KR102646741B1 - A pneumatic dispenser with monitoring droplet ejection - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서는 직육면체의 형태로 제작되어 밸브와 배관이 연결되는 상부 플레이트와 액체가 토출되기 위해 사각 평판의 형태로 마이크로 채널로 제작되는 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 사각 평판의 형태로 제작되어 상기 하부 플레이트에서 액체가 토출되도록 움직이고 일측에 정전 용량식 센서가 구비되는 유연 구동막과 디스펜서 전체를 제어하고, 외부의 PC와 연결되는 MCU를 포함하며, 상기 정전 용량식 센서에서 발생하는 정전용량 신호가 상기 PC로 전달되고, 전달된 센서 신호의 파형을 분석하여 디스펜서의 액적 토출을 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.The pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to the present invention includes an upper plate made in the shape of a rectangular parallelepiped and connected to a valve and a pipe, a lower plate made with a micro channel in the form of a square plate for liquid to be discharged, the upper plate and the It is manufactured in the form of a square plate between the lower plates and moves to discharge liquid from the lower plate, and includes a flexible driving membrane equipped with a capacitive sensor on one side, an MCU that controls the entire dispenser and is connected to an external PC, The capacitance signal generated from the capacitive sensor is transmitted to the PC, and the waveform of the transmitted sensor signal is analyzed to monitor liquid droplet discharge from the dispenser.
Description
본 발명은 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적층 제조 방식의 3D 프린터를 사용하여 제작되고 정전 용량식 센서와 나노 파티클 전극을 포함한 폴리머를 이용하여 정전용량 신호를 발생하고 발생된 정전용량 신호를 통해 토출된 액체의 양을 모니터링 할 수 있는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에 관한 것이다.The present invention relates to a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge. More specifically, it is manufactured using a 3D printer of the additive manufacturing method and generates and generates a capacitance signal using a polymer including a capacitive sensor and nanoparticle electrodes. It relates to a pneumatic dispenser capable of liquid droplet discharge monitoring that can monitor the amount of liquid discharged through a capacitance signal.
일반적으로 산업에서 사용되는 공압 디스펜서 및 실시간 토출 확인이 가능한 헤드 및 이를 포함한 공압 프린팅 시스템을 제작하기 위해서는 플라스틱 등의 소재에 추가적인 가공이 필요하다.In order to manufacture pneumatic dispensers generally used in industry, heads capable of checking real-time discharge, and pneumatic printing systems including these, additional processing is required on materials such as plastic.
특히, 하부 플레이트는 실리콘을 식각하여 만드는 반도체 공정이 필요하여 시간과 비용이 많이 소비되는 문제점이 있었다.In particular, the lower plate required a semiconductor process by etching silicon, which was problematic in that it consumed a lot of time and cost.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,The present invention was created to solve the above problems,
본 발명의 목적은 적층 제조 방식의 3D 프린터를 사용하여 제작되고 정전 용량식 센서와 나노 파티클 전극을 포함한 폴리머를 이용하여 정전용량 신호를 발생하고 발생된 정전용량 신호를 통해 토출된 액체의 양을 모니터링 할 수 있는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to produce a capacitance signal using a polymer including a capacitive sensor and a nanoparticle electrode, which is manufactured using a 3D printer using an additive manufacturing method, and to monitor the amount of liquid discharged through the generated capacitance signal. The aim is to provide a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여,In order to solve the technical problems described above,
본 발명에 의한 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서는 직육면체의 형태로 제작되어 밸브와 배관이 연결되는 상부 플레이트와 액체가 토출되기 위해 사각 평판의 형태로 마이크로 채널로 제작되는 하부 플레이트와 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 사각 평판의 형태로 제작되어 상기 하부 플레이트에서 액체가 토출되도록 움직이고 일측에 정전 용량식 센서가 구비되는 유연 구동막과 디스펜서 전체를 제어하고, 외부의 PC와 연결되는 MCU를 포함하며, 상기 정전 용량식 센서에서 발생하는 정전용량 신호가 상기 PC로 전달되고, 전달된 센서 신호의 파형을 분석하여 디스펜서의 액적 토출을 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.The pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to the present invention includes an upper plate made in the shape of a rectangular parallelepiped and connected to a valve and a pipe, a lower plate made with a micro channel in the form of a square plate for liquid to be discharged, the upper plate and the It is manufactured in the form of a square plate between the lower plates and moves to discharge liquid from the lower plate, and includes a flexible driving membrane equipped with a capacitive sensor on one side, an MCU that controls the entire dispenser and is connected to an external PC, A capacitance signal generated from the capacitive sensor is transmitted to the PC, and the waveform of the transmitted sensor signal is analyzed to monitor liquid droplet discharge from the dispenser.
또한 바람직하게는 상기 상부 플레이트는 직육면체 형태로 제작되어 상기 상부 플레이트의 하우징인 상부 몸체와 공기의 흐름을 조절하여 상기 상부 몸체 내부의 압력을 조절하는 솔레노이드 밸브와 토출되기 위한 액체가 인입되는 액체 인입구와 상기 상부 몸체의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브에 양압을 제공하는 양압구와 상기 상부 몸체의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브에 음압을 제공하는 음압구와 정전용량 신호를 생성하기 위한 정전 용량식 센서의 그라운드인 구리판을 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the upper plate is manufactured in the shape of a rectangular parallelepiped, and includes an upper body that is the housing of the upper plate, a solenoid valve that regulates the pressure inside the upper body by controlling the flow of air, and a liquid inlet through which liquid to be discharged is introduced. A positive pressure sphere connected to one side of the upper body to provide positive pressure to the solenoid valve, a negative pressure sphere connected to one side of the upper body to provide negative pressure to the solenoid valve, and a ground of a capacitive sensor for generating a capacitance signal. Characterized by comprising a copper plate.
또한 바람직하게는 상기 하부 플레이트는 액체 인입구와 연결되어 상면에 가공된 홈에 액체가 주입되는 마이크로 채널과 상기 마이크로 채널 내부의 저면에서 단면이 V자인 역원뿔 형태로 마련되어 액체 토출시 액체가 역류하는 것을 방지하기 위한 챔버와 상기 하부 플레이트의 저면에 마련되어 액체가 토출되는 액체 토출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the lower plate is connected to the liquid inlet and is provided with a micro channel through which liquid is injected into a groove machined on the upper surface, and an inverted cone shape with a V-shaped cross section at the bottom of the micro channel to prevent the liquid from flowing back when the liquid is discharged. It is characterized in that it includes a chamber for preventing liquid discharge and a liquid discharge port provided on the bottom of the lower plate through which liquid is discharged.
또한 바람직하게는 상기 유연 구동막은 폴리머 소재로 제작되는 멤브레인과 상기 상부 플레이트의 구리판 연직 하방향의 상기 멤브레인 내부에 설치되어 정전용량 신호를 발생하여 액체 토출구에서 토출되는 액체의 양을 측정하는 정전 용량식 센서와 상기 멤브레인 내부에 구비되어 상기 정전 용량식 센서와 연결되어 상기 MCU로 정전용량 신호를 전달하는 은 나노와이어 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the flexible driving membrane is a membrane made of a polymer material and a capacitance type installed inside the membrane vertically below the copper plate of the upper plate to generate a capacitance signal to measure the amount of liquid discharged from the liquid discharge port. It is characterized in that it includes a sensor and a silver nanowire electrode provided inside the membrane, connected to the capacitive sensor, and transmitting a capacitance signal to the MCU.
또한 바람직하게는 상기 MCU는 상기 솔레노이드 밸브, 상기 정전 용량식 센서 및 외부의 PC와 연결되어 상기 정전 용량식 센서에서 측정된 정전용량 신호의 변화를 실시간으로 확인 가능하도록 연결된 PC로 정전용량 신호를 전달하고, 상기 액체 인입구로 인입된 액체가 상기 마이크로 채널의 홈에 주입되는 제1 단계와 상기 솔레노이드 밸브의 작동으로 상기 음압구에 의해 상기 상부 몸체 내부에 음압이 작용되는 제2 단계와 상기 제2 단계에서 작용된 음압에 의해 상기 멤브레인이 상방향으로 당겨지는 제3 단계와 상기 제3 단계에서 상기 멤브레인이 당겨져 상기 제1 단계에서 주입된 액체가 상기 챔버 내부로 이동되는 제4 단계와 상기 정전 용량식 센서가 상기 제2 단계 내지 상기 제4 단계에서 상기 구리판과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제5 단계와 상기 솔레노이드 밸브의 작동으로 상기 양압구에 의해 상기 상부 몸체 내부에 양압이 작용되는 제6 단계와 상기 제6 단계에서 작용된 양압에 의해 상기 멤브레인이 하방향으로 눌러지는 제7 단계와 상기 제7 단계에서 상기 멤브레인이 눌러져 상기 제4 단계에서 상기 챔버 내부로 이동된 액체가 상기 액체 토출구로 토출되는 제8 단계와 상기 정전 용량식 센서가 상기 제6 단계 내지 상기 제8 단계에서 상기 구리판과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제9 단계와 상기 제5 단계 및 상기 제9 단계에서 발생된 정전용량 신호를 외부의 PC로 전달하는 제10 단계로 디스펜서 전체를 제어하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the MCU is connected to the solenoid valve, the capacitive sensor, and an external PC to transmit a capacitance signal to the connected PC so that changes in the capacitance signal measured by the capacitive sensor can be confirmed in real time. A first step in which the liquid introduced into the liquid inlet is injected into the groove of the micro channel, and a second step in which negative pressure is applied to the inside of the upper body by the negative pressure port by operation of the solenoid valve, and the second step. A third step in which the membrane is pulled upward by negative pressure applied in the fourth step in which the membrane is pulled in the third step and the liquid injected in the first step is moved into the chamber, and the capacitance type A fifth step in which the sensor generates a capacitance signal based on the distance from the copper plate in the second to fourth steps, and a positive pressure is applied inside the upper body by the positive pressure sphere due to the operation of the solenoid valve. A sixth step and a seventh step in which the membrane is pressed downward by the positive pressure applied in the sixth step, and the liquid moved into the chamber in the fourth step by pressing the membrane in the seventh step is the liquid. An eighth step in which the capacitive sensor is discharged to the discharge port and a ninth step in which the capacitive sensor generates a capacitance signal based on the distance to the copper plate in the sixth to eighth steps, the fifth step and the ninth step. It is characterized by controlling the entire dispenser in the 10th step, which transmits the capacitance signal generated in this step to an external PC.
또한 바람직하게는 상기 멤브레인은 폴리디메틸실록산, 폴리이미드 및 폴리우레탄 중 어느 하나의 폴리머로 제작되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the membrane is made of any one of polydimethylsiloxane, polyimide, and polyurethane.
또한 바람직하게는 상기 액체 토출구에서 액적 토출시 상기 유연 구동막과 상기 상부 플레이트의 구리판이 멀어지면서 정전용량 신호가 감소하는 것을 특징으로 한다.Also, preferably, when a liquid droplet is discharged from the liquid discharge port, the capacitance signal decreases as the flexible driving film and the copper plate of the upper plate move apart.
또한 바람직하게는 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트는 적층 제조 방식의 3D 프린터로 제작되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the upper plate and the lower plate are manufactured using a 3D printer using an additive manufacturing method.
또한 바람직하게는 상기 유연 구동막에 가해지는 양압은 2~5kPa이고, 상기 유연 구동막(300)에 의해 토출되는 액적의 부피는 350~500nL이고, 토출되는 액적의 낙하속도는 10~15m/s인 것을 특징으로 한다.Also, preferably, the positive pressure applied to the flexible driving film is 2 to 5 kPa, the volume of the liquid droplet discharged by the flexible driving film 300 is 350 to 500 nL, and the falling speed of the discharged liquid droplet is 10 to 15 m/s. It is characterized by being.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.According to the pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge of the present invention as described above, the following effects can be obtained.
적층 제조 방식의 3D 프린터를 사용하여 제작되고 정전 용량식 센서와 나노 파티클 전극을 포함한 폴리머를 이용하여 정전용량 신호를 발생하고 발생된 정전용량 신호를 통해 토출된 액체의 양을 모니터링 할 수 있는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 제공할 수 있다.Droplet discharge is manufactured using a 3D printer using additive manufacturing and generates a capacitance signal using a polymer containing a capacitive sensor and nanoparticle electrodes, and can monitor the amount of liquid discharged through the generated capacitance signal. A pneumatic dispenser capable of monitoring can be provided.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서 MCU의 제어를 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서의 액적 토출을 도시한 그림.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 양압에 따른 토출되는 액적의 부피를 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 양압에 따른 토출되는 액적의 낙하 속도를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 액적 토출시 정전용량 신호의 변화를 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 액체 주입이 없을시 정전용량 신호의 변화를 도시한 그래프.Figure 1 is a perspective view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flow chart showing the control of a pneumatic dispenser MCU capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing liquid droplet discharge of a pneumatic dispenser capable of liquid droplet discharge monitoring according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the volume of liquid droplets discharged according to positive pressure in a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the falling speed of liquid droplets discharged according to positive pressure in a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the change in capacitance signal when liquid droplets are discharged from a pneumatic dispenser capable of liquid droplet discharge monitoring according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the change in capacitance signal when there is no liquid injection in a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to explain the present invention in detail so that a person skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 분해 사시도이다.Figure 1 is a perspective view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention, and Figure 2 is an exploded perspective view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention. .
도 1 내지 도 2를 참조하면, 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서는 직육면체의 형태로 제작되어 밸브와 배관이 연결되는 상부 플레이트(100)와 액체가 토출되기 위해 사각 평판의 형태로 마이크로 채널로 제작되는 하부 플레이트(200)와 상기 상부 플레이트(100)와 상기 하부 플레이트(200) 사이에 사각 평판의 형태로 제작되어 상기 하부 플레이트(200)에서 액체가 토출되도록 움직이고 일측에 정전 용량식 센서(320)가 구비되는 유연 구동막(300)과 디스펜서 전체를 제어하고, 외부의 PC(500)와 연결되는 MCU(400)를 포함하며, 상기 정전 용량식 센서(320)에서 발생하는 정전용량 신호가 상기 PC(500)로 전달되고, 전달된 센서 신호의 파형을 분석하여 디스펜서의 액적 토출을 모니터링할 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge is manufactured in the form of a rectangular parallelepiped, with an upper plate 100 connected to the valve and piping, and a micro channel in the form of a square plate for discharging liquid. It is manufactured in the form of a square plate between the lower plate 200 and the upper plate 100 and the lower plate 200, moves so that liquid is discharged from the lower plate 200, and has a capacitive sensor 320 on one side. It includes an MCU (400) that controls the flexible drive membrane 300 and the entire dispenser and is connected to an external PC (500), and the capacitance signal generated from the capacitive sensor 320 is transmitted to the PC ( 500), and the liquid droplet discharge of the dispenser can be monitored by analyzing the waveform of the transmitted sensor signal.
그리고, 상기 상부 플레이트(100)는 직육면체 형태로 제작되어 상기 상부 플레이트(100)의 하우징인 상부 몸체(110)와 공기의 흐름을 조절하여 상기 상부 몸체(110) 내부의 압력을 조절하는 솔레노이드 밸브(120)와 토출되기 위한 액체(L)가 인입되는 액체 인입구(130)와 상기 상부 몸체(110)의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브(120)에 양압을 제공하는 양압구(140)와 상기 상부 몸체(110)의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브(120)에 음압을 제공하는 음압구(150)와 정전용량 신호를 생성하기 위한 정전 용량식 센서의 그라운드인 구리판(160)을 포함할 수 있다.In addition, the upper plate 100 is manufactured in the shape of a rectangular parallelepiped and controls the upper body 110, which is the housing of the upper plate 100, and a solenoid valve ( 120) and a liquid inlet 130 through which liquid (L) to be discharged is introduced, and a positive pressure port 140 connected to one side of the upper body 110 to provide positive pressure to the solenoid valve 120 and the upper body. It may include a negative pressure sphere 150 connected to one side of the 110 to provide negative pressure to the solenoid valve 120, and a copper plate 160 that is the ground of a capacitive sensor for generating a capacitance signal.
또한, 상기 하부 플레이트(200)는 액체 인입구(130)와 연결되어 상면에 가공된 홈(H)에 액체(L)가 주입되는 마이크로 채널(210)과 상기 마이크로 채널(210) 내부의 저면에서 단면이 V자인 역원뿔 형태로 마련되어 액체(L) 토출시 액체(L)가 역류하는 것을 방지하기 위한 챔버(240)와 상기 하부 플레이트(200)의 저면에 마련되어 액체(L)가 토출되는 액체 토출구(220)를 포함할 수 있다.In addition, the lower plate 200 is connected to the liquid inlet 130 and has a micro channel 210 through which liquid (L) is injected into a groove (H) machined on the upper surface, and a cross section at the bottom of the inside of the micro channel 210. A chamber 240 provided in the form of a V-shaped inverted cone to prevent the liquid L from flowing back when the liquid L is discharged, and a liquid discharge port provided on the bottom of the lower plate 200 through which the liquid L is discharged ( 220) may be included.
여기서, 상기 상부 플레이트(100) 및 상기 하부 플레이트(200)는 적층 제조 방식의 3D 프린터로 제작될 수 있다.Here, the upper plate 100 and the lower plate 200 may be manufactured using a 3D printer using an additive manufacturing method.
따라서, 반도체 장비를 이용하여 하부 플레이트를 식각 하지 않고 제작되어 비용이 저렴하고 제작 시간이 감소하는 효과가 있다.Therefore, it is manufactured using semiconductor equipment without etching the lower plate, which has the effect of lowering the cost and reducing the manufacturing time.
그리고, 상기 유연 구동막(300)은 폴리머 소재로 제작되는 멤브레인(310)과 상기 상부 플레이트(100)의 구리판(160) 연직 하방향의 상기 멤브레인(310) 내부에 설치되어 정전용량 신호를 발생하여 액체 토출구(220)에서 토출되는 액체(L)의 양을 측정하는 정전 용량식 센서(320)와 상기 멤브레인(310) 내부에 구비되어 상기 정전 용량식 센서(320)와 연결되어 상기 MCU(400)로 정전용량 신호를 전달하는 은 나노와이어 전극(330)을 포함할 수 있다.In addition, the flexible driving membrane 300 is installed inside the membrane 310 made of a polymer material and the membrane 310 vertically below the copper plate 160 of the upper plate 100 to generate a capacitance signal. A capacitive sensor 320 that measures the amount of liquid (L) discharged from the liquid discharge port 220 is provided inside the membrane 310 and is connected to the capacitive sensor 320 to connect the MCU 400. It may include a silver nanowire electrode 330 that transmits a capacitance signal.
여기서, 상기 멤브레인(310)은 폴리디메틸실록산, 폴리이미드 및 폴리우레탄 중 어느 하나의 폴리머로 제작될 수 있다.Here, the membrane 310 may be made of any one of polydimethylsiloxane, polyimide, and polyurethane.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서를 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서 MCU의 제어를 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서의 액적 토출을 도시한 그림이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention, and Figure 4 is a block diagram showing a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention. , FIG. 5 is a flowchart showing the control of the pneumatic dispenser MCU capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a liquid drop diagram of a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention. This is a picture showing discharge.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 MCU(400)는 상기 솔레노이드 밸브(120), 상기 정전 용량식 센서(320) 및 외부의 PC(500)와 연결되어 상기 정전 용량식 센서(320)에서 측정된 정전용량 신호의 변화를 실시간으로 확인 가능하도록 연결된 PC(500)로 정전용량 신호를 전달하고, 상기 액체 인입구(130)로 인입된 액체(L)가 상기 마이크로 채널(210)의 홈(H)에 주입되는 제1 단계(S100)와 상기 솔레노이드 밸브(120)의 작동으로 상기 음압구(150)에 의해 상기 상부 몸체(110) 내부에 음압이 작용되는 제2 단계(S200)와 상기 제2 단계(S200)에서 작용된 음압에 의해 상기 멤브레인(310)이 상방향으로 당겨지는 제3 단계(S300)와 상기 제3 단계(S300)에서 상기 멤브레인(310)이 당겨져 상기 제1 단계(S100)에서 주입된 액체(L)가 상기 챔버(240) 내부로 이동되는 제4 단계(S400)와 상기 정전 용량식 센서(320)가 상기 제2 단계(S200) 내지 상기 제4 단계(S400)에서 상기 구리판(160)과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제5 단계(S500)와 상기 솔레노이드 밸브(120)의 작동으로 상기 양압구(140)에 의해 상기 상부 몸체(110) 내부에 양압이 작용되는 제6 단계(S600)와 상기 제6 단계(S600)에서 작용된 양압에 의해 상기 멤브레인(310)이 하방향으로 눌러지는 제7 단계(S700)와 상기 제7 단계(S700)에서 상기 멤브레인(310)이 눌러져 상기 제4 단계(S400)에서 상기 챔버(240) 내부로 이동된 액체(L)가 상기 액체 토출구(220)로 토출되는 제8 단계(S800)와 상기 정전 용량식 센서(320)가 상기 제6 단계(S600) 내지 상기 제8 단계(S800)에서 상기 구리판(160)과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제9 단계(S900)와 상기 제5 단계(S500) 및 상기 제9 단계(S900)에서 발생된 정전용량 신호를 외부의 PC(500)로 전달하는 제10 단계(S1000)로 디스펜서 전체를 제어할 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 6, the MCU 400 is connected to the solenoid valve 120, the capacitive sensor 320, and an external PC 500 to measure measurements at the capacitive sensor 320. The capacitance signal is transmitted to the connected PC (500) so that changes in the capacitance signal can be checked in real time, and the liquid (L) introduced into the liquid inlet (130) enters the groove (H) of the micro channel (210). A first step (S100) injected into and a second step (S200) in which negative pressure is applied to the inside of the upper body 110 by the negative pressure sphere 150 by the operation of the solenoid valve 120 and the second step In the third step (S300), the membrane 310 is pulled upward by the negative pressure applied in (S200), and in the third step (S300) the membrane 310 is pulled in the first step (S100). In the fourth step (S400) in which the injected liquid (L) is moved into the chamber 240 and the capacitive sensor 320 is moved to the copper plate in the second step (S200) to the fourth step (S400) In the fifth step (S500) of generating a capacitance signal based on the distance to (160) and the operation of the solenoid valve 120, positive pressure is applied inside the upper body 110 by the positive pressure sphere 140. In the sixth step (S600) and the seventh step (S700) in which the membrane 310 is pressed downward by the positive pressure applied in the sixth step (S600), the membrane ( 310) is pressed and the liquid (L) moved into the chamber 240 in the fourth step (S400) is discharged to the liquid discharge port 220 in an eighth step (S800) and the capacitive sensor 320 A ninth step (S900) and a fifth step (S500) of generating a capacitance signal based on the distance to the copper plate 160 in the sixth step (S600) to the eighth step (S800) The entire dispenser can be controlled in the tenth step (S1000), in which the capacitance signal generated in the ninth step (S900) is transmitted to the external PC (500).
여기서, 상기 액체 토출구(220)에서 액적 토출시 상기 유연 구동막(300)과 상기 상부 플레이트(100)의 구리판(160)이 멀어지면서 정전용량 신호가 감소할 수 있다.Here, when a liquid droplet is discharged from the liquid discharge port 220, the flexible driving film 300 and the copper plate 160 of the upper plate 100 move apart, so the capacitance signal may decrease.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 양압에 따른 토출되는 액적의 부피를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 양압에 따른 토출되는 액적의 낙하 속도를 도시한 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the volume of liquid droplets discharged according to positive pressure in a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention, and Figure 8 is a graph showing liquid droplet discharge monitoring according to a preferred embodiment of the present invention. This is a graph showing the falling speed of liquid droplets discharged according to positive pressure from a possible pneumatic dispenser.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 상기 유연 구동막(300)에 가해지는 양압은 2~5kPa이고, 상기 유연 구동막(300)에 의해 토출되는 액적의 부피는 350~500nL이고, 토출되는 액적의 낙하속도는 10~15m/s일 수 있다.Referring to Figures 7 and 8, the positive pressure applied to the flexible driving film 300 is 2 to 5 kPa, the volume of the liquid droplet discharged by the flexible driving film 300 is 350 to 500 nL, and the volume of the liquid droplet discharged is 350 to 500 nL. The falling speed may be 10 to 15 m/s.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 액적 토출시 정전용량 신호의 변화를 도시한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서에서 액체 주입이 없을시 정전용량 신호의 변화를 도시한 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the change in capacitance signal when liquid droplets are discharged from a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge according to a preferred embodiment of the present invention, and Figure 10 is a graph showing the change in capacitance signal when liquid droplet discharge monitoring is possible according to a preferred embodiment of the present invention. This graph shows the change in capacitance signal when there is no liquid injection from a possible pneumatic dispenser.
도 9 내지 도 10을 참조하면, 디스팬서의 동작에 따라 정전용량이 변화하고 작동 상태에 따라 정전용량 신호는 다른 파형을 나타낼 수 있다.Referring to Figures 9 and 10, the capacitance changes depending on the operation of the dispenser, and the capacitance signal may have different waveforms depending on the operating state.
따라서, 사용자는 상기 MCU(400)에서 상기 PC(500)로 전달된 정전용량 신호의 파형에 기초하여 디스펜서에서의 액적 토출을 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the user can monitor the discharge of droplets from the dispenser based on the waveform of the capacitance signal transmitted from the MCU 400 to the PC 500.
100: 상부 플레이트 110: 상부 몸체
120: 솔레노이드 밸브 130: 액체 인입구
140: 양압구 150: 음압구
160: 구리판 200: 하부 플레이트
210: 마이크로 채널 220: 액체 토출구
240: 챔버 300: 유연 구동막
310: 멤브레인 320: 정전 용량식 센서
330: 은 나노와이어 전극 400: MCU
500: PC L: 액체
H: 홈100: upper plate 110: upper body
120: solenoid valve 130: liquid inlet
140: positive pressure sphere 150: negative pressure sphere
160: copper plate 200: lower plate
210: micro channel 220: liquid outlet
240: Chamber 300: Flexible driving membrane
310: Membrane 320: Capacitive sensor
330: Silver nanowire electrode 400: MCU
500: PC L: Liquid
H: Home
Claims (9)
직육면체의 형태로 제작되어 밸브와 배관이 연결되는 상부 플레이트(100);
액체가 토출되기 위해 사각 평판의 형태로 마이크로 채널로 제작되는 하부 플레이트(200);
상기 상부 플레이트(100)와 상기 하부 플레이트(200) 사이에 사각 평판의 형태로 제작되어 상기 하부 플레이트(200)에서 액체가 토출되도록 움직이고 일측에 정전 용량식 센서(320)가 구비되는 유연 구동막(300);
디스펜서 전체를 제어하고, 외부의 PC(500)와 연결되는 MCU(400)를 포함하며,
상기 정전 용량식 센서(320)에서 발생하는 정전용량 신호가 상기 PC(500)로 전달되고,
전달된 상기 정전 용량식 센서(320) 신호의 파형을 분석하여 디스펜서의 액적 토출을 모니터링 하며,
상기 유연 구동막(300)은
폴리머 소재로 제작되는 멤브레인(310);
상기 상부 플레이트(100)의 구리판(160) 연직 하방향의 상기 멤브레인(310) 내부에 설치되어 정전용량 신호를 발생하여 액체 토출구(220)에서 토출되는 액체(L)의 양을 측정하는 정전 용량식 센서(320);
상기 멤브레인(310) 내부에 구비되어 상기 정전 용량식 센서(320)와 연결되어 상기 MCU(400)로 정전용량 신호를 전달하는 은 나노와이어 전극(330)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
In a pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge,
An upper plate (100) manufactured in the shape of a rectangular parallelepiped and connected to the valve and pipe;
A lower plate (200) made of microchannels in the form of a square plate to discharge liquid;
A flexible driving membrane manufactured in the form of a square plate between the upper plate 100 and the lower plate 200, moves so that liquid is discharged from the lower plate 200, and is provided with a capacitive sensor 320 on one side ( 300);
It controls the entire dispenser and includes an MCU (400) connected to an external PC (500),
The capacitance signal generated from the capacitive sensor 320 is transmitted to the PC 500,
By analyzing the waveform of the transmitted capacitive sensor 320 signal, the liquid droplet discharge of the dispenser is monitored,
The flexible driving membrane 300 is
Membrane 310 made of polymer material;
A capacitance type installed inside the membrane 310 in the vertical downward direction of the copper plate 160 of the upper plate 100 to generate a capacitance signal and measure the amount of liquid (L) discharged from the liquid discharge port 220. sensor 320;
Droplet discharge monitoring is characterized in that it includes a silver nanowire electrode 330 provided inside the membrane 310 and connected to the capacitive sensor 320 to transmit a capacitance signal to the MCU 400. Pneumatic dispenser available.
상기 상부 플레이트(100)는
직육면체 형태로 제작되어 상기 상부 플레이트(100)의 하우징인 상부 몸체(110);
공기의 흐름을 조절하여 상기 상부 몸체(110) 내부의 압력을 조절하는 솔레노이드 밸브(120);
토출되기 위한 액체(L)가 인입되는 액체 인입구(130);
상기 상부 몸체(110)의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브(120)에 양압을 제공하는 양압구(140);
상기 상부 몸체(110)의 일측에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브(120)에 음압을 제공하는 음압구(150);
정전용량 신호를 생성하기 위한 정전 용량식 센서의 그라운드인 구리판(160)을 포함하는 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to clause 1,
The upper plate 100 is
An upper body 110 manufactured in a rectangular parallelepiped shape and serving as the housing of the upper plate 100;
A solenoid valve 120 that regulates the pressure inside the upper body 110 by controlling the flow of air;
a liquid inlet 130 through which liquid (L) to be discharged is introduced;
A positive pressure port 140 connected to one side of the upper body 110 to provide positive pressure to the solenoid valve 120;
A negative pressure sphere 150 connected to one side of the upper body 110 to provide negative pressure to the solenoid valve 120;
Including a copper plate 160, which is the ground of a capacitive sensor for generating a capacitive signal.
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기 하부 플레이트(200)는
액체 인입구(130)와 연결되어 상면에 가공된 홈(H)에 액체(L)가 주입되는 마이크로 채널(210);
상기 마이크로 채널(210) 내부의 저면에서 단면이 V자인 역원뿔 형태로 마련되어 액체(L) 토출시 액체(L)가 역류하는 것을 방지하기 위한 챔버(240); 및
상기 하부 플레이트(200)의 저면에 마련되어 액체(L)가 토출되는 액체 토출구(220)를 포함하는 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to clause 1,
The lower plate 200 is
A micro channel 210 connected to the liquid inlet 130 and injecting liquid (L) into a groove (H) machined on the upper surface;
A chamber 240 provided at the bottom of the micro channel 210 in the form of an inverted cone with a V-shaped cross section to prevent the liquid L from flowing back when the liquid L is discharged; and
and a liquid discharge port 220 provided on the bottom of the lower plate 200 through which liquid L is discharged.
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기 MCU(400)는
솔레노이드 밸브(120), 정전 용량식 센서(320) 및 외부의 PC(500)와 연결되어 상기 정전 용량식 센서(320)에서 측정된 정전용량 신호의 변화를 실시간으로 확인 가능하도록 연결된 PC(500)로 정전용량 신호를 전달하고,
액체 인입구(130)로 인입된 액체(L)가 마이크로 채널(210)의 홈(H)에 주입되는 제1 단계(S100);
상기 솔레노이드 밸브(120)의 작동으로 음압구(150)에 의해 상부 몸체(110) 내부에 음압이 작용되는 제2 단계(S200);
상기 제2 단계(S200)에서 작용된 음압에 의해 멤브레인(310)이 상방향으로 당겨지는 제3 단계(S300);
상기 제3 단계(S300)에서 상기 멤브레인(310)이 당겨져 상기 제1 단계(S100)에서 주입된 액체(L)가 챔버(240) 내부로 이동되는 제4 단계(S400);
상기 정전 용량식 센서(320)가 상기 제2 단계(S200) 내지 상기 제4 단계(S400)에서 구리판(160)과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제5 단계(S500);
상기 솔레노이드 밸브(120)의 작동으로 양압구(140)에 의해 상기 상부 몸체(110) 내부에 양압이 작용되는 제6 단계(S600);
상기 제6 단계(S600)에서 작용된 양압에 의해 상기 멤브레인(310)이 하방향으로 눌러지는 제7 단계(S700);
상기 제7 단계(S700)에서 상기 멤브레인(310)이 눌러져 상기 제4 단계(S400)에서 챔버(240) 내부로 이동된 액체(L)가 액체 토출구(220)로 토출되는 제8 단계(S800);
상기 정전 용량식 센서(320)가 상기 제6 단계(S600) 내지 상기 제8 단계(S800)에서 구리판(160)과의 거리에 기초하여 정전용량 신호를 발생하는 제9 단계(S900); 및
상기 제5 단계(S500) 및 상기 제9 단계(S900)에서 발생된 정전용량 신호를 외부의 PC(500)로 전달하는 제10 단계(S1000)로 디스펜서 전체를 제어하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to any one of claims 1 to 3,
The MCU 400 is
A PC (500) connected to a solenoid valve (120), a capacitive sensor (320), and an external PC (500) so that changes in the capacitance signal measured by the capacitive sensor (320) can be checked in real time. transmits the capacitance signal to
A first step (S100) in which the liquid (L) introduced through the liquid inlet 130 is injected into the groove (H) of the micro channel 210;
A second step (S200) in which negative pressure is applied to the inside of the upper body 110 by the negative pressure sphere 150 by operating the solenoid valve 120;
A third step (S300) in which the membrane 310 is pulled upward by the negative pressure applied in the second step (S200);
A fourth step (S400) in which the membrane 310 is pulled in the third step (S300) and the liquid (L) injected in the first step (S100) is moved into the chamber 240;
A fifth step (S500) in which the capacitive sensor 320 generates a capacitance signal based on the distance from the copper plate 160 in the second step (S200) to the fourth step (S400);
A sixth step (S600) in which positive pressure is applied to the inside of the upper body 110 by the positive pressure port 140 by operating the solenoid valve 120;
A seventh step (S700) in which the membrane 310 is pressed downward by the positive pressure applied in the sixth step (S600);
An eighth step (S800) in which the membrane 310 is pressed in the seventh step (S700) and the liquid (L) moved into the chamber 240 in the fourth step (S400) is discharged through the liquid discharge port 220. ;
A ninth step (S900) in which the capacitive sensor 320 generates a capacitance signal based on the distance from the copper plate 160 in the sixth step (S600) to the eighth step (S800); and
Droplet discharge monitoring, characterized in that the entire dispenser is controlled in the tenth step (S1000), which transmits the capacitance signal generated in the fifth step (S500) and the ninth step (S900) to an external PC (500). This is possible with a pneumatic dispenser.
상기 멤브레인(310)은
폴리디메틸실록산, 폴리이미드 및 폴리우레탄 중 어느 하나의 폴리머로 제작되는 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to clause 1,
The membrane 310 is
Made of any one of the following polymers: polydimethylsiloxane, polyimide, and polyurethane.
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기 액체 토출구(220)에서 액적 토출시 상기 유연 구동막(300)과 상기 상부 플레이트(100)의 구리판(160)이 멀어지면서 정전용량 신호가 감소하는 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to clause 1,
When liquid droplets are discharged from the liquid discharge port 220, the capacitance signal decreases as the flexible driving film 300 and the copper plate 160 of the upper plate 100 move apart.
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기 상부 플레이트(100) 및 상기 하부 플레이트(200)는 적층 제조 방식의 3D 프린터로 제작되는 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to paragraph 2 or 3.
The upper plate 100 and the lower plate 200 are manufactured with a 3D printer of the additive manufacturing method.
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
상기 유연 구동막(300)에 가해지는 양압은 2~5kPa이고, 상기 유연 구동막(300)에 의해 토출되는 액적의 부피는 350~500nL이고, 토출되는 액적의 낙하속도는 10~15m/s인 것을
특징으로 하는 액적 토출 모니터링이 가능한 공압 디스펜서.
According to clause 1,
The positive pressure applied to the flexible driving film 300 is 2 to 5 kPa, the volume of the liquid droplet discharged by the flexible driving film 300 is 350 to 500 nL, and the falling speed of the discharged liquid droplet is 10 to 15 m/s. Thing
A pneumatic dispenser capable of monitoring liquid droplet discharge.
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2022
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