专利名称：自动化真空辅助阀灌注系统及使用方法
技术领域：
本发明涉及阀灌注系统和方法，更具体地，涉及用于灌注流体分配阀的流体室的自动化系统和方法。
背景技术：
在具有表面安装部件的电子电路板组件的制造中，液体粘合剂快速和可靠的分配是一个困难的任务。传统流体分配系统中使用的旋转式正排量泵、气动注射器和动量传递喷射阀具有固有的沉积精度局限性。例如，从流体分配阀分配的流体的沉积速度可能受到收集在阀的流体输送室中的粘合剂内的空气的区域影响，这可能导致分配流体的重量的不一致。实际上，分配流体的体积和形状能受到气泡存在的影响并且能产生对检查和返工的需要，这能增加流体消耗和提高操作成本。由此，该流体分配过程可能影响自动化电子装配线的性能和产量。尽管流体分配工业中的供应商已能够经由阀灌注站而在减少气泡的存在方面作出稳步递增的改进，但是粘性材料中的气泡的存在仍持续出现。如上文提及的，此现象能够不利地影响流体分配阀的操作和流体分配的成本。此外，过程自动化和系统验证的缺乏能导致不合需要的操作者影响以及低效的灌注和配设程序。因而提供一种用于阀灌注的改进系统和方法是有益的，该系统和方法克服上述缺点并且提供一定程度的过程自动化和系统验证以帮助确保流体分配阀的一致的灌注质量。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于利用来自流体材料源的流体灌注流体分配阀的流体室的自动化系统，该流体通过流体源与流体室之间的进给路径供应到该流体室。该系统包括真空源、阀灌注站、真空开关和控制器。该阀灌注站包括套管、真空室和该套管中的真空通道。该真空通道经由真空室与真空源相连。该套管构造为与流体分配阀的阀喷嘴密封接合，使得真空通道和真空室将真空源与流体分配阀的流体室处于流体连通地连接。基于真空室中的真空等级，该真空开关具有打开位置和关闭位置，该真空开关经由真空室与真空通道处于流体连通地联接。该控制器与真空开关和真空源电连接并且构造为接通和断开真空源。此外控制器构造为基于真空开关是处于打开位置还是关闭位置来控制流体分配阀的灌注。在另一实施例中，提供一种用于灌注流体分配阀的方法，该流体分配阀具有流体室、分配孔和将该分配孔与流体室相连的排出通道。该方法包括通过分配孔向排出通道和流体室施加真空，然后基于真空开关的操作来自动地判定期望真空等级是否存在。该方法进一步包括响应于达到该期望真空等级并且保持该期望真空等级指定时段，自动地致使流体通过流体进给路径流入流体室中并且通过排出通道朝着分配孔流动以灌注流体分配阀。在又 一实施例中，提供一种用于灌注流体分配阀的方法，该方法包括使流体分配阀的阀喷嘴与阀灌注站的套管中的真空通道密封接合，然后经由真空室向该套管的真空通道施加真空。该方法进一步包括利用真空开关感测真空室中的真空等级，然后响应于利用真空开关感测真空室中的期望真空等级，自动开始流体分配阀的灌注。
并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上文给出的本发明的概要描述以及下文给出的实施例的详细描述一起，用于说明本发明的原理。图1是根据本发明一实施例的阀灌注系统的透视图；图2是图1的阀灌注系统的横剖视图；图3是用于与图1的阀灌注系统一起使用的流体分配阀的横剖视图；图4是图1的阀灌注系统的与流体分配阀的远侧尖端密封接合的套管的一部分的放大透视图；以及图5是根据本发明一实施例的用于灌注流体分配阀的流体室的方法的方框流程图。
具体实施例方式图1-5示出了用于灌注流体分配阀14的流体室12的自动化系统10和方法11的实施例。流体分配阀14是本领域中已知的。可在本发明中使用的合适流体分配阀14的一个示例是可从加利福尼亚的Carlsbad Asymtek购买的DispenseJet :DJ_9000或DJ-9500 流体喷射阀。作为示例并且具体参照图3，流体分配阀14可被支撑例如安装在机器人(未示出)上，用于沿X、Y和Z轴的自动运动并且能够使用来自流体材料的源，诸如一次性流体填充桶、盒或注射器18的流体16，例如粘合剂。来自流体填充注射器18的流体16通过流体源18与流体室12之间的进给路径20 供应到流体室12。流体分配阀14的阀座22可被气动锤或阀针24冲击，以迅速地减小存在于流体分配阀14的流体室12内的流体体积。在该典型实施例中，气动致动器25相对于阀座22驱动阀针24。此动作致使来自阀喷嘴28的排出通道26的粘性材料的射流从分配孔 30喷出并且由于其自身的前冲力而自其离开，从而产生点滴，如本领域中已知的，所述点滴在将部件粘性固定到电路板、将表面安装部件底部填充到电路板上等中能是有用的。如本领域中的普通技术人员理解的，其它类型的流体分配阀14可与该自动化系统10结合使用。如图1-4中所示，根据本发明实施例的用于灌注流体分配阀14的自动化系统10 包括阀灌注站32，该阀灌注站32具有空心柱34，该空心柱34限定真空室36并且被盖38 盖上。盖38包括中心定位的套管40，真空通道42延伸通过该套管40，该真空通道42将真空室36的内部与外部大气相连。套管40包括环形突出部43和延伸通过该环形突出部43 的中央开口 44，该中央开口 44与真空通道42连通。环形突出部43构造为密封接合流体分配阀14的阀喷嘴28，使得真空通道42和真空室36将真空源46与流体分配阀14的流体室12流体连通地相连接。诸如文丘里型真空发生器的真空源46经由真空管线48连接到真空室36，该真空室36与真空连接器50配合，该真空连接器50具有从其通过的通道52，该通道52与真空室 36流体连通。该真空源构造为经由真空室36向套管40的真空通道42施加大气压以下压力的形式的真空。真空开关54经由真空开关管线56连接到真空室36。该真空开关管线56连接到真空开关连接器58，该真空开关连接器58具有从其通过的通道60，该通道60经由真空室 36与真空通道42处于流体连通。真空开关54构造为检测在真空室36中是否存在目标或期望的真空等级或压力。特别地，真空开关54能构造为基于由真空源46产生的真空室36 中的真空等级而处于打开(断开)或关闭(接通)位置。在一个示例中，真空开关54构造为如果真空等级在期望真空等级或其之上则关闭并且构造为如果真空等级在期望真空等级之下则打开。可在本发明中使用的合适真空开关54的一个示例是SMC ZSE40，其可从印第安纳州的Noblesville的美国SMC公司商业购买的高精度数字压力开关。如本领域中的普通技术人员将理解的，真空开关54包括例如隔膜的真空感测装置(未示出)，该真空感应装置构造为响应于真空室36中的真空压力并因而感测该真空压力。基于该真空压力处于期望等级还是在期望等级之上，真空开关54将处于打开或关闭位置。真空开关54的位置指示了灌注方法11中的各种步骤，如下文所讨论的，通过控制器62能够检 测真空开关54的位置。此外系统10包括用户界面64，该用户界面64与控制器62关联，例如电连接，并且构造为通知操作者(未示出)与流体分配阀14的灌注相关联的错误。例如，用户界面64 能构造为如果在指定时间量之后，该真空等级未达到和/或保持期望的真空等级，则通知操作者。用户界面64还能构造为当灌注完成时通知操作者。用户界面64能包括计算机监视器(未示出)和键盘(未示出)。继续参照图1-4，控制器62构造为基于真空开关54处于打开位置还是关闭位置， 即指示在灌注期间该真空等级是合乎需要还是不合需要来控制流体分配阀14的灌注。控制器62与真空源46连通，例如电连接，并且构造为按需要接通和断开真空源46。此外控制器62与真空开关54连通，例如电连接，并且构造为判定真空开关54处于打开位置还是关闭位置。控制器62电连接到流体分配阀14并且构造为控制流体分配阀14的灌注期间的流体分配。例如，控制器62能构造为控制流体分配阀14收回阀针24以允许进入流体室 12。为帮助使得流体16传输到流体室12中，控制器62还能构造为当真空开关54处于关闭位置时，诸如经由气压致使流体16从流体源18通过流体进给路径20向流体室12中流动第一预定时段。控制器62能构造为通知用户界面64在灌注过程期间所经历的错误。此外控制器 62将真空开关54连接到流体分配阀14和用户界面64，使得信息能在其间交换或从其传递以控制流体分配阀14的灌注。在一个示例中，控制器62可以是包括一个或多个软件程序的计算机，所述软件程序能够执行算法以基于真空开关54处于打开位置还是关闭位置来控制流体分配阀14的灌注。经由控制器62的合适连接可通过使用已知技术使各种装置14、 54、64形成网络来实现。
天平66与控制器62电连接并且构造为检测从流体分配阀14分配到天平66上的流体16的重量，以便判定流体分配阀14是否已适当地灌注。控制器62构造为使流体分配阀14在天平66上方移动并且致使流体分配阀14将流体16分配到天平66上第二预定时段。控制器62进一步构造为将分配到天平66上的流体16的重量与参考值相比较以确认流体分配阀14已适当地灌注。此外控制器62能构造为使用用户界面64来将流体分配阀 14的灌注的完成传达给操作者。现在参照图5，显示了根据本发明实施例的用于灌注流体分配阀14的流体室12的方法11。方法11是自动化的，在于除了在错误的情形中通知操作者进行干预之外，灌注操作在最小人为干预并且独立于外部控制的情况下进行。此方法11或真空辅助灌注程序(VAPR)通常从流体分配阀14以及一次性流体填充注射器18的安装开始，如方框72中所示。在一次性注射器18的安装之后，流体分配阀 14能通过机器人移动到阀灌注站32，如方框74中所示，在该阀灌注站32处，阀喷嘴28与包含施加真空的真空通道42的弹性灌注套管40匹配或密封接合。特别地，利用包含施加真空的真空通道42的弹性套管40，在位于阀喷嘴28中的分配孔30周围形成气密性密封。 阀喷嘴28的定位能基于教导的X-Y清除位置和阀喷嘴28与套管40之间的.04"至.06〃 的Z干涉。接下来，通过控制器62和施加于真空通道42的真空启动真空源46，如方框76中所示。当阀喷嘴28相对于灌注套管40定位在适当位置中时，即当套管40在阀喷嘴28的圆周附近形成气密性密封时，真空产生。真空开关54感测是否存在期望的真空等级，即通过真空开关54是打开还是关闭来判定期望的真空等级，并且将期望真空等级的存在的指示传达给控制器62。例如，关闭的真空开关54能够表示合乎需要的真空等级，而打开的真空开关54能够表示不合需要的真空等级。在一个实施例中，合乎需要的真空等级为至少22 英寸Hg(大约560Τοπ·)。在另一实施例中，合乎需要的真空等级的范围从大约22英寸Hg 到大约26英寸Hg(大约660Torr)。在又一实施例中，合乎需要的真空等级的范围从大约 22英寸Hg到大约25英寸Hg(大约635ΤΟΠ·)。用于该期望真空等级的值能是操作者指定的，然而应足够低以在将令人满意地灌注流体分配阀14的低于大气压的压力下产生真空。如方框78中所示，响应于在指定时间量，例如大约2秒之后未达到期望真空等级， 控制器62将诸如“不能产生真空”或“真空不能产生”的错误消息传达给用户界面64进行显示，以便将该状况通知给操作者。基于真空开关54从打开到关闭或者可替代地从关闭到打开的状态的改变，通过控制器62来判定期望真空等级的不存在。如果期望真空等级未实现，则能够中止真空的施加，并且操作者能够在再次开始该程序之前专心解 决任何问题。该指定时间量能是操作者指定的，然而应足够长以在正常的操作条件下实现期望真空等级。 在一个示例中，操作者可具有经由用户界面64不考虑灌注程序的能力。可替代地，如方框80中所示，响应于达到期望的真空等级，在指定时间量之后，控制器62与流体分配阀14通信以收回阀针24以便移除流体室与阀喷嘴28之间的障碍并且允许进入流体室12。由于流体室12与真空室36之间的压差，收回的阀针24使流体分配阀14的流体室12能够通过阀灌注站32排空。特别地，现在能够经由真空室36和真空通道42通过阀喷嘴28的分配孔30将真空施加于排出通道26和流体室12以从流体室12中除去空气并且利用流体16填充流体室12。在一个示例中，真空施加大约10秒。施加真空的指定时间量能是操作者指定的，然而应足够长以令人满意地将流体分配阀14排空。如方框82中所示，在通过阀灌注站32排空流体分配阀14中的流体室12期间，基 于真空开关54的操作来监控和判定真空等级的合乎需要性。此外，真空开关54感测期望真空等级是否存在，即通过真空开关54是打开还是关闭来判定期望的真空等级。在此阶段， 如方框84中所示，响应于未保持期望真空等级指定时间量，控制器62将诸如“不能保持真空”或“真空不能保持”的错误消息传达给用户界面64进行显示，以通知操作者。此时，能够中止真空的施加，并且操作者能够在再次开始该程序之前专心解决任何问题。可替代地，如方框86中所示，响应于保持该期望真空等级，在指定时间量之后，控制器62与流体分配阀14通信以经由气压，例如气动活塞(未示出)迫使或致使流体从注射器18中流出第一预定时段，通过流体进给路径20流入流体室12中并通过排出通道26 朝着分配孔30流动以灌注流体分配阀14。控制器62控制注射器18中的气压以帮助将诸如液体粘合剂的流体16传输到流体室12中。在致使流体16通过流体进给路径20流入流体室12中第一预定时段，即估计足以利用流体16灌注流体分配阀14的时间之后，能够关闭阀针24以关闭从流体室12到阀喷嘴28的路径并且中止真空的施加。在一个示例中，估计足以利用流体16灌注流体分配阀14的时间为大约5秒。该指定时间量能是操作者指定的，然而应足够长以令人满意地使用阀灌注站32灌注流体分配阀14。如方框88中所示，在真空的施加中止之后，此刻灌注的流体分配阀14能够通过将流体16从流体分配阀14分配到天平66上期望时段例如2秒，并且测量即称流体16的重量而对流体16的存在进行测定。在一个示例中，灌注的阀14从灌注站32移动到天平66， 在此处，例如，在0. 5秒内能够将30到60滴流体16分配到天平66上并称重。将所检测到的分配到天平66上的流体16的重量与阈值或参考值相比较以验证流体分配阀14已利用流体16适当地灌注。如果通过天平66测量的流体16的重量超过阈值重量，例如5mg，则认为灌注完成。 该阈值重量通常大于或等于已知在选定时段内提供适当灌注的流体分配阀14用于分配流体16的重量。此时，如方框90中所示，与天平66通信的控制器62能与用户界面64通信以通过将例如“喷射灌注完成”或“灌注完成”的消息显示在计算机屏幕上来通知操作者灌注完成。流体分配阀14现在准备装配线操作或经历另外的配设步骤，例如包括测量所分配的点滴的布置精度。在完成之后，能够任意地重复该灌注过程。如果灌注未完成，则控制器62能通过将例如“喷射灌注未完成”或“阀未灌注”的消息显示在计算机屏幕上而与用户界面64通信，如方框92中所示。此时，灌注方法11中止，并且操作者能够在再次开始该方法之前专心解决任何问题。根据本发明实施例的自动化系统10和方法11提供了改进的分配重量的一致性， 消除了操作者的影响，并且提供了更快的灌注和更迅速的配设。此外，具有降低的流体消耗，从而导致更低的操作成本。此外，此系统10提供了一定程度的过程自动化和系统验证， 其能够确保流体分配阀14的一致的灌注质量。尽管已通过各种实施例的描述对本发明进行了说明，并且已对这些实施例进行了相当详细地描述，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限定或以任何方式限制于此细节。另外的优点和修改对本领域中的技术人员将是显而易见的。因而，本发明就其更宽广的方面而言不限于具体细节、典型设备和方法以及所示和所述的说明性示例。因此，在不偏离申请人的总发明概念的精神或范围的情 况下可从这些细节作出变更。
权利要求
1.一种用于利用来自流体材料源的流体灌注流体分配阀的流体室的自动化系统，所述流体通过流体源与流体室之间的进给路径供应到所述流体室，所述系统包括真空源；阀灌注站，所述阀灌注站包括套管、真空室和所述套管中的真空通道，所述真空通道经由所述真空室与所述真空源相连，并且所述套管构造为密封地接合所述流体分配阀的阀喷嘴，使得所述真空通道和真空室将所述真空源与所述流体分配阀的流体室流体连通地连接；真空开关，所述真空开关经由所述真空室与所述真空通道流体连通地联接，基于所述真空室中的真空等级，所述真空开关具有打开位置和关闭位置；以及控制器，所述控制器与所述真空源电连接，并且构造为接通和断开所述真空源，并且其中，所述控制器与所述真空开关电连接，并且构造为基于所述真空开关是处于打开位置还是关闭位置来控制所述流体分配阀的灌注。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述真空开关构造为当所述真空等级处在期望等级处或期望等级之上时处于关闭位置，并且其中，所述真空开关构造为当所述真空等级处在所述期望等级之下时处于打开位置。
3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括真空管线，所述真空管线将所述真空源经由所述真空室与所述套管的真空通道连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器构造为当所述真空开关处于关闭位置时、致使流体从所述流体源通过流体进给路径流入所述流体室中第一预定时段，以灌注所述流体分配阀。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述流体材料源是加压注射器，并且其中，在所述第一预定时段开始之后，所述控制器构造为增加所述注射器中的气压第二预定时段，以将流体推入所述流体室中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述流体分配阀安装在机器人上，并且在所述第二预定时段之后，所述控制器构造为断开所述真空源，且构造为致使所述机器人使所述流体分配阀在天平上方移动，并且构造为致使所述流体分配阀将流体分配到所述天平上第三预定时段，并且其中，所述控制器构造为将分配到所述天平上的流体的重量与参考值相比较，以验证所述流体分配阀已适当地灌注。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器与所述流体分配阀电连接，并且构造为在所述流体分配阀的灌注期间控制流体分配。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器是包括一个或多个软件程序的计算机，所述一个或多个软件程序能够执行算法，用以控制所述流体分配阀的灌注。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括用户界面，所述用户界面与所述控制器相关联，并且构造为通知操作者与所述流体分配阀的灌注相关联的错误。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述用户界面构造为通知操作者是否在指定时间量之后所述真空等级还未达到和/或保持期望真空等级。
11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括天平，所述天平构造为检测从灌注的流体分配阀分配到所述天平上的流体的重量，以确定是否所述流体分配阀已适当地灌注，所述天平与所述控制器电连接，并且所述控制器构造为使用所述用户界面来将所述流体分配阀的灌注完成传达给操作者。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述套管包括环形突出部和延伸通过所述环形突出部的中央开口，所述中央开口与所述真空通道相连通，所述环形突出部构造为密封地接合所述流体分配阀的阀喷嘴。
13.一种用于灌注流体分配阀的方法，所述流体分配阀具有流体室、分配孔和将所述分配孔与所述流体室连接的排出通道，所述方法包括a)通过所述分配孔将真空施加至所述排出通道和所述流体室；b)基于真空开关的操作来自动地确定期望真空等级是否存在；以及c)响应于达到所述期望真空等级并且保持所述期望真空等级一指定时段，自动地致使流体通过流体进给路径流入所述流体室中并且通过所述排出通道流向所述分配孔，以灌注所述流体分配阀。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在施加真空之前，利用弹性套管在所述分配孔周围形成真空密闭密封，所述弹性套管包含施加所述真空的开口。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括响应于未达到期望真空等级或期望真空等级的丧失，中止真空的施加。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括经由用户界面通知操作者期望真空等级未达到或期望真空等级丧失。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在致使流体流过流体进给路径之后，在足以灌注所述流体分配阀的时间之后中止真空的施加。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在中止真空的施加之后，通过从灌注的分配阀分配流体来检测灌注的分配阀中的流体的存在。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括基于检测到的从灌注的分配阀分配的流体的重量，经由用户界面通知操作者是否认为灌注完成。
20.一种用于灌注流体分配阀的方法，所述方法包括a)使流体分配阀的阀喷嘴与阀灌注站的套管中的真空通道密封地接合；b)经由真空室向所述套管的真空通道施加真空；c)利用真空开关感测所述真空室中的真空等级；以及d)响应于利用所述真空开关感测到所述真空室中的期望真空等级，自动地开始流体分配阀的灌注。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括响应于利用所述真空开关感测到所述真空室中的非期望真空等级，中止真空的施加。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在感测到所述真空室中的期望真空等级之后，打开所述流体分配阀的阀喷嘴；通过所述阀喷嘴的开口经由所述真空室施加真空；利用所述真空开关来感测所述真空室中的真空等级；以及响应于利用所述真空开关来保持所述真空室中的期望真空等级，自动地致使流体从流体源通过流体进给路径流入流体室中并且通过排出通道流向所述流体分配阀的分配孔第一预定时段，以灌注所述流体分配阀。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括 关闭所述流体分配阀的阀喷嘴；以及中止真空的施加。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括在中止真空的施加之后，将流体从所述流体分配阀分配到天平上第二预定时段；以及将检测到的分配到所述天平上的流体的重量与参考值相比较，以验证所述流体分配阀已适当地灌注。
25.根据权利要求M所述的方法，进一步包括基于所分配流体的检测重量与所述参考值的比较，来经由用户界面通知操作者是否认为灌注完成。
全文摘要
一种用于利用来自流体材料源的流体(16)灌注流体分配阀(14)的流体室(12)的自动化系统(10)和方法(11)，该系统包括真空源(46)、阀灌注站(32)、真空开关(54)和控制器(62)。该阀灌注站(32)具有套管(40)、真空室(36)和该套管(40)中的真空通道(42)。该真空通道(42)经由真空室(36)与真空源(46)相连。套管(40)与流体分配阀(14)的阀喷嘴(28)密封接合，使得真空室(36)将真空源(46)与流体室(12)相连。真空开关(54)经由真空室(36)与真空通道(42)相连并且基于真空室(36)中的真空等级而具有打开和关闭位置。控制器(62)与真空源(46)和真空开关(54)电连接并且基于真空开关(54)是打开还是关闭来控制流体分配阀(14)的灌注。
文档编号B67D7/08GK102159492SQ200980136775
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者埃里克·菲斯克, 布赖恩·萨瓦兹奇, 库尔特·克罗韦尔, 霍拉蒂奥·基尼奥内斯 申请人:诺信公司