CN103987637B - 制造真空工具 - Google Patents

Abstract

各方面涉及用于真空工具的系统和装置，该真空工具具有真空分配器、一个或多个真空孔、真空分配腔和板。该真空工具对于利用真空力拾取和放置一个或多个制造零件是有效的。本发明的各方面具有作为统一的真空工具联接的多个真空分配器，其提供了对产生的真空力的控制。另外，本发明的各方面改变延伸穿过真空工具板的一个或多个孔的尺寸、形状、偏移和/或孔距。另外，本发明的各方面预期一个或多个真空发生器的选择性的激活/停用。

Description

制造真空工具

技术领域

本发明涉及用于真空工具的系统和装置。

背景技术

传统上，在制造产品中使用的零件通过人手或机器人机构被拾取并放置在用于制造的位置。然而，目前的机器人机构尚未提供在某些生产系统中有成本效益地实施的控制水平、灵巧度和有效性。

发明内容

本发明的各方面涉及用于真空工具的系统和装置，该真空工具具有真空分配器、一个或多个真空孔、真空分配腔和板。该真空工具对于利用真空力拾取和放置一个或多个制造零件是有效的。

提供了本概述以便以简化形式介绍在下文的详细说明中进一步描述的概念的选择。本概述并不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

本发明的示意性实施方案参照附图在下文详细地描述，其以引用的方式并入本文，并且其中：

图1描绘了根据本发明的实施方案的示例性真空工具的从上向下的视图；

图2描绘了根据本发明的各方面的沿平行于图1中真空工具的剖切线3-3的剖切线的从前向后的透视剖视图；

图3描绘了根据本发明的各方面的沿图1剖切线3-3的真空工具的从前到后的视图；

图4描绘了根据本发明的各方面的沿图1的剖切线3-3剖切的真空发生器的聚焦视图；

图5描绘了根据本发明的各方面的包括多个孔的示例性板；

图6-15描绘了根据本发明的各方面的板中的各种孔变量；

图16描绘了根据本发明的各方面的包括真空工具和超声焊接机的制造工具的分解图；

图17描绘了根据本发明的各方面的先前在图16描绘的制造工具的从上向下的透视图；

图18描绘了根据本发明的各方面的先前在图16描绘的制造工具的侧透视图；

图19描绘了根据本发明的各方面的包括六个分立真空分配器的制造工具的分解透视图；

图20描绘了根据本发明的示例性的方面的先前关于图19讨论的制造工具的从上向下的透视图；

图21描绘了根据本发明的各方面的图19的制造工具的侧透视图；

图22描绘了根据本发明的各方面的包括真空发生器和超声焊接机的制造工具；

图23描绘了根据本发明的各方面的图22的制造工具的从上向下的透视图；

图24描绘了根据本发明的各方面的图22的制造工具的侧透视图；

图25描绘了根据本发明的各方面的包括单一孔真空工具和超声焊接机的制造工具的剖切侧透视图；

图26描绘了根据本发明的各方面的包括多个孔真空工具和超声焊接机的制造工具的透视图；以及

图27描绘了根据本发明的各方面的沿图26的剖切线27-27的制造工具的内部视图。

具体实施方式

本发明的实施方案的主题在本文具体地被描述以满足法定要求。然而，该描述本身并非旨在限制本专利的范围。更确切地说，发明人已经预期所要求保护的主题还可以以其它方式实施，以包括类似于本文件中所描述的元素或元素组合连同其它目前的技术或未来的技术的不同的元素或元素组合。

本发明的各方面涉及用于真空工具的系统和装置，该真空工具具有真空分配器、一个或多个真空孔、真空分配腔和板。真空工具非常适合于用于自动化制造系统内的各种材料、各种形状、各种零件尺寸、各种制造工艺以及各种位置。这种高水平的适应性提供了是自动化制造工艺过程中的关键部件的一种真空工具。因此，该真空工具对于利用真空力拾取和放置一个或多个制造零件是有效的。

因此，在一方面，本发明提供了一种真空工具。该真空工具包括真空分配器。真空分配器包括外部上表面、内部上表面、外部侧表面和内部侧表面。真空工具还包括延伸穿过真空分配器的外部上表面和内部上表面的真空孔。真空工具另外包括真空分配腔。真空分配腔至少部分地由内部上表面和内部侧表面形成，其中在内部上表面和内部侧表面之间形成了钝角。真空工具还包括板。该板包括内部板表面和外部板表面。多个孔延伸穿过内部板表面和外部板表面。内部板表面联接到真空分配器，将真空分配腔封闭在真空分配器和板内。

在另一方面，本发明提供了另一种真空工具。该真空工具包括多个真空分配器。每个真空分配器联接到至少一个其它真空分配器。真空工具还包括多个分立的真空分配腔。真空分配器中的每一个至少部分地形成相关联的真空分配腔。真空工具还包括具有多个孔的真空板。真空板联接到真空分配器。板和真空分配器封闭真空分配腔。

本发明的第三方面提供了一种真空工具。该真空工具包括真空分配器。真空分配器包括形成非圆形覆盖区的四个主要侧边缘。四个主要侧边缘包括第一侧边缘、第二平行的侧边缘、前边缘和平行的后边缘。真空分配器具有内部上表面和四个主要内部侧表面。四个主要内部侧表面中的每一个从内部上表面延伸至四个主要侧表面中的相关联的一个。真空工具还包括真空发生器。真空发生器联接到真空分配器。真空工具还包括真空板。真空板包括上表面和平行的下表面。真空板上表面联接到四个主要侧边缘，形成真空腔。真空腔至少部分地由内部上表面、四个主要内部侧表面和真空板上表面界定。真空板包括延伸穿过真空板上表面和真空板下表面的多个孔，允许空气经由多个孔穿过真空板。多个孔中的每一个具有1毫米和3毫米之间的直径以及从2毫米到6毫米范围的孔距(pitch)。

已经简要描述了本发明的实施方案的概述，更详细的说明如下。

图1描绘了根据本发明的实施方案的示例性真空工具100的从上向下的视图。在各方面中，真空工具100也可被称为真空动力零件保持器。例如，真空工具100可以在自动(或半自动)制造工艺中用于一个或多个零件的移动、定位和/或维护。由真空工具100操纵的零件可以是刚性的、可锻的或特性(例如，多孔的、无孔的)的任意组合。在示例性的方面，真空工具100的功能是用于拾取和放置至少部分地由皮革、聚合物(例如，PU、TPU)、织物、橡胶、泡沫、网状物和/或类似物构建的零件。

由真空工具操纵的材料可以是任何类型的。例如，可以预期的是，本文所描述的真空工具适合于操纵(例如，拾取和放置)各种形状、材料和其它物理特性的平、薄和/或轻量的零件(例如，图案切割织物(pattern cut textile)、无纺材料、网状物、塑料片材料、泡沫、橡胶)。因此，不同于功能为操纵沉重的、刚性的或无孔的材料的工业规模的真空工具，本文提供的真空工具能够有效地操纵各种材料(例如，轻的、多孔的、柔性的)。

真空工具100包括真空发生器102。真空发生器产生真空力(例如，相对于环境条件的低压梯度)。例如，真空发生器可以利用由电机(或发动机)操作的常规真空泵。真空发生器也可利用文丘里泵(venturi pump)产生真空。另外，可以预期的是，还利用也称为康达效应泵(effect pump)的空气放大器来产生真空力。文丘里泵和康达效应泵两者以将加压气体转化成对于维持抽吸作用有效的真空力的不同原理来运行。虽然以下公开将集中在文丘里泵和/或康达效应泵，但是可以预期的是，真空发生器也可以是对于真空工具100是本地的或远程的(通过管、管道等等方式联接)的机械真空装置。

图1所示的真空工具100还包括真空分配器110。真空分配器110穿过定义的表面区域分配由真空发生器102产生的真空力。例如，由真空工具100操纵的材料可以是数平方英寸表面积的柔性材料(例如，鞋面的皮革部分)。由于材料至少是半柔性的，所以用于拾起零件的真空力可穿过零件的相当大的区域被有利地分散。例如，不是将抽吸作用集中在柔性零件的有限表面区域(一旦零件下方的支撑被移去(例如，当该零件被提起时)，这可导致零件的弯曲或皱折)，而是穿过更大的区域分散抽吸作用可以抑制零件的不希望的弯曲或皱折。此外，可以预期的是，一旦足够的真空被施加，集中的真空(不分散的真空力)可损坏零件。因此，在本发明的一个方面中，由真空发生器102产生的真空力借助于真空分配器110穿过更大的可能表面区域分配。

在示例性的方面，真空分配器110由半刚性至刚性的材料形成，比如金属(例如，铝)或聚合物。然而，其它材料被预期。真空工具100被预期为由机器人操纵(例如，移动/定位)，比如多轴可编程机器人。照此，真空工具100可考虑机器人的限制。例如，真空工具100(和/或将要在下文中讨论的制造工具10)的重量可期望被限制，以便限制与操纵机器人相关联的可能的大小和/或成本。利用重量作为限制因素，以特定的方式形成真空分配器以减轻重量同时仍实现真空力的期望的分配可能是有利的。

可以在真空工具100的设计和实施中评价其它的考虑。例如，真空工具100期望的刚性水平可造成加强部分和材料去除部分被并入真空工具100，如将在下文中关于图17所讨论的。

真空分配器110包括外部上表面112和外部侧表面116。图1描绘了具有基本上矩形的覆盖区的真空分配器。然而，可以预期的是，可以使用任何覆盖区。例如，可以使用非圆形覆盖区。在示例性的方面，非圆形覆盖区可以是有利的，因为其提供了较大的可用表面区域以用于操纵各种零件几何形状。因此，相比圆形覆盖区，非圆形覆盖区的使用可以允许更大百分比的覆盖区与被操纵零件接触。并且关于覆盖区范围以外的真空工具100的形状，可以预期的是，如将在下文中所讨论的，对于真空分配器110可实施任何三维几何形状。例如，可利用蛋状的几何形状、角锥状的几何形状、立方体状的几何形状和类似的几何形状。在示例性的方面，矩形覆盖区可以提供比非矩形覆盖区更简单的几何形状，以用于参照零件相对于覆盖区的位置。

图1的示例性真空分配器110包括外部上表面112和多个外部侧表面116。真空分配器110还在造成第一侧边缘128、第二平行侧边缘130、前边缘132和相对的平行后边缘134的边缘处终止。

图1描述了界定图2视角的平行视图的剖切线3-3。图2描绘了根据本发明的各方面的从前向后的透视剖视图，其沿着真空工具100的剖切线3-3是平行的。除了别的以外，图2描绘了真空分配腔140和真空板150(有时在本文中也被称为“板”)。真空分配器110和板150共同界定了形成真空分配腔140的空间容积。真空分配腔140是允许气体流动畅通以允许真空力的均衡分散的空间容积。在示例性的方面中，气体(例如，空气)从板150到真空发生器102的流动通过成角度的内部侧表面118的使用而被集中。如图2所描绘的，有四个主要的内部侧表面，第一内部侧表面120、第二内部侧表面122、第三内部侧表面124和第四内部侧表面126(未示出)。然而，可以预期的是，也可以使用其它几何形状。

内部侧表面118从内部上表面114朝着板150延伸。在示例性的方面，在内部上表面与内部侧表面118之间形成钝角142。钝角提供了空气真空分配效果，随着空气从板150朝着用于真空发生器102的真空孔138流过，该空气真空分配效果减少空气的内部湍流。通过当空气进入真空孔138时使空气的进路成一角度，减少的量的材料可用于真空分配器110(例如，导致重量上可能的降低)且空气的流动可以通过空气湍流的减少而被控制。然而，各方面预期了直角，例如由立方体状结构、圆柱体状结构和类似结构形成。

也可以由内部侧表面118和板150的交叉部界定角144，例如，如果角142是钝角，那么角144为锐角。再次，具有锐角144可提供空气的流动的优点和大体上降低/限制真空工具100的重量的能力。

当在上表面114和一个或多个内部侧表面118之间使用钝角时，内部上表面114的表面积可小于外部板表面158的表面积。在表面积上的这种可能的差异用作漏斗形几何形状以进一步减少湍流并有效地分散真空力。

在示例性的方面，内部侧表面118与关联的外部侧表面116是平行关系。类似地，在示例性的方面，内部上表面114至少部分地与外部上表面112是平行的关系。然而，可以预期的是，表面中的一个或多个与关联的相对表面不是平行关系。例如，如果内表面中的一个或多个在一个或多个方向上弯曲，那么外部表面可以替代地保持线性关系，即至多，相切于内表面。类似地，可以预期的是，内部表面和外部表面可以部分地或全部地保持平行(线性的或弯曲的)关系。

真空孔138可以包括一系列螺纹，其允许真空发生器102被旋入并固定到真空分配腔。类似地，可以预期的是，可在真空孔138的内表面和真空发生器102上形成其它配合模式(例如，逐渐变细)，以用气密结合将真空发生器102和真空分配器110固定在一起。

将在下文中图5-15更详细地讨论的板150具有内部板表面152(即，上表面)和相对的外部板表面158(即，下表面)。板150可以是片状结构、板状结构和/或类似结构。外部板表面158适于接触由真空工具100操纵的零件。例如，一般而言板150，或特别地外部板表面158，可以由无损伤材料形成。例如，铝或聚合物可用于部分地或全部地形成板150。此外，可以预期的是，板150是半刚性的或刚性的结构，以抵抗施加在其上的来自由真空发生器102产生的真空的力。因此，板150可由具有足以抵抗在真空发生器102产生的压力下的变形的厚度的材料形成。此外，可以预期的是，板150和/或真空分配器110由不可压缩的材料形成。此外，可以预期的是，真空工具100没有成形为待操纵零件的轮廓，如吸杯式设备那样。而是，无论与被操纵零件接触或不接触，半刚性到刚性的材料保持一致的形式。

然而，也可以预期的是，板由可以是刚性、半刚性或柔性的网状材料形成。网状材料可以交错材料股形成，该交错材料股由金属、织物、聚合物和/或类似物制成。此外，可以预期的是，板也可以包括多种材料。例如，板可以由基础结构材料(例如，聚合物、金属)，和第二零件接触材料(例如，聚合物、泡沫、织物和网状物)形成。多材料的观念可允许板实现所选择的多种材料的优点。

在示例性的方面，板150永久地或暂时地联接到真空分配器110。例如，可以预期的是，板150可以是可移去/可更换的，以允许对于不同的材料和规格的适应性。继续这个例子，并且如将参照图5-14讨论的，可使用各种孔大小、孔形状和孔孔距，取决于要操纵的材料(例如，多孔材料、无孔材料、大材料、小材料、致密材料、轻质材料)。如果板150是可移去的(即，暂时性联接)，可以使用紧固机构(例如，粘合剂、五金器具、夹具、槽道，等等)以确保板150和真空分配器110之间的紧密结合。如果板150永久地联接到真空分配器110，那么可使用已知的技术(例如，焊接、粘结、粘合剂、机械紧固件，等等)。

当组合使用真空发生器102、真空分配器110和板150时，真空工具100行使功能以产生吸引材料朝向外部板表面158(也称为制造零件接触面)的抽吸力，在该处材料被保持抵靠着板150，直到施加到材料的力小于将材料从板150驱逐走的力(例如，重力、真空)。在使用中，真空工具因此能够接近零件，产生能够暂时保持零件与板150接触的真空力，将真空工具100和零件移动到新位置，并且然后允许零件在新位置下(例如，在新的位置处、与新的材料接触、在新的制造工艺中，等等)从真空工具100释放。

在示例性的方面中，板150(或特别地外部板表面158)具有比待操纵材料/零件大的表面积。另外，可以预期的是，延伸穿过板150的一个或多个孔被待操纵零件所覆盖。换句话说，可以预期的是，由延伸穿过板150的一个或多个孔界定的表面积超过待操纵零件的表面积。此外，可以预期的是，由延伸穿过板150的两个或更多个孔所界定的几何形状导致一个或多个孔不接触(完全地或部分地)待操纵的材料/零件。因此，可以预期的是，由于不可用的孔，真空工具经受真空力的低效率。然而，在示例性的方面，该不可用的孔的包含是有意的结果，以允许在将真空工具相对于零件定位时更高程度的活动范围。此外，不可用(对于待操纵特定零件的目的是不可用的(例如，对于接触零件的一部分是无效的有效真空孔))的孔的有意包含允许真空力泄漏，同时仍有效地操纵零件。在示例性的方面，延伸穿过板150的多个孔还包括一个或多个漏孔，不打算在操纵零件时使用的孔。

在示例性的方面，可以预期的是，诸如真空工具100的真空工具能够产生高达200克的抽吸力。此外，可以预期的是，拾取工具100可具有60克至120克的真空(即，抽吸)力。在示例性的方面，拾取工具100以大约90克的真空力工作。然而，可以预期的是，一个或多个构造中的改变(例如，真空发生器、板、孔)，待操纵零件的材料(例如，柔性、多孔性)，及由零件覆盖的孔的百分比都可影响示例性拾取工具的真空力。此外，可以预期的是，当多个分配器一起使用时，真空力被相称地调整。例如，图16的拾取工具(将在下文中讨论)具有十个真空分配器并且可因此具有约600克至约1.2千克(10X 60克至120克)的真空力。类似地，具有6个真空分配器的拾取工具可具有约540克(6X 90克)的抽吸力。然而，可以预期的是，供给到真空发生器的空气压力/体积不会受到多个发生器同时运行的影响。如果空气压力或量减小(或以其它方式改变)，那么可以预期的是，所产生的累积的真空力也改变。

图3描绘了根据本发明的各方面的沿着图1的剖切线3-3的真空工具100的从前向后的视图。特别地，图3提供了真空发生器102的剖视图。如将关于图4更加详细地讨论的，在示例性的方面，真空发生器102是利用康达效应以产生真空力的空气放大器。

在这个例子中，空气从外部板表面158通过穿过板150的多个孔160被吸至真空分配腔140。真空分配腔140封闭在真空分配器110和板150之间，使得如果板150是无孔(即没有多个孔160)的表面，则当真空发生器102被激活时将在真空分配腔140中产生低压区域。然而，回到包括多个孔160的例子，空气被朝向真空孔138吸入真空分配腔140中，真空孔138然后允许空气被吸入真空发生器102中。

图3确定了图4描绘的真空发生器102的放大图。图4描述了根据本发明的各方面的沿图1的剖切线3-3剖切的真空发生器102的聚焦视图。图4描绘的真空发生器是康达效应(即，空气放大器)真空泵106。康达效应真空泵在入口103处注射加压空气。入口103将加压空气通过内室302引导至侧壁凸缘304。利用康达效应的加压空气围绕侧壁凸缘304沿曲线行进并沿内部侧壁206流动。作为加压空气移动的结果，在与加压空气沿内部侧壁306的流动相同的方向上产生了真空力。因此，抽吸方向经过真空孔138向上延伸。

图5描绘了根据本发明的各方面的包括多个孔160的示例性板150。尽管板150被图示为具有矩形覆盖区，如先前所讨论的，但是可以预期的是，任何几何形状可以被实施(例如，圆形、非圆形)，这部分地取决于待操纵的材料、控制真空工具100的机器人和/或真空工具100的部件。另外，可以预期的是，在示范性的方面中，第一板可替代真空工具上的第二板。例如，作为材料、零件等的改变的结果，不是断开整个真空工具，而是板150可根据特定的真空工具被改变以向真空工具提供可选择的特性(例如，第一板可具有几个大孔且第二板可具有许多小孔)。

多个孔160可以至少部分地由几何形状(例如，圆形、舱口状(hatch)、球根状、矩形)、大小(例如，直径、半径(例如，半径166)、面积、长度、宽度)、从结构元素的偏移(例如，距外边缘的距离、距无孔部分的距离)(例如，偏移169)和孔距(例如，孔之间的距离(例如，孔距168))来界定。两个孔之间的孔距被定义为从第一孔(例如，第一孔162)至第二孔(例如，第二孔164)的距离。孔距可以用多种方式测量。例如，孔距可以由两个孔的最近的两个点测量、由两个孔的表面区域中心(例如，圆孔中心)测量、由两个孔的特定特征测量。

孔的大小可根据各孔露出的表面积的量(或计算表面积的变量)来定义。例如，直径测量提供了圆孔的大小的指示。

根据真空工具的期望特性，与孔相关联的变量可被调节。例如，低密度的无孔材料可以不需要许多真空力以保持材料在正常工作条件下与真空工具接触。然而，另一方面，大的多孔网状材料可以需要大量的真空力以维持材料在正常工作条件下靠着真空工具。因此，为了限制放置到系统中的能量的量(例如，操作康达效应真空泵的加压空气的量，操作机械真空泵的电力)，可以实施孔的优化。

例如，对于鞋类、服装及类似行业中运用的典型材料可以是足够的变量可以包括但不限于具有0.5毫米(mm)和5毫米(mm)之间、1mm和4mm之间、1mm和3mm之间、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm等等的直径的孔。然而，具有更大和更小的直径(或可比较的表面积)的孔被预期。类似地，孔距可以在1mm和8mm之间、2mm和6mm之间、2mm和5mm之间、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm等等的范围内变化。然而，较大和较小的孔距测量被预期。

此外，可以预期的是，可变的大小和可变的孔距可以在本发明的各个方面中实施。例如，包括多孔材料部分和无孔材料部分两者的复合零件可利用不同的变量来完成相同水平的操纵。在这个例子中，导致将由无孔材料接触的区域中的必需的真空力的减少的变量以及导致将由多孔材料接触的区域中的更高的真空力的变量可被实施。此外，视觉系统或其它识别系统可以一起使用，以进一步确保材料相对于多个孔的正确放置发生。此外，可以预期的是，孔距和大小之间的关系可以用于定位多个孔。例如，来自较大尺寸的孔的孔距可以大于来自较小尺寸的孔的孔距(或反之亦然)。

另外的变量是偏移。在示例性的方面，偏移是孔距离板150的外边缘的距离，不同的孔可以具有不同的偏移。此外不同的边缘可以实施不同的偏移。例如，沿前边缘的偏移可以与沿侧边缘的偏移不同。偏移的范围可以从没有偏移到8mm(或更多)。在实践中，从1mm至5mm范围内变化的偏移可实现本发明的示例性方面的特性。

可利用许多制造技术在板150中形成多个孔160。例如，孔可从板150冲压、钻孔、蚀刻、雕刻、熔化和/或切割。在示例性实施方案中，板150由响应激光切割的材料形成。例如，聚合物基材料和某些金属基材料可与多个孔的激光切割一起使用。此外，可以预期的是，当孔延伸穿过板的厚度时，孔的几何形状可以是可变的。例如，孔可以具有在板的上表面的第一尺寸的直径以及在板的相对的下表面处具有第二尺寸的直径。该几何形状的变化可导致延伸穿过板的圆锥形几何形状。另外的几何形状在此被预期(如，角锥形)。

图6-15提供了根据本发明的各方面的类似于关于图5所讨论的示例性的孔的可变选择。以下的例子并不旨在进行限制，而是在本质上是示例性的。图6描绘了具有5mm的第一偏移和8mm的第二偏移和7mm的孔距的非圆形孔。图7描绘了具有5mm的偏移和5mm的孔距及2mm的直径的圆形孔。图8描绘了具有1mm的直径、2mm的孔距及4mm和5mm的偏移的圆形孔。图9描绘了具有2mm的直径、4mm的孔距及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图10描绘了具有4mm的孔距和5mm的偏移的示例性几何形状孔。图11描绘了具有1mm的直径、4mm的孔距及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图12描绘了具有1mm的直径、5mm的孔距及5mm的偏移的圆形孔。图13描绘了具有1.5mm的直径，4mm的孔距及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图14描绘了具有1.5mm的直径、3mm的孔距及4mm的偏移的圆形孔。图15描绘了具有2mm的直径、3mm的孔距及5mm和4mm的偏移的圆形孔。如前面所讨论的，可以预期的是，形状、大小、孔距和偏移可以以任何组合均匀地或可变地改变以实现期望的结果。

根据板150的覆盖区、孔的偏移、孔距、几何形状、孔的布局和孔的大小，可以使用任何数量的孔。例如，可以预期的是，图16的板150可以具有11,000到11,500个孔。在特定的方面，可以预期的是，大约11275个孔用在图16的板150上。此外，图19的板150(下文讨论)可以包括4,500至4,750个孔。特别地，可以预期的是，4,700个孔可包括在图19的示例性板150中。

当利用康达效应真空泵或文丘里真空泵时，真空发生器102、板150和真空工具100的总尺寸的改变可影响空气消耗和压强。例如，可以预期的是，给定的康达效应真空泵可产生50g/cm2的真空力。为了实现该水平的真空，可以预期的是，将压强为0.55MPa至0.65MPa的气压引进到真空工具。产生足够的真空的空气消耗的量也可基于变量变化。例如，可以预期的是，1,400Nl/min的空气消耗可用于图16的真空工具100。此外，可以预期的是，840Nl/min的空气消耗可用于图19的真空工具100(将在下文中讨论)。此外，可以预期的是，360Nl/min的空气消耗用于图22的真空工具100(将在下文中讨论)。如前面所讨论的，覆盖区(例如，板150的表面区域)也可影响真空力、空气消耗等等。例如，可以预期的是，图16的板150可具有约625mm乘以340mm的覆盖区。类似地，可以预期的是，图19的板150可具有约380mm乘以240mm的覆盖区。显然，可以预期的是，真空分配器的比例可以根据期望水平的真空力、覆盖区和其它变量而改变。

图16描绘了根据本发明的各方面的包括真空工具100和超声焊接机200的制造工具10的分解图。不同于关于图1和图2讨论的真空工具100，图16的真空工具100将多个真空发生器102、多个真空分配器110和多个真空分配器腔140并入统一的真空工具100。如将在下文中讨论的，优点可以由选择性地激活/停用真空工具100的单个部分中的真空力的能力来实现。此外，持续真空力的更大控制可以由具有真空工具100的隔离部分来实现。

制造工具10还包括联接构件300。联接构件300是制造工具10(或分别地真空工具100或超声焊接机200)的特征，其允许定位构件310(未示出)操纵制造工具10的位置、姿态和/或定向。例如，联接构件300可允许将制造工具添加至计算机数控(CNC)机器人，该机器人具有包含在非暂时性计算机可读介质上的一系列指令，在由处理器和存储器执行时，该非暂时性计算机可读介质导致CNC机器人执行一系列步骤。例如，CNC机器人可以控制真空发生器102、超声焊接机200和/或制造工具10所位于的位置。因此，联接构件300可因此允许制造工具10暂时地或永久地联接至定位构件310，如CNC机器人。

如之前讨论的，本发明的各方面可以形成具有最小化质量的目的的制造工具10的部分。照此，图16的多个真空分配器110包括了减少的材料部分113。减少的材料部分113去除了否则可以是统一的外部上表面的部分。减少的材料部分113的引入减少了制造工具10的重量，以允许可能更小的定位构件310被使用，这可以节省空间和成本。关于真空工具100考虑了用于减少的材料部分113的另外的位置(例如，侧部、下部、上部)。

然而，本发明的各方面可期望保持由单一的联接构件300支撑的多个真空分配器110的刚性水平。为了维持刚性水平同时仍引入减少的材料部分113，还可引入加强部分115。例如，加强部分115可从一个真空分配器110延伸到另一个真空分配器110。此外，可以预期的是，在本发明的各方面中，以类似的原理，加强部分115可被靠近联接构件300而包括。

在图16中，为了图示说明的目的，板150与多个真空分配器110分离。结果，内部板表面152是可见的。在示例性的方面，内部板表面152与多个真空分配器110的下部部分匹配，形成气密结合。

真空工具100包括多个真空发生器102、真空分配器110、以及相关联的真空分配腔140。可以预期的是，可在真空工具100中使用每一个的任何数量。例如，可以预期的是，10、8、6、4、2、1或任意数量的单元可以被组合以形成紧密结合的真空工具100。此外，可以形成任何覆盖区。例如，虽然图16中描绘了矩形覆盖区，但是可以预期的是，正方形、三角形、圆形、非圆形、零件匹配形状或类似的形状可以替代地来实施。此外，真空发生器102和/或真空分配器110的大小可以在各个方面是多变的(例如，不一致的)。例如，在示例性的方面，在为了特定的应用需要较集中的真空力的地方，可以使用较小的真空分配器，且在需要较不集中的真空力的地方，可以实施较大的真空分配器。

图16-25描绘了示例性制造工具10；然而，应当理解，一个或多个部件可从每个方面被添加或移去。例如，每个方面包括超声焊接机200和真空工具100，但可以预期的是，超声焊接机可被全部一起淘汰。另外，可以预期的是，另外的特征也可以被包含。例如，视觉系统、粘合剂施加器(例如，喷涂、滚动和其它应用方法)、机械紧固零件、压力施加器、固化装置(例如，紫外光、红外光、热施加器和化学制品施加器)和类似物也可以全部地或部分地包含在示例性的方面中。

在示例性的方面中，超声焊接机200包括包含超声焊接触角部210(也可以被称为超声焊极)、转换器220(也可以被称为压电换能器)和升压器(未标示)的套件(stack)。超声焊接机200还可以包括电子超声发生器(也可称为电源)和控制器。电子超声发生器可用于传送具有与套件(例如，触角部、转换器和升压器)的共振频率匹配的频率的高功率的交流电信号。控制器控制超声能量从超声焊接机向一个或多个零件的传送。

在套件内，转换器将接收自电子超声发生器的电信号转化为机械振动。升压器改变来自转换器的振动的振幅。超声焊接触角部将机械振动施加到待焊接的一个或多个零件。超声焊接触角部包括适于接触零件的远端端部212。

图17描绘了根据本发明的各方面的先前在图16中描绘的制造工具10的从上向下的视图。图17的上部透视图提供了形成真空工具100的多个真空分配器110的可能方向的示例性视图。如将在下文中关于图20讨论的，各种真空发生器102/真空分配器110的组合可以被选择性地激活和/或停用以操纵特定零件。

图18描绘了根据本发明的各方面的先前在图16中描绘的制造工具10的侧透视图。

图19描绘了根据本发明的各方面的包括六个分立真空分配器110的制造工具10的分解透视图。板150在该示例性的方面被描绘为具有多个孔160和无孔部分170。无孔部分170是板150的孔没有延伸穿过的部分。例如，沿着两个真空分配器110会合板150的区段可以包括无孔部分170，以防止两个相关联的真空分配腔140之间的真空的交叉供给。此外，可以预期的是，无孔部分170可以沿着板150结合(暂时地或永久地)到真空分配器110的一个或多个部分的区段延伸。此外，可以预期的是，一个或多个无孔部分被集成到板150中以进一步控制真空力沿着外部板表面158分散时的布局(placement)。此外，无孔部分170可以在意在与材料的柔韧(和其它特性)部分接触的区域中实施，材料的柔韧(和其它特性)部分可能未对由一个或多个的孔传递的真空的应用反应良好。

图20描绘了根据本发明的示例性的方面的先前关于图19讨论的制造工具10的从上向下的透视图。特别是六个分立真空工具部分被识别为第一真空部分402、第二真空部分404、第三真空部分406、第四真空部分408、第五真空部分410和第六真空部分412。在本发明的示范性的方面，一个或多个真空部分可以被选择性地激活和停用。应理解，此功能性可以应用到本文所提供的各个方面，但为简洁起见只关于本图20进行讨论。

特别地，可以预期的是，如果零件(例如，待被制造工具10操纵的制造零件)只需要真空工具100的全部覆盖区的一部分，则真空工具100的未使用部分可被停用(或避免激活)，使得真空力不在那些部分中产生。此外，可以预期的是，放置夹具(placement jig)、视觉系统、已知的零件转移位置(part transfer location)等等可用于进一步帮助确定真空工具100的哪些部分可以被选择性地激活/停用。例如，如果待由制造工具操纵的零件具有只需要激活两个真空工具部分的表面积，那么使用真空工具部分410和412、真空部分406和408、或真空部分412和408可以是有利的。使用哪些真空部分的确定可根据制造工具需要从在零件上方定位激活部分的位置所移动的距离。此外，该确定可取决于将施加到操纵的零件的一个或多个工具(例如，超声焊接机200)的位置(例如，当超声焊接机200意图在操纵后使用时，利用靠近超声焊接机200的两个真空部分可以是有利的)。

各个真空部分的控制可以使用具有处理器和存储器的计算机系统来实现。例如，逻辑、指令、方法步骤等等可被包含在计算机可读介质上，其在由处理器执行时导致各个真空部分激活/停用。

图21描绘了根据本发明的各方面的图19的制造工具10的侧透视图。

图22描绘了根据本发明的各方面的包括真空工具100和超声焊接机200的制造工具10。特别地，图22的真空工具100是文丘里真空发生器104。类似于康达效应真空泵，文丘里真空发生器利用加压空气以产生真空力。图22的真空工具100不同于先前讨论的附图的真空工具100，因为图22的真空工具100使用单一的孔，与具有多个孔的板截然相反。在示例性的方面，真空力集中到单一孔可允许更高程度的集中的零件操纵。例如，可以甚至不需要多部分真空工具的整个单一部分被激活的小零件可受益于由图22的单一孔真空工具的操纵。

图22的单一孔真空工具使用杯161以用于将真空力从文丘里真空发生器104传递到操纵零件。杯161具有适合于接触零件的下表面159。例如，表面光洁度、表面材料或下表面的大小可以适合用于接触待操纵零件。下表面159可界定与先前讨论的由图18的外部板表面158所界定的平面类似的平面。照此，可以预期的是，超声焊接机200的远端端部212可相对于下表面159的平面来界定。

可以预期的是，杯161可以基于待操纵的零件被调整。例如，如果零件具有一定的形状、多孔性、密度和/或材料，那么可使用不同的杯161。

虽然真空工具100与超声焊接机200的两个分立的组合被描述为形成图22的制造工具10，但是可以预期的是，任何数量的特征可以被实施。例如，多个真空工具100可与单一的超声焊接机200一起使用。同样地，可以预期的是，多个超声焊接机200可以与单一的真空工具100一起实施。此外，可以预期的是，各种类型的真空工具可以一起实施。例如，制造工具10可包括单一孔真空工具和多个孔真空工具(例如，图1)。照此，任何数量的特征(例如，工具)可被组合。

图23描绘了根据本发明的各方面的图22的制造工具的从上向下的透视图。

图24描绘了根据本发明的各方面的图22的制造工具的侧透视图。偏移距离169可适合于制造工具10。偏移距离169是超声焊接机200的远端端部212和杯161之间的距离。

图25描绘了根据本发明的各方面的包括单一孔160和超声焊接机200的制造工具10的剖切侧透视图。图25的制造工具10包含可移动的联接机构，超声焊接机200通过该可移动的联接机构而被允许在垂直于由下表面159所界定的平面的方向上滑动。为了实现该示例性可移动联接，实施了偏置机构240以调节远端端部212施加在零件上的压力的量，与通过联接构件300在相同的方向上施加的压力无关。在本例子中，由偏置机构240对抗的凸缘214在通道中滑动，虽然弹簧式部分被图示为偏置机构240，但可以预期的是，可以实施任何机构(例如，利用重力操作的、利用配重物的、气动的、液压的、有压缩力的、可拉伸的等等)。

在使用中，可以预期的是，大于零件被超声焊接机200焊接所必需的力可由制造工具10施加到零件上。结果，较大的力可有效地用于在焊接操作期间维持零件，而偏置机构240可用于施加适当的压力以用于当前的焊接操作。例如，可以预期的是，偏置机构240可允许远端端部212在距离范围内运动。例如，该范围可以包括1到10mm、3-6mm和/或约5mm。此外，可以预期的是，偏置机构也可以用作阻尼机构，以减少当接触对象(例如，零件、工作表面)时制造工具10的一个或多个部分所经受的冲击力。

此外，可以预期的是，真空工具100可选择地或另外地实施偏置机构。例如，在本发明的示例性的方面，由真空工具100所施加的压力的量可期望小于由远端端部212施加在零件上的压力。结果是，可采用偏置机构240的形式来可控制地由真空工具100将压力施加到零件上。

可以由具有偏置机构(或不具有偏置机构)的远端端部施加的力的量可以从350克至2500克变化。例如，可以预期的是，由远端端部对零件施加的力的量可以随着偏置机构行进的距离的量的增加而增加。因此，关系(例如，基于偏置机构的系数)可以基于行进距离决定所施加的压力的量。在示例性的操作中，例如在焊接操作期间固定的基础材料、网状材料以及外皮，可施加约660克的力。然而，可以预期的是，可以使用更多或更少的力。

图26描绘了根据本发明的各方面的包括多个孔真空工具2702和超声焊接机2704的制造工具2700的透视图。虽然可以预期制造工具2700的特征类似于上文中与其它制造工具一起讨论的特征，但是多个孔径真空工具2702提供两个分立的孔2704和2706。在示例性的方面，通过提供真空工具和材料之间的第二分立的接触点，多个孔允许更大的材料控制和放置。

可以预期的是，孔2704和孔2706依赖共同的真空力发生器以产生允许材料被真空工具操纵的真空压力。此外，可以预期的是，光圈2704和孔2706各自具有独立的真空力发生器，以产生真空压力。如前面所讨论的，真空力可使用合适的发生器/技术(例如，机械的、康达和/或文丘里)产生。

图26还描绘了沿内部平面等分制造工具2700的剖切线27-27。

图27描绘了根据本发明的各方面的沿着图26的剖切线27-27的制造工具2700的内部视图。虽然在图27描绘了特定的几何形状，但是应理解，可以实施任何几何形状。例如，用于支撑真空工具2702的孔2706和孔2704两者的支撑构件2708可以具有任何大小、形状和/或方向以实现期望的材料操纵。例如，取决于许多因素，孔2704和孔2706之间的距离2710可以是更大或更小。例如，材料的大小、形状、多孔性和/或要进行的操纵可受益于比距离2710更大的散布或更小的散布。在示例性的方面，当材料的旋转(如围绕穿过制造工具2700的竖直轴线旋转)操纵将发生时，具有较大的散布以抵抗材料的旋转动量改变材料如何相对于制造工具2700定位可以是有益的。在另一个例子中，如果待操纵材料是小的，可期望孔之间的较小的散布以确保更大的接触面积。

在另外的方面，可以预期的是，另外的孔包括多个孔真空工具。例如，三个、四个、或多个孔可以组合使用，以实现材料的操纵。此外，可以预期的是，另外的关系可以被实施。例如，第一孔可以邻近焊接工具的第一侧，且第二孔可以邻近焊接工具的第二(不同的)侧(例如，位于围绕超声焊接触角部的两个或更多个点处的孔)。

此外，可以预期的是，孔2704和孔2706是不同大小的。例如，孔中的第一个可以较大且能够产生与材料更大的结合力，使得较大的孔主要负责材料的操纵。在这个例子中，第二较小的孔提供了稳定的结合力来抵抗材料的无意的移动。例如，较大的孔(例如，较大的直径)可定位在材料上有利于操纵材料的位置(例如，质心、几何中心等)处且第二孔被偏移以提供对材料的旋转移动或其它移动更好的杠杆控制。

另外，可以预期的是，第一孔和第二孔可以提供不同水平的真空力。例如，第一孔可以产生比第二孔大的真空力(例如，在环境空气压力和穿过孔的压力之间有较大的差异)。这可以以各种可预期的方式来实现。例如，当使用基于康达真空发生器和/或文丘里真空发生器时，空气的量和/或空气的压力的量可以被增加，以增加产生的真空(或被减少以减少产生的真空力)。此外，可以预期的是，一个或多个阀(或其它选择性的调整装置)可被使用(关于本文所提供的任何孔)，以限制在特定孔处所经受的真空力的量。

本文提供了示例性方面以用于说明目的。另外的扩展/方面也被预期与本发明的各方面有关。例如，部件、部分和/或属性的数量、大小、定向和/或形式被预期处在本发明的各方面的范围内。

Claims (19)

1.一种真空工具，其包括：

真空分配器，所述真空分配器包括外部上表面、内部上表面、外部侧表面和内部侧表面；

真空孔，其延伸穿过所述真空分配器的所述外部上表面和所述内部上表面；

真空分配腔，所述真空分配腔至少部分地由所述内部上表面和所述内部侧表面形成；

板，所述板包括内部板表面和用于接触待操纵的零件的外部板表面，其中多个孔延伸穿过所述内部板表面和所述外部板表面，并且所述多个孔所界定的几何形状导致一个或多个孔不接触待操纵的零件，并且其中所述板是可更换的；以及

真空发生器，其联接到所述真空分配器并且适合于产生穿过所述板的所述多个孔施加的真空力，

其中所述内部板表面联接到所述真空分配器，将所述真空分配腔封闭在所述真空分配器和所述板内。

2.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述真空发生器靠近所述真空孔联接到所述真空分配器。

3.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述真空发生器是文丘里真空发生器或康达效应真空发生器。

4.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述外部上表面和所述内部上表面是平行表面。

5.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述真空分配器是刚性的。

6.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述外部板表面形成刚性非圆形表面。

7.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述多个孔中的孔具有1毫米和4毫米之间的直径。

8.根据权利要求7所述的真空工具，其中所述多个孔中的孔具有2毫米的直径。

9.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述内部板表面的表面积大于所述真空分配器的所述内部上表面的表面积。

10.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述多个孔中的第一孔和第二孔具有1毫米至8毫米的孔距。

11.根据权利要求10所述的真空工具，其中所述多个孔中的第一孔和第二孔具有2毫米至5毫米的孔距。

12.一种真空工具，其包括：

多个真空分配器，所述多个真空分配器中的每一个真空分配器联接到所述多个真空分配器中的至少一个其它真空分配器，并且包括外部上表面、内部上表面、外部侧表面和内部侧表面；

多个分立的真空分配腔，其中所述多个真空分配器中的每个真空分配器至少部分地形成所述多个分立的真空分配腔的相关联的真空分配腔；以及

真空板，其具有多个孔，所述真空板联接到所述多个真空分配器并且包括内部板表面和用于接触待操纵的零件的外部板表面，其中所述多个孔延伸穿过所述内部板表面和所述外部板表面，并且所述多个孔所界定的几何形状导致一个或多个孔不接触待操纵的零件，并且其中所述真空板是可更换的；以及

多个真空发生器，所述多个真空发生器分别联接到所述多个真空分配器并且适合于产生穿过所述多个真空分配器施加的真空力，

其中所述真空板和所述多个真空分配器封闭所述多个分立的真空分配腔。

13.根据权利要求12所述的真空工具，还包括联接部分，其中所述联接部分将所述真空工具与定位构件联接。

14.根据权利要求13所述的真空工具，其中所述定位构件是可编程机器人。

15.根据权利要求12所述的真空工具，其中所述多个真空发生器中的第一真空发生器和第二真空发生器是独立可选择的，以产生真空。

16.根据权利要求12所述的真空工具，其中所述多个真空分配器中的第一真空分配器和第二真空分配器能够独立地维持真空力。

17.根据权利要求12所述的真空工具，其中所述真空板还包括无孔部分，所述无孔部分防止气流靠近所述无孔部分从所述真空板的第一表面扩散到所述真空板的第二表面。

18.根据权利要求17所述的真空工具，其中所述真空板的所述无孔部分在所述多个分立的真空分配腔的两个真空分配腔之间联接到所述多个真空分配器。

19.一种真空工具，其包括：

真空分配器，所述真空分配器包括形成非圆形覆盖区的四个主要侧边缘，所述四个主要侧边缘包括第一侧边缘、第二平行的侧边缘、前边缘和平行的后边缘，所述真空分配器具有内部上表面和四个主要内部侧表面，所述四个主要内部侧表面中的每一个从所述内部上表面延伸至所述四个主要侧边缘中的相关联的一个；

真空发生器，所述真空发生器联接到所述真空分配器；

真空板，所述真空板包括上表面和平行的下表面，所述真空板的所述上表面靠近所述四个主要侧边缘联接到真空分配器，形成真空腔；所述真空腔至少部分地由所述内部上表面、所述四个主要内部侧表面和所述真空板的所述上表面界定，其中在所述四个主要内部侧表面和所述真空板的所述上表面之间形成了至少一个锐角；并且所述真空板包括延伸穿过所述真空板的上表面和所述真空板的下表面的多个孔，允许空气经由所述多个孔穿过所述真空板，所述多个孔中的每一个具有1毫米和3毫米之间的直径以及从2毫米到6毫米的孔距，其中所述多个孔所界定的几何形状导致一个或多个孔不接触待操纵的零件，并且其中所述真空板是可更换的；

其中所述真空工具还包括用于可控制地由所述真空工具将压力施加在零件上的偏置机构。