可变换板制造真空工具的制作方法

可变换板制造真空工具的制作方法
【专利摘要】本发明的各方面涉及用于具有可变换板的真空工具的系统、方法和设备，使得共用的真空工具可以适合于不同的板。可变换板可以形成真空工具的接触材料的表面的全部或可变换板可以形成接触材料的表面的一部分。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。
【专利说明】可变换板制造真空工具
[0001]发明背景
[0002]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。
[0003]发明概述
[0004]本发明的各方面涉及用于具有可变换板的真空工具的系统、方法和设备，使得共用的真空工具可以与不同的板相适应。可变换板可以形成真空工具的接触材料的表面的全部或可变换板可以形成接触材料的表面的一部分。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。
[0005]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。
[0006]附图简述
[0007]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:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]图3描绘了根据本发明的各方面的沿图1的剖切线3-3的真空工具的从前到后的视图；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]图6-15描绘了根据本发明的各方面的板中的各种孔变量；
[0014]图16描绘了根据本发明的各方面的包括利用多部分板和超声焊接机的真空工具的制造工具的分解图；
[0015]图17描绘了根据本发明的各方面的具有利用舌槽保持机构的可变换板的真空工具的剖视图；
[0016]图18描绘了根据本发明的各方面的具有利用凹进的保持机构的可变换板的真空工具的剖视图；
[0017]图19描绘了根据本发明的各方面的具有利用粘附保持机构的可变换板的真空工具的剖视图；
[0018]图20描绘了根据本发明的示例性的方面的具有利用联接保持机构的可变换板的真空工具的剖视图；以及
[0019]图21描绘了根据本发明的各方面的包括具有不同的孔配置的四个板部分的示例性板的仰视图。[0020]发明详述
[0021]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。
[0022]本发明的各方面涉及用于具有可变换板的真空工具的系统、方法和设备，使得共用的真空工具可以适合于不同的板。可变换板可以形成真空工具的接触材料的表面的全部或可变换板可以形成接触材料的表面的一部分。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。
[0023]据此，在一个方面中，本发明提供了包括用作接触材料的表面的可变换板的真空工具。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。真空工具此外包括真空分配腔。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钝角。真空工具还包括可变换板。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。可变换板可移掉地联接到真空分配器，封闭真空分配器和可变换板内的真空分配腔。
[0024]在另一个方面中，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他真空分配器。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。真空板可移掉地联接到一个或多个真空分配器。板和真空分配器封闭真空分配腔。
[0025]本发明的第三方面提供了利用包括可移掉地联接的板的真空工具制造的方法。该方法包括从真空工具移掉第一板。第一板具有孔的第一构型，比如一个或多个孔的大小、大小和/或位置。方法还包括将具有多个孔的第二构型的第二板可移掉地联接到真空工具。第二构型不同于第一构型。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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)。
[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(coandil 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。
[0030]图1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。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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Iio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。
[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。除了别的以夕卜，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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]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由真空发生器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。
[0042]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。
[0043]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可以是可移去的/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、形状和孔距，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)。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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(S卩，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(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。
[0047]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。
[0048]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。
[0049]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。
[0050]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)。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]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、Imm和4mm之间、Imm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1_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。
[0055]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)。
[0056]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8_(或更多)。在实践中，从Imm至5_范围内变化的偏移可实现本发明的示例性方面的特性。
[0057]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上的第一尺寸的直径以及在板的相对的下表面处的第二尺寸的直径。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)。
[0058]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5_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Imm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Imm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Imm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。
[0059]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，板可以包括4，500至4，750个孔。特别地，可以预期的是，4，700个孔可包括在示例性板中。
[0060]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，l，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的空气消耗可用于真空工具。此外，可以预期的是，360Nl/min的空气消耗可用于真空工具。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，板可具有约625mm乘以340mm的覆盖区。类似地，可以预期的是，板可具有约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、覆盖区和另外的变量而改变。[0061]图16描绘了根据本发明的各方面的包括利用多部分板400的真空工具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并入具有多部分板400的统一的真空工具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。此外，可以预期的是，真空板400的第一部分可以具有与第二部分不同的孔型式(例如大小、孔距、偏移、形状等等)。此外，可以预期的是，多部分板400的一个或多个部分可以被移掉并且用具有不同的特性(例如，孔型式)的可选择的板部分代替。
[0062]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定位构件310，如CNC机器人。
[0063]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)。
[0064]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。
[0065]在图16中，为了图示说明的目的，板400与多个真空分配器110分离。结果是，内部板表面402是可见的。在示例性的方面，内部板表面402与多个真空分配器110的下部部分匹配，在该示例中形成气密结合。
[0066]板400可以包括多个板部分。例如，图16的板400包括八个板部分(例如，板部分420、422、424、426、428和430)。在示例性的方面中，每个板部分可以与唯一的分配腔和/或唯一的分配器相关联。在可选择的方案中，多个板部分可以与共用的分配器和/或分配腔共同地利用。在又一个可选择方案中，单个的板部分可以与多个分配器相关联。
[0067]板400被考虑为与真空工具的一个或多个分配器或其他部分可移掉地联接。当第一板(或板部分)可以与真空工具以一种方式联接使得板可以为了其预期目的起作用但是仍从真空工具移掉而不显著地变形或以其他方式损坏板和/或真空工具时，板被可移掉地联接。可以用于将板保持在相对于真空工具的合适位置上的保持机构的例子(例如，螺栓、螺钉、磁体、粘合剂、机械互锁、系带、摩擦配合、夹子、带状物、销钉、抽吸和类似物)将关于图17-20来讨论。然而，考虑了另外的可移掉地联接板和真空工具的装置。[0068]在板部分之间可以存在接合部。接合部是第一板部分和第二板部分的相遇部。接合部可以代表第一板部分可以独立地从真空工具变换同时不变换第二板部分的位置。因此，如将在下文关于图21讨论的，多种孔型式可以通过单个板部分的操纵以区域化的方式来实施和调整。
[0069]诸如接合部421的板之间的接合部界定板部分420和422之间的接合部。可以预期的是，舌槽状联接机构可以沿着接合部实施以允许板部分的可变换的联接。考虑了另外的边缘处理以提供板部分之间的可移掉的联接。描绘的其他接合部包括423、425、427和429。可以预期的是，接合部可以以产生一致大小的板部分的线性路径延伸。此外，可以预期的是，接合部可以以系统的或非线性的方式形成以提供对一个或多个板部分相对于待操纵的材料的位置的一定水平的控制。
[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。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。
[0071]图16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。
[0072]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。
[0073]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。
[0074]图17描绘了根据本发明的方面的具有利用舌槽保持机构的可变换板400的真空工具1700的示例性的剖视图。真空分配器500被描绘为具有特定的横截面几何形状；然而，可以预期的是，可以实施任何真空分配器几何形状，如先前讨论的。真空分配器500具有意图用于接触板400 (或介入材料，比如密封剂)的下表面502。板400具有上表面402和下表面404。此外,板400包括在上表面402和下表面404之间延伸的一个或多个孔160。可以预期的是，当在使用中时，真空分配器500的下表面502可以接触板400的上表面402。然而，如先前讨论的，可以预期的是，一个或多个密封垫状(seal-like)材料(例如垫圈)可以布置在下表面502和上表面402之间以保持更紧密配合以用于产生更好的真空。
[0075]图17的真空分配器500形成有沿着一个或多个侧部的凹槽504。在这个例子中，沿着两个平行的侧部形成凹槽50，但是可以预期的是，一个或多个凹槽(或可选择的舌部)可以代替地定位在沿着真空工具的任何地点处。凹槽504提供保持机构的一个或多个部分可以通过其插入的接纳通道。在这个例子中，板400包括舌部432。舌部432是板400的适合于插入凹槽504内的组成部分。当插入到凹槽504中时，舌部432将板400保持在相对于真空分配器500的期望的定向/位置上。然而，板400通过该保持机构可移掉地联接到真空分配器500以便是可变换的。
[0076]当利用舌槽形保持机构时，可以预期的是，第一板部分可以以最小的机器停机时间容易地变换为第二板部分。结果，当操纵多种不同的材料时，可以利用共用的真空分配器。这可以允许相对便宜的板部分被保持在库存中以允许相对昂贵的真空工具成为更通用化的制造工具。
[0077]虽然描绘了舌槽部分的特定的组合，但是可以预期的是，在示例性的方面中，舌部可以在真空分配器500的至少一部分上形成并且凹槽可以在板400的至少一部分上形成。此外，虽然滑动保持机构被描绘为接合真空分配器的外表面，但是还可以预期的是，滑动保持机构可以也/可选择地接合内表面和/或下表面。例如，T形突出部可以从板400的上表面402向上延伸以被从下表面502延伸到真空分配器500中的T形凹槽接纳。可选择地，T形突出部可以从下表面502向下延伸以用于被从上表面402延伸到板400中的T形凹槽接纳。考虑了可选择的成形的突出部和接纳通道。
[0078]图18描绘了根据本发明的方面的具有利用凹进的可移掉的保持器602的可变换板400的真空工具1800的剖视图。如关于图17讨论的，描绘了具有下表面502的真空分配器500。然而，考虑了可选择的几何构型。还类似于图17，板400包括上表面402和下表面404。此外，多个孔从上表面402延伸至下表面404。
[0079]图18中描绘的保持机构利用了凹进的可移掉的保持器602 (在本文中也被称为凹进保持机构)。可移掉的保持器的例子包括但不限于螺钉、螺栓、铆钉、榫钉(dowel)、塞子和类似物。在进入真空分配器的诸如接纳部分506的部分之前，可移掉的保持器602可以穿过板400的一部分，诸如凹进部分434。凹进部分434可以允许可移掉的保持器的诸如头部的一个或多个部分装入埋头孔。例如，如果可移掉的保持器602是可以利用较大的头部部分将力赋予到板400上的螺栓形部件，那么头部部分可以凹进到板400的一部分中以防止中断下表面404的平面。保持成平面的表面而没有从保持机构中断可以确保板400能够有效地保持当被激活时在一个或多个材料上的真空力。在示例性的方面中，凹进部分434还考虑作为保持机构可以从其通过而与孔的其余部分没有显著差异的孔的一部分。
[0080]可以预期的是，一个或多个可移掉的保持器602可以用在多种位置上。例如，虽然可移掉的保持器602被描绘为经过板400向上延伸到真空分配器500中，但是可移掉的保持器可以经过真空分配器500向下延伸到板400中。此外，可以预期的是，可移掉的保持器也可以用在任何定向上，比如水平地延伸以联接真空工具的一个或多个部分。因此，可移掉的保持器的任何数量、类型和/或位置可以实施为直接地或间接地将板400与真空分配器可移掉地联接。
[0081]图19描绘了根据本发明的方面的具有利用粘附保持机构604的可变换的板400的真空工具1900的剖视图。如先前考虑的，真空分配器500具有下表面502。还如考虑的，板400具有上表面402和下表面404。此外，多个孔160从上表面402延伸到下表面404。
[0082]粘合性保持机构604可以是任何类型的黏合剂。例如，可以施加以第一近似液态施加的填缝状物质(caulk-like substance),当在第二状态中时,该填缝状物质以一定量的力来提供板400和真空分配器500之间的粘合性结合，该粘合性结合允许移掉板400而没有损坏板或使板变形。可以预期的是，所需要的结合水平可以近似于板的重量加上误差限。例如，当在板400和真空分配器500之间的内部腔中产生真空力时，所得到的负压可以辅助保持板400相对于真空分配器500的位置。
[0083]粘合性保持机构的其他非限制性的例子可以包括板400或真空分配器500中的至少一个可以被吸引至其的磁性材料。例如，可以预期的是，板可以由聚合物基材料形成，在该聚合物基材料内含有一种或多种亚铁成分(ferrous component)。永久地或暂时地联接到真空分配器500的磁性材料可以吸引板400以保持期望的位置。考虑了其他的布置，比如内嵌在板内的磁性材料，该磁性材料被吸引到真空分配器500的一个或多个部分。
[0084]另一个非限制性例子可以包括抽吸材料，比如吸杯状部件，其形成与真空工具的一个或多个部分的可移掉的(例如，暂时的)结合，以将板400保持在相对于真空分配器500的期望的位置上。虽然提供了具体的例子，但是可以预期的是，可以实施可提供板400和真空分配器500之间的暂时联接的任何类型的材料。
[0085]图20描绘了根据本发明的示例性方面的具有可变换板400的真空工具的剖视视图，可变换板400利用了包括第一连接点606、第二连接点608和连接构件610的联接保持机构。如先前讨论的，具有下表面502的真空分配器500可以与具有上表面402和下表面404的带有孔160的板400可移掉地联接。
[0086]第一连接点606和第二连接点608可以是起作用为接纳连接构件610的一部分的接纳点。例如，第一连接点606可以是连接构件610的突出部可以延伸到其中的孔。在可选择方案中，第一连接点606可以是从真空工具向外延伸以插入到连接构件610中的开口中的突出状部件。在该例子中，连接构件610可以是具有第一孔和第二孔的连杆，使得第一连接点606延伸经过第一孔并且第二连接点608延伸经过第二孔。
[0087]考虑了可选择的物理构型。例如，第一连接点可以提供连接构件610的第一端部停靠在其上的突出部，并且连接构件的相对的端部与板400永久地联接。此外，可以预期的是，连接构件610可以由任何类型的材料形成，比如具有弹性特性的材料(例如，橡胶、硅树脂)、具有刚性特性的材料(例如，金属、聚合物)和类似的材料。
[0088]图21描绘了根据本发明的方面的示例性板700的仰视图，板700包括各自具有不同的孔构型的四个板部分(702、704、706和708)。第一板部分702形成有包括以均一的型式的多个相对地相似大小的较小的孔160的第一孔型式。第二板部分704包括以均一的型式的多个相似大小的较大的孔。第三板706包括以非均一的型式的多种孔。第四板部分708包括具有均一的但分散的型式的多个相似大小的小孔。
[0089]具有不同的孔型式的板部分能够以多种方式组合以实现分区的材料操纵功能。例如，如果待操纵的材料的一部分具有低的孔隙率和轻的重量，那么可使用第四板部分708中的孔型式以减少操纵材料所必需的真空能量的量。然而，如果纤弱的和柔性的材料需要被操纵，那么可以利用第一板部分702中的孔型式以用较小的真空作用点来提供分布的真空力。此外，如果要操纵不规则形状的材料部分，那么第四板部分708的孔型式可以是合适的。
[0090]第四板部分708的孔型式包括无孔部分710。无孔部分710可以在没有材料或不意图施加真空力的地方形成到板中。例如，为了防止具有与待操纵的材料不接触的孔(由于未被覆盖的孔，其可以减少施加的真空力水平)，无孔部分可以在将没有材料的已知的位置处形成在板中。
[0091]此外，可以预期的是，各种大小的孔可以形成到板的各部分中。例如，第一孔大小712可以形成第一部分，比如周边区域。第二孔大小714可以形成第二部分，比如内部区域。孔的大小和间距(和形状)可以基于待操纵的产品被调整。据此，可以预期的是，一个板部分可以利用可移掉的联接的功能与另一个板部分变换。因此，可以预期的是，板的一个或多个部分可以被保持同时选择性地变换板的一个或多个其他板部分。
[0092]为了说明性的目的，本文提供了示例性的方面。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。
【权利要求】
1.一种真空工具，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；可变换板，所述可变换板包括内部板表面和外部板表面，其中多个孔延伸穿过所述内部板表面和所述外部板表面；并且所述可变换板被可移掉地联接到所述真空分配器，封闭所述真空分配器和所述可变换板内的所述真空分配腔。
2.根据权利要求1所述的真空工具，还包括密封剂，所述密封剂在所述真空分配器和所述可变换板之间。
3.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述可变换板利用舌槽保持机构与所述真空分配器可移掉地联接。
4.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述可变换板利用凹进的保持机构与所述真空分配器可移掉地联接。
5.根据权利要求4所述的真空工具，其中所述可变换板包括凹进的腔，所述凹进的保持机构延伸穿过所述凹进的腔。
6.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述可变换板利用粘合性保持机构与所述真空分配器可移掉地联接。
7.根据权利要求6所述的真空工具，其中所述粘合性保持机构包括磁性材料。
8.根据权利要求6所述的真空工具，其中所述粘合性保持机构包括状态改变的材料，所述状态改变的材料在第一状态中被施加并且当在第二状态中时将所述可变换板保持在相对于所述真空分配器 的期望的定向上。
9.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述可变换板利用位于外部的物理保持机构与所述真空分配器可移掉地联接。
10.根据权利要求1所述的真空工具，其中所述可变换板包括两个或更多个板部分。
11.根据权利要求10所述的真空工具，其中所述两个或更多个板部分中的第一板部分与所述两个或更多个板部分中的第二板部分独立地可移掉地联接到所述真空分配器。
12.根据权利要求10所述的真空工具，其中所述两个或更多个板部分中的第一板部分具有第一孔构型并且所述两个或更多个板部分中的第二板部分具有第二孔构型。
13.一种真空工具，包括:多个真空分配器，所述多个真空分配器中的每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他真空分配器；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真空分配腔中的相关联的真空分配腔；以及具有多个孔的真空板，所述真空板可移掉地联接到所述多个真空分配器中的一个或多个，其中所述真空板和所述多个真空分配器封闭所述多个真空分配腔。
14.根据权利要求13所述的真空工具，其中所述真空板包括两个或更多个独立地可移掉的板部分。
15.根据权利要求14所述的真空工具，其中所述两个或更多个板部分中的第一板部分具有与第二板的第二孔构型不同的第一孔构型。
16.根据权利要求15所述的真空工具，其中所述第一孔构型配置为用于操纵第一材料并且所述第二孔构型适合于操纵第二材料。
17.根据权利要求13所述的真空工具，还包括布置在所述多个真空分配器和所述真空板之间的密封剂。
18.根据权利要求13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包括配置为接纳保持机构的接纳机构，所述保持机构的功能为将所述真空板可移掉地保持在相对于所述第一真空分配器的位置上。
19.根据权利要求18所述的真空工具，其中所述接纳机构选自以下项:(I)凹进的腔，(2)舌槽保持机构的舌部部分，(3)舌槽保持机构的凹槽部分,或(4)联接机构。
20.一种利用真空工具制造的方法，所述真空工具包括可移掉地联接的板，所述方法包括:从所述真空工具移掉具有多个孔的第一构型的第一板；以及将具有多个孔的第二构型的第二板可移掉地联接到所述真空工具。
【文档编号】A47L5/00GK104039209SQ201280066925
【公开日】2014年9月10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 申请人:耐克国际有限公司