专利名称：利用线性致动的气动分配系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及一种流体分配系统，并且更具体的，一种具有线性致动器的气动分配系统。
背景技术：
已经公知很多种气动流体分配器，其用于分配粘结剂、密封剂、润滑剂和其它具有各种不同粘度的流体与液体。气动流体分配器在传统上得以优选，这是因为在手动分配器中，它们较轻并且易于操纵，同时制造和操作成本较低。而且，气动技术不断发展，从而气动流体分配器继续得以广泛使用。然而，对于更快速的和更精确的流体分配的应用，无论是手动的还是在生产线上，都在迅速增长；并且流体分配应用的要求和规范都更加严格。很多应用要求以非常精确的剂量并且在非常精确的位置处分配流体。而且，很多流体在分配过程中经历粘度改变。这种严格的应用要求在推动气动流体分配器的能力不断增长。
气动流体分配器通常应用加压流体，例如压缩空气或通常存在于制造区域中的工厂用压缩空气。在手动启动的或者自动产生的命令信号下，压缩空气被施加到并且推动用于保持流体的筒形容器或注射器中的活塞。压缩空气以固定压力在可控和变化的时间段内施加。因此，流体的分配剂量与压缩空气被施加到活塞的时间成比例。在很多应用中，被分配的流体具有比较恒定的粘度，并且在每次分配操作中所分配的剂量是固定的。在这些应用中，气动分配器可被操作用于准确地并且可靠地分配所需剂量的流体。
然而，在其它应用中，流体粘度可根据不同的流体分配循环而改变。在这种应用中，在连续分配循环中，由于粘度发生改变，在固定时期内施加压缩空气将导致不同剂量的流体被分配。而且，空气的可压缩性使得当筒形容器从充满变到被排空时气动流体分配系统难以一致地并且精确地分配可预期的流体剂量。而且，气动流体分配系统越来越难以满足更新的流体分配流体和应用中对于分配剂量准确性和可重复性规范的要求。
还已知的是使用机电驱动系统以在分配系统的筒形容器中移动活塞。这种机电系统向筒形容器中的活塞传递确定的位移并且因此提供具有通常优于气动流体分配系统情形的剂量准确性和可重复性的流体分配器。对于很多手持分配器，柔性缆从位于工作台面上的电动机向螺钉或手持分配器中的其它机械驱动器传递机械作用力。对于已知的机电活塞驱动系统，电动机应当足够大以施加对于很多种流体粘度能够准确移动活塞所需的作用力。因此，与已知气动流体分配器相比，这种机电驱动系统通常较大并且更加复杂和昂贵。
因此，需要一种改进的气动流体分配系统和方法，其不具有上述缺点。
发明内容
本发明提供一种气动流体分配系统，其具有可与使用机电驱动系统的分配系统相比的剂量准确性和可重复性。而且，本发明的气动流体分配系统更加简单、更轻、价格更加低廉并且提供更快的总体流体分配循环。本发明的气动流体分配系统能够移动筒形容器中的活塞通过可控的确定位移，并且因此，当使用在进行分配时改变粘度的流体例如双组分环氧树脂时特别有用。
更具体的，在第一实施例中，本发明提供一种气动流体分配器，其可连接到加压空气源并且可操作用于分配一定剂量的流体。该气动流体分配器具有可连接到加压空气源的分配器本体，以及由分配器本体支撑的致动器。分配器本体中的止挡件可由致动器移动，并且安装在分配器本体中的驱动活塞可由加压空气移动从而接触该止挡件。该止挡件限制驱动活塞的位移以控制可由气动流体分配器所分配的流体剂量。
结合附图通过下面的详细描述可以更加理解本发明的这些和其它目的和优点。
附图的简要说明
图1是根据本发明原理的气动流体分配器的截面视图；图2是根据本发明原理的流体分配过程的流程图；图3是图1的气动流体分配器的概略框图。
具体实施例方式
参考图1，气动流体分配器20具有本体22，该本体具有远端或下端连接器24，流体填充的筒形或注射器容器28的凸缘26以已知的方式可拆卸地连接到该连接器24。筒形容器28具有Luer-Lock式安装件30，分配尖端32可拆卸地连接到该安装件30。通过筒形活塞36的线性移位而通过分配尖端32分配筒形容器28中的流体34。通过应用经由软管38提供的加压流体例如压缩空气而移动筒形活塞36，该软管38通过安装件40可拆卸地联接到本体22的上端。
分配器本体22还支撑线性致动器42，该致动器42可被操作用以关于纵向中心线46将止挡件44精确的定位在不同位置处。在图1的示例性实施例中，线性致动器42由电动机48执行，例如伺服或步进电动机，其旋转由轴承52支撑的输出轴50。电动机48还具有制动特征，当电动机处于停机状态时，其自动地制动输出轴，由此防止输出轴50的意外旋转。致动器轴54以螺纹方式拧入输出轴50内。因此，输出轴50用作螺母；并且致动器轴54通过输出轴50的旋转而被线性移位。致动器轴的位移方向由电动机48的旋转方向决定。
驱动活塞56经由密封件60例如O形环密封地接合分配器本体22中的圆筒58的内壁，该密封件阻止来自软管38的加压空气移动经过驱动活塞56。加压空气经过环形空间62，该空间在致动器轴54的外表面和端帽64与输出轴50的内表面之间延伸。端帽64通过螺纹、粘结、焊接或其它方式联结到分配器本体22的近端或上端。致动器轴54轴向地延伸通过驱动活塞56；并且止挡件44通过螺纹、粘结、焊接或其它已知方式连接到致动器轴54的位于驱动活塞56下方的下端。
冲头66通过螺纹、粘结、焊接或其它方式连接到驱动活塞56的下端。冲头66被设置成邻近并且能够接触筒形活塞36的上表面67；然而，冲头66绝对没有紧固、粘结或以其它方式牢固地连接到或者无论永久的还是暂时的可以锁定到筒形活塞36。在图1的实例中，冲头66位于在筒形活塞上侧上形成的杯状空腔69中。虽然在冲头66的外侧表面71和筒形活塞空腔69的内侧表面73之间可存在一些接触，这种接触是很小的。因此，如果冲头66沿着第一方向朝向分配尖端32移动，则冲头66能够精确地朝向分配尖端推进筒形活塞36。然而，如果冲头66沿着相反的方向远离分配尖端32，则筒形活塞36的运动范围是不可预测的。而且，冲头66与筒形活塞36的任何接触不能影响筒形容器28脱离分配器连接器24并且因此影响筒形活塞36从冲头66分离。
驱动活塞56具有肩台表面68，其能够被设置成邻近于、并且能够接触止挡件44的止挡表面70。止挡表面70限制了驱动活塞56的位移并且因此限制了筒形活塞36的位移并由此限制流体34的分配。
参考图1和2，空气电磁阀72具有与压缩空气源76流体连接的第一输入74和与控制器80电连接的第二输入78。响应于来自控制器80的命令信号，空气电磁阀72施加和移除压缩空气到达通过空气软管38与流体分配器20和驱动活塞56上方的空气腔室90流体连接的输出。控制器80具有用户输入/输出界面84，其可被操作用于允许使用者向控制器80提供程序、数据和命令以用于控制流体分配循环的操作。
在操作中，控制器80向其上安装有气动流体分配器20的定位设备86例如多轴定位系统如机器人提供输出命令信号。当被移动到相继的位置处时，控制器80操作空气电磁阀72和线性致动器42以执行一系列的流体分配操作。一种典型的分配循环在图3中示意。一个分配循环可由控制器80响应于或者从使用者输入/输出界面84输入的命令或者在控制器80中或从流体分配器20所使用环境中的另一个设备产生的信号而被启动。
在启动分配循环时，控制器80在302向定位设备86提供输出命令信号以命令其将流体分配器20关于将流体分配于其上的基片移动到期望的位置处。控制器80还可在304处被操作以向线性致动器42提供命令信号以使其移动止挡件44通过轴向位移达到更加靠近分配尖端32的新位置。止挡件44行进的距离直接依赖于将从分配尖端32分配的流体34的剂量。从尖端32分配的流体剂量与筒形活塞36的增量位移直接相关，其由冲头66和驱动活塞56的运动控制。因此，通过精确控制气动驱动活塞56的位移，流体分配器20能够精确控制从尖端32分配的流体剂量。通过可储存于控制器80的存储器88中的数学公式或算法，所需分配的流体剂量可与筒形活塞38的位移并且因此与驱动活塞56的位移相关。可替代的，可在存储器88中储存将所需分配的流体剂量与驱动活塞56的线性位移相关联的表。在任何情形中，控制器80均能够操作线性致动器42从而止挡件44轴向地定位以限制驱动活塞56、冲头66并且因此筒形活塞36的位移，从而仅仅分配所需的并且精确的流体剂量。
控制器然后在306确定止挡件44何时已被移动到其所需的新位置处并且还在308确定气动流体分配器20何时也已被移动到其所需位置处。控制器80然后可在310被操作用于命令空气电磁阀72打开，由此引导压缩空气通过软管38、环形空间62、进入腔室90并且推压驱动活塞56的上表面92。压缩空气的压力可以是最大可能压力，由此向驱动活塞56施加最大可能作用力。压缩空气可被操作用于移动冲头66接触并且施加分配作用力至筒形活塞36。筒形活塞36向下移动通过筒28，由此从分配尖端32分配所需剂量的流体34。压缩空气移动驱动活塞56直至活塞肩台68接触止挡表面70。因此，从尖端32分配了精确剂量的流体34，这独立于压缩空气的压力以及向驱动活塞56施加压缩空气的时间。
当在310启动空气电磁阀72的操作时，控制器80同时起动内部分配计时器，其被设定成长于在可期的最大流体34粘度下移动驱动活塞56使其接触止挡件44所需的时间。因此，无论流体34的粘度如何，在分配计时器超时之前驱动活塞56被移动至抵靠止挡件44。控制器80在312探测到分配计时器超时并且此后在314提供命令空气电磁阀72关闭的信号，由此从软管38和驱动活塞56上方的腔室90断开压缩空气源76。电磁阀72为三通或排气电磁阀；并且因此在关闭状态下它将空气软管38和空气腔室放气或排气至大气压力。
此外，在314，控制器80向线性致动器42提供命令信号以缩回止挡件44，即，沿着远离分配尖端32的方向向上移动止挡件44。该增量位移的幅度非常小，但是足以引起驱动活塞56稍微缩回，即，远离分配尖端32向上移动。驱动活塞56和冲头66的这种轻微的后退从筒形活塞36去除了分配作用力并且因此如果需要的话通过稍微移动筒形活塞36而允许筒形活塞36上的作用力平衡。随着筒28中的流体34的液压快速释放和平衡，流体34通过分配尖端32的分配被快速终止；并且消除了意外地进一步分配流体34的可能性。
然后控制器80在316确定最近的分配操作是否为分配循环中的最后一次操作。如果不是，则控制器80重复过程步骤302-314以移动气动流体分配器20到达其它分配位置并且在各个位置处启动流体分配操作。当控制器80探测到最后一次分配操作时分配循环结束。
气动流体分配器20具有多个优点。第一，它是气动操作的但是能够提供具有可与使用机电驱动系统的流体分配系统的情形相比的剂量准确性和可重复性的连续分配操作。第二，通过使用仅仅移动较小致动器轴54和止挡件44的机电系统，可以使用简单的、轻的并且价格更加低廉的线性致动器42。第三，可与流体分配器20被移动至其下一分配位置同时地将止挡件44移动至其所需位置处，并且因此，使用可移动的止挡件44并不增加进行流体分配操作所需的时间。第四，可将能够从压缩空气源76获得的最大压力施加到驱动活塞56，并且因此，降低了每次流体分配操作以及整体流体分配循环所需的时间。第五，筒形活塞36的运动由止挡件44的位置确定，而非由压缩空气压力或将压缩空气施加到流体分配器的时间所确定。因此，可以分配所需的流体剂量，而与其粘度无关；并且当使用在被进行分配时改变粘度的流体例如双组分环氧树脂时该气动流体分配器20特别有用。
虽然通过描述各个实施例而示意出本发明并且虽然非常详细地描述了这些实施例，但是并不意在如此具体地限定或以任何方式限制所附权利要求的范围。本领域普通技术人员易于理解其它的优点和改进。例如，在图2的示例性实施例中，气动流体分配器20安装在定位设备86上；然而，在其它实施例中，可由机电驱动器移动以限制气动活塞的运动的止挡件结构还可在手持和其它气动流体分配器中实现。
因此在其广义上本发明并不局限于所示的和所描述的具体细节。因此，在不背离权利要求的精神和范围的前提下，可对在这里所描述的细节做出改变。
权利要求
1.一种可连接到加压空气源并且可被操作用于分配一定剂量流体的气动流体分配器，该气动流体分配器包括适于连接到加压空气源的分配器本体；由分配器本体支撑的致动器；可由致动器移动的止挡件；以及安装在分配器本体中并且适于安置成与加压空气源流体连通的驱动活塞，该驱动活塞可由加压空气移动至接触止挡件，并且该止挡件限制驱动活塞的位移以控制可由气动流体分配器分配的流体剂量。
2.根据权利要求1所述的气动流体分配器，其中该致动器包括连接到止挡件并且可被操作用于沿着线性方向移动止挡件的机电驱动器。
3.根据权利要求2所述的气动流体分配器，其中该机电驱动器还包括电动机；可由电动机旋转的输出轴；以及连接到输出轴并且可响应于输出轴的旋转而线性移动的致动器轴。
4.根据权利要求3所述的气动流体分配器，其中该致动器轴可响应于电动机的第一旋转在第一线性方向中移动并且该致动器轴可响应于电动机的反向旋转而在相反的线性方向中移动。
5.根据权利要求3所述的气动流体分配器，其中该电动机是伺服电动机。
6.根据权利要求3所述的气动流体分配器，其中该电动机是步进电动机。
7.根据权利要求3所述的气动流体分配器，其中该致动器轴延伸通过驱动活塞。
8.根据权利要求7所述的气动流体分配器，其中致动器轴在邻近驱动活塞一侧的位置处连接到电动机，并且该止挡件连接到致动器轴并且靠近驱动活塞的相对侧。
9.根据权利要求1所述的气动流体分配器，其中该驱动活塞包括与加压空气源流体连通的第一表面；以及能够移动至接触止挡件的第二表面。
10.根据权利要求1所述的气动流体分配器，其中该气动流体分配器能够连接到在筒形活塞下面容纳流体的筒形容器，该驱动活塞适于推压并且推进该筒形活塞。
11.一种气动流体分配器，可连接到加压空气源并且可被该加压空气源操作以用于从在筒形活塞下面容纳流体的筒形容器分配一定剂量的流体，该气动流体分配器包括分配器本体，包括适于能够连接到加压空气源的流体输入端；以及适于能够连接到筒形容器的连接器，以及由分配器本体支撑的致动器；可由致动器在分配器本体中移动的止挡表面；以及安装在分配器本体中并且适于能够由加压空气朝向止挡表面移动的驱动活塞，该驱动活塞包括与该流体输入端流体连通的第一表面，能够移动至接触止挡表面的第二表面，和能够靠近、和接触筒形活塞定位的冲头，该冲头推动筒形活塞通过由接触止挡表面的第二表面所限制的线性位移，由此从筒形容器分配该剂量的流体。
12.一种操作气动流体分配器以分配一定剂量的流体的方法，该方法包括在第一方向中利用可控致动器移动止挡件通过相应于可由气动流体分配器分配的流体剂量的位移；向可滑动地安装在气动流体分配器本体中的驱动活塞施加加压流体，该加压流体朝向止挡件移动驱动活塞；以及利用止挡件停止驱动活塞的运动。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括终止向驱动活塞施加加压流体。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括利用可控致动器在相反的方向中移动止挡件。
15.根据权利要求12所述的方法，其中当停止驱动活塞的运动之后，该方法还包括终止向驱动活塞施加加压流体，以及利用可控致动器在相反方向中移动止挡件。
16.根据权利要求12所述的方法，其中移动止挡件还包括操作电动机以移动止挡件通过一定的线性位移以靠近驱动活塞一侧。
17.根据权利要求16所述的方法，其中加压流体被施加到驱动活塞的相对侧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中电动机靠近驱动活塞的该相对侧。
19.一种操作气动流体分配器以在分配循环中分配多个流体剂量的方法，该方法包括将气动流体分配器定位在第一位置处，在该位置处，流体将被分配；利用可控致动器移动机械止挡件通过相应于可由气动流体分配器分配的流体剂量的位移；向可滑动地安装在气动流体分配器本体中的驱动活塞施加加压流体，该加压流体朝向止挡件移动驱动活塞；利用止挡件停止驱动活塞的运动；以及为分配循环中的需分配流体的其它位置重复进行定位、移动、施加和停止的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括与移动机械止挡件基本同时地定位气动流体分配器。
21.一种操作气动流体分配器以从在筒形活塞下面容纳流体的筒形容器分配流体的方法，该方法包括利用可控致动器移动止挡件通过一定位移，该位移相应于筒形活塞从筒形容器分配所需剂量流体的位移；向可滑动地安装在气动流体分配器本体中并且机械地联系该筒形活塞的驱动活塞施加加压流体，该加压流体朝向止挡件移动驱动活塞，同时移动筒形活塞并从筒形容器分配流体；以及利用止挡件机械地停止驱动活塞的运动以终止筒形活塞的运动以及流体从筒形容器的分配。
全文摘要
本发明涉及一种气动流体分配器，具有由分配器本体支撑并且可被操作用于在分配器本体中移动机械止挡件的机电致动器。还安装在分配器本体中的驱动活塞由加压空气驱动并且可移动至接触止挡件。因此，该止挡件限制了驱动活塞的位移并且因此控制由气动流体分配器分配的流体剂量。
文档编号B67D7/58GK1951797SQ20061014151
公开日2007年4月25日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月29日
发明者罗伯特·P·托里尼 申请人:诺信公司