CN110460263A - 具有闭环控制的分配器 - Google Patents

Abstract

本发明题为“具有闭环控制的分配器”。本发明公开了一种用于控制材料涂覆器的针运动的系统和方法。系统包括致动器组件和传感器组件，该致动器组件包含压电器件，其中致动器组件连接到针并且沿竖直方向平移针，该传感器组件包括用于发射光的发射器，其中致动器组件的一部分遮挡光的一部分。传感器组件还包括用于接收光的非遮挡部分的接收器和固定发射器和接收器的传感器保持器。系统还包括与压电器件、发射器和接收器电连通的控制器，其中控制器基于从接收器接收到的反馈来调节致动器组件的操作。

Description

具有闭环控制的分配器

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年5月7日提交的美国临时专利申请62/667,696的权益，其公开内容据此以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及流体分配涂覆器，并且更具体地涉及用于控制流体分配涂覆器内的压电器件的操作的控制回路。

背景技术

用于分配流体材料诸如焊膏、共形涂层、密封剂、底层填充材料和表面安装粘合剂的已知涂覆器通常操作以通过使针往复运动将少量流体材料分配到基板上。一种致动针的方法是通过压电器件，该压电器件提供高水平的控制和对操作变化的快速响应。在喷射操作期间，例如，在每次向下冲程时，针接触阀座以产生不同的高压脉冲，该脉冲从涂覆器的喷嘴喷射少量材料。针的往复运动必须精确，以保持具有适合特定目的的特定尺寸和形状质量的材料喷射点。然而，材料喷射点的尺寸和形状可能随时间推移偏离预期值。这可能部分地归因于材料磨损、环境变化、部件更换等。如果不考虑这些变化，可能会施加不希望的流体图案，这可提供不合格的最终产品。

因此，需要一种允许动态、连续和自动校正针运动的系统，以提供一致的喷射材料点尺寸和形状。

发明内容

本公开的一个实施方案是用于控制材料涂覆器的针运动的系统。该系统包括致动器组件和传感器组件，该致动器组件包含压电器件，其中该致动器组件连接到针并且被构造成沿竖直方向平移针，该传感器组件包括用于发射光的发射器，其中该致动器组件的一部分或者针的一部分遮挡光的一部分。该传感器组件还包括用于接收光的非遮挡部分的接收器和被构造成固定发射器和接收器的传感器保持器。该系统还包括与压电器件、发射器和接收器电连通的控制器，其中该控制器被构造成基于从接收器接收到的反馈来调节致动器组件的操作。

本发明的另一个实施方案是控制材料涂覆器的针运动的方法，该涂覆器包括联接到针的致动器组件。该方法包括致动致动器组件的压电器件，使得针沿竖直方向平移并从发射器向接收器发射光，使得致动器组件的一部分或针的一部分遮挡光的一部分，并且接收器接收光的非遮挡部分。该方法还包括基于从接收器接收到的反馈来调节压电器件的操作。

本公开的另一个实施方案是用于控制材料涂覆器的针运动的系统。该系统包括致动器组件，该致动器组件包含压电器件，其中该致动器组件连接到针并且被构造成沿竖直方向在针与喷嘴的阀座间隔开的第一位置和针与阀座接触的第二位置之间平移针。使针在第一位置和第二位置之间变换从喷嘴喷射一定量的材料。该系统还包括传感器组件，该传感器组件具有发射器和接收器，该发射器用于发射光，其中致动器组件的一部分或针的一部分遮挡光的一部分，该接收器用于接收光的非遮挡部分，其中该接收器被定位在致动器组件的相对于发射器的相对侧上。传感器组件还具有被构造成固定发射器和接收器的传感器保持器。该系统还包括与压电器件、发射器和接收器电连通的控制器，其中该控制器被构造成操作反馈回路以基于从接收器接收到的反馈来调节供应给致动器组件的压电器件的电压，以保持从喷嘴喷出的材料的恒定尺寸和形状。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解上述发明内容以及以下具体实施方式。附图示出了本公开的例示性实施方案。然而，应当理解，本专利申请并不限于所示的精确布置和工具。

图1是涂覆器的透视图；

图2是图1所示的涂覆器的另选透视图；

图3A是沿图2所示的线3A-3A截取的图1所示的涂覆器的剖视图；

图3B是图3A所示的涂覆器的环绕区域的放大视图；

图4是沿图2所示的线4-4截取的图1所示的涂覆器的剖视图；

图5A是示出用于控制涂覆器的压电器件的控制回路的实施方案的示意图；

图5B是示出用于控制涂覆器的压电器件的控制回路的另一个实施方案的示意图；

图5C是示出根据本公开的实施方案的用于控制涂覆器的压电器件的控制回路的另一个实施方案的示意图；

图6是随时间推移提供给图1所示的涂覆器的压电器件的电压波形的曲线图；并且

图7是控制涂覆器的针运动的方法的工艺流程图。

具体实施方式

根据本公开的实施方案的涂覆器10包括致动器组件111，该致动器组件包括压电器件112，其中致动器组件111连接到针76。涂覆器10还包括传感器组件138以及控制器138，该传感器组件包括支撑发射器140和接收器154的传感器保持器156，该控制器用于从传感器组件166接收反馈。在以下描述中，某些术语仅为了方便起见用于描述涂覆器10，而无限制之意。词语“右”、“左”、“下”和“上”代表所参考的图中的方向。词语“内部”和“外部”分别指朝向和远离用来描述涂覆器10及其相关部件的描述的几何中心的方向。词语“向前”和“向后”是指沿涂覆器10及其相关部件的纵向方向2的方向以及与纵向方向2相反的方向。术语包括以上列出的词语、其派生词以及具有类似含义的词语。

除非本文另外指明，术语“纵向”、“横向”和“竖直”用于描述涂覆器10的各种部件的正交方向分量，如纵向方向2、横向方向4和竖直方向6所表示。应当理解，当纵向和横向方向2、4示为沿着水平面延伸时，竖直方向6示为沿着竖直面延伸，涵盖各种方向的平面可能在使用期间有所不同。

本发明的实施方案包括用于在制造期间将材料诸如热熔融粘合剂施加到基板上的涂覆器10。具体地，该材料可以是聚氨酯反应型(PUR)热熔胶。参见图1-2，涂覆器10包括第一连接器26和第二连接器28。第一连接器26可限定包括多个尖齿的凸形连接并且被构造成连接到导线(未示出)，该导线将第一连接器26连接到电源，使得涂覆器10通过第一连接器26接收电力输入。第二连接器28可限定包括多个凹槽的凹形连接并且可被构造成连接到导线(未示出)，该导线将第二连接器28连接到控制器诸如控制器166，其将在下文进一步讨论，使得信息通过第二连接器28向和从涂覆器10传输。控制器可以是通用计算机、平板电脑、膝上型电脑、智能电话等。然而，第一连接器26和第二连接器28可根据需要被构造成其他类型的连接器。在其他实施方案中，涂覆器10可经由蓝牙或Wi-Fi向控制器无线地传输信息。第一连接器26和第二连接器28被构造成安装至电路外壳32，该电路外壳可包含电路板(未示出)。

涂覆器10包括顶盖18，该顶盖被构造成覆盖开口，材料将通过该开口添加到涂覆器10。尽管在所示实施方案中，涂覆器10被构造成接收含有材料的注射器(未示出)，但设想涂覆器10可通过另选的方式接收材料，诸如通过将材料直接填充到涂覆器10中或向涂覆器10提供外部材料源诸如料斗或熔融物(未示出)的输入。顶盖18可接收延伸穿过顶盖22的输入连接器18。输入连接器22可被构造成与外部加压空气源交接，该外部加压空气源用于选择性地将材料移动通过涂覆器10。

涂覆器10还可包括设置在顶盖18和加热器36之间的顶盖座19。除了支撑顶盖18之外，顶盖座19还被构造成与顶盖18相互作用，使得顶盖18在涂覆器10的操作期间，具体地为当加热器36通过输入连接器22接收加压空气时，被锁定在顶盖座19上。顶盖座19可以可释放地联接到涂覆器10，使得当顶盖座19附接到涂覆器10时顶盖座19将加热器36固定在涂覆器10内，并且提供开口，该开口用于当顶盖座19与涂覆器10脱离时从涂覆器10移除加热器36。顶盖座19可限定延伸穿过其的通道，并且该通道的尺寸被设计成允许注射器穿过进入加热器36中。

继续参见图1-2，加热器36用于向其中容纳的材料提供热量，该材料可被容纳在注射器内。这允许将材料保持在用于喷射和流经涂覆器10的期望温度，并且允许涂覆器10的操作者监测加热器36内材料的温度，以避免材料的无意温度峰值或下降。加热器36可限定中空的大体柱状体，该柱状体向顶盖座19敞开以接收材料，加热元件(未示出)围绕该柱状体设置。加热器36的一些部分可由金属诸如铝形成，但是可包括具有足够导电性以允许热量穿过以加热位于加热器36内材料的其他材料。加热器36还可包括与控制器166连通以监测加热器36内的温度水平的温度传感器(未示出)。

在加热器36的底部，加热器36由连接器44支撑，该连接器将加热器36连接到板组件47。连接器44限定通道，该通道允许容纳在加热器36内的受热材料流出加热器36并进入板组件47中。位于涂覆器10下端的板组件47为材料提供了从加热器36流到喷射分配器组件54的路径，这将在下文中描述。板组件47可包括多个板，诸如可释放地联接在一起以形成板组件47的顶板48和底板52。然而，根据需要，板组件47可包括超过两个板，诸如三个、四个或更多个板。另选地，板组件47可用整体块(未示出)替代，该整体块类似地为材料提供从加热器36流到喷射分配器组件54的路径。当板组件47中包括两个板时，穿过板组件47的通道可至少部分地由顶板48和底板52中的每一者限定。顶板48和底板52可被构造成在其界面处接收密封件86，该密封件环绕穿过板组件47的通道并防止材料离开该通道。

当板组件47完全组装时，顶板48的底表面可接触底板52的顶表面，使得顶板48沿竖直方向6被设置在底板52上方。顶板48可通过多个螺纹紧固件57可释放地联接到外壳58，这些螺纹紧固件延伸穿过顶板48并与外壳58接合。然而，设想了可释放地联接到顶板48和底板52的其他方法。例如，顶板48和底板52可通过扣合接合、燕尾形狭槽结构等进行联接。板组件47可包括加热块，使得顶板48和底板52被构造成加热穿过板组件47的材料，从而确保材料保持最佳的流动和分配质量。

现在参见图3A-3B，将更详细地描述喷射分配器组件54。喷射分配器组件54的部件可被接收在腔室72内，该腔室至少部分地由板组件47的顶板48，和底板52中的每一者限定。喷射分配器组件54可包括限定阀座80的喷嘴56和从腔室72延伸到涂覆器10外部的排放通道82。排放通道82是材料通过其离开涂覆器10并被施加到基板上的管道。喷射分配器组件54还包括延伸穿过腔室72并可在该腔室内移动的针76。针76限定针尖端76a和沿竖直方向6延伸远离针尖端76a的针杆76b。针尖端76a可被构造成与阀座80接合以形成密封，使得当针尖端76a与阀座80接合时防止材料流经排放通道82。这样，针76可在腔室72内沿竖直方向6在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置，针尖端76a沿竖直方向6与阀座80间隔开，这允许材料进入排放通道82。在第二位置，针尖端76a与阀座80接合，从而防止材料进入排放通道82。在诸如所示的喷射分配器组件54中，针从第一位置到第二位置的致动使得针尖端76a通过排放通道82喷射一定量的材料。这种喷射运动可快速重复，这允许将具有预定尺寸和形状的离散的材料点施加到基板上。针尖端76a和阀座80可被构造成具有互补的形状以防止材料渗漏。在一个实施方案中，针尖端76a和阀座80可包括互补的半球形形状。另选地，针尖端76a和阀座80可包括互补的平坦形状。针76在第一位置和第二位置之间被致动的机构将在下文进一步描述。

喷射分配器组件54还包括密封包90，该密封包被构造成接收在腔室72内。具体地，密封包90将腔室分成两个区段：沿竖直方向6位于密封包90下方的第一区段，以及沿竖直方向6位于密封包90上方的第二区段。密封包90限定凸缘94，该凸缘被构造成接合底板52的顶表面，该底板将密封包90竖直地定位在腔室72内。密封包90还限定沿竖直方向6延伸穿过密封包90的密封包通道95。密封包通道95被构造成接收针杆76b，使得针76延伸穿过腔室72的第二区段72b、穿过密封包90并进入腔室72的第一区段72a。密封包90可在密封包通道95内容纳基本上围绕针杆76b的密封件96。密封件96可用于防止材料通过密封包通道95从腔室72的第一区段72a流入第二区段72b。另外，喷射分配器组件54可包括密封件98，该密封件围绕密封包90设置在密封包90和板组件47的顶板48之间。密封件98可防止材料从顶板48流到顶板48和外壳58之间的间隙中。另选地，密封件98可围绕密封包90设置在密封包90和底板52之间。这样，密封件96和98有助于在材料离开由板组件47限定的通道之后将材料保持在腔室72的第一区段72a内。

此外，喷射分配器组件54包括设置在腔室72的第二区段72b内的弹簧104。弹簧104设置在外壳58的限定腔室72的第二区段72b的一部分和由针76限定的凸缘100之间。弹簧104可以自然压缩状态被放置于喷射分配器组件54内，使得弹簧104恒定地向凸缘100施加向下的力。针76的凸缘100上的这种向下的力沿竖直方向6向下偏压针76。这样，弹簧104自然地将针76偏压到第二位置，使得针76需要向上的力以使针尖端76a从阀座80移位，并因此将针76从第二位置变换到第一位置。

继续参见图3A-3B，喷射分配器组件54还包括操作地联接到针76的致动器组件111。致动器组件111可包括压电器件112和一对活动的致动器臂108、110。致动器臂108、110可在朝向彼此和针杆76b的顶端的方向上从压电器件112的相应角部对角地延伸。连接器109被构造成将一对致动器臂108、110连接在一起，以及将致动器臂108、110固定到针杆76b的上端。连接器109可通过朝彼此径向向内突出的一对锁定接片来固定针杆76b，但也可设想其他附接方式。例如，连接器109和针杆76b可通过螺纹接合可释放地附接。

压电器件112被构造成使针76在第一位置和第二位置之间平移。致动器组件111联接到致动器外部的控制器166，该控制器控制压电器件112的操作。控制器166将在下文进一步描述。致动器组件111还联接到向压电器件提供电力的电源(未示出)。如上所述，针76在第二位置处于中间位置，使得针尖端76a与阀座80接合。为了将针76变换到第一位置，控制器指示电源向压电器件112提供正电荷。该正电荷使得可包括压电堆的压电器件112伸展，这将致动器臂108、110拉向压电器件112。因此，致动器臂108、110和针76被拉向压电器件112，导致针尖端76a从阀座80拉出。当控制器166指示电源停止向压电器件112提供正电荷时，压电器件112回缩，这将致动器臂108、110推离压电器件112。压电器件112的这种回缩连同弹簧104施加到针76的凸缘100上的力迫使针76向下，使得针尖端76a撞击阀座80。当针尖端76a撞击阀座80时，材料通过喷嘴56的排放通道82喷射。

参见图1-3B，压电器件112可通过紧固件113连接到下部块114，并且下部块114可通过紧固件116连接到上部块115。压电器件112、下部块114和上部块115可共同地包括致动器组件111。致动器组件111可设置在可沿横向方向4间隔开的第一板60a和第二板60b之间。第一板60a和第二板60b可各自限定被构造成允许紧固件64延伸穿过的至少一个狭槽。紧固件64可延伸穿过第一板60a的狭槽、穿过下部块114、穿过第二板60b的对应狭槽并与邻近板60b设置的螺母65接合。紧固件64可带有螺纹以接合螺母65，使得紧固件64和螺母65可分别相对于第一板60a和第二板60b松开和拧紧。从板60a、60b松开紧固件64和螺母65允许致动器组件111相对于涂覆器10的其他部件沿竖直方向6移动。调节致动器组件111的位置以调节针76的初始位置，从而改变针76的行程长度，该行程长度被定义为针76在第一位置和第二位置之间行进的距离。调节针76的初始位置和行程长度的能力允许涂覆器10在可由喷射分配器组件54喷射的材料类型和涂覆器10可执行的喷射操作类型方面具有灵活性。一旦调节了致动器组件111的位置，就可将紧固件64和螺母65拧紧到板60a、60b，使得致动器组件111被锁定在适当位置。尽管仅示出了一个紧固件64和螺母65，但涂覆器10可包括多个紧固件和对应的螺母，以进一步帮助调节致动器组件111。

继续参见图3A，涂覆器10包括沿竖直方向6设置在上部块115上方的止挡件118。定位在第一板60a和第二板60b之间的止挡件118可经由紧固件120附连到板68。板68也可附连到板60a、60b的任何组合。止挡件118可限定中心通道119，该中心通道被构造成接收附接到上部块115的连接器124。连接器124可从外部源(未示出)接收加压空气，以减少致动器组件111周围的热积聚。

现在参见图1、图2和图4，涂覆器10包括用于测量致动器组件111的一部分的位置和/或速度的传感器组件138。传感器组件138包括传感器保持器140，该传感器保持器限定沿纵向方向2邻近致动器组件111定位的竖直延伸的中心主体部分142a。传感器保持器140还可限定第一臂142b和第二臂142c，该第一臂从中心主体部分142a沿纵向方向2延伸，该第二臂也从中心主体部分142a沿纵向方向2延伸。第一臂142b和第二臂142c可在致动器组件111的相对侧上沿横向方向4间隔开，并且可与致动器组件111的至少一部分竖直对齐。尽管示出为位于特定竖直位置，但传感器组件138可相对于涂覆器10的其他部件沿竖直方向6向上和向下调节。为此，传感器保持器140的中心主体部分142a限定定位在中心主体部分142a的上端处的第一狭槽146a和与第一狭槽146a相对地定位在中心主体部分142a的下端处的第二狭槽146b。第一狭槽146a和第二狭槽146b中的每一者可被构造成基本上圆柱形的狭槽，但可设想其他形状。另外，尽管仅示出了两个狭槽，但中心主体部分142a可根据需要限定更多或更少个狭槽。例如，中心主体部分142a可仅限定一个狭槽，或可限定三个或更多个狭槽。

传感器保持器140的第一狭槽146a可与沿纵向延伸到止挡件118中的孔口132对准，而第二狭槽146b可与沿纵向方向2延伸到外壳58中的孔口128对准。孔口128、132中的每一者可被构造成接收对应的紧固件136。例如，紧固件136可延伸穿过第一狭槽146a并进入孔口132，而另一个紧固件136可延伸穿过第二狭槽146b并与孔口128接合。紧固件136中的每一者以及孔口128、132可至少部分地带有螺纹，以允许紧固件136中的每一者和孔口128、132中的对应一者之间的螺纹接合。尽管紧固件136中的每一者被描绘成相同的，但紧固件136以及同样地第一狭槽146a和第二狭槽146b可根据需要被不同地构造。

在操作中，传感器保持器140可通过使第一狭槽146a与孔口132对准并使第二狭槽146b与孔口128对准而附接到涂覆器10的其他部件。然后，紧固件136可插入穿过第一狭槽146a并与孔口132接合，而另一个紧固件136可插入穿过第二狭槽146b并与孔口128接合。随后紧固件136中的每一者可被充分地拧紧，使得由紧固件136、止挡件118和外壳58施加在传感器保持器140上的压缩力将传感器组件138相对于涂覆器10的其他部件锁定。为了沿竖直方向6调节传感器组件138的位置，可将上紧固件136从孔口132充分地松开并且可将下紧固件136从孔口128充分地松开，使得紧固件仍然分别伸穿过第一狭槽146a和第二狭槽146b并与孔口132和128接合，但传感器保持器140能够沿竖直方向6移动。因此，传感器保持器140可沿竖直方向6移动到期望的位置。然而，仍然延伸穿过第一狭槽146a和第二狭槽146b的紧固件136限制了传感器保持器140能够运动的范围，诸如仅沿竖直方向6。一旦传感器保持器140处于期望位置，紧固件136就可再次抵靠传感器保持器140充分地拧紧，使得传感器保持器140再次相对于涂覆器10的其他部件附连。

现在参见图4，传感器保持器142的第一臂142b限定第一孔口148a，而传感器保持器142的第二臂142c限定第二孔口148b。因此，第一孔口148a和第二孔口148b被定位在致动器组件111的相对侧上，但可被取向成使得它们沿方向D对准并面向彼此。如图所示，方向D位于由纵向方向2和横向方向4限定的平面并垂直于竖直方向6，这进一步导致方向D垂直于针76在第一位置和第二位置之间变换时的运动方向。另外，方向D被描绘成从纵向方向2和横向方向4两者成角度地偏移。然而，方向D可另选地被构造成在由纵向方向2和横向方向4限定的平面内的任何方向上延伸，或甚至从该平面成角度地偏移，使得方向D限定沿竖直方向6的分量。

第一孔口148a的尺寸可被设定成接收发射器154或接收器156中的一者，而第二孔口148b的尺寸也可被设定成接收发射器154或接收器156中的一者。在所描绘的实施方案中，发射器154被示出为固定到第一孔口148a内的传感器保持器140，而接收器156被示出为固定到第二孔口148b内的传感器保持器140，但设想这种布置可被颠倒。无论发射器154和接收器156被接收在第一孔口148a和第二孔口148b中的哪一者中，在所描绘的实施方案中，发射器154和接收器156均被示出为定位在致动器组件111的相对侧上。在操作中，发射器154可被构造成发射光L，并且接收器156可被构造成接收由发射器154发射的光L的至少一部分。发射器154可以是能够发射光的任何发射器，诸如LED，或者更具体地可以是能够发射红外光谱中的光的发射器。接收器156可以是可被调谐以接收具有由对应发射器154发射的波长的光的任何类型的接收器。当发射器154和接收器156沿方向D对准时，由发射器154发射的光L可在任何特定时间被致动器组件111的一部分至少部分地遮挡，这取决于致动器组件111的位置和针76在喷射循环内的给定位置。然后接收器156接收光的非遮挡部分。另选地，发射器154发射的光L可至少部分地被针76的一部分遮挡。

虽然传感器组件138被描绘成使得传感器保持器140限定两个臂142b、142c，其中第一臂142b支撑发射器154并且第二臂142c支撑接收器156，但设想了另选的实施方案。在一个实施方案中，发射器154和接收器156两者可固定在第一臂142b和第二臂142c中的一者上，使得发射器154和接收器156两者面向致动器组件111的同一侧。因此，在该实施方案中，传感器保持器140可仅包括第一臂142b和第二臂142c中的一者(未示出)。在操作中，在该实施方案中发射器154可发射光L，该光可与致动器组件111或针76的一部分相互作用并且至少部分地被接收器156接收。然而，在该实施方案中，接收器156将接收被与光相互作用的部件反射的光L的一部分，而不是接收未被致动器组件111或针76遮挡的光L的一部分。

现在参见图4-5C，涂覆器10包括分别通过连接160、162联接到发射器154和接收器156的控制器166。控制器166可包括任何合适的计算设备，其被构造成托管用于监测和控制如本文所述的涂覆器10的各种操作的软件应用程序。应当理解，控制器166可包括任何适当的计算设备，其示例包括处理器、台式计算设备、服务器计算设备或便携式计算设备诸如膝上型电脑、平板电脑或智能电话。具体地，控制器可包括存储器170和HMI设备174。存储器170可以是易失性的(诸如某些类型的RAM)、非易失性的(诸如ROM、闪存存储器等)或它们的组合。控制器166可包括附加存储装置(例如，可移除的存储装置和/或不可移除的存储装置)，包括但不限于磁带、闪存存储器、智能卡、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其他光学存储装置、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储装置、通用串行总线(USB)兼容存储器，或可用于存储信息并且可由控制器166访问的任何其他介质。HMI设备174可包括输入，其经由例如按钮、软键、鼠标、语音致动控件、触摸屏、控制器166的移动、视觉提示(例如，在控制器166上的相机前方移动手)来提供控制控制器166的能力。HMI设备174可经由图形用户界面提供输出，包括视觉信息，诸如经由显示器的针76的当前位置和速度值的视觉指示以及这些参数的可接受范围。其他输出可包括音频信息(例如，经由扬声器)、机械信息(例如，经由振动机构)或它们的组合。在各种配置中，HMI设备174可包括显示器、触摸屏、键盘、鼠标、运动检测器、扬声器、麦克风、相机或它们的任何组合。HMI设备174还可包括用于输入生物识别信息诸如例如指纹信息、视网膜信息、语音信息和/或面部特征信息的任何合适的设备，以便需要特定的生物识别信息以访问控制器166。

控制器166可通过经由连接160向发射器154传输指令来控制来自发射器154的光L的发射，以及从接收器156接收指示由接收器156通过连接162接收的光L的部分的信号。连接160、162中的每一者可以是有线连接或无线连接。合适的无线连接的示例包括ZigBee、Z波、蓝牙、Wi-Fi或无线电波。由接收器156接收的光L的部分可包括到由控制器166实现的控制回路的反馈，这将在下文进一步讨论。控制器166可使用从接收器156接收到的光L的信息(其也可被称为反馈)来确定针76在离散时刻的位置。控制器166还可使用从接收器156接收到的光L的信息来确定针76在离散时刻的速度。除了与发射器154和接收器156进行信号通信之外，控制器166还可与致动器组件111的压电器件112进行信号通信。响应于接收到来自接收器156的反馈，控制器166可使用下文描述的控制回路200a-200c中的一者来调节致动器组件111的操作，以保持喷射材料点期望的尺寸和形状。

控制器166被构造成实现控制回路以控制致动器组件111的操作，并因此控制针76在第一位置和第二位置之间的移动。为实现此目的，控制回路可包括控制回路200a-200c中的一者(图5A-5C)。控制回路200a-200c的输入可以是提供给致动器组件111的压电器件112的期望电压波形。存储器170可被构造成存储各种电压波形，每个电压波形与针76的特定运动模式或速度以及特定的点大小和/或形状具有预定关系。可响应于HMI设备174的特定输入而从存储器170中调用提供给控制回路200a-200c中的特定一者的特定电压波形。提供给HMI设备174的输入可以是针76的期望喷射运动、特定喷射操作、要利用的特定流体或基板、特定喷射点尺寸和形状、提供给压电器件112的初始电压值、向压电器件112施加电压的电压速率等。这些输入中的每一者以及其他输入可与存储器170中存储的特定电压波形相关联，在接收到对应输入时这些电压波形可被自动调用并输入到控制回路200a-200c中的一者中。同样，控制回路200a-200c中的每一者的输出是对提供给压电器件112的电压或电压速率进行的调节以便实现期望的针运动，其部分地由从传感器组件138接收到的反馈来确定。

图5A示出了可由控制器166实现的控制回路200a的一个实施方案。控制回路200a体现了典型的反馈控制器。控制回路200a接收可采取期望电压波形形式的输入，如上所述。然而，该输入仅部分地包括提供给控制回路200a的完整输入。除了期望的电压波形之外，控制回路200a还将从传感器组件138(具体地为接收器156)接收到的反馈结合到输入中。然后该完整输入被提供给反馈控制器204，该反馈控制器基于体现期望波形的输入来将从接收器156接收到的反馈与针76的预期位置或速度进行比较，并产生输出，该输出是对提供给压电器件112的电压或电压速率进行的调节以实现期望的电压波形，并因此实现针76的期望运动。该反馈控制器204可参考提供给压电器件112的电压与存储在存储器170中的针76的速度或位置之间的各种预定关系来计算该调节。

图5B示出了可由控制器166实现的控制回路200b的另一个实施方案。控制回路200b体现了反馈和前馈控制的组合。控制回路200a接收可采取期望波形形式的输入，该输入随后与从传感器组件138的接收器156接收到的反馈结合并提供给反馈控制器204。与控制回路200a类似，反馈控制器204基于体现期望波形的输入来将从接收器156接收到的反馈和针76的预期位置或速度进行比较，并产生输出，该输出是对提供给压电器件112的电压或电压速率进行的调节以实现期望的电压波形，并因此实现针76的期望运动。该反馈控制器204可参考提供给压电器件112的电压与存储在存储器170中的针76的速度或位置之间的各种预定关系来计算该调节。然而，控制回路200b还包括前馈控制器208，该前馈控制器可接收期望波形的输入，并产生输出，该输出是绕过反馈控制器204对提供给压电器件112的电压或电压速率进行的调节，并且与反馈控制器204的输出结合。前馈控制器208的这种使用可有助于预测由反馈控制器204产生的调节输出导致的针76运动中的干扰并使该干扰最小化。

图5C示出了可由控制器166实现的控制回路200c的第三实施方案。控制回路200c体现了反馈和前馈控制的另选组合。控制回路200b接收可采取期望波形形式的输入，该期望波形随后作为输入提供给前馈控制器208。然后，前馈控制器208提供输出，该输出与从传感器组件138的接收器156接收到的反馈组合，以形成提供给反馈控制器204的输入。然后，反馈控制器204将从接收器156接收到的反馈和来自前馈控制器208的输出进行比较，并产生输出，该输出是对提供给压电器件112的电压或电压速率进行的调节以实现期望的电压波形，并因此实现针76的期望运动。该反馈控制器204可参考提供给压电器件112的电压与存储在存储器170中的针76的速度或位置之间的各种预定关系来计算该调节。前馈控制器208的这种使用提供了一种用于预测由反馈控制器204产生的调节导致针76的运动中的干扰并使该干扰最小化的另选方法。

该控制回路200a可连续地实施，以在整个喷射循环中连续监测和调节针76的运动。关于针76的速度，控制器166可被编程为使得当针76的速度高于预先确定的阈值时控制回路200a-200c中的任一者降低供应给压电器件112的电压或电压速率，或另选地，当针76的速度低于预先确定的阈值时增加供应给压电器件112的电压或电压速率。控制器166可被编程为使得存在可接受的针速度范围，并且当针76的速度在可接受的范围内时保持供应给压电器件112的电压速率。该可接受的范围和/或预先确定的阈值可由用户通过HMI设备174提供给控制器166或从存储器170调用。

现在参见图6，示出了提供给致动器组件111的压电器件112以将针76从第二位置变换到第一位置并且在一段时间内返回第二位置的示例性电压波形250的曲线图。如图所示，电压波形250可以不是正弦的，而是可采取一定程度的锯齿形。这是因为当针76从第一位置变换到第二位置时需要针76的急剧下降，使得从喷嘴56喷射具有期望形状和尺寸的离散量的材料。如图所示，电压波形250具有若干离散的区段。在基线部分254中，在0和500微秒之间不向压电器件112供应电压。在500微秒时，电压波形250的增大部分258a开始。电压波形250的这种增大部分258从500微秒持续到约2700微秒，并且在供应给压电器件112的电压持续增大期间限定电压波形250的一部分。这种电压的增大使得压电器件112伸展，从而将针76拉离喷嘴56。如图所示，增大部分258包括第一部分258a和第二部分258b。在第一部分258a期间，电压电平比第二部分258b中的电压电平更快地增大。因此，针76在压电器件112接收电压波形250的增大部分258的开始期间比在结束时更快地被拉离喷嘴56。尽管电压波形250的增大部分258被示出为具有两个具有不同电压增大速度的区段，但设想了更多或更少的区段。

在电压波形250的增大部分258之后，从约2700至约2800微秒以恒定电压向压电器件112供应电压。电压波形的该恒定部分262表示针76完全回缩到第一位置的时间，并且被称之为保压。通过使用控制回路200a-200c中的一者在波形的恒定部分262期间调节施加到压电器件112的电压来调节针76的保压位置可有助于控制从喷嘴56喷射的材料点的形状和尺寸。在恒定部分262之后，施加到压电器件112的电压在减小部分264期间快速下降到零。在电压波形250的减小部分264期间供应给压电器件112的电压的这种快速下降导致压电器件112的快速收缩，从而快速驱动针76朝向喷嘴56直到针76撞击阀座80。这使得具有预先确定的尺寸和形状的材料点从涂覆器10的喷嘴56喷射到基板上。通过使用控制回路200a-200c中的一者改变电压波形250的减小部分264期间电压降低的速度，可进一步控制从涂覆器10喷射的材料的点尺寸和形状。

继续参见图7，将讨论使用传感器组件138和连接的控制器166来控制针76的运动以保持预先确定的材料点尺寸和形状的方法300。方法300包括首先在步骤302中致动致动器组件111的压电器件112。如上所述，通过致动压电器件112，针76沿竖直方向6在第一位置和第二位置之间平移。这种往复运动用于从喷嘴56喷射一定量的材料。在步骤306(其可在执行步骤302之前、期间或之后启动)中，控制器166可启动从发射器154将光L发射到接收器156，使得致动器组件111或针76的一部分与光L相互作用。如上所述，光L可沿垂直于竖直方向6的方向D发射，并且可被发射使得致动器组件111或针76的一部分部分地遮挡光L。另选地，光L可被发射使得致动器组件111或针76的一部分反射光L。在步骤302和306之后，方法300包括基于在步骤310中控制器166从接收器156接收到的反馈来确定针76在离散时间点的位置。在步骤310之后或与之同时，控制器166可在步骤314中基于控制器166从接收器156接收到的反馈来确定针76在离散时刻的速度。

在步骤310和314中确定了针的位置和/或速度之后，控制器166可基于控制器166从接收器156接收到的反馈在步骤318中调节压电器件112的操作。这种调节可通过根据存储在存储器170中的电压和针速度或位置之间的预先确定的关系来调节提供给压电器件112的电压来实现。可使用图5A-5C中所示的控制回路200a-200c中的任一者或组合来确定该调节，控制回路中的每一者包括由涂覆器10的用户提供给HMI设备174的输入。调节步骤318可包括当针76的速度高于预先确定的阈值时减小提供给压电器件112的电压、当针76的速度低于预先确定的阈值时增大提供给压电器件112的电压、当针76的速度在预先确定的范围内时保持提供给压电器件112的电压。

通过连续获得关于针76的位置和速度的反馈并使用该信息来控制提供给压电器件112的电压波形，从涂覆器10喷射的材料点尺寸和形状可随时间推移保持一致。传感器组件138的发射器154和接收器156的使用提供了用于获得这种反馈的高度精确的系统，使得能够容易地获得对针76瞬时位置和速度的精确确定。此外，控制回路200a-200c可使用由控制器166从传感器组件138获得的信息来帮助调节由压电器件112提供的电压，同时使采取这种纠正措施可能产生的负面后果最小化。

尽管本发明的各创造性方面、概念和特征可在本文描述和例示为组合实施于示例性实施方案中，但这些不同方面、概念和特征可单独或者以其各种组合和次组合形式用于许多另选的实施方案中。除非在本文中明确地排除在外，所有此类组合和子组合预期在本发明的范围之内。另外，尽管本文可将本发明的某些特征、概念或方面描述为优选布置方式或方法，除非明确说明，此类描述并非旨在暗示此类特征是需要或必须的。另外，示例性或代表性的数值和范围可被包括在内从而有助于理解本公开；然而，此类数值和范围不应在限制性的意义上理解，只在特别明确说明的情况下才意在作为临界值或范围。除非明确说明，否则示例性方法或过程的描述不限于包括所有情况下所需的所有步骤，所介绍的步骤的顺序也不应理解为需要的或必需的。

Claims (25)

1.一种用于控制材料涂覆器的针运动的系统，所述系统包括：

致动器组件，所述致动器组件包含压电器件，其中所述致动器组件连接到针并且被构造成沿竖直方向平移所述针；

传感器组件，所述传感器组件包括：

发射器，所述发射器用于发射光，其中所述致动器组件的一部分或所述针的一部分遮挡所述光的一部分；

接收器，所述接收器用于接收所述光的非遮挡部分；和

传感器保持器，所述传感器保持器被构造成固定所述发射器和所述接收器；和

控制器，所述控制器与所述压电器件、所述发射器和所述接收器电连通，其中所述控制器被构造成基于从所述接收器接收到的反馈来调节所述致动器组件的操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述针被构造成将一定量的所述材料喷射出喷嘴，并且所述控制器被构造成调节提供给所述压电器件的电压以保持由所述针从所述喷嘴喷射的所述材料的恒定尺寸和形状。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射器沿垂直于所述竖直方向的方向发射所述光。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被构造成实现包括反馈控制的控制回路，其中所述反馈控制基于从所述接收器接收到的反馈来调节提供给所述压电器件的电压或电压速率。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器组件可沿所述竖直方向相对于所述致动器组件进行调节。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：

止挡件，所述止挡件定位在所述致动器组件上方；和

外壳，所述外壳定位在所述致动器组件下方，

其中所述传感器组件可释放地联接到所述止挡件和所述外壳。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器组件被构造成使所述针在以下两个位置之间变换：1)所述针与喷嘴的阀座间隔开的第一位置；和2)所述针与所述阀座接触的第二位置，使得所述针在所述第一位置和所述第二位置之间的变换从所述喷嘴喷射一定量的所述材料。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被构造成基于从所述接收器接收到的所述反馈来确定所述针的位置或速度。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器被构造成在所述速度高于预先确定的阈值时降低供应给所述压电器件的电压或电压速率。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器被构造成在所述速度低于预先确定的阈值时增加供应给所述压电器件的电压或电压速率。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器包括存储器，所述控制器被构造成基于所述针的所述速度和所述电压之间的预先确定的关系来调节供应给所述压电器件的电压，其中所述预先确定的关系存储在所述存储器中。

12.一种控制材料涂覆器的针运动的方法，所述材料涂覆器包括联接到针的致动器组件，所述方法包括：

致动所述致动器组件的压电器件，使得所述针沿竖直方向平移；

从发射器向接收器发射光，使得所述致动器组件的一部分或所述针的一部分遮挡所述光的一部分，并且所述接收器接收所述光的非遮挡部分；以及

基于来自所述接收器的反馈来调节所述压电器件的操作。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括使用所述针从喷嘴喷射一定量的所述材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调节步骤包括调节提供给所述压电器件的所述电压或电压速率以保持从所述喷嘴喷射的材料的恒定尺寸和形状。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述发射步骤包括沿垂直于所述竖直方向的方向发射所述光。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括沿所述竖直方向调节支撑所述发射器和所述接收器的传感器保持器。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述致动步骤包括使所述针在以下两个位置之间变换：1)所述针与喷嘴的阀座间隔开的第一位置；和2)所述针与所述阀座接触以从所述喷嘴喷射一定量的所述材料的第二位置。

18.根据权利要求12所述的方法，还包括基于从所述接收器接收到的所述反馈来确定所述针的位置或速度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述调节步骤包括当所述速度高于预先确定的阈值时减小供应给所述压电器件的电压。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述调节步骤包括当所述速度低于预先确定的阈值时增加供应给所述压电器件的电压。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述调节步骤包括基于所述针的所述速度和所述电压之间的存储关系来调节供应给所述压电器件的电压。

22.一种用于控制材料涂覆器的针运动的系统，所述系统包括：

致动器组件，所述致动器组件包含压电器件，其中所述致动器组件连接到针并且被构造成沿竖直方向在以下两个位置之间平移所述针：1)所述针与喷嘴的阀座间隔开的第一位置；和2)所述针与所述阀座接触以从所述喷嘴喷射一定量的所述材料的第二位置；

传感器组件，所述传感器组件包括：

发射器，所述发射器用于发射光，其中所述致动器组件的一部分或所述针的一部分遮挡所述光的一部分；

接收器，所述接收器用于接收所述光的非遮挡部分，其中所述接收器被定位在所述致动器组件的相对于所述发射器的相对侧上；和

传感器保持器，所述传感器保持器被构造成固定所述发射器和所述接收器；和

控制器，所述控制器与所述压电器件、所述发射器和所述接收器电连通，其中所述控制器被构造成操作反馈回路以基于从所述接收器接收到的反馈来调节供应给所述致动器组件的所述压电器件的电压，以保持从所述喷嘴喷射的材料的恒定尺寸和形状。

23.根据权利要求22所述的系统，其中供应给所述压电器件的所述电压限定波形，所述波形包括：

增大区段，其中供应给所述压电器件的电压增大；

保压区段，所述保压区段位于所述增大区段之后，所述保压区段限定恒定电压；和

减小区段，所述减小区段位于所述保压区段之后，其中供应给所述压电器件的电压减小，

其中，所述减小区段限定比所述增大区段更大的电压速率变化幅度。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器被构造成调节所述波形的所述保压区段。

25.根据权利要求23所述的系统，其中所述控制器被构造成调节所述波形的所述减小区段。