CN107952629B - 用于将流体施加到物体表面的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将流体施加到物体表面的装置，包括：计量阀；致动器，用于在至少一个空间方向上相对于所述物体表面移动所述计量阀；以及电子控制设备，其与所述计量阀和所述致动器进行信号通信，并且被配置为：沿着预定计量路径移动所述计量阀并且在所述计量路径内将其打开一次或多次，以用于流体分配。所述电子控制设备包括用于一方面对所述致动器的移动进行时间同步并且另一方面对所述计量阀的打开和关闭进行时间同步的部件。

Description

用于将流体施加到物体表面的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于将流体施加到物体表面的装置，具有：计量阀，其可连接到流体源，并且响应于控制信号而打开和关闭；致动器，用于在至少一个空间方向上相对于物体表面移动计量阀；以及电子控制设备，其与计量阀和致动器进行信号通信，并且被配置为：沿着预定计量距离移动计量阀，并且在计量路径内将计量阀打开一次或多次，以用于流体分配。
背景技术
这类装置又称为“计量系统”，并且具体地用于将膏体液体(例如粘接剂)自动施加到组件。通常需要沿着组件的线路或轮廓施加流体。为此目的，在计量阀打开的同时，致动器沿着对应线路或轮廓移动计量阀。致动器优选地被配置为在两个或三个空间轴中移动计量阀。
在传统系统中，致动器的移动序列服从预定程序，而计量阀的打开和关闭服从独立于其的另外的程序。致动器并不向计量控件进行关于有关定位头何时处于哪个位置的报告。这样可能导致在特定应用中产生流体的定位和分布方面的不期望的不规则性。当致动器具备位置测量系统和调节器时，这是特别成问题的。由于调节器尝试校正距期望位置的偏离，因此移动的时间序列并不可靠。
发明内容
本发明的目的是使得能够在所命名的种类的装置中通过简单的手段进行更精确的计量。
该目的通过如下装置得以满足。
根据本发明，电子控制设备包括用于一方面对致动器的移动进行时间同步并且另一方面对计量阀的打开和关闭进行时间同步的部件。可以基于时间同步而将计量阀的打开过程准确地匹配于致动器的移动序列。由此实现对计量过程的监控的改进，并且增加所施加的流体液滴或流体路径的定位精度。于此有利的是，可以相对简单地产生时间同步。具体地说，致动器不必连续地将其定位头的位置报告给计量控件。
根据说明书以及附图可见本发明的其它开发。
电子控制设备优选地被配置为：参照时间同步所提供的统一的时间轴而执行作为一方面的致动器的移动与作为另一方面的计量阀的打开和关闭之间的固定关联。具体地可以通过对时间的考虑，优选地沿着整个计量路径并且在计量过程的所有阶段中执行致动器移动与阀功能之间的空间协调。特别准确并且可再现的计量由此产生。具体地说，可以规划计量阀沿着时间轴的所有打开和关闭过程，也就是说，提供计量系统的基于时间的控制。通过基于时间的控制，控制设备规划致动器在下一时间单元中行进得有多远。至于计量阀，控制设备沿着该路径部段规划阀的各次打开。通过相对于彼此移位各个时间，可通过简单方式进行延迟导致的校正。与基于位置的轮询的控制或以依赖于位置的方式引导计量阀的打开和关闭过程的控制相比，这种基于时间的控制的实现实质上更简单。
可以提供：计量阀被配置为：分配流体的单个液滴，其中，电子控制设备被配置为：进行引导以使单个液滴参照统一的时间轴被施加在固定预定计量位置处。计量阀可以具体地被设计为所谓的喷射阀。虽然传统上并没有特别的重要性赋予沿着计量路径在计量期间的单个液滴的位置，但本发明实施例提供：在均匀时间轴上固定地预先定义单个液滴的位置。即，已经意识到，可以通过该方式实现关于流体分布的显著优点。
电子控制设备可以具体地被配置为进行引导以使单个液滴均匀分布在计量路径上。这是可能的，因为可以基于致动器移动和阀功能的时间同步而预先准确地规划所有单个液滴的位置。通过在计量路径上的单个液滴的均匀分布，避免流体的斑点累积，如等同地在缺少流体施加的情况下长斑那样。
特定实施例提供：电子控制设备被配置为：在根据需要考虑计量路径的路径长度的同时，伸展或压缩各单个液滴之间的、被预先定义为输入值的空间距离，从而产生均匀分布。控制设备可以提供：在均匀时间轴上，观测伸展的或压缩的间隔。
电子控制设备可以被配置为：在进行引导以使单个液滴被施加在固定预定计量位置处时考虑计量延迟。“计量延迟”应理解为用于阀打开的控制信号输出与物体表面上的对应流体液滴的入射之间的时间滞后。时间滞后实质上包括阀打开周期(即阀的打开时间和关闭侧翼的持续时间)以及液滴的飞行时间。这两个时间典型地对于预定计量处理是恒定的。例如，对于均匀粘接线路的应用，需要具有相同液滴大小的粘接液滴，也就是说，用于这些液滴的阀打开周期是相同的。计量阀与物体表面之间的空间距离也通常是恒定的。如果在计量处理内需要不同阀打开周期或空间距离，则它们对于计量处理的每个重复通常是固定的并且相同的。可以因此通过对应区域中的控制信号判决或计量的移位来考虑它们。
本发明实施例提供：电子控制设备包括控制计算机，其生成统一的时间信号并且被配置为使用统一的时间信号直接控制致动器和计量阀二者。在该实施例中，致动器控制和阀控制固有地是时间同步的。
根据本发明替选实施例，电子控制设备包括生成或接收各自的独立时间信号的与致动器关联的致动器控制设备以及与计量阀关联的计量阀控制设备，其中，电子控制设备包括比致动器控制设备和计量阀控制设备具有更高等级并且被配置为同步独立时间信号的控制计算机。在该实施例中，时间同步经由两个控制设备的时间轴的比较而发生。较高等级控制计算机可以是用户接口计算机(HMI计算机)。
较高等级控制计算机可以被配置为：通过同步网络协议，具体地通过精度时间协议(PTP)来执行所述独立时间信号的同步。这样允许特别简单的实现方式。
较高等级控制计算机可以被配置为：在独立时间信号的同步之后输出用于使致动器控制设备中以及计量阀控制设备中的各个控制程序同时开始的开始信号。开始信号可以基于控制命令或触发线路。
较高等级控制计算机可以进一步被配置为：在开始信号的输出之后保持致动器控制设备中和计量阀控制设备中的控制程序序列至少实质上不受影响。换言之，在同步之后较高等级控制计算机连续地参与各系统的控制中并非是绝对必要的。在特定应用中，与同时开始结合的一次同步关于期望的计量精度可以是相当足够的。
本发明实施例提供：所述装置包括图像检测设备，用于监控对所述物体表面的流体施加，并且所述电子控制设备包括用于所述图像检测设备的功能和所述致动器的移动和/或所述计量阀的打开和关闭之间的时间同步的部件。如果必要，则也可以在时间同步中整合光电传感器、用于工件载体的传送系统和/或其它系统组件。
致动器优选地包括机器人，具体地三轴机器人。
本发明还涉及一种用于具体地通过上述装置将流体施加到物体表面的方法，其中，计量阀通过致动器相对于物体表面而沿着预定计量路径移动并且在计量路径内被打开一次或多次。
根据本发明，致动器的移动与计量阀的打开是时间同步的。
用于将流体施加到物体表面的根据本发明的方法可以具体地包括对应于上述装置的特征的步骤。
本发明还应用于一种确定用于将流体施加到物体表面的装置(具体地上述装置)的计量延迟的方法，所述装置包括：计量阀；致动器，用于相对于所述物体表面移动所述计量阀；以及电子控制设备，其中，
(i)计量阀沿着测试路径分别在相反方向上来回移动一次，并且各个单个液滴既在向外移动时又在返回移动时施加到物体表面，其中，通过相对于测试路径的路径中心的各个预定时间滞后在向外移动时并且在返回移动时指示计量阀的打开以用于分配单个液滴；
(ii)通过各个不同时间滞后在物体表面的不同点处对于多个测试路径执行步骤(i)；以及
(iii)该测试路径的时间滞后被确定为使得在向外移动时所施加的单个液滴与在返回移动时所施加的单个液滴之间的空间距离为最小的计量延迟。
这样使得能够以简单并且可靠的方式实验性地确定计量延迟，其可以然后在计量处理中得以考虑以改进定位精度。
可以选择彼此平行延伸并且优选地距彼此均匀地间隔开的测试路径。
特定实施例提供：在向外移动时所施加的单个液滴的位置受补偿以形成第一线路，在返回移动时所施加的单个液滴的位置受补偿以形成第二线路，并且该测试路径的时间滞后被确定为对应于第一线路与第二线路之间的交点的计量延迟。可以特别容易地并且快速地(可以说“乍看”)确定交点。
附图说明
以下将参照附图通过示例的方式描述本发明。
图1是用于将流体施加到物体表面的根据本发明的装置的立体图；
图2是用于将流体施加到物体表面的根据本发明的装置的简化功能示图；
图3是本发明替选实施例的功能示图；
图4是用于将流体施加到物体表面的装置的计量路径的平面图；
图5是用于将流体施加到物体表面的装置的计量路径的另一平面图；
图6示出用于确定用于将流体施加到物体表面的装置的计量延迟的根据本发明的方法的序列；以及
图7是根据图6所示的方法施加流体液滴的物体表面的平面图。
具体实施方式
图1所示的装置11用于将流体(例如膏体粘接剂)施加到物体表面，并且包括计量阀15，其以通常公知的方式紧固到致动器17并且通过致动器17的对应控制来相对于工件19的表面可移动。计量阀15优选地被设计为机电喷射阀，并且被配置为在每个打开过程中在工件19的表面上沉积单个液滴45。图1中不可见的电子控制设备用于沿着预定计量路径移动计量阀15，并且打开它以在计量路径内进行流体沉积，以下将对此更详细地说明。
为了能够以简单方式进行计量阀15所分配的单个液滴45的准确空间定位，根据本发明，致动器17的移动与计量阀15的打开是时间同步的。该操作可以通过不同方式来进行，以下参照图2和图3将对此描述。
图2所示的控制设备25包括控制计算机27，其直接控制致动器17的各轴的步进器电机29、30、31以及用于计量阀15的驱动器模块33二者以及可选地相机35。这说明，步进器电机29、30、31的每个独立步长、每个单个液滴计量以及还有每个图像记录由公共控制计算机27的对应控制命令触发。这是有利的，因为不同组件的各步长彼此准确地协调并且同步。归因于公共控制计算机27进行的直接控制，致动器控制和计量系统的控制必然在时间上同步。在必要的情况下，控制计算机72可以直接控制其它系统组件，例如附加步进器电机和相机、为液滴监控或轴控制所提供的光电传感器(light barrier)和/或用于工件载体的传送系统。
图3所示的替代地设计的控制设备25’具体地适合于无法直接访问各电机或其它硬件组件的计量系统。对于例如包括不同制造商的子系统并且致动器控制与计量系统的控制分离地发生的计量系统，情况如此。上级的或较高等级计算机37通过控制命令或经由触发线路来开始所连接的各子系统的预定序列的序列。一旦致动器17已经接收到开始信号，其就行进通过包括不同轴的步进器电机29、30、31的多个独立步长的预编程的路径。该所编程的序列存储在关联致动器控制设备39中。各步进器电机29、30、31按优选在10kHz至50kHz之间的固定频率受控于致动器控制设备39。这说明，致动器行进通过的各步长和完整路径发生在固定时间轴上。
通过计量阀控制设备41和驱动器模块33来进行的计量阀15控制参照固定时间轴而发生。相机35的控制同样通过相机控制设备43参照固定时间轴而发生。
计量阀15的打开和关闭时间以及计量频率可以通过预定方式并且根据预编程的序列而发生。完整计量过程可以包括不同序列，其进一步在打开时间和/或计量处理频率方面不同，但在固定时间轴上运行全程。机器人移动与计量之间的时间同步经由各系统的时间轴的准确同步而发生。该时间同步由较高等级计算机37控制并且调节。于此，例如，基于以太网的处理(例如技术部门中公知的精度时间协议(PTP))用于准确地同步各子系统39、41、43的时基。
各子系统39、41、43的序列优选地由较高等级计算机37同时开始。各系统可以然后独立于彼此而完成各自的序列，但其中，所同步的时间轴用作基础。时间同步的可实现的精度小于100μs，这对于很多机器人应用和计量应用是足够的。
致动器移动与计量之间的时间同步允许进行能够特别容易地规划的并且控制的计量处理。相反，在缺少机器人移动与计量之间的时间同步时，可能会产生：所施加的粘接剂轮廓偏离规格。
具有闭合曲线的形式的计量路径46具体地必须应用在如图4和图5所示的多个计量处理中。例如，圆形必须应用在相机透镜的粘接结合上，或矩形必须应用在外壳的粘接结合上。在这些过程中，在没有机器人移动与阀打开的时间同步的情况下，可能产生异质计量结果，如图4和图5所示。圆形线路要么中断(图4)，要么是粘接剂累积60并且因此产生粘接剂轮廓的加宽(图5)，因为计量处理的开始和结束重叠。
可以通过机器人移动和计量的集成式和同步式控制来避免这些问题，例如可通过根据图2和图3的电子控制设备25、25’可实现机器人移动和计量的集成式和同步式控制。为此目的，控制计算机27或较高等级计算机37沿着所规划的计量路径46引导单个液滴45，从而相邻单个液滴45之间的所有空间距离是相同的。为了实现该目的，根据需要而伸展或压缩单个液滴45的初始间隔。然后，沿着计量路径46所规划的该计量序列转换为所提及的固定时间轴。然后，计量时间序列要么以独立计量过程的形式直接受引导，要么将新计算的计量时间序列传送到计量控件。
此外，可以还考虑作为用于确定计量的控制信号与工件19上的液滴的入射之间的时间滞后的计量延迟。通过将对应控制信号进行相当于固定值的时间移位，计量精度方面的增加是可能的。通过如图2所示的控制设备25并且通过如图3所示的控制设备25’，能够考虑计量延迟。
可以使用对应于本发明独立方面的下述方法以简单方式通过实验确定计量延迟。在该方法中，致动器17(图1)行进经过如图6所示的曲线，即，其在第一方向57上(例如沿着X轴)执行方向的恒定改变，并且逐步地在垂直于其的第二方向58上(例如沿着Y轴)执行移动。在第一方向57上的每个向外移动期间并且在与第一方向57相反的每个返回移动期间，将每个单个液滴45施加在优选地作为测试目标或测试工件的工件19上。计量参数(例如阀打开周期和计量距离)于此对应于所规划的实际计量过程。致动器17的移动与用于计量的控制信号之间的时间滞后于此初始地至少实质上设置为零。具体地说，用于计量的控制信号初始地在图6中的虚线所指示的路径距离的准确的一半处发生。随着第二方向58上的每个步长，时间滞后现在稍微增加，也就是说，用于计量的控制信号随着每个步长而输出稍微更早。因此，用于向外移动的单个液滴45和用于返回移动的单个液滴45随着每个步长而彼此近似，并且最终一致。当控制信号的时间滞后对应于计量延迟时，情况确实如此。如果时间滞后甚至进一步增加，则用于向外移动的单个液滴45和用于返回移动的单个液滴45再次偏移得进一步隔开。第一方向57上的该向外移动和返回移动的时间滞后确定为向外移动时所施加的单个液滴45与返回移动时所施加的单个液滴45之间的距离为最低的计量延迟。
具体地产生包括两条相交线48、49并且在图7中可识别的X形图案47。两条线48、49的交点50的位置指示时间滞后对应于计量延迟(可以说是乍看)。该值可以通常用在以无接触方式应用于改进计量精度的任何期望的计量装置中。
标号列表：
11 用于将流体施加到物体表面的装置
15 计量阀
17 致动器
19 工件
25,25' 电子控制设备
27 控制计算机
29,30,31 步进器电机
33 驱动器模块
35 相机
37 较高等级计算机
39 致动器控制设备
41 计量阀控制设备
43 相机控制设备
45 单个液滴
46 计量路径
47 图案
48,49 线路
50 交点
57 第一方向
58 第二方向
60 粘接剂累积。

Claims (13)

1.一种用于将流体施加到物体表面的装置(11)，所述装置包括：计量阀(15)，所述计量阀(15)可连接到流体源并且响应于控制信号而打开和关闭；致动器(17)，所述致动器(17)用于在至少一个空间方向上相对于所述物体表面移动所述计量阀(15)；以及电子控制设备(25、25’)，所述电子控制设备(25、25’)与所述计量阀(15)和所述致动器(17)进行信号通信，并且被配置为沿着预定计量路径(46)移动所述计量阀(15)而且在所述计量路径(46)内将所述计量阀(15)打开一次或多次以用于流体分配，其中：
所述电子控制设备(25、25’)包括部件(27、37)，所述部件(27、37)用于一方面对所述致动器(17)的移动进行时间同步并且另一方面对所述计量阀(15)的打开和关闭进行时间同步，
其中，所述电子控制设备(25’)包括生成或接收各自的独立时间信号的致动器控制设备(39)以及计量阀控制设备(41)，其中，所述致动器控制设备(39)与所述致动器(17)关联，所述计量阀控制设备(41)与所述计量阀(41)关联；并且所述电子控制设备(25’)包括所述致动器控制设备(39)和所述计量阀控制设备(41)的上级控制计算机(37)，所述控制计算机(37)被配置为同步所述独立时间信号，
其中，所述上级控制计算机(37)被配置为：在所述独立时间信号的同步之后输出用于使所述致动器控制设备(39)中以及所述计量阀控制设备(41)中的各个控制程序同时开始的开始信号，
其中，所述上级控制计算机(37)被配置为：在所述开始信号的输出之后保持所述致动器控制设备(39)中和所述计量阀控制设备(41)中的控制程序序列至少实质上不受影响。
2.如权利要求1所述的装置，其中：
所述电子控制设备(25、25’)被配置为：基于所述时间同步所提供的统一的时间轴而执行作为一方面的所述致动器(17)的移动与作为另一方面的所述计量阀(15)的打开和关闭之间的固定关联。
3.如权利要求2所述的装置，其中：
所述计量阀(15)被配置为：分配所述流体的单个液滴(45)，其中，所述电子控制设备(25、25’)被配置为：进行引导以使单个液滴(45)参照所述统一的时间轴被施加在固定的预定计量位置处。
4.如权利要求2或权利要求3所述的装置，其中：
所述电子控制设备(25、25’)被配置为：进行引导以使各单个液滴(45)均匀分布在所述计量路径(46)上。
5.如权利要求4所述的装置，其中：
所述电子控制设备(25、25’)被配置为：在根据需要考虑所述计量路径(46)的路径长度的同时，伸展或压缩各单个液滴(45)之间的、被预先定义为输入值的空间距离，从而产生均匀分布。
6.如权利要求3所述的装置，其中：
所述电子控制设备(25、25’)被配置为：在进行引导以使单个液滴(45)被施加在固定的预定计量位置处时，考虑计量延迟。
7.如权利要求1所述的装置，其中：
所述上级控制计算机(37)被配置为：通过同步网络协议来执行所述独立时间信号的同步。
8.如权利要求1所述的装置，其中：
所述装置(11)包括图像检测设备(35)，所述图像检测设备(35)用于监控对所述物体表面的流体施加，并且所述电子控制设备(25、25’)包括用于所述图像检测设备(35)的功能与所述致动器(17)的移动和/或所述计量阀(15)的打开和关闭之间的时间同步的部件。
9.如权利要求1所述的装置，其中：
所述致动器(17)包括机器人。
10.一种将流体施加到物体表面的方法，所述方法借助于如权利要求1至9中的任一项所述的装置(11)，其中，计量阀(15)通过致动器(17)相对于所述物体表面而沿着预定计量路径(46)移动，并且在所述计量路径(46)内被打开一次或多次，以用于流体分配，其中：
所述致动器(17)的移动与所述计量阀(15)的打开是时间同步的。
11.一种确定装置(11)的计量延迟的方法，所述装置(11)是如权利要求1至9中的任一项所述的用于将流体施加到物体表面的装置且所述装置(11)包括计量阀(15)、用于相对于所述物体表面移动所述计量阀(15)的致动器(17)以及电子控制设备(25、25’)，其中，
(i)所述计量阀(15)沿着测试路径分别在相反方向上来回移动一次，并且各个单个液滴(45)既在向外移动时又在返回移动时施加到所述物体表面，其中，所述计量阀的打开通过相对于所述测试路径的路径中心的各个预定时间滞后在向外移动时并且在返回移动时被引导以用于分配所述单个液滴；
(ii)通过各个不同时间滞后在所述物体表面的不同点处对于多个测试路径执行步骤(i)；以及
(iii)所述测试路径的时间滞后被确定为使得在所述向外移动时所施加的单个液滴与在所述返回移动时所施加的单个液滴之间的空间距离为最小的计量延迟。
12.如权利要求11所述的方法，其中：
选择彼此平行延伸的测试路径。
13.如权利要求12所述的方法，其中：
在所述向外移动时所施加的单个液滴(45)的位置受补偿以形成第一线路(48)，在所述返回移动时所施加的单个液滴(45)的位置受补偿以形成第二线路(49)，并且所述测试路径的时间滞后被确定为对应于所述第一线路(48)与所述第二线路(49)之间的交点(50)的计量延迟。
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