CN109996662A - 用于制造口腔护理器具的自动化过程 - Google Patents

Abstract

一种***包括用于形成包覆模制的口腔护理器具的全自动化制造单元(20)。所述单元(20)包括工艺站(21)集群，所述工艺站包括注射成型机，所述注射成型机可操作以首先形成口腔护理器具预成型件，且然后用覆盖物包覆模制所述预成型件以创造完全成形的口腔护理器具主体。在一个实例中，所述覆盖物可以是柔性的弹性体或橡胶材料，而所述预成型件可包括更刚性的塑料材料。所述工艺站(21)之间的所述预成型件和主体的转移完全自动化且由具有接合的铰接臂的计算机操作的机器人(40)执行。安置在所述臂(42)的端部上的抓握工具(60)可释放地接合并且同时输送多个预成型件和/或主体。所述工具提供用于接合和保持牙刷骨架/主体的两个不同方法。可编程控制器(130)自动控制所述机器人臂(42)的操作和移动。

Description

用于制造口腔护理器具的自动化过程

背景技术

本发明涉及适合于形成口腔护理器具的注射成型工艺和方法，且更确切地说，涉及在全自动化制造单元中执行的两级注射成型工艺。

用于制作口腔护理器具(例如，涉及注射成型的牙刷)的过程通常包括人工制造和由人类操作员执行的产品分级/转移步骤。另外，此类制作方法有时因需要在若干远程站之间手动地转移部分完成的产品以进行精加工而受到约束。这些因素会不利地增加单位生产成本，降低过程的整体效率。

需要改进的过程和方法，其具有增加的产品输出、更大的效率和相关联的降低成本。

发明内容

本发明提供一种包括全自动化制造单元的***，和用于形成口腔护理器具的相关方法，所述器具例如但不限于牙刷。在一个实施例中，所述单元可以包括能够生产完全模制牙刷主体的两级注射成型工艺，所述完全模制的牙刷主体具有由基底材料和包覆模制的覆盖材料组成的复合构造。主体在单元中充分形成，并且准备在单独的操作中在牙刷头部上将刷毛/长丝簇绒的最终步骤。然而，在预期的其他实施例中，刷毛簇绒操作(例如，AFT(无锚簇绒))或另一使用方法可以用模制操作并入相同的制造单元中。

制造单元包括注射成型机的阵列，所述注射成型机被配置成且可操作以在第一模制步骤中首先从原塑料团块或颗粒形成第一材料的初始模制牙刷主体预成型件(本文也称为“骨架”)。接下来，在第二包覆模制步骤中，可在其上施加不同于骨架的第一材料的第二覆盖材料，通常到骨架的预先选定的部分上，从而创造充分形成或模制的牙刷主体。在一个非限制性实例中，覆盖材料可以是柔性的弹性体或橡胶化合物，并且骨架可以由更硬的更刚性塑料材料(例如，但不限于聚丙烯或聚乙烯)形成。

在制造单元中的不同工艺站(例如，注射成型、冷却、对准、产品存储等)之间的牙刷骨架和成品主体的转移和分级由具有接合的铰接臂的计算机操作机器人完全自动化并且执行。专门配置的抓握工具安置在臂的远端上，所述远端可操作以同时可释放地接合和输送多个牙刷骨架或主体。在一个实施例中，该工具提供了两种不同的方法，用于接合和保持牙刷骨架/主体，如本文进一步描述。

包括可编程处理器的控制器以类似于CNC(计算机数字控制)机器的方式指导并控制机器人的移动和工具的位置、操作和定向。处理器被预编程并配置有程序指令(例如，控制逻辑/软件)，所述程序指令由处理器执行以控制机器人及其工具的操作。处理器可进一步控制不同工艺站的定序和操作，由此对进程站和机器人操作的移动和定时进行协调以实现最大效率。在本文进一步描述的一个实施例中，机器人的机器人臂可具有六个运动轴线或自由度，从而允许臂实际上接取在臂的所及范围内的三维空间区域中的每个点。

一方面，一种口腔护理器具制造***包括：工艺站集群，其布置在其间的中心区域周围；机器人，其具有位于所述工艺站之间的所述中心区域中的铰接机器人臂，所述机器人臂被分段且具有多个旋转接头，所述机器人臂可操作以接取所述工艺站中的每一个；抓握工具，其安置在所述机器人臂的远端上，所述工具被配置成在所述工艺站之间可释放地接合和输送多个口腔护理器具主体；可编程控制器，其可操作地联接到所述机器人，所述控制器控制所述机器人臂的移动、定向和位置；所述工艺站中的第一个是第一注射成型机，其可操作以从包括塑料的第一材料形成口腔护理器具；所述工艺站中的第二个是第二注射成型机，其将第二材料包覆模制到所述第一材料上以形成口腔护理器具包覆模制主体；并且所述工艺站中的第三个是在包覆模制所述第二材料之前冷却来自所述第一注射成型机的所述骨架的冷却机；其中所述机器人臂可操作以将骨架从所述第一注射成型机转移到所述冷却机，从所述冷却机检索冷却的骨架，并将所述冷却的骨架转移到所述第二注射成型机以用于包覆模制。

根据另一方面，一种用于模制口腔护理器具主体的机器人包括：支撑基底，其从支撑表面支撑；铰接机器人臂，其由所述基底可旋转地支撑，所述机器人臂包括多个接头外壳、由所述接头外壳支撑的旋转接头以及可移动地联接到所述旋转接头的段，所述机器人臂具有六个移动自由度；抓握工具，其安置在所述机器人臂的远端上，所述工具包括可操作以可释放地接合第一组口腔护理器具主体的夹紧装置。

在另一方面，提供了一种用于形成牙刷主体的方法。所述方法包括：提供模制制造单元，所述模制制造单元包括围绕中心区域布置的工艺机器集群、可旋转地安装在所述中央区域中的铰接机器人臂和自动控制所述机器人臂的移动和操作的可编程控制器；在第一注射成型机中从第一材料模制一批注射成型的牙刷骨架；将所述机器人臂旋转到所述第一注射成型机；所述机器人臂将所述一批骨架转移到冷却机；冷却所述一批骨架；所述机器人臂将第一部分批的冷却的骨架转移并***到第二注射成型机中；将第二材料包覆模制到第二注射成型机中的所述第一部分批的冷却的骨架的所述第一材料上；所述机器人臂将第二部分批的冷却的骨架转移并***第三注射成型机中；和将所述第二材料包覆模制到所述第三注射成型机中的所述第二部分批的冷却的骨架的所述第一材料上。

本发明的其它适用领域将由下文提供的详细说明变得显而易见。应理解，详细说明和具体实例虽然指示本发明的优选实施例，但旨在仅用于说明的目的而并不希望限制本发明的范围。

附图说明

根据详细说明和附图，将更完全地理解本发明，其中：

图1是根据本公开的用于形成口腔护理器具主体的制造单元的示意性俯视平面图；

图2是具有图1的机器人臂的机器人的示意性侧视图；

图3A和3B分别展示处于闭合和开放模具位置中的图1的预成型件或骨架注射成型机；

图4A是图1的对准机的俯视平面图；

图4B是其侧视图；

图4C是其正视图；

图5A是图1的冷却机的俯视平面图；

图5B是其正视图；

图6A是展示第一操作位置的图1的冷却机的侧视图；

图6B是展示第二操作位置的其侧视图；

图6C是展示第三操作位置的其侧视图；

图6D是展示第四操作位置的其侧视图；

图7A和7B分别展示处于闭合和开放模具位置中的图1的包覆模制注射成型机；

图8A是图1的机器人的抓握工具的第一侧视图；

图8B是其俯视平面图；且

图8C是其第二侧视图。

所有附图均是示意性的，并且未必按比例绘制。

具体实施方式

优选实施例的以下描述在本质上仅是示例性的，并且决不意图限制本发明、本发明的应用或用途。

根据本发明的原理的说明性实施例的描述旨在结合附图阅读，这些附图将被视为整个书面描述的一部分。在本文中公开的本发明的实施例的描述中，对方向或定向的任何提及仅旨在方便描述，而无意以任何方式限制本发明的范围。相对性术语例如“下部”、“上部”、“水平”、“竖直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”以及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应理解成参考如稍后描述的或在论述到的附图中展示的定向。这些相对性术语仅是为了方便描述，而并不要求设备以特定定向构造或操作，除非明确指明如此。例如“附接”、“附连”、“连接”、“联接”、“互连”以及类似的术语是指其中结构彼此直接或通过***结构间接固定或附接的关系，以及两者可移动或刚性的附接或关系，除非另外明确描述并非如此。此外，参考例示实施例来说明本发明的特征和益处。因此，本发明明显不应限于说明可以单独或以其它特征组合存在的特征的一些可能非限制性组合的此类示例性实施例；本发明的范围由随附权利要求书限定。

通篇使用的范围用作描述所述范围内的每个值的简写。范围内的任何值都可以被选为范围终点。此外，本文中引用的所有参考文献都以全文引用的方式并入。如果本公开中的定义和所引用参考文献的定义发生冲突，则以本公开为准。

图1是俯视平面图，描绘根据本公开的被配置成用于注射成型牙刷主体的口腔护理制造***的一个非限制性实施例。所述***包括制作或制造单元20，所述制作或制造单元20包括多个工艺站21的集群，所述多个工艺站可沿着围绕中央区域22的单元的周边以大体圆形图案布置。在一个实施例中，工艺站21可以包括第一注射成型机23、第二注射成型机24、第三注射成型机25、牙刷主体预成型件或骨架冷却机26、冷却的执行/骨架对准机27和开放顶部成品存储容器或仓28。

第一注射成型机23可以是水平注射成型机(HE)，其用于一开始从呈存储在邻近HIM的材料料斗29中的颗粒状或丸状形式的原始基底塑料材料形成牙刷主体预成型件或骨架。第二注射成型机24和第三注射成型机25可以是包覆模制的竖直注射成型机(VIM)，以用于将覆盖材料形成到骨架上。原始覆盖材料存储于邻近每个VIM的料斗29中。覆盖材料可为柔性的弹性体或橡胶材料，而骨架可为更刚性的塑料材料。尽管第三注射成型机或VIM 25允许两批骨架同时包覆模制，由此有利地减少停机时间并提高来自制造单元的效率和输出，但其它实施例可包括单个VIM。

图3A-B展示水平注射成型机23的额外细节。注射成型机23包括支撑骨架模具的第一半的竖直静止台板30和支撑骨架模具的第二半的竖直可移动板31。模具各自包括用于形成骨架的多个腔。驱动机构将模具分成两半，从而允许将模制骨架移除以便在单元中进一步处理。注射成型机23被配置成包括充分发挥功能的模制装置所必要的所有通常附件(例如，驱动机构、电子器件、加热元件、原始塑料材料馈送装置、注射喷嘴等)，如所属领域的技术人员在无进一步阐释的情况下所理解。

图7A-B展示了竖直注射成型机24和25的额外细节，其在一个实施例中可以是构造相同的。注射成型机24、25包括支撑覆盖模具的第一半的水平静止板32，和支撑覆盖模具的第二半的水平可移动板33。模具各自包括用于保持骨架并在其上形成覆盖的多个空腔。机构将模具分成两半，从而允许移除包覆模制的牙刷主体以便在单元中进一步加工。注射成型机24、25被配置成包括对于充分发挥功能的模制装置必要的所有通常附件(例如，驱动机构、电子器件、加热元件、覆盖材料进料装置、注射喷嘴等)，如所属领域的技术人员在无进一步阐释的情况下所理解。

参考图1和2，可旋转和铰接机器人40安置在工艺站21之间的制造盒20的中心区域22中。位置居中的机器人40包括安装在大体水平表面(例如，底板F或其它支撑表面)上的支撑基底41；可移动主外壳45，其由水平旋转接头46可旋转地联接到基底；和接合的铰接机器人臂42，其以旋转方式联接到外壳。基底41中的主马达70使外壳45和机器人臂42在围绕由基底的竖直中心线界定的中心竖直旋转轴线Rv高达360度的水平面中旋转。

主外壳45可移动地支撑机器人臂42的全部重量。机器人臂包括可旋转地联接在一起以在三维空间中创造臂的六个移动自由度的多个可移动的接合外壳和臂段，所述六个移动自由度例如前/后、上/下、左/右、俯仰、偏转、摇摆。臂42通常包括最靠近基底41的近端段43和最远离基底(当臂42完全水平地延伸时)的远端段51。为了便于参考，术语最接近/近端和远端及其变型是指相对于基底41的关系。近端段43的近端由竖直旋转接头54可旋转地联接到主外壳45的侧边。段43可在相对于外壳45的竖直平面中竖直旋转。段43的远端又由竖直旋转接头47可旋转地联接到次级接头外壳44的侧边。外壳44可在相对于段43的竖直平面中竖直旋转。接头外壳44又由水平旋转接头48可旋转地联接到另一次级接头外壳49的底部。外壳49可相对于外壳44围绕旋转轴线R1旋转。外壳49可以旋转的平面取决于在那时外壳44相对于近端段43和基底41的旋转位置和定向。

机器人臂42的远端段51由旋转接头50可旋转地联接到外壳49的前侧。远端段51可围绕由段51的轴向中心线相对于外壳49界定的旋转轴线R2旋转。终端接头外壳56由旋转接头52可旋转地联接到远端段51的远端。外壳56可相对于远端段围绕旋转轴线R3旋转。

机器人臂42进一步包括附接到臂的远端的抓握工具60。工具60由旋转接头53可旋转地联接到终端外壳56。工具60可通过完全360度的运动相对于臂42的端部上的远端终端外壳56围绕旋转轴线R4旋转。

多个电动机可按需要在适当位置并入到机器人臂42中，以产生上文所描述的旋转移动，和通过一致地或在各种方向上单独地移动各种臂段和外壳的组合而创造的线性移动。这些电动机可安装在机器人臂42的各种部件中，如在段43、51和接头外壳44、49和56以及工具60中，作为一些非限制性位置。

参考图1、图2和图8A-C，在一个实施例中，抓握工具60可以包括基本平或平坦的板状平台62。术语“基本上”意味着，平台62的结构可能有一些略微变化以考虑或适应其上的各种附件。平台62相对于机器人臂远端段51的远端在两个或更多个方向上侧向放大，由此具有在所有侧向方向上的长度和/或宽度，所述长度和/或宽度大于平台由旋转接头53可旋转地联接到的二级外壳56的宽度。在一个实施例中，平台62在俯视平面图中可具有直线形状，例如，正方形(相等侧)或矩形(不相等侧)(参见例如图1)。可以使用其它形状，包括但不限于非直线多边形和非多边形形状，和它们的组合。平台62形成用于支撑各种附件的基底以及用于抓握牙刷主体(例如，骨架和包覆模制主体)的装置。

平台62包括夹持装置，所述夹紧装置包括钳口组合件，所述钳口组合件包括可移动上钳口61和下钳口63。钳口61和63一起可移动到闭合位置以夹紧地接合多个牙刷骨架或主体，并且分开到打开位置以释放骨架或主体。在一个实施例中，各自包括可移动的上钳口61和下钳口63的第一和第二钳口组合件可以安置在抓握工具的相对的侧面64上。一个或多个伺服电机可安置于抓握工具60上，所述抓握工具可操作以打开和闭合钳口。在一个非限制性实施例中，钳口61、63被配置成抓取牙刷的骨架/主体的扩大的通常平的未毛簇的头部。牙刷可以被定向成使得其柄部分在接合时从钳口之间侧向向外延伸。然而，在其他实施例中，钳口可被配置成替代地接合牙刷骨架或主体的柄部分或其他部分。钳口61、63被配置和布置成将多个牙刷骨架/主体保持在侧向间隔开的关系中。

抓握工具60被配置且可操作以在每个侧面64上同时抓取和携带多个牙刷骨架或成品主体。这允许机器人40在各种工艺站21之间传递相对的骨架和/或主体组。借助于上文描述的铰接臂段、外壳和旋转接头，机器人40可操作以改变骨架和主体的定向和倾斜到将这些产品***到制造单元20的各种部件中/从制造单元20的各种部件移除这些产品所需的位置。例如，水平注射成型机23呈现竖直定向的模制骨架。相比之下，竖直注射成型机24、25需要在基本上水平的位置***和移除包覆模制的牙刷主体。因此，可按需要改变抓握工具60的角定向，以在每个工艺站所需的正确位置递送骨架/主体或自每个工艺站移除骨架/主体。

除了上述夹紧钳口之外，抓握工具60可以包括用于抓握和保持除了机构构件外的牙刷骨架或主体的另一机构。在一个实施例中，工具60包括真空装置，所述真空装置包括安置在工具的相对侧面64上的一对侧向间隔开的细长真空轨道65。轨道65可以从平台62侧向向下突出，并且可以附接到对应的细长轨道支撑件72，所述细长轨道支撑件继而由足够直径的一个或多个柱状支撑销69从平台62下方支撑，以优选地刚性地支撑轨道。真空轨道65可安置在周边边缘附近的相对的侧面64附近，所述侧向侧面与在所说明的非限制性实施例中安置夹紧钳口61、63的侧边不同。每个轨道65含有多个线性间隔开的抽吸端口66，所述抽吸端口66例如由管67流体地连接到真空源68。在一个实施例中，每个端口66可以安置在真空轨道65的底部中的对应槽73的底部，该槽被配置和定尺寸以与待接合的部分牙刷骨架的尺寸和形状互补。

真空源68可以是最终连接到位于机器人40的基底41中、工具60、臂42上或***中的其它地方的真空泵的软管。每个端口66可操作以抽吸真空，并且在真空力保持作用中的同时产生抽吸力以可释放地保持/接合牙刷骨架。当真空源被封端和负压减轻时，轨道释放骨架。在一个实施例中，紧接在于水平注射成型机23中加工和形成骨架之后，同时骨架仍处于相对暖/热且稍微易挠/可变形状况中，真空抓握机构确保骨架不变形和失真，直到它们已在冷却机26中冷却足够的时间为止。相比之下，夹紧钳口61、63可在该工艺中中的这个阶段变形并损坏未硬化的骨架，由此不利地影响其外观、表面光洁度和尺寸。

制造工艺序列中的冷却机26和对准机27在注射成型机23与包覆模制注射成型机24和25之间落下。在一个非限制性实施例中，冷却机26和对准机27可以策略性地物理布置在注射成型机23与24之间的工艺站21的大体圆形簇中，如图1中看出。这种有效的放置节省了过程时间。然而，可以使用这些机器的其它定位。

图5A-B和6A-D更详细地展示冷却机26。冷却机26包括布置在底板F上的框架100，其支撑以竖直堆叠和对准的关系布置的细长上部传送带90和下部传送带91。传送带90、91竖直地间隔开，并且可以如所描绘的那样彼此平行地布置，或者在其它可能的配置中以90度或彼此之间的另一角度布置。传送带90、91被配置成保持和输送多个托盘92，每个托盘具有被配置用于保持骨架的槽93。托盘92可沿着上部和下部传送带的长度移动，例如，经由电动轨道、带、其组合或适合于所述用途的其它类型传送带机构。在一个实施例中，托盘92可以在上部传送带90上沿第一线性方向并在下部传送带91上沿第二相反的线性方向移动。

升降器94安置在上部传送带90与下部传送带91的相对端处，所述相对端各自可操作以接合和传送上部传送带与下部传送带之间的托盘92。任何合适的电动或气动升降机机构均可用于此用途。在一个可能的非限制性实施例中，升降器94各自通常包括可操作地联接到竖直驱动轴96的驱动机构95、横向延伸臂97、附接到臂的一端的可竖直移动平台或级98，和联接到臂和驱动轴的相对端的机械联接件102。驱动机构95可以是电动驱动器或气动驱动器。驱动机构操作以升高或降低与托盘92接合的级98，从而继而升高或降低托盘。

冷却机26操作以如上所述冷却来自水平注射成型机23的仍然相对热或暖且稍微易挠的牙刷骨架80。传送带90、91具有创造共振时间的足够长度，以允许骨架在经由环境空气温度的包覆模制步骤之前充分冷却和硬化。在一些实施例中，除了在环境温度下的自然冷却之外，冷却机还可合并有用于更快速冷却骨架的辅助装置，例如，风扇、冷力空气***或适合应用的其它类型冷却***。

在一个实施例中，传送带90、91可以被布置成其长度在径向方向上从工艺站21的集群的中央区域22向外延伸，如图1最佳所示。这创造了冷却工艺移动路径，其中相对暖或热的骨架的托盘92首先从最接近中央区域22的点行进，在远离中央区域的方向上横穿上部传送带90的长度，在下部传送带的远端处被转移到下部传送带91，并且沿着下部传送带朝向中心区域返回。其它布置是可能的。

在骨架80已在冷却机26中冷却和硬化之后，个别骨架可能需要调整其间距和其端部的对准以匹配包覆模制注射成型机24、25中的模具的空腔配置，所述注射成型机可以不同于注射成型机23和冷却机26。为了实现此目的，将冷却的骨架转移到对准机27，所述对准机可安置在冷却机26的与其相对紧密接近的头端处。

参考图4A-C和6A-D，在一个实施例中，对准机27包括安装在底板F上的竖直细长框架114。在一个实施例中，托盘112附接在框架的上端处，其优选地定位成靠近冷却机26的下部传送带91。托盘112包括被配置用于保持骨架的多个空间或槽113。为了调整和对准骨架的端部以用于包覆模制，对准装置包括底板安装的电动或气动驱动机构111，其操作安装在驱动器的驱动轴之上的竖直和水平可移动对准元件110。对准元件110具有水平加宽的主体，其包括平坦对准表面115，该平坦对准表面115朝向托盘112面向内以用于接合骨架的端部。元件110具有足够宽度以同时接合多个骨架端以用于对准。应了解，尽管为了方便和清楚说明而展示在地板上安装驱动机构111，但是在其它实施例中，驱动器可取而代之安装在框架114上且取而代之完全由框架114支撑。

在一批冷却的牙刷骨架80从冷却机26放置在对准机27的托盘112上之后，对准元件110竖直向上移动成与牙刷骨架的端部水平对准。对准元件接着水平地向内延伸以邻接地接触和对准骨架的端部，从而在过程中也略微向内推动骨架。对准元件110然后水平地向外缩回，并且竖直地降低到其起始位置。

在一个实施例中，对准元件110和对应的驱动机构111可以提供在对准机27的相对侧上，如展示在相同或不同时间处理两个集合或批次。取决于竖直注射成型机24、25所需的定位，牙刷骨架80可以与朝向彼此向内延伸的骨架的柄端或头端相对的关系布置。这增加了对准机的输送量，并且最小化总模制工艺周期时间。

为了使用于将冷却的骨架80从冷却机26转移到对准机27的托盘112的过程充分自动化，提供自动化的线性可移动滑架99。参考图5B和6A-D，滑架99安装在冷却机26的框架100上，在下部传送带91与上部传送带90之间，如所展示。滑架99支撑在安装在上部传送带下方的顶置轨道101上。滑架包括驱动机构并且可沿轨道101在位于传送带之间的多个缩回位置之间水平地移动到对准机27的托盘112之上的延伸位置(见例如图6B，其展示呈虚线的一个缩回位置和延伸位置)。如所示的延伸位置可以超出下部传送带91的边缘，此时滑架处于悬挑位置中。滑架99包括联接到轨道上的驱动机构的驱动轴102和夹紧机构，夹紧机构包括夹具支撑板95，多个可打开/可闭合的夹具92安装到夹具支撑板95，每个夹具操作以可释放地接合骨架。

在操作中，第一批次的冷却的骨架80在下部传送带93的近端或近侧边缘(即，最靠近单元20的中央区域22的端部)附近呈现于托盘92上。在一个实施例中，作为非限制性实例，所述批次可包括12个骨架；然而，所述批次可包括其它数目个骨架。滑架99在此托盘上水平地移动，具有开放夹具92的夹具支撑板95竖直降低以接合骨架，并且夹具92闭合(参见例如图6A)。然后，支撑板与附接到其的骨架一起向上返回(参见例如图6B——虚线)。接下来，滑架继续从上部传送带90下方朝向中心区域22水平地向外移动(参见方向箭头)，并且到达在对准机27上的延伸位置(图6B——实线)。夹具支撑板95然后再次降低以将骨架放置到对准机的托盘112上(参见方向箭头)。夹具96打开以释放骨架，并且现在空的空支撑板再次升高。滑架99接着返回到上部传送带90与下部传送带91之间的多个可能回缩位置中的一个，准备转移下一批骨架。

应了解，冷却机26中的托盘92上的槽93可具有间距和对准，其互补并匹配竖直注射成型机24和25中的模具腔所需的间距和对准。骨架注射成型机23还可以具有模具腔，并且还将模制骨架呈现给机器人40用于在竖直注射成型机的空间和对准要求中的转移。因此，在这样的实施例中，对准机27可以替代地仅充当用于滑架99将冷却的骨架转移到对准机的托盘112的转移台，机器人40可以从该转移站检索和转移骨架到竖直注射成型机24和25。在这情况下，对准机27的对准和间距调整特征可因此被省略。然而，应认识到，对准和间距调整特征甚至在这情况下仍可保持为预防措施，以确保在滑架转移到对准站期间在骨架的对准和间距中没有移位。

机器人40和各种工艺站21的操作由图1中所示的控制器130控制。控制器130同步并排序机器人和工艺站的操作，以按高效和便利的方式完全自动化模制、冷却和包覆模制工艺。控制器130配置有可编程处理器、存储器、数据存储装置、输入/输出和接口装置、视觉显示器、通信链路和形成基于完全可编程和功能性计算机的控制器必要的所有其它通常附件和部件，如所属领域的技术人员在无进一步阐释的情况下将了解。控制器130被预编程并配置有程序指令(例如，控制逻辑/软件)，所述程序指令由处理器执行以经由合适的有线和/或无线通信链路131控制机器人40和工艺站21的操作。所属领域的技术人员能够很好地配置程序指令，以按本文中未阐释地描述的方式引导机器人和工艺装备操作。

现在将描述一种经由注射成型***和制造单元20的操作形成牙刷主体的方法。在整个接下来的论述中应对图1进行一般参考，所述论述带有过程流箭头步骤1A-C(实线)和2A-C(虚线)的编号/字母，以反映与在单元中至少部分或完全同时发生的双重包覆模制工艺相关联的主要加工序列步骤。此过程配置使产品输出最大化且使制造周期时间最小化。有利地，单元20将牙刷主体的完全模制从原始颗粒状或丸状塑料和弹性体材料完全模制到具有覆盖材料的成品的充分模制的主体。

为了开始模塑工艺，牙刷预成型件或骨架80首先从骨架注射成型机23中的原塑料材料模制。该批次可包括任何合适数目个骨架80。仅为了便于描述而不受限制，作为实例，该批次可包括8个骨架，认识到，更多或更少骨架可包括包括奇数数量个骨架的批次。骨架80可在竖直直立定向上呈现，其中注射成型机23是水平模制机，例如在本实例中。

仍然相对暖/热且稍微易挠的骨架80由机器人40从注射成型机23移除。在一个实施例中，通过使用经由机器人臂抓握工具60的真空轨道65的抽吸来提取骨架以避免损坏易挠骨架。真空轨道65可被配置成接合牙刷主体，所述牙刷主体包括具有各种弯曲和起伏轮廓的柄和颈部分(参见例如图8C)。骨架可在竖直直立的定向上呈现，其中注射成型机23是水平模制机。工具60可旋转到匹配的竖直位置中以经由如本文已经描述的吸力接合骨架。

接下来由机器人40转移整批8个骨架，机器人40逆时针旋转(参考图1)到冷却机26(过程流动箭头步骤1A、1B)。冷却机和对准机安置在制造单元20中的工艺站21的圆形簇中的注射成型机23与注射成型机24之间。整批8个骨架80由机器人40在冷却机26的上部传送带90的近端附近转移到空托盘92(参见例如图5A和6D)。骨架可按部分批次布置，例如但不限于两个一半批次，在本非限制性实例中各自4个骨架；在托盘92的每个侧边上一个一半批次，其与由初始注射成型机23呈现给机器人40的布置和间距重合。在此实施例中，骨架主体的头部面向外，且柄朝向彼此在每个半批次中面向内。然而，在其它实施例中可以使用反向位置。

应当指出，冷却机26的上部传送带90和下部传送带91各自持有多个托盘112，其按步骤方式依序移动通过冷却器，如在图6A-D的顺序视图中所示。每个托盘可穿越传送器90、91的全部长度，沿着上部传送带90移动到其远端(即，最远离单元20的中央区域22)，向下到下部传送带91的远端，且返回到下部传送带的近端，其中现在完全冷却的骨架由滑架99转移到对准机27。因此，冷却机26具有在冷却的各种阶段同时持有和处理多个骨架批次的容量。

现在参看图6A，所述过程继续，冷却机滑架99从下部传送带91的近端上的最接近的托盘检索冷却的骨架80。如图6B所示，滑架99以上文已经描述的方式将整批8个骨架传送并存放到对准机27上。在这个非限制性实例中，骨架保持布置成两个部分批次，例如，对准机的每一侧上的一半批次4个骨架，其中骨架的头部像冷却机中那样面向外。应注意，在其它实施例中，可使用部分批次的奇数个骨架或少于总数的1/2的骨架。对准机27的对准工具110接下来竖直向上和向内移动以接触和对准骨架的头部(参见例如图6D)。对准的冷却/硬化的骨架现在准备好转移和包覆模制。

机器人40从对准机27移除第一个半批次骨架80并且逆时针旋转到第一包覆模制的注射成型机24的入口(步骤2A)。值得注意的是，在牙刷形成过程中的这一点上，由可移动的上钳口61和下钳口63构成的抓握工具60的钳口组合件用于输送不再易受变形影响的冷却/硬化骨架和包覆模制主体。该半批次被承载在机器人抓握工具60的一个侧边上；在该过程中，相对的侧面是空的。在将骨架***到注射成型机24中之前，首先用机器人的抓握工具60移除先前存放在注射成型机24中的成品半批次的包覆模制的牙刷主体81。然后围绕机器人40的远端段51旋转工具，并且然后在机器人移走以继续形成过程的同时，将已经在工具上的第一半批次骨架***到注射成型机24中以用于包覆模制。这会再次创造工具的空侧。成品包覆模制主体和骨架可被呈现以用于移除，并且需要分别在水平定向上***，其中注射成型机24、25为竖直制模机。抓握工具60可以定位并定向在水平位置、竖直位置或其间的任何角度，以实现骨架和包覆模制主体的适当定向。

机器人40接下来顺时针旋转并从对准机27(使用工具60的空侧)拾取剩余的第二个半批次骨架。机器人40然后逆时针旋转，携带第二个半批次骨架连同先前从注射成型机24检索的成品半批次的包覆模制牙刷主体81，朝向在制造单元20的相对侧上的第二包覆模制注入成型机25(步骤2B)。在去机器25的路程上，机器人首先将半批次的包覆模制主体放到位置邻近成型机25的成品仓28中，以等待头部的刷毛簇绒(步骤3A)。这再次释放抓握工具60的一侧和其钳口组合件；另一侧仍然由待包覆模制的第二半批次的骨架占据。

接下来，机器人从仓28顺时针旋转到第二注射成型机25。在***第二个半批次的骨架之前，首先由机器人抓握工具60移除先前存放在注射成型机25中的另一个成品半批次的已包覆模制的牙刷主体81。然后旋转该工具，并且然后在机器人移走以继续过程的同时，将已经在工具上的第二个半批次的骨架***到注射成型机24中以用于包覆模制。这会再次创造工具的一个空侧与钳口组合件。

机器人再次朝着初始骨架注射成型机23逆时针旋转。在到机器23的路程上，机器人40首先将成品半批次的包覆模制板上工具60放到定位于模塑机25与23之间的成品主体仓28内(步骤3B)。这现在释放抓握工具60的侧边和钳口组合件。机器人40现在继续逆时针旋转回到在骨架注射成型模制机23处的制造循环开始位置。机器人40现在准备移除等待以上述方式处理的新一批模制骨架。

尽管主要工艺流在本文中描述为主要在逆时针方向上发生以完成通过制造单元20的处理(参考图1的俯视平面图)，但应了解，循环工艺流在其它实施例中可取而代之主要在顺时针方向上。本发明不受工艺流方向限制。

在前述工艺中使用的冷却机26和在机器末端处的升降器94的操作具有另外的简短评注。应指出，冷却机26的上部传送带90和下部传送带91各自持有多个托盘92，其按步骤方式依序移动穿过冷却器，如在图6A-D的依序图中展示。每个托盘穿越传送带90、91的全部长度，沿着上部传送带90从其近端移动到其远端(即，最远离单元20的中心区域22)，向下到下部传送带91的远端，且返回到下部传送带的近端，其中现在完全冷却的骨架准备用于由滑架99转移到对准机27。因此，冷却机26具有在冷却的各个阶段同时保持和处理多个骨架批次的容量，并且如下使用升降器94到达上部传送带与下部传送带之间的隔板托盘92。

图6A展示冷却机流水作业，其开始于冷却批次的骨架等待转移到空对准机27。滑架96首先从下部传送带91上的最近侧托盘92移除该批次，并将骨架存放到对准机27的托盘112上，如图6B中所示。滑架96从对准机27上的其延伸位置移动回到在托盘92外的缩回位置，该缩回位置已由在下部传送带91上的滑架清空。如图6C中所示，升降器94将空托盘92向上提升到上部传送带90上。托盘92装填有新一批的暖/热骨架80，如上文所述(图6D)。托盘然后逐渐前进并且沿着上部传送带向远端移动到其远端。第二升降器94将托盘92下降到下部传送带91的远端(图6C)。从这里，托盘逐渐前进并且沿着下部传送带向近侧移动回到图6A所示的起始位置，其中一批现在冷却的骨架准备好再次转移到对准机27。

虽然已关于具体实例(包括执行本发明的当前优选模式)描述了本发明，但是所属领域的技术人员应了解，存在上文所述的***和技术的众多变化和置换。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以作出结构和功能修改。因此，本发明的精神和范围应当如所附权利要求书中所陈述那样广义地解释。

Claims (20)

1.一种口腔护理器具制造***，包括：

工艺站集群，其布置在其间的中心区域周围；

机器人，其具有位于所述工艺站之间的所述中心区域中的铰接机器人臂，所述机器人臂被分段且具有多个旋转接头，所述机器人臂可操作以接取所述工艺站中的每一个；

抓握工具，其安置在所述机器人臂的远端上，所述工具被配置成在所述工艺站之间可释放地接合和输送多个口腔护理器具主体；

可编程控制器，其可操作地联接到所述机器人，所述控制器控制所述机器人臂的移动、定向和位置；

所述工艺站中的第一个是第一注射成型机，其可操作以从包括塑料的第一材料形成口腔护理器具骨架；

所述工艺站中的第二个是第二注射成型机，其将第二材料包覆模制到所述第一材料上以形成口腔护理器具包覆模制主体；以及

所述工艺站中的第三个是冷却机，其在包覆模制所述第二材料之前冷却来自所述第一注射成型机的所述骨架；

其中所述机器人臂可操作以将骨架从所述第一注射成型机转移到所述冷却机，从所述冷却机检索冷却的骨架，并将所述冷却的骨架转移到所述第二注射成型机以用于包覆模制。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述工艺站中的第四个是第三注射成型机，其将所述第二材料包覆模制到所述第一材料上以形成口腔护理器具包覆模制主体。

3.根据权利要求2所述的***，其中所述机器人臂可操作以从所述冷却机检索冷却的骨架，并将所述冷却的骨架转移到所述第三注射成型机以用于包覆模制。

4.根据权利要求3所述的***，其中所述第二注射成型机和所述第三注射成型机各自可操作以同时包覆模制一组骨架。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述第一注射成型机是水平注射成型机，并且所述第二注射成型机是竖直注射成型机。

6.根据权利要求1所述的***，其中所述冷却机进一步包括：

以竖直堆叠关系布置的上部传送带和下部传送带；

安置在所述上部传送带和所述下部传送带的相对端部处的升降器；和

托盘，其可沿着所述上部传送带和所述下部传送带的长度移动，并且包括用于保持所述骨架的多个槽；

其中所述升降器各自可操作以接合所述托盘并在所述上部传送带与所述下部传送带之间转移所述托盘。

7.根据权利要求6所述的***，进一步包括对准机，所述对准机最接近所述下部传送带安置，所述对准机可操作以接收来自所述冷却机的第一组冷却骨架，对准所述骨架的端部，并调整所述骨架之间的间距以匹配所述第二注射成型机中的模腔间距。

8.根据权利要求7所述的***，其中，所述对准机包括被配置成用于保持所述骨架的多个槽。

9.根据权利要求7所述的***，其中所述冷却机进一步包括自动化滑架，所述自动化滑架定位在所述下部传送带上并且可线性地移动超出所述下部传送带的边缘，所述滑架包括多个可竖直移动夹紧构件，所述多个可竖直移动夹紧构件可操作以从所述下部传送带上的所述托盘检索冷却的骨架并将所述冷却的骨架存放在所述对准装置上。

10.一种用于形成牙刷主体的方法，所述方法包括：

提供模制制造单元，所述模制制造单元包括围绕中心区域布置的工艺机器的集群、可旋转地安装在所述中央区域中的铰接机器人臂和可编程控制器，所述可编程控制器自动控制所述机器人臂的移动和操作；

在第一注射成型机中从第一材料模制一批注射成型的牙刷骨架；

使所述机器人臂旋转到所述第一注射成型机；

所述机器人臂将所述一批骨架转移到冷却机；

冷却所述一批骨架；

所述机器人臂将第一部分批次的冷却的骨架转移和***到第二注射成型机中；

将第二材料包覆模制到所述第二注射成型机中的所述第一部分批次的冷却的骨架的所述第一材料上；

所述机器人臂将第二部分批次的冷却的骨架转移并***到第三注射成型机中；以及

将所述第二材料包覆模制到所述第三注射成型机中的所述第二部分批次的冷却的骨架的所述第一材料上。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括所述机器人臂将包覆模制的牙刷主体从所述第一注射成型机和所述第二注射成型机检索并转移到成品箱。

12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述机器人臂将所述第一部分批次的冷却的骨架***到所述第二注射成型机内之前，所述机器人臂从所述第一注射成型机检索第一部分批次的先前包覆模制的牙刷主体，然后将所述第二部分批次的冷却的骨架转移并***到所述第三注射成型机中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述机器人臂将所述第二部分批次的冷却的骨架***到所述第二注射成型机中之前，所述机器人臂将所述第一部分批次的先前包覆模制的牙刷主体放入成品箱中。

14.一种用于形成牙刷主体的方法，所述方法包括：

提供铰接机器人臂，所述铰接机器人臂具有被配置且可操作以接合牙刷主体的第一接合特征，和被配置且可操作以接合牙刷主体的第二接合特征；

使第一牙刷主体与所述机器人臂的所述第一接合特征接合；

用所述机器人臂将所述第一牙刷主体移动到第一牙刷成形机；

使所述第一牙刷成形机处的第二牙刷主体与所述机器人臂的所述第二接合特征接合；

用所述机器人臂从所述第一牙刷成形机移除所述第二牙刷主体，同时保持所述第一牙刷主体与所述第一接合特征在一起；以及

用所述机器人臂将所述第一牙刷主体***到所述第一牙刷成形机内。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一牙刷主体被***到所述第一牙刷成形机中，同时保持所述第二牙刷主体与所述第二接合特征在一起。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括使第三牙刷主体与所述机器人臂的所述第一接合特征接合，同时保持所述第二牙刷主体与所述第二接合特征在一起。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括从所述第二接合特征释放所述第二牙刷主体，并且用所述机器人臂将所述第三牙刷主体移动至第二牙刷成形机。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使所述第二牙刷成形机处的第四牙刷主体与所述机器人臂的所述第二接合特征接合，以及用所述机器人臂从所述第二牙刷成形机移除所述第四牙刷主体，同时保持所述第三牙刷主体与所述第一接合特征在一起。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括用所述机器人臂将所述第三牙刷主体***到所述第二牙刷成形机内，同时保持所述第四牙刷主体与所述第二接合特征在一起。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括从所述第二接合特征释放所述第四牙刷主体，其中所述第一接合特征和所述第二接合特征不与任何牙刷主体接合。