CN109673154B - 在面罩生产过程中缠绕系带的方法和*** - Google Patents

在面罩生产过程中缠绕系带的方法和*** Download PDF

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Abstract

一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的面罩主体缠绕的自动化***和方法。所述面罩被取向为使得每个面罩具有沿生产线的传送方向从主体延伸出的前系带对和后系带对。在生产线中的缠绕站处，所述主体接下来被自动机械臂的夹持装置夹持。该机械臂沿着传送方向被驱动，同时相对于穿过所述主体的旋转轴线旋转该夹持装置和主体，以使得前系带对和后系带对绕所述主体缠绕。该机械臂接下来将带有缠绕的系带的面罩放置在传送机上。

Description

在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***
技术领域
本发明大体涉及保护面罩比如手术面罩领域，更具体地涉及在此种面罩的生产线中缠绕附接至每一个面罩的头部紧固系带的方法和***。
相关申请族
本申请的主题涉及以下同时提交的PCT申请(所有申请均指美国申请)：
a.代理人案卷号:64984235PCT01(HAY-3161-PCT)；国际申请号：PCT/2017/ 047051；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***”。
b.代理人案卷号:64984283PCT01(HAY-3162-PCT)；国际申请号：PCT/2017/ 047053；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***”。
c.代理人案卷号:64984309PCT01(HAY-3163-PCT)；国际申请号：PCT/2017/ 047054；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***”。
d.代理人案卷号:64984315PCT01(HAY-3164-PCT)；国际申请号：PCT/2017/ 047055；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***”。
e.代理人案卷号:64984289PCT01(HAY-3165-PCT)；国际申请号：PCT/2017/ 047057；题目为“在面罩生产过程中缠绕系带的方法和***”。
上述引用的申请通过援引并入本文以实现所有目的。引用的申请中描述的主题的特征和方面的任何组合可以与本申请的实施方案组合以形成本发明的其它实施方案。
背景技术
目前已知多种构造的一次性过滤式面罩或呼吸器，并有多种名字，包括“面罩”、“呼吸器”、“过滤式面部呼吸器”、“手术面罩”等。为本公开的目的，这样的装置在本文中通称为“面罩”
在自然灾害或其它灾难性事件期间，为救护工作者、救援抢险人员及一般民众供应防护面罩的能力是至关重要的。例如，在流行病爆发期间，使用能够过滤呼吸空气的面罩是应对此类事件并使情况好转的关键。因此，政府和其它市政机关通常会保持一定的面罩储备量，以应对突发紧急事件。然而，面罩有规定的保存期限，库存必须处于持续监管下，以防面罩过期并及时补给。这是一项非常昂贵的工作。
最近，已经开始调查是否可以在流行病或其它灾害期间不依赖库存而基于“按需”大批量生产面罩。例如在2013年，隶属美国卫生与公共服务部准备与响应助理卿办公室的生物医学高级研究与开发局(BARDA)估计美国在流行病爆发期间，所需面罩量达1亿个，并计划研究能否通过每日批量生产150万到200万个面罩来满足该需要，并避免面罩囤积。这意味着每分钟生产约1500个面罩。由于技术和设备的限制，现有的面罩生产线每分钟只能生产100个面罩，远未达到预期目标。因此，如果想把在流行病期间“按需”生产面罩的目标变成现实，则需要在制造和生产过程中取得进步。
褶皱面罩的某些构造包括结合到矩形主体的顶部边缘和底部边缘的头部紧固系带。例如，传统手术面罩可具有3.75英寸×7英寸的褶皱矩形主体，其居中地位于32英寸的系带上，该系带沿着该主体的顶部边缘和底部边缘(长边)结合至该主体上。在生产线的加工方向上，这些系带限定了前系带组和后系带组。在将单个面罩传送至包装站之前，通常期望将系带绕面罩主体缠绕。但是，目前用于缠绕系带的手工方法和自动化方法相对较慢。为了按照上文所述产量大批量地生产面罩，有必要在维持生产线的高生产速度的同时将系带绕面罩主体缠绕。
本发明强调了这种需求并且提供了在面罩生产线中将头部紧固系带绕面罩主体进行高速缠绕的方法和相关***。
发明内容
本发明的目的和优点将在下文说明书中提及，或者将从说明书中显而易见，或者可从本发明的实施中了解。
根据本发明的方面，提供了一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的面罩的主体缠绕的自动化方法。该方法包括在生产线中的任意形式的传统传送机上以一定取向传送面罩，使得每个面罩具有从主体沿生产线的传送方向延伸出的前系带对和后系带对。在生产线中的缠绕站处，面罩主体接下来被构造在自动机械臂的端部处的夹持装置夹持。该机械臂沿传送方向被驱动，同时使夹持装置和主体相对于穿过主体的旋转轴线同步旋转以使得前系带对和后系带对绕主体缠绕。在其行进路径的结束处，在将前系带对和后系带对绕主体缠绕之后，机械臂将面罩放置在传送机上。
在特定实施例中，该方法包括随着面罩沿着传送方向继续传送将前系带对拉到主体下方，使得在通过位于机械臂的端部处的夹持装置夹持主体之前或过程中使前系带对缠绕(例如折叠)在主体下方。这个功能可通过设置在传送机的第一部段与传送机的第二部段之间的间隙内的抽吸装置完成，其中所述主体从传送机的第一部段传送至机械臂，并且在前系带对和后系带对已经绕主体缠绕之后被所述机械臂放到传送机的第二部段上。
机械臂可采用多个铰接部段以多种方式构造，该铰接部段受控以使所述机械臂在起始位置处下降至所述传送机、通过夹持装置夹持主体、将所述主体抬高至所述传送机上方、在旋转所述夹持装置的同时沿传送方向行进以及将面罩降回至所述传送机。机械臂的每个部段(包括夹持装置)可由对应的伺服电机控制，其中该伺服电机与机械臂控制器连通并且受其控制。
在特定实施例中，机械臂轨道在传送方向上沿轨道传送。例如，机械臂可被电机和与所述机械臂接合的丝杠沿着轨道驱动。电机使该轴沿第一方向转动以沿着传送方向驱动机械臂，并且使该轴沿相反方向转动以将机械臂旋转至起始位置。
在特定实施例中，机械臂将主体沿弧形路径从机械臂相对于传送机的起始位置移至终止位置，其中该弧长足以在将面罩放回至传送机上之前允许系带绕面罩主体进行期望次数的缠绕。
机械臂的致动可例如由传感器控制，该传感器被设置成刚好在主体到达臂或传送机内构造臂的间隙之前检测面罩主体的前边缘。定时也可基于面罩在传送机上的间隔和传送速度而预先设定。
除了改进分配过程并且使得面罩的佩戴更加容易，单独缠绕的面具用于更加紧凑的分配盒。当系带不是单独缠绕时，该分配盒和箱需要明显更大以容置一堆系带。
本发明也包括根据如本文描述和支持的本方法的在自动化生产线中绕面罩主体缠绕紧固系带的各个***实施例。
本发明的其它特征和方面在下文进行更加详细的描述。
附图说明
本说明书的其余部分更具体地阐述了针对本领域普通技术人员的本发明包括其最佳模式的完整且可行的公开，其参考附图，其中：
图1是用户佩戴的传统面罩的立体图，该面罩包括上头部紧固系带和下头部紧固系带；
图2是用户佩戴的另一传统面罩的立体图，该面罩包括上头部紧固系带和下头部紧固系带；
图3a和图3b是部分面罩生产线的俯视图，其包括本发明中绕面罩的主体切割和缠绕前系带和后系带的方面；
图4a至图4c是随着面罩沿着传送方向继续移动通过生产线在面罩主体下方绘出的前系带的连续视图；
图5a和图5b是示出了根据本发明的实施例的前系带和后系带绕面罩主体缠绕的俯视连续视图；和
图6a至图6c是示出了根据本发明的实施例的前系带和后系带绕面罩主体缠绕的侧面连续视图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的各个实施例，下文示出了其一个或多个示例。所提供的每个实施例用以对本发明进行解释而非对发明进行限制。事实上，对于本领域技术人员显而易见的是在不脱离本发明的范围或精神的条件下可对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分所示出和描述的特征可用于另一个实施例以形成再一个实施例。由此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书范围内的此种修改和变型以及它们的等同方案。
如上所述，本方法和***涉及以支持生产线中高面罩产量的自动化方法将紧固系带绕面罩主体进行缠绕。上游和下游面罩生产步骤不是本发明的限制内容，因此在本文中不做详细解释。
本发明还涉及或提及了通过生产线传送或传输面罩的某些部件。应易于理解的是，物料传送机(例如旋转传送机和线式传送机)、物料放置机(例如真空吸盘放置机)和传送装置中的任意方式和结合在物料传送行业中是众所周知的并且可用于本文描述的目的。没有必要为了理解和评价本方法而对这些众所周知的装置和***进行详细解释。
具有成对的头部紧固系带的面罩的各种类型和构造是众所周知的，包括扁平褶皱面罩和袋形(例如“鸭嘴形”)面罩，下文对两者进行了简单描述。本发明能够应用于这些传统面罩以及任意其它类型面罩的生产线，其中为了后续包装、分配、佩戴或任意其它原因而将头部紧固系带绕面罩主体进行缠绕是有利的。仅为了说明性目的，本方法的方面在本文中参考如图1所示的特定类型的扁平褶皱面罩进行描述。
参考图1，在佩戴者12的面部上示出了代表性扁平褶皱面罩10。该面罩10包括借助于一对上系带16和一对下系带18固定至佩戴者12的过滤主体14。这些系带可由通过已知的传统工具沿着主体14的侧向边缘20附接的连续带所限定。在替代实施例中，该成对的系带16、18可沿着主体的顶部和底部边缘22附接，或者可被附接至主体14的圆角的单个构件所限定。
图2示出了鸭嘴形面罩11，其在被佩戴于佩戴者12的面部上时大致呈杯形或锥形，由此提供了制成锥形面罩的“离开面部”的优点，同时对于佩戴者12而言仍然易于在使用前将面罩11携带于包内。“离开面部”式面罩相较于与佩戴者面部大部分接触的柔软褶皱的面罩而言，提供了更大的呼吸腔室。由此，“离开面部”式面罩允许更加凉爽和顺畅的呼吸。通过这种方式，成对的系带16、18可如上文所述参考图1的面罩10被附接。
图3a示出了一部分面罩生产线100，其中多个面罩主体116在传送机104上沿传送方向106移动。主体116通过沿所述主体116的每个相对侧边的连续系带117连接。此连续系带117在上游工序中施加至主体116的侧边。该系带117和主体116被传送通过切割站121，在切割站121中刀片或其它切割装置切割主体116之间的连续系带117。通过这种方式，每个面罩114接下来包括主体116和相对于面罩114的传送方向106的前系带118对以及后系带120对。单个系带118、120的长度是切割站121上游的主体116之间间距的函数。
图3b示出了传送机104上位于图3a的切割站121下游的面罩114。包括主体116和前系带118以及后系带120的单个面罩114沿传送方向106连续传送至自动缠绕站122，如下文更加详细描述。面罩114从缠绕站122中出来，此时前系带118对和后系带120对邻近于主体116的侧边绕主体116缠绕一次或多次。面罩114从此处可被传送至下游包装站138(图5a-图5c)。
在替代传统褶皱面罩114的实施例中，系带118、120沿着面罩主体116的上(鼻部)边缘和下(下巴)边缘被附接，由此相对于主体116的较长方向具有最初水平的取向。本发明的用于缠绕系带的方法和***也能应用于这些类型的面罩114。通过这种类型的面罩114，系带可以在面罩114到达缠绕站122之前初始转动或定向，从而系带相对于主体具有与在图3b中示出的面罩114和系带118、120相同的取向。替代地，系带118、120无需重新定向，而是可围绕主体116的较长方向缠绕。因此应当理解的是，本方法和***不限于系带118、120相对于面罩主体116的任何特定形式或附接。
图3b还示出了位于缠绕站122下游的设置站123，其用于在缠绕系带118、120内设置褶痕，以确保该系带不会在包装过程中以及在摘下和佩戴该面罩114时过早地散开/解开。这可例如通过使具有缠绕系带的面罩114通过压缩传送机构的压辊之间或夹具之间来完成，其能够在折叠的系带118、120中形成褶痕或卷曲。
图3b还示出了位于缠绕站处或缠绕站上游的选用装置134，以随着面罩114沿传送方向106继续传送而在最初将前系带118对拉到面罩主体116的下方。这项功能并非在本发明的所有实施例中均需要并且在下文进行了更加全面的描述。
图4a至图4c示出了装置134的实施例，以随着面罩114沿传送方向106继续传送而在最初将前系带118对拉到面罩主体116的下方。该传送机104包括第一部段108和第二部段110，在部段108、110之间限定出间隙112。抽吸装置124在间隙112中设置在传送机104的传送平面的下方。抽吸装置124通过控制/抽吸管线125抽真空。如在后续图中示出，随着前系带118对趋近于间隙112，它们被向下拉入抽吸装置124内，同时主体116继续移动通过间隙112并且移至传送机104的第二部段110上。随着主体116沿着传送方向106继续移动，前系带118对被拉出抽吸装置124，并且由此被折叠(部分缠绕)在主体116之下，如图4c所示。抽吸装置124可被控制为基本连续地抽取足以将系带118拉入的真空，还允许系带118随着主体继续移动通过间隙112而被随之撤出。在替代实施例中，该抽吸装置可被控制为仅间歇地施加真空以在初始将前系带118拉入，其中在主体116移动通过间隙112时该真空被释放。
如果在图4a至图4c中示出的装置134用于在进一步缠绕系带118、120之前将前系带118折叠在主体116的下方，那么接下来具有折叠在其主体116下方的前系带118对的面罩通过第二传送机部段110被传送至缠绕站122，其中所述主体116相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转以使前系带118对和后系带129对绕主体116进一步缠绕，如下文更加全面的描述。
应理解，用于将前系带118对拉至主体116下方的装置134并不限于上文描述的实施例。替代实施例可仅依赖于重力，其中前系带118对落入间隙112中。在替代实施例中，可在间隙中设置机械装置，比如机械抓手或摩擦滚轮，以在系带118落入间隙112时与其接合。
在缠绕站122处，主体116如下文所述相对于穿过主体116的旋转轴线133旋转以使前系带118对和后系带120对绕主体116进一步缠绕。该方法的此旋转方面根据系带长度和期望缠绕次数使得系带118、120部分或多次缠绕。
参见图5a-图5b和图6a-图6c，示出了采用自动机械臂132在缠绕站122(图3b)处实施缠绕工艺的方法和***100的实施例。面罩114在传送机104上沿传送方向106传送，前系带118对和后系带120对的取向如图所示。采用这个实施例，前系带118对尚未被预先折叠在主体116的下方。在传送机104中限定出间隙112，随着主体116被传送至机械臂132，前系带118将落入(或者通过如图4a-图4c的抽吸装置被吸入)间隙112中。通过这个方式，在夹持装置126最初抓取和旋转时，前系带18对被部分折叠或缠绕在主体116下方。
在示出的实施例中，该机械臂132由多个铰接部段136构成，这些铰接部段136通过单轴或万向节142相对于相邻对应部段铰接。该部段136和万向节142的数量可根据各种因素在本发明的范围和精神内变化，该因素比如为机械臂132的期望移动范围、机械臂132的工作路径的高度变化、机械臂132相对于传送机104的位置等。
在图5a和图6a中，机械臂在间隙112内位于最初起始位置，夹持装置126被构造位于机械臂132的端部。随着面罩主体116被驱动进入间隙112，其通常在大致邻近于主体116的中间位置处被夹持装置126抓住。该夹持位置限定了主体116的旋转轴线133。
与夹持功能大致同步进行，该机械臂132在间隙112内在传送机104的旁边沿传送方向106被驱动。同步地，夹持装置126相对于轴线133旋转，由此引起前系带118对和后系带120对绕主体116缠绕，如图5b和图6b所示。在其行进路径的结束处，在将前系带对118和后系带对120绕主体116缠绕期望的缠绕次数之后，机械臂132将面罩114放置在传送机104上，如图6c所示。
如上所述，机械臂132可采用多个铰接部段136以多种方式构造，该铰接部段136被用于机械臂132的适用加工控制器(图中未示出)控制以：在起始位置处下降至传送机104；用夹持装置126夹持主体116；将主体116升高到传送机104上方；在旋转夹持装置126的同时沿传送方向106行进以及将缠绕系带118、120的面罩114降回到传送机104上。每个铰接部段136(包括夹持装置126)可由对应的伺服电机控制，其中该伺服电机与机械臂控制器连通并且受其控制。
在示出的实施例中，机械臂132沿设置在间隙112中的轨道131在传送方向106上传送。例如，机械臂132可沿着轨道131被电机129驱动，该电机129通过控制管线144控制使丝杠130旋转。机械臂132在其基座处包括与丝杠130接合的齿轮。由此，电机129使轴130沿第一方向转动以沿传送方向驱动机械臂132，并且沿相反方向转动该轴130以使机械臂132返回至起始位置。
如图6b所示，机械臂132(包括夹持装置126)使主体116沿弧形路径140从图6a的起始位置移动至图6c的最终或终止位置，其中该弧形140具有足够的高度和长度以在将面罩114放回至传送机104上之前允许系带118、120绕面罩主体116进行期望次数的缠绕。
机械臂132的致动可例如由传感器控制，该传感器被设置成恰好在主体116到达臂132或构造臂132的传送机104内的间隙112之前检测面罩主体116的前边缘。致动也可基于面罩114在传送机104上的间隔和传送速度而预先设定。
以上特别示出和描述的材料并不意味着限制，而是用于示出和教导本发明主题的各种示例性实施方式。如所附权利要求书所述，本发明的范围包括本文所讨论的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员将想到的这些变化和修改。

Claims (14)

1.一种在面罩生产线中将紧固系带绕连续生产的面罩的主体缠绕的自动化方法，包括：
在生产线中的传送机上以一定取向传送所述面罩，使得每个面罩都具有沿生产线的传送方向从主体延伸出的前系带对和后系带对；
接着在生产线的缠绕站处用自动机械臂的夹持装置夹持所述主体；
沿所述传送方向传送所述机械臂，同时使所述夹持装置和所述主体相对于穿过所述主体的旋转轴线旋转，以使所述前系带对和所述后系带对绕所述主体缠绕；和
在将所述前系带对和所述后系带对绕所述主体缠绕之后，将所述面罩放置在传送机上。
2.根据权利要求1所述的自动化方法，还包括随着所述面罩沿所述传送方向传送将所述前系带对拉到所述主体下方，使得在用所述夹持装置夹持所述主体之前将所述前系带对缠绕在所述主体下方。
3.根据权利要求2所述的自动化方法，其中，所述前系带对通过布置在所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙中的抽吸装置被拉到所述主体下方，所述主体从所述传送机的第一部段移至所述机械臂并且在所述前系带对和所述后系带对已经绕所述主体缠绕后被所述机械臂放置在所述传送机的第二部段上。
4.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述机械臂具有多个铰接部段，所述铰接部段被构造用于使所述机械臂下降至所述传送机、用所述夹持装置夹持所述主体、将所述主体升高至所述传送机上方、在旋转所述夹持装置的同时沿所述传送方向行进以及将所述面罩降回至所述传送机。
5.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述机械臂沿轨道在所述传送方向传送。
6.根据权利要求5所述的自动化方法，其中，所述机械臂被电机和与所述机械臂接合的丝杠沿所述轨道驱动，所述电机能够反转以使所述机械臂返回至起始位置。
7.根据权利要求1所述的自动化方法，其中，所述机械臂将所述主体沿弧形路径从所述机械臂相对于所述传送机的起始位置移动至将所述面罩放回到所述传送机上的终止位置。
8.一种将紧固系带绕被传送通过生产线的连续生产的面罩主体缠绕的自动化生产线***，包括：
传送机，所述面罩在该传送机上以一定取向被传送，使得每个面罩都具有沿生产线的传送方向从主体延伸出的前系带对和后系带对；
位于所述生产线中的缠绕站；和
位于所述缠绕站处的自动机械臂，在所述机械臂的端部具有夹持装置，所述机械臂能够沿所述传送方向从起始位置被驱动至终止位置，在所述起始位置所述夹持装置从所述传送机夹住所述主体，在所述终止位置所述机械臂将所述主体放回到所述传送机上；和
其中所述机械臂被构造为随着所述机械臂沿所述传送方向移动使所述夹持装置和所述主体相对于穿过所述主体的旋转轴线旋转以使所述前系带对和所述后系带对绕所述主体缠绕。
9.根据权利要求8所述的自动化生产线***，还包括用于随着所述面罩沿所述传送方向传送将所述前系带对拉到所述主体下方而使所述前系带对缠绕在所述主体下方的装置。
10.根据权利要求9所述的自动化生产线***，其中，用于拉动所述前系带对的装置包括设置在所述传送机下方的抽吸装置，所述面罩在所述传送机上被传送至所述缠绕站，所述抽吸装置设置在所述传送机的第一部段与所述传送机的第二部段之间的间隙内，所述主体从所述传送机的第一部段移至所述机械臂并且在所述前系带对和所述后系带对已经绕所述主体缠绕之后由所述机械臂放置到所述传送机的第二部段上。
11.根据权利要求8所述的自动化生产线***，其中，所述机械臂包括多个铰接部段，所述铰接部段受控以：使所述机械臂下降至所述传送机、通过所述夹持装置夹持所述主体、将所述主体升高至所述传送机上方、在旋转所述夹持装置的同时沿所述传送方向行进以及将所述面罩降回至所述传送机。
12.根据权利要求8所述的自动化生产线***，其中，所述机械臂沿轨道在所述传送方向上传送。
13.根据权利要求12所述的自动化生产线***，其中，所述机械臂被电机和与所述机械臂接合的丝杠沿所述轨道驱动，所述电机能够反转以使所述机械臂返回至起始位置。
14.根据权利要求8所述的自动化生产线***，其中，所述机械臂将所述主体沿弧形路径从所述起始位置移至所述终止位置。
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