CN106029242A - 用于表面清洁的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于清洁物体(18)的系统(10)包括：经配置向物体(18)输送声波(28)的声学装置(20)，经配置向物体(18)的表面(16)输送清洁介质(30)的清洁介质分配器(22)，经配置向表面(16)输送冲洗介质(32)的冲洗介质分配器(24)，经配置邻近表面(16)输送真空气流(34)的真空器(26)，其中声波(28)在物体(18)中生成声振动以从表面(16)去除碎屑(14)，对清洁介质(30)和冲洗介质(32)进行声处理，并且使清洁介质(30)、由清洁介质(30)和冲洗介质(32)收集的碎屑(14)雾化。

Description

用于表面清洁的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及表面清洁，并且更具体地，涉及采用清洁介质、声波和真空抽吸从物体表面除去碎屑的系统和方法。
背景技术
除了仅美学外观以外，清洁物体(例如，工件或其他制造零件)的表面是基本的，并且在需要的许多应用中也是基本的过程，以准备零件用于进一步的处理，诸如应用新的表面处理(finish)或者将零件组装到较大的部件中。清洁方法的选择可取决于许多因素，诸如污染的性质、污染的程度、清洁度要求，以及物体的形状、大小或复杂度。
常规的清洁方法具有各种限制，诸如不一致的清洁质量，并且某些表面(例如，复杂表面或内部表面)可难以到达或接近。
因此，本领域的技术人员在物体的表面清洁领域中继续努力进行研究和开发。
发明内容
在一方面，用于清洁物体的所公开的系统可包括经配置向物体输送声波的声学装置，经配置向物体表面输送清洁介质的清洁介质分配器，经配置向表面输送冲洗介质的冲洗介质分配器，经配置邻近表面输送真空气流的真空器(vacuum)，其中声波在物体中生成声振动以从表面去除碎屑，对清洁介质和冲洗介质进行声处理，并且使清洁介质、由清洁介质和冲洗介质收集的碎屑雾化。
在另一方面，用于清洁物体的所公开的系统可包括经配置向物体输送声波的声学装置，经配置向表面输送流体的流体分配器，经配置邻近表面输送真空气流的真空器，其中声波从表面去除碎屑，对流体进行声处理，并且将流体和由流体收集的碎屑雾化。
有利地，声波在所述物体的所述表面上生成声振动。
有利地，声学超音波在所述物体中生成声振动。
有利地，声波包括纵波、横波、表面波和板波中的至少一种。
有利地，流体包括清洁介质和冲洗介质。
有利地，所述声学装置的定位、所述流体分配器的定位以及所述真空器的定位关于所述表面可调整。
有利地，流体分配器包括：经配置向所述表面输送清洁介质的清洁介质分配器；以及经配置向所述表面输送冲洗介质的冲洗介质分配器。
优选地，所述清洁介质分配器、所述冲洗介质分配器和所述真空器安装到清洁头。
优选地，清洁头安装到机器人组件，并且其中所述机器人组件关于所述表面定位所述清洁头。
优选地，所述清洁介质包括液体和气体中的至少一种，并且其中所述冲洗介质包括液体和气体中的至少一种。
优选地，所述清洁介质和所述冲洗介质包括不同的成分。
有利地，所述声波减小所述碎屑与所述表面之间的粘附。
有利地，所述流体收集从所述表面去除的所述碎屑。
有利地，所述声波聚焦在所述表面上的清洁区上。
有利地，所述声学装置包括音波(sonic)换能器和超音波换能器中的至少一种。
有利地，系统进一步包括布置成声学装置的阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述阵列空气联接到所述物体。
优选地，声学装置的所述阵列向所述表面输送聚焦的声波，并且其中所述聚焦声波的干涉在所述表面上限定声波干涉区。
优选地，声学装置的所述阵列包括参量阵和相控阵中的至少一种。
任选地，系统进一步包括布置成声学装置的第一阵列和声学装置的第二阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述第一阵列空气联接到所述物体，并且其中声学装置的所述第二阵列物理联接到所述物体。
任选地，系统进一步包括经配置保持所述物体的保持夹具，并且其中所述声波在所述物体中生成声振动。
优选地，所述流体分配器包括：经配置向所述表面输送清洁介质的清洁介质分配器；以及经配置向所述表面输送冲洗介质的冲洗介质分配器，其中所述清洁介质分配器、所述冲洗介质分配器和所述真空器安装到清洁头。
优选地，所述声学装置联接到所述保持夹具，并且其中所述清洁头的定位关于所述物体可调整。
优选地，所述声学装置物理联接到所述保持夹具。
优选地，所述声学装置空气联接到所述保持夹具和所述物体中的至少一个。
有利地，系统进一步包括布置成声学装置的第一阵列和声学装置的第二阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述第一阵列物理联接到所述保持夹具，并且其中声学装置的所述第二阵列空气联接到所述保持夹具和所述物体中的至少一个。
有利地，所述保持夹具限定声谐振系统。
有利地，所述保持夹具为所述物体的零件。
有利地，所述流体包括液体和气体中的至少一种。
有利地，所述流体包括水和水性溶液中的至少一种。
在另一方面，所公开的系统可包括经配置向物体输送声波的声学装置，经配置向表面输送清洁介质的清洁介质分配器，经配置向表面输送冲洗介质的冲洗介质分配器，以及经配置邻近表面输送真空气流的真空器，其中声波在物体中生成声振动以从表面去除碎屑，对清洁介质和冲洗介质进行声处理，并且使清洁介质、由清洁介质和冲洗介质收集的碎屑雾化。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于清洁包括表面的物体的系统，所述系统包括：经配置向所述物体输送声波的声学装置；经配置向所述表面输送清洁液的清洁液分配器；经配置向所述表面输送冲洗液的冲洗液分配器；以及经配置邻近所述表面输送真空气流的真空器，其中所述声波在所述物体中生成声振动以从所述表面去除碎屑，对所述清洁液和所述冲洗液进行声处理，并且使所述清洁液、由所述清洁液和所述冲洗液收集的所述碎屑雾化。
在又一方面，公开的是一种用于清洁物体的方法，所述方法可包括以下步骤：(1)向物体输送声波以从表面去除碎屑，(2)向表面输送清洁介质以收集去除的碎屑，(3)向物体输送声波以对清洁介质和去除的碎屑进行声处理并将它们雾化，(4)施加真空气流以收集雾化的清洁介质和去除的碎屑，(5)向表面输送冲洗介质，(6)向物体输送声波以对冲洗介质进行声处理并且将其雾化，以及(7)施加真空气流以收集雾化的冲洗介质。
有利地，所述声波在所述物体中生成声振动。
有利地，该方法可进一步包括：将所述物体安装到保持夹具；以及向所述保持夹具和所述物体中的至少一个输送所述声波，以在所述物体中生成声振动。
优选地，所述保持夹具限定声谐振系统。
有利地，该方法进一步包括：将所述声波聚焦在所述表面上的清洁区上；以及在所述物体中生成声振动图案。
优选地，生成所述声振动的所述图案的所述步骤包括，通过所述声波的干涉在所述表面的至少一部分上限定声干涉区。
有利地，所述声波减小所述碎屑与所述表面之间的粘附。
有利地，所述清洁介质和所述冲洗介质包括液体和气体中的至少一种。
有利地，输送所述清洁介质和输送所述冲洗介质的所述步骤连续地发生。
有利地，输送所述清洁介质和输送所述冲洗介质的所述步骤同时发生。
所公开的系统和方法的其他方面将从以下具体实施方式、附图和随附权利要求中变得明显。
附图说明
图1为示出用于清洁物体的所公开的系统的一方面的方框图；
图2为由所公开的系统采用的清洁头的一方面的示意图；
图3为所公开的系统的一种实施方式的示意图；
图4为所公开的系统的另一种实施方式的示意图；
图5为所公开的系统的另一种实施方式的示意图；
图6为所公开的系统的另一种实施方式的示意图；
图7为由所公开的系统采用的机器人组件的一方面的示意图；
图8为机器人组件的另一方面的示意图；
图9为所公开的系统的另一种实施方式的示意图；
图10为用于清洁物体的所公开的方法的一方面的流程图；
图11为飞行器生产和使用方法的流程图；以及
图12为飞行器的方框图。
具体实施方式
以下具体实施方式参考附图，附图示出本公开的具体方面。具有不同结构和操作的其他方面并不背离本公开的范围。在不同的附图中，相似的附图标记可指相同的元件或部件。
参考图1，用于物体的表面清洁的所公开的系统(通常表示为10)的一方面可包括清洁组件12，清洁组件12用于诸如在物体18的制作、组装和/或维护期间从一个或更多个物体18的一个或更多个表面16清洁碎屑14。例如，物体18可包括具有大的、复杂的和/或精致的表面16的任何制造零件、部件、组件或子组件，包括但不限于，复杂的三维物体18和/或大的、二维物体18，诸如飞行器组件。
如本文所使用，碎屑14可包括任何污染物、物质和/或设置在物体18的表面16上的其他无用组分材料。碎屑14可包括但不限于任何类型的任何固体、半固体、液体和/或半液体材料。
清洁组件12可包括至少一个声学装置20、至少一个清洁介质分配器22、至少一个冲洗介质分配器24以及至少一个真空器26。声学装置20可向物体18的表面16输送声(例如，声音)波28，以在物体18的表面16上和/或物体18内(例如，穿过物体18的至少一部分)生成振动。清洁介质分配器22可向物体18的表面16输送清洁介质30。冲洗介质分配器24可向物体18的表面16输送冲洗介质32。真空器26可邻近(例如，处于或靠近)和/或指向物体18的表面16输送真空气流34(例如，真空抽吸)。
物体18的表面16上的和/或通过物体18的声振动可将碎屑14从物体18的表面16去除。例如，声振动可减小碎屑14和表面16之间的粘附并且/或者将碎屑14打碎成碎屑14的较小颗粒(例如，颗粒材料)。清洁介质30可响应声波28的振动效果吸收、捕获和/或悬浮从物体18的表面16去除的任何碎屑14。物体18的表面16上的和/或通过物体18的声振动可使清洁介质30和任何去除的碎屑14(例如，捕获在清洁介质包膜内的碎屑14的颗粒)雾化。冲洗介质32可将残留在表面16上的任何清洁介质30和碎屑14冲洗掉。物体18的表面16上的和/或通过物体18的声振动可使冲洗介质32雾化。真空器26可从物体18的表面16除去雾化的清洁介质30连同由清洁介质30收集的任何碎屑14以及雾化的冲洗介质32。
声学装置20可包括经配置发出音波的音波装置和/或经配置发出超音波的超音波装置，音波在物体18中生成声(具体地，音波)振动，超音波在物体18中生成声(具体地，超音波)振动。如本文所用，术语音波和超音波可以指振荡的机械波(例如，压力波)，其中机械波的频率可从几赫兹到数十亿赫兹变化。例如，音波可包括频率在大约1,000Hz与10,000Hz之间的波。作为另一个示例，超音波可包括频率在大约20kHz与20MHz之间的波。
本领域的技术人员将认识到，用于使清洁介质30和/或冲洗介质32的液滴雾化成雾的音波和/或超音波的振动效果与人类听力无关，并且因此，术语音波和超音波不一定受到普遍定义限制。
一个或更多个声学装置20(例如，音波装置和/或超音波装置)可关于物体18定位在各种位置处，并且经调谐在物体18的表面16上在期望位置处生成各种类型的声(例如，音波和/或超音波)导波模式，包括声流(例如，清洁介质30和/或冲洗介质32响应声波28的运动)。在示例实施方式中，一个或更多个声学装置20可以空气联接(air coupled)到(例如，邻近)物体18和/或物体18的表面16。在另一个示例实施方式中，一个或更多个声学装置20可物理联接到物体18和/或物体18的表面16(例如，与物体18和/或物体18的表面16接触)。在又一个示例实施方式中，一个或更多个声学装置20可空气联接到物体18和/或物体18的表面，而一个或更多个声学装置20可物理联接到物体18和/或物体18的表面16。
声学装置20可以为任何合适的声换能器，声换能器在通过电压被驱动时生成声信号。在示例构造中，声学装置20可以为将电能转换成声能(例如，声音)的压电换能器(例如，音波换能器或超音波换能器)。当施加电压时，压电晶体的大小可改变，因此在压电换能器两端施加交流电(“AC”)可使压电换能器以非常高的频率振荡，并且产生非常高频率的声波(例如，声波28)。
多个声学装置20(例如，多个音波装置和/或超音波装置)可布置在声学装置20的阵列38中。阵列38可以为连接到共用源(例如，发声器40)的声学装置20的任何布置。在一个示例中，多个声学装置20可布置在声学装置的参量阵中。在另一个示例中，多个声学装置20可布置在声学装置的相控阵中。声学装置20的阵列38可包括将声波28引导并且聚焦到待清洁的物体18的表面16上的特定区域(例如，清洁区62)的几何形状。
如本文所使用，参量阵可包括经配置产生窄的初级声束(例如，声波28)的多个声学装置20(例如，高强度压电换能器)。通常，参量阵的尺寸越大，束越窄。作为一般的非限制性示例，参量阵可以两个紧密间隔的超音波频率(例如，ω1和ω2)以足够高的振幅驱动，从而产生差频(例如，ω2-ω1)。
如本文所使用，相控阵可包括单独连接的多个声学装置20(例如，压电换能器)，使得声学装置20传输或接收的信号可以根据需要进行分开处理或结合处理。例如，多个声学装置20可以图案布置在共同的壳体中。图案可包括但不限于线性形状、矩阵形状和/环形形状。声学装置20可以不同的图案同时或者彼此独立加脉冲，以实现具体的束特性。
发声器40可联接到声学装置20。发声器40(例如，音波和/或超音波功率放大器和函数发生器)可向声学装置20供应能量。声供应管线42(例如，柔性声波导)可将发声器40联接到声学装置20，使得可从声学装置20向物体18的表面16(例如，在清洁区62周围)供应声波28。
清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和/或真空器26可安装到清洁头36。清洁头36可将清洁介质30(例如，来自清洁介质分配器22)、冲洗介质32(例如，来自冲洗介质分配器24)和真空气流34(例如，来自真空器26)直接输送到物体18的表面16上的清洁区62。
清洁介质源44可流体联接到清洁头36。清洁介质源44可向清洁介质分配器22供应清洁介质30。清洁介质供应管线46可将清洁介质源44流体联接到清洁头36，使得清洁介质30可从清洁介质分配器22提供到物体18的表面16(例如，在清洁区62周围)。
冲洗介质源48可流体联接到清洁头36。冲洗介质源48可向冲洗介质分配器24供应冲洗介质32。冲洗介质供应管线50可将冲洗介质源48流体联接到清洁头36，使得冲洗介质32可从冲洗介质分配器24提供到物体18的表面16(例如，在清洁区62周围)。
清洁介质30可包括能够与超音波28和真空气流34结合执行清洁动作的任何合适的物质和/或材料。冲洗介质32可包括能够与超音波28和真空气流34结合执行冲洗动作的任何合适的物质和/或材料。
清洁介质30可包括任何清洁流体。清洁流体可包括液体或气体。作为示例，清洁介质30可包括液态水(例如，热水和/或冷水)。作为另一个示例，清洁介质30可包括任何水性溶液(例如，有机溶剂、表面活性剂、清洁剂或其他化学品)。作为另一个示例，清洁介质30可以为蒸汽(例如，汽化水)。作为另一个示例，清洁介质30可以为空气(例如，加压和/或增压空气)。作为另一个示例，清洁介质30可包括喷砂媒介(例如，固体塑料料粒、沙、凝胶胶囊、液态CO2、固态CO2等)。作为另一个示例，清洁介质30可包括清洁流体和/或喷砂媒介的任何组合。
冲洗介质32可包括任何冲洗流体。冲洗流体可包括液体或气体。作为示例，冲洗介质32可包括液态水(例如，热水和/或冷水)。作为另一个示例，冲洗介质32可包括任何水性溶液(例如，有机溶剂、表面活性剂、清洁剂或其他化学品)。作为另一个示例，冲洗介质32可以为蒸汽(例如，汽化水)。作为另一个示例，冲洗介质32可以为空气(例如，加压和/或增压空气)。作为又一个示例，冲洗介质32可包括冲洗流体的任何组合。
真空源52可流体联接到清洁头36。真空源52可向真空器26供应真空气流34(例如，真空抽吸)。真空供应管线54可将真空源52流体联接到清洁头36，使得真空抽吸(例如，真空气流34)可从真空器26供应到物体18的表面16(例如，在清洁区62周围)。
声波28可促进和/或有助于碎屑14的除去和清洁介质30和冲洗介质32的声处理两者，从而使清洁介质30和冲洗介质32从物体28的表面16(例如，在清洁区62周围)雾化。声处理可包括使用声能对物体进行任何处理。
因此，除去(例如，清洁和冲洗)碎屑14可通过声波28、清洁介质30、冲洗介质32和真空气流34的组合来实现，并且因此可完全非接触。例如，声学装置26、清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和真空器26可定位在距待清洁的物体18一定距离处(例如，间隔开)，并且不造成污染物体18的表面16的任何风险。更具体地，声学装置20、清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和真空器26可以被定位成紧密邻近物体18的表面16。
如本文所用，紧密邻近可包括靠近物体18的表面16而不接触物体18的位置。作为示例，紧密邻近可包括距表面16至多大约12英寸的位置。作为另一个示例，紧密邻接可包括距表面16至多大约6英寸的位置。作为另一个示例，紧密邻近可包括距表面16至多大约3英寸的位置。作为另一个示例，紧密邻近可包括距表面16至多大约1英寸的位置。作为又一个示例，紧密邻近可包括尽可能地靠近表面16而不接触表面16的位置。
本领域的技术人员将认识到，邻近物体18的表面16可取决于声学装置20、清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和真空器26的大小、功率和/或配置，以便有效执行清洁操作。
声波28(例如，聚焦声能束)可辐射和横扫物体18的表面16，同时清洁介质30以例如液滴和/或薄膜的形式输送到表面16上。在清洁介质30的液滴和/或薄膜内，来自声波28的声能可形成导致清洁介质30和碎屑14的气载雾颗粒的形成的微流动力、动态流体边界和其他微流体能力。同时，声波28可另外地供给清洁介质30和冲洗介质32能量，并且将声能向下传送到输送到表面16上的清洁介质30和冲洗介质32的液滴和/或薄膜。因此，由声波28生成的声振动可执行清洁动作。清洁动作可通过形成清洁介质30和/或冲洗介质32的气载雾(例如，雾化或气雾化)来完成，其中清洁介质30具有悬浮在其中的碎屑14的颗粒。
可调制声波28，使得调制的声波28与物体18和空气介质(例如，在声学装置20与物体18的表面16之间的空气)的相互作用生成期望的声振动图案。例如，声学装置20可生成具有不同频率和/或振幅的声波28，使得当声波28撞击到物体18上时，可在空气介质中、在物体18的表面16上和/或物体18中生成期望的声振动图案。
可提供在频率范围(例如，从1Hz至500Hz)内的具体的声模和频率激发，其中通过最佳定位声学装置20和/或通过模态振动组合，可实现在所选择频率范围内的频率调谐。本领域的技术人员将认识到如何聚焦声波28(例如，由声波28生成的声振动和声应力)以将碎屑14和雾化清洁介质30与颗粒碎屑14以及冲洗介质32从物体18的表面16有效地打碎和/或去除可取决于特定的清洁操作。例如，碎屑的14的类型、碎屑14的厚度、物体18的结构几何形状、环境条件等可影响声学装置20的配置。
作为示例，根据碎屑14的颗粒大小，可将超音波装置20中的一个或更多个的频率调谐到特定频率或频率范围。作为示例，相对低的频率(例如，低于大约20kHz)可将清洁介质30雾化成相对大的雾(例如，大约10微米及以上)。因此，雾化的清洁介质30的雾可捕获相对大的碎屑14的颗粒(例如，大约10微米及以上)。作为另一个示例，相对高的频率(例如，高于大约1MHz)可将清洁介质30雾化成相对小的雾(例如，大约3微米及以下)。因此，雾化的清洁介质30的雾可捕获相对小的碎屑14的颗粒(例如，大约3微米及以下)。
作为另一个示例，根据待清洁的表面16的大小和/或形状，可将超音波装置20中的一个或更多个的频率调谐到特定频率或频率范围。作为示例，大的和/或大致平坦的表面可具有相对大的碎屑14的颗粒(例如，大约10微米及以上)。因此，可使用相对低的频率(例如，低于大约20kHz)将清洁介质30和碎屑30和/或冲洗介质32从表面16雾化。作为另一个示例，小的和/或复杂的表面可具有相对小的碎屑14的颗粒(例如，大约3微米及以下)。因此，可使用相对高的频率(例如，高于大约1MHz)将清洁介质30和碎屑14和/或冲洗介质32从表面16雾化。
由声波28生成的初始图案可以是复杂的，但最终，在多次反射之后，并且当声波28从一个边界行进到另一个边界时，可以谐振频率建立模态图案。由于声激发，可存在相当接近的许多谐振频率。除去清洁介质30和碎屑14和/或冲洗介质32可通常在谐振情况或非谐振情况下发生。
通过对声学装置20进行放置、激活和调谐，可在物体18的表面16上在期望位置(例如，清洁区62)处形成各种类型的引导的超音波模式和应力集中点，以形成声谐振系统。声谐振系统可将期望的声振动图案输送到整个物体18，物体18可例如安装到保持夹具64或者使用保持夹具64固定。位于物体18外部的空气联接的声学装置20可产生朝向清洁区62周围的期望的声振动图案。集中声应力可以电子方式(例如，调谐声学装置20)和/或机械方式(例如，定位声学装置20)实现。声学装置20的空气联接的和/或物理联接的阵列38(例如，参量阵和/或相控阵)可经具体配置使声振动撞击到复杂的三维物体18上，以有助于除去碎屑14和使包含碎屑14(例如，碎屑颗粒)的清洁介质30以及冲洗介质32雾化。
参考图2，清洁头36可包括具有开口端68的真空室66。例如，多个侧壁70可限定具有矩形截面形状的部分包封的真空室66。作为另一个示例，连续的侧壁70可限定具有环形截面形状的部分包封的真空室66。真空室66可根据给定的清洁操作和/或应用(诸如物体18的大小、物体18的形状和/或物体18的复杂度)来设定尺寸和配置。类似地，清洁区62的大小可由清洁头36的大小和/或配置(例如，由清洁介质30、冲洗介质32和真空气流34覆盖的区域)并且/或者由声波28覆盖的区域确定。
清洁介质分配器22可以足以向物体18的表面16输送清洁介质30的取向位于真空室66内。清洁介质分配器22可包括流体联接到清洁介质供应管线46的喷嘴72。喷嘴72可包括喷嘴出口74，喷嘴出口74经配置将清洁介质30直接排放到真空室66中和/或物体18的表面16上(例如，在清洁区62内)。清洁介质30可有助于除去通过物体18的表面16上和/或物体18内的声振动从物体18的表面16去除的颗粒碎屑14(图1)。
清洁介质分配器22(例如，喷嘴72)可经配置以使得物体18的一个或更多个表面16可暴露于清洁介质30的方式排放清洁介质30，以捕获来自物体18的表面16的去除的碎屑14(图1)。例如，喷嘴72可经配置邻近(例如，处于或靠近)真空室66的开口端68沿大致轴向方向朝向物体18的一个或更多个表面16排放清洁介质30。然而，喷嘴72可经配置以各种方向和/或角度中的任何一种排放清洁介质30。作为另一个示例，喷嘴出口74可经配置以具有各种截面尺寸的流或喷雾的形式排放清洁介质30，以将清洁介质30的液滴或薄膜施加到表面16。然而，喷嘴出口74可经配置以各种形式和/或尺寸中的任何一种排放清洁介质30。
虽然示出了具有单个喷嘴出口74的单个喷嘴72，但可提供具有任何大小和处于任何位置的任何数目的喷嘴72和/或喷嘴出口74。例如，多个喷嘴72和/或更多个喷嘴出口74可在不同位置处延伸到真空室66中，以在清洁区62周围提供清洁介质30的更均匀的分布。进一步地，虽然喷嘴72被示为流体联接到真空室66的端部(例如，与开口端68相对)，但可包括一个或更多个喷嘴72以沿真空室66的侧壁70从一个或更多个位置(例如，邻近开口端68)提供清洁介质30。
在示例实施方式中，清洁介质30可以为水(例如，热水)，清洁介质分配器22可包括适于排放水(例如，以水滴、流、喷雾或雾的形式)的喷嘴72，清洁介质供应管线46可以为水供应管线，并且清洁介质源44可以为水源(例如，水箱)。任选地，清洁介质源44可包括加热机构76(图1)，以将清洁水加热到期望的清洁温度。
可调节、调整和/或以其他方式控制清洁介质30的温度和/或压力(例如，水的温度和/或压力)，以对应给定的清洁操作。例如，可控制清洁介质30的温度从而在可避免对正在清洁的物体18和/或表面16的材料成分造成热损坏的温度下提供清洁介质30。类似地，可调节清洁介质30的压力(例如，借助于阀门或喷嘴出口74的配置)，使得清洁介质30可以以下方式从喷嘴出口74排放出来，所述方式即：清洁介质30的速度足够高以在清洁介质30的雾化(例如，通过声波28)以及清洁介质30的真空抽吸和任何收集的碎屑14进入真空器26(图1)之前接触物体18的表面16。来自清洁介质源44(图1)的清洁介质30的控制可进行预编程和/或自动控制。
冲洗介质分配器24可以足以向物体18的表面16输送冲洗介质32的取向位于真空室66内。冲洗介质分配器24可包括流体联接到冲洗介质供应管线50的喷嘴78。喷嘴78可包括喷嘴出口80，喷嘴出口80经配置将冲洗介质32直接排放到真空室66中和/或物体18的表面16上(例如，在清洁区62内)。冲洗介质32可有助于除去残留在物体18的表面16上的任何清洁介质30(和任何颗粒碎屑14)。冲洗介质32可通过物体18的表面16上的和/或物体18内的声振动雾化。
冲洗介质分配器24(例如，喷嘴78)可经配置以使得物体18的一个或更多个表面16暴露于冲洗介质32的方式排放冲洗介质32，以冲洗物体18的表面16。例如，喷嘴78可经配置邻近真空室66的开口端68沿大致轴向方向朝向物体18的一个或更多个表面16排放冲洗介质32。然而，喷嘴78可经配置以各种方向和/或角度中的任何一种排放冲洗介质32。作为另一个示例，喷嘴出口80可经配置以具有各种截面尺寸的流或喷雾的形式排放冲洗介质32，以将冲洗介质32的液滴或薄膜施加到表面16。然而，喷嘴出口80可经配置以各种形式和/或尺寸中的任何一种排放冲洗介质32。
虽然示出了具有单个喷嘴出口80的单个喷嘴78，但可提供任何大小和处于任何位置的任何数目的喷嘴78和/或喷嘴出口80。例如，多个喷嘴78和/或更多个喷嘴出口80可在不同位置处延伸到真空室66中，以在清洁区62周围提供冲洗介质32的更均匀的分布。进一步地，虽然喷嘴78被示为流体联接到真空室66的端部(例如，与开口端68相对)，但可包括一个或更多个喷嘴78以沿真空室66的侧壁70从一个或更多个位置(例如，邻近开口端68)提供冲洗介质32。
在示例实施方式中，冲洗介质32可以为水(例如，热水)，冲洗介质分配器24可包括适于排放水(例如，以水滴、流、喷雾或雾的形式)的喷嘴78，冲洗介质供应管线50可以为水供应管线，并且冲洗介质源48可以为水源(例如，水箱)。任选地，冲洗介质源48可包括加热机构82(图1)，以将冲洗水加热到期望的清洁温度。
可调节、调整和/或以其他方式控制冲洗介质32的温度和/或压力(例如，水的温度和/或压力)，以对应给定的清洁操作。例如，可控制冲洗介质32的温度从而在可避免对正在清洁的物体18和/或表面16的材料成分造成热损坏的温度下提供冲洗介质32。类似地，可调节冲洗介质32的压力(例如，借助于阀门或喷嘴出口80的配置)，使得冲洗介质32可以以下方式从喷嘴出口80排放出来，所述方式即：冲洗介质32的速度足够高以在冲洗介质32的雾化(例如，通过声波28)以及进入真空器26(图1)中的冲洗介质32的真空抽吸之前接触物体18的表面16并且将任何残留的清洁介质30(和任何残留的碎屑14颗粒)冲洗掉。来自冲洗介质源48(图1)的冲洗介质32的控制可进行预编程和/或自动控制。
虽然清洁介质分配器22和冲洗介质分配器24被示为分立部件，但可从单个(例如，共用)流体分配器(通常表示为134(图2))输送(例如，分配)清洁介质30和冲洗介质32。作为示例，可分别使用两种不同流体(通常表示为136)(例如，清洁介质30和冲洗介质32)清洁和冲洗表面16。两种流体136可包括不同的成分。两种不同的流体供应管线(例如，清洁介质供应管线46和冲洗介质供应管线50)可在两种不同的流体源(例如，清洁介质源44和冲洗介质源48)和单个流体分配器134之间流体联接。作为另一个示例，可使用单流体136(例如，清洁介质30和冲洗介质32)用于清洁和冲洗表面16两者。单个流体供应管线(未示出)可在单个流体源(未示出)与单个流体分配器134之间流体联接。
从表面16除去碎屑14(例如，清洁操作)可包括两个阶段，即清洁阶段和冲洗阶段。在清洁阶段期间，清洁介质30输送到表面16，并且随后通过声学装置20输送的声波28雾化。在冲洗阶段期间，冲洗介质32输送到表面16并且随后通过声波28雾化。在示例实施方式中，可单独地且连续地发生一个或更多个清洁阶段和一个或更多个冲洗阶段(例如，在完成清洁阶段之后开始冲洗阶段)。作为另一个示例，可同时发生一个或更多个清洁阶段和一个或更多个冲洗阶段。作为又一个示例，一个或更多个清洁阶段和一个或更多个冲洗阶段可重叠(例如，在清洁阶段完成之前开始冲洗阶段，并且继续超过清洁阶段的终止)。
真空器26(图1)可流体联接到真空供应管线54(例如，真空软管)，以在真空室66内提供真空气流34(例如，真空抽吸)并且/或者向物体18的表面16提供真空气流34(例如，真空抽吸)。对应的真空气流34可通过一个或更多个真空进口歧管85被引导至真空源52(图1)。真空进口歧管85可位于真空室66内部。真空器26可将雾化的清洁介质30和去除的碎屑14(例如，碎屑颗粒)收集在真空气流34内。因此，一旦清洁介质30和/或冲洗介质32被声波28雾化，生成的清洁介质30、捕获的碎屑14和/或冲洗介质32的雾就可通过真空气流34基本上瞬间从清洁区62除去。
在清洁操作期间，清洁头36可接近(例如，紧密邻近)待清洁的物体18的表面16。当针对给定的清洁操作设定清洁头36的尺寸并且对清洁头36进行配置时，可考虑物体18的大小和/或复杂度，和/或距物体18的表面16的位置、相对定位、取向角度和/或距离。类似地，清洁头36的总体大小、形状和配置可经配置与待清洁的物体18的大小、形状、复杂度和配置互补。
参考图1，清洁组件12可包括清洁溶液喷射单元56。清洁溶液喷射单元56可将清洁溶液84喷射到清洁介质供应管线46，用于与被提供到清洁头36(例如，到清洁介质分配器22)的清洁介质30混合。替代地，清洁溶液84可(例如，通过清洁头36)被直接排放到物体18的表面16。
清洁溶液84可以可促进或加快物体18的清洁的成分被提供。例如，清洁溶液84可包括清洁剂和/或化学品，用于喷射到清洁介质供应管线46中，这在清洁介质30中产生了清洁剂和/或化学品的分子的混合物。清洁剂和/或化学品可包括但不限于用于将某一类碎屑14打碎或溶解成较小碎屑颗粒的溶剂。一旦碎屑14的颗粒通过声波28从物体18的表面16打碎松开，清洁剂和/或化学品就可包围碎屑14。清洁剂和/或化学品可包住碎屑14，并且防止碎屑14重新彼此附着并且/或者重新结合到物体18的表面16。
例如，清洁溶液84可包括用于增强某些类型的碎屑14的清洁的成分，诸如水基和/或油基流体(例如，液压流体和润滑油脂)。清洁溶液84可以预定的量喷射到清洁介质30中(例如，在启动释放阀时)。例如，水性清洁溶液可包括热水(例如，清洁介质30)和清洁剂和/或化学品(例如，清洁溶液84)的混合物，该混合物可渗透物体18的表面16上的相对较凉的碎屑14并且可进一步有利于碎屑14的去除。关于这一点，清洁溶液84可包括但不限于多种其他成分中的任何一种，用于加快或增强某些类型碎屑14的清洁。
清洁组件12可包括过滤器58和碎屑接收器60(例如，废弃物接收器)。碎屑接收器60可联接到真空供应管线54用于接收可从物体18的表面16抽吸的清洁介质30、碎屑14和/或冲洗介质32(例如，水、表面活性剂、清洁剂、化学品、污染物或其他材料)。
参考图2，当清洁介质30和/或冲洗介质32的液滴通过物体18的表面16上的和/或通过物体18的声振动雾化成雾时，清洁介质30和/或冲洗介质32可有助于清洁动作。一个或更多个声学装置(未在图2中示出)可邻近(例如，空气联接)物体18进行定位，或者可与物体18接触(例如，物理联接)。例如，声学装置20可安装和/或连接到一个或更多个保持夹具88(图1)。声学装置20可相对于物体18定位在固定位置，或者可经由相关联的保持夹具88相对于物体18可移动(例如，手动地或机电地)。
超音波装置20可经配置生成施加到物体18的表面16的各种不同类型的声波(例如，音波和/或超音波)，包括但不限于，纵波、横波、表面波和/或板波。例如，一个或更多个声学装置(例如，声学装置的阵列)可经配置在物体18中生成声波28a(例如，纵波和/或横波)，并且一个或更多个声学装置(例如，声学装置的阵列)可经配置在物体18的表面16上生成声波28b(例如，表面波和/或板波)。
本领域的技术人员将认识到，任何单独的声学装置20，声学装置20和/或声学装置20的阵列38(例如，参量阵和/或相控阵)(图1)的组合可经配置生成声波28的任何组合(例如，物体18中的纵波和/或横波，并且/或者物体18的表面16上的表面波和/或板波)。例如，可调谐和/或定位多个声学装置20(例如，声学装置20的参量阵和/或相控阵)，以改变波的干涉现象，以便产生当定位、频率和/或波模式改变时可在物体18周围移动的一个或更多个声干涉区或应力集中点(例如，在清洁区62处)。清洁区62可通过用户选择而移动，从而允许在物体18的表面16上的具体点处进行清洁。
例如，通过调整声学装置20相对于物体18的表面16的入射角度，可生成不同类型的声波28(例如，纵波、横波、表面波和/或板波)。作为示例，距法向(例如，距表面16的平面)大约10°定位(例如，旋转)声学装置20可生成垂直于并且在物体18的表面16上的板波。作为另一个示例，距法向大约0°(例如，平行于表面16的平面)定位(例如，旋转)声学装置20可在物体18中生成纵波。作为另一个示例，横波可在任何入射角度下生成，并且可相对于进入物体18中的波垂直传播。作为又一个示例，表面波可在任何入射角度下生成，并且可在物体18的表面16上同心地(例如，椭圆形地)传播。
另外，声学装置20还可用于物体18的无损检查和/或物体18的结构健康监测。例如，至少两个超音波装置20(例如，发射器和接收器)可定位在物体18的表面16上方。装置20的定位可相对于彼此和相对于表面16并且沿表面16进行调整，以便限定音波以适当角度进行传播的方向，从而生成并且检测表面16上的表面波和/或板波。声波28的生成和检测可取决于若干因素，包括但不限于表面16的材料的弹性和污染物(例如，碎屑30)与水的存在。可建立由超音波装置20在参考表面上生成并且检测到的超音波28的各种图案的参考库，并且将其用于物体18的监测表面16的条件(例如，清洁度)的无损检查。
参考图3至图5，所公开的系统10可有益地用于清洁具有一个或更多个复杂表面16的一个或更多个物体18。例如并且如图3和图4所示，物体18可以为紧固件，诸如螺栓、螺钉等。
物体18可放置在、安装到或以其他方式固定到保持夹具64。例如，保持夹具64可包括支撑支架90，并且物体18可被保持在夹持器92内，夹持器92被保持到支撑支架90或者由支撑支架90支撑。例如，夹持器92可包括适于接收一个或更多个物体18(例如，紧固件)的开口容积。作为具体的非限制性示例，夹持器92可以为具有非实体壁(例如，网孔壁)的篮，从而适于允许声波28传播通过所述篮并且到物体18。
保持夹具64可包括一个或更多个吸声体94。例如，吸声体94可定位在夹持器92与支撑支架90之间，以吸收声能并且防止声振动从物体18传输和/或传播到保持夹具64。
在清洁操作期间，清洁头36可紧密邻近待清洁的物体18进行定位。例如，清洁头36可定位在合适的位置处以将清洁介质、冲洗介质和真空气流(在图3和图4中未示出)引导至物体18的表面16。
至少一个声学装置20可空气联接到物体18。例如，声学装置20可紧密邻近物体18的一个或更多个表面16进行定位。
如图3所示，多个声学装置20可配置成声学装置20的空气联接阵列38(例如，参量阵或相控阵)，该空气联接阵列38经配置在物体18的表面16处引导声波28(例如，纵波和/或横波)。声波28可在物体18中生成声振动，以去除任何碎屑14并且使任何清洁介质30和/或冲洗介质32(图1)从物体18的表面16雾化。
如图4所示，多个声学装置20可配置成声学装置20的空气联接的第一阵列38a(例如，参量阵或相控阵)，该空气联接的第一阵列38a经配置在物体18的表面16处引导声波28a(例如，纵波和/或横波)。多个声学装置20可配置成声学装置20的空气联接的第二阵列38b(例如，参量阵或相控阵)，该空气联接的第二阵列38b经配置在物体18的表面16处引导声波28b(例如，纵波和/或横波)。声学装置20的第一阵列38a和声学装置20的第二阵列38b可定位在大致轴向相对的位置中，使得声波28a和声波28b朝向物体18聚焦，并且在物体18处彼此互相干涉。干涉的声波28a和声波28b可在物体18的表面16上产生具体的声振动图案，以去除任何碎屑14并且使任何清洁介质30和/或冲洗介质32(图1)从物体18的表面16雾化。
多个声学装置20可安装到保持夹具88。保持夹具88可调整和/或固定声学装置20的阵列38或者声学装置20的第一阵列38a以及声学装置20的第二阵列38b关于物体18的位置、取向和/或距离。保持夹具88可提供多个声学装置20关于物体18的自动、半自动或手动定位。
一个或更多个吸声体96可经定位将声波28(图3)或声波28a和声波28b(图4)容纳在相对受限的空间内。例如，一个或更多个吸声体96可定位在与多个声学装置20大致轴向相对的位置中，以吸收声能并且防止声波28或声波28a和声波28b传输到附近的物品。吸声体96可安装到保持夹具(未示出)。保持夹具可提供吸声体96的自动、半自动或手动定位。
物体18的声处理可供给清洁介质30和冲洗介质32(图2)能量。例如，清洁介质30和冲洗介质32可通过由声波28(图3)或声波28a、声波28b(图4)生成的声场输送到表面16，并且可变得被供能，从而将声能直接传输通过清洁介质30和冲洗介质32(例如，以液滴或薄膜的形式)。
参考图5，作为另一个示例，物体18可具有包括多个表面特征(例如，表面16)的复杂形状。例如，物体18可包括一个或更多个通孔98(例如，螺纹孔和/或平滑孔)、一个或更多个中空腔100以及一个或更多个搭接表面102。物体18可安装到保持夹具64(在图5中未示出)。
在清洁操作期间，清洁头36可邻近待清洁的物体18进行定位。例如，清洁头36可定位在合适的位置处以将清洁介质、冲洗介质和真空气流34(在图3和图4中未示出)引导至物体18的表面16。
至少一个声学装置20可空气联接到物体18。例如，声学装置20可邻近物体18进行定位，使得声联接媒介104(例如，空气)设置在声学装置20与物体18之间。多个声学装置20可配置成声学装置20的空气联接阵列38(例如，参量阵或相控阵)，空气联接阵列38经配置引导声波28(在图5中未示出)通过物体18并且到物体18的表面16。声波28(图1)可生成传输通过声联接媒介104并且进入物体18的声振动，以去除任何碎屑14并且使任何清洁介质30和/或冲洗介质32(图1)从物体18的表面16雾化。
多个声学装置20可安装到保持夹具88。保持夹具88可调整和/或固定声学装置20的阵列38关于物体18的位置、取向和/距离。保持夹具88可提供多个声学装置20关于物体18的自动、半自动或手动定位。
参考图6，所公开的系统10可有益地用于精确清洁具有一个或更多个精致表面16的一个或更多个物体18。例如，物体18可以为具有平坦表面的硅晶片。
物体18可安装到保持夹具64。例如，保持夹具64可包括支撑支架90，并且物体18可安装到支撑支架90。保持夹具64可包括一个或更多个吸声体94。例如，吸声体94可定位在物体18与支撑支架90之间，以吸收声能并且防止声振动从物体18传输和/或传播到保持夹具64。
在清洁操作期间，清洁头36可邻近待清洁的物体18的表面16进行定位。例如，清洁头36可定位在合适的位置以将清洁介质、冲洗介质和真空气流(在图3和图4中未示出)引导至物体18的表面16。
至少一个声学装置20可联接到物体18。声学装置可空气联接到物体18或者可物理联接到物体18。多个声学装置20可配置成声学装置20的声联接参量阵38(例如，参量阵或相控阵)，该声联接参量阵38经配置引导声波28(例如，纵波和/或横波)通过物体18并且到物体18的表面16。声波28可生成传输到物体18中的声振动，以去除任何碎屑14并且使任何清洁介质30和/或冲洗介质32(图1)从物体18的表面16雾化。
多个声学装置20可安装到保持夹具88。保持夹具88可调整和/或固定声学装置20的阵列38关于物体18的位置、取向和/距离。保持夹具88可提供多个声学装置20关于物体18的自动、半自动或手动定位。
参考图1，所公开的系统10可被并入机器人组件106中。物体18(例如，物体18的一个或更多个表面16)可通过声学装置20和清洁头36(包括清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和真空器26)的组合进行清洁。清洁头36可通过机器人组件106在物体18旁边移动。清洁头36关于物体18(例如，物体18的表面16)的定位(例如，位置、取向和距离)可通过机器人组件106进行设定、调整和/或维持。
参考图7，机器人组件106可提供一个或更多个物体18的自动或半自动清洁。例如，清洁头36可安装到机器人组件106的机器人臂110的端部适配器108。端部适配器108可安装到位于机器人臂110的端部上的活动接头112。活动接头112可有助于将清洁头36定位在邻近正在清洁的物体18的表面16(图1)的期望位置中。活动接头112可包括旋转接头，用于在物体18的表面16的清洁期间定位清洁头36(例如，定位端部适配器108)。
供应管线114可从清洁头36延伸到清洁源116，该清洁源116可例如安装到机器人组件106的基座118。供应管线114可包括清洁介质供应管线46、冲洗介质供应管线50和真空供应管线54。类似地，清洁源116可包括清洁介质源44、冲洗介质源48和真空源52。清洁溶液喷射单元56、过滤器58和碎屑接收器60可安装到机器人组件106(例如，安装到基座118)。
参考图8，机器人组件106可包括安装在例如端部适配器108上的一个或更多个制造装置120。制造装置120可包括用于在物体18(图1)上执行一种或更多种制造操作的装置。例如，制造装置120可包括用于(例如，在制作、组装和/或维护期间)在物体18上进行机械加工、钻孔、喷涂、密封、成像、测试、检查、感测和其他操作的一个或更多个装置。制造装置120可经由供应管线122联接到电力供应/材料供应单元124，电力供应/材料供应单元124安装到例如机器人组件106的基座118，用于将材料和/或电力输送到制造装置120。
供应管线122可将润滑剂、密封剂、涂层材料或其他材料输送到制造装置120。供应管线122也可以输送电力、加压空气、液压流体和其他介质用于操作制造装置120。清洁头36可在机器人组件106中使用，以在通过制造装置120中的一个或更多个在物体18上执行一种或更多种制造、检查、修复或维护操作之前、期间或之后在物体18上执行清洁操作。
在示例构造中，清洁头36可被可移除地附接到(例如，从其可分离)机器人组件106(例如，机器人臂110的端部执行器108)。为有助于清洁头36的分离以及具有相同或不同配置的清洁头36的替换，清洁头36可包括至少一个端部配件(未示出)。例如，端部配件可作为快速释放机构被提供。快速释放结构可以多种配置中的任何一种被提供，用于将清洁头36可释放地附接到供应管线122和/或机器人组件106。清洁头36的可分离布置可有助于具有不同大小、形状和配置(例如，清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和/或真空器26的数量和/或配置)的各种不同清洁头36中的任何一种的安装，以对应给定的清洁应用。
参考图9，保持夹具64可经配置保持和/或支撑物体18。例如，保持夹具64可以为用于在制作、组装和/或维护操作(例如，作为组装线的部分)期间并且在清洁操作期间保持物体18的部件组装夹具。作为另一个示例，保持夹具64可用于仅在清洁操作期间保持物体18。作为又一个示例，保持夹具64可以为物体18的零件。
在清洁操作期间，清洁头36可邻近物体18的表面16进行定位。例如，机器人组件106可紧密邻近保持夹具64进行定位，使得清洁头36可定位在合适的位置，以将清洁介质、冲洗介质和真空气流(在图9中未示出)引导至物体18的表面16。
声学装置的至少一个可以被物理联接到保持夹具64。声学装置20可以将声波28(图1)通过保持夹具64传输到物体18。
保持夹具64可包括至少一个物体保持夹具126，其经配置接合物体18的至少一部分(例如，边缘)，以将物体18紧固到保持夹具64并且固定物体18的定位。例如，每个物体保持夹具126可包括经配置接合物体18的至少一个边缘的边缘保持夹具128。
物体18可安装到支撑基座130。物体18可与支撑基座130接触，或者可以与支撑基座130间隔预定距离。保持夹具64可包括经配置接合支撑基座130的至少一部分的至少一个支撑基座保持夹具132，以将支撑基座130紧固到保持夹具64并且固定物体18的定位。
至少一个声学装置20可联接到物体保持夹具126中的一个或更多个，和/或支撑基座保持夹具132中的一个或更多个，以使声波28(图1)传输通过物体保持夹具126、支撑基座保持夹具132和/或支撑基座130并且进入物体18中。声学装置20可物理联接到物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132(例如，接触式音波和/或超音波换能器)，或者空气联接到物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132(例如，非接触式音波和/或超音波换能器)。
物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132可与保持夹具64成为一体，或者可安装在保持夹具64上或连接到保持夹具64。发声器40(图1)可与保持夹具64成为一体，或者可远离并联接到声学装置20。
物体保持夹具126、支撑基座保持夹具132和/或支撑基座130可声联接，使得施加到物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132的声波28足以在保持夹具64(包括物体保持夹具126、支撑基座保持夹具132和/或支撑基座130)之间传送并且通过保持夹具64，且进入物体28中。
如本文所使用，声联接意为保持夹具64的所有零件和/或部件连接在一起，使得整个构造在声学上可用于(例如，声谐振系统)声波28的有效传输和传播。例如，保持夹具64可经构造使得部件之间无间隙出现，并且声波28的传播不通过部件和/或表面界面而损失。
因此，与声学装置20一起，物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132可形成声谐振系统，该声谐振系统将声波28输送到整个物体18中并且通过整个物体18，以在物体18的表面16上生成声振动。多个声学装置20可以任何配置(例如，以声学装置的参量阵或声学装置的相控阵)进行布置。
每个声学装置20可具有固定定位，或者可关于保持夹具64、物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132移动。例如，多个声学装置20的定位、取向和/或位置可固定到一个或更多个物体保持夹具126和/或支撑基座保持夹具132。作为另一个示例，声学装置20的定位、取向和/或位置可例如通过与声学装置20相关联的保持夹具88(图1)手动移动或者机电移动。因此，通过对声学装置20进行定位、激活和调谐，可在物体18的表面16上在期望位置处(例如，清洁区62)产生各种类型的引导的声波28(例如，聚焦的声能)。
本领域的技术人员将认识到，保持夹具64可包括具有空气联接的声学装置20和/或物理联接的声学装置20的任何组合的物体保持夹具126、支撑基座130和/或支撑基座保持夹具132的任何组合，并且图9所示的构造并非意在以任何方式限制本公开。
因此，多个物理联接的声学装置20可生成引导至物体18中的声波28(例如，通过保持夹具64)，并且/或者多个空气联接的声学装置20可生成引导至物体18的表面16的声波28。超音声波28的干涉可在物体18中生成纵波和/或横波，并且在物体18的表面16上生成板波和/或横波，以去除碎屑14并且将清洁介质30、由清洁介质30和冲洗介质32所持的碎屑颗粒雾化。
当针对给定的清洁操作对声学装置20设定尺寸并且进行配置时，可考虑功率、大小、数量、位置、相对定位、取向角度和距物理18的表面16的距离。例如，可使用具有高功率的相对少数量的超音波装置。作为另一个示例，可使用具有低功率的相对大数量的超音波装置。
参考图10，用于物体的表面清洁的所公开的方法(通常表示为200)的一方面可通过提供具有至少一个待清洁表面的物体在方框202处开始。
如方框204处所示，物体可安装到保持夹具。保持夹具可限定声谐振系统。
如方框206处所示，可将声波(例如，音波和/或超音波)输送到物体的表面。声波可在物体的表面上生成声振动(例如，响应纵波、横波、表面波和/或板波)。声波可由一个或更多个声学装置(例如，音波换能器和/或超音波换能器)发出。声学装置可空气联接到物体和/或保持夹具，并且/或者物理联接到物体和/或保持夹具。
如方框208处所示，声波可聚焦在物体表面上的清洁区上。如方框210处所示，聚焦的声波可在物体的表面上和/或物体中生成声振动图案。如方框212处所示，声振动图案可响应声波的干涉在物体表面的至少一部分(例如，在清洁区处)的周围形成一个或更多个声干涉区或应力集中点。
如方框212处所示，响应由施加到物体的声波所生成的在物体中的声振动，物体表面上(例如，在清洁区内)的任何碎屑均可被打碎并且/或者从物体的表面去除。
如方框214处所示，可将清洁介质(例如，水或水性清洁溶液)输送到物体的表面。例如，清洁介质可从清洁介质分配器排放到清洁区。如方框216处所示，清洁介质可捕获和/或收集通过声波从物体的表面去除的碎屑的颗粒。
如方框218处所示，响应由施加到物体的声波生成的在物体中的声振动，清洁介质和由清洁介质捕获的碎屑颗粒(例如，液滴)可被雾化成雾。
如方框220处所示，可将冲洗介质(例如，水)输送到物体的表面。例如，冲洗介质可从冲洗介质分配器排放到清洁区。如方框222处所示，冲洗介质可将残留的清洁介质和/或碎屑颗粒从物体的表面冲洗掉。
如方框224处所示，响应由施加到物体的声波生成的在物体中的声振动，冲洗介质可被雾化成雾。
如方框226处所示，可将真空气流输送到物体的表面。如方框228处所示，清洁介质的雾化的雾、由清洁介质和/或冲洗介质捕获的碎屑颗粒可由真空气流进行收集。在方框220处所示的真空步骤可在方框210至方框218处所示的步骤期间和/或始终在方框210至方框218处所示的步骤执行。
因此，通过结合声振动(例如，经由聚焦的声波)、清洁介质、冲洗介质和真空气流，所公开的系统和方法可用于清洁大的和/或复杂物体的一个或更多个表面。多个声学装置(例如，声学装置的阵列)可生成并且发出方向性的声波，所述声波被电子地和机械地聚焦在物体表面上的特定区域(例如，清洁区)上。通过各种电子方法和机械方法激活和调谐声学装置可在物体中和物体上产生期望的声振动图案，以实现清洁效果。作为示例，声波的定位和聚焦可通过各种清洁头和/或装备有声学装置的保持夹具的移动来实现，其中该清洁头装备有清洁介质分配器、冲洗介质分配器和真空器。声学装置的调谐可使用参量阵或相控阵的概念来实现，以在清洁介质和冲洗介质中实现声流。
总体参考图1，用于清洁包括表面的物体的所公开系统10的各个方面可包括，经配置向物体18输送声波28的声学装置20，经配置向表面16输送流体136的流体分配器134，经配置邻近表面16输送真空气流34的真空器26，其中声波28从表面16去除碎屑14，对流体136进行声处理，并且使流体136和由流体136收集的碎屑14雾化。
在一方面，声波28可在所述物体18的表面16上生成声振动。声波28可在物体18中生成超音波振动。声波28可包括纵波、横波、表面波和板波中的至少一种。
在另一方面。流体136可包括清洁介质和冲洗介质。
在另一方面，所述声学装置20的定位，流体分配器134的定位以及真空器26的定位可关于表面16可调整。
在另一方面，流体分配器134可包括清洁介质分配器22和冲洗介质分配器24，清洁介质分配器22经配置向表面16输送清洁介质30，冲洗介质分配器24经配置向表面16输送冲洗介质32。清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和真空器26可安装到清洁头36。清洁头36可安装到机器人组件106，其中机器人组件106关于表面16定位清洁头36。清洁介质30可包括液体和气体中的至少一种，并且冲洗介质32可包括液体和气体中的至少一种。清洁介质30和冲洗介质32可包括不同成分。
在另一方面，声波28可减小碎屑14与表面16之间的粘附。流体136可收集从表面16去除的碎屑14。声波28可聚焦在表面16上的清洁区62上。
在另一方面，声学装置20可包括音波换能器和超音波换能器中的至少一种。
在另一方面，所公开的系统10可包括布置成声学装置的阵列38的多个声学装置20。声学装置的阵列38可空气联接到物体18。声学装置的阵列38可向表面16输送聚焦的声波28。聚焦的声波28的干涉可在表面16上限定声波干涉区。声学装置的阵列38可包括参量阵或相控阵中的至少一个。
在另一方面，所公开的系统10可包括布置成声学装置的第一阵列38a和声学装置的第二阵列38b的多个声学装置20。声学装置的第一阵列38a可空气联接到物体18。声学装置的第二阵列38b可物理联接到物体18。
在另一方面，所公开的系统10可包括经配置保持物体18的保持夹具64。声波28可在物体18中生成声振动。流体分配器134可包括清洁质分配器22和冲洗介质分配器24，清洁介质分配器22经配置向表面16输送清洁介质30，冲洗介质分配器24经配置向表面16输送冲洗介质32。清洁介质分配器22、冲洗介质分配器24和所述真空器26可安装到清洁头36。声学装置20可联接到保持夹具56。清洁头36的定位可关于物体18可调整。声学装置20可物理联接到保持夹具64。声学装置20可空气联接到保持夹具64和物体18中的至少一个。多个声学装置20可布置成声学装置的第一阵列38a和声学装置的第二阵列38b。声学装置的第一阵列38a可物理联接到保持夹具64。声学装置的第二阵列38b可空气联接到保持夹具64和物体18中的至少一个。保持夹具64可限定声谐振系统。保持夹具64可以为所述物体的零件。
在另一方面，流体136可包括液体和气体中的至少一种。流体136可包括水和水性溶液中的至少一种。
在另一方面，所公开的系统10可包括经配置向物体18输送声波28的声学装置20，经配置向表面16输送清洁介质30的清洁介质分配器22，经配置向表面16输送冲洗介质32的冲洗介质分配器24，以及经配置邻近表面16输送真空气流34的真空器26。声波28可在物体18中生成声振动，以从表面16去除碎屑，对清洁介质30和冲洗介质32进行声处理，并且将清洁介质30、由清洁介质30和冲洗介质32收集的碎屑14雾化。
总体参考图1和图10，用于清洁包括表面的物体的所公开方法200的一方面可包括：(1)向物体18输送声波28以从表面16去除碎屑14，(2)向表面16输送清洁介质30以收集去除的碎屑14，向物体18输送声波28以对清洁介质30和去除的碎屑14进行声处理并将它们雾化，(3)施加真空气流34以收集雾化的清洁介质30和去除的碎屑14，(4)向表面16输送冲洗介质32，(5)向物体18输送声波28以对冲洗介质32进行声处理并且将其雾化，以及施加真空气流34以收集雾化的冲洗介质32。
在另一方面，声波28可在物体18中生成声振动。
在另一方面，所公开的方法200可包括以下步骤：(6)将物体18安装到保持夹具64，以及(7)向保持夹具64和物体18中的至少一个输送声波28，以在物体18中生成声振动。保持夹具64可限定声谐振系统。
在另一方面，所公开的方法200可包括以下步骤：(8)将声波28聚焦在表面16上的清洁区62上，以及在物体18中生成声振动图案。生成声振动图案的步骤可包括，通过声波28的干涉在表面16的至少一部分上限定声干涉区。
在另一方面，声波28可减小碎屑14与表面16之间的粘附。清洁介质30可包括液体和气体中的至少一种。冲洗介质32可包括液体和气体中的至少一种。
在另一方面，输送清洁介质30和输送冲洗介质32的步骤可连续地发生。
在另一方面，输送清洁介质30和输送冲洗介质32的步骤可同时发生。
本公开的示例可在如图11所示的飞行器制造和使用方法300以及如图12所示的飞行器302的背景下进行描述。在预生产期间，飞行器制造和使用方法300可包括飞行器302的规格和设计304以及材料采购306。在生产期间，发生飞行器302的部件/子组件制造308和系统集成310。其后，飞行器302可经历验证和交付312，以便投入使用314。在由消费者使用时，飞行器302被安排进行日常维护和维修316，该日常维护和维修316还可包括改进、重新配置、翻新等。
方法300的过程中的每个可由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，消费者)执行或进行。为了该说明书的目的，系统集成商可包括但不限于任何数目的飞行器制造商和主要系统的分包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、分包商以及供应商；并且操作者可以为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图12所示，由示例方法300制造的飞行器302可包括具有多个系统320的机身318和内部322。多个系统320的示例可包括推进系统324、电气系统326、液压系统328和环境系统330中的一个或更多个。可包括任何数目的其他系统。虽然示出了航空航天的示例，但所公开的系统10和方法200的原理还可应用到其他行业，诸如汽车行业和半导体行业。
本文呈现的设备和方法可在生产和使用方法300的任何一个或更多个阶段期间被利用。例如，可使用所公开的系统10和方法200制作或制造对应部件/子组件制造308、系统集成310和/或维护和维修316的部件或子组件。而且，例如，通过大体上加快飞行器302诸如机身318和/或内部322的组装或者降低其成本，在部件/子组件制造308和/或系统集成310期间，可利用一个或更多个设备示例、方法示例或它们的组合。类似地，例如但不限于当飞行器302在使用中时，可利用设备示例、方法示例或它们的组合中的一个或更多个，以进行维护和维修316。
虽然已经示出和描述了所公开的系统和方法的各个方面，但在阅读本说明书时，本领域的技术人员可想到做出修改。本应用包括此类修改且仅由权利要求书范围限制。

Claims (40)

1.一种用于清洁包括表面的物体的系统，所述系统包括：
声学装置，其经配置向所述物体输送声波；
流体分配器，其经配置向所述表面输送流体；
真空器，其经配置邻近所述表面输送真空气流，
其中所述声波从所述表面去除碎屑，对所述流体进行声处理，并且使所述流体和由所述流体收集的所述碎屑雾化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述声波在所述物体的所述表面上生成声振动。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述声波在所述物体中生成声振动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述声波包括纵波、横波、表面波和板波中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体包括清洁介质和冲洗介质。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述声学装置的定位、所述流体分配器的定位以及所述真空器的定位关于所述表面可调整。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体分配器包括：
清洁介质分配器，其经配置向所述表面输送清洁介质；以及
冲洗介质分配器，其经配置向所述表面输送冲洗介质。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述清洁介质分配器、所述冲洗介质分配器和所述真空器安装到清洁头。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述清洁头安装到机器人组件，并且其中所述机器人组件关于所述表面定位所述清洁头。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述清洁介质包括液体和气体中的至少一种，并且其中所述冲洗介质包括液体和气体中的至少一种。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述清洁介质和所述冲洗介质包括不同的成分。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述声波减小所述碎屑与所述表面之间的粘附。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体收集从所述表面去除的所述碎屑。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中所述声波聚焦在所述表面上的清洁区上。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述声学装置包括音波换能器和超音波换能器中的至少一种。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其进一步包括布置成声学装置的阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述阵列空气联接到所述物体。
17.根据权利要求16所述的系统，其中声学装置的所述阵列向所述表面输送聚焦的声波，并且其中所述聚焦的声波的干涉在所述表面上限定声波干涉区。
18.根据权利要求16所述的系统，其中声学装置的所述阵列包括参量阵和相控阵中的至少一种。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的系统，其进一步包括布置成声学装置的第一阵列和声学装置的第二阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述第一阵列空气联接到所述物体，并且其中声学装置的所述第二阵列物理联接到所述物体。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的系统，其进一步包括经配置保持所述物体的保持夹具，并且其中所述声波在所述物体中生成声振动。
21.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体分配器包括：
清洁介质分配器，其经配置向所述表面输送清洁介质；以及
冲洗介质分配器，其经配置向所述表面输送冲洗介质，
其中所述清洁介质分配器、所述冲洗介质分配器和所述真空器安装到清洁头。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述声学装置联接到所述保持夹具，并且其中所述清洁头的定位关于所述物体可调整。
23.根据权利要求20所述的系统，其中所述声学装置物理联接到所述保持夹具。
24.根据权利要求20所述的系统，其中所述声学装置空气联接到所述保持夹具和所述物体中的至少一个。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的系统，其进一步包括布置成声学装置的第一阵列和声学装置的第二阵列的多个声学装置，其中声学装置的所述第一阵列物理联接到所述保持夹具，并且其中声学装置的所述第二阵列空气联接到所述保持夹具和所述物体中的至少一个。
26.根据权利要求20所述的系统，其中所述保持夹具限定声谐振系统。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述保持夹具为所述物体的零件。
28.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体包括液体和气体中的至少一种。
29.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体包括水和水性溶液中的至少一种。
30.一种用于清洁包括表面的物体的系统，所述系统包括：
声学装置，其经配置向所述物体输送声波；
清洁液分配器，其经配置向所述表面输送清洁液；
冲洗液分配器，其经配置向所述表面输送冲洗液；以及
真空器，其经配置邻近所述表面输送真空气流，
其中所述声波在所述物体中生成声振动，以从所述表面去除碎屑，对所述清洁液和所述冲洗液进行声处理，并且使所述清洁液、由所述清洁液和所述冲洗液收集的所述碎屑雾化。
31.一种用于清洁包括表面的物体的方法，所述方法包括：
向所述物体输送声波以从所述表面去除碎屑；
向所述表面输送清洁介质以收集去除的碎屑；
向所述物体输送所述声波以对所述清洁介质和所述去除的碎屑进行声处理并且将所述清洁介质和所述去除的碎屑雾化；
施加真空气流以收集雾化的清洁介质和去除的碎屑；
向所述表面输送冲洗介质；
向所述物体输送所述声波以对所述冲洗介质进行声处理并且将所述冲洗介质雾化；并且
施加所述真空气流以收集雾化的冲洗介质。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述声波在所述物体中生成声振动。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其进一步包括：
将所述物体安装到保持夹具；并且
向所述保持夹具和所述物体中的至少一个输送所述声波，以在所述物体中生成声振动。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述保持夹具限定声谐振系统。
35.根据权利要求31至34中任一项所述的方法，其进一步包括：
将所述声波聚焦在所述表面上的清洁区上；并且
在所述物体中生成声振动的图案。
36.根据权利要求35所述的方法，其中生成所述声振动的所述图案的所述步骤包括，通过所述声波的干涉在所述表面的至少一部分上限定声干涉区。
37.根据权利要求31所述的方法，其中所述声波减小所述碎屑与所述表面之间的粘附。
38.根据权利要求31所述的方法，其中所述清洁介质和所述冲洗介质包括液体和气体中的至少一种。
39.根据权利要求31所述的方法，其中输送所述清洁介质和输送所述冲洗介质的所述步骤连续地发生。
40.根据权利要求31所述的方法，其中输送所述清洁介质和输送所述冲洗介质的所述步骤同时发生。
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