分区的激活制造真空工具的制作方法
【专利摘要】各方面涉及用于分区的真空工具的系统、方法和装置，该分区的真空工具包括向隔离的区域提供真空力的可独立操作的真空源。与第一区域相关地产生真空力独立于与第二区域相关产生的真空力的激活或停用。因此，单一真空工具可选择性地向材料部分施加真空力，其允许关于那些材料部分由真空工具操纵进行控制。
【专利说明】分区的激活制造真空工具
[0001]发明背景
[0002]传统上，在制造产品中使用的部件通过人手或机器人装置拾取并放置在用于制造的位置上。然而，目前的机器人装置尚未提供控制水平、灵活性和效力以在某些制造系统中经济有效地实施。
[0003]发明概述
[0004]本发明的各方面涉及用于真空工具的系统和装置，该真空工具包括两个或更多个区域，该两个或更多个区域能够独立地利用真空力来操纵材料部分。真空工具利用真空力有效地拾取和放置一个或多个制造部件。
[0005]提供本概述以便以简化的形式介绍选择的概念，该概念在以下的详细说明中进一步被描述。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作辅助确定所要求保护的主题的范围。
[0006]附图简述
[0007]根据通过引用并入本文的所附附图在下面详细描述了本发明的说明性实施方案，并且在附图中:
[0008]图1描述了根据本发明的实施方案的示例性真空工具的俯视图；
[0009]图2描述了根据本发明的各方面的沿着与图1中的真空工具的剖切线3-3平行的剖切线的从前到后的透视剖视图；
[0010]图3描述了根据本发明的各方面的真空工具沿着图1中的剖切线3-3的从前到后的视图；
[0011]图4描述了根据本发明的各方面的当沿着图1的剖切线3-3切割时真空发生器的聚焦视图；
[0012]图5描述了根据本发明的各方面的包括多个孔的示例性板；
[0013]图6-15描述了根据本发明的各方面的板中的各种孔的变化；
[0014]图16描述了根据本发明的各方面的制造工具的分解图，该制造工具包括利用多部分板和超声焊接机的分区的真空工具；
[0015]图17描述了根据本发明的各方面的分区的真空工具的顶部透视图；
[0016]图18描述了根据本发明的各方面的包括均匀区域的分区的真空工具的仰视图；
[0017]图19描述了根据本发明的各方面的包括不规则区域的分区的真空工具的另外的仰视图；
[0018]图20描述了用于实施本发明的各方面的系统；
[0019]图21描述了根据本发明的各方面的图示了利用分区的真空工具的示例性方法的框图；以及
[0020]图22描述了根据本发明的各方面的图示了利用分区的真空工具的另一个示例性方法的框图。
[0021]发明详述
[0022]本文明确地描述了本发明的实施方案的主题以符合法定要求。然而，说明书本身并非旨在限制本专利的范围。更确切地说，本发明人预期所要求保护的主题还可以以其他方式实施，以包括与本文件中描述的那些连同其他目前或未来的技术类似的不同要素或要素的组合。
[0023]本发明的各方面涉及用于包括两个或更多个区域的真空工具的系统和装置，其能够独立地利用真空力来操纵材料部分。真空工具利用真空力有效地拾取和放置一个或多个制造部件。
[0024]因此，在一个方面，真空工具包括第一真空分配器，第一真空分配器与第一真空源相关联，以使得第一真空源有助于结合第一真空分配器来产生真空力。同样地，真空工具还包括第二真空分配器部分和第二真空源，该第二真空源有助于结合第二真空分配器来产生真空力。结合第一真空分配器产生的真空力独立于结合第二真空分配器产生的真空力。可以预期，第一真空分配器和第二真空分配器是独立可控的以用于产生真空力。
[0025]在另一个方面，本发明提供了操作分区的真空工具的方法。方法包括激活真空工具的第一板部。激活导致真空力接近被激活的板部。真空力可提供可用于操纵材料的一个或多个部分的吸引力。方法还包括激活第二板部。在一个示例性方面，第一板部和第二板部并列配置在共同的板上。方法还包括停用第一板部，这导致接近第一板部的真空力比该板部被激活时经历到的真空力更小。停用可能会完全停止真空力作用，或其可能削弱真空力。
[0026]已经简要描述了本发明的实施方案的综述，更详细的说明如下。
[0027]图1描述了根据本发明的实施方案的示例性真空工具100的自顶向下的视图。在各方面，真空工具100还可被称为真空驱动的部件保持件。例如，真空工具100可以是可用于自动化的(或部分自动化的)制造工艺中的，用于移动、定位、和/或保持一个或多个部件。通过真空工具100操纵的部件可以是刚性的、可延展的或特征(例如，多孔的、无孔的)的任意组合。在示例性方面，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)、纺织品、橡胶、泡沫、网丝和/或类似物构成的部件。
[0028]通过真空工具操纵的材料可以是任何类型。例如，可以预期，本文描述的真空工具适于操纵(例如，拾取和放置)各种形状、材料以及其他物理特性的平的、薄的、和/或轻量的部件(例如图案切割织物(pattern cut textile)、无纺材料、网丝、塑料板材、泡沫、橡胶)。因此，不像功能是用于操纵沉重的、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，光的、多孔的、柔性的)。
[0029]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，相对于周围环境条件的低压梯度)。例如，真空发生器可利用由电机(或发动机)操作的传统真空泵。真空发生器还可利用文丘里泵(venturi pump)产生真空。此外，还可预期，也利用也被称为康达效应泵(coandd 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都靠将加压气体转化为用于有效维持抽吸动作的真空力的变化的原理来工作。虽然以下公开内容将集中在文丘里泵和/或康达效应泵，但是可以预期的是，真空发生器还可为机械性真空，其对于真空工具100是本地的或远程的(通过导管、管道等耦合)。
[0030]图1的真空工具100还包括真空分配器110。真空分配器110跨越限定的表面区域分配通过真空发生器102产生的真空力。例如，通过真空工具100操纵的材料可以是数平方英寸表面积的柔性材料(例如，用于鞋面的皮革部分)。由于材料为至少半柔性的，所以用于拾取部件的真空力可有利地跨越部件的相当大的区域分散。例如，不是将吸力效应集中在柔性部件的有限的表面区域(一旦除去部件下面的支撑件(例如，当提起该部件时)，这可导致部件的弯曲或皱折)，而是将吸力效应跨越较大区域分散可抑制不想要的部件的弯曲或皱折。此外，可以预期的是，一旦施加足够的真空，浓缩真空(非分散的真空力)可能会损坏部件。因此，在本发明的一个方面，通过真空发生器102产生的真空力借助于真空分配器110分散在更大的潜在表面区域内。
[0031]在示例性方面，真空分配器110由半刚性到刚性的材料形成，诸如金属(例如铝)或聚合物。然而，其他材料被考虑。真空工具100被预期为通过机器人，诸如多轴可编程机器人来操纵(例如，移动/定位)。因此，对于真空工具100可考虑机器人的局限性。例如，可期望的是真空工具100(和/或在下文中讨论的制造工具10)的重量是有限的，以限制与操纵机器人有关的潜在尺寸和/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，同时还实现真空力的期望的分布可能是有利的。
[0032]可在真空工具100的设计与实施中评估其他的考虑。例如，真空工具100的刚性的期望水平可能会导致加强部和材料拆掉部，如在下文中关于图17将讨论的，被引入到真空工具100。
[0033]真空分配器110包括外顶表面112和外侧表面116。图1描绘了具有大致矩形覆盖区的真空分配器。然而，可以预期，可利用任何覆盖区。例如，可使用非圆形覆盖区。在示例性方面，非圆形覆盖区可能是有利的，因为为操纵各种部件几何结构提供了较大的可用表面积。因此，与圆形覆盖区相比，非圆形覆盖区的应用可允许使更大百分比的覆盖区与被操纵部件接触。还关于超过覆盖区的真空工具100的形状，可以预期，如将在下文中所讨论的，任何三维几何结构可被实施用于真空分配器110。可利用，例如，蛋状的几何结构、棱锥状的几何结构、立方体状的几何结构等。在示例性方面，对于相对于覆盖区参考部件的位置来说，矩形覆盖区可比非矩形覆盖区提供更简单的几何结构。
[0034]图1的示例性真空分配器110包括外顶表面112和多个外侧表面116。真空分配器110还在边缘处终止，产生第一侧边缘128、第二平行的侧边缘130、前边缘132和相对的平行的后边缘134。
[0035]图1描述了界定图2视角的平行视图的剖切线3-3。图2描述了根据本发明的各方面的沿真空工具100的剖切线3-3平行的从前到后的透视剖视图。除了别的以外，图2描述了真空分配腔140和真空板150 (在本文中有时也被称为“板”)。真空分配器110和板150组合地界定形成真空分配腔140的空间容积。真空分配腔140为允许气体的流动通畅以允许真空力的均衡分散的空间容积。在示例性方面，气体(例如，空气)从板150到真空发生器102的流动通过利用成角度的内侧表面118来聚集。如图2中描绘的，存在四个主要的内侧表面，第一内侧表面120、第二内侧表面122、第三内侧表面124和第四内侧表面126(未示出)。然而，可以预期，还可利用其他几何结构。
[0036]内侧表面118从内顶表面114朝板150延伸。在示例性方面，在内顶表面与内侧表面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朝向用于真空发生器102的真空孔138穿过，该空气真空分配效果降低空气的内部湍流。通过当空气进入真空孔138时使空气的进路成角度，真空分配器110可利用减少量的材料(例如，导致潜在重量降低)并且气体的流动可通过减少空气湍流来控制。然而，各方面考虑，诸如由立方体状的结构、圆柱状结构等形成的直角。
[0037]也可由内侧表面118和板150的交叉点来限定角144。例如，如果角142是钝角，则角144为锐角。再次，具有锐角144可提供具有空气的流动的优势，以及大体上降低/限制真空工具100的重量的能力。
[0038]当在顶表面114和一个或多个内侧表面118之间利用钝角时，内顶表面114的表面积可以小于外板表面158的表面积。表面积中这种潜在的差异作为漏斗形几何结构以进一步减少湍流并有效地分散真空力。
[0039]在示例性方面，内侧表面118与相关的外侧表面116为平行关系。类似地，在示例性方面，内顶表面114至少部分地与外顶表面112为平行关系。然而，可以预期，一个或多个表面与相关的相对的表面为不平行关系。例如，如果一个或多个内表面在一个或多个方向弯曲，则外表面可代替地维持线性关系，即至多，与内表面相切。类似地，可以预期，在内表面和外表面可部分地或整体地保持平行(线性或弯曲的)关系。
[0040]真空孔138可包括一系列螺纹，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，可在真空孔138的内表面和真空发生器102上形成其他的配合模式(例如，逐渐变细)以利用气密结合将真空发生器102和真空分配器110固定在一起。
[0041]将在下文图5-15中更详细地讨论的板150具有内板表面152(即，顶表面)和相对的外板表面158 (即，底表面)。板150可以是薄片状结构、平板状结构、和/或类似结构。外板表面158适于接触到由真空工具100操作的部件。例如，通常，板150或特别是外板表面158，可由非损伤性材料形成。例如，铝或聚合物可用于整体地或部分地形成板150。此夕卜，可以预期的是，板150是半刚性的或刚性的结构，以抵抗来自由真空发生器102产生的真空而施加在其上的力。因此，板150可由具有足够厚度的材料形成以抵抗在由真空发生器102产生的压力下的变形。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不形成为将如吸杯类似设备操纵的部件的轮廓。反而，半刚性到刚性的材料，不管与被操纵的部件接触或不接触，都保持一致的形式。
[0042]然而，也可以预期，板由可以是刚性、半刚性或柔性的网状材料形成。网状材料可以通过由金属、织物、聚合物和/或类似物制成的交织材料股线形成。此外，可以预期的是，板也可包括多种材料。例如，板可以由基底结构材料(例如，聚合物、金属)和第二部件接触材料(例如，聚合物、泡沫、织物和网格)形成。多材料概念可允许板实现选择的多种材料的优势。
[0043]在示例性方面，板150与真空分配器110，或永久地或暂时地耦合。例如，可以预期，板150可以是可移除的/可更换的，以便允许适应不同的材料和规范。继续这个例子，并且如将参考图5-14进行讨论的，根据要被操纵的材料(例如，多孔材料、非多孔材料、大的材料、小材料、致密材料、轻质材料)，可以使用各种孔径尺寸、形状和间距。如果板150是可移除的(即，暂时耦合的)，紧固机构可被使用(例如，粘合剂、硬件、夹具、通道，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与真空分配器110永久地耦合，那么可使用已知技术(例如，焊接、粘结、粘合剂、机械紧固件，等等)。
[0044]当真空发生器102、真空分配器110和板150组合使用时，真空工具100的功能是产生吸引材料朝向外板表面158 (也称为制造部件接触表面)的抽吸力，其中该材料被保持紧靠板150，直到向材料施加的力小于将材料从板150驱逐走的力(例如，重力、真空)。因此，在使用中，真空工具能接近部件，产生能够临时地维持部件与板150接触的真空力，将真空工具100和部件移动至新位置，并然后允许部件从真空工具100释放在新位置上(例如，在新的制造工艺中，在新位置上与新材料接触，等)。
[0045]在示例性方面，板150 (或特别是外板表面158)具有比待操纵的材料/部件大的表面积。此外，可以预期，延伸穿过板150的一个或多个孔被待操纵的部件所覆盖。换句话说，可以预期，通过延伸穿过板150的一个或多个孔限定的表面积超过待操纵的部件的表面积。此外，可以预期，通过延伸穿过板150的两个或更多个孔限定的几何结构产生与待操纵的材料/部件不接触(完全或部分)的一个或多个孔。因此，可以预期，由于不可用的孔，真空工具经历了真空力中的低效率。然而，在示例性方面，不可用的孔的包含是允许在真空工具相对于部件定位中达到较高纬度的预期结果。此外，不可用(不可用于待操纵的特定部件的目的(例如，对于接触部件的一部分是无效的有效的真空孔))的孔的有意包含允许真空力泄漏，同时仍有效地操纵部件。在示例性方面，延伸穿过板150的多个孔还包括一个或多个渗漏孔、不意在用于操纵部件的孔。
[0046]在示例性方面，可以预期，真空工具，诸如真空工具100，能够产生多达200克的抽吸力。此外，可以预期，拾取工具100可具有60克至120克的真空(S卩，抽吸)力。在示例性方面，拾取工具100以约90克的真空力运行。然而，可以预期，在一个或多个配置(例如，真空发生器、板、孔)、正被操纵的部件的材料(例如，柔性、多孔性)、以及由部件覆盖的孔的百分比中的改变都可影响示例性拾取工具的真空力。此外，可以预期，当联合使用多个分配器时，真空力被相称地调整。例如，图16中的拾取工具(在下文中待讨论的)具有十个真空分配器，并因此可具有约600克至约1.2千克(10X60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(6X90克)的抽吸力。然而，可以预期，供给真空发生器的空气压力/体积不会受到同时运行的多个发生器的影响。如果空气压力或值减小了(或以其他方式修改的)，可以预期，所产生的累积的真空力也改变了。
[0047]图3描述了根据本发明的各方面的沿图1的剖切线3-3的真空工具100的从前到后的视图。特别是，图3提供了真空发生器102的剖视图。如参考图4将更加详细地讨论的，在示例性方面，真空发生器102是利用康达效应产生真空力的空气放大器。
[0048]在这个实施例中，空气从外板表面158通过穿过板150的多个孔160被吸引至真空分配腔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是非多孔(即，缺少了多个孔160)表面，则当激活真空发生器102时，将会在真空分配腔140中生成低压区域。然而，返回到包括多个孔160的例子中，空气被朝向真空孔138吸入真空分配腔140，然后真空孔138使空气被吸入到真空发生器102。
[0049]图3标记了图4中描绘的真空发生器102的放大视图。图4描述了根据本发明的各方面的沿图1的剖切线3-3切割时真空发生器102的聚焦视图。图4中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处喷射加压空气。入口 103引导加压空气通过内腔302到侧壁凸缘304。利用康达效应的加压空气沿着侧壁凸缘304弯曲并沿着内侧壁206流动。作为加压空气运动的结果，在与加压空气沿着内侧壁306流动相同的方向上产生真空力。因此，抽吸方向向上延伸穿过真空孔138。
[0050]图5描述了根据本发明的各方面的包括多个孔160的不例性板150。虽然板150被示为具有矩形覆盖区，如先前所讨论的，但是可以预期，可实施任何几何结构(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的组件。另外，可以预期，在示例性方面中，第一板可代替真空工具上的第二板。例如，作为材料、部件等的改变的结果，不是断开整个真空工具，而是板150可代替地，在特定真空工具上被改变以向该真空工具提供另外的特性(例如，第一板可具有几个大孔，而第二板可具有许多小孔)。
[0051]多个孔160可至少部分地通过以下被限定:几何结构(例如，圆形、舱口状(hatch)、球形、矩形)、尺寸(例如，直径、半径(例如，半径166)、面积、长度、宽度)、从元件(例如，距外缘的距离，距非多孔部分的距离)的偏移(例如，偏移169)、和间距(例如，孔之间的距离(例如，间距168))。两个孔的间距被定义为从第一孔(例如，第一孔162)到第二孔(例如，第二孔164)的距离。间距可以以多种方式来测量。例如，间距可从两个孔的最近的两个点、从两个孔的表面区域中心(例如，圆孔的中心)、从两个孔的特定特征来测量。
[0052]孔的尺寸可基于各孔露出的表面积的量(或计算表面积的变量)来限定。例如，直径测量提供了圆孔的尺寸的指示。
[0053]取决于真空工具的期望的特性，可调整与孔相关联的变量。例如，低密度的非多孔材料可能不需要太多的真空力来在正常工作条件下保持材料与真空工具接触。然而，另一方面，大的多孔网状材料可能需要显著量的真空力以在正常工作条件下维持材料抵靠真空工具。因此，为了限制置于系统中的能量(例如，运行康达效应真空泵的加压空气的量，运行机械真空泵的电力)，可实施孔的优化。
[0054]例如，可足够用于在鞋类、服装等行业中处理的典型材料的变量可包括但不限于，具有以下直径的孔:0.5和5毫米(mm)之间、Imm和4mm之间、Imm和3mm之间、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm等。然而，考虑较大和较小的直径(或相当的表面积)的孔。类似地，间距可在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
等内变化。然而，考虑更大和更小的间距测量结果。
[0055]此外，可以预期，可在本发明的各个方面中实现可变尺寸和可变间距。例如，包括多孔材料部分和非多孔材料部分两者的复合部件可利用不同的变量以实现相同水平的操从。在本实施例中，可实现导致必要的真空力在由非多孔材料接触的区域中的减少的变量以及导致由多孔材料接触的区域中的更高的真空力的变量。此外，视觉系统或其他识别系统可结合使用，以进一步确保该材料相对于多个孔的正确放置发生。此外，可以预期，间距和尺寸之间的关系可用于定位多个孔。例如，来自较大尺寸的孔的间距可比来自较小尺寸的孔的间距大(或反之亦然)。
[0056]附加变量是偏移。在示例性方面，偏移是孔距板150的外边缘的距离。不同的孔可具有不同的偏移。进一步不同的边缘还可实现不同的偏移。例如，沿前边缘的偏移可不同于沿侧边缘的偏移。偏移可从无偏移到8mm(或更多)变化。在实践中，从Imm至5mm范围的偏移可实现本发明的示例性方面的特性。
[0057]可以利用许多制造技术在板150中形成多个孔160。例如，可从板150冲切、钻孔、蚀刻、雕刻、熔化和/或切割出孔。在示例性实施方案中，板150由响应于激光切割的材料形成。例如，基于聚合物的材料和某些基于金属的材料可与多个孔的激光切割一起使用。此夕卜，可以预期，当孔延伸穿过板的厚度时，孔的几何结构可以是可变的。例如，孔可具有在板的顶表面上的第一尺寸的直径和在板的相对的底表面处的第二尺寸的直径。几何结构中的此变量可导致延伸穿过板的圆锥几何结构。本文中考虑另外的几何结构(例如，角锥体)。
[0058]图6-15提供了根据本发明的各方面的类似于关于图5讨论的孔的示例性孔的可变选择。以下实施例并不旨在进行限制，而是在本质上是示例性的。图6描绘了具有5_的第一偏移和8mm的第二偏移以及7mm的间距的非圆形孔。图7描绘了具有5mm的偏移和间距与2mm的直径的圆形孔。图8描绘了具有Imm的直径、2mm的间距、以及4mm和5mm的偏移的圆形孔。图9描绘了具有2mm的直径、4mm的间距、以及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图10描绘了具有4mm的间距和5mm的偏移的示例性几何结构孔。图11描绘了具有Imm的直径、4mm的间距、以及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图12描绘了具有Imm的直径、5mm的间距、和5mm的偏移的圆形孔。图13描绘了具有1.5mm的直径、4mm的间距、以及5mm和4mm的偏移的圆形孔。图14描绘了具有1.5mm的直径、3mm的间距、和4mm的偏移的圆形孔。图15描绘了具有2mm的直径、3mm的间距、以及5mm和4mm的偏移的圆形孔。如先前所讨论的，可以预期，形状、尺寸、间距和偏移可以以任何组合均匀或可变地改变以实现期望的结果。
[0059]取决于板150的覆盖区，孔的偏移、间距、几何结构、孔的布局和孔的尺寸，可使用任何数量的孔。例如，可以设想，图16的板150可具有11，000到11，500个孔。在特定的方面，可以设想，在图16的板150上使用了约11，275个孔。此外，板可包括4，500至4，750个孔。特别地，可以预期，4，700个孔可被包括在示例性的板中。
[0060]当使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的总尺寸的变化可影响空气消耗和压强。例如，可以设想，给定的康达效应真空泵可产生50g/cm2的真空力。为了实现这个水平的真空，可以预期，将压强为0.55MPa至0.65MPa的气压引入真空工具。产生足够真空的空气消耗的体积还可基于变量变化。例如，可以预期，图16的真空工具100可使用l，400Nl/min的空气消耗量。此外，可以预期，840Nl/min的空气消耗量可用于真空工具。此外，可以预期，360Nl/min的空气消耗量可用于真空工具。如前面所讨论的，覆盖区(例如，板150的表面积)也可影响真空力、空气消耗等。例如，可以预期，板可具有大约625mm X 340mm的覆盖区。类似地，可以预期，板可具有大约380mm X 240mm的覆盖区。显然，可以预期，真空分配器的比例可基于真空力的期望水平、覆盖区、和附加变量而改变。
[0061]图16描述了根据本发明的各方面的利用了多部分板400和超声焊接机200的包括真空工具100的制造工具10的分解图。不像关于图1和2所讨论的真空工具100，图16的真空工具100将多个真空发生器102、真空分配器110、和真空分配腔140并入到具有多部分板400的统一真空工具100中。如在下文中将要讨论的，优势可通过选择性地激活/停用真空工具100的各个部分中的真空力的能力来实现。此外，可通过具有真空工具100的隔离部分来实现连续真空力的更大控制。此外，可以预期，真空板400的第一部分可以具有与第二部分不同的孔图案(例如，尺寸、间距、偏移、形状等)。此外，可以预期，多部分板400的一个或多个部分可被除去，并用具有不同特性(例如，孔图案)的可选择的板部来代替。
[0062]制造工具10还包括耦合构件300。耦合构件300是制造工具10 (或单独地真空工具100或超声焊接机200)的特征，该耦合构件300允许位置构件310 (未示出)操纵制造工具10的位置、姿势和/或定向。例如，耦合构件300可允许将制造工具添加至计算机数控(CNC)机器人，其具有在非临时性计算机可读介质上实施的一系列指令，当由处理器和存储器执行时，该非临时性计算机可读介质使得CNC机器人执行一系列步骤。例如，CNC机器人可控制真空发生器102、超声焊接机200、和/或制造工具10所定位的位置。因此，耦合构件300可允许将制造工具10与位置构件310，诸如CNC机器人临时或永久地耦合。
[0063]如先前讨论的，本发明的各方面可形成制造工具10的部分，以最小化质量为目的。因此，图16的多个真空分配器110包括缩减的材料部113。缩减的材料部113消除否则将是统一的外顶表面的部分。缩减的材料部113的引入降低了制造工具10的重量以允许使用潜在的较小的位置构件310，这可节省空间和成本。关于真空工具100考虑了用于缩减的材料部113的附加位置(例如，侧面、底部、顶部)。
[0064]然而，当通过单一耦合构件300支撑时，本发明的各方面可期望保持多个真空分配器110的刚性水平。为维持刚性水平，同时仍引入缩减的材料部113，还可引入加强部115。例如，加强部115可从一个真空分配器110延伸到另一个真空分配器110。进一步还可以预期，在本发明的各方面，以类似的原理，加强部115可被包括为接近耦合构件300。
[0065]为图示的目的，板400从图16中的多个真空分配器110分离。结果是，内板表面402是可见的。在示例性方面，将内板表面402与多个真空分配器110的底部紧密配合以形成本实施例中的气密结合。
[0066]板400可包括多个板部。例如，图16中的板400包括八个板部(例如，板部420、板部422、板部424、板部426、板部428和板部430)。在示例性方面，每个板部可与独特的分配腔和/或独特的分配器相关联。在另外的方案中，多个板部可结合共同的分配器和/或分配腔使用。
[0067]板400可预期为被可拆卸地与真空工具的一个或多个分配器或其他部分耦合。当第一板(或板部)可按一种方式与真空工具耦合使得板可为其预定目的起作用，但仍从真空工具移除而没有显著变形或以其他方式损坏板和/或真空工具时，板被可拆卸地耦合。可用于将板维持在相对于真空工具的位置中的维持机构(例如，螺栓、螺钉、磁体、粘合剂、机械联锁、系带、摩擦配合、夹子、带、销、抽吸，等等)的实施例将关于图17-20讨论。然而，设想将板和真空工具可拆卸地耦合的另外的装置。
[0068]连结部可在板部之间存在。连结部是第一板部和第二板部的交汇处。连结部可表示其中第一板部可从真空工具独立地转换而不转换第二板部的位置。因此，如在下文中相对于图21将讨论的，各种孔图案可通过个别板部的操纵而以区样方法执行和调整。
[0069]板间的连结部，诸如连结部421，限定板部420和422之间的连结部。可以预期，可沿连结部实现舌片和槽状耦合机构以允许板部的可切换的耦合。预期另外的边缘处理以提供板部之间的可拆卸的耦合。描述的其他连结部包括423、425、427和429。可以预期，连结部可以在创建统一尺寸的板部的线性路径上延伸。还可以预期，连结部可以以有机或非线性的方式形成，以相对于待操纵的材料对一个或多个板部的位置提供控制水平。
[0070]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，在真空工具100中可使用每一种的任何数量。例如，可以预期，10个、8个、6个、4个、2个、I个或任何数量的单元可组合以形成有凝聚力的真空工具100。另外,可形成任何覆盖区。例如，尽管图16中描述了矩形覆盖区，但是可以预期，可代替地实现正方形、三角形、圆形、非圆形、部分匹配的形状或类似的形状。此外，在各个方面中真空发生器102和/或真空分配器110的尺寸可变化(例如，不均匀的)。例如，在示例性方面，在对于特定的应用需要较大集中的真空力时，可使用较小的真空分配器，且在需要较小集中的真空力时，可以实施较大的真空分配器。
[0071]图17描述了根据本发明的各方面的分区的真空工具的俯视透视图。图17的俯视透视图提供了形成真空工具100的多个真空分配器110的潜在定向的示例性视图。如在下文中将要讨论的，各种真空发生器102/真空分配器110的组合可选择性地被激活和/或停用以操纵特定部件和/或材料部分。在本发明示例性的方面，一个或多个真空部分可单独地有选择地被激活和停用。应理解，此功能可应用于本文提供的所有方面。
[0072]特别地，可以预期，如果材料部分/部件(例如，由制造工具10操纵的制造部件)仅需要真空工具100的整个覆盖区的一部分，则真空工具100的不使用的部分可被停用(或避免激活)使得在这些部分中不产生真空力。此外，可以设想，放置夹具、视觉系统、已知部件转移位置等可用于进一步辅助确定真空工具100的哪部分可以选择性地被激活/停用。例如，如果待由制造工具操纵的部件具有仅需要激活两个真空工具部分的表面积，则使用真空工具部分1702和1704、真空部分1706和1708、真空部分1710和1720、真空部分1718和1716，或真空部分1714和1712可能是有利的。激活/停用的真空部分的确定可取决于制造工具需要从一位置移动以在部件上方定位激活的部分的距离。此外，确定可取决于将应用于被操纵的部件的一个或多个工具(例如，超声焊接机200)的定位(例如，当意图在操纵后使用超声焊接机200时，使用靠近超声焊接机200的两个真空部分可能是有利的)。
[0073]一个或多个真空部分的操作和控制可由控制器来控制，控制器关于图20在下文中讨论。例如，各个真空部分的控制可使用具有处理器和存储器的计算系统来实现。例如，逻辑、指令、方法步骤、和/或类似物可在计算机可读介质中实现，当由处理器执行时，该计算机可读介质使得各个真空部分激活/停用。
[0074]真空工具100的各个部分中的每个形成单独的真空部分，使得在第一部分中产生的真空力可能并不在第二部分内产生真空力。同样地，可以预期，两个或多个真空分配器可协同工作，以形成由两个或多个真空分配器覆盖的面积的总和的真空区域。因此，可以预期，真空分配器部分的任何组合可独立地或协同激活，以形成在任何位置处的任何尺寸和/或形状的真空区。
[0075]图18描述了根据本发明的各方面的包括均匀区域的分区的真空工具的仰视图。该仰视图可以是板1800的仰视图，该板1800包括十个单独的区域(1802、1804、1806、1808、1810、1812、1814、1816、1818和1820)，该区域中的每个可对应于唯一的真空分配器，诸如在图17中描绘的多个真空分配器。例如，区域1802可对应于图17的真空工具部分1702且区域1820可对应于图17的真空部分1720。因此，在本实施例中，每个区域可对应于特定的真空分配器，使得特定真空分配器的激活在相应的区域中产生真空力。结果是，各个区域可基于其各自的真空发生器/真空分配器的激活或停用而激活或停用。
[0076]可以设想，任何区域可以以任何组合及任何顺序激活。例如，可首先激活区域1802以移动在装配在区域1802内的材料部分。在由区域1802操纵材料之后，该区域然后可被停用。例如，小片材料，诸如待制造的鞋的一部分，可由区域1802通过拾取材料并将该材料定位在诸如鞋的鞋面的较大部分材料上来操纵。通过使区域1802停用，材料的小部分可沉积在鞋面材料的期望位置上。随后，可期望同时并以相同定向移动为多区域的尺寸的鞋面材料和较小材料两者。在本实施例中，区域1802、1804、1806、1812、1814和1816都可被激活，以形成存在于每个区域的真空力。因此，如果鞋面和已定位的小材料在激活的六个区域内，则材料部分的组合可移动至新位置和/或新定向，同时维持其到彼此的相对位置。
[0077]图19描述了根据本发明的各方面的包括不规则区域的分区的真空工具的另外的仰视图。该仰视图可以是示例性板1900的材料接触表面。板1900包括几个区域，诸如区域1902、区域1904、区域1914和区域1916。此外，以每个区域描绘了个别真空发生器的位置。例如，真空发生器的位置可对应于区域1910、1912、1914和1916。然而，可以预期，真空发生器的任何数量和任何位置可被实现。
[0078]在示例性板1900中，区域1902可代表减去圆形区域1904的矩形区域。例如，可以设想，由区域1902限定的区域(没有区域1904)可至少部分地与特定材料部分对应。这样的材料部分可具有期望被留在原来的位置，同时除去矩形残余的切圆形区域。在这种情况下，完整的矩形材料部分可使用区域，诸如区域1902和区域1904的组合而被移入位置中。然后可执行切削操作，其切割没有矩形材料片的圆形区域。如果由切断圆形部分产生的残余被除去，则区域1902可被激活，而区域1904可被停用。激活区域1902时，矩形残余可被拾起和移动，同时与停用区域1904相对应的圆形切口保持在先前的位置上。
[0079]类似地，区域1906和1908可独立地用于操纵材料部分，或它们可一齐用于操纵共同的材料部分。因此，可以预期，呈变化的尺寸、形状和位置的区域的任何组合可以在共同制造工具中以任何顺序、次序和/或组合来使用。
[0080]在图19的实施例中，考虑成形为对应于特定区域的一个或多个真空分配器。例如，可以设想，每个区域具有单一各自的真空分配器，其具有与板1900上所指示的区域的覆盖范围相应的覆盖范围。例如，区域1912可与圆形真空分配器相关联。类似地，可以设想，区域1908与具有三角形的覆盖区的真空分配器相关联。另外，可以预期，可一齐使用比区域真空分配器小的数量以有效开发与特定区域覆盖的表面积相似的表面积。
[0081]图19中描绘了被类似地设定大小、成形和定位的孔；然而，可以设想，在区域内或跨越多个区域的孔可以被改变。例如，可以预期，接近区域的周边区的一组孔可以具有与位于区域的中心区的那些孔不同的尺寸、形状和/或间距。此外，可以设想，在示例性方面，孔将不会跨越两个区延伸。通过没有跨过两个或更多个区域延伸孔，可在区域之间保持真空力的隔离。
[0082]图18和19中描绘的区域的布置本质上是示例性的而非限制性的。例如，可以设想，区域被设定尺寸和/或成形以适应待操纵的特定材料部分。例如，可重新配置板和/或真空分配器以适应在不同的制造时间待操纵的不同材料部分。因此，可以设想，区域或区域的组合可呈任何形状、尺寸、位置、定向和组合。
[0083]图20描绘了在实施本发明的各方面中使用的系统2000。系统2000包括控制器2002、第一真空源2008、第二真空源2010、真空工具2012，该真空工具2012包括第一真空工具部分2014，该第一真空工具部分2014能够独立地从第二真空工具部分2016来激活。系统2000还包括视觉系统2018。总之，组件中的一个或多个可用于促进分区转换的真空工具的操作，该分区转换的真空工具具有可彼此独立地被激活/停用的多个区域。[0084]控制器2002包括处理器2004和存储器2006。控制器2002可负责使第一真空源2008激活，以在第一真空工具部分2014内/在第一真空工具部分2014处实现真空力。此夕卜，控制器2002可负责使第二真空源2010激活，以在第二真空工具部分2016内/在第二真空工具部分2016处实现真空力。类似地，控制器2002还可负责使真空工具的一个或多个部分停用。
[0085]当确定真空工具的特定区域是否和什么时候应该是激活或停用状态时，控制器2002可使用来自传感器,诸如视觉系统2018、触摸传感器(未不出)、位置传感器(未不出)或类似传感器的输入。此外，可以预期，存储器2006可包括在存储器上体现的指令，该指令响应于输入，诸如来自传感器或来自人操作者的输入而指示控制器引起一个或多个区域的激活/停用。可至少部分地由处理器2004解读指令，以产生可通过阀、开关、其他处理器、气动装置等使用以改变真空源的状态的命令。
[0086]第一真空源2008和第二真空源2010可以是控制由真空发生器产生的真空压力的分布的阀。类似地，第一真空源2008和第二真空源2010可以是控制通过康达效应、文丘里效应、或类似的真空发生器使用以产生真空力的气体/流体的加压源的阀。第一真空源2008和第二真空源2010还可包括机电驱动的真空源，如电子真空泵。
[0087]可以预期，真空源还可以是任何其他从激活状态可切换到停用状态的机构，该机构可被控制以用于产生或结束接近一个或多个真空工具部分的真空力的形成。例如，真空源还可以是用于有选择地封闭真空工具中的界定区域的一个或多个孔的机构。例如，具有期望的区域的形状的最小孔隙率的材料可以在与材料接触源相对的表面附近与板间隔开。这样，当在激活状态时，最小孔隙率的材料以足够距离与板表面间隔开，以允许空气在最小孔隙率的材料和板之间流动。当在停用状态时，最小孔隙率的材料可更靠近板表面被定位以干扰和/或妨碍空气通过覆盖的孔的流动，这可有效地减少在由区域表示的受影响的真空工具部分处的真空力。
[0088]第一真空工具部分2014和第二真空工具部分2016可各自代表不同的区域，其可独立地在真空产生状态和其中不存在真空力的状态之间切换。可以预期，尽管能够独立地被激活，第一真空工具部分2014和第二真空工具部分2016在物理上通过柔性或刚性的连接部彼此耦合。然而，还可以预期，在示例性方面，第一真空工具部分和第二真空工具部分可在物理上彼此分开。
[0089]视觉系统2018可提供识别一个或多个材料部分的位置、真空工具的一个或多个部分的位置、以及材料和工具之间的相对位置的控制输入。因此，可以预期，真空工具可使用来自视觉系统的输入来基于捕获的物体的检测到的位置动态地调整位置和激活的区域。视觉系统可包括摄像机，该摄像机能够基于形状或其他标志物来检测和识别一个或多个物体。与具有处理器和存储器的计算设备组合，视觉系统可具有用于提供由分区的真空工具可用的环境和其他位置指示的功能。
[0090]图21描述了根据本发明的各方面显示了使用分区的真空工具的示例性方法2100的框图。在块2110中，激活第一板部。例如，可以预期，(使用处理器和在存储器上包含的指令的)控制器将命令，诸如通过网络(有线或无线)传达到第一真空源。在接收到命令时，第一真空源产生有效接近真空工具的底部材料接触表面的真空力。此底部材料接触表面可以是板的底表面。如先前所讨论的，可以预期，板部的激活可通过将加压空气引入到真空发生器、引入比环境压力低的低压空气以形成真空力，或选择性地阻断板的一个或多个孔来实现。
[0091]块2112表示第二板部被激活。第二板部可代表第二区域，且第一板部可代表第一区域。因此，可以预期，共同的板可具有至少两个区，其中的每个在同一平面内允许在该平面上操纵材料部分。每个区域可由控制器(和/或用户操作者)独立地激活/停用，使得在任何给定的时间，区域的任何组合可以以任何组合被激活或停用。
[0092]块2114表示第一材料部分的操纵。例如，第一板部和第二板部两者可被用于移动第一材料部分。可选择地，为允许材料部分和真空工具的较少精确的定位，这两个区域可用于提供较大余量的面积，其中可通过真空工具成功地操纵材料部分。如本文中所讨论的，材料部分的操纵可包括改变第一材料部分在χ、y和/或Z方向和/或旋转中的位置。此操纵可通过使真空力在材料部分和板的材料接触表面之间产生吸引结合来实现,使得当由真空力临时结合时，材料部分随板的运动而运动。
[0093]块2116表示第二板部的停用。第二板部可独立于第一板部停用，使得第二板部的停用不影响接近第一板部/区域正在产生的真空力。第二板部可被停用，使得第二材料部分可被操纵，如在块2118中所描绘的。例如，如果第一材料部分是鞋的鞋面的大部分且第二材料部分是将被放置在鞋的鞋面上的小细节片，则第二板部可被停用以预防当小细节片由真空工具定位且放置于鞋的鞋面上时干扰鞋的鞋面。
[0094]块2120表示第一板部的停用。如从上述可理解的，第一板部和第二板部可以以任何组合激活/停用。因此，在其中第一板部和第二板部不需要用于一个或多个材料部分的操纵的时间段期间，板部可被停用。例如，可以预期，一个或多个另外的工具可与真空工具耦合，如上文所讨论的， 如焊接工具。在焊接操作期间，激活的板部可干扰焊接操作。然而，其他制造操作可使用激活的板部以在期望的位置保持材料部分。
[0095]块2122表示第二板部的激活。在本实施例中，第二板部可在其中第一板部停用的时间段期间被激活。例如，为了降低真空工具作为整体的行进时间，使用第一区域放置材料部分且然后使用第二区域随后移动相同的材料部分可以是有利的。因此，大板可服务小部件，这可降低真空工具作为整体的行进距离/时间。
[0096]图22描述了根据本发明的各方面的显示了使用分区的真空工具的另一个示例性方法2200的框图。块2202描绘了在第一板部处产生真空力的步骤。如先前所讨论的，板部可为真空工具的底部材料接触表面上的任何尺寸、形状和位置的区域。真空力的产生，如先前所讨论的，可使用任何本文所提供的技术来实现。例如，真空力可通过康达效应真空发生器、文丘里真空发生器、机械真空泵、电气真空泵或类似物产生。在第一部分和第二部分之间的隔离可用将第一部分从第二部分分离的真空分配器来实现。例如，可以预期，第一真空分配器与第一部分单独相关联，而不同的第二真空分配器与第二板部单独相关联。因此，与第一真空分配器结合产生的真空力仅与真空工具的第一部分结合来实现，而与真空工具的第二部分结合则不会实现。
[0097]真空力的产生可以是由控制器分给开关、阀、执行器、气动机构、液压机构和/或类似机构的命令的结果，其允许响应于来自传感器(例如，视觉系统、定位系统、接触系统)或人类操作者的一种或多种输入而产生真空力。例如，真空力的产生可由命令电控阀向康达效应真空发生器供给加压空气的控制器产生。响应于收到该命令，则阀可打开并允许加压空气进入康达效应真空发生器，其将加压空气转换为真空力。
[0098]块2204描绘了在真空工具的第二部分处产生真空力的步骤。如先前所讨论的，真空力的产生可使用本文所提供的任何机构，诸如康达效应真空发生器来实现。
[0099]块2206描绘了结束在第一部分处产生真空力同时继续允许在第二部分处产生真空力的步骤。因此，真空工具的第一部分和相同真空工具的第二部分可独立地操作，使得真空工具的通用的、共面的、材料接触表面可在一个区域中提供吸引力同时在第二个区域中不提供真空诱导的吸引力。
[0100]本文为图示目的提供了各示例性方面。还结合本发明的各方面考虑另外的扩展/方面。例如，组件、部分和/或属性的数量、尺寸、定向、和/或形式都包括在本发明的各个方面的范围内。
【权利要求】
1.一种真空工具，包括:第一真空分配器部分；第一真空源；第二真空分配器部分，其中所述第一真空分配器部分与所述第二真空分配器部分耦合；第二真空源；并且所述第一真空源产生与所述第一真空分配器部分相关的真空，所述第一真空分配器部分独立于所述第二真空源，所述第二真空源产生与所述第二真空分配器部分相关的真空。
2.如权利要求1所述的真空工具，还包括控制器，所述控制器具有控制所述第一真空源和所述第二真空源的功能。
3.如权利要求1所述的真空工具，其中所述第一真空源是控制产生真空的气流的阀。
4.如权利要求3所述的真空工具，其中所述气流是加压空气。
5.如权利要求1所述的真空工具，其中所述第一真空源是真空发生器。
6.如权利要求1所述的真空工具，其中所述第一真空分配器和所述第二真空分配器刚性地耦合。
7.如权利要求1所述的真空工具，其中所述第一真空分配器包括第一底表面，并且所述第二真空分配器包括第二底表面，所述第一底表面和所述第二底表面是共面的。
8.如权利要求1所述的真空工具，其中所述第一真空分配器形成具有操纵第一材料部分的功能的第一真空工具部分，并且所述第二真空分配器形成具有操纵第二材料部分的功能的第二真空工具部分。
9.如权利要求8所述的真空工具，其中所述第一材料部分和所述第二材料部分形成共同的材料件。
10.如权利要求8所述的真空工具，其中所述第一材料部分是与所述第二材料部分不同的材料。
11.如权利要求1所述的真空工具，还包括视觉系统。
12.如权利要求11所述的真空工具，其中所述视觉系统至少部分地控制所述第一真空源和所述第二真空源。
13.一种操作真空工具的方法，所述方法包括:激活所述真空工具的第一板部，其中激活板部导致接近所述板部的真空力；激活第二板部，其中所述第一板部和所述第二板部形成材料操纵表面；以及停用所述第一板部，其中停用板部导致比当被激活时小的真空力。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一真空板部与所述第二真空板部耦合。
15.如权利要求13所述的方法，还包括将所述真空工具从第一位置移动至第二位置。
16.如权利要求13所述的方法，还包括操纵材料部分。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述材料部分由同时被激活时的所述第一板部和所述第二板部操纵。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述材料部分在激活所述第二板部之前由所述第一板部操纵。
19.如权利要求13所述的方法，还包括接收来自视觉系统的输入，所述输入表示待由所述真空工具操纵的材料部分的位置。
20.一种操作真空工具的方法，所述方法包括:在真空工具的第一部分处产生真空力；在真空工具的第二部分处产生真空力；以及结束在所述第一部分处产生真空力，同时继续允许在所述第二部分处产生真空力。
21.如权利要求20所述的方法，其中在所述第二部分处产生真空力之前，结束在所述第一部分处产生真空力。
22.如权利要求20所述的方法，其中在所述第二部分处产生真空力之后，结束在所述第一部分处产 生真空力。
【文档编号】B26D7/06GK104010781SQ201280056149
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】帕特里克·科纳尔·里根, 李国洪, 张之奇, 廖长柱, 琼明峰 申请人:耐克国际有限公司