型。通过考虑本说明书和本文 公开的机件保持系统的实践，其它修改对本领域的技术人员是显而易见的。
本说明书和示例应理解为仅是示例性的，后附的权利要求及其等同物限定 本发明的真正范围。
权利要求
1.一种机件保持系统，包括与支承结构连接并且构造成将磁性工件固定于所述支承结构的多个电磁体；和构造成基于与在该磁性工件上正在进行的作业的接近度选择性地调节一个或多个电磁体的激励状态的控制器。
2. 根据权利要求l所述的机件保持系统，其特征在于，对所述一个 或多个电磁体的激励状态的所述选择性调节包括减少流向所述一个或多个 电磁体的电流。
3. 根据权利要求l所述的机件保持系统，其特征在于，对所述一个 或多个电磁体的激励状态的所述选择性调节包括消除流向所述一个或多个 电f兹体的电流。
4. 根据权利要求l所述的机件保持系统，其特征在于，对所述一个 或多个电磁体的激励状态的所述选择性调节包括减少流向所述一个或多个 电磁体的电流从而使得电磁场不会影响正在进行的作业，然后增加流向所 述一个或多个电磁体的电流。
5. 根据权利要求l所述的机件保持系统，其特征在于，对所述一个 或多个电磁体的激励状态的所述选择性调节基于一被检测的条件，并且所 述被检测的条件与在磁性工件上正在进行的作业相关联。
6. 根据权利要求5所述的机件保持系统，其特征在于，所述被检测器检测的温度的改变。
7. —种控制机件保持系统的方法，包括基于作用于该磁性工件的工具相对于一个或多个电磁体位置的位置选 择性地调节所迷一个或多个电磁体。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述多个用以保持磁性工件的电磁体。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述一个或多个电 磁体的激励状态的所述选择性调节包括减少流向所述一个或多个电》兹体的 电流。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述一个或多个电磁叫中的预定的调节顺序，
全文摘要
本发明涉及一种机件保持系统。该机件保持系统可包括多个与支承结构连接并且构造成将磁性工件固定至所述支承结构的电磁体。所述机件保持系统还包括控制器，该控制器构造成基于在该磁性工件上正在进行的作业的接近范围选择性地调节一个或多个电磁体的激励状态。
文档编号H01F7/20GK101593600SQ20091013401
公开日2009年12月2日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者F·马蒂内迪茨, H·王, K·A·赫尔曼 申请人:卡特彼勒公司