专利名称：分配粘性材料的方法
分配粘性材料的方法本申请要求2007年11月29提交的美国临时专利申请No. 60/990，984 (待审)和 2008年4月17日提交的美国临时专利申请No. 61/045，781 (待审)的优选权，通过参考结 合所述申请的公开内容的全文。
背景技术：
由于材料粘度的变化，所以分配不同种类的粘性材料可能是挑战性的。某些种类 的材料、比如聚氨酯活性或PUR粘合剂通过随其使用时间段的轻微硬化而趋于粘度增加。 例如，包含在加热过的分配喷射器中的粘性PUR材料可能在其暴露于制造环境的时间段内 发生变化。对于PUR粘合剂，因为所述材料被设计成用来在存在湿气或者潮气的情况下反 应，所以其暴露于环境的湿气或者潮气中由于轻微的硬化会引起粘度变化。各种其他的材 料随时间而显示出变化的粘度，例如，被预先混合并且装填到分配器比如喷射器中的双组 分粘合剂类，或者在各种应用中由于任何原因而随时间变稠的比如粘合剂或者密封剂的其 他材料。通常在有或者没有活塞类部件的辅助下，利用加压空气或流体来强制PUR粘合剂 离开喷射器。假定提供到喷射器中的空气压强维持相同，并且材料的粘度增大，则当材料的 粘度增大时，将随时间分配更少的材料。由于这个原因，所分配的量会随时间而变得越来越 少，甚至可能偏离规格或者所期望的参数。其他种类的分配器可能显示出相似的难题。
发明内容
总体来说，提供了在分配粘度随使用时间段增加的粘性材料时、控制喷射器或基 于压强的分配器的分配一致性的方法。例如，方法可以包括在第一分配周期从喷射器分配 粘性材料，并且利用相对所述喷射器中的可移动元件的第一分配压强(或者在没有可移动 元件的情况中，仅利用压强直接推动材料)。作为选择，可以利用机械驱动器来直接或者间 接使材料移动。然后，根据模型或者控制特征来增大压强(或者如果利用机械驱动器时的 速度)，所述模型或者控制特征根据与时间段有关的预定值来补偿粘性材料增大的粘度。例 如，在所述时间段期间，粘性材料在生产周期中暴露于环境中。然后，经过已知的时间段后， 可以利用至少部分所述预定值向喷射器提供比第一分配压强或者速度更高的第二分配压 强或者速度。然后，可以在第二分配周期分配具有增加的粘度的粘性材料。如此，例如，可 以维持更好的一致性以确保在第一分配周期和第二分配周期所分配的粘性材料在所期望 的参数范围内。至少部分地用来增加压强或者速度的模型或者控制特征可以基于与粘性材料有 关的经验数据。作为选择或补充，所述模型可以基于算法，所述算法可以基于或者可以不基 于与分配粘性材料有关的经验数据。作为另一种选择，可以利用数据查询表来确定在第二 分配周期或者在随后的分配周期所提供的压强或者所采用的驱动速度。在另一方面，所述方法可以包括获取粘性材料的分配量的图像、分析所获取的图 像以确定粘性材料的分配量是否在所期望的参数范围内，以及响应于粘性材料的分配量超出所述期望的参数的判定来改变向分配器提供的压强或者驱动速度。
图1是根据发明示例性实施例构造的分配系统的示意图。图1A是根据发明第二示例性实施例构造的分配系统的示意图。图2是示出图1中所示的系统的操作的流程图。图2A是示出图1A中所示的系统的操作的流程图。
具体实施例方式参见图1，根据本发明示例性实施例构造的分配器10通常包括开/关分配器阀 12。在此实施例中，阀12是具体为分配少量的粘性材料比如PUR粘合剂而设计的非接触式 分配器阀。作为选择可以利用各种其他接触式或者非接触式分配器而得到类似结果。非接 触式分配器12还包括用于向分配器12提供加压粘性材料的加热过的喷射器型供给装置 14。可以将控制阀16直接连接到分配器阀12上，所述控制阀16可以采取电磁操作空气阀 的形式。以已知方式，控制阀16将加压空气提供到分配器阀12中，以强制内阀杆(未显 示)进入到开启位置中。可以设置传统的弹簧返回机构18，用于当来自控制阀16的加压空 气充分减少或者被切断时，将所述阀杆移动到关闭位置中。作为替代，可以使用致动分配器 阀12的其他方法。此外，分配器阀12的结构元件和操作也可以是传统的。作为替代，可以 使用其他种类的分配器，比如，不采用任何开/关阀元件的那些分配器(例如，仅单独使用 喷射器装置)。非接触式分配器12进行操作，来从在图1中以放大形式示意性示出的喷嘴24分 配比如串珠22形式的特定量的粘性材料20。可以通过一个或多个所分配的串珠或者其他 图案来形成示例串珠22或者特定量的粘性材料。如以下进一步论述的，设置机械视觉照相 机30用于获取所分配的量22的图像。参见图1和2，设置控制器40用于操作分配器阀12，更具体地，用于将合适的控制 或者校正信号提供给电压一压强变换器42，所述电压一压强变换器42将电压转换为空气 压强，以便从加压空气源44向与喷射器14连接的空气管道46输送校正过的空气压强。表 示校正压强的电压信号至少部分地基于由控制器40所确定的值。比如，可以通过利用基于 时间和温度信息的数据查询表、或者曲线或算法来储存或者以其他方式确定所述电压值。更具体地参见图2的控制流程图，其表示控制器40的总体操作，在分配过程开始 时，将PUR粘合材料的料筒装入到加热过的喷射器供给装置14中，并且将与控制器40有关 的时钟设置为“0”。此外，检测或者记录环境温度以供分配过程期间使用。根据所经过的 时间和温度，通过控制器40来确定数值，并且相应地调节喷射器14的压强。在过程的一开 始，该数值会将压强保持为适合于以材料的已知初始粘度来准确地分配所述材料的初始设 置值。然而，所述数值会随时间根据基于预定模型的量来增大压强，所述预定模型预计所述 材料的粘度随时间的变化。该模型可以基于先前记录的对于相同的温度和湿度条件下的相 同材料通过实验确定的数据。所涉及的时间周期例如可以是在喷射器14中使用一次性料 筒(未显示)的所期望的生产时间。可以仅利用该过程来建立周期到周期更一致的粘性材 料分配。
用来确定相对于时间的压强的控制算法的实例如下。总压强控制方程控制作为时 间t (单位小时)的函数的总系统压强P (单位psi (磅/平方英寸))，即，传递到喷射器 14中的压强p = f(t) +偏差函数f(t)对于不同的粘合剂类型发生变化并且通过实验室试验来确定。调整用 于分配希望量的粘合剂所需要的起始压强的所述偏差值，并且用于基于期望的串珠宽度 (单位mm)确定初始偏差值(单位psi)的方程式的一个实例是偏差=(15. 569X期望的串珠宽度)-6. 1464该偏差方程式根据比如喷嘴直径的系统参数变化。对于优选的粘合剂3M PUR 2655，工作温度为250华氏度，并且期望的串珠宽度为1毫米，初始偏差为13.313psi，并且 f(t)为2. 8378乘以利用小时作为单位的时间。相应地，对于该实例系统的控制算法将是P = (2. 8378 X t) +13. 313注意，虽然所述实例系统中所利用的控制算法是线性的，但是粘性材料的粘度方 面的变化在许多小时后变成非线性的。系统通过利用将在4-6小时内完全耗尽的PUR粘合 剂的料筒或者通过利用如下所述的机械视觉照相机30来调整该非线性。通过利用图1中所示的照相机30可以获得进一步的准确度和一致性。具体地说， 照相机30可以是可从Cognex公司购买到的利用相关的In-Sight软件的In-Sight 5100 型。在此增强过程中，利用照相机30来获取所分配的量的图像。所分配的量可以是分配在 工件上或者其他样本基底上的串珠22。通过利用已知函数和所提到的机械视觉照相机30 的软件，照相机30可以增强所述图像，并且检测图像边缘以准确地估算串珠宽度。照相机 软件还可以确定所检测或者所估算的串珠宽度是否高于或者低于根据所期望的串珠宽度 参数而建立并保存在控制器40中的极限。如果检测到串珠宽度高于上限，则比如通过lpsi 的增量预定值来降低传递到喷射器14中的压强。另一方面，如果检测到串珠宽度低于下 限，则控制器40发送信号来调高空气压强，比如通过增加lpsi的压强增量。作为替代，可 以利用以其他的量的增大或者减小压强调节，例如，利用如0. Olpsi或者0. 5psi的高分辨 率的量。作为另一种替代，可以通过上述压强值比如5%或者10%的百分数来调节压强。继续实例的控制算法，利用照相机的读取在算法中周期性地改变偏差值。通常，新 的偏差的计算如下偏差新=偏差+(增益项)X (所期望的串珠宽度_所测得的串珠宽度)然后将以上方程式左边的新偏差用于控制算法来调节粘合剂的实际分配中的不 一致性。增益项是可编程的常数，其将以毫米为单位的测量值转换为以psi为单位的压强。 对于如上所述的在250华氏度的3MPUR 2655粘合剂系统，增益项为13psi/mm。如果所期望 的串珠宽度为1毫米，并且照相机30确定实际分配的串珠宽度为1. 15毫米，则新的偏差值 可以被计算为偏差新=13.313+(13) X (1-1. 15) = 11. 363psi因此，控制算法则根据以下来计算出新的系统压强P新=(2. 8378Xt)+ll. 363然后，系统在该新的控制算法下继续运行，直到照相机30显示出必须改变偏差值 和系统压强。在某些实施例中，需要可编程的压强变化参数来将对于每个连续的照相机图
5像的偏差的变化限制到比如0. lpsi或者0. 5psi的小值。如果参数低于所计算出的偏差变 化，则偏差仅增减该照相机读数上的参数量。图1A和2A分别示出根据第二实施例的示意系统和流程图。除了由控制器40、电 压一压强变换器42和加压空气源44所表示的基于压强的系统由控制器50和具有机械输 出元件54的机械驱动器52代替之外，该实施例在原理上和操作上与关于图1和2所描述 的实施例相同。机械驱动器例如可以包括伺服电机、步进电机和/或线性驱动装置。可移 动的驱动元件54例如可以旋转，因此致动蜗杆元件(未显示)来直接强制材料通过喷射器 14，或者，致动可线性致动的元件来强制材料通过分配器12，所述可线性致动的元件物理上 推动活塞状元件通过喷射器14。控制器50不是象第一实施例那样控制流体压强的量，而是 包括会改变输出元件54的速度(即，旋转速度或者线速度)的速度控制。下面给出了控制 器50的更具体的说明。图2A的控制流程图表示控制器50的总体操作。在分配过程开始时，将PUR粘合 材料的料筒装入到加热过的喷射器供给装置14中，并且将与控制器50有关的时钟设置为 “0”。此外，检测或者记录环境温度以供分配过程期间使用。根据所经过的时间和温度，通 过控制器50来确定数值，并且相应地调节驱动器52的速度，或者更具体地说，调节输出元 件54的速度。在过程的一开始，该数值将驱动速度保持为适合于以材料的已知初始粘度来 准确地分配所述材料的初始设置值。然而，所述数值会随时间根据基于预定模型的量来增 加速度，所述预定模型预计所述材料的粘度随时间的变化。象在第一实施例中的那样，该模型可以基于先前记录的对于相同的温度和湿度条 件下的相同材料通过实验确定的数据。所涉及的时间周期例如可以是在喷射器14中使用 一次性料筒(未显示)的所期望的生产时间。可以仅利用该过程来建立周期到周期更一致 的粘性材料分配。此外，可以通过利用图1A中所示的照相机30并且和前面描述过的一样 来获得准确度和一致性。如上文所述，照相机软件确定所检测或者所估算的串珠宽度是否 高于或者低于根据所期望的串珠宽度参数而建立并保存在控制器50中的极限。如果检测 到串珠宽度高于上限，则比如通过1单位的增量预定值来降低驱动速度。另一方面，如果检 测到串珠宽度低于下限，则控制器50发送信号来调高驱动速度，比如通过增加例如1单位 的驱动速度增量。可以利用任何所期望的量的增量或者减量的速度调整。在该实施例中，利用控制算法来确定相对于时间的驱动速度。所利用的公式类似 于以上论述过的控制方程和偏差方程。代替系统压强P，这些方程式将计算机械驱动器52 的旋转速度或者线速度。因此，新偏差方程式的增益项和其他常数将相应于新的测量单位 而变化。在所有的其他方面，该控制算法以与以上提供的实例相同的方式来运行。虽然已经通过各种优选实施的说明来阐明了本发明，并且虽然已经较详细地描述 了所述实施例，但是申请人不打算约束或者以任何方式将所附权利要求的范围限制到这种 细节。另外的优点和改进对本领域的技术人员来说是显而易见的。本发明的各种特征可以 被单独使用或者根据用户的需要和偏爱以任何组合来使用。这已经是本发明以及按目前已 知的方式来实践本发明的优选方法的说明。然而，本发明本身只应当由所附的权利要求来 限定。
权利要求
一种在分配粘性材料时控制分配器的分配一致性的方法，该粘性材料随时间粘度增加，所述方法包括在第一分配周期中从所述分配器分配所述粘性材料，并且利用第一分配压强来强制所述材料离开所述分配器；根据模型来确定校正值，该模型对于所述粘性材料随时间段而粘度增加进行补偿；在经过所述时间段后，根据所述校正值向所述分配器供应比所述第一分配压强高的第二分配压强；以及在第二分配周期中分配具有增加的粘度的所述粘性材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述模型基于与所述粘性材料有关的经验数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述模型基于算法。
4.如权利要求1所述的方法，还包括利用数据查询表，以确定用于所述第二分配周期的压强。
5.如权利要求1所述的方法，还包括 获取所述粘性材料的分配量的图像；分析所获取的图像，以确定粘性材料的分配量是否在所期望的参数内；以及 响应于粘性材料的分配量处于所期望的参数之外的判定，来改变向所述分配器供应的 压强。
6.一种在分配粘性材料时控制分配器的分配一致性的方法，该粘性材料随时间粘度增 加，所述方法包括在第一分配周期中从所述分配器分配所述粘性材料，并且利用以第一分配速度运行的 驱动元件以用于强制所述材料离开所述分配器；根据模型来确定校正值，该模型对于所述粘性材料随时间段而粘度增加进行补偿； 在经过所述时间段后，根据所述校正值利用比所述第一分配速度高的第二分配速度；以及在第二分配周期中分配具有增加的粘度的所述粘性材料。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述模型基于与所述粘性材料有关的经验数据。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述模型基于算法。
9.如权利要求1所述的方法，还包括利用数据查询表，以确定用于所述第二分配周期的分配速度。
10.如权利要求1所述的方法，还包括 获取所述粘性材料的分配量的图像；分析所获取的图像，以确定粘性材料的分配量是否在所期望的参数内；以及 响应于粘性材料的分配量处于所期望的参数之外的判定，来改变所述分配速度。
全文摘要
本发明提供了一种分配粘度随时间波动的材料(20)比如液体粘合剂的方法。利用来源于粘度数据或者实验室测试结果的控制算法，在第一分配周期利用第一压强或者机械驱动速度来强制粘性材料(20)离开供给喷射器(14)。在确定量的时间后，当所述材料(20)的粘度增大时，将校正模型应用于所述控制算法来增大压强或者驱动速度。然后，在第二分配周期，利用第二更高压强或者驱动速度来强制粘性材料(20)离开所述供给喷射器(14)。所述校正模型能够基于关于所述粘性材料(20)的经验数据，或者能够利用照相机系统(30)来根据要求周期性地调节压强或者驱动速度以维持基本上均匀的分配速率。
文档编号B67D7/08GK101873989SQ200880117559
公开日2010年10月27日 申请日期2008年11月25日 优先权日2007年11月29日
发明者劳伦斯·B·赛义德曼, 弗兰克·布尔库什, 莱斯利·J·沃尔高 申请人:诺信公司