CN102686322A - 流体分配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体分配器(6)，其中确定并执行回退距离，从而在取决于注射器式分配器中剩余流体(8)的依序分配准确、精确流体量时防止漏液。该流体的特性如粘度、表面张力等等影响回退距离，所述回退距离可以基于流体类型、注射器中剩余流体量和待分配量来探索确定。一旦知道流体特性，处理器载入新的驱动和回退步数到电动机控制器，分配可自动完成。

Description

流体分配系统
技术领域
本发明涉及一种流体分配系统及其使用方法。优选地，本发明涉及大范围不同粘性流体的应用，其中流体分配量的精度和准确性十分重要。
背景技术
对制造业者和其他以高效、准确和精确的流体量分配来支撑高质量产品的厂商和其他群体而言，稳定的、可控的和准确地分配不同粘性的流体一直是长期存在的问题。
这里“准确(accurate)”是指分配量有多准确，“精确(precise)”是指分配量的重复性如何。
这里术语“点(dot)”或者“滴珠(bead)”是指流体分配的量，“流体(fluid)”是指液体或者如液体那样反应的悬浮液。
在产品制造环境中，准确控制分配的流体量很重要。例如，如果分配的粘合剂太少，组件将不会有高质量产品的结构完整性；太大的点或者滴珠和超额量会渗出，且与其他区域产生不希望的接触和/或呈现难看的成品。此外，低粘性流体在分配点或滴珠后会渗漏。为控制这种渗漏，控制器可结合回退功能。在控制器向前移动注射器活塞一段设定的距离以分配点或滴珠的例子中，控制器接着会反向或者“回退”活塞运动以产生局部真空来防止流体渗漏。
已知的流体分配器可以包括带有气压(气动)驱动注射器活塞的注射器。这些系统经常会漏液并失去空气和真空(负)压，结果造成不精确和不准确的点和滴珠。
气动分配器通过在活塞后产生真空来完成回退。活塞后的正空气压力驱动活塞向前分配流体，接着真空或负空气压力替代正空气压力，致使活塞运动停止和反向以从针口吸回流体，防止漏液。这种系统使用多重阀和螺线管。
在机械式系统中，通过反转电动机(motor)一段预定距离产生回退。但是，当流体分配时，一段预定的回退距离不能解决流体的减少和注射器中活塞后部空气空间的增加。已发现由于活塞后面空气空间变化，预定的距离导致不同压力变化，当注射器流体耗尽时配送了不准确、不精确的流体量。
发明内容
本发明公开了一种液体分配系统和方法，其用于在储藏器变为耗尽时，从储藏器中的孔中准确、精确分配具有各种粘性的流体的点和滴珠。使用本发明的方案能够准确和精确的分配例如水，环氧树脂，硅树脂、粘合剂、焊料膏，预充填盒等等。
作为例示说明，分配器可以是一种常规的注射器，包括在筒中的活塞和具有远端开口的针。注射器可以设置在固定的分配站或手持设备中。分配器由基于微处理器的控制器控制，从而可以依据流体特性(粘度、表面张力等等)、包括筒的长度和内部直径的注射器尺寸、分配体积、分配速率等等来编制程序，准确、精确地分配流体体积。
术语“控制器”是指设置在设备壳体中的可编程处理器或者微处理器计算机组装设备，当由此编制程序时，控制器决定分配周期的持续时间以及由此决定点或滴珠的尺寸。控制器可用于决定路径和点或滴珠模式的配置。
如上所述控制器可编程驱动活塞向前分配点或滴珠，由此控制器驱动活塞后退一距离以防止通过针的漏液。最理想的情况下，在回退后流体撤回活塞针开口，形成弯月面。其他情况相同情况下，由于不同流体的粘度和表面张力不同，回退距离相应不同。但是，已经发现注射器中的剩余流体也影响着最佳回退距离。
例如，一个充满的注射器可含有10cc，通过步进电动机驱动活塞，100步送出0.05cc的点尺寸。如果从注射器中分配该0.05cc，针对每个这样的点的电动机的净移动为100步。从带回退的装满的注射器中进行分配的物理操作可驱动电动机向前125步，然后反向(回退)25步。如果流体正好在针开口处净移动将为100步且分配了的精度为0.05cc点。
本发明的优选实施例中控制器可驱动步进电动机或伺服电动机(具有适当的轴编码器或者其它位置感应设备)，但也可以使用其他电动机。电动机可驱动导螺杆或者其它类似设备将电动机的旋转运动转换为直线运动。而且，驱动活塞前进或者后退的手段可以是任何类似设备，其能够依据本发明记载控制运动的准确性和精确性。不考虑驱动设备，执行时计算机程序驱动活塞前进和后退以匹配本发明记载的驱动前进/回退曲线(profile)。
此外，已发现当注射器内容物耗尽时，获得准确、精确点的回退距离典型地减少。例如，上述例子中当仅剩1cc留存在注射器中时，分配0.05cc点可能需要电动机向前驱动活塞110步和回退10步。作为例示说明，针对不同流体和点尺寸的回退距离曲线(电动机步距形式)可以探索确定，当注射器中的剩余物变化时驱动前进/回退曲线在步数或持续方式上发生变化。作为例示说明，回退距离相对于分配的流体类型、点大小和注射器中的流体量可存储在控制分配驱动的计算机系统中。即，分配注射器第一个25％容量的回退距离可设为一个值，接着分配下一个25％用不同的值，然后分配下一个25％用第三个值，分配注射器中最后的内容物用第四个值。但在其它应用中，回退距离可以依据每个后续分配量连续地变化。
对于本领域的技术人员而言，尽管以下详细说明将参照示出的实施例、附图和使用方法进行，但并不意味本发明限于这些实施例和使用方法。相反，本发明具有宽广的范围，且仅由伴随的权利要求书所限定。
附图说明
将参考随后的附图描述本发明下述实施例，其中：
图1为固定位置分配器的方框图；
图2A至2C为分配期间活塞位置图；以及
图3为分配操作流程图。
具体实施方式
图1示出具有控制器2和分配单元4的分配系统，驱动装有待分配的流体8的注射器6。分配单元4可包括手持设备或者固定设备作为工作站(未示出)的一部分。分配单元可包括电动机，例如附有电子装置的步进电动机，其中该步进电动机能够双向7操作注射器。该步进电动机典型地由控制器2中的I/O(输入/输出)接口10控制。
此处作为示例性说明讨论步进电动机系统，但是具有附接的或者集成相或其他类型位移编码器的模拟伺服系统可以在其它应用中与合适的电子装置一起使用。
控制器2包括一个人机界面，如触摸屏12或者其它已知的用于输入命令和显示状态、信息等等的有线或无线装置。例如，可以使用小键盘或者完整键盘。其它指示器14如LED，连同微处理器或DSP(数字信号处理器)16或者其等效物如门阵列等等一起装在控制器2中。存储器18可包括缓冲器、高速缓存和装有执行代码的主存储器。在一些应用中可以使用快闪存储器20。快闪存储器20可装载从主存储器加载和执行的操作系统软件。这种情况下，作为软件保护手段，可移除闪存20从而不会有系统软件留存在控制器2中。
此外，可使用电子装置22与网络24通讯。网络可以为局域或者广域的(英特网)，从而主机26可以被通知或者主动监测分配单元的状态和可操作性，并且可以通过网络下载更新软件和信息。
附图2A示出当注射器6中净点大小的流体8被在针31末端的针孔30处分配时活塞32移动的例子。例如，净点大小可为0.05cc并且需要100步电动机步距来分配0.05cc。当活塞32在位置A时，注射器是满的。系统将驱动活塞125步到位置B，然后反向后退25步到位置C。净结果为活塞向前移动100步以分配0.05cc。分配下一个0.05cc从位置C驱动电动机125步到位置D，然后后退25步到位置E。再一次净结果为向前100步和分配0.05cc。当注射器内容物耗尽时，活塞将位于位置G。此处，当分配0.05cc时，活塞移动115步到位置H，然后回退15步到位置I。活塞仍然向前净移动100步。当活塞32位于位置M，回退仅5步到位置O-再一次分配0.05cc。
控制器初始知道将清空注射器的净电动机步数。因此，当分配流体时控制器知道注射器中剩余的流体量。
图2B示出上述例子。在每种情况中，通过活塞净前进100步，分配量将为0.05cc。当活塞位于位置X时，回退减少至15步，在位置Y处回退减少至5步。
图2C示出曲线40，其中对于每次相同的分配量，由于注射器中流体量减少，回退可连续变化。
注意，图2A、B和C中的数字用于每种情形下例示出分配的流体的例示体积。当流体类型改变时，数字和曲线都可以改变，并且当分配量改变时数字和曲线可以再次改变。每种情况下，针对每种液体类型，每一分配量和注射器中剩余的内容物，可以采用探索的方式确定数字。
图2A、2B和2C中，每个例子中，通过驱动步进电动机100步分配特定量(0.05cc)的流体。但是可以分配其他量并生成回退曲线族。参考图2B和2C，如果仅分配0.025cc流体，可以应用步进曲线41或者连续曲线42。
在一些应用中每一后续分配的分配量可以不同。例如，若分配一系列具备以下大小的点：0.05cc；0.025cc；0.05cc等等，每次分配的回退将在图2B的轨迹43和41以及图2C的轨迹40和42之间交替。因此，可以在相序的步骤中分配不同量，其中执行来自曲线族的不同曲线以确定每个分配的点的回退步数。该种情况下，控制器将从曲线族中选择可应用的回退曲线以用于正在分配的每一特定的点。
回退量可保存在控制器存储器中的表或曲线中，并在每次分配点时进行参照。示出的表或者曲线特定于流体类型(它的特性)，注射器中剩余的流体量(活塞位置)，以及待分配量。
图3示出了分配过程的流程图。注射器装满50时，从分配器请求一个给定点大小(或体积)。控制器将点大小转换为前向步进电动机涉数，并将该数量加上回退量送到分配单元。活塞移动54需要的步数，控制器命令步进电动机向后移动回退步数56。步进电动机遵从。在命令步进电动机后退移动之前可能会有时序延迟。对每一应用任何时序延迟可通过探索确定。
参考图2A和3，如果图3的过程执行图2A的步骤顺序，则其自动这么做。也就是说，对注射器柱塞32的每一位置，一旦知道分配的步数和回退步数，操作将自动运行。柱塞在位置A且需要另一分配时，处理器将载入125步和25步回退，从而电动机驱动将遵循指令最终使柱塞位于点C。一旦处于位置C，处理器可自动载入125步和25步回退以驱动柱塞到位置D，接着到位置E。一旦处于位置E并且需要另一分配时，处理器将自动载入115步和15步回退，且电动机将驱动柱塞到位置I。注意到操作自动发生，并将按照已经预定的分配曲线做下去。
当活塞停在新位置58时，它可能足够靠近行进的末端，没有流体可以分配。如果完成60，操作停止64。如果没有62，则分配在54继续。
应当了解的是此处提出的上述实施例是作为范例，且可能有很多变动和替换。因此，本发明应广泛视为仅在随后附加的权利要求书中界定。

Claims (14)

1.一种流体分配器，包括：
储藏器，其保持流体，配置活塞用于驱动所述流体；
孔，从所述孔中分配所驱动的流体；
电动机，耦连至所述活塞，其中所述电动机双向驱动所述活塞；其中驱动所述活塞前进的距离确定被分配的流体的量，以及因此确定在所述储藏器中剩余的流体的量，并且驱动所述活塞后退的距离确定回退距离，其中选择所述回退距离以在所述孔处的或靠近所述孔的可反复位置处保持所述流体时防止流体泄漏；
计算机处理器以及保存有程序和与所述储藏器中的流体的量、被分配的量和回退距离相关的数值曲线的存储器，其中当所述程序执行时，所述计算机处理器驱动所述电动机向前以分配给定量的流体，然后按所述曲线所确定地驱动所述电动机后退。
2.如权利要求1的流体分配器，其中所述计算机处理器自动地加载注射器活塞按照所述曲线移动的下一次前进步数和回退步数。
3.如权利要求1的流体分配器，其中所述储藏器包括注射器，所述孔包括带有开口的针，并且其中所述可反复位置在所述孔处。
4.如权利要求1的流体分配器，其中所述电动机是步进电动机，并且驱动所述电动机前进的步数确定所述被分配的流体的量，并且驱动所述电动机后退的步数确定所述回退距离。
5.如权利要求1的流体分配器，进一步包括：与用于不同分配量的相对于注射器中剩余的流体的回退步数相关的数值曲线族。
6.如权利要求5的流体分配器，其中所述数值曲线是步数模式，其中所述回退距离是一系列常数，其中每个常数应用于一定范围的注射器中剩余的流体量。
7.如权利要求5的流体分配器，其中所述曲线是回退距离与注射器中剩余的流体量的连续轨迹。
8.如权利要求5的流体分配器，进一步包括：用于不同类型的被分配的流体的曲线族。
9.一种分配流体的方法，所述方法包括以下步骤：
确定储藏器中剩余的流体的量；
生成与所述储藏器中剩余的流体的量有关的回退距离的曲线；
通过驱动活塞前进来分配流体的量；
通过反向活塞运动一定的量来回退，其中所述流体退回所述储藏器中的可反复位置；
确定所述储藏器中新的剩余的流体的量；以及
重复上述分配流体的量的步骤。
10.如权利要求9的方法，其中重复分配流体的量的步骤自动发生，并且所述回退步数遵从回退距离的所述曲线。
11.如权利要求8的方法，其中所述曲线是步数模式，并且所述回退距离是一系列常数，其中每个回退距离与一定范围的所述储藏器中剩余的流体的量相关。
12.如权利要求9的方法，其中所述曲线是将回退距离与所述储藏器中剩余的流体的量关联的连续轨迹。
13.如权利要求9的方法，进一步包括生成曲线族的步骤，每条曲线针对待分配的给定量的流体将所述回退距离与所述储藏器中的流体的量关联。
14.一种计算机程序产品，其储存在计算机可读介质中，用于实现权利要求9的方法。
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