鞋零件的自动化识别和组装的制作方法

鞋零件的自动化识别和组装的制作方法
【专利摘要】通过鞋零件的自动化的放置和组装增强了鞋或鞋的一部分的制造和组装。例如，零件识别系统分析鞋零件的图像以识别零件以及确定零件的位置。一旦识别以及定位零件，那么自动化制造工具可以操纵零件。
【专利说明】鞋零件的自动化识别和组装
[0001]发明背景
[0002]制造鞋典型地需要各种组装步骤，例如形成、放置以及组装多个零件。完成这些步骤的某些方法，例如严重地依赖于手动执行的那些方法，可以是资源密集型的并且可以具有高的变化率。
[0003]发明概述
[0004]本概述提供本公开内容以及本发明的各个方面的高层概述并且引入在下文的详细描述部分中进一步描述的概念的选择。本概述不意图提出要求保护的主题的关键的特征或基本的特征，其也不意图孤立地用作在用于确定要求保护的主题的范围中的辅助内容。
[0005]简要地并且在高级别，本公开内容描述了，除了别的以外，鞋的制造和组装，例如鞋零件的自动化的放置和附接。例如，零件识别系统分析鞋零件的图像以识别零件以及确定零件的位置。一旦识别以及定位了零件，那么可以以自动化的方式操纵零件。例如，第一已识别的零件可以使用制造工具放置在第二已识别的零件上的期望的位置处。此外，第一已识别的零件可以使用制造工具被附接于第二已识别的零件。
[0006]示例性的以自动化的方式定位和附接鞋零件的系统可以具有各种部件，例如记录描绘附接鞋零件的表示的图像的图像记录器。系统可以还包括计算装置，其:(1)识别附接鞋零件的二维表示的多个基准特征；(2)确定对应于所述多个基准特征的图像的像素坐标；(3)把图像的像素坐标转换为几何坐标系中的几何坐标，所述几何坐标系映射附接鞋零件被定位在其内并且制造工具在其内操作的三维空间；以及(4)通过分析基部鞋零件的不同图像确定几何坐标系中的另一个几何坐标。
[0007]系统可以还包括制造工具，制造工具可以具有真空驱动式零件保持器和超声焊接头，该真空驱动式零件保持器包括适应于接触附接鞋零件的底部表面，该超声焊接头包括的远端端部适应于接触附接鞋零件，使得远端端部至少延伸至由真空驱动式零件保持器的底部表面界定的平面。可以将所述另一个几何坐标通知给制造工具并且把附接鞋零件转移至所述另一个几何坐标，由此把附接鞋零件移动至三维空间中的附接鞋零件待在其处被暂时地附接于基部鞋零件的位置。
[0008]示例性的用于在鞋制造工艺期间以自动化的方式定位和组装鞋零件的方法可以具有各种步骤。例如，可以接收描绘附接鞋零件的二维表示的图像，该附接鞋零件待被附接于基部鞋零件。附接鞋零件的二维表示可以与已识别的至少一个基准特征相关联。图像的标识可以通过把图像实质上匹配于基准图像来确定；基准图像具有至少一个预确定的基准特征。此外，可以确定图像的对应于所述至少一个预确定的基准特征并且可以被转换至几何坐标系的几何坐标的像素坐标。
[0009]此外，所述另一个几何坐标也可以通过分析附接鞋零件将被附接于其的基部鞋零件的不同图像来确定。可以利用多功能制造工具以把附接鞋零件转移至所述另一个几何坐标。也可以利用多功能制造工具以把附接鞋零件附接于基部鞋零件。
[0010]另一个示例性的利用制造零件的自动化识别和包括真空驱动式零件保持器和超声焊接头的制造工具定位和接合多个制造零件的方法也可以具有各种步骤。例如，可以自动地识别第一制造零件定位在其内并且制造工具在其内操作的三维空间。此外，也可以自动地识别第二制造零件的位置。基于第一制造零件的识别，可以定位制造工具，使得真空驱动式零件保持器紧邻于第一制造零件。真空力可以然后产生并且转移经过真空驱动式零件保持器的底部表面，从而足以暂时地把第一制造零件保持为与真空驱动式零件保持器的至少一部分接触。
[0011]继续，基于第二制造零件的位置，第一制造零件可以转移至第二制造零件。第一制造零件可以然后从真空驱动式零件保持器释放，使得其与第二制造零件接触。制造工具可以定位为使得超声焊接头紧邻于第一制造零件，并且可以经过超声焊接头施加超声能量，其中超声能量对于把第一制造零件与第二制造零件接合可以是有效的。
[0012]附图简述
[0013]在下文参照附图详细地描述本发明的例证性的实施例，在附图中:
[0014]图1A描绘了根据本发明的示例性的用于鞋零件识别的系统的示意图；
[0015]图1B图示了可以根据本发明来产生和分析的示例性的鞋零件基准；
[0016]图2描绘了根据本发明的示例性的用于鞋零件识别的系统的示意图；
[0017]图3描绘了用于分析鞋零件的图像的方法的流程图；
[0018]图4描绘了示例性的图像记录系统的示意图；
[0019]图5和6描绘了示例性的用于实施鞋制造方法的系统的分别的示意图；
[0020]图7和8描绘了用于分析鞋零件的图像的方法的分别的流程图；
[0021]图9描绘了示例性的可以与根据本发明的系统和方法结合使用的计算装置的框图；
[0022]图10描绘了根据本发明的实施方案的示例性的真空工具的上至下视图；
[0023]图11描绘了根据本发明的方面的沿着平行于图10中的真空工具的切割线3-3的切割线的前至后透视剖视图；
[0024]图12描绘了根据本发明的方面的真空工具的沿着图10的切割线3-3的前至后视图；
[0025]图13描绘了根据本发明的方面的真空发生器的沿着图10的切割线3-3切割的聚焦视图；
[0026]图14描绘了根据本发明的方面的示例性的包括多个孔的板；
[0027]图15-24描绘了根据本发明的方面的板中的各种孔的变化形式；
[0028]图25描绘了根据本发明的方面的包括真空工具和超声焊接器的制造工具的分解图；
[0029]图26描绘了根据本发明的方面的在上文在图25中描绘的制造工具的上至下透视图；
[0030]图27描绘了根据本发明的方面的在上文在图25中描绘的制造工具的侧视透视图；
[0031]图28描绘了根据本发明的方面的包括六个分立的真空分配器的制造工具的分解透视图；
[0032]图29描绘了根据本发明的示例性的方面的在上文参照图28讨论的制造工具的上至下透视图；
[0033]图30描绘了根据本发明的方面的图28的制造工具的侧视透视图；
[0034]图31描绘了根据本发明的方面的包括真空发生器和超声焊接器的制造工具；
[0035]图32描绘了根据本发明的方面的图31的制造工具的上至下透视图；
[0036]图33描绘了根据本发明的方面的图31的制造工具的侧视透视图；
[0037]图34描绘了根据本发明的方面的包括单一孔的真空工具和超声焊接器的制造工具的切割侧透视图；以及
[0038]图35描绘了根据本发明的方面的用于利用包括真空工具和超声焊接器的制造工具接合多个制造零件的方法。
[0039]发明的详细描述
[0040]在本文中专门地描述了本发明的某些方面的主题以满足法定的要求。但是描述本身不意图限定被认为是发明的内容，权利要求限定被认为是发明的内容。要求保护的主题可以包括不同于在本文件中描述的那些要素的要素或与本文件中描述的那些要素相似的要素的组合，结合其他的现有的或未来的技术。术语不应当被解释为暗示本文公开的各种要素之间的任何具体的顺序，除非明确地声明。
[0041]简要地并且在高级别，本公开内容描述了，除了别的以外，鞋的制造和组装，例如鞋零件的自动化的放置和附接。例如，零件识别系统分析鞋零件的图像以识别零件以及确定零件的位置。一旦识别以及定位了零件，那么可以以自动化的方式操纵零件。例如，第一已识别的零件可以使用制造工具放置在第二已识别的零件上的期望的位置处。此外，第一已识别的零件可以使用制造工具附接于第二已识别的零件。
[0042]A.鞋零件的自动化识别
[0043]本文描述的主题涉及鞋零件的自动化放置，并且图1A描绘了示例性的可以执行鞋制造工艺中的各种动作的系统10。例如，鞋零件12可以与多个其他的鞋零件共同地提供在供应站14处。供应站14可以仅提供单一类型的零件或系统10单独地识别的多个类型的零件。供应站14可以包括传送器皮带、桌子、机器人臂或可以使鞋零件12可用于根据本发明的识别和/或操纵的任何其他的装置。自动化工具16可以从供应站14拾取鞋零件12，并且鞋零件12可以由多功能制造工具20转移至组装站18。多功能制造工具20可以包括零件拾取部分、零件转移部分和/或零件附接部分。如在本申请全文中使用的，术语零件拾取工具/设备、零件转移工具/设备、零件附接或附接工具/设备可以包括用于多功能制造工具20的各部分的不同的名称并且可以与术语多功能制造工具20互换地使用。将在下文更详细地讨论多功能制造工具20。
[0044]描绘了零件转移设备的虚拟描绘21以图示零件转移设备可以移动至各个位置。此外，描绘了示出零件转移设备20的相应部件的可能的移动方向或旋转的各种箭头30a-d。零件转移设备20和图1A描绘的移动方向和旋转仅是示例性的。例如，箭头30a和30d指示零件转移设备20的相应的臂可以旋转，而箭头30b和30c指示相应的臂可以竖直地或水平地(例如以可伸缩的方式)移动。虽然未描绘，但是零件转移设备的臂可以还包括使零件转移设备20的移动具有另外的范围成为可能的关节接合部。所转移的鞋零件12可以作为组装站18的基部鞋零件24起作用。可选择地，转移的鞋零件12可以附接于已经定位在组装站18处的基部鞋零件24。
[0045]当零件转移设备20识别和/或放置鞋零件12时，一个或多个摄像机22a_f可以记录鞋零件12的可以用于识别鞋零件12的图像。摄像机22a-f可以布置在系统10中的各个位置处，例如在零件供应站(例如22a)上方，在零件转移设备20 (例如22b)上，沿着地板26 (例如22c和22d)，和/或在组装站18 (例如22e和22f)上方。此外，摄像机22a_f可以按各种视角布置，例如竖直的(例如，22b、22c、22d、和22e)、水平的(例如22f)和倾斜的(例如22a)。摄像机22a-f的数量、位置和/或取向可以超出在图1A中图示的实施例变化。
[0046]图像可以用于确定鞋零件12的相对于零件转移设备20的位置和/或取向以及鞋零件12待被转移至其的位置。一旦已经识别鞋零件12，那么其他的鞋制造工艺可以以手动的和/或自动化的方式实施，例如转移鞋零件、通过任何附接方法附接鞋零件、切割鞋零件、模塑鞋零件等等。
[0047]在一个另外的方面，通过分析鞋零件12的图像获得的信息(例如鞋零件标识和取向)可以与从其他的鞋零件分析系统导出的信息组合以实施鞋制造工艺。例如，三维(3-D)扫描系统可以从鞋零件的扫描图(或从与鞋零件组装的另一个鞋零件的扫描图)导出信息(例如鞋零件表面形貌信息、鞋零件大小信息等等)，并且3-D系统导出的信息可以与鞋零件标识和/或鞋零件取向信息组合。即，可以在上游确定3-D系统导出的信息并且向下游通信至系统10 (或反之亦然)。
[0048]可以以各种方式使用从不同的系统组合的信息。在一个示例性的方面，如果系统10用于把鞋零件12附接至鞋零件24上，那么从另一个系统获得的信息可以用于指示和实施附接方法。例如，可以(基于由另一个系统提供的信息)计算出所推荐的以紧贴鞋零件12施加以足够地把鞋零件附接于一个或多个其他的鞋零件24的压力的量。这样的压力度量值可以取决于从另一个系统确定和/或通信的各种因素，例如鞋零件的大小(例如厚度)和/或正在被附接的鞋零件的数量(例如层)。
[0049]计算装置32可以帮助执行各种操作，例如通过分析图像以及向鞋制造设备提供指令。计算装置32可以是单一的装置或多个装置，并且可以与系统10的其余部分物理地集成或可以与系统10的其他的部件物理地分立。计算装置32可以使用任何介质和/或协议与系统10的一个或多个部件交互。计算装置32可以位于紧邻于系统10处或与系统10的其他的部件远离。
[0050]发光装置28可以定位为遍及系统10并且可以用于增强鞋零件12的对比度，这可以在鞋零件12的图像用于识别鞋零件12时是有用的。发光装置可以是白炽灯泡、荧光装置、LED或任何其他的能够发射光的装置。发光装置可以定位在各种位置，例如接近和/或集成到供应站14或零件拾取工具16中。此外，发光装置可以定位为接近或集成到组装站18中。此外，发光装置可以定位为遍及围绕零件转移设备20、零件拾取工具16、零件供应站
14、组装站18和摄像机22a-f的空间。发光装置的变化的数量、类型和位置可以根据本发明使用。发光装置可以基于发射的光的光谱以及该光谱如何与由鞋零件12、供应站14、组装站18、零件拾取工具16等等反射的光谱相互作用来选择。例如，发光装置可以提供全光谱光和/或部分光谱光(例如彩色光)。
[0051]已经描述了图1A的各个方面，其也可以适用于在本公开内容中描述的其他的系统，例如在图2、4、5和6中描绘的系统。据此，当描述这些其他的系统时，也可以参照图1A并且在图1A中描述的方面也可以适用这些其他的系统。
[0052]如参照图1A指示的，本发明的某些方面涉及使用鞋零件的图像识别某些鞋零件信息，例如鞋零件的标识和鞋零件的取向(例如位置和旋转)。鞋零件标识和鞋零件取向可以然后用于实施各种鞋制造步骤(例如放置、附接、模塑、质量控制等等)。据此，可以在记录图像之前执行某些工艺，以帮助鞋零件图像分析，并且参照图1B描述这样的方面。
[0053]图1B图示了各种描绘1010a-d，其中的每个提供一个或多个示例性的鞋零件基准型式或模型(在下文被称为鞋零件基准)。例如，描绘1lOa提供示例性的鞋零件基准1012a，并且描绘1lOb提供不同的鞋零件基准1014a。描绘1010a_d可以代表保持在计算机存储介质中并且可检索以执行计算功能的数据。例如，描绘1010a-d可以作为基准模型或型式存储在计算机存储介质中并且被检索以在计算输出装置(例如计算机显示监视器)上查看。
[0054]鞋零件基准1012a和1014a可以使用各种技术确定和/或创建，例如通过使用计算机辅助的绘图程序、自动的形状勾勒计算机程序或其他的边界确定计算机程序。例如，鞋零件的电子图像可以通过自动的形状勾勒计算机程序记录和分析，自动的形状勾勒计算机程序自动地追踪包括鞋零件的形状的边界或周界。在另一个方面，可以使用计算机绘图应用程序手动地追踪在鞋零件的电子图像中描绘的形状。在另一个实施例中，可以使用计算机绘图应用程序手动地绘制鞋零件和/或与其相关联的边界。图1B描绘了鞋零件基准可以包括鞋零件周界或边界(例如1030)，以及被周界1030限定的内部部分(例如1032)。如上文指示的，一旦被创建，那么鞋零件基准可以被电子地存储(例如图2中的项目234)并且以各种方式使用，例如用于分析鞋零件图像。
[0055]在一个方面，鞋零件基准(例如鞋零件基准1012a)被创建，使得其可以被按比例缩放以对应于多个不同的鞋大小。例如，对应于模型大小(即用于女性的模型大小和用于男性的模型大小)的鞋零件基准被创建并且所有其他的匹配的鞋零件基准被从对应于模型大小的鞋零件基准按比例缩放。鞋零件基准可以被按比例缩放至例如五倍以把不同的大小考虑在内。此外，鞋零件基准可以被按比例缩放以允许对于任何具体的大小的膨胀和/或收缩。
[0056]继续，基准1012a和1014a可以用于确定基准信息，基准信息可以然后用于组装鞋零件。例如，附接鞋零件(例如图2中的224)可以被相对于基部鞋零件(例如图2中的226)定位；然而，在定位附接鞋零件之前，可以有帮助的是确定附接鞋零件应当定位在其处的放置位置。
[0057]据此，在一个例证性的方面，描绘1lOc包括代表基部鞋零件的物理边界的基准1014b以及代表附接鞋零件的物理边界的基准1012b。在一个示例性的方面，基准1012b可以定位为与基准1014b重叠并且可以与基准1014b的至少一部分对准。例如,边界1012b可以以与在附接鞋零件将被附接于鞋零件时附接鞋零件将如何被布置至基部鞋零件上一致的方式手动地和/或自动地定位(例如通过输入装置拖曳)。据此，描绘1lOd图示了基准1016的数字渲染的组件，其包括在与附接位置一致的位置与基准1014c对准的基准1012c。
[0058]在本发明的一个另外的方面，可以识别把基准1012c的一部分与基准1014c的一部分对准的基准特征1020。据此，基准1012c和1014c中的每个包括大体上与彼此对准的相应的基准特征。这些相应的基准特征在描绘1lOc中示出并且通过参考数字1021和1022指代。例如，相应的基准特征可以用于确定鞋零件的取向(例如位置和旋转)，以及鞋零件的与另一个鞋零件对准的一部分。
[0059]现在描述图2，在其中描绘了示例性的鞋制造系统210。系统210可以具有鞋制造设备和计算装置的组合，其可以辅助确定设备的自动化的操作。在系统210中实施的操作可以帮助操纵鞋零件224和鞋零件226，例如通过转移鞋零件224并且把鞋零件224附接至鞋零件226上。例如，鞋零件224和226可以包括柔性材料的两个不同的片材，其附接于彼此以形成鞋面的一部分。鞋零件224和226可以包括相同的或不同的类型的柔性材料，例如织物、皮革、TPU材料等等。鞋零件224和226可以是已完成的鞋和/或部件的物理结构，例如可以用于在鞋制造工艺期间接合鞋部件的粘性膜。
[0060]零件转移设备212、摄像机214a和214b和传送器222是鞋制造设备的实施例。在图2中(用虚线)描绘了栅格225以表明鞋制造设备的一个或多个项目在坐标系内具有已知的位置(例如映射设备被定位在其内的3-D空间的几何坐标系)。其他的项目例如鞋零件可以移动至坐标系内的已知的距离。虽然为了例证性的目的，栅格225仅描绘两个坐标，但是轴线箭头223描绘三个轴线。
[0061]图像分析器216a和216b和维度转换器218代表可以由计算装置实施的操作和/或模块。此外，图2描绘了鞋制造设备可以经由网络连接部227与执行所描绘的操作的计算装置通信(即与其网络连接)。例如，如将在下文更详细地描述的，图像分析器216a和216b可以评价摄像机214a和214b记录的图像以识别正在鞋制造工艺中利用的鞋零件。此夕卜，图像分析器216a-b和维度转换器218把指令通信至零件转移设备212。这种类型的视觉识别系统的一个实例包括Cognex?机器视觉系统ο
[0062]在系统210中描绘的部件以不同的方式配合以辅助实施鞋制造方法的各种步骤。例如，系统210的某些部件可以作为二维(“2-D”)零件识别系统的一部分共同地操作，二维零件识别系统用于确定各种鞋零件特性，例如鞋零件标识和相对于零件转移设备212的鞋零件取向(例如放置和旋转)。例如，零件识别系统可以包括摄像机214a-b、图像分析器216a-b、鞋零件数据存储部220、维度转换器218、以及零件转移设备212中的某些或全部。
[0063]零件识别系统可以在鞋制造工艺内以各种方式使用。例如，零件识别系统可以用于执行在图3中概括的方法310。方法310涉及识别鞋零件以及确定鞋零件的取向(例如几何位置以及旋转角度)。当鞋零件的标识和取向已知或确定时，可以以自动化的方式操纵(例如转移、附接、切割、模塑等等)鞋零件。在描述图3时，还将参照图2和图4。
[0064]在步骤312，记录描绘鞋零件的表示的图像。例如，图像可以被摄像机214a或214b记录并且被通信至图像分析器216a或216b。在图像分析器216a和216b中(分别地)图示了示例性的图像228和230，并且每个图像描绘相应的鞋零件的二维(“2-D”)表示232和 233。
[0065]在步骤314中，识别在图像中描绘的表示的轮廓或周界。例如，一旦图像分析器216a获取图像228，那么图像分析器216a识别在图像228中描绘的2-D表示232的周界或轮廓。可以使用各种技术增强周界或轮廓识别，例如通过提供与在图像中描绘的零件形成鲜明对比的背景表面，以及通过定位各种环境照明元件(例如全光谱发光装置)。例如，如果将被捕获在图像中的鞋零件的表面是灰色的，那么背景表面(例如供应站、零件拾取工具或组装站的表面)可以被上色为黄色的以在图像中创建在零件的轮廓和背景之间的对比度。在一个方面，鞋零件面向内的表面(即当被组装为鞋时鞋零件的可面向内并且朝向穿着者的脚的侧面)和背景表面可以制造(即被有意地制造)为包括已知的对比色。
[0066]另外的工具可以用于辅助识别表示的周界或轮廓。例如，系统210可以包括从各种源照亮鞋零件的发光装置241a和241b。如参照图1A描述的，发光装置可以布置在遍及系统210的各种位置中。例如，表面229可以由装置241a照亮或用光241b从背后照亮，由此增强表面229和零件224之间的对比度以使零件224对于2-D识别系统是更可识别的。即，如果零件224在图像228被捕获时被照亮或从背后照亮，那么可以在图像228中出现表示232和图像的其他部分之间的更好的对比度。全光谱光可以用于增强具有各种颜色的零件的零件识别。可选择地，可以基于零件224的颜色和/或供应站和/或组装站的颜色定制光的颜色。例如，红色光可以用于增强零件和黑色或白色的供应组装站之间的对比度。
[0067]然后，在步骤316，图像分析器216a可以确定与在图像228中描绘的2_D表示232相关联的多个基准特征。例如，基准特征可以包括界定2-D表示的轮廓或周界的多个间隔的线和/或点。毗邻的基准特征之间的间距可以是可变的。例如，用于较小尺寸的鞋零件的基准特征之间的间距可以小于用于较大尺寸的鞋零件的基准特征之间的间距以允许更高的精确性。每个基准特征可以包括可变数量的像素。
[0068]可以使用各种技术来识别2-D表示232的边界的标识。例如，鞋零件表示232可以与各种已知的或模型鞋零件基准234-236比较以确定鞋零件表示232的标识，其中，该鞋零件基准234-236存储在鞋零件数据存储部220中。
[0069]鞋零件数据存储部220存储信息238，为了例证性的目的，信息238被示出在分解视图240中。作为一个实施例，分解视图240描绘了多个已知的可以用于识别2-D表示232的标识的鞋零件基准234-236。鞋零件基准234-236可以与上文参照图1B概括的预确定的基准特征(例如242和244)相关联，预确定的基准特征可以在把相应的鞋零件组装为鞋时来使用。可以基于各种因素预确定这样的基准特征，例如一个鞋零件在鞋零件的组件中的已知位置。例如，当结合为鞋时，鞋零件224组装在相对于鞋零件226的位置处。据此，可以测量和使用该位置以在定位和附接鞋零件224时指示鞋制造设备。
[0070]如在图2中描绘的，鞋零件基准234-236形成各种2-D形状。在本发明的一个方面，预确定的基准特征可以包括任何数量的与鞋零件基准234-236的周界或轮廓相关联的特征。例如，基准特征可以包括2-D形状的不同边之间的指定的比例。并且，基准特征可以包括2-D形状的两个毗邻的边之间的接合点。创建沿着形状的周界的预确定的基准特征可以减少在鞋零件对准和连接时可以产生的变化性。
[0071]图像分析器216a通过识别多个鞋零件基准234-236的实质上匹配2_D鞋零件表示232的至少一个鞋零件基准可以识别2-D表示232的标识。例如，图像分析器216a通过识别鞋零件基准的实质上匹配2-D表示232的至少一个基准特征的至少一个预确定的基准特征可以识别2-D鞋零件表示232的标识。
[0072]一旦鞋零件表示(例如232)实质上匹配于已知的鞋零件基准(例如234)，那么预确定的基准特征可以用于分析描绘表示的图像。例如，图像分析器216a已经基于鞋零件基准234获取已识别的实体249，鞋零件基准234实质上匹配于2-D表示232。如描绘的，已识别的实体249具有边界和预确定的基准特征。据此，当共同地考虑图1B和2的描述时，示例性的方法可以包括各种步骤。例如，对模型基准(例如1012a和1014a)和它们的对应的预确定的基准特征(例如1021和1022)进行确定并且电子保持在例如数据存储部220中。然后通过把已记录的图像的基准特征与模型的预确定的基准特征实质上匹配，可以将已记录的图像(例如228和230)实质上匹配于模型基准。可以在数学上关于已知的参考系描绘该基准信息。
[0073]在步骤318，识别(在图像中描绘的)表示的旋转和图像的像素坐标。为了图示图像分析器216a利用已识别的实体249执行步骤318的方式，在分解视图252中描绘了信息250。分解视图252描绘与图像228相同的图像254。例如，图像254和图像228可以是相同的数据，或图像254可以是图像228的副本。图像254被相对于坐标系256描绘，坐标系256映射图像254的像素。已识别的实体249被应用于图像254，例如通过使图像254实质上在已识别的实体249的边界内的中心并且通过基准特征258来对准。据此，可以确定图像254的属于坐标系252的像素坐标。此外，通过测量基准线260和262之间的角度来确定(在图像254中描绘的)鞋零件表示的旋转角度(即Θ )。
[0074]从图像提取的像素坐标和旋转角度可以用于指示零件转移设备212。S卩，可以在鞋零件224在零件转移设备212在其中操作的3-D空间中被取向(即定位和旋转)为某处时，由摄像机214a记录图像228。鞋零件224可以被定位在其处的位置的实例包括零件供应站、组装站、和/或被零件转移设备212保持。据此，当提供某些输入时，图像228的像素坐标可以由维度转换器218转换成通过栅格225表示的坐标系的几何坐标205。据此，在方法310的步骤320中，像素坐标可以被转换成几何坐标。
[0075]维度转换器218所利用的输入可以包括描述系统210、摄像机214a和零件转移设备212的测量值。这样的测量值的实例是摄像机214a和零件转移设备212的相对位置(即零位置)；坐标系256的X和Y坐标的像素数量；摄像机214a和零件224之间的距离；摄像机214a中的CXD的芯片尺寸；镜头焦距；视场；像素尺寸；和每像素分辨率。这些输入可以根据在系统210中使用的设备的能力而变化，并且某些输入对设备可以定位在系统210内的何处可以具有直接的影响。例如，摄像机214a的强度对在摄像机214a将记录零件224的图像时零件224应当被定位(相对于摄像机214a)在何处可以具有影响。为了进一步图示用于把像素坐标转换成几何坐标的各种输入之间的关系，图4描绘了可以对图像进行记录和分析的系统的不意图。
[0076]由维度转换器218产生的几何坐标可以用于把鞋零件224的位置报告给零件转移设备212。此外，旋转角度可以用于确定鞋零件224可以需要由零件转移设备212旋转至什么程度以被合适地对准，以用于后续的操纵(例如到另一个鞋零件的附接、切割、涂漆等等)。据此，零件转移设备212可以包括零件拾取工具，零件拾取工具使零件转移设备212能够从零件供应区域获取零件224并且在把零件224转移至新的位置的同时暂时地保持零件224。例如，零件转移设备212可以使用夹紧结构、吸入、电磁力、表面粘着、或任何其他的用于暂时地结合和移动鞋零件的方法。
[0077]虽然上文通过参照鞋零件224和图像228描述了 2_D识别过程，但是相似的分析可以用于识别鞋零件226和确定其取向，由此使零件转移设备212能够在操纵零件224时把零件226考虑在内。即，为了例证性的目的，在图像分析器216b中描绘并且在分解视图272中示出信息270。分解视图272表明图像230可以与图像228类似地分析以基于基准特征279和Θ确定零件226的取向(即几何坐标和旋转角度)。可以根据本发明同时地或相继地识别和/或定位任何数量的鞋零件。
[0078]一旦零件224和零件226的各自的几何坐标是已知的，那么零件转移设备212可以拾取零件224并且把零件224移动至相对于零件226的几何坐标的零件位置坐标203。例如，图2描绘了零件转移设备212的多个虚线视图以图示零件转移设备的移动和零件224的转移。零件位置坐标203是指几何坐标系(例如通过栅格225图示的坐标系)中的附接零件(例如零件224)被转移至其以被附接于基部零件(例如零件226)的坐标。例如，零件转移设备212可以把零件224转移至待被附接于零件226的几何坐标203。
[0079]可以用各种方式确定零件位置坐标203。例如，零件226可以是零件224被附接至其上的基部鞋零件，使得零件224的相对于零件226的位置(当零件被组装时)是已知的。据此，已知的位置可以通过获取储存的基准特征来确定，储存的基准特征使用与参照图1B描述的类似的方法来预确定。然而，已知的该位置可以仍然转换成在零件226已经定位在零件转移设备212的坐标系内时被零件转移设备212识别的坐标。S卩，在坐标系225外，零件224被布置在其处的相对于零件226的位置是已知的，并且在数据存储部220中通过参考数字277标识。该位置还在分解视图272中被标识,在分解视图272中该位置被标识为“零件224的零件位置地点”。当例如通过执行方法310确定零件226的取向时，零件224被布置在其处的相对于零件226的点277 (也被描绘在分解视图272中)可以被转换成坐标系225内的几何坐标203，由此计算零件位置坐标203。据此，在一个示例性的方面，零件位置203被转换成部分地基于基准特征1022的几何坐标，基准特征1022参照图1B被描述。
[0080]在一个另外的方面，一旦确定了零件位置点203，那么零件224可以基于关于零件224(例如图1B中的1021)所确定的基准信息被转移至零件位置坐标203。例如，像素坐标和取向可以从图像228导出(如上文描述的)并且可以被转换成几何坐标(例如205)。可以然后进行计算以把零件224转移至点203。例如，可以基于几何数据(例如203和205)创建虚拟机器人末端执行器并且其可以从点205移动至点203。虽然这些步骤为了例证性的目的在图2中通过图形描绘，但是这些步骤也可以通过求解相继的转换算法来通过数学方式执行。
[0081]据此，上文描述的识别过程(例如方法310)可以在鞋制造工艺内在许多不同的场景使用。例如，一旦鞋零件224已经相对于鞋零件226定位，那么鞋零件224可以被附接于鞋零件226，例如通过缝合、粘附和/或超声焊接。据此，为了使自动化成为可能，也确定附接点的几何坐标201。g卩，一旦零件224和226的几何坐标在坐标系225内是已知的，那么也可以计算出附接位置的几何坐标。
[0082]可以以各种方式确定附接点坐标201。例如，零件226可以是零件224被附接至其上的基部鞋零件。据此，到基部鞋零件上的附接点是已知的，但是其仍然可以被转换至被零件转移设备212识别的坐标。S卩，在坐标系225外，零件224将在其处被附接的零件226上的点是已知的，并且用数据存储部220中的参考数字274标识。当例如通过执行方法310确定了零件226的取向时，零件224被附接在其处的零件226上的点274 (也被描绘在分解视图272中)可以被转换成坐标系225内的几何坐标201。据此，可以在几何坐标201处执行附接工艺。如上文指示的，虽然这些步骤为了例证性的目的在图2中通过图形描绘，但是这些步骤也可以通过求解相继的转换算法通过数学方式执行。
[0083]在一个方面，零件转移工具212可以还具有附接装置，其操作以把零件224附接于零件226。示例性的附接装置是超声焊接器、热压机、缝合设备或实现附接的相应方法的装置。例如，超声焊接器可以经过超声焊接头施加超声能量从而以暂时的或永久的方式附接零件224和226。
[0084]系统210的部件可以布置在各种配置中以实现宽范围的鞋制造工艺。此外，可以具有被布置为一系列的站的另外的部件。例如，系统210可以包括除了摄像机214a-b之外的摄像机，以及另外的零件转移设备。可以根据本发明组合摄像机和/或零件转移设备的不同类型。这些另外的工具可以布置在沿着传送器222的不同位置处，以允许另外的零件被添加(例如被添加至零件224和226的组件)并且允许另外的鞋零件操纵。
[0085]此外，系统210的摄像机可以布置在相对于鞋零件的不同位置处。例如，如在图1A中描绘的，摄像机可以定位在鞋零件上方、鞋零件下方、与鞋零件水平、或以远离鞋零件的角度，只要摄像机位置允许计算零件的几何坐标。一个这样的摄像机位置可以是垂直于(即法向于)观察平面。然而，摄像机可以定位为与观察平面成一角度，只要在把表示取向转换成几何坐标时角度作为到系统的输入来提供即可。据此，系统210可以结合到更大的鞋制造工艺中。
[0086]可以在初始阶段使用2-D识别系统，以使零件转移设备212能够把基部鞋零件定位在传送器或其他的零件移动设备上。基部鞋零件是指一个或多个其他的鞋零件可以被附接至其上的鞋零件，并且基部鞋零件可以由单一的零件或已经被组装的多个零件构建。据此，零件226可以被视为零件224被附接至其上的基部鞋零件。转移的零件也可以是最终用于把其他的零件接合在一起的泡沫、网丝和/或粘合剂层，例如TPU膜。此外，根据本发明的在之前被固定于彼此的部件零件可以作为单一的零件对待以用于后续的识别、转移等坐寸ο
[0087]参照图5，描绘了系统510，其中，可以在初始制造阶段使用2-D零件识别系统，例如当基部鞋零件526被初始储存在零件供应站580时，零件供应站580可以包括各种配置。例如，零件供应站580可以包括一组堆叠的基部鞋零件，零件转移设备512从其获取最顶部的基部鞋零件。可选择地，零件供应站可以具有传送器582，传送器582把基部鞋零件转移至零件转移设备512在其处获取基部鞋零件的拾取位置584。如上文描述的，零件转移设备512可以具有零件拾取工具585。
[0088]在把基部鞋零件526转移至传送器596之前，摄像机可以记录基部鞋零件526的图像以允许零件转移设备512确定基部鞋零件526的几何位置和旋转。例如，当基部鞋零件526是待在生产线中由零件转移设备512获取的下一个零件时，即在基部鞋零件526即将被零件转移设备512获取之前以及当基部鞋零件526在拾取位置584处时，摄像机可以记录基部鞋零件526的图像。摄像机可以是安装在基部鞋零件526上方并且垂直于基部鞋零件526的安装在上方的摄像机590a-b。如在图5中描绘的，安装在上方的摄像机590a_b可以安装为远离零件转移设备512 (例如590a)或安装至零件转移设备512上(例如590b)。
[0089]虽然零件转移设备512被图示为具有在图5中描绘的某种配置，但是零件转移设备可以具有不同的配置，例如在图1A中描绘的配置，在其中安装于零件转移设备的摄像机可以是可定位在基部鞋零件526正上方并且垂直于基部鞋零件526的。零件转移设备512可以还包括使摄像机(或已获取的鞋零件)到期望的角度或位置的移动成为可能的多个铰接臂。
[0090]此外，如果在基部鞋零件526在零件供应站处(即在位置584处)的同时记录图像的话，那么发光装置可以布置在遍及系统510的各种位置处。例如，发光装置541a可以定位为毗邻于或结合到零件供应站580中以向基部鞋零件526提供背光。此外，发光装置541b可以定位在围绕基部鞋零件的空间中，使得发光装置541b从前侧照亮基部鞋零件526。
[0091]可选择地，零件转移设备512可以在图像被记录之前获取基部鞋零件526并且把已获取的基部鞋零件定位在摄像机的前方。例如，安装在下方的摄像机592可以固定为接近地板表面，并且零件转移设备512可以把已获取的基部鞋零件定位在安装在下方的摄像机512正上方并且垂直于安装在下方的摄像机512。可选择地，零件转移设备512可以把已获取的基部鞋零件定位在安装在上方的摄像机590a或594正下方并且垂直于安装在上方的摄像机590a或594。如上文描述的，虽然零件转移设备512图示为具有在图5中描绘的某种配置，但是零件转移设备可以具有不同的配置。例如，零件转移设备512可以具有在图1A中描绘的配置。此外，零件转移设备可以包括多个铰接臂。
[0092]如果在基部鞋零件526已经被零件转移设备获取之后记录图像，那么发光装置541c可以布置在各种位置处。例如，发光装置541c可以结合到零件转移设备512中，例如在零件拾取工具585后方(或结合到零件拾取工具585中)，由此向基部鞋零件526提供背光。此外，遍及系统510的其他的发光装置(例如541d)位置可以照亮零件转移设备512获取的基部鞋零件的前侧。
[0093]一旦已经记录了图像，那么可以使用上文描述的方法(例如方法310)确定基部鞋零件的几何位置和旋转。几何位置和旋转可以然后用于确定当基部鞋零件被转移至传送器596时的基部鞋零件的位置。例如，零件转移设备512可以在每次其把基部鞋零件526从零件供应站580或从摄像机(例如590a、592或594)的前方转移至传送器596时执行预确定的移动路径。据此，一旦基部鞋零件的几何位置和旋转是已知的，那么零件转移设备可以确定执行了当预确定的移动路径时基部鞋零件将定位在何处。可选择地，可以预确定在传送器596上的几何位置，使得零件转移设备512 (或某些与其相关联的计算装置)每次计算新的移动路径。即，该新的移动路径从基部鞋零件526的计算出的位置(当图像被记录时)延伸至传送器596上的预确定的位置。计算装置532可以帮助执行各种操作，例如通过分析图像以及向鞋制造设备提供指令。
[0094]在另一个方面，可以在基部鞋零件526已经被转移至传送器596时使用2_D识别系统，以确定基部鞋零件526在其被布置在传送器596上时的几何位置和旋转。据此，传送器596可以把基部鞋零件沿着组装线移动并且至在安装在上方的摄像机(例如594)下方的位置。一旦图像已经被安装在上方的摄像机记录并且基部鞋零件的位置已经确定，那么其他的鞋零件可以被转移并且附接于基部鞋零件。
[0095]据此，在一个另外的方面，可以在初始阶段之后使用2-D识别系统，以使零件转移设备能够定位附接鞋零件。附接鞋零件是指待被附接于基部鞋零件的鞋零件。据此，在图2中，零件224可以被视为待被附接于鞋零件226的附接鞋零件。
[0096]参照图6，描绘了系统610，在系统610中2_D识别系统可以用于定位附接鞋零件624，例如当附接鞋零件624被初始储存在零件供应站682时，零件供应站682可以布置为各种配置。如上文描述的，零件供应站682可以包括一组堆叠的鞋零件，零件转移设备612从该一组堆叠的鞋零件获取最顶部的附接鞋零件。可选择地，零件供应站682可以包括传送器682a和682b的集合，其中的一个把附接鞋零件624转移至零件转移设备612可以在其处获取附接鞋零件624的拾取位置684。
[0097]如上文描述的，零件转移设备612可以具有零件拾取工具685。虽然零件转移设备612被图示为具有在图6中描绘的某些配置，但是零件转移设备可以具有不同的配置，例如在图1A中描绘的配置，或包括使摄像机(或已获取的鞋零件)到期望的角度或位置的移动成为可能的多个铰接臂的配置。
[0098]附接鞋零件624可以被设置在供应站682处在多个不同的附接鞋零件(例如606和608)中，其中的每个可以被附接于基部鞋零件626的相应部分。据此，2-D识别系统可以执行零件选择协议，其允许系统识别和选择期望的附接零件。
[0099]在一个示例性的零件选择协议中，2-D识别系统可以被编程以遵循附接零件的预确定的顺序，即附接第一零件624，随后是第二零件608，随后是第三零件606等等。据此，2-D识别系统可以记录被布置在多个零件中的所有零件的图像，(例如基于数据存储部220)识别每个零件以及确定每个零件的当其被定位在供应站682处时的几何位置。一旦2-D识别系统确定了该位置信息，那么零件转移设备612可以以预确定的顺序获取和附接每个零件。
[0100]在另一个零件选择协议中，2-D识别系统可以被编程以转移和附接一组零件，与顺序无关，即以任何顺序附接第一、第二和第三零件。据此，一旦每个零件(例如606、608和624)的图像已经被分析以确定几何位置，那么零件转移设备612可以按多个顺序获取零件，只要所有的零件在某个点被转移至基部鞋零件626。此外，2-D识别系统可以被编程以获取允许从供应站682至基部鞋零件626的最高效率的转移的方式被定位的零件。例如，如果在供应站处提供了两个第一零件698a和698b并且第一零件中的一个698a比另一个第一零件698b更靠近(基于各自的几何坐标)，那么零件转移设备612可以被指示以拾取更靠近的第一零件698a，而不是另一个第一零件698b。相似地，如果第一零件698a被旋转至可以需要更少的调整(相对于另一个第一零件698b)以被附接于基部零件626的角度，那么零件转移设备612可以被指示以拾取第一零件698a。计算装置632可以帮助执行各种操作，例如通过执行零件选择协议中的某些步骤，分析图像，以及向鞋制造设备提供指示。
[0101]在另一个示例性的方面，零件606、608和624可以以预确定的配置布置在零件拾取位置684处，使得预确定的配置的坐标可以被提供至设备612以辅助零件选择。即，如果基于零件的组待被如何布置(在被拾取之前)预确定了每个零件606、608和624的坐标，那么可以不必基于图像计算坐标。或，预确定的坐标可以被用作确认计算出的坐标是精确的(例如，在离预确定的坐标的阈值量内)的核查。
[0102]在一个另外的方面，零件606、608和624在零件拾取位置684处的预确定的布置可以匹配零件606、608和624的当零件被附接于基部零件626时的布置。即，零件606、608和624中的每个可以彼此间隔开，并且以匹配每个零件的附接于基部零件626时的间距和旋转的方式旋转。据此，零件606、608和624可以以保持预确定的布置(即保持间距和旋转)的方式作为共同的组(即一次多于一个)而被拾取、放置和/或附接。
[0103]当记录附接鞋零件624的图像以确定附接鞋零件624的取向时,摄像机可以定位在各种位置中。如上文描述的，如果附接鞋零件624在图像被捕获时被定位在供应站682处，那么摄像机(例如690b)可以直接地耦合于零件转移设备612，或可以是安装在上方的摄像机690a。摄像机690b或690a可以在记录图像时从鞋零件624垂直地取向。例如，零件转移设备612可以包括把摄像机690b定位在鞋零件624上方并且垂直于鞋零件624的一个或多个铰接臂。
[0104]此外，发光装置可以布置为遍及系统610以在鞋零件定位在零件供应站682处时照亮鞋零件624。例如，发光装置641a或641b可以定位为毗邻于供应站682或集成到供应站682中以从背侧照亮定位在传送器682a和682b上的附接鞋零件。此外，发光装置641c可以定位在围绕零件供应站682的空间中以照亮鞋零件624的前侧。
[0105]如果附接鞋零件624在图像被捕获时由零件转移设备612保持，那么摄像机可以安装为远离零件转移设备612，例如摄像机690a、692或694。在这样的布置中，鞋转移设备612可以把附接鞋零件定位在摄像机690a、692或694的前方(例如垂直于摄像机690a、692或694的视场)。此外，发光装置641d可以集成到零件转移设备612中，例如在零件拾取工具685后方，以在图像被捕获时照亮已获取的鞋零件。
[0106]虽然上文的方法中的某些描述了分析单一的图像以确定取向，但是可以分析由一个或多个摄像机记录的单一零件的多个图像，以导出被认为精确地表示鞋零件的位置的几何坐标的集合。在这样的系统中，几何坐标的集合可以被取平均值或以其他方式组合以实现最终的几何坐标。
[0107]现在参照图7，描绘了用于在鞋制造工艺期间以自动化的方式定位鞋零件的方法710的流程图。在描述图7时，还参照图2。此外，方法710或其至少一部分可以在计算装置执行存储在计算机存储介质上的计算机可执行的指令的集合时实施。
[0108]在步骤712，可以接收描绘待被附接于基部鞋零件(例如226)的附接鞋零件(例如224)的二维表示(例如232)的图像(例如228)，其中附接鞋零件的二维表示包括多个基准特征258。在步骤714，识别图像的对应于基准特征的像素坐标(例如坐标系256的坐标)。步骤716把图像的像素坐标转换成几何坐标系(例如225)的几何坐标(例如205)，几何坐标系映射附接鞋零件(例如224)被定位在其内并且零件转移设备(例如212)在其内操作的三维空间。此外，在步骤718，通过分析描绘附接鞋零件(例如224)将被附接于其的基部鞋零件(例如226)的二维表示(例如233)的不同图像(例如230)，确定几何坐标系(例如225)的另一个几何坐标(例如203)。步骤720通过零件转移设备(例如212)把附接鞋零件(例如224)转移至该另一个几何坐标(例如203)，由此把附接鞋零件移动至三维空间中的附接鞋零件待在其处被附接于基部鞋零件的位置。
[0109]现在参照图8，描绘了用于在鞋制造工艺期间以自动化的方式定位鞋零件的方法810的另一个流程图。在描述图8时，还参照图2。此外，方法810或其至少一部分可以在计算装置执行存储在计算机存储介质上的计算机可执行的指令的集合时实施。
[0110]在步骤812，接收描绘待被附接于基部鞋零件(例如226)的附接鞋零件(例如224)的二维表示(例如232)的图像(例如228)，其中附接鞋零件的二维表示包括至少一个基准特征258。在步骤814，识别图像的对应于所述至少一个基准特征258的像素坐标(例如坐标系256的坐标)。步骤816把图像的像素坐标转换至几何坐标系(例如225)的几何坐标(例如205)，几何坐标系映射附接鞋零件(例如224)被定位在其内并且零件转移设备(例如212)在其内操作的三维空间。此外，步骤818通过分析描绘附接鞋零件(例如224)将被附接于其的基部鞋零件(例如226)的二维表示(例如233)的不同图像(例如230)确定几何坐标系中的多个其他的几何坐标(例如203和202)。所述多个其他的几何坐标可以包括零件位置坐标(例如203)和零件附接坐标(例如201)。步骤820通过零件转移设备把附接鞋零件(例如224)转移至零件位置坐标(例如203)，并且步骤822把附接鞋零件在零件附接坐标(例如201)处附接于基部零件。
[0111]上文描述的2-D识别系统也可以用于质量控制目的。例如，2-D识别系统可以允许检测一组匹配的堆叠的附接零件中的不匹配的附接零件。此外，2-D识别系统可以也使鞋零件定位的质量控制成为可能以确保位置放置精确度。
[0112]如上文描述的，我们的技术可以包括，除了别的以外，方法、系统或存储在一个或多个计算机可读介质上的指令集。存储在计算机可读介质上的信息可以用于指导计算装置的操作，并且在图9中描绘了示例性的计算装置900。计算装置900仅是合适的计算系统的一个实施例，并且不意图表明对关于发明方面的用途或功能的范围的任何限制。计算系统900也不应当被解释为具有对关于所图示的部件的任何一个或组合的任何依赖性或要求。此外，本发明的方面也可以在分布式计算系统中实践，其中任务由通过通信网络联接的分离的或远程的处理设备进行。
[0113]计算装置900具有直接地或间接地耦合以下部件的总线910:存储器912、一个或多个处理器914、一个或多个呈现部件916、输入/输出端口 918、输入/输出部件920、和示例性的电源922。总线910代表可以是一种或多种总线(例如地址总线、数据总线或其组合)。虽然图9的各种块为了清楚性的目的使用线示出，但是实际上，划界各种部件不是如此清楚的，并且打个比方，线将更精确地是灰色的并且模糊的。例如，处理器可以具有存储器。
[0114]计算装置900典型地可以具有多种计算机可读介质。通过实例并且非限制的方式，计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RAM);只读存储器(ROM);电可擦除可编程只读存储器(EEPROM);闪速存储器或其他的存储器技术；CDR0M、数字通用光盘(DVD)或其他的光学的或全息的介质；磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他的磁存储设备，载波或任何其他的可以用于编码期望的信息并且被计算装置900访问的介质。
[0115]存储器912包括以易失性的和/或非易失性的存储器的形式的有形的计算机存储介质。存储器912可以是可移除的、不可移除的或其组合。示例性的硬件设备是固态存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器等等。
[0116]计算装置900被描绘为具有一个或多个从各种实体例如存储器912或输入/输出部件920读取数据的处理器914。示例性的被处理器读取的数据可以包括计算机代码或机器可用的指令，其可以是计算机可执行的指令例如程序模块，被计算机或其他的机器执行。通常，程序模块例如例程、程序、对象、部件、数据结构等等是指执行特定的任务或实施特定的抽象数据类型的代码。
[0117]呈现部件916把数据指示呈现至用户或其他的设备。示例性的呈现部件是显示设备、扬声器、打印部件、发光部件等等。输入/输出端口 918允许计算装置900逻辑地耦合于其他的设备，包括输入/输出部件920，其中的某些可以是内置的。
[0118]在鞋制造的上下文中，计算装置900可以用于确定各种鞋制造工具的操作。例如，计算装置可以用于控制零件拾取工具或把鞋零件从一个位置转移至另一个位置的传送器。此外，计算装置可以用于控制把一个鞋零件附接(例如焊接、粘附、缝合等等)于另一个鞋零件的零件附接装置。
[0119]B.使用多功能制造工具组装鞋零件
[0120]本发明的方面还涉及用于制造工具的系统、方法和设备。制造工具高度地适用于多种材料、多种形状、多种零件大小、多种制造工艺和在自动化制造系统内的多种位置。这种高的适应性水平提供作为自动化制造工艺中的关键的组成部分的制造工具。为了实现此目的，制造工具包括真空工具和超声焊接器，该真空工具和超声焊接器作为能够从单一的位置构件操纵的统一的制造工具。制造工具可以用于拾取和定位制造零件例如鞋零件，制造零件然后使用相关联的超声焊接器被焊接或钉住。
[0121]图10描绘了根据本发明的实施方案的示例性的真空工具3100的上至下视图。在各个方面，真空工具3100也可以称为真空驱动式零件保持器、制造工具、多功能制造工具、零件拾取工具/设备和/或零件转移工具/设备；所有的术语在本文中可互换地使用。例如，真空工具3100可以在自动化的(或部分地自动化的)制造工艺中可用于一个或多个零件的移动、定位和/或保持。由真空工具3100操纵的零件可以是刚性的、可锻的或特性的任何组合(例如多孔的、非多孔的)。在一个示例性的方面，真空工具3100具有用于拾取和放置至少部分地由皮革、聚合物、织物、橡胶、泡沫、网丝和/或类似物构建的零件的功能。
[0122]待被真空工具操纵的材料可以具有任何类型。例如，设想本文描述的真空工具适应于操纵(例如拾取和放置)具有各种形状、材料和其他的物理特性的平坦的、薄的和/或轻重量的零件(例如图案切割织物、非编织的材料、网丝、塑料片材材料、泡沫、橡胶)。因此，不同于起作用以操纵重的、刚性的或非多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多种材料(例如轻的、多孔的、柔性的)。
[0123]真空工具3100包括真空发生器3102。真空发生器产生真空力(例如相对于环境条件的低压力梯度)。例如，真空发生器3102可以利用由马达(或引擎)操作的传统的真空泵。真空发生器3102也可以利用文丘里泵产生真空。又另外地，设想也利用空气放大器(也被称为康达效应泵)，以产生真空力。文丘里泵和康达效应泵二者都以把加压的气体转化为对于保持吸入作用有效的真空力的变化原理操作。虽然以下的公开内容将集中于文丘里泵和/或康达效应泵，但是设想真空发生器3102也可以是在真空工具3100本地或远程(通过管路、管道和类似的方式被耦合)的机械真空。
[0124]图1的真空工具3100还包括真空分配器3110。真空分配器3110把由真空发生器3102产生的真空力分配到整个界定的表面区域。例如，待被真空工具3100操纵的材料可以是表面面积为几平方英寸的柔性材料(例如用于鞋面的皮革部分)。作为材料至少是半柔性的结果，用于拾取零件的真空力可以被有利地分散在零件的很大区域上。例如，代替把吸入效应汇聚在柔性零件的有限的表面区域上(一旦在零件下方的支撑部被移除的话(例如当零件被提升时)，这可以导致零件的弯曲或起皱)，把吸入效应分散到更大的区域可以抑制零件的非期望的弯曲或起皱。此外，设想一旦足够的真空被施加的话，集中的真空(非分散的真空力)可能损伤零件。因此，在本发明的一个方面，真空发生器3102产生的真空力经由真空分配器3110被分配在大的潜在的表面区域上。
[0125]在一个示例性的方面，真空分配器3110由半刚性至刚性的材料形成，例如金属(例如铝)或聚合物。然而，设想其他的材料。真空工具3100被设想由被机器人(例如多轴线可编程机器人)响应于从例如零件识别系统接收的指令来操纵(例如移动/定位)。据此，机器人的限制可以针对真空工具3100被考虑在内。例如，可以期望限制真空工具3100(和/或待被在下文讨论的制造工具3310)的重量，以限制与操纵机器人相关联的潜在的大小和/或成本。利用重量作为限制因素，可以有利的是，以特定的方式形成真空分配器以减少重量，同时仍然实现真空力的期望分布。
[0126]在真空工具3100的设计和实施中，可以评估其他的考虑。例如，真空工具3100的期望的刚性水平可以导致加强部分和材料被移除的部分结合到真空工具3100中，如将在下文参照图26讨论的。
[0127]真空分配器3110包括外部顶表面3112和外部侧表面3116。图10描绘了具有实质上矩形的覆盖区的真空分配器。然而，设想可以利用任何覆盖区。例如，可以利用非圆形的覆盖区。在一个示例性的方面，非圆形的覆盖区可以是有利的，因为提供用于操纵多种零件几何构型的较大的可使用的表面区域。因此，与圆形的覆盖区相比，使用非圆形的覆盖区可以允许覆盖区的更大的百分比与所操纵的零件接触。还参照真空工具3100的超出覆盖区的形状，设想如将在下文讨论的，任何三维几何构型可以针对真空分配器3110来实施。例如，可以利用鸡蛋状的几何构型、四棱锥状的几何构型、立方状的几何构型和类似的几何构型。
[0128]图10的示例性的真空分配器3110包括外部顶表面3112和多个外部侧表面3116。真空分配器3110还在各边缘终结，导致第一侧部边缘3128、第二平行侧部边缘3130、前部边缘3132和相反的平行的背部边缘3134。
[0129]图10描绘了分界用于图11的平行透视视图的切割线12-12。图11描绘了根据本发明的方面的沿着真空工具3100的切割线12-12平行的前至后透视剖视视图。除了其他的特征以外，图11描绘了真空分配空腔3140和真空板3150(在本文中有时也被称为“板”)。真空分配器3110和板3150组合来界定形成真空分配空腔3140的空间的容积。真空分配空腔3140是允许气体的无障碍的流动以允许真空力的均等分散的空间的容积。在一个示例性的方面，通过使用有角度的内部侧表面3118来汇聚气体(例如空气)的从板3150至真空发生器3102的流动。如在图11中描绘的，具有四个主要的内部侧表面，即第一内部侧表面3120 (未示出)、第二内部侧表面3122、第三内部侧表面3124和第四内部侧表面3126 (未示出)。然而，设想可以利用其他的几何构型。
[0130]内部侧表面3118从内部顶表面3114朝向板3150延伸。在一个不例性的方面，在内部顶表面和内部侧表面3118之间形成钝角3142。钝角3142在空气从板3150朝向用作真空发生器3102的真空孔3138传递时，提供减少空气的内部湍流的空气真空分配效果。通过使空气的当其进入真空孔3138时的途径成角度，可以使真空分配器3110利用减少的量的材料(例如，导致重量的潜在减少)并且可以通过空气湍流的减少控制空气的流动。角度3144也可以通过内部侧表面3118和板3150的交叉部界定。
[0131]将在下文在图15-24中更详细地讨论的板3150具有内部板表面3152(即顶表面)和相反的外部板表面3158(即底表面)。外部板表面3158适应于接触待被真空工具3100操纵的零件。例如，一般地而言，板3150，或具体而言，外部板表面3158，可以由无伤痕材料形成。例如，铝或聚合物可以用于整体地或部分地形成板3150。此外，设想板3150是半刚性的或刚性的结构以抵抗从由真空发生器3102产生的真空施加在其上的力。因此，板3150可以由具有足够厚度的材料形成以抵抗在被真空发生器3102产生的压力下的变形。此外，设想板3150由部分地依从于待被操纵的物品的材料形成。例如，板3150可以由具有多个由网丝状材料中的空穴界定的孔的网丝状材料(例如织物网丝、金属网丝)构建。
[0132]当真空发生器3102、真空分配器3110和板3150组合地使用时，真空工具3100具有产生吸入力的功能，吸入力把材料朝向外部板表面3158(也被称为制造零件接触表面)拉动，材料被保持紧贴板3150,直到被施加于材料的力小于把材料从板3150排斥的力(例如重力、真空)。在使用中，真空工具3100因此能够接近零件，产生能够暂时地把零件保持为与板3150接触的真空力，把真空工具3100和零件移动至新的位置，并且然后允许零件在新的位置(例如在新的位置，与新的材料接触，在新的制造工艺，和类似的)从真空工具3100释放。
[0133]图12描绘了根据本发明的方面的真空工具3100的沿着图10的切割线12_12的前至后视图。具体地，图12提供了真空发生器3102的剖视视图。如将参照图13更详细地讨论的，在该示例性的方面，真空发生器3102是利用康达效应产生真空力的空气放大器。
[0134]在本实施例中，空气从外部板表面3158经过多个穿过板3150的孔3160被拉动至真空分配空腔3140。真空分配空腔3140被环绕在真空分配器3110和板3150之间，使得如果板3150是非多孔的(即缺乏所述多个孔3160)表面，那么低压力的区域将在真空发生器3102被激活时在真空分配空腔3140中产生。然而，返回至包括所述多个孔3160的实施例，空气被朝向真空孔3138拉动到真空分配空腔3140中，其然后允许空气被拉动到真空发生器3102中。
[0135]图13图示在图12中描绘的真空发生器3102的放大视图。图13描绘了根据本发明的方面的真空发生器3102的沿着图10的切割线12-12切割的聚焦视图。在图13中描绘的真空发生器是康达效应(即空气放大器)真空泵3106。康达效应真空泵在入口 3103注射加压的空气。入口 3103把加压的空气经过内部室3302导向至侧壁凸缘3304。加压的空气利用康达效应围绕侧壁凸缘3304弯曲并且沿着内部侧壁3306流动。作为加压的空气移动的结果，真空力在与加压的空气沿着内部侧壁3306流动的相同的方向产生。因此，吸入的方向向上延伸经过真空孔3138。
[0136]图14描绘了根据本发明的方面的包括多个孔3160的示例性的板3150。虽然板3150被图示为具有矩形的覆盖区，如上文讨论的，但是设想任何几何构型都可以被实施(例如圆形的、非圆形的)，这部分地取决于待被操纵的材料、控制真空工具3100的机器人或位置构件、和/或真空工具3100的部件。
[0137]多个孔3160可以至少部分地按几何构型(例如圆形的、卵形的、球形的、矩形的)、大小(例如直径、半径(例如半径3167)、面积、长度、宽度)、距离元件的偏移(例如偏移3169)(例如距外边缘的距离、距非多孔部分的距离)和节距(例如孔之间的距离(例如节距3168))界定。两个孔的节距被定义为从第一孔(例如第一孔3162)至第二孔(例如第二孔3164)的距离。节距可以按多种方式测量。例如，节距可以从两个孔的最靠近的两个点、从两个孔的表面区域中心(例如圆形孔的中心)、和/或从两个孔的特定特征测量。
[0138]取决于真空工具的期望特性，可以调整与孔相关联的变量。例如，具有低密度的非多孔的材料可以不要求很大的真空力以在正常的操作条件下把材料保持为与真空工具接触。然而，在另一个方面，大的多孔的网丝材料可以要求很大的量的真空力以在正常的操作条件下把材料保持为紧贴真空工具。因此，为了限制被置于系统中的能量的量(例如用于操作康达效应真空泵的加压的空气的量、用于操作机械真空泵的电流)，可以实施孔的优化。
[0139]例如，对于在鞋类、衣服和类似的行业中被操纵的典型的材料来说可能足够的变量可以包括但不限于具有在0.5至5毫米(mm)之间、在Imm至4mm之间、在Imm至3mm之间，1.5mm、2mm、2.5mm、3mm和类似的直径的孔。然而,设想更大和更小直径(或可比较的表面积)的孔。相似地，节距的范围可以在Imm至8mm之间，在2mm至6mm之间，在2mm至5mm之间，3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm和类似的距离。然而,设想更大的和更小的节距测量值。
[0140]此外，设想可变的大小和可变的节距可以在本发明的方面中实施。例如，包括多孔的材料部分和非多孔的材料部分二者的组合零件可以利用不同的变量实现相同水平的操纵。在本实施例中，可以实施导致在待被非多孔的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在待被多孔的材料接触的区域中的更高的真空力的变量。此外，视觉系统或其他的零件识别系统可以结合使用，以进一步确保材料相对于所述多个孔的合适的放置。此外，设想可以利用节距和大小之间的关系以定位所述多个孔。例如，距更大尺寸的孔的节距可以大于距更小尺寸的孔的节距(或反之亦然)。
[0141]一个另外的变量是偏移。在一个示例性的方面，偏移是孔距板3150的外侧边缘的距离。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，沿着前部边缘的偏移可以不同于沿着侧部边缘的偏移。偏移的范围可以从无偏移至8_(或更多)。在实践中，范围在Imm至5_的偏移可以实现本发明的示例性的方面的特性。
[0142]所述多个孔3160可以利用多种制造技术在板3150中形成。例如，可以从板3150打孔、钻孔、蚀刻、雕刻、熔融和/或切割出孔。在一个示例性的实施方案中，板3150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以与所述多个孔的激光切割共同地使用。
[0143]图15-24提供了根据本发明的方面的相似于参照图14讨论的孔变量选择的示例性的孔变量选择。以下的实施例不意图是限制性的，而是代替地在本质上是示例性的。图15描绘了具有5mm的第一偏移和8mm的第二偏移和7mm的节距的非圆形的孔。图16描绘了具有2mm的直径和5mm的偏移和节距的圆形的孔。图17描绘了具有Imm的直径、2mm的节距和4mm和5mm的偏移的圆形的孔。图18描绘了具有2mm的直径、4mm的节距及5mm和4mm的偏移的圆形的孔。图19描绘了示例性的具有4mm的节距和5mm的偏移的几何孔。图20描绘了具有Imm的直径、4mm的节距及5mm和4mm的偏移的圆形的孔。图21描绘了具有Imm的直径、5mm的节距和5mm的偏移的圆形的孔。图22描绘了具有1.5mm的直径、4mm的节距及5mm和4mm的偏移的圆形的孔。图23描绘了具有1.5mm的直径、3mm的节距和4mm的偏移的圆形的孔。图24描绘了具有2mm的直径、3mm的节距及5mm和4mm的偏移的圆形的孔。如上文讨论的，设想形状、大小、节距和偏移可以在任何组合中均一地或可变地改变以实现期望的结果。
[0144]图25描绘了根据本发明的方面的包括真空工具3100和超声焊接器3200的制造工具3310的分解图。不同于参照图10和11讨论的真空工具3100，图25的真空工具3100把多个真空发生器3102、真空分配器3110和真空分配空腔3140结合为统一的真空工具3100。如将在下文讨论的，优点可以通过在真空工具3100的单独的部分中选择性地激活/去激活真空力的能力实现。此外，连续的真空力的更大的控制可以通过具有真空工具3100的分开的部分来实现。
[0145]制造工具3310还包括耦合构件3300。耦合构件3300是制造工具3310 (或真空工具3100或超声焊接器3200，单独地)的允许位置构件(未示出)操纵制造工具3310的位置、高度和/或取向的特征。例如，耦合构件3300可以允许制造工具添加到计算机数字控制(CNC)机器人中，机器人具有一系列的在非瞬时的计算机可读介质上实施的指令，当指令被处理器和存储器执行时使CNC机器人执行一系列的步骤。例如，CNC机器人可以控制真空发生器3102、超声焊接器3200、和/或响应于从零件识别系统接收的指令制造工具3310被定位至其的位置。耦合构件3300可以因此允许制造工具3310到位置构件例如CNC机器人的暂时的或永久的耦合。
[0146]如上文讨论的，本发明的方面可以以最小化质量的目的形成制造工具3310的各部分。据此，图25的多个真空分配器3110包括减少的材料部分3113。减少的材料部分3113消除原本可能是均一的外部顶表面的部分。引入减少的材料部分3113减少制造工具3310的重量以允许利用潜在地更小的位置构件，这可以节约空间和成本。设想关于真空工具3100的另外的用于减少的材料部分3113的位置(例如侧部、底部、顶部)。
[0147]然而，本发明的方面可以期望保持当被单一的耦合构件3300支撑时所述多个真空分配器3110的一定刚性水平。为了保持刚性的水平同时仍然引入减少的材料部分3113，也可以引入加强部分3115。例如，加强部分3115可以从一个真空分配器3110延伸至另一个真空分配器3110。又另外地，设想在本发明的方面，由于相似的基本原理，可以在紧邻于耦合构件3300处包括加强部分3115。
[0148]为了例证性的目的，在图25中，板3150从所述多个真空分配器3110分离。作为结果，内部板表面3152是可查看的。传统地，内部板表面3152与所述多个真空分配器3110的底部部分匹配，形成气密的结合。
[0149]真空工具3100包括多个真空发生器3102、真空分配器3110和相关联的真空分配空腔3140。设想任何数量的每个装置可以在真空工具3100中利用。例如，设想10、8、6、4、
2、1或任何数量的单元可以被组合以形成紧密结合的真空工具3100。此外，可以形成任何覆盖区。例如，虽然在图25中描绘了矩形的覆盖区，但是设想正方形的、三角形的、圆形的、非圆形的、与零件匹配的形状或类似的形状可以可选地实施(例如，单元可以是模块化的，使得取决于待被操纵的材料，另外的单元可以被添加到真空工具3100或从真空工具3100移除。耦合机构可以把第一真空分配器3110与一个或多个另外的真空分配器3110耦合以形成真空工具3100)。此外，真空发生器3102和/或真空分配器3110的大小可以在各方面变化(例如非均一的)。例如，在一个示例性的方面，在对于具体的应用需要较大密度的真空力的情况下，可以利用较小的真空分配器，并且在需要较小密度的真空力的情况下，可以实施较大的真空分配器。
[0150]图25-34描绘了示例性的制造工具3310 ;然而，应理解，根据每个方面，可以加入或移除一个或多个部件。例如，每个方面包括超声焊接器3200和真空工具3100，但是设想可以全部共同地消除超声焊接器3200。相似地，设想一个或多个另外的超声焊接器3200可以与各种方面共同地实施。此外，设想也可以包含另外的特征。例如，零件识别系统、粘合剂施加器(例如喷雾、辊、热熔和其他的施加方法)、机械紧固部件、压力施加器、固化装置(例如紫外光、红外光、热量施加器和化学物质施加器)、激光、热焊接器、电弧焊接器、微波、其他的能量集中紧固装置、和类似的装置也可以在示例性的方面整体地或部分地结合。例如，上文提及的紧固工具(例如粘合剂施加器、机械紧固件、焊接器和类似的工具)中的任何一种可以与本文讨论的超声焊接器共同地或代替本文讨论的超声焊接器使用。因此，方面设想可选择的与一个或多个真空工具共同地使用的紧固工具。
[0151]超声焊接器3200，在一个示例性的方面，包括由超声焊接头3210(也可以被称为超声焊极)、转换器3220(也可以被称为压电换能器)和升压器(未标记)构成的堆叠体。超声焊接器3200可以还包括电子超声发生器(也可以称为电力供应部)和控制器。电子超声发生器可以用于传送具有匹配堆叠体(例如焊接头、转换器和升压器)的谐振频率的频率的高功率交流电信号。控制器控制超声能量从超声焊接器向一个或多个零件的传送。
[0152]在堆叠体内，转换器把从电子超声发生器接收的电信号转换为机械振动。升压器修改来自转换器的振动的振幅。超声焊接头把机械振动施加于待被焊接的一个或多个零件以附接所述一个或多个零件。附接可以是暂时的或永久的。例如，可以利用暂时的附接以把零件保持在预期另外的零件被加入和/或附接的位置中。超声焊接头包括适应于接触零件的远端端部3212。例如，远端端部3212可以形成为有效地把机械振动传输至零件，同时限制针对具体的焊接所必要的必需的时间、压力和/或表面积。例如，远端端部可以适应于导致对于待被焊接的材料的特定大小的焊接头部焊点大小。超声焊接头部焊点大小可以在Imm至8mm的直径范围内，或具体地直径在/约4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、和/或6.5mm。此外，可以实施各种超声焊接频率，例如15kHz至70kHz。在一个示例性的方面，焊接频率可以是 15kHz 至 35kHz、25kHz 至 30kHz、26kHz、27kHz、28kHz、和 / 或 29kHz。可以改变各种其他的电力使用变量。例如，功率消耗可以还包括超声焊接器的瓦特数。瓦特数可以基于材料、时间、压力、厚度、焊透深度等等来调整。在一个示例性的方面，瓦特数可以是约300瓦特。
[0153]超声焊接器3200可以定位在相对于真空工具3100的多个位置处。例如，超声焊接器可以定位在沿着真空工具3100的周界的任何位置处。此外，设想超声焊接器3200从真空工具3100的周界偏移任何距离。在一个示例性的方面，超声焊接器3200定位为沿着周界紧邻于耦合构件3300以最小化在从真空过渡至焊接时制造工具3310的移动。此外，设想在围绕真空工具3100的多个位置处利用多个超声焊接器3200，以进一步减少制造工具3310的行进时间。又另外地，设想一个或多个超声焊接工具集成到真空工具3100中。例如，超声焊接器可以集成在两个分立的真空分配器之间的位置处(例如减少的材料部分3113的位置);使得超声焊接器3200可以从真空工具3100的顶部表面延伸经过至外部板表面3158。因此，设想任何紧固工具(例如超声焊接器)可以在相对于真空工具的任何位置和任何取向经过外部板3158延伸经过真空工具的顶表面。如将参照图34更详细地讨论的，也可以实施偏置机构，以允许真空工具3100的各部分施加比被超声焊接器3200利用的更大的压缩力(例如，以提供待被焊接的零件的稳定)。
[0154]图26描绘了根据本发明的方面的在上文在图25中描绘的制造工具3310的上至下视图。图26的俯视透视图提供了多个真空分配器3110的用于形成真空工具3100的潜在取向的示例性的视图。如将在下文参照图29讨论的，可以选择性地激活和/或去激活各种真空发生器3102/真空分配器3110组合，以操纵具体的零件。
[0155]图27描绘了根据本发明的方面的在上文在图25中描绘的制造工具3310的侧视透视图。焊接头3210的远端端部3212延伸至外部板表面3158界定的平面下方。作为远端端部3212延伸超出平面的结果，远端端部3212可以接触材料，而没有来自制造工具3310的真空工具3100部分的干扰。然而，设想远端端部3212延伸至与外部板表面3158平面近似地齐平。此外，设想远端端部3212不延伸经过被外部板表面3158平面界定的平面。在本实施例中，设想真空工具3100可移动地耦合于耦合构件，从而允许外部板表面3158平面相对于远端端部3212移动(例如，偏置机构，例如弹簧和/或气动元件，可以允许一旦足够的压力被施加于外部板表面3158，外部板表面3158平面向上移动)。又另外地，设想远端端部3212 (和/或一般地，超声焊接器3200)在制造工具3310上取向为使得位置构件围绕轴线的旋转把材料操纵平面从由外部板表面3158平面界定的平面改变为由远端端部3212界定的平面(例如，真空工具3100从平行于正在被操纵的材料旋转，直到超声焊接器3200垂直(或任何可接受的角度)于待被焊接的材料)。换句话说，设想代替利用χ-y-z移动把远端端部3212定位在合适的位置中，可以实施围绕X轴、Y轴和/或Z轴的旋转，以定位远端端部3212。
[0156]图28描绘了根据本发明的方面的包括六个分立的真空分配器3110的制造工具3310的分解透视图。板3150在该示例性的方面被描绘为具有多个孔3160和无孔部分3170。无孔部分3170是孔不延伸穿过其的板3150的一部分。例如，沿着两个真空分配器3110在其处汇聚的片段，板3150可以包括无孔部分3170以防止在两个相关联的真空分配空腔3140之间的真空的交叉馈入。此外，设想无孔部分3170可以沿着板3150在其中结合(暂时地或永久地)于真空分配器3110的一个或多个部分的片段延伸。又另外地，设想一个或多个无孔部分集成到板3150中以进一步控制沿着外部板表面3158分散的真空力的布置。此外，可以在意图与材料的可锻(和其他的特性)部分接触的区域中实施无孔部分3170，该材料的可锻(和其他的特性)部分可能对由一个或多个孔转移的真空的施加不良好地反应。
[0157]图29描绘了根据本发明的示例性的方面的在上文参照图28讨论的制造工具3310的上至下透视图。具体地，六个分立的真空工具部分标识为第一真空部分3402、第二真空部分3404、第三真空部分3406、第四真空部分3408、第五真空部分3410和第六真空部分3412。在本发明的一个示例性的方面，可以选择性地激活和去激活一个或多个真空部分。应理解，该功能可以应用于本文提供的所有方面，但是为了简洁原因仅参照本图29进行讨论。
[0158]图30描绘了根据本发明的方面的图28的制造工具3310的侧视透视图。
[0159]图31描绘了根据本发明的方面的包括真空工具3100和超声焊接器3200的制造工具3310。具体地，图31的真空工具3100是文丘里真空发生器3104。文丘里真空发生器，相似于康达效应真空泵，利用加压的空气产生真空力。图31的真空工具3100不同于上文讨论的图的真空工具3100，因为图31的真空工具3100利用单一的孔，这与具有多个孔的板相反。在一个示例性的方面，到单一的孔的真空力的集中可以允许更高程度的集中的零件操纵。例如，可以不要求多部分真空工具的甚至整个单一部分激活的小零件可以受益于由图31的单一孔真空工具操纵。然而，另外的方面设想利用具有不意图接触待被操纵的零件/被待被操纵的零件覆盖的多个孔的板(例如，导致可能传统上非期望的失吸现象)。
[0160]图31的单一孔真空工具利用杯状物3161把真空力从文丘里真空发生器3104转移至被操纵的零件。杯状物3161具有适应于接触零件的底部表面3159。例如，底部表面的表面光洁度、表面材料或大小可以适合于接触待被操纵的零件。底部表面3159可以界定与例如上文讨论的从图27的外部板表面3158界定的平面相似的平面。据此，设想超声焊接器3200的远端端部3212可以相对于底部表面3159的平面界定。
[0161]设想可以基于待被操纵的零件调整杯状物3161。例如，如果零件具有某个形状、孔隙率、密度和/或材料，那么可以利用不同的杯状物3161。
[0162]虽然将真空工具3100和超声焊接器3200的两个组合描绘为形成图31的制造工具3310，但是设想可以实施任何数量的特征。例如，多个真空工具3100可以与单一的超声焊接器3200结合使用。相似地，设想多个超声焊接器3200可以与单一的真空工具3100结合实施。此外，设想各种类型的真空工具可以相结合地实施。例如，制造工具3310可以包括单一孔的真空工具和多个孔的真空工具(例如图31)。又另外地，设想一个或多个单一孔的真空工具与一个或多个孔的真空工具和一个或多个紧固工具耦合。据此，可以组合任何数量的特征(例如工具)。
[0163]图32描绘了根据本发明的方面的图31的制造工具的上至下透视图。
[0164]图33描绘了根据本发明的方面的图31的制造工具的侧视透视图。可以针对制造工具3310调整偏移距离3169。偏移距离3169是超声焊接器3200的远端端部3212和杯状物3161之间的距离。在一个示例性的方面，距离3169被最小化以减少制造工具3310从放置零件至焊接零件的行进位移。然而，在另一个示例性的方面，距离3169被保持足够的距离以防止操纵或焊接操作中被其他的工具部分的干扰。
[0165]图34描绘了根据本发明的方面的包括单一的孔3160和超声焊接器3200的制造工具3310的切割侧透视图。图34的制造工具3310包含可移动的耦合机构，通过可移动的耦合机构，允许超声焊接器3200在垂直于底部表面3159所界定的平面的方向滑动。为了实现该示例性的可移动的耦合，实施偏置机构3240，以调节远端端部3212施加在零件上的压力的量，而不考虑经由耦合构件3300在同一个方向施加的压力。在该实施例中，凸缘3214在与偏置机构3240相反的通道中滑动。虽然将弹簧类型部分图示为偏置机构3240，但是设想可以实施(例如重力、平衡锤、气动、液压、压缩、拉伸、弹簧和类似的)任何机构。
[0166]在使用中，设想制造工具3310可以在零件上施加大于对于零件被超声焊接器3200焊接必需的力。作为结果，更大的力对于在焊接操作期间保持零件可以是有效的，并且偏置机构3240可以用于施加对于目前的焊接操作合适的压力。此外，设想偏置机构也可以用作阻尼机构以减少当接触物体(例如零件、工作表面)时制造工具3310的一个或多个部分经历的冲击力。
[0167]在使用中，设想制造工具3310可以在零件上施加大于对于零件被超声焊接器3200焊接必需的力。作为结果，更大的力对于在焊接操作期间保持零件可以是有效的，并且偏置机构3240可以用于施加对于目前的焊接操作合适的压力。例如，设想偏置机构3240可以允许远端端部3212在一定的距离范围内移动。例如，范围可以包括Imm至10mm、3-6mm、和/或约5_。此外，设想偏置机构也可以用作阻尼机构以减少当接触物体(例如零件、工作表面)时制造工具3310的一个或多个部分经历的冲击力。
[0168]又另外地，设想代替利用偏置机构(或除了利用偏置机构之外)，可以基于待结合的材料调整超声焊接器3200(或任何紧固装置)施加的力的量。例如，对于待结合的材料，可以允许确定的百分比的压缩，使得可以调整远端端部距板底部表面的偏移高度，以允许针对具体的材料的确定水平的压缩。在实践中，与将不允许相同的压缩量的非高度可压缩的材料相比(通过大小或力测量)，高度可压缩的材料可以允许紧固工具的远端端部和真空板的底部表面之间的更大的距离。
[0169]此外，设想真空工具3100正可选择地或另外地实施偏置机构。例如，在本发明的一个示例性的方面，可以期望真空工具3100施加的压力的量小于远端端部3212施加在零件上的压力。作为结果，可以采用偏置机构3240的形式，以通过真空工具3100把压力可控地施加至零件上。
[0170]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范围可以从350克至2500克。例如，设想远端端部施加在零件上的力的量可以在偏置机构行进的距离的量增加时增加。因此，(例如，基于偏置机构的系数的)关系可以基于行进的距离决定施加的压力的量。在示例性的操作中，例如在焊接操作期间固定基部材料、网丝材料和外皮，可以施加约660克的力。然而，设想可以利用更多的或更少的力。
[0171]图35描绘了根据本发明的方面的用于利用包括真空工具3100和超声焊接器3200的制造工具3310接合多个制造零件的方法32600。块32602描绘了定位制造工具3310使得真空工具3100紧邻于第一零件的步骤。如本文所使用的，术语紧邻可以指包括在…处、在…上和接近的物理关系。例如，当制造工具到一位置的距离在制造工具的长度或宽度内时可以认为制造工具是紧邻于该位置的。此外，设想当制造工具在被定义为在待被操纵的零件的公差内的位置处时制造工具是紧邻于该位置的。制造工具3310的定位可以由位置构件实现，如上文讨论的。进而，位置构件可以与零件识别系统通信，其基于第一零件的图像分析指示制造工具的放置。
[0172]块32604描绘了产生被转移经过真空工具3100的底部表面的真空力的步骤。例如,可以激活真空发生器3102中的一个或多个(例如，作为整体、选择性地)，以产生导致把零件吸引至图28的外部板表面3158(或图31的底部表面3159)的吸入效应的真空力。如上文讨论的，设想可以选择性地激活(或去激活)一个或多个真空部分，这取决于真空力的期望量和真空力的期望位置。
[0173]块32606描绘了暂时把第一零件保持为与真空工具3100的至少一部分接触的步骤。因此，一旦真空施加于零件并且零件被吸引至真空工具3100，那么将零件保持为与真空工具3100接触，使得如果真空工具移动(或零件的下面的支撑表面移动)，那么零件将与真空工具保持在一起。在这种情况下利用术语“暂时”，从而不暗示要求很大的努力以把零件从真空工具分离的永久的或其他方式的显著的结合。代替地，零件被“暂时地”保持持续足够的真空力被施加的持续时间。
[0174]块32608描绘了把第一零件转移至第二零件的步骤。第一零件可以通过制造工具3310的移动而转移。制造工具的移动可以由位置构件实现，如上文讨论的。进而，位置构件可以与零件识别系统通信，其基于例如第二零件的图像分析指示第一零件到第二零件的转移。此外，设想第一零件的转移可以通过第二零件到第一零件的移动实现(例如，下面的传送器系统把第二零件朝向第一零件带动)。
[0175]块32610描绘了把第一零件从真空工具3100释放的步骤。例如，设想停止通过一个或多个真空发生器3102产生真空压力足以导致第一零件的释放。此外，设想不足以在真空发生器3102中产生真空(例如，不足以利用康达效应)但是可以实施足以导致释放零件的一阵空气。
[0176]此外，设想第一零件的释放还包括激活对抗真空工具3100的真空压力的另一个机构。例如，与真空工具3100相对的工作表面(例如传送器、桌子顶部)可以产生对抗真空工具的真空的真空压力。这可以允许当真空工具再次过渡至新的位置时零件的精确的放置和保持。对抗的真空压力可以使用机械真空(例如鼓风机)产生，因为循环的断开和接通可以不需要与真空工具3100相同的速率。
[0177]在本发明的一个示例性的方面，设想工作表面真空和真空工具真空可以具有以下的用于示例性的工艺的接通/断开关系，如在以下的表格中描绘的。虽然说明了示例性的工艺，但是设想另外的工艺可以代替或在工艺内再布置。此外，制造表面，如本文所使用的，指代可移动的物品，该可移动的物品可以形成用于初始地固定、保持、对准或以其他方式辅助来源于被操纵的零件的产品的制造的基部。
[0178]简化操作表格
[0179]
【权利要求】
1.一种用于在鞋制造工艺期间以自动化的方式定位和组装鞋零件的方法，所述方法包括:接收描绘附接鞋零件的二维表示的图像，所述附接鞋零件待被附接于基部鞋零件，其中所述附接鞋零件的二维表示包括被识别的至少一个基准特征；通过把所述图像实质上匹配于基准图像来确定所述图像的标识，所述基准图像具有至少一个预确定的基准特征；确定所述图像的对应于所述至少一个预确定的基准特征的像素坐标；通过计算机处理器把所述图像的所述像素坐标转换成几何坐标系的几何坐标，所述几何坐标系映射所述附接鞋零件被定位在其内并且多功能制造工具在其内操作的三维空间；通过分析描绘所述附接鞋零件将被附接至的所述基部鞋零件的二维表示的不同图像，确定所述几何坐标系的另一个几何坐标；通过所述多功能制造工具把所述附接鞋零件转移至所述另一个几何坐标，由此把所述附接鞋零件移动至所述三维空间中的一位置，所述附接鞋零件待在该位置处附接于所述基部鞋零件；以及通过所述多功能制造工具把所述附接鞋零件附接于所述基部鞋零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述附接鞋零件的二维表示包括具有周界的二维形状，并且其中所述附接鞋零件的二维表示的所述至少一个基准特征与所述周界相关联。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述图像的标识还包括:把所述图像的所述至少一个基准特征与所述基准图像的至少一个预确定的基准特征实质上匹配，其中所述基准图像存储在数据存储部中，并且其中所述数据存储部存储多个基准图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中把所述附接鞋零件转移至所述另一个几何坐标包括:利用所述多功能制造工具的真空驱动式零件保持器转移所述附接鞋零件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中把所述附接鞋零件附接于所述基部鞋零件包括利用所述多功能制造工具的超声焊接头把所述附接鞋零件附接于所述基部鞋零件。
6.一种利用对制造零件的自动识别和包括真空驱动式零件保持器和超声焊接头的制造工具定位和接合多个制造零件的方法，所述方法包括:自动地识别所述多个制造零件的第一制造零件被定位在其内并且所述制造工具在其内操作的三维空间；自动地识别所述多个制造零件的第二制造零件的位置；基于所述第一制造零件的识别的位置，定位所述制造工具，使得所述真空驱动式零件保持器紧邻于所述多个制造零件的所述第一制造零件；产生被传递经过所述真空驱动式零件保持器的底部表面的真空力；暂时地把所述第一制造零件保持为与所述真空驱动式零件保持器的至少一部分接触；基于所述第二制造零件的位置，把所述第一制造零件转移至所述多个制造零件的所述第二制造零件；把所述第一制造零件从所述真空驱动式零件保持器释放；定位所述制造工具，使得所述超声焊接头在所述第一制造零件接触所述第二制造零件之处紧邻于所述第一制造零件；以及通过所述超声焊接头施加超声能量，其中所述超声能量对于把所述第一制造零件与所述第二制造零件接合是有效的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中自动地识别所述第一制造零件被定位在其内并且所述制造工具在其内操作的所述三维空间包括:接收描绘所述第一制造零件的二维表示的图像，其中所述二维表示包括被识别的多个基准特征；确定对应于所述多个基准特征的像素坐标；以及通过计算机处理器把所述图像的所述像素坐标转换至几何坐标系中的几何坐标。
8.根据权利要求7所述的方法，其中自动地识别所述第二制造零件的位置包括:通过分析描绘所述第一制造零件将被附接至的所述第二制造零件的二维表示的图像，确定所述几何坐标系中的多个其他的几何坐标，其中所述多个其他的几何坐标包括零件位置坐标和零件附接坐标。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括选择性地激活所述真空驱动式零件保持器的第一部分，以仅在所述第一部分处产生真空力。
10.根据权利要求6所述的方法，还包括选择性地去激活所述真空驱动式零件保持器的第一部分，以释放所述第一制造零件。
11.一种在鞋制造工艺期间以自动化的方式定位和附接鞋零件的系统，所述系统包括:图像记录器，所述图像记录器记录描绘附接鞋零件的二维表示的图像，所述附接鞋零件待被附接于基部鞋零件；计算机存储介质，所述计算机存储介质具有存储在其上的计算机可执行的指令，所述计算机可执行的指令在被执行时使计算装置:(A)识别所述附接鞋零件的所述二维表示的多个基准特征，(B)确定所述图像的对应于所述多个基准特征的像素坐标，(C)把所述图像的所述像素坐标转换为几何坐标系中的几何坐标，所述几何坐标系映射所述附接鞋零件被定位在其内并且制造工具在其内操作的三维空间，以及(D)通过分析所述基部鞋零件的不同图像确定所述几何坐标系中的另一个几何坐标；并且所述制造工具包括:(A)真空驱动式零件保持器，其具有适于接触所述附接鞋零件的底部表面，以及(B)被耦合于所述真空驱动式零件保持器的超声焊接头，所述超声焊接头包括适于接触所述附接零件的远端端部，使得所述远端端部至少延伸至通过所述真空驱动式零件保持器的底部表面界定的平面，其中所述另一个几何坐标被通知给所述制造工具并且所述制造工具把所述附接鞋零件转移至所述另一个几何坐标，由此把所述附接鞋零件移动至所述三维空间中的一位置，所述附接鞋零件待在所述位置处被附接于所述基部鞋零件。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括另一个图像记录器，其中所述基部鞋零件的所述不同图像由所述另一个图像记录器记录。
13.根据权利要求11所述的系统，还包括发光装置，所述发光装置在所述图像被记录时把背光提供至所述附接鞋零件。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述制造工具还包括位置构件，其中所述位置构件耦合于所述真空驱动式零件保持器或所述超声焊接头，并且控制所述真空驱动式零件保持器和所述超声焊接头二者的移动。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述真空驱动式零件保持器包括真空板，所述真空板具有延伸穿过内部板表面和所述底部表面的多个孔。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述真空驱动式零件保持器包括延伸穿过所述底部表面的单一孔。
17.根据权利要求11所述的系统，还包括把电信号转换为机械振动的转换器，所述机械振动经由所述超声焊接头传递至所述制造零件。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括电子超声发生器，所述电子超声发生器产生具有适于所述超声焊接头和所述转换器的频率的交流电流。
19.根据权利要求11所述的系统，其中，在同一时刻，所述真空驱动式零件保持器或所述超声焊接头中仅有一个可用于预期目的。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，在同一时刻，所述真空驱动式零件保持器和所述超声焊接头二者均可用于它们的各自的预期目的。
【文档编号】G06F19/00GK104054082SQ201280066818
【公开日】2014年9月17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, 琼明峰, 廖长柱 申请人:耐克国际有限公司