專利名稱：用于將工件粘接在制造夾具上并且使之松解的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種工件夾具，尤其涉及利用輻射能量使得工件和夾具之間的輻射響應粘合劑粘接和松解的設備。
背景技術：
制造實踐中使用的夾具用于相對于制造過程、組裝過程或者檢查過程定位和保持工件。一種最需要的制造操作是機加工，以該過程作為示例。盡管機加工中心夾具的結構是專用的，但是基本均采用定位器、夾子以及支撐件等機械元件。定位器是固定的機械元件，用于將工件相對于夾具基底并最終相對于機加工中心進行定位。夾子是用于將工件推在定位器的子設備上的機構。夾子通常液壓或者氣壓地通過螺母和螺釘的相對轉動而被促動。
支撐件是用于提高夾具-工件系統的剛度的機構。支撐件與夾子不同之處在于，支撐件以最小的預加載與工件相接觸，并隨后鎖入適當位置。與夾子相同，支撐件可以液壓或者氣壓地通過螺母和螺釘的相對轉動而被促動。因為工件表面的不完整性，以及必須僅利用6個或者更少的定位器來定位零件的需要，因此支撐件僅在工件已經與定位器相接觸并被夾住之后才被嚙合。在許多應用中，促動另外的夾子，以迫使工件與支撐件相接觸，因此提高了夾具在工件上的預加載。
典型的工件加載循環涉及以下步驟。工件與定位器相接觸。促動夾子并迫使其與工件相接觸。在工件、夾子以及定位器的子設備中產生預加載接合點。如果使用支撐件，支撐件被促動并與工件發生輕微接觸。隨后，支撐件被鎖定在適當位置。可以促動另外的夾子來將工件保持在支撐件的子設備上。工件和夾具元件基本是一個組裝的結構。
在制造循環中，工件在預加載夾具-工件接合點處受到促動的夾緊力和摩擦接觸力的限制。促動的夾緊力的大小是關鍵。當夾緊力過小的時候，工件在加工過程中會在夾具之內滑動。當夾緊力過大的時候，工件會在加工之前在夾具之內過度變形。
夾具-工件系統的一個重要性質是其在要被加工的工件表面處的動態剛性。高的動態剛性是確保在加工過程中表面不會被過度振動并因此不會形成過大誤差以及顫動擦痕所必需的。
動態剛性是工件的幾何形狀以及彈性模量、夾具元件的空間設置、夾具元件的幾何形狀以及彈性模量、和工件與夾具元件之間的摩擦系數的正函數。就另一程度而言，它也是接合點預加載作用力的函數。加工夾具的一個重要性能量度是其在保持切削工具與要被加工的特征的接近的同時為夾具-工件系統賦予高動態剛性的能力。
其他重要的量度包括工件加載時間(包括工件安裝和夾具與支撐件的嚙合)、工件卸載時間(包括夾具和支撐件的脫離嚙合、工件的拆卸、定位器和支撐件接觸表面的碎片的清潔)、能夠被重新構成為保持不同零件的靈活性或者能力、以及投資成本。夾具設計是相當專業的，因為每個加工應用相對于工件復雜性、加工的特征的公差、所需要的材料的去除率、所需要的循環時間、以及所產生的零件的總數量都是不同的。
當適當設定促動作用力的時候，工件很少會在加工過程中從夾具中滑出。另外，這些夾具的保持強度對于工件的清潔性相對不敏感。但是，夾具定位工件的能力對于工件的清潔性是非常敏感的。而且，如果采用自動夾住和支撐系統，工件加載時間和卸載時間可以相對較短。
采用這種技術的夾具的投資成本從精密鉗子的幾百美元到全自動基板夾具系統的6萬美元不等。另外，還有用于外部促動源(液壓流體傳送系統、快速擰螺母機等)的成本。
但是，對于傳統的夾具技術有幾個限制。在許多應用中，夾具元件不能設置在工件上的關鍵位置上，因為該位置是不能接近的、不能通過夾子促動而被預加載的、過于復雜的、以及/或在預加載的時候會導致工件的明顯預加載變形。這會導致夾具-工件系統動態剛性的不足。反過來，這會導致在加工過程中的強制振動以及顫動擦痕的問題或者為了防止該問題而明顯降低加工過程的材料去除率。通常，該問題會降低產率和零件質量。
夾子促動通常導致工件的彈性、預加載變形。在實踐中很少監視夾緊力，并對各工件來說明顯不同，尤其是在手動促動的時候。在多種情況下，夾緊力遠大于保持工件所必須的力。在其他情況下，夾緊力最小足以保持工件而仍然會導致工件的過度預加載變形。在多個應用中，預加載變形足夠高，導致加工特征誤差超過公差。在許多其他情況下，變形足夠高而明顯與其他源相加和導致該零件超過公差。
在大多數應用中，在工件和夾具之間的接觸區域非常小。夾緊力和加工力導致的高應變可以導致在夾具-工件接觸區域處的工件表面的塑性刻痕和/或劃傷。該問題影響零件質量，并可以導致零件發生表面紋理公差失敗。
夾具元件，尤其是夾子通常會妨礙與要被加工的工件表面的接近。這需要額外的裝置，因此明顯提高了零件加工的總的交付時間和/或需要額外加工工具、切削工具和固定的投入。另外，每個裝置需要將零件相對于加工工具進行定位。由于該過程通常受到系統誤差和隨機誤差的影響，因此每個額外的設備增加了加工特征誤差的累計，尤其是方向、位置和輪廓類型誤差。
夾具元件，尤其是夾子，可以阻擋通向要被加工的表面的加工路徑。這會頻繁導致損壞切削工具、機加工工具以及固定元件的工具破裂。也會導致極大的降低產率，因為需要切削工具圍繞夾具元件快速往返移動。
夾具元件尤其是夾子可以位于工具的外殼之外，因此會占據可能用以保持其他工件的空間。這會降低能夠在基板或者基板上保持的工件的數量。反過來，這明顯增加了與切削工具變化、墊板變化以及工件對工件的快速往返移動時間相關的每部件的循環時間。
支撐件的位置可以在一個非常小的距離(0.001英寸-0.005英寸)的范圍內調整，以與定位和夾住的工件相接觸。這需要移動元部件，其作用降低了支撐件的硬度。
上述限制隨著加工特征公差的要求愈加嚴格、工件幾何形狀復雜性的提高、工件剛性的降低或者工件硬度的降低而更加明顯。
對于具體應用，可以采用另外的夾緊技術來克服傳統夾緊技術的缺陷。這些另外的技術包括使用另外的作用力來夾緊工件和粘接。
使用不依賴于機械夾緊的其他夾緊力的三種商業上的夾緊技術是真空夾盤、磁性夾盤、以及靜電夾盤。在所有這三種夾具中，可以瞬間接通和切斷夾緊力。
例如，傳統真空夾盤中，例如Dunham所制造的類型中，包括穿有孔/通道的抓緊板。孔/通道連接至真空泵，并通過閥系統打開或者關閉。當真空泵打開的時候，空氣壓力將零件壓迫在抓緊板上。為了維持該真空，必須通過周圍的夾盤-工件表面之間的接觸而封住孔和通道。該作用力的大小是在工件和抓緊板之間的封閉孔/通道面積以及空氣壓力(至多12psi)的乘積。
真空夾盤用于保持任何材料制成的工件。但是工件的底表面必須是平滑的。另外必須塞住會因為加工過程而暴露的孔或者通道。真空夾盤的軸向(或者垂直接觸表面的方向)保持強度不能超過大氣壓力(12psi)。同樣設定靜態摩擦系數為.2，這通常是金屬-金屬接觸的數值，真空夾盤剪切方向(或者平行接觸表面的方向)的保持強度大致為2.4psi。
由于它們低的保持強度，真空夾盤通常用于小的薄的零件的輕微切削和鉆入。他們通常用于具有非常大的、平滑接觸表面的工件的高速加工。在這些情況下，通過夾具和工件之間大的接觸區域克服夾具低的保持強度。這些應用通常用于航空航天工業。
傳統的磁性夾盤例如Tecnomagnete所制造的型號，用于保持磁鐵材料(鑄鐵、鋼以及某些鎳合金)所制成的工件。夾盤通過永磁體或者電磁體產生磁場。在這兩種情況下，磁力將工件拉在夾緊板上。
作用在工件上的磁力的強度是磁場強度和工件材料相對于抓緊板的接近距離的正函數。前者受到工件材料鐵磁性質和磁體強度的極大影響。通常，磁場越強和/或材料越接近，磁力越強。已經知道，對于電磁夾盤，工件-抓緊板之間接觸區域的降低或者接觸的工件表面的表面粗糙度的提高導致磁力明顯降低。
磁力夾盤能夠施加比真空夾盤明顯更大的夾緊力，軸向保持強度高至205psi(對于低碳鋼)，剪切方向保持強度為40.2psi(設定摩擦系數為0.2)。因此磁力夾盤用于涉及較高材料去除率的應用。它們主要用于研磨應用。但是他們也用于加工中心操作。另外如果需要，可以在夾緊板上平行設置，以定位工件的底表面。由于這樣將工件材料從抓緊板移開并減少了接觸面積，因此降低了作用在工件上的磁場。磁力夾盤所保持的工件通常留有殘余磁性。這種殘余磁性可以由單獨的去磁設備消除或者減少。
傳統的靜電夾盤用于保持導電材料。抓緊板是涂布有非導電材料例如塑性樹脂的電極。工件和抓緊板連接至電源，該電源使得正電荷沉積在工件上，負電荷沉積在抓緊板上(或者相反)。由此導致將工件推在抓緊板上的靜電作用力。
通常，所產生的靜電作用力非常小，通常就每工件-抓緊板接觸面積而言小于20psi。因為這種弱的夾緊力，靜電夾具很少用于機加工應用。但是它們為半導體工業廣泛使用，用于為各種其它處理來保持半導體材料。
所有這三種技術具有以下優點。更容易接近工件，因此在一個設備中可以處理更多的表面和/或可以在一個設備中保持更多的工件。工件底部和抓緊板之間接觸應力均勻分布，而是該作用力小，因此減小了由于預加載變形、塑性刻痕以及劃傷造成的零件劣化。夾緊力可以瞬間作用和瞬間不作用。但是由于技術上的限制，這些技術不能用于大多數機加工中心應用。
粘合劑粘接用于保持柔性和/或幾何形狀復雜的零件，這些零件不能在真空夾盤或者磁性夾盤或者靜電夾盤中被機械夾緊或者有效地保持。通常，這種技術限于制造非常少量的零件。這是因為形成粘合劑粘接和完成機加工之后破壞(或者在結構上弱化)粘接需要長的交付時間。
一些商業上可以得到的粘合劑系統(例如MCP Group制造的那些)利用了低熔點溫度的粘接材料以將工件附著在子板上和/或將其封裝。這些粘接材料是金屬、聚合物或者水。這些金屬是鉍、鋅和錫的合金。這些金屬的熔點范圍在75℃-250℃，取決于它們的成分。
使用這些材料以簡單地粘接至子板上的一個實施方案包括，安裝在子板頂表面上的池，工件放入該池中。可以通過填隙墊圈或者其它機械手段在工件的底表面和子板之間形成小間隙。將低熔點金屬加熱至流體狀態，隨后倒入池中以正好填平在工件-子板間隙之上。使金屬冷卻并硬化。金屬作為粘合劑將工件粘接至子板。另外，圍繞在工件邊緣的硬化金屬產生一個機械阻擋，以抵抗工件移動(也就是部分封裝)。此時，子板安裝在加工池中，并且對工件的暴露表面進行加工。一旦完成之后，通過噴燈融化粘接金屬或者將子板和工件放在爐中來除去工件。
工件的另一種完全或者部分封裝包括一個模具。模具的壁是容易抓住表面例如平行的平面或者圓柱形面的形式。如上所述的熔融隨后傾倒在模具中，并封裝工件連通其內部腔室。封裝的工件從模具上除去，并安裝在老虎鉗或者夾盤上。如上所述進行工件的拆卸。
該材料的熱塑性等效物是可以購買的，例如M.Argüeso&Co.Inc..所制造的RigidaxTM。熱塑性塑料的各種組成熔點在65℃-100℃。低熔點金屬和熱塑性塑料已經成功用于多種機械應用。但是它們的使用是具有限制的，例如在固化過程中薄壁工件的熱扭曲以及因為熔融物質的顯著收縮導致的機械扭曲。另外，它們對鋁均具有非常低的粘接強度(對于低熔點金屬為.246psi，對于熱塑性塑料為9.98psi)。
另一個實施方案采用冷液蛇形管以及加熱元件，通過將冷卻劑的溫度降低至冷卻劑冰點以下而固化冷卻劑，類似于溜冰場。這種設備之一是Ice ViseTM，由Horst-Witte制造。該設備包括非常類似于磁性夾盤的特征，但是它具有非常小的擋墻。它被設計為直接安裝在加工工具臺上。在夾盤接觸表面之下運行冷液蛇形管以及加熱元件系統。
為了使用凍結的老虎鉗，在夾盤接觸表面上沉積水的薄膜。工件設置成與該薄膜相接觸。冷卻劑被相繼驅動通過蛇形管，它使得水膜凍冰并將工件粘接在接觸表面上。凍結的老虎鉗控制系統連續驅動冷卻劑穿過蛇形管以保持在-10℃±2℃的冰溫度。據報道，凍結薄膜所需要的時間大約是90秒。
在加工之后，啟動加熱元件以融化冰膜并釋放工件。這樣作所需要的時間據報道為大約90秒。這種設備的變型包括在凍冰過程中使用集成的真空夾盤來保持工件，以及使用工廠用壓縮氣源代替傳統的冷卻劑作為冷卻介質的單元。該系統也驅動溫暖的工廠用壓縮氣源穿過同一個蛇形管以融化冰膜。
另一個實施方案具有明顯更深的擋墻，它允許冷卻劑例如水或者基于水的凝膠匯集在工件外表面周圍。當冷凍時，固化的流體部分封裝工件。基于水的凝膠可以提供更大程度的封裝。在這些情況下，凝膠填充在工件壁的周圍，并進入到可能進入的腔室中。隨著夾具和工件冷卻，凝膠凍成固體塊。由于涉及到更大的熱質量，用于使用這些實施方案的循環時間明顯長于其它替換方案。已經顯示，在-10℃的冰具有145psi-1300psi的最終拉伸強度，這取決于應變狀態。
冷凍工件保持設備的局限在于它不能用于豎直方向以外的其它方向。如果要在工件中鉆出豎直的透眼，必須在工件底部和夾盤之間建立明顯的間距。這種額外的間距必須用水或者基于水的凝膠來填充，因此提高了必須冷凍的熱質量，并顯著增加了冰凍和熔融循環時間。最后，冰凍過程不可避免的導致在工件內的嚴格溫度梯度，這會導致其熱扭曲。反過來，這會導致尺寸控制問題。即使工件被熱浸在-10℃，也仍然會導致明顯的尺寸問題或者處理持續時間以克服這些問題，因為所有完工的零件尺寸必須在20℃的條件下加以測量。
其它的工件保持設備采用固體粘接原材料例如Mitee-Byte所制造的Mitee-GripTM。該固體粘合劑是熱活化的基于蠟的粘合劑，它埋置在紙張中，涂布在尼龍網上，或者壓成棍的形式以保持非常細或者難以保持的零件。紙張產品例如可以保持平滑的平的零件。網產品可以在網中捕獲另外的蠟材料并有助于保持不規則形狀的零件。棍狀材料用于淺的腔室，用于保持凸形、凹形以及薄的零件。
固體粘合劑工件保持設備的一個實施例要求工件的底表面由固體粘合劑覆蓋，并壓在子板上。然后將子板、粘合劑以及工件定位在熱板(或者爐中)并加熱至固體粘合劑熔點以上的溫度，例如在80-90℃。在這個溫度，固體粘合劑熔融并覆蓋工件和子板表面。子板、粘合劑以及工件冷卻至室溫，并變為一體。
該過程中的下一個步驟是將子板安裝在加工工具上以準備加工。在加工之后，利用上述程序再次加熱工件和子板。一旦粘合劑熔融，將工件與子板分開。這種復雜過程和耗時過程通常用于特殊的加工作業。據信，固體粘合劑的拉伸強度大約在62psi-600psi。
迄今為止，上述的粘合劑粘接系統沒有一種采用強度與永久的高強度結構性粘合劑相關的那些(3000psi-5000psi)等效的粘合劑。結構性粘合劑沒有被使用的部分原因在于它們的長固化時間。結構性粘合劑通過各種手段來固化，包括暴露于濕氣、添加化學催化劑、熱活化。每個固化機理具有相對較短的凝結時間(10秒至1分鐘)，但是它們完全固化的時間相當長(15分鐘至幾個小時)。
結構性粘合劑的另一個主要局限在于它們一旦固化之后不能再熔化。另外，只能通過將它們的溫度升高至非常高的溫度和/或將它們暴露于苛性化學試劑，才能降低它們的強度，而這兩種方法在大多數情況下在不損害工件的條件下都不容易做到。
固化和松解問題的一個解決方案是采用輻射。多種結構性粘合劑可以通過暴露于輻射來固化。這種輻射通常是電磁輻射或者電子轟擊。利用這些手段，在幾秒內可以完全固化結構性粘合劑。類似的輻射可以用于結構性地弱化粘合劑粘接，以容易從夾具上除去工件。
為了粘接夾緊系統能夠利用結構性粘合劑和輻射，必須能夠將夾具-工件接頭之間的粘合劑暴露于輻射以在幾秒內固化粘合劑，以及暴露于輻射而能夠在幾秒內熱摧毀或者結構性弱化夾具-工件接頭之間的粘合劑并且對工件和夾具的熱轉移可以忽略不計。熱轉移要求是關鍵的，因為夾具-工件系統的熱生長能夠導致明顯的制造特征誤差。
發明內容
因此本發明的一個目的是提供一種保持工件的系統和方法，具有最小的預加載扭曲，最大的剛度，對制造過程的最大可接近性。
本發明的另一個目的是提供一種系統和方法，能夠用于小體積、加工車間應用以及專門的大體積應用。
本發明的再一個目的是提供一種系統和方法，能明顯減少零件制造的交付時間和成本，同時能夠改善零件質量。
本發明涉及通過使用輻射響應粘接劑作為粘接劑將工作裝載到制造固定裝置上并且從中將它卸載的系統和方法。術語“輻射”指的是優選在300nm至1064nm波長范圍內的電磁輻射例如光以及電子束輻射。術語“輻射響應”指的是物質物理響應(例如，發熱)的能力或能夠響應于暴露于輻射例如光而以其它方式變得激活的能力。用于固定制造工件的粘接工件保持系統包括具有輻射透射緊固表面的夾緊裝置和能夠發射輻射能量的輻射能量傳輸系統，它位于固定裝置的固定表面附近并且與之連通。
在工件裝載循環期間，粘接劑分配器將輻射響應粘接劑沉積到被稱為夾持器銷的承載光傳輸表面上。作為準備步驟，應該清除工件表面上的灰塵和油脂。隨后將工件推壓在定位器上并且朝著夾持器銷推壓，從而使得粘接劑被擠壓在工件和夾持器銷之間。固化輻射能量傳送穿過夾持器銷并且傳送到粘接劑上以使粘接劑“固結”或固化并且將工件粘接在固定裝置上。
去粘接輻射能量也通過夾持器銷傳送到固化粘接劑上以破壞或在結構上弱化或者松解固化粘接劑。在該說明書中，術語“松解(debond)”及其變型與術語“破壞或在結構上弱化粘接或粘合”及其變型可互換使用。粘接和松解操作只花費幾秒鐘，并且成本非常節約。在進行松解過程以便去除殘余粘接基底之后應該清潔所有配合表面。
圖1為本發明的各個組成部件的示意圖以及輻射能量傳輸系統的剖視圖；圖2為圖1的本發明輻射能量傳輸系統的分解視圖；圖3為圖1的本發明的輻射能量傳輸系統和夾持器銷的局部剖視圖，顯示出安裝有工件；并且圖4-11為過程圖，顯示出使用圖1的本發明的方法；圖12為圖1的本發明的輻射能量傳輸系統和夾持器銷的局部剖視圖，顯示出靜止光束實施方案，它與夾持器銷的頂視圖一起顯示出充滿了夾持器銷的整個直徑的光束；圖13為輻射能量傳輸系統和夾持器銷的可選實施方案的局部剖視圖，顯示出運動光束實施方案，它與夾持器銷的頂視圖一起顯示出只充滿了夾持器銷的一部分直徑的光束；并且圖14為輻射能量傳輸系統和夾持器銷的可選實施方案的局部剖視圖，顯示出夾持器銷燈泡。
具體實施例方式
本發明可以構成用于需要夾持工件的任意制造操作。為了舉例說明，在這里所包含的實施方案涉及批量機加工，但是不限于這些制造用途。
在圖1和2中所示的本發明10包括夾持器銷12、輻射能量傳輸系統14、夾持器銷底板16以及可拆卸/可收縮定位銷18和定位墊片19。還顯示出輻射能量源22、光學路徑選擇系統24、光導件30和光導件底板32。它們為輻射能量傳輸系統14的組成部件。計算機控制系統58控制了來自輻射能量傳輸系統14的輻射能量向夾持器銷12的發射。輻射響應粘接劑20施加在夾持器銷12的接觸表面26以便將工件28粘接在這些夾持器銷12上。夾持器銷底板16和光導件底板32安裝到基板(tombstone)42上以形成一夾具11。
高容量機加工應用通常是在例如具有托盤交換能力的四軸水平自動數控機床上進行的。在該情況中，夾具11安裝在機床(未示出)的兩個旋轉工作臺的一個上。工件裝載和卸載在數控機床正在加工安裝在類似機座-夾具系統上的零件的同時在該自動數控機床的外面進行。工件表面的幾何形狀變化性相對較小。這會是這樣一種情況，它們是通過例如軋制、擠出成形、機加工、粉末加工或模鑄形成的。
夾持器銷12為用來將輻射能量例如光傳送給輻射響應粘接劑20的承載光學元件。根據應用，夾持器銷12其尺寸和形狀可以變化，并且可以用作波導元件、透鏡或簡單的窗口。波導元件給出用于舉例說明的目的(圖12)。夾持器銷12的一個實施方案具有右端封閉的圓柱體形狀，優選其左右表面被磨光和拋光。從光導件30發出的靜止光束67是均勻并且離散的。光束67進入到夾持器銷12的入射表面60，并且直接穿過通向夾持器銷-粘接劑界面66或者在夾持器銷12的圓柱形表面彈起之后間接穿過。但是，夾持器銷12可以采取各種其它形狀，并且仍然用作波導件。
夾持器銷12優選由非常堅固、硬并且剛性而且在UVA到接近紅外線波長中具有輻射透射性能的材料制成。術語“輻射透射性能”指的是材料能夠光學透射光或輻射能量的能力。夾持器銷12由隨機取向無TiO2的藍寶石制成。藍寶石由于其高剛度、高強度、高硬度并且能夠在UVA到接近紅外線波長中透射光所以對于該用途而言為優選物質。還有藍寶石具有高折射率(約1.76)。但是，其它合適的材料包括鉆石、單晶體二氧化硅、紅寶石、三氧化鋯和氧化鋯。
夾持器銷底板16為保持夾持器銷12的結構基體。夾具11的一個實施方案包括一組夾持器銷底板16，每個設計成與在圖3中所示的工件28的底面一致。夾持器銷底板16的數目和空間布置與在這里所包含的夾持器銷12的數目和空間布置一起為專用的。
夾持器銷12嵌入在夾持器銷底板16中，使用粘接劑固定在底板16的孔34(圖3)內。但是，任意粘接劑都是合適的，但是優選采用其折射率小于夾持器銷材料的輻射響應粘接劑。使用這種粘接劑能夠將夾持器銷12迅速裝配到夾持器銷底板16中。夾持器銷12涂有粘接劑，插入到孔34中，暴露于例如來自烘焙燈的UV可見光(寬帶波譜)，然后優選在爐子中在大約150℃過固化大約15分鐘。
輻射響應粘接劑20其強度和耐久性足以在其所期望的壽命上將夾持器銷12保持不動。輻射響應粘接劑20在光學上是透明的，并且具有大約1.5的折射率。因為夾持器銷12的折射率明顯高于輻射響應粘接劑20，穿過夾持器銷12并且撞擊其側面的光將進行接近完全的內反射。由此增大了夾持器銷12的透射率。
夾持器銷底板16結合有定位銷18和定位墊片19，用于使工件相對于夾持器銷12和機加工基準點參考框架定位，并且使工件相對于在夾具11上的所有夾持器銷12定位。定位銷18和定位墊片19在沉積輻射響應粘接劑20之后并且在安裝工件28之前裝配好和/或延伸。定位件18、19不是承載部件。因此，一旦已經將工件28粘接在夾具11上，可以通過去除、收縮或其它手段使定位件18、19脫離以便提供更大的用于制造工具通向工件28的通道。另外，定位墊片19在工件28和夾持器銷底板16之間形成間隙56。
在優選實施方案中，夾持器銷底板16相對于夾具底板或基板42固定，因為粘附的工件表面54具有最小的形狀誤差。但是，在其中工件粘附表面54具有明顯的形狀誤差的情況下，如在它是通過例如砂型鑄造工藝形成的情況下所期望的一樣，可選實施方案(未示出)允許在夾持器銷底板16和夾具底板或基板42之間能夠進行相對運動。這種可選實施方案在工件28正在推壓在定位銷18和定位墊片19上的期間防止意外與工件28接觸。該可選實施方案還用來使在工件28和夾持器銷12之間的間隙56最小。在這些情況中，可以想到的是，夾持器銷底板16可以按照與可調解機械支撐件類似的方式促動并且相對于工件表面運動。
光導件30為用來通過它將輻射能量例如光傳輸給夾持器銷12的光導管。每個光導件30相對于夾持器銷12固定在適當位置中。從光導件30發出的輻射能量分散并且以預定的角度離開。輻射能量進入夾持器銷12，并且直接透射到夾持器銷-粘接劑界面66上，或者在內反射之后透射到其上。整個夾持器銷-粘接劑界面55以基本上均勻的輻照度受到照射。輻照度的大小將與透射輻射能量的功率成正比并且與夾持器銷出射表面36的橫截面積成反比。
光導件30的一個實施方案為市售光纖電纜，可以適用于供輻射能量源例如受激準分子和YAG激光器使用。這種光導件由Ceramoptec制造。光導件的另一個實施方案由Lumatech制造。
光導件底板32為用于光導件30的結構基體。按照與夾持器銷12類似的方式，使用輻射響應粘接劑20例如Dymax602將光導件30粘接在底板32的孔38上。但是，任意合適的粘接劑都是可接受的。
夾持器銷底板16和光導件底板32優選用螺栓連接在一起，并且通過定位銷40控制其對準(參見圖2)。優選使用兩個底板而不是一個以便于夾具11的裝配和拆卸，并且減小修理在使用中受損的夾持銷12所需的時間、精力和費用。光導件底板32直接連接在安裝在基板底座44上的基板42(圖1)上。
可選實施方案(圖13)利用了夾持器銷12作為用運動光導件或運動直接透射光束代替上述靜止光導件的窗口的功能。
在該實施方案中，夾持器銷12用作承載窗口。運動光束76進入夾持器銷出射表面36。該光束76具有小于夾持器銷D的固定直徑d，并且沿著環形路徑74運動。因此，透射穿過夾持器銷12的光不會照亮整個夾持銷出射表面36，而只是照亮其一部分。進入夾持器銷入射表面60的光75也是具有固定直徑的光束，并且沿著環形路徑運動。通過使發散光77穿過靜止光導件30進入用來將該光聚集成具有固定直徑d的光束的準直透鏡68來產生出這些運動光束。準直光束79反射離開繞著夾持器銷12的軸線旋轉的平面鏡70。該平面鏡70固定在裝在光導件底板32內的旋轉機械裝置72上。該旋轉機械裝置73由傳統的手段例如電、氣動或液壓手段來促動。
或者，通過增加位于準直透鏡和夾持器銷之間的聚焦透鏡(未示出)來使進入夾持器銷12的光束75和離開夾持器銷12的光束76的直徑d擴大或收縮。
另一個可選實施方案(未示出)通過來自響應輻射能量源的直接光束透射向夾持器銷提供固化光和松解光，因此無需光導件和光導件底板。通過用于使光束從一個夾持器銷向下一個夾持器銷運動的裝置使夾持器銷的入射表面暴露于直接光束。用于使該光束運動的裝置利用了由例如透鏡、固定鏡、促動鏡和/或促動軸等元件的光學系統代替光導件。在這些情況中，應該存在在夾具底板或基板的背面中的透明通道。
如上所述，輻射響應粘接劑20為可光固化結構粘接劑例如Dymax602。市售粘接劑20在暴露于波長為300nm至550nm的輻射能量時將聚合。輻射響應粘接劑20可以是不變的(或純的)，或者與著色劑例如顏料、染料或其它化學添加劑混合以便提高其吸收松解光的能力(將在下面詳細說明)，由此將這些粘接劑的吸收光譜細微調諧至在粘接和松解范圍內的特定波長。
由于光必須完全透過粘接位置以便使在遠處粘接劑-工件界面62處的粘接劑固化。透過該粘接劑的固化光遵照光吸收的Beer-Lambert’s定律。因此，所傳輸的光束的輻照率與滲透深度成指數關系降低。衰減率由與粘接劑相關的吸收系數決定。由于純粘接劑在光學上是透明的，對于所有波長的吸收系數必須極低。
輻射響應粘接劑包含光引發劑。當暴露于在特定波帶內的電磁輻射時，這些光引發劑變為自由基。引發交聯聚合反應所需的最小曝光量非常低大約為10mJ/cm2。交聯聚合反應過程一直持續到沒有任何更多的光引發劑可用于自由基化。聚合反應程度與曝光量(J/cm2)成指數相關。聚合反應速度在很大程度上受到烘焙光的輻照度(W/cm2)的控制。輻照度越高、曝光量越大，因此固化速度越快。輻射響應粘接劑在暴露于在紫外線和藍光光譜(波長為300nm至550nm)或暴露于高速電子(參見下面的表1和2)時在5秒或更少的時間內固化。
丙烯酸基輻射響應粘接劑廣泛用于裝配由例如Loctite和Dymax制造的大量機電產品中。丙烯酸基粘接劑包含有各種組成和數量的光引發劑。如上所述，光引發劑在暴露于在300nm至550nm的波長范圍內的光時將形成自由基，這反過來引發并且傳播了粘接劑的交聯聚合反應。通過電子束發射固化的粘接劑不需要用于自由基化的添加劑。相反通過與穿透的高速電子的相互作用使粘接劑內的單體直接自由基化。這些粘接劑毒性較低并且不會發出揮發性有機化合物。它們還具有通常大于1年的保存期限。
由于這些粘接劑在未固化和固化狀態中都是光學透明的，所以它們吸收了很少的在UVA和可見光譜中包括在300nm至550nm范圍內的光的輻射。一旦固化，則粘接劑吸收在這個較窄范圍內的光的能力進一步減小。如上所述，可以向該粘接劑中加入著色劑包括顏料、染料或其它一些化學材料以便增強松解光的吸收(在下面進一步描述)。
理想添加劑透射在粘接劑的光引發劑的吸收頻帶(優選300nm至550nm)內的光，并且容易吸收在該頻譜(優選在600nm和1064nm之間)外的松解光。添加劑的使用不會妨礙固化過程，并且輸送在規定波長處的松解光的費用相對便宜。
這種添加的示例為由Gentex制造的用在激光護目鏡和封罩板中的染料。這些塑料護目面板設計成透射其波長在可見光譜中的特定頻帶并且吸收在那些普通激光器(受激準分子、Nd:YAG等)的那些頻帶范圍內的波長。由于光固化粘接劑為聚合物，所以可以想到，添加這種染料將改善粘接劑的光吸收率。
混合輻射響應粘接劑20的一個實施方案例如其重量比為99.5％純粘接劑(例如Dymax602)和0.5％著色劑(例如碳黑)。但是，包含90％至99.9％的其折射率大約為1.5的基本透明輻射響應結構粘接劑和0.1％至10％的著色劑并且足以固化或破壞粘接的任意復合響應粘接劑混合物是合適的，并且在本發明的范圍內。
碳黑著色劑例如由Columbian Chemical Co.制造的Raven790在近紅外光譜中與激光很好地結合，并且只需要較少的濃度，且不會降低完全固化粘接的強度。該染料容易吸收在固化波長光譜內的光，并且阻止固化光透射穿過該粘接位置。
在固化過程中，接收最少量曝光的粘接劑部分將最少固化，因此其強度最弱。最少固化區域通常為離粘接劑-工件界面62最近的區域。由于整個粘接位置的強度受到其最弱區域的強度的限制，所以粘接劑的強度將總是受到在粘接劑-工件界面62處的總曝光的限制。因此，固化光輻射率越高則固化越快并且越深。
引發輻射響應粘接劑20的固化所需的曝光量非常低，大約為10mJ/cm2。是使0.003″粘接部分迅速固化所需的光輻照度相當低，對于純粘接劑而言大約為1W/cm2或者更少，對于相同厚度的帶染料的粘接部分為8W/cm2或更少(參見下面表1和2以得到進一步的細節)。
在室溫下，完全固化粘接部分的強度相當高。例如，在夾持器銷12和具有平滑金屬表面的工件28其最終拉伸強度通常為大于6000psi。但是，如果其溫度明顯高于其規定的工作溫度例如(300/150℃)有限的時間則永久降低了固化粘接部分的強度，從而導致輻射響應粘接劑20的碳化以及輻射響應粘接劑20的化學鍵破壞。
對于松解而言，由結構粘接劑粘接的粘接部分被熱、化學或機械地(即，將連接部分拉開)破壞(或結構弱化)。例如，典型的基于丙烯酸的粘接在接點溫度高于300/150℃時被破壞。另外，通過使之暴露于化學材料例如脫漆劑來破壞粘接部分，但是比熱降解要慢得多。
通過使大約為600nm至1064nm的激光束穿過純粘接劑透射到工件表面上從而使粘接劑-工件界面的溫度上升高于工作溫度較短的預定時間，來實現粘接部分的松解或結構弱化。因為持續時間非常短，所以傳遞到工件本體上的熱量將可以忽略。
如上所述，將具有作為松解光的良好吸收劑的添加劑的粘接劑與純粘接劑進行比較。該添加劑將改善粘接部分對輻射的吸收率以及熱轉換，并且使更少的熱量傳送到工件上。該添加劑將迅速發熱并且隨后通過傳導將該熱量傳送給周圍的粘接劑。本發明使光透射穿過例如帶色的粘接劑或帶染料的粘接劑層，發熱超過粘接劑工作溫度，并且沿著工件的表面破壞周圍的粘接。使用具有添加劑的粘接劑在松解所需的輻射能量方面明顯比沒有添加劑的粘接劑更有效，并且其松解的平均光輻照度大約為1000W/cm2。
從試驗觀察(下面的表1和2)可以看出碳黑百分比在固化光輻照度恒定并且松解光輻照度恒定的情況下在固化過程和松解過程上的效果1.碳黑百分比越大，則固化光的寄生吸收率越大，粘接部分的最大固化深度越小，并且實現完全連接強度所需的固化時間越長；并且2.碳黑百分比越大，則松解光的吸收率越大并且松解粘接部分所需的時間越短。
另外，如果碳黑百分比與固化光和松解光的輻照度一起保持恒定，則對于粘接部分厚度而言存在以下事實1.其厚度大約最大固化深度的粘接部分將在粘接劑-工件界面處沒有任何強度，因此對于其厚度低于最大固化深度的連接部分沒有任何粘接強度；2.粘接部分厚度越大，則對于其厚度低于最大固化厚度的連接部分到達完全固化所需的時間越長，粘接部分厚度越大，則連接部分吸收松解光的能力越大，并且松解固化粘接部分所需的時間越短；并且3.固化光輻照度越大并且松解光輻照度越大將導致更大的最大固化深度、更短的固化時間和較短的松解時間。
表1在下面總結了與各種粘接劑和固化過程變量相關的固化連接強度。
表2在下面總結了與各種粘接劑和松解過程變量相關的殘余松解連接部分強度。
再次參照圖1，輻射能量透射系統14包括輻射能量源22和光學路徑選擇系統24。輻射能量源22產生出用于使輻射響應粘接劑20固化或松解或者可能兩者都有的光或輻射能量。通過寬帶波長烘焙燈(短弧，水銀蒸汽)來產生出用于固化的輻射能量。其波長在粘接劑的吸收頻帶內的激光器(具有XeF氣體混合物的受激準分子(351nm)、雙Nd:YAG(532nm))產生出用于使粘接劑固化并且破壞粘接而且形成在工件上的殘余粘接劑基底52和夾持器銷出射表面36的輻射能量。激光器對于產生出更高所需輻照度是優選的，輻射能量需要能夠使輻射響應粘接劑20破壞。使用激光器優選使用脈沖雙或三Nd:YAG(355nm)來固化粘接劑以及破壞粘接劑。
對于輻射能量源22而言，用來固化這些粘接劑的一個光源為UV可見烘焙燈。UV可見光燈采用了金屬鹵化物燈泡或無電極熔融燈泡，它發射出在UVA和可見光譜中的寬范圍波長。但是，大多數輻射能量集中在300nm和550nm之間。在該光譜范圍內，峰值透射在較少的波長處出現。通過化學調節光引發劑，使得粘接劑的吸收光譜與這些峰值緊密配合。
UV可見光烘焙燈提供了用于同時固化輻射響應粘接劑20的光。例如，Dymax藍光波200瓦烘焙燈能夠通過芯部直徑為5mm的光導件發射出其平均輻照度為10W/cm2的光(320nm-450nm)。
使用激光器優于使用烘焙燈。因為從激光器發出的光是相干的，該光聚集在小得多的光斑尺寸，因此明顯增大了烘焙光的輻照度。相反這可以用來制定更大的固化深度和/或更小的固化循環時間，這有利于包含有固化光干涉添加劑的粘接劑的固化。
同樣，使用比強度相同的不相干光小得多的光導件來傳送相干光。另外，可以通過化學調節由粘接劑供應商提供的光引發劑來將粘接劑的吸收頻帶調節至激光器的波長。這樣，固化過程的效率得到優化。
市售的脈沖Nd:YAG激光器(1064nm)提供了用于破壞粘接劑的光，因為其光由光纖光導件以較高的輻照度傳送。因為破壞單固化粘接劑所需的功率合能量較低，所以使用脈沖光。這種激光器的所需功率取決于許多因素。
可選的激光器實施方案為適用于松解輻射響應粘接劑20的激光器，它發射出用來在幾分之一秒內破壞粘接部分64并且傳遞給工件28或夾持器銷底板16的熱量可以忽略不計。粘接部分的破壞是由于粘接部分64的熱降解。
在一個實施方案，輻射能量從輻射能量源22通過光路由器46引導至光導件30。由光路由器46傳送的輻射能量由光導件30傳遞給光導件底板32。該光導件30可以通過夾持器銷16與基板42連接以完成在輻射能量源22和夾持器銷12之間的光學網絡。
光學路線選擇系統24包括光學通道的網絡，它可以為打開通道、鏡、透鏡、光導件例如光些光導件或液態光導件合光束引導裝置中的任一個或組合。計算機控制系統58與光學通道和輻射能量發射網絡連接，以便控制從輻射能量源22到夾持器銷12的輻射能量的路徑和能級。可以加入光屏蔽部件等來在總體區域中保護操作人員。
在制造之后，通過暴露于比固化更高的輻射能量級上而使工件28與夾具11脫開。例如，激光透射穿過夾持器銷12并且射到粘接部分64上。粘接部分64在幾分之一秒內熱降解，并且傳遞給夾持器銷12、夾持器銷底板16或工件28上的熱量可以忽略不計。松解過程不會損壞夾持器銷12、夾持器銷底板16或工件28。
在松解過程之后，從夾具11中將工件28去除。激光器(輻射能量源22的示例)例如可以在工件粘接表面54和夾持器銷12的表面上留下熱降解或殘余粘接劑基底52。應該在分配新的輻射響應粘接劑20之前在不會對夾持器銷12造成損害的情況下從夾持器銷12中將降解或殘余粘接劑基底52去除。通過用金屬擦洗墊進行手動擦洗或者用動力砂帶拋光機或等同機械進行自動擦洗來從夾持器銷接觸表面中去除熱降解或殘余粘接劑基底。用于粗糙鋼/銅擦洗墊進行手動擦洗是去除這種降解或殘余粘接劑基底52的優選方法。但是，與被驅動的動力砂帶拋光機50氣動結合的擦洗墊降低了擦洗時間并且減少了人類勞動。在任一情況中的清洗過程不會損壞夾持器銷12和夾持器銷底板16。
如果需要的話，向工件粘附表面54施加類似的擦洗過程以去除殘余粘接劑基底52(圖10)。
或者，可以使用一零件清洗系統與化學物質例如甲苯或其它強力溶劑例如丙酮或沉浸在細小鋼絲棉上的化學脫漆劑結合來從工件中去除降解或殘余粘接劑基底52。可以使用利用了上述這些溶劑的傳統零件清洗系統來批量清洗工件。
回到圖1，本發明10的附加組成部件包括粘接劑分配器48(市售的)和具有擦洗墊附件50的氣力噴砂機。
粘接劑分配器48能夠將輻射響應粘接劑20自動地分配給夾持器銷12。粘接劑分配器48為外部分配器(如在圖11中所示一樣)或內部分配器(未示出)。外部分配器48與夾持器銷底板16不同，并且手動或自動操作，例如一分配注射器。內部分配器與在夾持器銷12附近具有分配噴嘴(未示出)的夾持器銷底板16成一體。可以通過在夾持器銷底板16內的通道系統(未示出)利用這些噴嘴將輻射響應粘接劑20泵送到夾持器銷12上。
現在參照圖4-11，這些圖顯示出將松解工件粘接在本發明的夾具上的過程。
步驟1粘接劑分配器48將一滴輻射響應粘接劑20分配到每個夾持器銷12的接觸表面26上(圖4)。
步驟2將定位銷18和定位墊片19伸展和/或裝配在夾持器銷底板16上(圖5)。
步驟3將工件28安裝在定位銷18和定位墊片19上(圖6)，由此使工件28相對于機床參考機架定位。在每個夾持器銷12處的輻射響應粘接劑20在工件28和夾持器銷12之間擴散。根據工件粘附表面54的形狀可變性，在每個夾持器銷12和工件28之間的標稱間隙56大約為0.003英寸。該輻射響應粘接劑20填充了在工件28和夾持器銷12之間的所有間隙，且不會導致任何明顯的力作用在工件28上。
步驟4通過光導件30與輻射能量源22連接的光導件底板22安裝在基板42上(圖7)。但是，輻射能量源22在基板42或其它緊固件上的其它安裝結構(未示出)也是適用的，并且在本發明的范圍內。隨后輻射能量源22向所有夾持器銷12同時發出以輻射能量(大約為300nm至550nm)形式的固化光大約3至10秒的時間。在該傳輸最后，使所有粘接劑液滴20充分固化或固結以形成粘接工件28和夾具11的粘接部分并且提供6000psi或更大的拉伸強度。
步驟5必要時可以使定位銷18和定位墊片19從夾持器銷底板16縮回和/或去除(圖8)。隨后，將夾具11送到自動數控機床以便進行零件機加工。
步驟6在制造之后，夾具11進行松解程序以從夾具11上分離工件28。光導底盤32連接至例如與基板42連接的輻射能源22(圖9)。光路由系統24向每個粘接接頭64傳送激光束(大約300nm-550nm)的脈沖串。每個脈沖串持續大約.05秒至.2秒的持續時間，這取決于粘接接頭的厚度。脈沖串由接頭粘合劑吸收，并熱降解。在該過程中轉移至工件28、抓緊銷12以及抓緊銷底盤16的熱量可以忽略不計。
步驟7從夾具11上除去工件28(圖10)。在工件28和抓緊銷12的接觸表面上殘留部分熱降解的粘合劑52。另外，未固化的輻射響應粘合劑20可以保留在表面上不會暴露于固化輻射能量。
步驟8首先利用乙醇浸泡的抹布除去抓緊銷底盤上的未固化輻射響應粘合劑20。利用沖刷墊或者具有沖刷墊附件的氣動噴砂機50來手工除去抓緊銷12表面上的熱降解或者殘留的粘合劑基板52(圖11)。或者可以利用機械手以及氣動噴砂機來自動除去殘余物。工件上的熱降解或者殘留的粘合劑基板52可以在隨后的裝置中加工去除或者在加工工件的后處理中清潔。
上述實施例顯示了實施本發明的一個方式，但是可以不同的方式來實施本發明。它的實施方式會受到應用的具體特征的影響。重要的影響因素將包括工件幾何形狀以及幾何變率、工件循環時間、零件質量要求、加工工具進行加工操作的能力、以及夾具重構性和靈活性要求。
另一個實施方案考慮或者使用添加劑，它會導致固化光干涉，其中附著的(adherent)工件表面相對平滑并受到小的幾何變化。會產生這種類型的工件表面的起始過程的示例包括軋制、擠出、機加工、粉末處理(powder processes)以及壓鑄。抓緊銷底盤16優選是靜止的，在抓緊銷12和工件之間的正常間隙厚度應當為.005英寸或更小。使用傳統的固化燈來固化粘合劑。粘合劑接頭會具有更大的接頭剛度，并且實際上不會向工件表面熱傳遞。
在厚的粘合劑接頭(大于0.003英寸)的情況下，存在四個選擇用以固化接頭。第一個選擇是使用純的光學透明的粘合劑(最容易固化)，但是松解過程會依賴于粘合劑-工件界面的加熱。這會需要極大的松解光能量以松解粘合劑，因此可能需要更大功率的松解光源或者更長的松解處理的循環時間。
第二個選擇是使用略微著色的粘合劑(小于0.5％重量百分比的著色劑)。這可能需要較強的固化光源和/或略微更長的粘接處理循環時間。但是松解光源和處理和保持大致相同。
第三個選擇是使用同樣著色的粘合劑(0.5％重量百分比的著色劑)以及使用比第一和第二選擇中功率大得多的固化光源例如激光。
第四個選擇是產生多層粘合劑接頭，包括粘接至著色粘合劑(0.5％重量百分比的著色劑)的薄層(例如0.001英寸至.003英寸厚)的純粘合劑的厚層(例如0.001英寸至0.05英寸厚)。在這種情況下，作為預處理步驟，向附著的工件表面施加涂布少量的著色粘合劑，并利用與小于或者等于.003英寸的粘接著色接頭所使用的固化光源和粘接過程同樣的固化光源和粘接過程進行半固化。接頭的頂表面會由于氧氣的抑制保持半固化。在工件加載循環中，半固化的著色粘合劑會與未固化的純粘合劑相接觸。然后如前所述，未固化的粘合劑和與著色粘合劑的界面會固化。
如果優選的，可以在預處理步驟中使用較高輻照度的光源，以減少固化循環時間。通過電子束轟擊(另一種形式的輻射固化)或者熱固化(羅里如使用烘箱)或者使用化學活化劑也可以固化少量涂布的著色粘合劑。這些過程中的任一種都能導致在粘合劑-空氣界面之下的著色粘合劑的完全固化，并確保頂表面由于氧氣抑制而保持半固化。
在工件加載循環中，在抓緊銷12上沉積純的輻射響應粘合劑20。然后將工件28安裝在定位器銷18和定位器墊19上，使得半固化粘合劑與未固化的純粘合劑相接觸。純的粘合劑固化而粘接至抓緊銷12并與著色粘合劑的半固化表面交聯聚合。這種過程可以在抓緊銷12和工件28之間導致完全固化的粘接。
對于.005英寸厚的粘合劑接頭已經進行了試驗。在這些情況下，在工件表面沉積.002英寸至.003英寸的0.5％的著色粘合劑的層。利用手保持光導，利用低照度光束(＜1.682W/cm2)將粘合劑半固化20秒。在半固化之后，使得著色粘合劑與抓緊銷上的未固化的純的粘合劑相接觸，利用通過抓緊銷透射的較高照度光(7.85W/cm2)固化粘合劑接頭10秒。該過程所產生的接頭按照常規獲得大于7480psi的強度。另外，當承受松解光(1270W/cm2).2秒的時候，粘合劑接頭的殘余強度大約小于460N。
粘接的另一種方法提供了能夠通過在夾具-工件接頭的接縫處而不是在工件和夾具11之間的區域界面處形成粘合劑粘接而實現的足夠的保持強度。這種替換的實施方案提供了關于固化和松解輻射能量透射的更大的靈活性。
實際上，簡單的直射光束、輻射透射足以用于粘合劑的固化和松解。結果，不需要夾具11是光學透射元件或者任何其它形式的光束控制設備。而且這另一種實施方案會關于輻射能量源提供更大的靈活性。此處，通過來自固化燈、激光器或者電子束發射器的光束進行固化。另外，通過激光器或者電子束發射器進行松解。輻射響應的結構性粘合劑可以是與用于電子束透射情況下的可光固化粘合劑的傳統粘合劑不同的不同組成。
替換的輻射能源集成在抓緊銷上(圖14)。如上所述，抓緊銷優選由例如藍寶石的材料制成，它非常堅固、硬和剛性，并可以光學透射在UVA或者近紅外波段的輻射能量，例如光。抓緊銷被制成具有兩個電極82的承受負載、充有氣體的金屬鹵化物燈泡78。采用傳統的手段將傳統的電極82和氣體封閉在承受負載的燈泡中。氣體是在通過預定水平的電壓激發時能發射波長范圍在300nm至550nm的輻射能量的任何已知氣體，例如金屬鹵化物氣體。連接抓緊銷燈泡78的電極82的電線84通過光導底盤32以及夾具子板或者基板(見圖1)通向傳統的電源86。
在粘合劑粘接過程中，電源給電極產生足夠的電壓以激發其中所含有的氣體。激發的氣體發出輻射，例如光，來固化粘合劑。
在粘合劑松解過程中，激光通過如上所述用于固體抓緊銷的抓緊銷燈泡透射。但是在該實施方案中，光也通過燈泡中填充的氣體以及抓緊銷材料透射。
本領域技術人員可以理解，其它的實施方案、改進、細節和使用可以與前面公開的文字和精神相一致，并落在本專利的僅由所附的權利要求限定的范圍內，該范圍根據專利法，并包括等同原則，來進行解釋。
權利要求
1.一種用于固定制造工件的粘接劑工件夾持系統，包括一夾具，它具有輻射透射固定表面，所述表面能夠成為在所述系統和所述工件之間的粘接劑界面；一輻射能量傳輸系統，它能夠發射輻射能量；所述輻射能量傳輸系統設置在所述輻射透射固定表面附近并且與之光學連通；并且所述輻射透射固定表面能夠透射由所述輻射能量傳輸系統發出的所述輻射能量。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述輻射透射固定表面能夠透射電磁輻射能量；并且所述輻射能量傳輸系統能夠發射電磁輻射能量。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述輻射透射固定表面能夠透射電子束輻射能量；并且所述輻射能量傳輸系統能夠發射電子束輻射能量。
4.一種用于固定用于制造的工件的粘接劑工件夾持系統，它包括一夾具，它具有輻射透射固定表面，所述輻射透射固定表面由選自藍寶石、鉆石、單晶體二氧化硅、紅寶石、三氧化鋯和氧化鋯的材料制成；一輻射能量傳輸系統，它能夠發射輻射能量；所述輻射能量傳輸系統設置在所述輻射透射固定表面附近并且與之光學連通；并且所述輻射透射固定表面能夠透射由所述輻射能量傳輸系統發出的所述輻射能量。
5.一種用于固定用于制造的工件的粘接劑工件夾持系統，它包括一夾具，它具有輻射透射固定表面；一輻射能量傳輸系統，它能夠發射輻射能量，所述輻射能量傳輸系統包括一輻射能量源和光學通道網絡；所述輻射能量傳輸系統設置在所述輻射透射固定表面附近并且與之光學連通；并且所述輻射透射固定表面能夠透射由所述輻射能量傳輸系統發出的所述輻射能量。
6.如權利要求5所述的系統，其中所述光學通道網絡與所述夾具成一體。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述光學通道網絡包括一輸入端和一輸出端；所述輸出端位于所述輻射透射固定表面附近；所述輸入端位于所述輻射能量源附近；并且所述輻射能量源能夠發射輻射能量。
8.如權利要求7所述的系統，其中所述光學通道網絡的所述輸出端能夠將由所述輻射能量源產生出的靜止輻射能量束傳送到所述輻射透射固定表面上。
9.如權利要求7所述的系統，其中所述輻射能量傳輸系統還包括在所述光學通道網絡和所述輻射透射固定表面之間光學連通的輻射能量定向源；并且所述輻射能量定向源能夠將由所述光學通道網絡傳送的輻射能量定向到所述輻射透射固定表面上。
10.如權利要求5所述的系統，其中所述輻射能量源能夠發射在300nm至1064nm的波長范圍內的輻射能量。
11.如權利要求5所述的系統，用于將工件粘接在所述輻射透射固定表面上，其中所述輻射能量源能夠發射在300nm至550nm的波長范圍內的輻射能量。
12.如權利要求5所述的系統，用于使工件與所述輻射透射固定表面分離，其中所述輻射能量源能夠發射在600nm至1064nm的波長范圍內的輻射能量。
13.如權利要求5所述的系統，其中所述夾具還包括機械定位件，用于使工件相對于所述夾具定位；并且所述機械定位件在工件和所述輻射透射固定表面之間限定了預定間隙。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述機械定位件能夠脫開，由此所述機械定位件不會妨礙制造。
15.如權利要求13所述的系統，其中所述機械定位件能夠被拆除，由此所述機械定位件不會妨礙制造。
16.如權利要求13所述的系統，其中所述機械定位件能夠回縮，由此所述機械定位件不會妨礙制造。
17.如權利要求5所述的系統，其中所述光學通道網絡選自由內反射光導件、反射構件、鏡和透鏡構成的組。
18.如權利要求5所述的系統，其中所述輻射透射固定表面和所述輻射能量傳輸系統為一體的；并且所述整體輻射能量傳輸系統包括密封承載燈泡，它由選自藍寶石、鉆石、單晶體二氧化硅、紅寶石、三氧化鋯和氧化硅構成的組的材料制成；電極，它們設置在所述密封承載燈泡內；氣體，它設置在所述密封承載燈泡內并且能夠發射在300nm至550nm的波長范圍中的輻射能量；以及多個電線，它們與所述電極連接。
全文摘要
一種利用輻射響應粘合劑作為粘接劑來在制造夾具上粘接和從其上松解工件的系統和方法。該方法包括在幾秒內在加載過程中固化粘合劑，并在幾秒內在卸載過程中結構性弱化粘合劑。在工件加載循環中，粘合劑分配器(48)將輻射響應粘合劑沉積在已知為抓緊銷(12)的承受負載的透光表面。然后將工件推在定位器上，并且朝著抓緊銷(12)，導致粘合劑夾在工件和抓緊銷(12)之間，并通過抓緊銷(12)使得固化輻射能量透射到粘合劑上，使得粘合劑固化并將工件粘接在夾具上。因此，在制造之后結構性弱化粘接或者松解以從夾具上除去工件。
文檔編號B23Q3/08GK1895874SQ200610103150
公開日2007年1月17日 申請日期2003年8月6日 優先權日2002年8月7日
發明者愛德華·C.·德米特 申請人:賓夕法尼亞州研究基金會