(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）表面処理部材と、
ｂ）駆動部材を含む当該表面処理部材上の締結具であって、当該駆動部材が末端を含み、当該末端が基準点を含む締結具と、を含み、
前記基準点は、平面的な第１の反射面と、非反射面と、平面的な第２の反射面とを含み、
前記第１の反射面と第２の反射面は、前記基準点に向いたカメラに光を反射して戻し、前記非反射面は光をカメラから離れるよう反射させ、
第２の反射面は、第１の反射面とは異なった平面に位置しており、
前記非反射面は、第１の反射面と第２の反射面とに対して傾いており、
第１の反射面、非反射面、第２の反射面は、同心状の環状形状であり、非反射面が第１の反射面と第２の反射面の間に位置している、表面処理物。
【請求項２】
前記第１の反射面と、前記第２の反射面とは、平行である、請求項１記載の表面処理物。
【請求項３】
ａ）前記締結具が取り付けられた表面処理ウェブを提供するステップと、
ｂ）該表面処理ウェブ上における二次元の締結具の各々の座標位置を検知するステップであって、前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を決定するために、前記基準点の位置の決定にカメラを用いるステップと、
ｃ）前記締結具を含む表面処理部材を提供するべく、表面処理ウェブを締結具の周りで切断するステップと、を含む、請求項１記載の表面処理物を製造する方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）は、更に、締結具を上に有する表面処理部材を提供するべく、表面処理ウェブを締結具の周りでレーザ切断するステップを含む、請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、一般に、表面処理物を製造する方法およびそのような表面処理物に関し、より詳しくは、表面処理ウェブ上の締結具の位置を検知した後に前記締結具の周りで前記表面処理ウェブを切断して表面処理物を設ける方法およびそのような表面処理物に関する。
【０００２】
発明の背景技術
機械視覚および機械視覚を使用する方法は、業界で知られている。例えば、米国特許第６，００５，９７８号（Ｇａｒａｋａｎｉ）には、エッジベースおよびエリアベースの一致を用いたモデル画像用の二次元探索のための装置および方法が記載されている。米国特許第５，９７８，５２１号（ＷａｌｌａｃｋおよびＭｉｃｈａｅｌ）には、共通の可動物体の画像を収集する多数のカメラの画像参照フレーム間の校正関係を決定する改良型方法が記載されている。米国特許第６，０６４，７５９号（Ｂｕｃｋｌｅｙその他）には、三次元物体を検査するのに機械視覚カメラを用いた自動検査方法および装置が教示されている。
【０００３】
機械視覚システムにより可能な適応動作も、業界で知られている。例えば、米国特許第５，７７７，８８０号には、材料に沿って所望の経路上で物品を正確に案内する方法および装置が提供されている。米国特許第５，３８０，９７８号（Ｐｒｙｏｒ）には、光学的に案内される位置決めを行う目的で三次元物体上の基準点を使用することが記載されている。米国特許第５，８８６，３１９号（Ｐｒｅｓｔｏｎその他）には、機械視覚を用いてパターン材料上で経路に沿ってレーザ切断機を案内する方法および装置が開示されている。
【０００４】
種々の物および締結具を物に取り付ける方法は、業界で知られている。例えば、Ｐｅｔｅｒｓｏｎに関する米国特許第４，５５１，１８９号には、熱可塑性材料締結具に加えられた回転および軸方向力を加えることにより誘導される摩擦熱により前記熱可塑性材料締結具を基板に融着させる摩擦溶接締結具システムが開示されている。キャビティは、熱可塑性ベース部材の底面で内向きに形成され、ベース材料および基板材料の両方との結合親和性を有する感熱接着材料は、前記キャビティに挿入されて、前記ベース部材の厚さ以上の厚さを有する層を形成する。前記ベース部材を十分な回転および軸方向力で回転させて、感熱接着層が前記基板に付着するようにする。
【０００５】
Ｓｍｉｔｈに関する欧州特許出願第０  ９３７  ５４４  Ａ２号には、取付け部材に超音波溶接された研磨材から形成されている研磨処理ディスクを製造する方法が開示されている。
【０００６】
Ｐｅｎｔｔｉｌａその他に関する米国特許第５，９３１，７２９号には、締結具を物にスピン溶接する方法およびそのような物が開示されている。前記締結具は、表面状態調節ディスクの裏面に溶融結合される。表面処理物は加工物面を処理するようにした作業面と裏面とを含み、前記裏面は目の粗いスクリム織物を含む。好ましい実施形態において、前記表面処理物は、不織布研磨表面状態調節ディスクを有する。前記Ｐｅｎｔｔｉｌａその他の文献によれば、前記表面処理物は、被覆研磨ディスク、研磨パッド、ブラシ、又は同様な表面処理要素であることも可能である。
【０００７】
２０００年４月１８日に出願された出願人の米国特許同時係属出願第０９／５５１４７７号には、スピン溶接により締結具を研磨物に取り付け、中間熱可塑性接着層を使用する方法が教示されている。
【０００８】
Ｂｌｏｃｋその他に関する米国特許第３，５６１，９２８号には、研磨ディスクおよび研磨ディスクを製造する方法が開示されており、前記研磨ディスクは結合材料で気孔を規定する複数のセグメントを有する圧縮可能多孔質裏当てシート母材の含浸を含み、前記結合材料は前記セグメントを被覆して裏当てシートを形成する。次に、前記裏当てシートをハブの隣に配置し、その２つを加熱し押しつぶして前記裏当てシートを圧縮し、前記ハブを前記裏当てシートに結合するのに前記結合材料が流れるようにする。次に、大きい積層物を切断して多数の前記研磨ディスクを形成することもできる。
【０００９】
接着剤でディスクの裏側に結合されたねじ付きボタンを有する表面状態調節ディスクは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから登録商標Ｒｏｌｏｃの表面状態調節ディスクとして市販されている。これらの表面状態調節ディスクは、研磨部材と、熱硬化性接着剤の層により前記研磨部材に取り付けられた締結具とを有する。前記締結具は、ベースと、適当な裏打ちパッドに取り付けるねじ付き部分とを有する。これらの表面状態調節ディスクは、前記締結具の前記ねじ付き部分を熱固定具により保持して前記ベースを暴露するように熱固定具（通常２００〜２６０℃）に前記締結具をまず装着することにより組立てられる。前記熱固定具は前記締結具を加熱する。次に、通常吹付けにより、熱硬化性接着剤の層を前記締結具ベースに塗布する。前記熱硬化性接着剤の吹付け後、円形又は円盤状の研磨部材を、前記熱固定具により保持された前記締結具に対して心合わせしてから、前記締結具の上で熱硬化性接着剤の前記層と接触させる。熱硬化性接着剤の前記層が硬化するまで、前記研磨部材および締結具を圧縮力で保持する。次いで、前記表面状態調節ディスクを前記熱固定具から取り外す。
【００１０】
表面処理物用のねじ付き締結具は、米国特許第３，５６２，９６８号の「表面処理ツール」（Ｊｏｈｎｓｏｎその他）に教示されている。
【００１１】
被覆研磨ウェブをレーザで切断して被覆研磨ディスクを形成することは、知られている。
【００１２】
発明の開示
本発明の１つの態様は、表面処理物を製造する方法を提供する。前記方法は、ａ）締結具が取り付けられた表面処理ウェブを提供するステップと、ｂ）前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を検知するステップと、ｃ）前記締結具を含む表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを前記締結具の周りで切断するステップとを含む。
【００１３】
上記方法の１つの好ましい実施形態では、ステップｂ）が前記締結具の中心の位置を検知することを更に含み、ステップｃ）が、心合わせされた前記締結具を含む表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを前記締結具の中心の周りで切断することを含む。この実施形態の別の態様では、ステップｃ）が、前記表面処理ウェブを前記締結具の周りで円盤形に切断することを更に含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、ステップｂ）が、機械視覚を用いて実行される。この実施形態の別の態様では、前記締結具が基準点を含み、ステップｂ）が、前記表面処理ウェブ上の該締結具の位置を決定するために、該基準点の位置の決定に前記機械視覚を用いることを更に含む。
【００１４】
上記方法の別の好ましい実施形態では、ステップｃ）が、前記締結具を上に有する表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを該締結具の周りでレーザ切断することを更に含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ｄ）前記表面処理ウェブに取り付けられた第２の締結具を所望の領域内に運ぶように、前記ウェブを前進させるステップと、ｅ）前記第２の締結具に関してステップｂ）およびｃ）を繰り返して第２の表面処理物を設けるステップとを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記方法が、複数の締結具を前記所望の領域内に順次運ぶ連続的な方法であり、次にステップｂ）およびｃ）が前記複数の前記締結具の各々に関して繰り返される。
【００１５】
上記方法の更に別の好ましい実施形態では、ステップｃ）が、前記締結具の周りで前記表面処理ウェブを部分的に切断して上に前記締結具を有する部分切断された表面処理物を設けるステップと、その後前記表面処理物を前記表面状態調節ウェブから分離するステップとを更に含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ステップａ）の前に前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接を含む。この実施形態の別の態様では、前記締結具が熱可塑性材料を含む。この実施形態の更に別の態様では、前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接の前に、前記締結具と前記表面処理ウェブとの間に接着剤の熱可塑性層を置くことを含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記表面処理ウェブが被覆研磨ウェブを含む。
【００１６】
本発明の別の態様は、表面処理物を製造する代替方法を提供する。前記代替方法は、ａ）締結具が取り付けられた表面処理ウェブを提供するステップと、ｂ）その後に、前記締結具を含む表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを前記締結具の周りでレーザ切断するステップとを含む。
【００１７】
上記方法の１つの好ましい実施形態では、前記方法が、ステップｂ）の前に前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を検知することを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記方法が、ステップｂ）の前に前記表面処理ウェブ上の前記締結具の中心の位置を決定するステップを更に含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ステップｂ）の前に前記締結具の中心の位置を決定するステップを更に含み、ステップｂ）が、心合わせされた前記締結具を有する表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを該締結具の中心の周りでレーザ切断することを含む。この実施形態の別の態様では、ステップｂ）が、前記表面処理ウェブを前記締結具の周りで円盤形にレーザ切断することを更に含む。
【００１８】
上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ステップｂ）の前に前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を検知する際に機械視覚を使用するステップを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記締結具が、機械視覚を用いて前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を決定する基準点を含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ｃ）前記表面処理ウェブに取り付けられた第２の締結具を所望の領域内に運ぶように、前記ウェブを前進させるステップと、ｄ）前記第２の締結具に関してステップｂ）を繰り返して第２の表面処理物を設けるステップとを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記方法が、複数の締結具を前記所望の領域内に順次運ぶ連続的な方法であり、次にステップｂ）およびｃ）が前記複数の前記締結具の各々に関して繰り返される。上記方法の更に別の好ましい実施形態では、ステップｂ）が、前記締結具を上に有する部分切断された表面処理物を提供すべく前記表面処理ウェブを前記締結具の周りで部分的に切断することと、引き続いて該表面処理物を該表面処理ウェブから分離することとを更に含む。
【００１９】
上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ステップａ）の前に前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接を含む。この実施形態の別の態様では、前記締結具を表面状態調節ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接の前に、前記締結具と前記表面状態調節ウェブとの間に接着剤の熱可塑性層を置くことを含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記表面処理ウェブが被覆研磨ウェブを含む。
【００２０】
本発明の別の態様は、複数の表面処理物を製造する方法を提供する。前記方法は、ａ）複数の締結具が取り付けられた表面処理ウェブを提供するステップと、ｂ）前記表面処理ウェブ上の前記複数の締結具のうち少なくとも１つの位置を検知するステップと、ｃ）前記複数の締結具の１つを各々が含む複数の表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを前記複数の締結具の各々の周りで切断するステップとを含む。
【００２１】
上記方法の１つの好ましい実施形態では、前記複数の締結具の各々が、締結具の配列を形成する所定の位置に配置される。この実施形態の別の態様では、前記複数の締結具が第１の締結具と第２の締結具とを含み、ステップｂ）が前記第１の締結具の位置を検知することを含み、前記第２の締結具の位置が、該第１の締結具および前記第２の締結具の相対位置から決定する。この実施形態の別の態様では、ステップｂ）が、前記第１の締結具の位置を機械視覚で検知することを更に含む。上記方法の更に別の好ましい実施形態では、ステップｂ）が前記複数の締結具のうち少なくとも１つの中心の位置を決定するステップを更に含み、ステップｃ）が、心合わせされた前記複数の締結具の１つを各々が含む複数の表面処理物を提供すべく、前記複数の締結具の中心の周りで前記表面処理ウェブを切断することを含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記複数の締結具のうち少なくとも１つが、前記表面処理ウェブ上の前記少なくとも１つの締結具の位置を決定する基準点を含む。
【００２２】
上記方法の更に別の好ましい実施形態では、ステップｃ）は、各々が前記複数の締結具の１つを上に含む複数の表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを該複数の締結具の周りでレーザ切断することを更に含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、ステップｃ）は、各々が前記複数の締結具の１つを上に含む複数の部分切断された表面処理物を提供すべく、前記表面処理ウェブを前記複数の締結具の周りで部分的に切断することと、引き続いて該複数の表面処理物を該表面処理ウェブから取り外すことを更に含む。
【００２３】
上記方法の別の好ましい実施形態では、前記方法が、ステップａ）の前に前記複数の締結具を所定の配列で前記表面処理ウェブに取り付けるステップを更に含む。この実施形態の別の態様では、前記複数の締結具を所定の配列で前記表面処理ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接を含む。この実施形態の更に別の態様では、前記締結具を前記表面処理ウェブに取り付けるステップが、スピン溶接の前に、前記締結具と前記表面処理ウェブとの間に接着剤の熱可塑性層を置くことを含む。上記方法の別の好ましい実施形態では、前記表面処理ウェブが被覆研磨ウェブを含む。
【００２４】
本発明の別の態様は、表面処理物を提供する。前記表面処理物は、ａ）表面処理部材と、ｂ）駆動部材を含む前記表面処理部材上の締結具であって、前記駆動部材が末端を含み、前記末端が上に位置する基準点を含む締結具とを含む。
【００２５】
上記表面処理物の別の好ましい実施形態では、前記基準点が第１の反射面と非反射面とを含む。この実施形態の別の態様では、前記非反射面が前記第１の反射面に対して傾いている。この実施形態の別の態様では、前記締結具の前記末端が第２の反射面を含む。この実施形態の更に別の態様では、前記非反射面が前記第１の反射面および前記第２の反射面に対して傾いている。この実施形態の更に別の態様では、前記第１の反射面および前記第２の反射面が平行である。
【００２６】
上記表面処理物の別の好ましい実施形態では、前記表面処理部材が研磨部材を含み、前記研磨部材が作業面および前記作業面と反対側の裏面を含む。この実施形態の別の態様では、前記作業面が被覆研磨剤を含む。上記表面処理物の別の好ましい実施形態では、前記作業面が不織布面を含む。
【００２７】
本発明の別の態様は、表面処理物を製造する装置を提供する。表面処理物を製造する前記装置は、ａ）締結具を表面処理ウェブに取り付ける取付け手段と、ｂ）前記表面処理ウェブを前記締結具の周りでレーザ切断して表面処理物を提供する切断手段とを含む。
【００２８】
本発明の別の態様は、表面処理物を製造する代替装置を提供する。表面処理物を製造する前記装置は、ａ）締結具を表面処理ウェブに取り付けるスピン溶接機と、ｂ）前記表面処理ウェブ上の前記締結具の位置を決定する機械視覚システムと、ｃ）前記表面処理ウェブを前記締結具の周りで切断して締結具を上に有する表面処理物を提供するレーザとを含む。上記装置の１つの好ましい実施形態では、前記装置が、ｄ）前記表面処理ウェブを前進させるウェブ搬送体を更に含む。
【００２９】
数枚の図面を通じて同様な構造には同様な符号を付けた添付図面を参照して、本発明を更に説明する。
【００３０】
発明の詳細な説明
本発明の表面処理物１０の好ましい実施形態は、図１〜図３に示してある。図１は、表面処理物１０の等角図である。図２は、表面処理物２の側面図である。図３は、表面処理物１０の平面図である。
【００３１】
前記表面処理物１０は、表面処理部材４０および締結具１２を含む。前記締結具１２に対する前記表面処理部材４０の相対サイズは、図１〜図３に示すものと異なっていてもよい。
【００３２】
前記表面処理部材４０は、作業面４２と、前記作業面４２と反対側の裏面４４とを含む。また、前記表面処理部材４０は、前記作業面４２と前記裏面４４との間に延在する周面４６を含む。図示のように、前記締結具１２は、前記表面処理部材４０の前記裏面４４に取り付けられている。代わりに、前記締結具１２を前記表面処理部材４０の前記作業面４２に取り付けてもよい。
【００３３】
前記表面処理部材４０は、円の形状で示してある。しかし、表面処理部材４０は、任意の形状であってもよい。前記表面処理物４０は、駆動部材を中心として回転可能であることを意味する円盤であることが好ましい。
【００３４】
図示の実施形態において、前記表面処理部材４０は被覆研磨部材４０である。前記裏面４４は、裏当てを含む。好ましい裏当ては、スピン溶接工程に耐えるのに十分厚く、十分堅くて十分頑丈な裏当てである。例えば、適当な裏当てには、樹脂含浸布、高分子積層布又は高分子含浸紙がある。被覆研磨部材およびそれらの製造方法は、当業者に周知である。被覆研磨部材４０の一例は、米国特許第５，７６６，２７７号の「被覆研磨物および同被覆研磨物を製造する方法」（ＤｅＶｏｅその他）に示してある。代わりに、前記表面処理部材４０は、不織布研磨部材４０であってもよい。不織布研磨部材４０は、スクリム織物に仮縫いされた繊維針状物を含む。好ましい不織布研磨部材は、米国特許第３，６８８，４５３号の「研磨物」（Ｌｅｇａｃｙその他）に記載されている。
【００３５】
締結具１２は、略平坦ベース１５と駆動部材１７とを含む。前記平坦ベース１５は、略平坦面１４と、前記平坦面１４と反対側の第２の表面１６を含む。１つの好ましい実施形態において、前記締結具１２の前記平坦面１４は約３ｃｍ（１．２インチ）の直径を有するが、より大きい締結具およびより小さい締結具は本発明の範囲内にある。図２に示すように、第２の表面１６は、前記締結具１２の外端で一層薄いように僅かにテーパーが付いている。前記第２の表面１６の中心から延在しているのは、駆動部材１７である。１つの好ましい締結具１２は、米国特許第３，５６２，９６８号の「表面処理ツール」（Ｊｏｈｎｓｏｎその他）に開示されている。駆動部材１７は、前記表面処理物１０を所望の動力ツールに取り付けるように構成されている。好ましい実施形態において、前記駆動部材１７は、対応する雌ねじ付き裏打ちパッド（図示せず）に嵌合するねじ付きスタッドである。適当な裏打ちパッドは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから登録商標Ｒｏｌｏｃのディスクパッドとして市販されている。
【００３６】
基準点１８は、前記締結具１２上に位置することが好ましい。基準点１８は、末端面１９上の駆動部材１７の末端上に位置することがより好ましい。「基準点」は、位置を検知する参照の基準として使用される任意の線、印又は形状を記述するのに、請求の範囲を含みここで使用される。例えば、基準点１８は、より詳しく後述される表面処理ウェブ上の締結具１２の位置を検知するのに使用される。
【００３７】
基準点１８は、第１の反射面２０および非反射面２４を含むことが好ましい。前記第１の反射面２０および前記非反射面２４は、同心であることがより好ましい。前記第１の反射面２０は円形であり、前記非反射面２４は前記第１の反射面２０を囲む環形であることが最も好ましい。前記非反射面は、前記第１の反射面２２に対して測定されるαの角度で傾いていることが好ましい。αは、２０°〜７０°であることが好ましい。αは、３０°〜６０°であることがより好ましい。αは、４５°であることが最も好ましい。前記駆動部材１７の前記末端面１９は、第２の反射面２２を含む。前記第１の反射面２０および前記第２の反射面２２は、互いに平行であることが好ましい。図３に示すように、前記非反射面２４は、前記第１の反射面２０と前記第２の反射面２２との間に位置する。前記非反射面２４および第２の反射面２２は、同心であることが好ましい。前記第２の反射面２２は、前記非反射面２４を囲む環形であることがより好ましい。
【００３８】
締結具１２は、熱可塑性材料から成ることが好ましい。適当な熱可塑性材料の例には、ナイロンおよびポリアミドがある。代わりに、締結具１２は金属から成ってもよい。適当な金属は、鋼である。
【００３９】
前記締結具１２は、前記表面処理部材４０上に直接スピン溶接されることが好ましい。スピン溶接の方法は、業界で知られている。一般に、スピン溶接は、互いに接触している前記締結具１２および表面処理部材４０を配置してから、前記締結具１２の材料を軟化させて前記締結具１２と表面処理部材４０との間の溶融結合を生じるように互いに対して前記締結具１２および表面処理部材４０を回転させることを含む。例えば、締結具を表面処理物にスピン溶接する方法の１つは、Ｐｅｎｔｔｉｌａその他に関する米国特許第５，９３１，７２９号に開示されている。前記締結具１２および表面処理部材４０に関する好ましいスピン溶接方法について、後述する。
【００４０】
前記締結具１２を前記表面処理部材４０に取り付ける別の適当な方法は、２０００年４月１８日に提出された米国特許出願第０９／５５１４７７号（Ｆｒｉｔｚその他）に開示されている。この特許出願は、締結具と表面処理部材との間に接着剤の層をまず配置することにより締結具を表面処理部材に取り付ける方法を概ね開示している。次に、接着剤の前記層を軟化させるように、前記締結具および表面処理部材をそれらの間の接着剤の前記層で一緒にスピン溶接する。冷却する際に、接着剤の前記層は、前記締結具と前記表面処理部材４０との間の結合を生じる。前記接着剤は、熱可塑性接着剤であることが好ましい。
【００４１】
前記締結具１２を前記表面処理部材に取り付ける別の適当な方法は、熱により硬化される熱硬化性接着剤の層を前記締結具１２と前記表面処理部材４０との間で使用することによるものである。しかし、前記締結具１２を前記表面処理部材４０に取り付ける前記方法は重要でなく、当業者に既知の任意の方法で前記締結具１２を前記表面処理部材４０に取り付けることもできる。
【００４２】
図４は、本発明による表面処理物１０を製造する装置５０および方法の略側面図である。前記装置５０は、巻出組立体５２、締結具装入場所６０、スピン溶接場所７０、機械視覚および切断場所８０、分離場所９０、および巻取組立体８８を含む。表面処理ウェブ３０は、各場所を通って進行しながら前記装置５０を通って間欠的に移動される。前記ウェブ３０の一部が各場所で費やす時間は、前記装置５０を通る前記ウェブ３０のスムーズで均一な進行を可能とするのに略等しいことが好ましい。
【００４３】
図４に示すように、表面処理ウェブ３０の長さは、ロール形状の表面処理ウェブロール５４上の巻出組立体５２で最初に与えられる。ロール５４は、ブレーキを含むことが好ましい。前記ブレーキを設定して、ロール５４が自由に回転するのを阻止するが、僅かな抵抗量で回転する。前記ウェブ３０は、ロール５４から上部ロール５６および下部ロール５７により形成される組立体まで進行する。次に、前記ウェブ３０は、前記装置５０の前記締結具装入場所６０まで進行する。定盤６２は、前記装置５０の上に位置する。前記締結具１２は所定の位置で前記定盤６２上に装入されて、２列の締結具１２を形成する。定盤６２は、真空（図示せず）と、前記締結具１２をスピン溶接場所７０内のスピン溶接機７４に転送しながらそれらの所定の位置で前記締結具１２を保持する真空孔６３とを含む。前記定盤６２上の前記締結具１２の相対位置は、スピン溶接場所７０内の前記２列のスピン溶接機７４の位置と整合するように配置される。定盤６２は、前記２列の締結具１２を前記装置の前記スピン溶接場所７０に送出する。前記定盤６２が前記締結具１２を前記スピン溶接場所７０に送出している間に、前記ウェブ３０は、前方へ進行してスピン溶接すべき前記締結具１２のための領域を確保し、前記スピン溶接場所７０の下で停止する。前記締結具１２を、前記スピン溶接機７４の底端部上のチャック７６に持ち上げ、前記定盤６２は、その元の位置に後退して更に締結具１２を受け取る。板７５は、前記スピン溶接機７４と反対側の前記ウェブ３０の下に位置する。前記スピン溶接機７４が前記締結具１２を前記ウェブ３０に取り付ける直前に、板７５は垂直方向に上昇して前記ウェブ３０を支持する。前記スピン溶接機７４は、前記締結具１２を前記表面処理ウェブ３０上にスピン溶接する。前記ウェブは、前記締結具１２を前記ウェブ上にスピン溶接している間、静止している。その後、板７５は垂直方向に下降して前記ウェブ３０から離れる。
【００４４】
前記締結具１２をスピン溶接した後、前記ウェブは前記装置５０の前記機械視覚および切断場所８０まで前進する。前記ウェブ３０は、停止して前記機械視覚および切断場所８０の下で静止したままである。機械視覚システム８２は、前の場所で前記ウェブ上にスピン溶接された前記ウェブ３０上の前記締結具１２の位置を検知する。次に、レーザ８４は、各々の前記締結具１２の周りで前記ウェブ３０を部分的に切断して、部分的に切断された表面処理物１０を形成する。次いで、前記ウェブ３０は、再度起動して、装置５０の前記機械視覚および切断場所８０から前記分離場所９０まで進行する。上部ラム組立体９１の中空シリンダ９４は、前記部分切断表面処理物１０を前記ウェブ３０から機械的に分離する。前記分離表面処理物１０は、収容ビン８６に落ちる。前記ウェブは、前記分離場所９０から上部および下部ウェブロール６８、６９間に形成されたニップ組立体まで進行する。最後に、残りのウェブは、前記上部および下部ウェブロール６８、６９間に形成されたニップ組立体から前記巻取組立体８８まで進行し、表面処理ウェブロール８９の周りに巻き取られる。ロール８９は、前記ロールの周りに前記ウェブを巻き取るモータを含むことが好ましい。
【００４５】
前記表面処理ウェブ３０は、研磨ウェブであることが好ましい。より好ましくは、研磨ウェブは、被覆研磨ウェブ又は不織布研磨ウェブの何れかであってもよい。前記ウェブ３０は、幅が２〜６０インチであることが好ましい。前記ウェブ３０は、幅が１５〜３６インチであることがより好ましい。しかし、ウェブ幅は、前記ウェブ３０に取り付けられる締結具１２の数およびサイズ並びに完成表面処理物１０のサイズによって変わる場合がある。
【００４６】
前記ウェブ３０の一部は、略同一速度で前記個々の場所の間で間欠的に移動することが好ましい。前記ウェブ３０の平均速度は、装置５０を通して５〜１５０インチ／分であることが好ましく、装置５０を通して２５〜７５インチ／分であることがより好ましい。前記平均速度は、１つの場所における静止位置からのウェブ加速および隣接する場所における静止位置までのウェブ減速を考慮して計算される。
【００４７】
図５は、装置５０の１つの好ましい実施形態を示す。前記巻出組立体５２および巻取組立体８８は示されていない。前記装置５０は、前記締結具装入場所６０、スピン溶接場所７０、機械視覚および切断場所８０、および分離場所９０を含む。図６〜図１３は、前記装置５０のこれらの場所の各々をより詳細に示す。
【００４８】
図５で分かるように、枠５１は、前記締結具装入場所６０と前記分離場所９０との間に延在している。上部ウェブロール５６および下部ウェブロール５７は、前記枠５１の一端部に装着されている。上部ウェブロール６８および下部ウェブロール６９は、前記枠５１の反対側の端部に装着されている。２本の上部ベルト５８は、上部ロール５６および上部ロール６８の対向端部の周りに巻き付けられている。２本の下部ベルト５９は、下部ロール５７および下部ロール６９の対向端部の周りに巻き付けられている。上部ウェブロール５６、下部ウェブロール５７、上部ベルト５８および下部ベルト５９は、装置５０を通って前記ウェブ３０を移動させるウェブ搬送体を形成する。上部ロール５６、６８および下部ロール５７、６９を回転させると、上部および下部ベルト５８、５９は、前記装置５０の前記締結具装入場所６０、前記スピン溶接場所７０、前記機械視覚および切断場所８０、および前記分離場所９０を通って前記ウェブ３０を進行させる。前記上部および下部ベルト５８、５９は、前記ウェブ３０の対向縁部と接触していることが好ましい。しかし、装置５０を通って前記ウェブ３０を移動させる多くの構成は、本発明の範囲内である。例えば、前記ウェブ搬送体は、モータにより駆動される駆動軸６８、共に遊び状態である上部および下部ロール５６、５７、および上部および下部ベルト５８、５９を含むこともできる。駆動軸６８を下部ロール６９に接続することもでき、駆動軸６８と下部ロール６９の両方は、前記ベルト５８、５９を駆動して矢印の方向に装置５０を通って前記ウェブ３０を移動させる。
【００４９】
前記スピン溶接場所７０において、スピン溶接台７２は、前記移動ウェブ３０の真上の複数のスピン溶接機７４を保持する。前記機械視覚および切断場所８０において、台８３は、前記移動ウェブ３０の真上の機械視覚システム８２およびレーザ切断システム８４を保持する。前記分離場所９０において、台１１０は、分離装置９９を保持する。前記分離装置９９は、上部ラム組立体９１およびウェブバックアップ組立体９２を含む。前記上部ラム組立体９１は、前記移動ウェブ３０の上に配置されている。前記ウェブバックアップ組立体９２は、前記上部ラム組立体９１と反対側の前記移動ウェブ３０の下に位置する。
【００５０】
図６は、前記締結具装入場所６０および前記スピン溶接場所７０をより詳細に示す。前記ウェブ３０は、前記上部および下部ロール５６、５７の間に形成された組立体を通って進行する。前記２本の上部ベルト５８は、上部ウェブロール５６の端部を中心として回転する。２本の下部ベルト５９は、下部ウェブロール５７の端部を中心として回転する。前記ベルト５８、５９を上部および下部ロール５６、５７により回転させると、前記ウェブ３０は前記装置５０を通って進行する。
【００５１】
前記締結具装入場所６０では、前記締結具１２を所定の位置で定盤６２に装入する。真空（図示せず）は、前記締結具１２をそれらのそれぞれの位置で保持する。台７２に位置する前記スピン溶接機７４内の前記チャック７６の位置と整合するように前記締結具を互いに対して配置することが好ましい。（図９および図１１に示すように）前記締結具を第１の配列１２０および第２の配列１２２で配置することが好ましい。各配列１２０、１２２は、各列が他方からずれた状態で１列の締結具であることがより好ましい。各列は、５つの締結具を有するものとして示されている。しかし、５つより多い又は少ない締結具を、台７２におけるスピン溶接機７４の数によって使用することもできる。
【００５２】
図示のように、台７２は、総数１３個のスピン溶接機７４まで保持することができる。１３個より多い又は少ないスピン溶接機７４を、前記完成表面処理物１０のサイズおよび前記ウェブ３０の幅によって使用することもできる。前記締結具装入場所６０に最も近いスピン溶接機７４の第１列は、６つのスピン溶接機まで収容できる。しかし、図面で分かり易くするために、２つのスピン溶接機７４だけを示す。前記第１列と反対側に位置するスピン溶接機７４の第２列は、７つのスピン溶接機７４まで収容できる。しかし、分かり易くするために、前記７つのスピン溶接機７４のうち２つだけを示す。スピン溶接機の前記第２列は、図９で一層はっきりと分かる。台７２は、各スピン溶接機７４の前後両方に位置する垂直固定棒７８を含む。しかし、図面で分かり易くするために、前記棒７８の一部を除去している。前記スピン溶接機７４が垂直に移動して締結具１２を前記ウェブ３０上にスピン溶接すると、前記スピン溶接機７４は固定棒７８を上下に滑る。水平支持棒７９は、台７２内の前記固定棒７８の端部を支持する。
【００５３】
図７は、前記定盤６２が前記締結具１２を前記スピン溶接機７４に装入する方法の略図である。前記スピン溶接機７４の前記チャック７６を、前記チャック７６内の掴みアーム７７を示すのに断面で示す。位置Ａでは、前記締結具１２をそれらの所定の位置で前記定盤６２上に装入する。前記所定の位置は、前記スピン溶接機７４の前記チャック７６の相対位置と略整合する。前記締結具１２を装入した後、前記真空（図示せず）をオンにして、真空孔６３を介してそれらのそれぞれの位置で前記締結具１２を保持する。次に、前記定盤は、前記スピン溶接機７４の真下に位置する位置Ｂに移動する。前記締結具１２は、前記スピン溶接機７４の前記チャック７６の真下の位置に現在ある。次に、前記定盤は、前記締結具１２の前記駆動部材１７を前記チャック７６の前記掴みアーム７７に直接挿入する位置Ｃに移動する。次いで、前記真空をオフにして前記締結具１２を放す。前記定盤６２が位置Ａに後退して更に締結具１２を受け取る場合、前記掴みアーム７７をばね押しして前記駆動部材１７を掴むことが好ましい。ここに記載のように前記定盤６２を移動させる機構は、当業者に周知である。
【００５４】
図８は、締結具１２を前記ウェブ３０上にスピン溶接する（図６に示す）台７２内の前記スピン溶接機７４の１つを示す。前記スピン溶接機７４は、回転モータ１５０および垂直駆動機構１５２を含む。駆動機構１５２は、支持棒７９（図示せず）に取り付けられる。好ましい実施形態において、前記駆動機構１５２はエアシリンダである。２本の固定棒７８は、前記スピン溶接機７４の何れかの側面上の前記支持棒７９から延在している。前記モータ１５０は滑動可能枠１４０を介して前記固定棒７８に装着されて、前記滑動可能枠１４０およびモータ１５０が、前記エアシリンダ１５２から延在するロッド１５４により垂直に駆動されるのを可能にする。前記モータ１５０から延在しているのは、第１の軸１５７である。前記第１の軸は、連結器１５８により第２の軸１６０に連結される。前記第２の軸１６０の末端に装着されるのは、前記締結具１２を保持するチャック７６である。従って、前記モータ１５０は、第１の軸１５７、第２の軸１６０およびチャック７６をスピンさせることが分かり、前記滑動可能枠１４０と一緒にこれらの構成要素のすべてを、前記駆動機構１５２の作動に応じて一緒に昇降させることが分かる。
【００５５】
チャック７６は、スピン溶接動作中に前記締結具１２を保持する任意の適当な固定具でもよい。チャック７６は、前記締結具を前記表面処理ウェブ３０に対してスピンさせる場合に前記チャック７６内の前記締結具１２の滑りを避けるのに十分確実に前記締結具１２を掴む必要がある。また、チャック７６は、スピン溶接工程後に前記締結具１２の容易な解放に備えるべきである。従って、チャック７６は、業界で周知のように前記締結具１２を掴んで放す可動要素を含むこともできる。
【００５６】
前記ウェブ３０の前進は、上部および下部ベルト５８、５９により前記スピン溶接機７４の下で停止する。（図４に示す）前記ウェブ３０の下に位置する板７５は、前記スピン溶接機７４と反対側の前記ウェブ３０を持ち上げて支持する。前記ウェブ３０を前記スピン溶接機７４の下で静止した状態にしながら、前記スピン溶接機７４は、前記締結具１２を前記ウェブ３０にスピン溶接する。前記締結具１２を前記ウェブ３０に取り付けた後、板７５は下降して前記ウェブ３０が前記機械視覚および切断場所に移動するのを可能にする。
【００５７】
前記締結具１２を前記表面処理ウェブ３０にスピン溶接する好ましい方法は、次の通りである。一般に、前記スピン溶接方法は、前記表面処理ウェブ３０を静止した状態にするステップと、前記スピン溶接機７４により駆動されるべきチャック７６に前記締結具１２を装着するステップと、所望の回転速度まで前記チャック７６および締結具１２を加速するステップと、前記駆動機構１５２を起動させて前記表面処理ウェブ３０と接触している前記締結具１２の前記平坦面１４を移動させるステップと、前記平坦面１４を軟化させるのに必要な摩擦温度を得るために前記締結具がスピンしている間に前記締結具１２と表面処理ウェブ３０との間に十分な力を加えるステップと、前記チャック７６および締結具１２が回転停止するのを可能にするステップと、前記締結具１２の前記平坦面１４が十分に冷却して前記締結具１２と表面処理ウェブ３０との間の結合を生じる間前記締結具１２と表面処理ウェブ３０との間の力を維持するステップと、前記締結具１２を前記チャック７６から放すステップとを含む。前記表面処理ウェブ３０を上部および下部ベルト５８、５９（図示せず）の間で機械的に静止した状態にして、スピン溶接工程の間中前記ウェブ３０を静止した状態にする。オプションとして、前記締結具１２と表面処理ウェブ３０との間の接着結合を生じるように、前記締結具１２の前記平坦面１４と前記表面処理ウェブ３０との間にそれらを一緒にスピン溶接する前に接着剤を置いてもよい。
【００５８】
樹脂含浸布又は高分子裏付き布を含む裏当てを有する被覆研磨ウェブ上にナイロン締結具１２をスピン溶接する場合、下記のパラメータは好ましい。前記締結具１２と表面処理ウェブ３０との間の溶融結合強さに影響を及ぼすと認められるパラメータは、次の通りである。前記チャック７６が前記システムに加える力は、約２５０〜１１００ポンドであることが好ましく、約３００〜７００ポンドであることがより好ましく、約３５０〜５００ポンドであることが最も好ましい。前記モータ１５０の速度は、約５００〜８０００ＲＰＭであることが好ましく、２０００〜６０００ＲＰＭであることがより好ましく、約２５００〜４５００ＲＰＭであることが最も好ましい。スピン時間は、約０．０５秒〜０．６秒であることが好ましい。前記スピン時間は、約０．２秒〜０．４５秒であることがより好ましい。前記スピン時間は、前記チャック７６が（前記締結具１２と前記ウェブ３０との間の接触時に基本的に）前記ウェブ３０から約０．１２５インチ以下の範囲内で垂直に位置決めされ、前記締結具１２が前記表面処理ウェブ３０と接触した後に前記モータ１５０から動力を解除するコマンドで終わる時間から動力の下で前記モータ１５０が維持される長さの測定値である。前記動力を前記回転モータ１５０から解除した後、前記締結具１２と前記ウェブ３０との間に十分な結合を生じるのに前記締結具１２と前記ウェブ３０との間の力を停止時間の間維持する必要がある。前記停止時間は、０．１〜１秒であることが好ましく、０．２〜０．５秒であることがより好ましい。
【００５９】
図９は、前記ウェブが矢印の方向に前記スピン溶接場所７０を出て前記機械視覚および切断場所８０に入る間、前記ウェブ３０およびウェブ３０に取り付けられた締結具１２を示す。第１列のスピン溶接機７４は、第１の配列１２０に配置される締結具１２を取り付ける。第２列のスピン溶接機７４は、第２の配列１２２に配置される締結具１２を同時に取り付ける。各配列１２０、１２２は、第１の締結具１２４、第２の締結具１２６、第３の締結具１２８、第４の締結具１３０および第５の締結具１３２を含む。各配列１２０、１２２内の前記締結具は、互いに等間隔に配置されることが好ましい。前記スピン溶接台７２は、最大１３個のスピン溶接機を保持することができ、よって１３個の締結具を前記ウェブに同時にスピン溶接することができる。しかし、分かり易くするために、前記ウェブを、前記第１および第２の配列１２０、１２２でそれに溶接された１０個の締結具のみを有するものとして示す。前記第１および第２の配列１２０、１２２は、それらの間で他の配列の締結具をスピン溶接できるように互いに幾らか離れてかつ互いにずれて配置されているので、前記ウェブ３０は前記スピン溶接場所７０を通って進行する。締結具１２の前記配列は、前記ウェブ３０から形成される表面処理物の数を最適化してウェブの無駄を低減するように配置されている。
【００６０】
前記スピン溶接機７４は前記台７２内の固定位置に装着されているので、前記締結具１２は前記ウェブ３０上の所定の位置にスピン溶接される。これは、前記締結具１２の位置を検知し前記ウェブ３０上の前記締結具１２の周りで切断して表面処理物１０を製造するのに都合がよい。
【００６１】
図１１に示すように前記ウェブが前記機械視覚および切断場所８０に入ると、機械視覚システム８２は、前記ウェブ３０を走査して前記締結具１２が前記ウェブ３０上に位置する場所を検知する。前記機械視覚システム８２は、２つの異なる位置で前記ウェブ３０のディジタル画像をとる２つのカメラを含むことが好ましい。第１のカメラは前記ウェブ３０上に位置する前記締結具１２の前記第１の配列１２０のディジタル画像をとり、第２のカメラは前記ウェブ３０上に位置する前記締結具１２の前記第２の配列１２２のディジタル画像をとることがより好ましい。前記第１のカメラは前記第１の配列１２０内の前記第１の締結具１２４のディジタル画像をとり、前記第２のカメラは前記第２の配列１２２内の前記第５の締結具１３２のディジタル画像をとることが最も好ましい。前記カメラは、前記画像を処理して前記締結具１２の位置を決定する前記機械視覚システムのコンピュータ処理装置に出力を送信する。次に、前記コンピュータ処理装置は、前記第１の配列１２０内の前記第１の締結具１２４および前記第２の配列１２２内の前記第５の締結具１３２の座標を決定する。次に、これらの座標を、レーザ８４が切断すべき場所を指示するレーザシステムに送信する。次に、前記レーザ８４は、図１１に示すように、前記締結具の各々の周りで前記ウェブを切断して表面処理物１０を形成する。前記コンピュータ処理装置は、前記締結具１２の中心の座標を決定してレーザ８４が前記締結具１２の中心の周りで切断して心合わせされた前記締結具１２を有する表面処理物を形成するのを可能にすることが好ましい。
【００６２】
図１０は、前記機械視覚システム８２内のカメラを用いて前記表面処理ウェブ上の締結具の図を示すディジタル記録画像である。前記駆動部材の末端に位置する前記基準点１８は、前記ウェブ３０上の前記締結具の位置を検知するのに使用される。詳しくは、前記機械視覚システムは、前記締結具１２上の前記基準点１８が作るパターンを探索する。前記機械視覚システムのカメラには、前記カメラの周りから前記ウェブ３０および締結具１２上に直接輝くリング光が入る。前記機械視覚システム内の前記カメラは、図１０に示すような前記ディジタル画像を記録する。前記カメラ画像は、グレースケール画像であることが好ましい。前記光の方向に直角である前記締結具の領域は、前記光をもとへ反射して白い領域を生成する。前記光の方向に直角以外の角度である前記締結具の領域は、前記光を向こうへ反射して黒い又はグレーの領域を生成する。前記基準点１８は、第１の反射面２０および非反射面２４を含む。用語「反射」は、前記カメラに戻って光を反射する面を指す。用語「非反射」は、前記カメラから離れて光を反射する面を指す。前記第１の反射面２０は、前記光の方向に直角であることが好ましく、ウェブ方向に平行であることが好ましい。前記非反射面２４は、前記光の方向に直角以外のある角度であり、ウェブ方向に平行でないことが好ましい。前記非反射面２４は、前記第１の反射面２０に対して測定されるα（２０°〜７０°）の角度で傾いていることが好ましい。αは、４０°〜５０°であることがより好ましい。αは、４５°であることが最も好ましい。前記駆動部材１７の末端の前記末端面１９は、前記光の方向に直角でウェブ方向に平行であることが好ましい第２の反射面２２を含む。その結果、前記第１および第２の反射面２０、２２は、前記カメラの方へ光を反射して白い領域を生成し、前記非反射面２４は、前記カメラの方へ光を反射せず黒い領域を生成する。前記非反射面２４は前記第１および第２の反射面２０、２２の間に位置するので、これにより、前記機械視覚システム８２が走査する明瞭な画像が作られる。
【００６３】
前記第１の反射面２０は、円形であり、白い円をもとへ反射することが好ましい。前記非反射面２４は、前記第１の反射面２０を囲む環形であり、前記白い円の周りに心合わせされた黒い環を生じることが好ましい。前記第２の反射面２２は、前記非反射面２４を囲む環形であり、前記黒い円の周りに心合わせされた白い環をもとへ反射することが好ましい。前記画像におけるこれらの３つの特徴の組合せは、前記機械視覚システムが前記ウェブ３０上で走査する「標的の中心」のパターンを作る。次に、この画像を用いて、前記コンピュータは、前記ウェブ上の前記締結具１２の位置を決定することができる。一旦前記締結具１２の位置を決定すると、前記締結具の位置をレーザ制御システムに送信する。次に、前記レーザを指示して前記締結具の周りで切断し表面処理物１０を形成する。機械視覚システムコンピュータは、同一の画像を用いて前記締結具の中心の位置を決定できることが好ましい。一旦前記締結具１２の中心の位置を決定すると、その出力を前記レーザ制御システムに送信する。次に、前記レーザを指示して前記締結具の中心の周りで切断し心合わせされた前記締結具１２を有する表面処理物を形成する。
【００６４】
ここに記載の条件を得ることができる任意の市販の機械視覚システム８２、例えばＮａｓｈｕａ，Ｎｅｗ  Ｈａｍｐｓｈｉｒｅに位置するＲＶＳＩ  Ａｃｕｉｔｙ，Ｉｎｃ．から入手できる登録商標Ａｃｕｉｔｙ  ＶＰ−２０００を使用することもできる。別の適当な機械視覚システム８２には、Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，Ｇｅｏｒｇｉａに位置するＤＶＴ，Ｉｎｃ．から入手できるＤＶＴ  Ｓｅｒｉｅｓ  ６００がある。
【００６５】
図１１は、前記装置５０の前記機械視覚および切断場所８０を示す。前記ウェブ３０は、前記ウェブ３０上でスピン溶接機７４により同時に取り付けられた締結具１２の前記配列１２０、１２２が機械視覚および切断システムの下にあるまで前進する。次に、前記ウェブは、停止して、前記ウェブ上の前記締結具１２の位置を検知する間および前記レーザ８４が前記締結具の周りで前記ウェブ３０を切断する間、静止した状態にしておく。
【００６６】
前記レーザ８４は、前記ウェブ３０上に位置する前記締結具１２の周りで切断して表面処理物１０を形成する。前記レーザ８４は、締結具１２０の前記第１の配列の前記第１の締結具１２４の周りで切断し始めるように示されている。次に、前記レーザは、前記第２の配列１２２内の前記締結具１２４〜１３２の周りで切断し続ける前に、前記第２の締結具１２６の周りで切断し続けて前記第１の配列１２０内の前記第３、第４および第５の締結具１２８〜１３２に続く。
【００６７】
各締結具１２の周りで切断する前に上述のように各締結具１２を個々に検知してもよい。しかし、前記配列内の各締結具の周りで切断する前に、締結具の配列内の前記締結具１２の１つ又は幾つかのみを検知してから前記配列内の前記締結具１２のすべての位置を決定することもできる。例えば、第１の締結具および第２の締結具のみが締結具の配列に含まれ、前記第１の締結具および第２の締結具が前記ウェブ３０上で互いにある一定の距離および方向に位置することが知られている場合、一旦前記第１の締結具の位置が検知されると、前記第２の締結具を前記第１の締結具および前記第２の締結具の相対位置から決定することができる。
【００６８】
図９および図１１について説明すると、各配列１２０、１２２内の前記締結具１２は、スピン溶接機７４により前記ウェブ３０に同時にスピン溶接された。従って、前記配列１２０、１２２内の前記締結具の位置は、台７２における前記スピン溶接機７４内の前記チャック７６の相対位置と整合する。前記チャック７６は、前記締結具を１つの方向へ互いに等間隔に配置するように等間隔に配置されることが好ましい。配列１２０、１２２内の前記締結具の間の距離および方向は既知であり、各配列１２０、１２２内の締結具の総数は既知であるので、１）前記ウェブ３０上の前記第１の配列１２０内の前記第１の締結具１２４の位置を検知し、２）前記ウェブ３０上の前記第２の配列１２２内の前記第５の締結具１３２の位置を検知し、３）既知の係数に基づいて前記配列１２０、１２２内の前記締結具１２の各々の位置を計算することにより、前記第１および第２の配列１２０、１２２内の前記締結具１２の各々の位置を決定することができる。一旦前記配列１２０、１２２内の前記締結具１２の各々の位置が決定されると、前記レーザ８４は、前記締結具の周りで切断して表面処理物１０を形成する。代わりに、前記配列１２０、１２２内の前記締結具１２のすべてに関する切断パターンを前記レーザ制御システムに入れる場合、前記レーザは、前記配列１２０、１２２内の前記締結具１２の各々の位置を計算することなく前記ウェブ３０上の前記第１の配列１２０内の前記第１の締結具１２４および前記第２の配列１２２内の前記第５の締結具１３２の検知位置を受け取った後にそのパターンを切断することもできる。
【００６９】
前記基準点１８は、前記駆動部材１７に対して心合わせされることが好ましい。前記駆動部材１７に対して心合わせされる前記基準点１８を有する利益は、前記レーザ８４が心合わせされた前記締結具１２を有する略完全に心合わせされた表面処理物を切断できることである。これは、心合わせされていない締結具を有する表面処理物と比較して次第に一層均等に磨り減る最終的な表面処理物を考慮している。
【００７０】
前記レーザは、前記締結具１２の周りで前記ウェブ３０を部分的に切断して部分切断された表面処理物１０を形成することが好ましい。前記レーザ８４は、前記表面処理物１０を前記分離場所９０で受け取るまで前記表面処理物１０が前記ウェブにとどまるように前記ウェブ３０の厚さを部分的に貫通することが好ましい。前記表面処理ウェブが被覆研磨ウェブである場合、前記レーザは、裏面上の裏当てを貫通するが、前記ウェブの作業面上の研磨被膜を貫通しないことが好ましい。代わりに、前記レーザ８４は、前記ウェブ３０を完全に切断して前記表面処理物１０を前記ウェブから完全に分離することもでき、よって前記分離場所９０を不要にする。
【００７１】
適当なレーザシステムは、所要の引込線に連結されたレーザ発生器と、ビーム送出システムと、排出システムを含む又は同排出システムに取り付けられた作業面とを含む。レーザ８４の前記ビーム送出システムは、次のようなパラメータ、検流計ベース又は他の走査光学ベースのシステム、最小５０ｍｍの口径、直径３００×１０−６ｍ未満の集束ビームサイズ、１５インチの最小視界サイズ、２５００ワットの電力容量、（前記作業面上で測定される）３００〜２０００ｍｍ／秒の速度でビームを向けるミラーの速度、および（前記作業面上で測定される）２００ｇを超える加速度を含むことが好ましい。前記ビーム送出システムは、透過光学システムとは対照的に全反射光学システムであることが好ましい。前記適当なレーザシステムは、任意の視界位置でかつ機器の寿命に関して±０．００４インチよりも優れた全システム精度を含むことが好ましい。
【００７２】
ここに記載の条件を得ることができる任意の市販のレーザ８４、例えばＷｈｉｔｅ  Ｂｅａｒ  Ｌａｋｅ，ＭＮに位置するＬａｓＸ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手できるＬＰＭ−２５００およびＬＰＭ−１０００を使用することもできる。
【００７３】
前記表面処理物１２を部分的に切断した後、前記ウェブは、図１２に示す前記装置５０の前記分離場所９０に進行する。分離装置９９は、台１１０に装着される。前記分離装置９９は、上部ラム組立体９１を含む。前記移動ウェブ３０の上に配置される前記上部ラム組立体は、垂直に移動して前記部分切断された表面処理物１０を前記ウェブ３０に対して機械的に除去する。前記表面処理物１０を前記ウェブから機械的に除去した後、前記表面処理物はビン８６（図示せず）に落ちる。
【００７４】
図１３は、前記分離装置９９の異なる構成要素を説明するのに便利である、前記分離装置９９の分解図を示す。前記分離装置９９は、上部ラム組立体９１とウェブバックアップ組立体９２とを含む。前記上部ラム組立体９１は、台１１０（図１２参照）に装着される固定ブラケット９８と、ラム板９３とを含む。駆動機構９５は、固定ブラケット９８により支持される。好ましい実施形態において、前記駆動機構９５はエアシリンダである。軸９６は、前記駆動機構９５から延在している。フランジ継手９７は、前記軸９６を前記ラム板９３に取り付ける。前記駆動機構９５および軸９６は、前記ラム板９３を垂直に移動させる。前記継手９７と反対側の前記ラム板９３の底から延在しているのは、シリンダ９４である。ラム板９３上のシリンダ９４の配置は、部分切断された表面処理物の前記配列１２０、１２２に対応する。前記シリンダ９４は、中空であり、前記部分切断された表面処理物１０の周囲に一致するようにサイズ調整されることが好ましい。前記上部ラム組立体９１は、あたかも前記部分切断された表面処理物１０を前記ウェブから機械的に分離するかのように延長位置に示されている。この位置において、シリンダ９４は、前記ウェブ３０を貫通して板１００内の孔１０１に入る。しかし、この分解図において、前記上部ラム組立体９１およびバックアップ組立体９２は、説明の目的で分離されている。
【００７５】
ウェブバックアップ組立体９２は、前記上部ラム組立体９１の下および前記移動ウェブ３０の下に位置する。ウェブバックアップ組立体９２は、前記上部ラム組立体９１の前記シリンダ９４を収容するのにサイズ調整された複数の孔１０１を有する板１００を含む。ウェブバックアップ組立体９２は、板１００を支持する枠１０５を含む。板１００の真下の枠１０５の内部に装着されるのは、２枚のバックアップ板１０２である。前記２枚のバックアップ板は、ピボット１０３を中心として旋回する。２つの移送シュート１０４は、枠１０５内の前記２枚のバックアップ板１０２の下に装着される。前記移送シュート１０４は、前記枠１０５内に固定され、移動しない。前記上部ラム組立体９１が前記ウェブに押下して前記部分切断された表面処理物１０を前記ウェブ３０から機械的に分離する場合、前記シリンダが板１００内の孔１０１を通って移動するときに、前記バックアップ板１０２を上へ旋回して前記シリンダ９４と接触させる。前記部分切断された表面処理物１０を前記ウェブ３０から機械的に分離した後、前記表面処理物は前記板１０２に落ちる。次に、前記バックアップ板１０２は、図１３に示すように、下方位置へピボット１０３を中心として旋回する。次いで、前記表面処理物１０は、前記移送シュート１０４の上へ滑り落ち、ビン８６（図４参照）に向けられる。
【００７６】
前記表面処理物１０を前記ウェブ３０から除去した後、前記ウェブ３０は、前記装置３０の前記分離場所９０から図４に示した前記巻取組立体８８に進行する。巻取組立体８８は、表面処理ウェブロール８９を含む。残りのウェブ３０は、表面処理ウェブロール８９の周りに巻かれる。
【００７７】
装置５０の前記場所５２、６０、７０、８０、９０および８８は、前記ウェブ３０が停止して各場所が前記ウェブの異なる部分で同時にその工程を行うように整合されることが好ましい。しかし、場所５２、６０、７０、８０、９０および８８は、各々独立していてもよく、又は種々の順番で組み合わせることもできる。
【００７８】
装置５０に関して示される切断手段はレーザであるけれども、その代わりに他の切断手段を使用してもよい。例えば、適当な切断手段には、打抜き、ウォータージェット切断又は超音波切断がある。上述のように、スピン溶接以外の方法により前記締結具１２を前記ウェブ３０に取り付けることもできる。
【００７９】
前記レーザとの組合せで機械視覚を用いて発明の方法を実行することが好ましいけれども、他の組合せは本発明の範囲内であり、例えば、機械視覚と上述の他の適当な切断手段との組合せ、又は他の検知手段とレーザ切断との組合せがある。
【００８０】
本発明は、それの幾つかの実施形態を参照してこれまで説明されている。前述の詳細な説明および例は、単に理解し易くするために与えられている。不必要な制限は、無いものとする。本発明の範囲に反することなく記載の実施形態で多くの変更を行うことができることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲は、ここに記載の正確な詳細および構造に制限されないが、むしろ請求の範囲の言語で記載の構造およびそれらの構造の均等物により制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による表面処理物の好ましい実施形態の等角図である。
【図２】  図１の前記表面処理物の側面図である。
【図３】  図１の前記表面処理物の平面図である。
【図４】  本発明による表面処理物を製造する装置および方法の略側面図である。
【図５】  本発明の前記方法を実行する好ましい装置の側面図である。
【図６】  締結具をスピン溶接場所に装入する前の、図５の前記装置の締結具装入場所の等角図である。
【図７】  前記締結具をスピン溶接機の列に装入する定盤の部分略側面図である。
【図８】  表面処理ウェブ上にスピン溶接された前記締結具を示す、図５の前記装置における個々のスピン溶接機の等角図である。
【図９】  機械視覚および切断場所に入る前の、図５の前記装置のスピン溶接場所の出口側の等角図である。
【図１０】  機械視覚を用いて前記表面処理ウェブ上の図１の前記締結具の平面図を示すディジタル記録画像である。
【図１１】  図５の前記装置の前記機械視覚および切断場所の等角図である。
【図１２】  図５の前記装置の分離場所の等角図である。
【図１３】  図１２の前記分離場所の分解図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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