TWI804617B - 用於控制一材料施加器之針運動的系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示了一種用於控制一材料施加器之針運動的系統及方法。系統包括：含有一壓電裝置的一致動器總成，其中致動器總成經連接至一針並沿一垂直方向使針平移；以及包括用於發射光之一發射器的一感測器總成，其中致動器總成的一部分遮擋光的一部分。感測器總成亦包括用於接收光之一無遮擋部分的一接收器以及固定發射器及接收器的一感測器固持器。系統進一步包括一控制器，其與壓電裝置、發射器、及接收器電氣連通，其中控制器基於從接收器接收的反饋來調整致動器總成的操作。
Description
本揭露大致上係關於流體施配施加器，且更具體係關於用於控制在流體施配施加器內之一壓電裝置之操作的控制迴路。
用於施配諸如焊錫膏、保形塗層、封裝材料、底部填充材料、及表面安裝黏著劑之流體材料的已知施加器通常操作以藉由使一針往復運動而將少量流體材料施配到一基材上。致動針的一種方法係透過一壓電裝置，其提供一高位準控制及可對操作之改變快速回應。在噴射操作期間，例如，在每次下行衝程時，針接觸一閥座以產生一獨特的高壓脈衝而從施加器之一噴嘴噴射出一少量材料。針的往復運動必需精確，以維持具有適合於特定用途的特定尺寸與形狀品質的一噴射材料點。然而，噴射材料點的尺寸與形狀可隨著時間偏離預期值。這可部分地涉及材料磨損、環境變化、部件置換等。如果不考慮這些變化，可能會施加非所欲的流體圖案，這可能提供一不可接受的最終產品。
因此，需要一種允許動態、連續、且自動地校正針運動的系統，以提供一致的噴射材料點尺寸與形狀。
本揭露的一實施例係一種用於控制一材料施加器之針運動
的系統。該系統包括：含有一壓電裝置的一致動器總成，其中該致動器總成係連接至一針並經組態以沿一垂直方向使該針平移；以及包含用於發射光之一發射器的一感測器總成，其中該致動器總成的一部分或該針的一部分遮擋該光的一部分。該感測器總成亦包括用於接收該光之一無遮擋部分的一接收器以及經組態以固定該發射器及該接收器的一感測器固持器。該系統進一步包括一控制器，該控制器與該壓電裝置、該發射器、及該接收器電氣連通，其中該控制器係組態以基於從該接收器接收的反饋來調整該致動器總成的操作。
本揭露之另一實施例係一種控制一材料施加器之針運動的方法，該材料施加器包括耦合至一針的一致動器總成。該方法包括致動該致動器總成之一壓電裝置以使該針沿一垂直方向平移並從一發射器發射光至一接收器以使該致動器總成的一部分或該針之一部分遮擋該光之一部分，並且該接收器接收該光之一無遮擋部分。該方法亦包括基於從該接收器接收的反饋來調整該壓電裝置之操作。
本揭露之一進一步實施例係一種用於控制一材料施加器之一針運動的系統。該系統包括一致動器總成，該致動器總成含有一壓電裝置，其中該致動器總成係連接至一針並經組態以使該針沿著一垂直方向在其中該針與一噴嘴之一閥座間隔開的一第一位置與其中該針接觸該閥座的一第二位置之間平移。在該第一位置與該第二位置之間移動該針使得從該噴嘴噴射出一量的該材料。該系統亦包括一感測器總成，該感測器總成具有：用於發射光之一發射器，其中該致動器總成的一部分或該針之一部分遮擋該光之一部分；以及用於接收該光之一無遮擋部分的一接收器，其中該接收器係位於該致動器總成之與該發射器相對之一側上。該感測器總成
進一步具有一感測器固持器，該感測器固持器經組態以固定該發射器及該接收器。該系統亦包括一控制器，該控制器與該壓電裝置、該發射器、及該接收器電氣連通，其中該控制器經組態以操作一反饋迴路而基於從該接收器接收的反饋來調整供應至該致動器總成的該壓電裝置之一電壓，以維持從該噴嘴噴射出之該材料的一恆定尺寸與形狀。
2:縱向方向
4:側向方向
6:垂直方向
10:施加器
18:罩蓋
19:罩蓋座
22:輸入連接器
26:第一連接器
28:第二連接器
32:電路系統殼體
36:加熱器
44,109,124:連接器
47:板總成
48:頂板
52:底板
54:噴射施配器總成
56:噴嘴
57:螺紋緊固件
58:殼體
60a:第一板
60b:第二板
64,113,116,120,136:緊固件
65:螺母
68:板
72:腔室
72a:第一區段
72b:第二區段
76:針
76a:針尖
76b:針桿
80:閥座
82:排出通道
86,96,98:密封件
90:密封塊
94,100:凸耳
95:密封塊通道
104:彈簧
108,110:致動器臂
111:致動器總成
112:壓電裝置
114:下部塊
115:上部塊
118:止擋件
119:中心通道
128,132:孔
136:緊固件
138:感測器總成
140:感測器固持器
142a:中央本體部分
142b:第一臂
142c:第二臂
146a:第一狹槽
146b:第二狹槽
148a:第一孔
148b:第二孔
154:發射器
156:接收器
160,162:連接
166:控制器
170:記憶體
174:HMI裝置
200a,200b,200c:控制迴路
204:反饋控制器
208:前饋控制器
250:電壓波形
254:基線部分
258:提高部分
258a:第一部分
258b:第二部分
262:恆定部分
264:降低部分
300:方法
302,306,310,314,318:步驟
D:方向
當結合附圖閱讀時，將更佳理解前述發明內容以及下文之實施方式。圖式顯示本揭露的說明性實施例。然而，應理解的是本申請不限於所示之確切配置及手段。
[圖1]係一施加器的一透視圖；[圖2]係圖1中所示之施加器的一替代性透視圖；[圖3A]係圖1中所示之施加器沿圖2中所示之線3A-3A所取的一橫截面視圖；[圖3B]係圖3A中所示之施加器之圈起區域的一放大圖；[圖4]係圖1中所示之施加器沿圖2中所示之線4-4所取的一橫截面視圖；[圖5A]係繪示用於控制一施加器之一壓電裝置之一控制迴路之一實施例的一圖；[圖5B]係繪示用於控制一施加器之一壓電裝置之一控制迴路之另一實施例的一圖；[圖5C]係根據本揭露的一實施例繪示用於控制一施加器之一壓電裝置之一控制迴路之一進一步實施例的一圖；[圖6]係提供至圖1中所示之施加器之一壓電裝置的一電壓波形隨時間
推移的一圖；以及[圖7]係控制一施加器之針運動之一方法的一流程圖。
本申請案主張於2018年5月7日提出申請之美國臨時專利申請案第62/667,696號之優先權，其揭露內容特此以引用方式併入本文中。
根據本揭露之一實施例的一施加器10包括一致動器總成111，該致動器總成包括一壓電裝置112，其中致動器總成111係連接至一針76。施加器10亦包括一感測器總成138，該感測器總成包括支撐一發射器154及一接收器156的一感測器固持器140，以及用於接收來自感測器總成138之反饋的一控制器166。在下列描述中，用於描述施加器10的某些用語僅係為了方便而非限制。用詞「右(right)」、「左(left)」、「下部(lower)」、及「上部(upper)」標示用作參考之圖式中的方向。用詞「內部(inner)」及「外部(outer)」係指分別朝向及遠離用於描述施加器10及其相關部件的該描述之幾何中心的方向。用詞「向前(forward)」及「向後(rearward)」係指沿施加器10與其相關部件在一縱向方向2的方向以及與縱向方向2相反的方向。用語包括上文列出之用詞、其衍生詞、及具有類似涵義的用詞。
除非本文中另有指明，用語「縱向(longitudinal)」、「側向(lateral)」、及「垂直(vertical)」係用於敘述施加器10之各種組件的正交方向分量，如由縱向方向2、側向方向4、及垂直方向6所指定。應理解到雖然縱向方向2及側向方向4繪示為沿著一水平面延伸、並且垂直方向6繪示為沿著一垂直平面延伸，但涵蓋各種方向的平面在使用期間可有所不
同。
本發明之實施例包括用於在製造期間施加一材料(諸如一熱熔黏著劑)至一基材的一施加器10。具體而言，該材料可為一聚胺甲酸酯反應性(polyurethane reactive,PUR)熱熔膠。參照圖1至圖2，施加器10包括一第一連接器26及一第二連接器28。第一連接器26可界定包含複數個尖齒的一公連接件、並經組態以連接至將第一連接器26連接至一電源的一導線(未圖示)，使得施加器10透過第一連接器26接收電力輸入。第二連接器28可界定包含複數個凹部的一母連接件、並可經組態以連接至將第二連接器28連接至一控制器(諸如控制器166，其將在下文中進一步討論)的一導線(未圖示)，使得資訊透過第二連接器28傳送到施加器10及從施加器傳出。控制器可為通用電腦、平板電腦、筆記型電腦、智慧型手機等。然而，第一連接器26及第二連接器28可依需要經組態為其他類型的連接器。在其他實施例中，施加器10可經由藍牙或Wi-Fi將資訊無線地傳輸至一控制器。第一連接器26及第二連接器28係組態成安裝至電路系統殼體32，其可含有一電路板(未圖示)。
施加器10包括一罩蓋18，該罩蓋經組態以覆蓋一開口，材料透過該開口添加至施加器10。儘管在所描繪的實施例中，施加器10經組態以接收含有材料的一注射器(未圖示)，但是可以設想施加器10可透過替代手段接收材料，諸如透過直接填充材料至施加器10中或對施加器10提供至一外部材料源之一輸入(諸如，一漏斗或熔化器(未圖示))。罩蓋18可接收延伸穿過罩蓋18的一輸入連接器22。輸入連接器22可經組態以與一外部加壓空氣源介接，該外部加壓空氣源作用以透過施加器10選擇性地移動材料。
施加器10可進一步包括一罩蓋座19，該罩蓋座設置在罩蓋18與一加熱器36之間。除了支撐罩蓋18之外，罩蓋座19經組態以與罩蓋18相互作用，使得在施加器10的操作期間，罩蓋18被鎖定到罩蓋座19，特別是當加熱器36透過輸入連接器22接收加壓空氣時。罩蓋座19可釋放地耦合至施加器10，使得當罩蓋座19係附接至施加器10時罩蓋座19將加熱器36固定在施加器10內，並且當罩蓋座19與施加器10分離時提供一開口用於從施加器10中移出加熱器36。罩蓋座19可界定延伸穿過其中的一通道，並且其尺寸設計成允許一注射器進入加熱器36。
繼續圖1至圖2，加熱器36作用以將熱提供至其中所包含的材料，該材料可以一注射器容納在其中。這允許材料維持在用於噴射及流動通過施加器10的一所欲的溫度，並且允許施加器10之操作者監測加熱器36內之材料溫度，以避免材料溫度無意中出現溫度峰值或驟降。加熱器36可界定向罩蓋座19敞開以接收材料的一中空、實質上圓柱形本體，在其周圍設置一加熱元件(未圖示)。加熱器36的部分可由一金屬(諸如鋁)所形成，但是可包括具有足夠傳導性以允許熱通過以加熱加熱器36內之材料的其他材料。加熱器36亦可包括一溫度感測器(未圖示)，該溫度感測器與控制器166連通以用於監控加熱器36內的溫度位準。
在加熱器36的底部處，加熱器36由一連接器44支撐，該連接器將加熱器36連接至板總成47。連接器44界定一通道，該通道允許包含在加熱器36內的經加熱材料流出加熱器36並流入板總成47。位於施加器10之下端的板總成47提供材料從加熱器36流到噴射施配器總成54的一路徑，其將於下文描述。板總成47可包括複數個板，諸如一頂板48及一底板52，該頂板及該底板可釋放地耦合在一起以形成板總成47。然而，
板總成47可按需要包括多於兩個板，諸如三個、四個、或更多個板。替代地，可用一單塊(未圖示)代替板總成47，該單塊類似地提供材料從加熱器36流動至噴射施配器總成54的一路徑。當板總成47中包括兩個板時，穿過板總成47的通道可以至少部分地由頂板48與底板52中的每一者界定。頂板48與底板52可經組態以在其介面接收一密封件86，該密封件圍繞穿過板總成47的通道並防止材料離開通道。
當板總成47經完全組裝時，頂板48之底部表面可接觸底板52之頂部表面，使得頂板48沿垂直方向6設置在底板52上方。頂板48可透過複數個螺紋緊固件57可釋放地耦合至一殼體58，該等螺紋緊固件延伸穿過頂板48並與殼體58接合。然而，可設想可釋放地耦合頂板48及底板52的其他方法。例如，頂板48及底板52可藉由卡扣配合(snap fit)接合、燕尾槽結構等等來耦合。板總成47可包含一加熱塊，使得頂板48及底板52經組態以加熱通過板總成47之材料，從而確保材料維持流動及施配的最佳品質。
現在參照圖3A至圖3B，其將更詳細地敘述噴射施配器總成54。噴射施配器總成54的組件可以收納在一腔室72內，該腔室至少部分地由板總成47的頂板48及底板52中的每一者界定。噴射施配器總成54可包括界定一閥座80的一噴嘴56以及從腔室72延伸至施加器10外部的一排出通道82。排出通道82為導管，材料藉由該導管離開施加器10並被施加到一基材上。噴射施配器總成54進一步包括一針76，其延伸穿過腔室72並可在腔室內移動。針76界定一針尖76a及沿垂直方向6遠離針尖76a延伸的一針桿76b。針尖76a可經組態以接合閥座80以形成密封，使得當針尖76a接合閥座80時，防止材料流過排出通道82。如此一來，針76可在腔室
72內沿垂直方向6在一第一位置與一第二位置之間移動。在第一位置中，針尖76a沿垂直方向6與閥座80間隔開，此允許材料接達排出通道82。在第二位置中，針尖76a接合閥座80，因此材料無法進入排出通道82。在諸如所描繪的一噴射施配器總成54中，從第一位置至第二位置致動針會導致針尖76a透過排出通道82噴射一量的材料。這種噴射運動可以快速重複，此允許將具有一預定尺寸與形狀之離散點材料施加到基材上。針尖76a及閥座80可經組態以具有互補形狀以防止材料洩漏。在一實施例中，針尖76a及閥座80可包含互補的半球形形狀。替代地，針尖76a及閥座80可包含互補的平坦形狀。在第一位置與第二位置之間致動針76的機構將在下面進一步敘述。
噴射施配器總成54進一步包括一密封塊90，該密封塊經組態以收納在腔室72內。具體地，密封塊90將腔室分成兩個區段：沿垂直方向6位於密封塊90下方的一第一區段，以及沿垂直方向6位於密封塊90上方的一第二區段。密封塊90界定一凸耳94，該凸耳經組態以接合底板52之頂部表面，其垂直地將密封塊90定位在腔室72內。密封塊90亦界定一密封塊通道95，該密封塊通道沿著垂直方向6延伸穿過密封塊90。密封塊通道95經組態以收納針桿76b，使得針76延伸穿過腔室72之第二區段72b、穿過密封塊90、並進入腔室72之第一區段72a中。密封塊90可在密封塊通道95內容納一密封件96，其實質上圍繞針桿76b。密封件96可作用以防止材料透過密封塊通道95從腔室72的第一區段72a流入第二區段72b。另外，噴射施配器總成54可包括一密封件98，其設置在密封塊90與板總成47之頂板48之間的密封塊90周圍。密封件98可防止材料從頂板48流到頂板48與殼體58之間的間隙。替代地，密封件98可設置在密封塊90
與底板52之間的密封塊90周圍。如此一來，在材料離開由板總成47界定之通道後，密封件96及98幫助將材料保留在腔室72之第一區段72a內。
此外，噴射施配器總成54包括設置在腔室72之第二區段72b內的一彈簧104。彈簧104係設置於限定腔室72之第二區段72b的殼體58之一部分與由針76界定之一凸耳100之間。彈簧104可在一自然壓縮狀態下置於噴射施配器總成54內，使得彈簧104不斷地向凸耳100施加一向下力。針76之凸耳100上的此向下力沿著垂直方向6向下偏置針76。如此一來，彈簧104自然地將針76偏置至第二位置，使得需要針76上的一向上力才能使針尖76a從閥座80移位，從而使針76從第二位置移動至第一位置。
繼續圖3A至圖3B，噴射施配器總成54亦包括操作地耦合至針76的一致動器總成111。致動器總成111可包括一壓電裝置112以及一對可移動致動器臂108、110。致動器臂108、110可從壓電裝置112之各別隅角依朝向彼此與針桿76b之頂端的方向對角地延伸。一連接器109經組態以將該對致動器臂108、110連接在一起，並且將致動器臂108、110固定至針桿76b之上端。連接器109可透過一對朝向彼此徑向向內突出的鎖定突片將針桿76b固定住，但仍可設想其他的附接構件。例如，連接器109與針桿76b可透過螺紋接合而可釋放地附接。
壓電裝置112經組態以在第一位置與第二位置之間平移針76。致動器總成111係耦合至致動器外部的控制器166，該控制器控制壓電裝置112的操作。控制器166將於下文中進一步敘述。致動器總成111亦耦合至一電源(未圖示)，該電源提供電力至壓電裝置。如上所述，針76在第二位置中處於一中性位置，使得針尖76a接合閥座80。為了使針76移動至第一位置，控制器指示電源提供一正電荷至壓電裝置112。此正電荷使
得可包括壓電堆疊的壓電裝置112膨脹，此將致動器臂108、110拉向壓電裝置112。因此，致動器臂108、110及針76被拉向壓電裝置112，致使針尖76a從閥座80抽離開。當控制器166指示電源停止向壓電裝置112提供正電荷時，壓電裝置112回縮，此將推動致動器臂108、110遠離壓電裝置112。壓電裝置112的此縮回以及由彈簧104施加到針76的凸耳100的力迫使針76向下，使得針尖76a碰撞閥座80。當針尖76a碰撞閥座80時，材料係透過噴嘴56之排出通道82噴射出。
參照圖1至圖3B，壓電裝置112可透過緊固件113連接到一下部塊114，並且下部塊114可透過緊固件116連接到一上部塊115。壓電裝置112、下部塊114、及上部塊115可共同構成致動器總成111。致動器總成111可設置於第一板60a與第二板60b之間，第一板與第二板可沿側向方向4間隔開。第一板60a與第二板60b可各界定至少一狹槽，該至少一狹槽經組態以允許一緊固件64延伸穿過。緊固件64可延伸穿過第一板60a的狹槽、穿過下部塊114、穿過第二板60b之一對應狹槽、並與一螺帽65接合，該螺帽係設置為相鄰於板60b。緊固件64可係帶螺紋的以接合螺帽65，使得緊固件64與螺帽65可分別從第一板60a及第二板60b鬆釋及鎖緊至第一板60a及第二板60b。從板60a、60b鬆釋緊固件64和螺帽65允許致動器總成111相對於施加器10的其他組件沿垂直方向6移動。調整致動器總成111之位置以調整針76的初始位置，因此改變針76之行程長度，該行程長度經定義為針76在第一位置與第二位置之間的行進距離。調整針76之初始位置及行程長度的能力允許施加器10具有對於可從噴射施配器總成54噴射出的材料類型以及施加器10可執行的噴射操作類型的靈活性。一旦調整了致動器總成111的位置，就可以將緊固件64和螺帽65鎖緊至板
60a、60b，使得致動器總成111經鎖定就位。儘管僅顯示一個緊固件64及螺帽65，但是施加器10可包括複數個緊固件及對應的螺帽，以進一步幫助調整致動器總成111。
繼續圖3A，施加器10包括一止擋件118，該止擋件沿垂直方向6設置於上部塊115上方。經定位於第一板60a與第二板60b之間的止擋件118可經由緊固件120而固定到一板68上。板68亦可固定至板60a、60b之任何組合。止擋件118可界定一中心通道119，該中心通道經組態以接收經附接至上部塊115之一連接器124。連接器124可以從一外部源(未圖示)接收加壓空氣，以減少致動器總成111周圍的積熱。
現在參照圖1、圖2、及圖4、施加器10包括用於測量致動器總成111之一部分的一位置及/或速度的一感測器總成138。感測器總成138包括一感測器固持器140，該感測器固持器界定一垂直延伸的中央本體部分142a，其沿著縱向方向2定位成相鄰於致動器總成111。感測器固持器140亦可界定沿著縱向方向2從中央本體部分142a延伸的一第一臂142b以及亦沿著縱向方向2從中央本體部分142a延伸的一第二臂142c。第一臂142b與第二臂142c可在致動器總成111的相對側上沿著側向方向4間隔開，並且可與致動器總成111的至少一部分垂直地對準。儘管經描繪為位於一特定垂直位置中，但是感測器總成138可相對於施加器10的其他組件沿著垂直方向6向上及向下調整。為此，感測器固持器140之中心本體部分142a界定位於中央本體部分142a之一上端處的一第一狹槽146a以及位於中央本體部分142a之一下端處與第一狹槽146a相對的一第二狹槽146b。第一狹槽146a與第二狹槽146b之各者可經組態為實質上圓柱形的槽，但仍可設想其他形狀。此外，雖然僅顯示兩個狹槽，中央本體部分
142a可依需求界定更多或更少的狹槽。例如，中央本體部分142a可僅界定一個狹槽、或可界定三個或更多個狹槽。
感測器固持器140之第一狹槽146a可與沿著縱向方向延伸到止擋件118中的一孔132對準，而第二狹槽146b可與沿著縱向方向2延伸到殼體58中的一孔128對準。孔128、孔132之各者可經組態以接收一對應的緊固件136。例如，一緊固件136可延伸穿過第一狹槽146a並至孔132中，而另一緊固件136可延伸穿過第二狹槽146b並接合孔128。緊固件136之各者以及孔128、孔132可至少部分帶有螺紋，以允許緊固件136之各者與孔128、132之對應者之間螺紋接合。儘管緊固件136之各者係描繪為相同，但是緊固件136以及第一狹槽146a與第二狹槽146b可依需求以不同方式組態。
在操作中，可藉由使第一狹槽146a與孔132對準以及使第二狹槽146b與孔128對準，而將感測器固持器140附接至施加器10之其他組件。接著，一緊固件136可插入穿過第一狹槽146a並與孔132接合，而另一緊固件136可插入穿過第二狹槽146b並孔128接合。然後可以充分地鎖緊每個緊固件136，使得由緊固件136、止擋件118、與殼體58所施加在感測器固持器140上的壓縮力相對於施加器10的其他組件鎖定感測器總成138。為了沿著垂直方向6調整感測器總成138之位置，可以從孔132充分鬆釋上部緊固件136，並且可以從孔128充分鬆釋下部緊固件136，使得緊固件仍分別延伸穿過第一狹槽146a與第二狹槽146b，並接合孔132與孔128，但感測器固持器140能夠沿垂直方向6移動。因此，感測器固持器140可沿垂直方向6移動至一所需的位置。然而，緊固件136仍延伸穿過第一狹槽146a及第二狹槽146b限制了感測器固持器140能夠運動的範圍，諸
如僅沿著垂直方向6運動。一旦感測器固持器140處於所需的位置，緊固件136可再次地抵靠感測器固持器140鎖緊，使得感測器固持器140再次相對於施加器10之其他組件固定。
現在參照圖4，感測器固持器142之第一臂142b界定一第一孔148a，而感測器固持器142之第二臂142c界定一第二孔148b。因此，第一孔148a及第二孔148b定位在致動器總成111的相對側上，但是可以定向成使得它們沿著方向D對準並彼此面對。如圖所示，方向D位於沿著由縱向方向2與側向方向4界定的一平面並且法向於垂直方向6，這進一步導致方向D垂直於當針76在第一位置與第二位置之間移動時的運動方向。此外，方向D係描繪為自縱向方向2與側向方向4兩者之角度偏移。然而，方向D可替代地經組態為在由縱向方向2與側向方向4所界定之平面內的任何方向上延伸、或甚至從此平面成角度地偏移，使得方向D界定一沿垂直方向6的分量。
第一孔148a的尺寸可設計成接收一發射器154或一接收器156中的一者，而第二孔148b的尺寸也可設計成接收一發射器154或一接收器156中的一者。在所描繪的實施例中，發射器154係顯示為在第一孔148a內固定至感測器固持器140，而接收器156係顯示為在第二孔148b內固定至感測器固持器140，但可設想這種配置可以顛倒過來。無論第一孔148a與第二孔148a中的哪一個分別接收發射器154與接收器156，在所描繪的實施例中，發射器154與接收器156係顯示為定位在致動器總成111的相對側上。在操作中，發射器154可經組態以發射光L，以及接收器156可經組態以接收由發射器154發射的光L的至少一部分。發射器154可係能夠發射光的任何發射器，諸如LED，或更具體地可係能夠發射在紅外光譜中
的光的一發射器。接收器156可係可經調諧以接收具有由相應的發射器154所發射之波長的光的任何類型接收器。當發射器154和接收器156沿方向D對準時，取決於致動器總成111的位置及針76在一噴射循環內的給定位置，由發射器154發射的光L可在任何特定時間由致動器總成111的一部分至少部分地遮擋。接著，接收器156接收光之無遮擋部分。替代地，由發射器154所發射的光L可至少部分地由針76的一部分遮擋。
儘管感測器總成138經描繪為使得感測器固持器140界定兩個臂142b、142c，其中第一臂142b支撐發射器154且第二臂142c支撐接收器156，但是可設想出替代實施例。在一實施例中，發射器154與接收器156兩者可固定至第一臂142b與第二臂142c中的一者，使得發射器154與接收器156兩者面對致動器總成111的相同側。因此，在此實施例中，感測器固持器140可僅包括第一臂142b與第二臂142c中的一者(未圖示)。在操作中，在此實施例中，發射器154可以發射光L，其可以與致動器總成111或針76的一部分相互作用並且至少部分地由接收器156接收。然而，在此實施例中，接收器156將接收由與其相互作用的組件所反射的光L的該部分，而不是接收未被致動器總成111或針76遮擋的光L的該部分。
現在參照圖4至圖5C，施加器10包括一控制器166，該控制器分別透過連接160、162耦合至發射器154及接收器156。控制器166可包含任何合適的計算裝置，該計算裝置經組態以主控用於監視和控制如本文所述的施加器10的各種操作的一軟體應用程式。應理解到控制器166可包括任何適當的計算裝置，其實例包括一處理器、一桌上型計算裝置、一伺服器計算裝置、或一可攜式計算裝置，諸如筆記型電腦、平板電腦、或智慧型手機。具體地，控制器可包括一記憶體170及一HMI裝置174。記憶
體170可係揮發性的(諸如一些類型的RAM)、非揮發性的(諸如ROM、快閃記憶體等)、或其組合。控制器166可包括額外儲存器(例如，可移除式儲存器及/或不可移除式儲存器)，包括但不限於帶、快閃記憶體、智慧型卡、CD-ROM、數位光碟(digital versatile disk,DVD)或其他光學儲存器、磁帶、磁碟儲存器或其他磁儲存裝置、通用串列匯流排(universal serial bus,USB)兼容記憶體、或可用於儲存資訊並可由控制器166存取的任何其他媒體。HMI裝置174可包括經由(例如)按鈕、螢幕按鍵、一滑鼠、語音致動控制、一觸控螢幕、控制器166的移動、視覺提示(例如，在控制器166上的照相機前移動手)等提供控制控制器166之能力的輸入。HMI裝置174可經由一圖形使用者介面提供包括視覺資訊的輸出(諸如針76的當前位置與速度值的視覺指示)以及經由一顯示器提供這些參數的可接受範圍。其他輸出可包括音訊資訊(例如，經由揚聲器)、機械地(例如，經由一振動機構)、或其組合。在各種組態中，HMI裝置174可包括一顯示器、一觸控螢幕、一鍵盤、一滑鼠、一運動偵測器、一揚聲器、一麥克風、一照相機、或其任何組合。HMI裝置174可進一步包括用於輸入生物測定資訊(諸如例如指紋資訊、視網膜資訊、語音資訊及/或臉部特徵信息)的任何合適的裝置，以便要求特定的生物測定資訊來存取控制器166。
控制器166可以藉由透過連接160向發射器154傳輸指令來控制從發射器154發射出的光L，並且透過連接162從接收器156接收指示由接收器156接收的光L的該部分的信號。每一個連接160、162可係一有線連接或無線連接。合適的無線連接的實例包括ZigBee、Z-wave、藍牙、Wi-Fi、或無線電波。由接收器156接收的光L之部分可包含至由控制器166實施的一控制迴路中的反饋，其將於下文中進一步討論。控制器166
可使用關於從接收器156接收之光L的資訊(其也可以被稱為反饋)，以判定針76在一離散時刻的一位置。控制器166亦可使用關於從接收器156接收之光L的資訊，以判定針76在一離散時刻的一速度。除了與發射器154及接收器156信號連通之外，控制器166亦可與致動器總成111的壓電裝置112信號連通。控制器166可回應於接收到來自接收器156的反饋而使用下文所述的控制迴路200a至200c中的一者調整致動器總成111的操作，以維持一所需的噴射材料點尺寸與形狀。
控制器166經組態以實施一控制迴路來控制致動器總成111之操作，並因此控制針76在第一位置與第二位置之間的移動。為達成此目的，控制迴路可包含控制迴路200a至200c中的一者(圖5A至圖5C)。至控制迴路200a至200c內的輸入可係提供至致動器總成111之壓電裝置112的一所需電壓波形。記憶體170可經組態以儲存各種電壓波形，每個電壓波形與針76的一特定運動型樣或速度以及特定點尺寸及/或形狀具有一預定關係。提供至控制迴路200a至200c之一特定者的特定電壓波形可回應於至HMI裝置174中的一特定輸入而從記憶體170中喚回。提供至HMI裝置174的輸入可為針76的一所需噴射運動、一特定噴射操作、待利用的一特定流體或基材、一特定噴射點大小與形狀、用以提供給壓電裝置112的初始電壓值、向壓電裝置112施加電壓的一電壓率等。這些輸入中每一者以及其他輸入可與儲存在記憶體170中的一特定電壓波形相關聯，該特定電壓波形可以在接收到相應的輸入時被自動地喚回並輸入至控制迴路200a至200c中的一者。同樣地，每個控制迴路200a至200c的輸出係對提供至壓電裝置112之電壓或電壓率的調整以實現所需針運動，其部分地由從感測器總成138接收的反饋判定。
圖5A顯示可由控制器166實施之一控制迴路200a的一實施例。控制迴路200a體現一典型的反饋控制器。控制迴路200a接收可採取一所需電壓波形形式的一輸入，如上文所敘述。然而，此輸入僅部分地構成提供至控制迴路200a的完整輸入。除了所需電壓波形外，控制迴路200a將從感測器總成138(具體而言，接收器156)接收的反饋併入輸入中。然後將此完整輸入提供至一反饋控制器204，該反饋控制器基於體現所需波形的輸入而比較從接收器156接收的反饋與針76的預期位置或速度，並產生一輸出，該輸出係對提供至壓電裝置112的電壓或電壓率的調整，該調整用以實現所需的電壓波形，並因此實現針76的所需運動。此反饋控制器204可參考儲存在記憶體170中的提供至壓電裝置112的電壓與針76的速度或位置之間的各種預定關係來計算此調整。
圖5B顯示可由控制器166實施之一控制迴路200b的另一實施例。控制迴路200b體現反饋與前饋控制的組合。控制迴路200a接收一輸入，該輸入可採取一所需波形的形式，該輸入隨後與從感測器總成138的接收器156接收的反饋合併並提供至反饋控制器204。如同控制迴路200a，反饋控制器204基於體現所需波形的輸入而比較從接收器156接收的反饋與針76的預期位置或速度，並產生一輸出，該輸出係對提供至壓電裝置112的電壓或電壓率的調整，該調整用以實現所需的電壓波形，並因此實現針76的所需運動。此反饋控制器204可參考儲存在記憶體170中的提供至壓電裝置112的電壓與針76的速度或位置之間的各種預定關係來計算此調整。然而，控制迴路200b亦包括一前饋控制器208，該前饋控制器可接收所需波形的輸入，並產生一輸出，該輸出係對提供至壓電裝置112之電壓或電壓率的調整，其旁通反饋控制器204並與反饋控制器204的輸
出結合。由於由反饋控制器204產生的調整輸出，前饋控制器208的此使用可以幫助預測與最小化針76運動中的干擾。
圖5C顯示可由控制器166實施之一控制迴路200c的一第三實施例。控制迴路200c體現反饋與前饋控制的一替代組合。控制迴路200b接收可採取一所需波形之形式的一輸入，該輸入隨後作為輸入提供至前饋控制器208。然後前饋控制器208提供一輸出，該輸出與從感測器總成138之接收器156接收的反饋組合，以形成提供給反饋控制器204的一輸入。然後反饋控制器204比較從接收器156接收的反饋與來自前饋控制器208的輸出，並產生一輸出，該輸出係對提供至壓電裝置112的電壓或電壓率的調整，該調整用以實現所需的電壓波形，並因此實現針76的所需運動。此反饋控制器204可參考儲存在記憶體170中的提供至壓電裝置112的電壓與針76的速度或位置之間的各種預定關係來計算此調整。由於由反饋控制器204引起的調整，前饋控制器208的此使用提供用於預測與最小化針76運動中的干擾的一替代方法。
此控制迴路200a可連續地實施以在整個噴射循環中連續監測並調整針76的運動。關於針76的一速度，控制器166可以經程式化以使得當針76的速度高於預定臨限時，控制迴路200a至200c中的任一者降低供應至壓電裝置112的電壓或電壓率、或替代地當針76的速度低於預定臨限時提高供應至壓電裝置112的電壓或電壓率。控制器166可經程式化，使得存在針速度的一可接受範圍，並且當針76的速度在可接受的範圍內時，維持供應至壓電裝置112的電壓率。可接受的範圍及/或預定臨限可由使用者透過HMI裝置174提供給控制器166或從記憶體170喚回。
現請參照圖6，描繪提供至致動器總成111之壓電裝置112以
將針76從第二位置移動至第一位置並在一段時間後返回到第二位置的一例示性電壓波形250的一圖。如圖所示，電壓波形250可以不為正弦曲線，而可採用一類似鋸齒形狀。此係因為當將針76從第一位置移動至第二位置時需要針76的一急劇下降，使得從噴嘴56噴射具有所需形狀與尺寸之材料的一離散量。如所描繪，電壓波形250具有若干離散區段。在基線部分254中，在0與500微秒之間未供應電壓至壓電裝置112。在500微秒時，開始電壓波形250的一提高部分258a。電壓波形250的此提高部分258從500微秒持續至約2700微秒，並界定電壓波形250在供應至壓電裝置112的電壓持續提高期間之一部分。此電壓提高導致壓電裝置112膨脹，因此將針76拉離噴嘴56。如所描繪，提高部分258包括第一部分258a與第二部分258b。在第一部分258a期間，電壓位準提高的比在第二部分258b中快。因此，在壓電裝置112接收電壓波形250的提高部分258的開始期間，針76比在結束處更快地被拉離噴嘴56。儘管電壓波形250的提高部分258係顯示為具有不同電壓增加速率的兩個區段，但可設想有更多或更少的區段。
在電壓波形250的提高部分258之後，從約2700微秒至約2800微秒以一恆定電壓向壓電裝置112供應電壓。電壓波形的此恆定部分262表示針76完全收回到第一位置的時間，並且被稱為停留(dwell)。藉由使用控制迴路200a至200c中的一者在波形的恆定部分262期間調整施加至壓電裝置112之電壓而調整針76之停留位置，可幫助控制從噴嘴56噴射的材料點的形狀及尺寸。在恆定部分262之後，施加至壓電裝置112之電壓在降低部分264期間迅速下降至零。此在電壓波形250之降低部分264期間供應至壓電裝置112的電壓的迅速下降，導致壓電裝置112的快速縮回，因此使針76快速地朝向噴嘴56驅動直到針76撞擊閥座80。此導致具有預
定尺寸及形狀的一材料點從施加器10的噴嘴56噴射至一基材上。藉由使用控制迴路200a至200c中的一者改變電壓波形250之降低部分264期間的電壓降低的速率，可進一步控制從施加器10噴射之材料點尺寸及形狀。
繼續圖7，將討論一種使用感測器總成138與連接的控制器166控制針76的運動以維持預定材料點尺寸及形狀的方法300。方法300包括，在步驟302中，首先致動致動器總成111的壓電裝置112。藉由致動壓電裝置112，針76沿著垂直方向6在第一位置與第二位置之間平移，如上文所述。此往復運動用於從噴嘴56噴射一量的材料。在步驟306中，此步驟可以在執行步驟302之前、期間或之後起始，控制器166可起始從發射器154發射光L至接收器156，使得致動器總成111或針76的一部分與光L相互作用。如上所述，光L可以沿垂直於垂直方向6的一方向D發射，並且可經發射使得致動器總成111或針76的一部分部分地遮擋光L。替代地，可以發射光L使得致動器總成111或針76的一部分反射光L。在步驟302與步驟306之後，方法300包括在步驟310中基於控制器166從接收器156接收的反饋來判定針76在一離散時間點的位置。在步驟310之後或與該步驟同時，在步驟314中，控制器166可以基於控制器166從接收器156接收的反饋來判定針76在一離散時刻的速度。
在步驟310及步驟314中判定針的位置及/或速度之後，在步驟318中，控制器166可基於控制器166從接收器156接收的反饋來調整壓電裝置112的操作。此調整可藉由根據儲存在記憶體170中的電壓與針速度或位置之間的一預定關係來調整供應至壓電裝置112的電壓來達成。可以使用圖5A至圖5C中所示之控制迴路200a至200c中的任何一者或組合來判定該調整，每個控制迴路包括由施加器10的使用者提供給HMI裝置174
的一輸入。調整步驟318可包括當針76的速度高於預定臨限時降低供應至壓電裝置112的電壓、當針76的速度低於預定臨限時提高供應至壓電裝置112的電壓、或當針76的速度在預定範圍內時維持供應至壓電裝置112的電壓。
藉由連續獲得關於針76的位置與速度的反饋，並使用此資訊來控制提供至壓電裝置112的電壓波形，可使從施加器10噴射的材料點尺寸及形狀隨時間保持一致。感測器總成138的發射器154與接收器156的使用提供了用於獲得此反饋的一高度精確系統，使得可容易地獲得針76瞬時位置與速度的精確判定。此外，控制迴路200a至200c可使用由控制器166從感測器總成138獲得的資訊，以幫助調整由壓電裝置112提供的電壓，同時最小化採取此校正動作可能產生的負面影響。
雖然本發明之各種發明態樣、概念及特徵可在本文中描述及繪示為在例示性實施例中組合實施，這些各種態樣、概念及特徵可以在許多替代實施例中單獨地或以其各種組合及子組合使用。除非在本文中明確地排除，否則所有此類組合及子組合係意欲都在本發明的範圍內。即使本發明的一些特徵、概念或態樣可以在本文中敘述為一較佳配置或方法，除非明確如此表示，否則此敘述並不意欲暗示需要或必需具有此種特徵。更進一步地，可包括例示性或代表性的值及範圍以協助理解本揭露；然而、此類值及範圍不應解釋為限制意義，並且僅在如此明確陳述的情況下意欲為關鍵值或範圍。除非明確如此陳述，否則例示性方法或程序的敘述不限於包括在所有情況下所需要的所有步驟，步驟被呈現的順序也不應被解讀為必需或必要。
2:縱向方向
4:側向方向
6:垂直方向
10:施加器
18:罩蓋
19:罩蓋座
22:輸入連接器
26:第一連接器
28:第二連接器
32:電路系統殼體
36:加熱器
44:連接器
47:板總成
48:頂板
52:底板
57:螺紋緊固件
60b:第二板
65:螺母
136:緊固件
138:感測器總成
Claims (25)
- 一種用於控制一材料施加器之針運動的系統，該系統包含：一致動器總成，其含有一壓電裝置，其中該致動器總成經連接至一針且經組態以沿一垂直方向平移該針；一感測器總成，其包含：一發射器，其用於發射光，其中該致動器總成的一部分或該針的一部分遮擋該光的一部分；一接收器，其用於接收該光的一無遮擋部分；及一感測器固持器，其經組態以固定該發射器及該接收器；及一控制器，其與該壓電裝置、該發射器、及該接收器電氣連通，其中該控制器經組態以基於從該接收器接收的反饋及提供至該壓電裝置之一電壓波形來調整該致動器總成的操作。
- 如請求項1之系統，其中該針經組態以從一噴嘴噴射出一量的一材料，及該控制器經組態以調整提供至該壓電裝置之一電壓，以維持由該針從該噴嘴噴射出之該材料的一恆定尺寸與形狀。
- 如請求項1之系統，其中該發射器沿垂直於該垂直方向的一方向發射該光。
- 如請求項1之系統，其中該控制器經組態以實施包括反饋控制的一控制迴路，其中該反饋控制基於從該接收器接收的該反饋與該電壓波形之間 的一比較來調整提供至該壓電裝置的一電壓或電壓率。
- 如請求項1之系統，其中該感測器總成係可沿該垂直方向相對於該致動器總成調整。
- 如請求項1之系統，其進一步包含：一止擋件，其定位於該致動器總成上方；及一殼體，其定位於該致動器總成下方，其中該感測器總成係可釋放地耦合至該止擋件及該殼體。
- 如請求項1之系統，其中該致動器總成經組態以使該針在1)其中該針與一噴嘴之一閥座間隔開的一第一位置、與2)其中該針接觸該閥座的一第二位置之間移動，使得該針在該第一位置與該第二位置之間的移動致使從該噴嘴噴射出一量的一材料。
- 如請求項1之系統，其中該控制器經組態以基於從該接收器接收的該反饋來判定該針之一位置或一速度。
- 如請求項8之系統，其中該控制器經組態以當該速度高於一預定臨限時降低提供至該壓電裝置之一電壓或電壓率。
- 如請求項8之系統，其中該控制器經組態以當該速度低於一預定臨限時提高提供至該壓電裝置之一電壓或電壓率。
- 如請求項8之系統，其中該控制器包括一記憶體，該控制器經組態以基於該針之該速度與該電壓之間的一預定關係來調整提供至該壓電裝置之一電壓，其中該預定關係儲存在該記憶體中。
- 一種控制一材料施加器之一針運動的方法，該材料施加器包括耦合至一針的一致動器總成，該方法包含：致動該致動器總成之一壓電裝置，以使該針沿一垂直方向平移；從一發射器發射光至一接收器，使得該致動器總成的一部分或該針之一部分遮擋該光之一部分，並且該接收器接收該光之一無遮擋部分；及基於來自該接收器之反饋及提供至該壓電裝置之一電壓波形來調整該壓電裝置之操作。
- 如請求項12之方法，其進一步包含利用該針從一噴嘴噴射出一量的一材料。
- 如請求項13之方法，其中該調整步驟包括調整提供至該壓電裝置之一電壓或電壓率以維持從該噴嘴噴射出之該材料的一恆定尺寸及形狀。
- 如請求項12之方法，其中該發射步驟包括沿垂直於該垂直方向的一方向發射該光。
- 如請求項12之方法，其進一步包含沿該垂直方向調整支撐該發射器及該接收器的一感測器固持器。
- 如請求項12之方法，其中該致動步驟包括使該針在1)其中該針與一噴嘴之一閥座間隔開的一第一位置、與2)其中該針接觸該閥座的一第二位置之間移動，以從該噴嘴噴射出一量的一材料。
- 如請求項12之方法，其進一步包含基於從該接收器接收的該反饋來判定該針之一位置或一速度。
- 如請求項18之方法，其中該調整步驟包括當該速度高於一預定臨限時降低提供至該壓電裝置之一電壓或電壓率。
- 如請求項18之方法，其中該調整步驟包括當該速度低於一預定臨限時提高提供至該壓電裝置之一電壓或電壓率。
- 如請求項18之方法，其中該調整步驟包括基於該針之該速度與該電壓之間的一經儲存關係來調整提供至該壓電裝置之一電壓。
- 一種用於控制一材料施加器之針運動的系統，該系統包含：一致動器總成，其含有一壓電裝置，其中該致動器總成經連接至一針並經組態以使該針沿著一垂直方向在1)其中該針與一噴嘴之一閥座間隔開的一第一位置、與2)其中該針接觸該閥座的一第二位置 之間平移，以從該噴嘴噴射出一量的一材料；一感測器總成，其包含：一發射器，其用於發射光，其中該致動器總成的一部分或該針的一部分遮擋該光的一部分；一接收器，其用於接收該光的一無遮擋部分，其中該接收器係定位於該致動器總成的與該發射器相對之一側上；及一感測器固持器，其經組態以固定該發射器及該接收器；及一控制器，其與該壓電裝置、該發射器、及該接收器電氣連通，其中該控制器經組態以實施包括反饋控制的一控制迴路，其中該反饋控制基於從該接收器接收的反饋與提供至該壓電裝置之一所需電壓波形之間的一比較來調整提供至該致動器總成的該壓電裝置之一電壓或電壓率，以維持從該噴嘴噴射出之該材料的一恆定尺寸與形狀。
- 如請求項22之系統，其中提供至該壓電裝置之該所需電壓波形包含：一提高區段，供應至該壓電裝置之一電壓在該提高區段中提高；在該提高區段之後的一停留區段，該停留區段界定一恆定電壓；及在該停留區段之後的一降低區段，供應至該壓電裝置之該電壓在該降低區段中降低，其中該降低區段界定比該提高區段更大的一電壓變化量值率。
- 如請求項23之系統，其中該控制器經組態以調整該所需電壓波形的該停留區段。
- 如請求項23之系統，其中該控制器經組態以調整該所需電壓波形的該降低區段。
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