用于分配热熔粘合剂的方法和设备的制作方法

专利名称：用于分配热熔粘合剂的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在物体上的精确位置分配精确剂量的热熔粘合剂。特 别地，本发明涉及一种紧凑的单元，其包括通过进料块紧密安装在一 起的粘合剂供料组件和容积式分配器，该单元安装在二维或三维动作 系统上，并连接到控制单元上，该控制单元在粘合剂通过该单元并分 配到物体上时，将粘合剂的温度维持在临界水平上。
背景技术：
由于材料的粘性和必须精确地分送到物体精确位置上的非常少的 数量，因而以快速和可控的方式在精确位置上分配非常少量的可流动 材料对分配领域的技术人员提出了挑战。这在粘合剂是热熔湿固化粘 合剂的情况下特别重要，这种粘合剂对温度特别敏感，且一旦被加热 后，仅能在一定持续时间内保持在稳定状态，从而需要将其维持在特 定温度并在该时间内分配，以防止粘合剂在分配设备中固化，以免需 要对分配设备进行昂贵和费时清理和对剩余粘合剂处理，而这会增大 粘合剂分配于其上的物体的制造成本。多种容积式分配器，诸如美国专利Nos.5，350，084和5，458，275中所示的，提供用于粘合剂的强制位移。但是，用于这些类型的机器中 的粘合剂不总是对温度苛求，也不以料筒提供，从而不涉及维持粘合 剂临界温度的问题，其中，粘合剂通过分配器从可更换料筒中的供应 粘合剂分配。其它装置，例如Minnesota矿业和制造公司经销的商标为JET WELD的装置提供了 一种分配器，其将容纳在料筒中的粘合剂维持在 特定温度，以防止其过早固化。但是，这些分配系统不能像上面所述 的容积式分配器那样精确地控制和分配非常精确剂量的粘合剂。
而且，对于很多重复性作业来说，理想的是把分配器和粘合剂供 应装置安装在动作控制系统上，以便分配器重复性的一致动作，以在 物体运动到控制系统附近的位置时精确地和反复地在物体上分配粘合 剂，同时维持粘合剂恒定的连续流动，其中整个系统的温度维持在精 确水平，这样使装配线式生产能连续维持，停机时间非常少。利用现今在用的用于分配特定类型温度敏感粘合剂(特别是在暴 露于大气后相对快速地湿固化的热熔粘合剂)的机构，且当这些机构 与在被加热到期望温度后寿命相对较短的粘合剂一起使用时，这些问 题难于克服。从而，需要一种用于在紧凑，高效和可靠的分配设备和方法中精 确分配少量热熔粘合剂的系统，方法，和设备，该热熔粘合剂在被加 热和暴露于大气后在有限时间内固化。发明内容本发明的一个方面是提供一种紧凑的单元，用于容纳被加热的粘 合剂供应，例如热熔湿固化粘合剂，其通过进料块提供给容积式分配 器，分配器和进料块具有用于将粘合剂维持在期望水平的加热器。本发明的另 一个方面是在将料筒插入到粘合剂供料组件以前使容 纳粘合剂的料筒处于预热状态而供应，从而维持恒定的加热粘合剂供 应至分配器，降低该单元的停机时间和生产过程的中断。本发明的又一个方面是使粘合剂供料组件壳体、进料块和容积式 分配器隔热，以降低从那里的热量流失，使得向粘合剂提供的热量在 粘合剂从供应料筒开始直到粘合剂离开分配针施加到物体上为止的整 个单元中将粘合剂维持在临界温度。本发明的另 一个特征是提供快速分离，其使得用完的粘合剂料筒 能够快速和容易地被预热充满的料筒替换，其中粘合剂处于期望的温 度。本发明的另 一个方面是提供一种控制单元，其连接到系统的各个 部件上，以提供对其精确的控制。
本发明的另一个特征是将该紧凑单元安装到二维或三维动作控制 系统上，该动作控制系统将重复而精确地使该单元尤其是其分配针在 物体上移动，这样，加热的粘合剂以正确剂量分配到接收粘合剂的物 体的精确位置上。这些特征和优点通过本发明的设备实现，其包括用于分配精确剂量的热熔粘合剂到物体上的容积式分配器；适于容纳粘合剂料筒的供 料组件，该粘合剂将由分配器分配，该供料组件包括用于加热粘合剂 的加热器；用于将供料组件安装到分配器上的进料块，该进料块包括 用于将粘合剂从供料组件输送到分配器中的流体通道和用于当粘合剂 输送通过所述流体通道时加热粘合剂的加热器；以及可操作地连接到 分配器、供料组件和进料块的控制单元，用于使粘合剂在供料组件和 进料块中维持在预定温度，和用于使粘合剂从供料组件通过进料块以 在随后从分配器进行分配。这些特征和优点通过本发明的改进方法进一步实现，其总体特性可以包括下面的步骤，将容纳粘合剂的料筒预热到第一温度，将经过 预热的料筒放入供料组件，在供料组件中将粘合剂加热到第二温度， 使粘合剂从料筒通过进料块移动至容积式分配器中，将正通过进料块 的粘合剂加热到第三水平，并使经过加热的粘合剂从分配器分配到物 体上。附图简述说明申请人构思的适用这些原理的最佳模式的本发明的优选实施 例，在下面的说明中阐述并如附图所示，且特别而清楚地在所附权利 要求中指出和阐述。图l是一个示意性侧视图，表示在单元安装到三维动作控制装置 上的情况下分配精确剂量的粘合剂到物体上的本发明设备；图2是沿着

图1中线2-2所作的局部放大剖视图；图3是进料块的顶视图；图4是图3中进料块的侧视图； 图5是图4中进料块箭头5-5方向看的端视图； 图6是沿着图5中线6-6所作的剖视图；图7是与图1类似的侧视图，其中粘合剂供料组件和进料块剖视;而图8是表示粘合剂料筒在预热器中的概视图。 附图中相似的附图标记表示相似的部件。
具体实施方式
本发明采用紧凑分配单元形式的设备总体上由l表示，尤其是如 图1和7中所示。作为其主要部件，单元1包括粘合剂供料组件2， 进料块3，容积式粘合剂分配器4，和控制单元5。单元l优选地安装 在可编程的两维或三维动作控制单元6上，用于向物体8上精确地分 配一点， 一滴，或一条粘合剂7。粘合剂供料组件2在图7中最好地示出，其包括总体上由10表示 的壳体，壳体10容纳有适于可滑动地接收料筒13的中空套筒11,料 筒13容纳有热熔粘合剂15。端盖17安装在壳体10顶部并具有接头 18，接头18用于接收空气供应管19,该空气供应管19用于向位于料 筒13内部中的活塞21提供正气压，以使活塞21在箭头A的方向中 运动，从而使粘合剂15从料筒排入进料块3并通过进料块3。远程压 力气源20连接到管19上，并由连接到控制单元5的导线23控制。根据本发明的特征之一，一个或多个电阻加热元件25围绕料筒套 筒11，以用于将容纳在其中的粘合剂15加热到预定水平。加热元件 25由一根或多根导线26连接到控制单元5。热电偶28与套筒11相联 系，且由导线29连至控制单元5,用于测量粘合剂15的温度，以将 其温度维持在期望水平。壳体10优选地被封闭在隔热板31中，以助 于在由加热元件25加热时，使粘合剂15保持在期望温度。隔热板31 可以是不同种类的隔热材料，其中一种类型是由通用电气公司销售的 商标为ULTEM的隔热材料。根据本发明的另一个特征，粘合剂供料组件2通过进料块3直接
连接到分配器4上。进料块3为L形且包括形成有进料通道33(图7) 的第一区域或上部区域，在进料通道33中安装有接收料筒13出料端 的阀组件34。阀组件34遍及进料通道33的一部分延伸并终止在排出 口 36。粘合剂通道37延伸通过块3的第二区域或下部区域，并与进 料通道33的下端38相通，且与该下端38大致成直角延伸。从而，从 料筒13排出的材料穿过进料块3然后进入分配器4。进料块3(图3-6) 优选地由诸如铝的金属形成，并覆盖有隔热板39,类似于壳体10的 隔热板31，以减小经过该块的被加热的粘合剂的热损失。加热器管40 (图6)安装在通道42中，通道42形成为至少部分 地通过块3的下部区域，并且加热器管40通过导线43连接到控制单 元5。热电偶45安装在通道47中，通道47形成为至少部分地通过块 3的下部区域，热电偶45与加热器管40相邻且与之平^f亍，并通过导 线48连接到控制单元5。对准销49和50(图3和4)从L形块3的 上部和下部区域向外延伸，用于接合在形成于壳体10和分配器4底部 的相应孔(图中未表示)中，以使形成在其中的粘合剂通道对准。一种用在单元1中的容积式分配器4可以是由Ohio, North Canton的Liquid Control Corporation (液体控制公司)销售的型号 为1053，商标为DISPENSIT的分配器。其包括主壳体51 (图2 )，主 壳体51容纳着穿过定位环53延伸的丝杠52。丝杠52连接到计量杆 接头54上，当丝杠52由安装在壳体51顶部上的马达56旋转时，计 量杆接头54沿着一对杆55运动。马达56优选地为电动机且通过一根 或多根导线58连接到控制单元5上。分配杆60连接至接头54并延伸 穿过密封杯61进入计量腔道62中。腔道62形成在套筒64中，套筒 64安装在块66中。根据本发明，加热装置，诸如加热器管67，与块66相连，用于 将计量腔道62，尤其是容纳在其中的粘合剂，维持在预定水平。加热 器管67通过导线68连接至控制单元5。热电偶70安装在块66中并 通过导线71连接至控制单元5。从而，这使得控制块的温度以及相应 地容纳在计量腔道62中的粘合剂的温度能由热电偶70和加热器管67确定并准确地维持。计量腔道62通过形成在计量阀芯72中的入口 77与往复运动的计 量阀芯72相通。阀芯72由一对位于气缸74中的气动活塞73驱动而 在供料和排料位置之间往复运动，气缸74通过空气管75连接到压缩 气源，压缩气源连接到控制单元5。阀芯72传送精确计量剂量的粘合 剂，用于随后通过排料针78排料。分配器4的操作与美国专利 Nos.5，350，084和5,458,275中说明的类似，其内容结合于此作为参考， 从而不再进一步地详细说明。块66封闭在隔热板80中，以助于将计量腔道62和阀芯72中的 粘合剂温度维持在期望水平。加热器管67和热电偶70维持并控制计 量腔道62中粘合剂的温度，并通过从加热的块66传递的热量相应地 维持并控制计量阀芯72和排料针78中粘合剂的温度。进一步根据本发明，单元1安装在二维或三维动作控制系统6上， 该系统通过一根或多根导线82连接至控制单元5。动作控制单元6可 以是制造业中已知的多种机器人型装置中的 一种，从而不再详细说明。 单元6从单元5接收控制信号，并将使单元l在期望平面中运动，以 便以可重复的连续方式，诸如在生产组装线上，沿着物体8精确地分 配粘合剂条7或滴。根据本发明的另一个特征，料筒13布置在加热单元85中，加热 单元85通过导线86连接至控制单元5。加热单元85优选地紧邻控制 单元l，但不位于控制单元l上。单元85将粘合剂加热到期望温度， 并维持在该温度，直到供料组件2中的料筒13接近空了或者接近加热 粘合剂的时间限制。一旦供料组件2中的料筒13已经达到接近空了的 阶段或其时间限制，则拆除快速释放销88 (图1和7 ),这能够使用完 的料筒被提升出阀组件34并在端盖17拆除时从套筒11中提出，其中 快速释放销88安装在形成于块3中的孔90内，并穿过形成在阀组件 34中的腔道91。然后将经过预热的料筒13插入套筒11中，其排料端 被安装在阀组件34中的针92刺穿，并重新装上端盖17。然后通过导 线23向气源20提供合适的信号，从而迫使活塞21向下进入料筒13 内部，以将粘合剂通过进料块3的排料通道37移动出排出口 36，并 进入分配器4，在分配器4中粘合剂通过阀芯入口 77进入阀芯72。粘 合剂流过计量腔道62,以便随后在马达56的致动和分配杆60的运动 下注入计量阀芯72，以通过排料针78精确地排出期望的剂量。通过在加热单元85中预热粘合剂而使料筒13中粘合剂的温度升 高到一定水平，从而当布置在供料组件2中时准备被分配，而不是在 粘合剂被加热到所需温度时需要有时间间歇。新放置的料筒13中的经 过预热的粘合剂，优选地通过套筒11中的加热元件25再加热额外的 5。或10。，然后在其经过进料块3时由加热器管40进一步多加热几度。 粘合剂的温度要么被维持，要么优选地由分配器4中的加热器管67 再多加热几度，使得其在通过针阀78分配时达到最有效的温度。从而， 当粘合剂从供料组件2经进料块3而通过单元1以用于随后从分配器 4排出时，该系列加热器将保持且优选地升高粘合剂的温度，使得在 通过阀78排出时达到优选的温度。该温度通过^f吏用热电偶28， 45， 和70被精确地维持，这些热电偶连接至控制单元5。从而，如果测得 的温度过低或过高，则发送适当的信号至各加热元件或加热管25， 40, 和67，以便向或者在料筒13中或者在进料块3和分配器4中的合适 通道中的粘合剂施加或多或少的热量。而且，通过将供料组件2通过加热的进料块3直接安装到分配器 4上，供料组件2与分配器4的接近有助于将该温度控制的精确程度 维持成高于现有技术中粘合剂供应源远离分配器4的情况所能达到的 精确程度。例如，在优选实施例中，进料块3将具有大约3.5英寸的 长度L (图4)和大约2.6英寸的高度H。从而，这能使粘合剂供料组 件能直接安装到分配器4上，以使温度在通过针阀78分配以前从容纳 在料筒13中的粘合剂供应就能维持。一种用于很多应用场合的粘合剂是湿固化聚氨酯， 一旦其被加热 到特定水平，其具有大约16小时的寿命，在这之后起开始硬化并失去 所需的粘性。从而，料筒13将放置在预热器85中，并被设定为大约 在容纳在供料组件2中的料筒13用完的同时，料筒13被加热达到期
望温度水平。这样， 一旦料筒在供料组件2中用完，其被取出并立即 被经过预热的料筒代替，该经预热的料筒的温度已经按照设定达到期 望水平，从而为粘合剂提供最大寿命。然后随着粘合剂经过单元1， 其逐渐被加热到更高的水平。控制单元将被编程，使得如果接近供料机构2料筒中的粘合剂寿 命，则发出警报，以确保料筒被取出并被另一个经过预热的料筒代替， 以防止对设备产生损坏和/或不令人满意的粘合剂从分配器4中分配。 控制单元5还控制位于供料组件4中的活塞21的致动，以及控制在分 配器4中移动活塞73的空气。该控制单元还可以编程为与动作控制单 元6以及分配器4的马达56相联通。从而，根据本发明，提供了非常紧凑的精确控制的粘合剂供应系 统和分配器，其能够易于安装在动作控制单元上，用于通过容积式分 配器分配非常精细和精确控制的珠或滴，其中粘合剂的分配由中央控 制单元精确控制，当粘合剂从料筒分配并通过进料块且进入分配器以随后从那里分配时，该中央控制系统测量并维持粘合剂的温度。应该理解，粘合剂由向料筒或者邻近的金属块或套筒施加热量而 不与粘合剂实际接触的加热器加热。同样，热电偶能够测量邻近金属块，套筒，料筒等的温度，以提供粘合剂的温度，而不直接接触粘合 剂。如果想要的话，粘合剂供料组件3能直接安装在分配器4上，没 有图示和上面说明的特定进料块3，这不会影响本发明的概念。但是， 块3为料筒13的出口端产生支撑以及供料组件2和分配器4之间的过 渡提供一种方便的方式。应该理解，控制单元6是易于获得和可编程的自动控制系统中使 用类型的计算机，且可以由本领域技术人员调节以用于实现期望温度、 粘合剂加热时间、分配速度和时间等。在上述说明中，为了简短，清晰和便于理解，已经使用了特定术 语。这些术语不意味着超出现有技术需要的不必要限制，因为这些术 语用于说明的目的并意在广泛的解释。
而且，本发明的说明和图示是示例，且本发明不限于图示或说明 的严格细节。
权利要求
1、 用于分配热熔粘合剂的设备，包括用于分配精确剂量的热熔粘合剂到物体上的容积式分配器；适于容纳粘合剂料筒的供料组件，粘合剂将由所述分配器分配， 所述供料组件包括用于加热粘合剂的加热器；用于将所述供料组件安装到所述分配器上的进料块，所述进料块 包括用于将粘合剂从所述供料组件输送到所述分配器中的流体通道和 用于当粘合剂被输送通过所述流体通道时加热粘合剂的加热器；和可操作地连接到所述分配器、供料组件和进料块的控制单元，用 于使粘合剂在供料组件和进料块中维持在预定温度，和用于使粘合剂 从供料组件通过进料块以便随后从分配器进行分配。
2、 根据权利要求1所述的设备，其中供料组件具有用于接纳粘合 剂料筒的内腔；且其中所述加热器是与该腔相联的电阻加热元件。
3、 根据权利要求1所述的设备，其中供料组件包括流体压力驱动 活塞，用于从料筒排出粘合剂并进入进料块。
4、 根据权利要求1所述的设备，其中供料组件包括至少一个热电 偶，用于测量供料组件中的粘合剂温度。
5、 根据权利要求1所述的设备，其中供料组件包括具有内腔的壳 体，该内腔用于接纳包含粘合剂的料筒；且其中所述壳体包括隔热材 料，以助于将粘合剂维持在期望温度。
6、 根据权利要求1所述的设备，其中进料块包括释放销，该释放 销适于当粘合剂料筒放置在壳体中时可操作地接合粘合剂料筒，用于 可拆除地将料筒固定在所述壳体中。
7、 根据权利要求6所述的设备，其中所述释放销延伸通过形成在 进料块組件中的孔，并延伸入形成在阀組件中的腔道，该腔道在其中 接纳料筒的颈部。
8、 根椐权利要求7所述的设备，其中进料块包括大致为L形的 金属块，该金属块具有形成有进料通道的第一区域，该进料通道包含 用于接纳粘合剂料筒颈部的阀组件；和形成有用于从料筒向分配器输 送粘合剂的通道的第二区域。
9、 根据权利要求8所述的设备，其中进料块至少部分地封闭在隔 热材料中。
10、 根据权利要求1所述的设备，其中进料块包括至少一个可操 作地连接在进料块和控制单元之间的热电偶，用于测量输送通过所述 进料块的粘合剂的温度。
11、 根据权利要求1所述的设备，其中分配器、进料块和粘合剂 供料组件刚性地连接在一起，以形成单独的单元；且其中所述单元安 装在用于控制所述单元在选定轴线上运动的动作系统上，用于以受控 制的方式将粘合剂从分配器分配到物体上。
12、 根据权利要求1所述的设备，其中该分配器包括可滑动地安 装的阀芯和一对用于使阀芯在填充位置和分配位置之间运动的压力装 置。
13、 根据权利要求1所述的设备，其中加热器和热电偶安装在所 述分配器中并可操作地连接至所述控制单元。
14、 根据权利要求1所述的设备与用于在将料筒放置在所述供料 組件中以前加热所述料筒中粘合剂的预热器结合。
15、 根据权利要求1所述的设备与安装在所述供料组件中的容納 热熔湿固化聚氨酯粘合剂的料筒结合。
16、 一种从容纳热熔粘合剂的料筒分配所述粘合剂的方法，所述 方法包括下列步骤将容纳该粘合剂的料筒预热到第一温度； 将经过预热的料筒放入供料组件； 在供料组件中将粘合剂加热到第二温度； 使粘合剂从料筒移动通过进料块并进入容积式分配器中； 将正通过进料块的粘合剂加热到第三水平；和 使经过加热的粘合剂从分配器分配到物体上。
17、 根据权利要求16所述的方法，包括下列步骤 测量供料组件和进料块中粘合剂的温度；和 向控制单元提供所测量的温度。
18、 根据权利要求16所述的方法，包括下列步骤 加热分配器中的粘合剂； 测量分配器中粘合剂的温度；和向控制单元提供所测量的温度。
19、 根据权利要求18所述的方法，包括随着粘合剂通过供料组件、 进料块和分配器逐渐提高粘合剂温度的步骤。
20、 一种从容纳热熔粘合剂的料筒分配所述粘合剂的方法，所述 方法包括下列步骤提供容积式粘合剂分配装置；提供粘合剂供料组件；将供料组件安装到分配装置上；将容纳粘合剂的料筒置于供料组件中；从料筒排出粘合剂并排入分配器，用于随后从分配器分配；向供料组件和分配器中的粘合剂施加热量；和向控制单元提供供料组件和分配器中粘合剂温度的信号。
21、 根据权利要求20所述的方法，包括下列步骤 通过进料块将供料组件连接至分配器； 使粘合剂通过进料块；当粘合剂通过所述进料块时加热粘合剂；和 向控制单元提供进料块中粘合剂温度的信号。
22、 根据权利要求20所述的方法，包括在将料筒放入供料组件以 前将料筒加热到特定温度的步骤。
23、 用于分配热熔粘合剂的设备，包括用于分配精确剂量的热熔粘合剂到物体上的容积式分配器，所述 分配器包括加热器，用于加热其中的粘合剂；适于容纳粘合剂料筒的供料组件，所述粘合剂将由分配器分配， 所述供料组件包括用于加热所述料筒中粘合剂的加热器；用于将供料组件安装到分配器上的附件；和可操作地连接到分配器和供料组件的控制单元，用于使粘合剂在 供料组件和分配器中维持在预定温度，和用于使粘合剂从供料组件进 入分配器以在随后从分配器进行分配。
24、根据权利要求i所述的设备，其中该附件是金属块，该金属 块具有形成在其中的流体通道，用于使粘合剂从供料组件输送入分配器；和当粘合剂输送通过所述通道时用于加热粘合剂的加热器。
全文摘要
一种用于分配受控精确剂量热熔粘合剂的设备和方法。容积式分配器安装在可编程动作系统上，并通过进料块连接至热熔料筒供料组件。分配器、供料组件和进料块包含电加热器和热电偶，用于使粘合剂维持在所期望升高的温度。计算机控制系统调节分配器、供料组件和进料块中的温度，并控制分配器中的分配马达。预热器在粘合剂料筒放入供料组件前加热粘合剂料筒。
文档编号F27B14/00GK101124150SQ200580024154
公开日2008年2月13日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年6月10日
发明者G·E·布拉姆, H·W·冈萨雷斯, K·M·莱纳斯 申请人:固瑞克明尼苏达有限公司