檢測液體噴射圖案的方法和裝置的製作方法

2023-04-22 16:28:41

專利名稱：檢測液體噴射圖案的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及液體分配器的控制系統，尤其涉及一種用於控制液體分配系統的分配液體噴射圖案的控制系統和方法。
背景技術：
已經開發了各種液體分配系統以把液體噴射圖案從噴嘴口分配到襯底表面。例如，在保形塗層應用中，已經設計了液體分配系統以將保形塗層材料的平面扇形液體噴射圖案分配到襯底表面，例如印刷電路板。這些系統的分配噴嘴可以是橫切噴嘴、狹縫噴嘴或氣體輔助槽噴嘴，例如配置噴嘴以將塗層材料作為預定圖案寬度的噴射、連續帶或片、或纖維網分配到電路板。典型地，通過機器人移動平臺相對電路板在相對前後方向上移動分配噴嘴，以將保形塗層的並排軌跡或帶分配到電路板，因此在板表面上得到均勻防潮層。作為選擇，電路板可以相對液體分配器進行移動，而液體分配器可以固定。
在保形塗層過程期間，重要的是塗層軌跡或帶沿著相鄰邊緣結合或會聚，或甚至稍微重疊，以確保在板上提供完整表面塗層。否則，由於塗層軌跡或帶之間留下的任何間隙，電路板將易受到討厭的化學或潮氣侵襲。另一方面，相鄰邊緣的太多重疊可能在重疊上的增厚塗層區中導致討厭的氣泡，重疊也可能危害質量控制。因此，通常需要一致寬度的液體噴射圖案，以在電路板上獲得均勻的保形塗層。
不幸的是，雖然在生產過程中液體材料分配器可以充分和可靠地在電路板上分配均勻的保形塗層，但材料的粘性和/或流體壓力的變化會常常導致討厭的液體噴射圖案寬度變化。另外，噴嘴口的汙染或部分堵塞將導致討厭的噴射圖案變化。如果在生產過程之前未檢測到這些變化，不合格的塗層板必須再加工，典型地，需要保形塗層系統的昂貴停工期以確定問題，並且人工調節液體分配系統以獲得理想圖案寬度和最小偏移。作為本領域技術人員將容易理解，在其它液體分配應用中，例如在塗料、焊劑和粘合劑分配環境中，圖案寬度控制也是關鍵的。在每個應用中必須經常相對襯底表面或相對襯底上分配的相鄰液體圖案，適當調節和設定分配液體圖案的邊緣位置，以獲得理想的材料應用。
因此，需要一種在液體分配系統中使用的控制系統，其檢驗分配液體噴射圖案的寬度。
也需要一種在液體分配系統中使用的控制系統，其提高操作員的能力以容易確定分配液體噴射圖案中的問題。

發明內容
本發明克服迄今已知的液體分配器控制系統和方法的上述和其它缺點或缺陷。雖然要結合某些實施例描述本發明，但應能理解，本發明不局限於這些實施例。相反，本發明包括可能包含在本發明本質和範圍內的所有替代、修改和等效物。
本發明的控制系統能操作提供快速檢驗，以確定從液體分配系統分配的液體噴射圖案是否在規定極限範圍內。
在本發明的一個實施例中，控制系統包括傳感器，例如光纖傳感器但不局限於它，傳感器位於液體分配系統附近。其它類型傳感器可能包括例如雷射傳感器。
傳感器可以作為傳感器支架部分進行安裝，傳感器支架也包括用於接收和排出液體材料的排水盤或接受器，在圖案測量和調節過程期間，液體噴射分配系統分配液體材料。排水盤可以流動地連接到流體容器，流體容器連接到主系統排氣通管。光纖傳感器在排水盤的相對側面上包括發送器和接收器，它們以彼此面對隔開的關係進行固定。優選地，發送器和接收器各自安裝在罩或套中，所述罩或套可釋放地與傳感器支架嚙合。
液體噴射圖案檢測過程期間，傳感器支架的傳感器能操作以檢測分配液體噴射圖案邊緣的存在或不存在。根據本發明的一個方面，液體分配系統的噴嘴相對傳感器移到預定位置來確定噴射圖案的存在或不存在，然後相對傳感器移到至少第二預定位置來再次確定噴射圖案的存在或不存在。根據這些確定，可以檢驗噴射圖案的寬度。這提供了一種快速方法以檢驗分配圖案寬度是否在某些公差內。可以定時測量精確寬度。這個測量在美國專利US6457655B1中進行了闡述，它的公開通過參考包含在本文中。
根據附圖及其說明，本發明的上述及其它目的和優點將是顯而易見的。


包含在本說明書中並構成本說明書一部分的附圖示出了本發明的實施例，連同上文給出的本發明概述和下文給出的實施例詳述一起，用來解釋本發明的原理。
圖1是依據本發明原理的液體噴射控制系統的局部示意圖，液體噴射控制系統用於向襯底分配液體噴射圖案；圖2是噴射圖案邊緣檢測的示意圖；圖3是一種噴射圖案的正視圖；圖4是通常沿著圖3線4-4的噴射圖案的橫剖視圖；圖5A-5C是圖3-4噴射圖案的可能傳感器信號特性曲線；圖6示出了傳感器支架的一個實施例；圖7示出了圖6傳感器支架的放大圖，其中已拆除固定架組件的蓋；圖8是圖6傳感器支架的分解圖。
具體實施例方式
參考附圖，特別是參考圖1，圖解了總體上用10指示的液體噴射控制系統，用於總體上用12指示的液體噴射分配系統。如在本文的示範實施例中所述，液體噴射分配系統12包括液體材料源14，它流動地連接到氣控調節器16。調節器16控制分配器19的分配筒和噴嘴18內的液體材料的流體壓力，以便液體材料可以分配在平面扇形噴射圖案中。液體分配系統12可以是由Nordson Corporationof Westlake，Ohio製造和銷售的NordsonSelect CoatDispensing System。正如本技術領域眾所周知，液體分配系統的筒和噴嘴18在X-Y-Z機器人移動平臺的控制下可以相對襯底在X-Y-Z方向上移動，例如按照保形噴塗工藝，軌跡並排、局部重疊地將液體材料分配在襯底表面上，以在襯底上提供均勻噴塗的防潮層。
然而，如本文中使用的術語「液體噴射分配系統」無論如何不局限於用於保形噴塗工藝的液體分配系統或霧化分配液體的液體分配系統。當然，如本文中使用的術語「液體噴射分配系統」更廣泛地涉及任何液體材料分配系統，該液體材料分配系統可操作在面向襯底的方向上按照預定圖案寬度分配液體材料。因此，例如，本發明的液體噴射控制系統10可以與液體材料分配器一起使用，作為實例，液體材料分配器將塗料、粘合劑、密封劑或焊劑噴射在襯底上，按照與分配系統的分配噴嘴成面對關係來定位襯底。從液體分配器分配的噴射圖案可以得到霧化，或作為選擇，可以包含連續的分配液體材料帶或條，以及液體材料的纖維狀網或帶，液體材料按照預定圖案寬度射出分配噴嘴。而且，如本文中詳述的示範實施例中的說明，液體分配圖案可以是平面扇形圖案，或作為選擇，如在一般平行於襯底平面的平面內加以考慮，可以具有橢圓形、圓形、矩形、正方形或其它橫剖面。因此，如下文中詳述，本發明的液體噴射控制系統10特別適合於從噴嘴18射出的液體材料分配圖案。
傳感器支架26可以包括排水盤或接受器30，它包括用於接收和排出液體材料的凹腔或槽32，如下文中詳述，在檢測程序期間，液體噴射分配系統12分配液體材料。排水盤30能安裝到生產線傳送帶(未圖示)或工作單元區內的另一便利位置上。排水盤30可以連接到流體容器(未圖示)，流體容器連接到主系統排氣通管(未圖示)。
液體噴射控制系統10包括傳感器，在優選實施例中，傳感器包括光纖發射器或發送器50和光纖接收器52，它們以彼此面對關係安裝在噴射圖案的對面。如本領域眾所周知，發送器50可操作來發射由接收器52接收的光束。
繼續參考附圖，特別是參考圖2，通過檢查一半噴射圖案W/2，控制系統確定噴射圖案的寬度(W)是否在具體預定限制內。將能理解，作為替代可以檢查圖案的全部寬度W。檢測操作期間，通過將噴嘴18移到第一位置即位置A，並啟動分配器使噴嘴18分配材料而進行快速檢查。然後將噴嘴至少移到第二位置即位置B，再次分配材料。
噴嘴位置A和B都位於光束54的一側，優選地，都位於傳感器之上的相同預定距離或高度(H)上，光束54從發送器50發送到接收器52。
正常操作期間，噴嘴位於位置A時，傳感器將不能發現噴射圖案，但當噴嘴位於位置B時，傳感器應該發現圖案。
如果噴嘴堵塞，圖案由於降低的材料流量而可能變得更小。結果，當噴嘴移到位置B時，傳感器將檢測不到扇形圖案邊緣。另一方面，如果噴嘴局部堵塞，噴射圖案可能偏斜到一側，由此增加它在該側的寬度。如果這個情況發生，傳感器將檢測位於位置A和B的噴射圖案邊緣。類似地，如果噴射圖案在相對方向上偏斜，然後噴射圖案的相對側將變得更小，在位置B上將不能被檢測到，甚至在位置A上可能被檢測不到。為了減少或消除這些問題，噴嘴可以移到附加位置上，例如A和B之間的位置。檢查噴射圖案的位置數量可以根據具體應用中要求的理想公差和最小寬度W。
參考圖3-5，流體扇形圖案60通常在邊緣62上較濃，而在中心部分或腹部64上較稀。對於利用通常對傳感器是透明的流體的那些應用來說，這提出了檢測挑戰。圖5A-5C圖解扇形圖案穿過傳感器光束移動時可能的傳感器對流體的特性曲線。在圖5A中，傳感器檢測到邊緣62，產生輸出66，但檢測不到中心部分或腹部64，因此不能產生輸出67。在圖5B中，傳感器檢測到包括兩個邊緣62和腹部64的整個扇形圖案，產生輸出68。在圖5C中，傳感器檢測到邊緣62，產生輸出70，但腹部區域64導致不穩定的傳感器讀數或輸出72。結果，雖然可以調節傳感器閾值的設定以使扇形圖案邊緣得到適當檢測，但是由於傳感器限制，可能不能可靠地檢測圖案腹部。
因為控制期望傳感器在位置B上得到檢測，因此位置A和B之間的距離存在限制。對於難以檢測的那些材料，例如通常是透明的材料，這個距離T的最大值應該與扇形邊緣寬度相同，通過傳感器光束54能可靠地檢測該扇形。因此，根據傳感器光束54，位置A和B之間的距離qctol應該不大於T/2，其中qctol是快速檢查公差值。
例如，如果希望12mm扇形圖案寬度W帶有+/-1mm公差，則因此總誤差範圍差是2mm(11-13mm)。由於快速檢查考察扇形的一側，位置A和B需要分開不超過1mm。這意味著理想的qctol是0.5mm，而噴射圖案邊緣寬度T必須至少為1.0mm。然而，如果流體化合物、噴嘴、壓力和傳感器組合以給出僅為0.4mm的T，則對於噴射圖案的快速檢查檢測的適當操作來說，qctol的最大容許值是0.2mm。這意味著位置A和B應該分開0.4mm，而檢測系統將尋找12mm+/-0.4mm的扇形圖案。
參考圖6-8，優選地，發送器50包括光纜79和兩個平面80，光纜79具有圓筒的一端81。類似地，接收器52包括光纜79』和兩個平面80』，光纜79』具有圓筒的一端81』。光纜79、79』可以固定到固定架組件82上。每個固定架組件82包括支架84和夾持組件86。夾持組件86包括螺栓88或螺杆、墊圈90和O環92。支架84包括銑成槽94、安裝在銑成槽94一端的止動銷96和螺孔98，夾持組件86保持在螺孔98中。
光纜的端部81插入由支架84的銑成槽94和夾持組件86的墊圈90構成的孔中。夾持組件的墊圈下推電纜79的頂面並保持底面靠著銑成槽，銑成槽保持光纜的平面對準。夾持組件的O環92將光纜推壓到槽中的平面上，並且通過螺杆的旋轉，筒的端部81將止動銷96推壓到槽中，將筒的光傳輸部分與支架84側壁中的孔100對齊。
當測量扇形圖案時，分配器將圖案噴射到空氣中。對於具有低表面張力的某些材料，在噴嘴上和/或當扇形或花瓣再次匯聚在一起時，噴射將脫離主圖案。當保形塗層材料分裂時，它將濺射在測量區附近的設備上。如果塗層進入傳感器，光纖傳感器的環境亮度級將降低。如果亮度級降低的太多，環境亮度級降低到預設斷路點，所述斷路點用於測量扇形寬度邊緣。
在這些情況下，擋板組件110可以用來最小化濺射，並且有助於阻止濺射液滴接觸固定架組件82、82』，尤其是接觸固定架組件內的孔100。擋板組件110包括隔開的擋板112。分配期間，分配材料的扇形圖案將分配在兩個擋板112之間。擋板112有助於阻止空降液滴沉積在孔100上。通過給固定架組件82、82』增加無色透鏡114和保護罩115，可以建立附加的傳感器保護。使用溶劑和棉布能容易清洗無色透鏡114。罩115內的孔117和擋板112內的孔116使光束能從發射器傳到接收器。
擋板112連接到底板118。這個底板可以是W狀。W狀或橫截面有助於在擋板孔116附近降低分配材料的濺射。底板118包括開口120，允許分配材料通過開口120到達排水盤30。
擋板組件110通過保持臂124可以固定到排水盤固定板122上。排水盤30也可以連接到排水盤固定板122。排水盤固定板122可以固定到工作站的傳送吊軌或某些其它方便位置上。
雖然通過各種實施例的描述已經闡明了本發明，並且雖然已經相當詳細地描述了這些實施例，但是對申請人的發明不進行限制，或總之附屬權利要求的範圍不局限於這種細節。對於本領域技術人員來說，另外的優點和修改將是顯而易見的。因此，更寬方面的發明不局限於具體細節、典型的裝置及方法、以及圖示和描述的說明實例。因此，可以脫離這些細節而不脫離申請人的總發明概念的本質或範圍。
權利要求
1.一種檢測分配液體材料圖案的方法，包含以下步驟在位於傳感器一側的第一位置上，以圖案形式從液體分配器分配液體材料；用傳感器檢測圖案的存在或不存在；將分配器移到第二位置，第二位置位於與第一位置相同的傳感器側面；用傳感器檢測圖案的存在或不存在；響應第一和第二位置上的檢測，確定分配液體材料圖案的狀態。
2.一種檢測分配液體材料圖案的方法，包含以下步驟a)發射光束；b)將分配器移到位於光束一側的第一位置，以圖案形式分配液體材料；c)響應光束中圖案的存在或不存在而產生信號；d)將分配器移到第二位置，以圖案形式分配液體材料，第二位置位於與第一位置相同的光束側面；e)響應光束中圖案的存在或不存在而產生信號。
3.如權利要求2中所述的方法，其中以圖案形式分配液體材料的步驟包括以下步驟以扇形圖案形式分配材料，扇形圖案具有第一邊緣區、第二邊緣區、以及位於第一和第二邊緣區之間的中心腹部，每個邊緣區具有寬度；其中將分配器移到第二位置的步驟包括將分配器移動一定距離，所述距離等於或小於圖案的一個邊緣區的一半寬度。
4.如權利要求3中所述的方法，其中液體材料是透明的。
5.如權利要求2中所述的方法，其中光束穿過一對隔開的擋板，並且在擋板之間對分配的液體材料圖案進行分配。
6.如權利要求5中所述的方法，其中分配液體材料由底板接收，底板具有在該對擋板之間延伸的「W」輪廓，所述材料穿過底板，並且被收集在盤中。
7.如權利要求3中所述的方法，還包括以下步驟響應產生的信號，確定圖案狀態。
8.一種檢測分配液體材料圖案的裝置，包含傳感器，包括以彼此面對隔開的關係進行固定的發送器和接收器，發送器發送光束，而接收器接收光束和響應光束的存在或不存在而產生信號，其中在正常操作條件下，分配液體材料圖案將穿過光束；擋板組件，包括兩個隔開的擋板，它們連接到具有「W」狀輪廓的底板上，擋板組件布置在發送器和接收器之間，每個擋板包括能使光束穿過的孔。
9.如權利要求8中所述的裝置，還包含具有開口的排水盤，用於接收分配液體材料；其中擋板組件布置在排水盤的開口內，擋板組件包括能使分配材料穿過而到達盤的孔。
10.如權利要求9中所述的裝置，還包含一對固定架組件，用於固定發送器和接收器。
11.如權利要求10中所述的裝置，其中傳感器是光纖傳感器或雷射器。
12.如權利要求11中所述的裝置，其中固定架組件包含具有槽的支架和耦合到槽的孔；夾持組件，用於將傳感器的光纜可釋放地保持在槽中，同時保持電纜與孔對齊，覆蓋孔的透鏡；罩。
全文摘要
在液體噴射圖案檢測過程期間，傳感器(50、52)可操作來檢測分配液體噴射圖案邊緣的存在或不存在。液體分配系統的噴嘴(18)相對傳感器(50、52)移到預定位置(A)來確定噴射圖案的存在或不存在，然後相對傳感器(50、52)移到預定位置(B)來再次確定噴射圖案的存在或不存在。根據這些確定，可以檢驗噴射圖案的寬度。這提供了一種快速方法以檢驗分配圖案寬度是否在某些公差內。
文檔編號G01B11/24GK1620341SQ03802526
公開日2005年5月25日 申請日期2003年1月16日 優先權日2002年1月22日
發明者M·A·賴格哈德, K·埃斯彭席德, W·E·多涅斯, J·米克 申請人:諾德森公司