CN104039531A - 多功能制造工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的各方面涉及用于制造工具的系统、方法和装置。制造工具包括作为统一的制造工具的真空工具和超声焊接机。制造工具可用于拾取和放置制造零件，然后用相关联的超声焊接机焊接制造零件。

Description

多功能制造工具
发明背景
习惯上，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上。然而，目前的机器人机构尚未提供一定水平的控制、灵巧度和有效性以在某些制造系统中有成本效益地实施。
实施多种过程的自动化制造系统习惯上依靠分立机构以实施每一个不同的过程。然而，具有致力于主要分立任务的自动化机器从生产角度和从成本角度考虑可能是低效的。
发明概述
本发明的各个方面涉及用于制造工具的系统、方法和设备。制造工具包括作为统一的制造工具的真空工具和超声焊接机。制造工具可用于拾取和放置制造零件，然后用相关联的超声焊接机来焊接制造零件。
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。
附图简述
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用于使用包括真空工具和超声焊接机的制造工具来连接多个制造零件的方法；以及
图27描绘了适于实施本发明的实施方案的示例性计算设备。
发明详述
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制造工具的系统、方法和设备。制造工具非常适合于用于自动化的制造系统内的各种材料、各种形状、各种零件尺寸、各种制造过程和各种位置。这种高水平的适应性提供了是自动化制造过程中的关键部件的制造工具。为了实现这一点，制造工具包括作为统一的制造工具的真空工具和超声焊接机，该统一的制造工具能够由单一位置构件来操纵。制造工具可用于拾取和放置制造零件，然后用相关联的超声焊接机来焊接制造零件。
因此，在一个方面，本发明提供了一种制造工具。该制造工具包括具有适合于接触制造零件的下表面的真空动力零件保持件。制造工具还包括联接到真空动力零件保持件的超声焊接触角部。超声焊接触角部包括适合于接触制造零件的远端端部，使得该远端端部至少延伸到由真空动力零件保持件下表面所界定的平面。
在另一个方面，本发明提供了使用包括真空动力零件保持件和超声焊接触角部的制造工具来连接多个制造零件的方法。方法包括定位制造工具，使得真空动力零件保持件在第一制造零件附近。方法还包括产生通过真空动力零件保持件的下表面传递的真空力。方法还包括暂时保持第一制造零件与真空动力零件保持件的至少一部分接触。另外，方法包括将第一制造零件转移至多个制造零件中的第二制造零件。方法还包括将第一制造零件从真空动力零件保持件释放。另外，方法包括定位制造工具使得超声焊接触角部在第一制造零件附近，其中第一制造零件正与第二制造零件接触。方法还包括通过超声焊接触角部施加超声波能量。超声波能量对于将第一制造零件与第二制造零件连接是有效的。
本发明的第三方面提供了一种制造工具。该制造工具包括真空动力零件保持件。真空动力零件保持件包括多个真空分配器。多个真空分配器中的每个联接到多个真空分配器中的至少一个其他真空分配器。真空动力零件保持件还包括多个真空发生器。多个真空发生器中的每个联接到多个真空分配器中的相关联的真空分配器。真空动力零件保持件还包括制造零件接触表面。制造零件接触表面联接到多个真空分配器。制造工具还包括超声焊接触角部。超声焊接触角部至少部分地联接到真空动力零件保持件，使得超声焊接触角部和真空动力零件保持件是协调地可移动的。
已简要描述了本发明的实施方案的概述，更详细的描述如下。
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、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 cuttextile)、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(effectpump)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)的机械真空设备。
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。
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。也可由内部侧表面118和板150的交叉部来限定角144。
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)。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，板150由部分地符合待操纵的物品的材料形成。例如，板150可由网状材料构成，该网状材料具有由网状材料(例如，纺织网、金属网)中的空隙界定的多个孔。
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。
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。
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。
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。
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。
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，其允许位置构件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，该一系列指令导致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位置构件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，以允许可能更小的位置构件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。习惯上，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(part-matching shape)或类似的形状可以替代地来实施。(例如，单元可以是模块化的，使得取决于待操纵的材料，另外的单元可从真空工具100中添加或移除。联接机构可将第一真空分配器110与一个或多个另外的真空分配器110联接以形成真空工具100)。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。类似地，可以预期的是，一个或多个另外的超声焊接机200可与各方面结合来实施。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、热熔和其它应用方法)、机械紧固零件、压力施加器、固化设备(例如，紫外光、红外光、热施加器和化学制品施加器)、激光器、热焊机、电弧焊机、微波炉、其他能量集中紧固设备及类似物也可以整体地或部分地并入示例性方面中。例如，除了如本文讨论的超声焊接机之外或代替如本文讨论的超声焊接机可使用任何上述引用的紧固工具(例如，粘合剂施加器、机械紧固件、焊机及类似物)。因此，本文的各方面考虑与一个或多个真空工具一起使用的可选择的紧固工具。
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波发生器(也可称为电源)和控制器。电子超声波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波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。例如，可形成远端端部212，以便有效地将机械振动传递至零件，同时限制必需的时间、压力和/或特定焊接部所必需的表面积。例如，远端端部可适于产生用于待焊接的材料的特定尺寸的焊接机头光斑尺寸。超声焊接机头光斑尺寸可以在1mm至8mm的直径范围内，或特别地以/约4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm和/或6.5mm的直径。此外，可实施各种超声焊接频率，诸如15kHz至70kHz。在示例性方面，焊接频率可以是15kHz至35kHz、25kHz至30kHz、26kHz、27kHz、28kHz和/或29kHz。可改变各种其他功率利用变量。例如，功率消耗还可包括超声焊接机的瓦数。可基于材料、时间、压力、厚度、焊接熔深等调整瓦数。在示例性方面，瓦数可为约300瓦特。
超声焊接机200可定位在相对于真空工具100的多个位置上。例如，超声焊接机可位于沿真空工具100的周边的任何位置上。此外，可以预期，超声焊接机200以任何距离从真空工具100的周边偏移。在示例性方面，超声焊接机200位于沿着接近联接构件300的周边处，以当从真空转变到焊接时最小化制造工具10的移动。此外，可以预期，在关于真空工具100的各种位置处使用多个超声焊接机200，以进一步降低制造工具10的行程时间。此外，还可预期，将一个或多个超声焊接工具整合到真空工具100中。例如，超声焊接机可在两个分立真空分配器之间的位置处(例如，减少的材料部113的位置)整合；使得超声焊接机200可从真空工具100的上表面穿过而延伸到外部板表面158。因此，可以预期，任何紧固工具(诸如超声焊接机)可以在相对于真空工具的任何位置处和任何方向上穿过真空工具的上表面穿过外部板158而延伸。如将关于图25更详细讨论的，还可实施偏置机构，以允许真空工具100的部分施加比由超声焊接机200所使用的更大的压缩力(例如，以提供待焊接的零件的稳定性)。
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。触角部210的远端端部212在由外部板表面158限定的平面下方延伸。由于远端端部212延伸超出平面，因此远端端部212可接触材料，而不受来自制造工具10的真空工具100部分的干扰。然而，可以预期，远端端部212与外部板表面158平面近似齐平地延伸。此外，可以预期，远端端部212不延伸穿过由外部板表面158的平面所界定的平面。在本例子中，可以预期，真空工具100可移动地联接到联接构件，该联接构件允许外部板表面158的平面相对于远端端部212移动(例如，一旦将足够的压力施加到外部板表面158，那么诸如弹簧和/或气动设备的偏置机构可允许外部板表面158的平面向上移动)。此外，还可预期，远端端部212(一般地和/或超声焊接机200)定向在制造工具10上，使得位置构件310围绕轴线的旋转将材料操纵平面从由外部板表面158的平面界定的平面改变到由远端端部212界定的平面(例如，将真空工具100从平行于正在被操纵的材料旋转直到超声焊接机200垂直于(或任何可接受的角度)待焊接的材料)。换言之，可以预期，代替利用X-Y-Z运动将远端端部212定位在适当的位置上，可实施围绕X轴、Y轴和/或Z轴的旋转以定位远端端部212。
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有延展性的(和其它特性)部分接触的区域中实施，材料的有延展性的(和其它特性)部分可能对于由一个或多个孔传递的真空的应用反应不好。
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和第五真空部分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。
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。然而，另外的方面考虑利用具有多个孔的板，该多个孔不意在用于由待操纵的零件接触/覆盖(例如，产生可能习惯上不期望的抽吸损失)。
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可界定类似于先前讨论的由图18的外部板表面158所界定的平面的平面。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来调整。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)。此外，可以预期，一个或多个单一孔真空工具与一个或多个多孔真空工具和一个或多个紧固工具联接。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。在示例性方面，将距离169最小化，以减少制造工具10从放置零件到焊接零件的行程。然而，在另一个示例性方面，将距离169维持足够的距离，以防止在操纵或焊接操作中受其他工具部分的干扰。
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、弹簧及类似物)。
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。此外，可以预期，偏置机构还可用作阻尼机构，以减少当接触对象(例如，零件，工作面)时由制造工具10的一个或多个部分经历的冲击力。
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，还可预期，代替(或除了)利用偏置机构，由超声焊接机200(或任何紧固设备)施加的力的量可基于待结合的材料来调整。例如，确定的百分比的压缩可允许用于待结合的材料，使得可调整远端端部距板的下表面的偏移高度，以允许用于特定材料的确定水平的压缩。在实践中，与将不允许相同量的压缩(由尺寸或力测量)的非高度可压缩材料相比，高度可压缩材料可允许紧固工具的远端端部和真空板的下表面之间的更大的距离。
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根据本发明的各方面描绘了使用包括真空工具100和超声焊接机200的制造工具10来连接多个制造零件的方法2600。块2602描绘了定位制造工具10使得真空工具100接近第一零件的步骤。如本文所使用的，术语接近可指包括处于、在其上和附近的物理关系。例如，当制造工具在制造工具距某一位置的长度或宽度范围内时，制造工具可接近该位置。此外，可以预期，当制造工具在界定为处于待操纵的零件的容差范围内的位置处时，制造工具接近位置。制造工具10的定位可通过之前所述的位置构件310来实现。
块2604描绘了产生通过真空工具100的下表面传递的真空力的步骤。例如，可激活(例如，作为整体、选择性地)真空发生器102中的一个或多个以产生真空力，该真空力引起将零件吸引到图19的外部板表面158(或图22的下表面159)的抽吸作用。如先前讨论的，可以预期，根据真空力的所需的量和真空力的所需位置，可选择性地激活(或停用)一个或多个真空部分。
块2606描绘了暂时保持第一零件与真空工具100的至少一部分接触的步骤。因此，一旦向零件施加真空且将该零件被吸引至真空工具100，则该零件被保持与真空工具100接触，使得如果真空工具移动(或零件的下支撑表面移动)，则该零件将与真空工具呆在一起。在这个意义上使用术语暂时以便不意指需要付出巨大努力来将零件与真空工具分离的永久结合或以其他方式有效结合。而是，零件被“暂时”保持一定持续时间，在该持续时间内施加足够的真空力。
块2608描绘了将第一零件转移到第二零件的步骤。第一零件可通过制造工具10的移动来转移。此外，可以预期，第一零件的转移可通过第二零件到第一零件的移动来实现(例如，下面的输送机系统将第二零件带向第一零件)。
块2610描绘了从真空工具100释放第一零件的步骤。例如，可以预期，停止通过一个或多个真空发生器102产生真空压力足以完成第一零件的释放。此外，可以预期，可实施不足以产生真空发生器102中的真空(例如，不足以利用康达效应)，但足以导致释放零件的一阵空气。
此外，可以预期，第一零件的释放还包括激活对抗真空工具100的真空压力的另一个机构。例如，真空工具100的对面的工作表面(例如，输送机，桌面)可产生抵制真空工具的真空的真空压力。当真空工具再次转移到新位置时，这可允许零件的精确放置和保持。由于可不需要以与真空工具100相同的速率来循环关闭和启动，因此可用机械真空(例如，鼓风机)来产生抵制真空压力。
在本发明的示例性方面，可以预期，对于示例性过程，工作表面真空和真空工具真空可具有如下表描述的以下的开/关关系。虽然表示了示例性过程，但是可以预期，另外的过程可在该过程内被代替或重排。此外，制造表面，如本文所用的，对可移动物品的参考，其可形成用于由被操纵的零件导致的最初固定、保持、对准或以其他方式协助产品的制造的基础。
简化的操作表
另外的操作表
因此，可以预期，工作表面真空和真空工具真空的任何组合可用于实现本发明的各方面。在示例性方面，在制造表面存在时保持工作面真空处于开。结果，工作表面真空可利用机械真空发生器，机械真空发生器可比康达真空发生器或文丘里真空发生器更有效，但需要启动或逐渐停止的时间。此外，机械真空发生器可能够在更大面积上产生比康达真空发生器或文丘里真空发生器通常产生的更大量的真空力。
块2612描绘了定位制造工具10使得超声焊接机200的远端端部212接近第一零件的步骤。在这个例子中，可以预期，旨在利用超声焊接机200来连接第一零件和第二零件。因此，将超声焊接机以在第一零件和第二零件之间施加超声波引起的结合的方式定位。
块2614描绘了通过触角部210施加超声波能量的步骤。超声波能量的施加用超声焊接将第一零件和第二零件结合。
虽然已确定了方法2600的各个步骤，但是可以预期，可实施添加的或更少的步骤。此外，可以预期，可以以任何顺序来执行方法2600的步骤，并且不限于所呈现的顺序。
图27描绘了适合于实施本发明的实施方案的示例性操作环境，其通常作为计算设备2700来示出和指定。计算设备2700只是适合的计算环境的一个示例，并不旨在暗示关于本发明的使用或功能的范围的任何限制。也不应将计算设备2700诠释为具有与阐明的模块/组件的任一个或组合有关的任何从属性或必要条件。
可在计算机代码或机器可使用指令的大环境下描述实施方案，计算机代码或机器可使用指令包括诸如程序模块的计算机可执行指令，由计算机或诸如个人数据助理，移动电话或其他手持式设备的其他机器执行。通常，包括例程、程序、对象、模块、数据结构及类似物的程序模块是指执行特定任务或实施特定抽象数据类型的代码。可在各种系统配置中实践实施方案，包括手持式设备、消费电子产品、通用计算机、专用计算设备等。还可在分布式计算环境中实践实施方案，在分布式计算环境中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。
继续参考图27，计算设备2700包括总线27270，总线27270直接或间接联接以下设备：存储器27272、一个或多个处理器2714、一个或多个演示模块2716、输入/输出(I/O)端口2718、I/O模块2720和说明性电源2722。总线27270象征可以是一条或多条总线(诸如地址总线、数据总线、或其组合)。虽然图27中的各个块为清楚起见以线示出，实际上，描绘各模块并不那样清楚，并且比喻性地来说，线更精确地将是灰色的和模糊的。例如，人们可以认为诸如显示设备的演示模块是I/O模块。此外，处理器具有存储器。发明人于此确认这是本领域技术的本质，并且重申，图27的图仅是可与一个或多个实施方案相关地使用的示例性计算设备的说明。在诸如“工作站”、“服务器”、“笔记本电脑”、“手持式设备”等分类之间不进行区分，因为所有都预期处于图27的范围内和对“计算机”或“计算设备”的参考内。
计算设备2700通常包括各种计算机可读介质。举例来说，而非限制，计算机可读介质可包括随机存取存储器(RAM)；只读存储器(ROM)；电可擦可编程只读存储器(EEPROM)；闪存或其它存储器技术；CDROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学或全息介质；磁盒，磁带，磁盘存储器或其他磁存储设备，或可用于编码所需信息并可由计算设备2700访问的任何其他介质。
存储器2712包括易失的和/或非易失的存储器形式的永久性计算机存储介质。存储器可以是可拆卸的、不可拆卸的或其组合。示例性硬件设备包括固态存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器等。计算设备2700包括从诸如存储器2712或I/O模块2720的各种实体读取数据的一个或多个处理器。演示模块2716为用户或其他设备呈现数据指示。示例性演示模块包括显示设备、扬声器、打印模块、振动模块及类似物。I/O端口2718允许计算设备2700在逻辑上联接到包括I/O模块2720的其他设备，I/O模块2720中的一些可内置。说明性模块包括话筒、键盘、输入设备、扫描仪、打印机、无线设备及类似物。
另外的布置、特征、组合、子组合、步骤等等预期处于提供的公开内。照此，另外的实施方案内在地由提供的讨论公开。

Claims (24)

1.一种制造工具，包括：具有适合于接触制造零件的下表面的真空动力零件保持件；联接到所述真空动力零件保持件的超声焊接触角部，所述超声焊接触角部包括远端端部，所述远端端部适合于接触所述制造零件使得所述远端端部至少延伸到由所述真空动力零件保持件的下表面界定的平面。
2.根据权利要求1所述的制造工具，还包括位置构件，其中所述位置构件联接到所述真空动力零件保持件或所述超声焊接触角部并且控制所述真空动力零件保持件和所述超声焊接触角部两者的移动。
3.根据权利要求1所述的制造工具，其中所述真空动力零件保持件包括具有延伸穿过内部板表面和所述下表面的多个孔的真空板。
4.根据权利要求1所述的制造工具，其中所述真空动力零件保持件包括延伸穿过所述下表面的单一孔。
5.根据权利要求1所述的制造工具，其中所述真空动力零件保持件使用文丘里真空装置或康达效应真空发生器产生真空。
6.根据权利要求1所述的制造工具，还包括转换器，所述转换器将电信号转换成机械振动，所述机械振动通过所述超声焊接触角部传递到所述制造零件。
7.根据权利要求6所述的制造工具，还包括电子超声波发生器，所述电子超声波发生器产生具有适合于所述超声焊接触角部和所述转换器的频率的交流电。
8.根据权利要求1所述的制造工具，其中所述真空动力零件保持件或所述超声焊接触角部中的仅一个是可同时用于各自的预期的目的的。
9.根据权利要求1所述的制造工具，其中所述真空动力零件保持件和所述超声焊接触角部中的两者是可同时用于其各自的预期的目的的。
10.一种使用制造工具连接多个制造零件的方法，所述制造工具包括真空动力零件保持件和超声焊接触角部，所述方法包括：定位所述制造工具，使得所述真空动力零件保持件接近多个制造零件中的第一制造零件；产生通过所述真空动力零件保持件的下表面传递的真空力；暂时维持所述第一制造零件与所述真空动力零件保持件的至少一部分接触；将所述第一制造零件转移至所述多个制造零件中的第二制造零件；将所述第一制造零件从所述真空动力零件保持件释放；定位所述制造工具，使得所述超声焊接触角部接近所述第一制造零件，其中所述第一制造零件正接触所述第二制造零件；通过所述超声焊接触角部施加超声波能量，其中所述超声波能量对于将所述第一制造零件与所述第二制造零件连接是有效的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中定位所述制造工具包括移动所述制造工具。
12.根据权利要求10所述的方法，其中定位所述制造工具包括将所述多个制造零件中的至少一个移动到所述制造工具。
13.根据权利要求10所述的方法，其中产生真空力使用文丘里真空装置或康达效应真空发生器来产生。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括选择性激活所述真空动力零件保持件的第一部分以仅在所述第一部分处产生真空力。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括选择性停用所述真空动力零件保持件的第一部分以释放所述第一制造零件。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括使用所述制造工具在所述第一制造零件和所述第二制造零件的方向上施加压缩力。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括产生对抗所述真空动力零件保持件的真空力以至少部分地释放所述第一制造零件。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括确定所述超声焊接触角部的远端端部的位置，使得所述远端端部是可定位在相对于所述第一制造零件界定的位置处的。
19.一种制造工具，包括：真空动力零件保持件，所述真空动力零件保持件包括：(1)多个真空分配器，其中所述多个真空分配器中的每个联接到所述多个真空分配器的至少一个其他真空分配器；(2)多个真空发生器，其中所述多个真空发生器中的每个联接到所述多个真空分配器的相关联的真空分配器；(3)制造零件接触表面，其中所述制造零件接触表面联接到所述多个真空分配器；以及超声焊接触角部，所述超声焊接触角部至少部分地联接到所述真空动力零件保持件，使得所述超声焊接触角部和所述真空动力零件保持件是协调地可移动的。
20.根据权利要求19所述的制造工具，其中所述超声焊接触角部包括远端端部，所述远端端部延伸穿过由所述制造零件接触表面界定的平面。
21.根据权利要求19所述的制造工具，其中所述超声焊接触角部包括远端端部，所述远端端部延伸到由所述制造零件接触表面界定的平面。
22.根据权利要求19所述的制造工具，其中所述超声焊接触角部可移动地联接到所述真空动力零件保持件。
23.根据权利要求22所述的制造工具，其中所述超声焊接触角部在垂直于由所述制造零件接触表面界定的平面的方向上可移动地联接。
24.根据权利要求22所述的制造工具，其中所述超声焊接触角部在垂直于由所述制造零件接触表面界定的平面的方向上可移动地联接，使得偏置机构抵抗所述超声焊接触角部相对于所述制造零件接触表面的移动。
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