CN114203584A - 集成在时间压力分配器中的体积测量及调节装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量和调节由时间压力分配器分配的液体的体积的装置，包括：适配器，所述适配器用于将注射器可释放地联接至所述装置，所述注射器装有待分配的液体；探针，所述探针被配置为与所述注射器的活塞联接，向活塞施加气压时，活塞用于施加压力以将所述液体从所述注射器中喷射出来；以及位移检测器，所述位移检测器用于确定所述探针的位置，以便在分配液体时确定所述活塞的位置，从而调节从所述注射器分配的所述液体的体积。

Description

集成在时间压力分配器中的体积测量及调节装置
技术领域
本发明涉及一种适配器装置、一种液体分配装置和一种用于调节由时间压力分配器分配的液体的体积的方法。
背景技术
在电子产品的制造过程中，电子产品的制造要求质量高、可靠性高。特别地，工艺精度和一致性对于半导体组装和封装设备非常重要。一种制造工艺使用该设备进行液体(例如：粘合剂)的分配。通常，时间压力分配器用于沉淀液体(例如：粘合剂)。这是因为时间压力分配器是通用的，且其可进行广泛的分配应用，与其他类型的分配器相比，该时间压力分配器便于操作者使用，易于处理和操作。然而，使用时间压力分配器输送诸如环氧树脂之类的液体时，可能会遇到一些问题。
与现有技术相比，提供一种改进的液体分配装置将是有益的。
发明内容
因此，本发明的目的在于探索提供一种装置，该装置克服了至少一些现有技术问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量和调节由时间压力分配器分配的液体的体积的装置，包括：适配器，所述适配器用于将注射器可释放地联接至所述装置，所述注射器装有待分配的液体；探针，所述探针被配置为与所述注射器的活塞联接，向活塞施加气压时，活塞用于施加压力以将所述液体从所述注射器中喷射出来；以及位移检测器，所述位移检测器用于确定所述探针的位置，以便在分配液体时确定所述活塞的位置，从而测量并调节从所述注射器分配的所述液体的体积。
第一个方面认识到：使用时间压力分配器分配一定量的液体(例如：环氧树脂)的问题在于：有时这些装置在分配的体积上存在不可忽略的变化，这通常是由于分配器本身的不一致性以及由于液体特性随时间发生变化而造成的。因为分配器只能控制时间和压力，所以这些时间压力分配器不属于体积装置。通常，因为使用时间和压力与液体体积或流速的相关性可能非常弱且不可靠，所以仅仅保证时间和压力不足以实现准确的可重复分配。粘度和喷嘴条件等其他因素也会影响分配精度和一致性。因此，由于时间压力分配器不是体积分配器，所以其无法自适应调整来纠正出现的任何体积误差。这样会导致被分配的液体体积的准确性和一致性方面存在缺陷。因此，提供了一种装置。该装置可以调节或控制由时间压力分配器分配的液体的体积或量。该装置可包括适配器。适配器可将注射器可释放地联接至该装置。注射器可装有待分配的液体。该装置可包括探针。探针可被配置为与注射器的活塞联接。活塞可以施加压力，将压力施加到活塞时，该压力使液体从注射器喷出，或使液体从注射器流出。该装置可包括位移探测器。位移检测器可确定或测量探头的位置。分配液体时，探针的位置可确定活塞的位置。然后，分配液体时，利用活塞的位置来测量和调节从注射器分配的液体的体积。通过这种方式，该装置将现有的时间压力分配器有效地转换为体积分配器，通过根据探针的位置确定活塞的位置来测量和调节由注射器分配的液体的体积。即使在分配器本身不一致的情况下，即使液体的性质和条件随时间推移而发生变化，这也实现了一致且可靠的液体分配。
可将探针配置为联接至所述活塞的远离所述注射器的喷嘴的一端。
探针可以与活塞可拆卸地接合。
探针可以用于与所述活塞一起线性移动。探头可以具有位移编码器和位移标尺中的一个。
可将探头可移动地封装在外壳中，所述外壳具有所述位移编码器和所述位移标尺中的另一个。
位移检测器在使用中可操作以用于响应于所述位移编码器相对于所述位移标度的位移，测量所述探针的位移。
位移编码器可以是线性位移编码器，位移标尺可以是线性位移标尺。
该装置可包括处理逻辑，所述处理逻辑在使用可操作以用于记录活塞分配液体时探针随时间推移而产生的位移轨迹，作为位移特性。
处理逻辑在使用中可操作以用于：根据由所述注射器分配所述液体之前所述探针的初始位置与由所述注射器分配所述液体之后所述探针的最终位置之间的差异来确定由所述注射器分配的所述液体的体积。
所述处理逻辑在使用中可操作以用于将所述探针的位移特性和与典型分配循环相关的所述探针的预存位移特性进行比较。
当所述探针的所述位移特性与所述探针的所述预存位移特性不同时，所述处理逻辑在使用中可操作以用于检测分配不规则性。
所述外壳可包括附加致动器，所述附加致动器用于在所述探针上施加气压，从而向所述活塞施加进一步的压力，以将所述液体从所述注射器中喷射出来。
根据本发明的第二方面，提供了一种液体分配装置，所述液体分配装置包括用于分配液体的时间压力分配器；以及第一方面所述的装置。
液体分配装置可包括上述第一方面所述装置的特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于测量和调节由时间压力分配器分配的液体的体积的方法，所述方法包括：使用适配器将探针与装有待分配液体的注射器的活塞可释放地(releasably)联接；向所述活塞施加气压，从而对液体施加压力，以将所述液体从所述注射器中喷射出来；以及通过使用位移检测器确定所述探针的位移来调节从所述注射器分配的所述液体的体积，使得所述活塞在分配液体时可以确定所述活塞的位置。
该方法可包括：记录所述活塞分配所述液体时所述探针随时间推移而产生的所述位移轨迹。
该方法可包括：根据由所述注射器分配所述液体之前所述探针的初始位置与由所述注射器分配所述液体之后所述探针的最终位置之间的差异来确定由所述注射器分配的所述液体的体积。
该方法可包括将所述探针的位移特性和与典型分配循环相关的所述探针的预存位移特性进行比较。
该方法可包括：当所述探针的所述位移特性与所述探针的所述预存位移特性不同时，检测分配不规则性。
该方法可包括：记录所述位移特性，所述位移特性示出了分配所述液体时在所述活塞位移期间所述探针随时间推移而产生的所述位移的轨迹。
参考说明书部分、所附的权利要求书和附图，可以更好地理解这些及其他特征、方面和优点。
附图说明
参考附图，现在仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明优选实施例的与时间压力分配器连接的适配器装置；
图2示出了注射器安装前装置的透视图；
图3示出了具有安装在该装置上的注射器的装置；
图4A和图4B分别更详细地示出了装置外壳内的布置的透视图和侧视图；
图5A更详细地示出了装置的布置的剖面图，图5B示出了该装置的近端联接部分的剖视图；以及
图6A至图6D分别示出了在正常操作、存在气泡、发生阻塞和输出不均匀时由控制逻辑记录的示例性位置信息。
在这些附图中，使用相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
在更详细地讨论实施例之前，首先将进行概述。一些实施例提供了一种适配器装置，所述适配器装置测量、调节或控制正由时间压力分配器分配的液体的体积。该装置与装有待分配液体的注射器以及致动注射器活塞的时间压力分配器可拆卸地联接。适配器装置具有探针，该探针与注射器的活塞以及位移检测器联接，在致动期间该位移检测器测量注射器的位移。通过测量注射器活塞的位移，可以确定被分配的液体的体积。此外，通过在致动期间分析注射器随时间推移而发生的位移并将其与预存的信息进行比较，可以确定与注射器操作相关的各种故障条件。
装置
图1示出了根据一个实施例的适配器装置10。装置10被安装到分配机20上，分配机20提供装置10的相对于定位台30三个运动自由度，定位台30将部件(未示出)承载至待分配诸如环氧树脂之类的液体或其他液体的地方。
装置10通过柔性空气管50与时间压力分配器40联接。在该示例中，时间压力分配器40是气动的，并且其在柔性空气管50上方提供空气。然而，应当理解的是，可以使用不同类型的时间压力分配器，例如：液压分配器、机电线性致动器分配器、压电马达分配器，或者确实可以用于操作注射器活塞的任何时间压力分配器。在该示例中，柔性空气管50与近侧联接器60以及远端联接器70联接，这将在下文中更加详细地说明。
控制器45联接并控制装置10、时间压力分配器40以及分配机20，这将在下文中更加详细地说明。
图2更详细地示出了装置10。装置10具有与气缸90联接的外壳80，气缸90的末端位于远端联接器70处。近端联接器60由与外壳80联接的端壁100固定。端壁100具有注射器固定环110。同轴定位呈探杆120形式的探针，以将探针从注射器固定环110处延伸。
注射器130具有辅助性注射器安装环140，该辅助性注射器安装环140与注射器固定环110配合，以将注射器130保持到位，邻接端壁100，如图3所示。注射器130具有喷嘴145，通过该喷嘴分配液体。当探杆120保持在装置10上时，探杆120在注射器130内延伸并与活塞(未示出)配合。
图4A和图4B分别更详细地示出了装置外壳80内的布置的透视图和侧视图。气缸杆150从气缸90处延伸，并与由线性导轨170支承的线性位置传感器160啮合。位于靠近线性位置传感器160的是线性标尺180，线性标尺180在外壳80内延伸，平行于线性导轨170。与线性位置传感器160联接的是探杆120。如图4B中更详细地所示，线性位置传感器160位于与线性导轨170啮合的安装件190上。线性位置传感器160具有电缆200，电缆200携带关于线性位置传感器160相对于线性标尺180的位置信息。
图5A更详细地示出了装置10的布置的剖面图，图5B示出了装置10的近端联接器60的剖视图。杆密封件210和O形环220有助于将外壳80内的空隙与通过近端联接器60提供的空气隔离。线性衬套230有助于在致动期间保持探杆120的轴向对准。探杆120的近端240与注射器活塞250啮合，并且探杆120的远端255与安装件190啮合。
液体分配
在操作中，控制逻辑45致动分配机20，以将喷嘴145定位在相对于工作台30上的部件的所需位置处。
控制逻辑45在就位后致动时间压力分配器40。控制逻辑通过电缆200接收和记录来自线性位置传感器160的指示活塞250位置的位置信息。时间压力分配器在选定的时间段内在柔性空气管50的上方以选定的气压供应空气。主要通过近端联接器60供应气压，通过远端联接器70供应空气以增强气压辅助作用。经由近端联接器60供应的空气进入注射器130，并提供推力以将注射器活塞250移向喷嘴145。经由远端联接器70供应的空气进入气缸90，并且还使气缸杆150朝向注射器130移动，进而推靠探针杆120，以协助推动注射器活塞250的位移。
通过位于气缸杆150、编码器安装件190和探杆120之间的联接器，气缸杆150和探杆130的运动转化为注射器活塞250的运动。引入经由远端联接器70供应的空气压力有助于驱动注射器活塞250的位移。线性位置传感器160读取其相对于线性标尺180的位置，并且通过电缆200周期性地或连续地将该位置输出至控制逻辑45，该控制逻辑45在时间压力分配器40致动之前、期间和之后记录该位置信息进行分析。
因此，在典型操作中，探杆120延伸并接触活塞250，以记录其动态。虽然探杆120最初可能不与注射器活塞250接触，但在开始分配之前，时间压力分配器40提供的致动将使探杆120与注射器活塞250接触。然后，在由时间压力分配器40的致动帮助下，探杆120牢固地与注射器活塞250接触。然后，在整个分配周期期间记录线性位移的时间历程。当分配循环结束时，适配器装置10将停止致动。然后处理位移-时间波形，并将其用于计算分配的体积，同时指示出任何超出范围或不理想的情况。然后，可以将该信息用作闭合反馈回路，以在下一个分配循环中改变时间压力分配器45的操作时间和/或压力。
图6A至图6D示出了在不同操作条件下由控制逻辑45记录的示例性位置信息。
常规操作
图6A示出了注射器的常规操作。记录活塞250的起始位置P1，并致动时间压力分配器40。在T1时刻，注射器活塞250发生移动，并且，从注射器130分配液体时，其位移将逐渐增加。在T2时刻，停用时间压力分配器40，然后，注射器130到达稳态位置P2。位置P1和位置P2之间的差异以及对注射器130的几何形状的了解，使得控制逻辑45能够确定由注射器130分配的液体的量。
气泡
图6B示出了注射器130内的液体中存在气泡时记录的示例性位置数据。可以看出：注射器活塞250的初始位置是P1。控制逻辑45致动时间压力分配器40，并且，在T1时刻，活塞250在气泡存在的情况下做出不同的响应，甚至可能被迫进入负位移。在T2时刻，就在控制逻辑45停用时间压力分配器40并且到达注射器活塞250的最终位置P2之后，一旦从注射器130排出一些气泡，活塞250会突然高速向前移动。最终位置P2甚至可能低于起始位置P1。由此，控制逻辑45能够确定：存在气泡，并且向操作员可选地提供在分配期间遇到的异常的指示。
堵塞
图6C示出了在不同的堵塞条件下收集的不同位置信息，其中，线300示出了喷嘴145的正常操作条件，线310示出了喷嘴145的部分堵塞情况，并且线320示出了完全堵塞的喷嘴145。可以看出：在每种情况下，注射器活塞250的起始位置P1是相同的，并且，在时刻T1，注射器活塞250应随着时间压力分配器40的致动而移动。当喷嘴145没有发生堵塞或仅被部分堵塞时，在这两种情况下注射器活塞250均能移动，但在，正常操作条件下(如线300所示)，喷嘴145的移动速度高于其发生部分堵塞时的移动速度。而且，停用时间压力分配器40时，正常操作条件下(如线300所示)T2时刻之后的最后静止位置高于部分阻塞条件下(如线310所示)的最终静止位置。通过分析线310的轮廓并将其与可预存在控制逻辑45内的线300进行比较，控制逻辑45能够确定存在此类阻塞。类似地，与P2A相比，P2B显示的最终位置降低也能表明发生了堵塞。此外，如果喷嘴145被完全堵塞，注射器活塞250可能根本无法移动，其最终位置由P2C表示，其中，注射器活塞250没有发生位移。控制逻辑45能够向操作员可选地指示这种阻塞。
喷嘴输出不均匀
图6D示出了喷嘴145分配的图案具有不均匀形状的情况。尽管线330(代表非均匀分配图案)具有与线300(代表均匀分配图案)相似的初始轮廓，但是能够看出线330具有减小的峰值位移P2A，从该峰值位移P2A可以推导喷嘴145的非均匀输出。控制逻辑45能够向操作员可选地示出这种非均匀性。
因此，可以看出：一些实施例提供了一种将时间压力分配装置转换成体积装置的装置，可操作该装置来测量从注射器130排出的体积。这是通过使用线性位置传感器160来实现的，该线性位置传感器160记录注射器130内部的活塞250的动态，并且对活塞动态的时间历史进行处理并关联，用于体积计算。这样能够使用传统的时间压力分配器进行体积测量，这些时间压力分配器不像典型的体积分配器那样又大又重，且不方便用户使用。这是因为典型的体积分配器要求其机械系统具有高刚度，以将机械变形对体积精度和可重复性的影响降低至最低水平。在本发明的一些实施例中，注射器130也可以由相对柔软的结构(例如：聚丙烯)制成，在操作时聚丙烯会变形。与传统的体积分配器不同，在进行分配之前，无需采取额外的步骤将液体从注射器转移到更坚固的容器中。这是因为所收集的位置数据可用于将由于变形而发生变化的位置信息与指示实际分配的液体量的最终位置信息分开。在分配过程中可以使用这种方法进行闭环反馈控制，以正确地控制被分配的液体的体积。从通常用于时间压力分配系统的开环控制切换到闭环控制，有助于提高分配体积的准确性和可重复性。因此，可以看出：实施例能够对诸如环氧树脂之类的液体进行体积测量。如果需要，能够将该测量体积用作反馈以对液体输送进行调整和校正。也能够测量深色液体，但是由于它们的反射面很差，难以使用光学方法测量。
虽然本发明已就某些实施例进行了相当详细的描述，但是可能还存在其他实施例。
因此，所附权利要求书的精神和范围不应限于对本发明所述实施例的描述。

Claims (20)

1.一种用于测量和调节经时间压力分配器分配的液体的体积的装置，包括：
适配器，所述适配器用于将注射器可拆卸地联接至所述装置，所述注射器装有待分配的液体；
探针，所述探针被配置为与所述注射器的活塞联接，向所述活塞施加气压时，所述活塞用于施加压力以将所述液体从所述注射器中喷射出来；以及
位移检测器，所述位移检测器用于确定所述探针的位置，以便在分配所述液体时确定所述活塞的位置，从而测量和调节从所述注射器分配的所述液体的体积。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探针被配置为联接至所述活塞的远离所述注射器的喷嘴的一端。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探针与所述活塞可拆卸地啮合。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探针用于与所述活塞一起线性移动。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探头具有位移编码器和位移标尺中的一个。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述探头可移动地封装在外壳中，所述外壳具有所述位移编码器和所述位移标尺中的另一个。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述位移检测器用于响应于所述位移编码器相对于所述位移标度的位移,测量所述探针的位移。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述位移编码器为线性位移编码器，所述位移标尺为线性位移标尺。
9.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括处理逻辑，所述处理逻辑用于记录活塞分配液体时探针随时间推移而产生的位移轨迹，作为位移特性。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述处理逻辑用于：根据由所述注射器分配所述液体之前所述探针的初始位置与由所述注射器分配所述液体之后所述探针的最终位置之间的差异来确定由所述注射器分配的所述液体的体积。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述处理逻辑用于将所述探针的位移特性和与典型分配循环相关的所述探针的预存位移特性进行比较。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，当所述探针的所述位移特性与所述探针的所述预存位移特性不同时，所述处理逻辑用于检测分配不规则性。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述外壳包括附加致动器，所述附加致动器用于在所述探针上施加气压，从而向所述活塞施加进一步的压力，以将所述液体从所述注射器中喷射出来。
14.一种液体分配装置，包括：
时间压力分配器，所述时间压力分配器用于分配液体；以及
如权利要求1所述的装置。
15.一种用于测量和调节由时间压力分配器分配的液体的体积的方法，包括：
使用适配器将探针与装有待分配液体的注射器的活塞联接；
向所述活塞施加气压，从而对液体施加压力，以将所述液体从所述注射器中喷射出来；以及
通过使用位移检测器确定所述探针的位移来测量和调节从所述注射器分配的所述液体的体积，使得在所述活塞分配液体时确定所述活塞的位置。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：记录所述活塞分配所述液体时所述探针随时间推移而产生的所述位移的轨迹。
17.根据权利要求15所述的方法，包括：根据由所述注射器分配所述液体之前所述探针的初始位置与所述注射器分配所述液体之后所述探针的最终位置之间的差异来确定所述注射器分配的所述液体的体积。
18.根据权利要求15所述的方法，包括：将所述探针的位移特性和与典型分配循环相关的所述探针的预存储位移特性进行比较。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：当所述探针的位移特性与所述探针的预存位移特性不同时，检测分配不规则性。
20.根据权利要求18所述的方法，包括：记录所述位移特性，所述位移特性示出了分配所述液体时在所述活塞位移期间所述探针随时间推移而产生的所述位移的轨迹。
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