CN111282775A - 一种压电喷射阀的流量控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压电喷射阀的流量控制装置及其控制方法，其中压电喷射阀的流量控制装置包括：压电陶瓷，压电陶瓷通电后沿轴向形变带动与其一端连接的杠杆绕支点运动；杠杆的一端与支点连接，另一端与撞针连接；撞针上套设有第一弹性元件，第一弹性元件一端与杠杆相抵，另一端与壳体相抵；在第一弹性元件的外侧还套设有第二弹性元件，第二弹性元件的一端与杠杆相抵，另一端与流道组件相连接；杠杆上还连接有位移检测杆，位移检测杆的一端与位移传感器滑动连接。通过使用本发明所述的一种压电喷射阀的流量控制方法可以有效实现压电陶瓷的闭环控制，精确控制撞针每次输出的行程使其保持一致进而能够有效的控制出胶量。

Description

一种压电喷射阀的流量控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及压电喷射阀技术领域，尤其是涉及一种压电喷射阀的流量控制装置及其控制方法。

背景技术

随着电子行业的迅速发展，对电子封装的质量要求越来越高，针对高要求的电子封装技术，非接触式喷射阀以其高效率，高精度等优点在电子封装领域应用越来越广泛。高响应速度和高精准度的压电叠堆作为非接触式压电喷射阀的核心驱动部件，在非接触喷射阀中的应用也非常广泛。由于电子封装的要求越来越高，其对胶水重量的控制也越来越严格，但是因为目前市场上的压电喷射阀中的压电陶瓷堆叠随压电温度变化而导致在同样的电压下输出的位移存在微小的差异，而该差异在经过杠杆放大作用之后对撞针的实际位移的影响相对较大，位移的波动会影响撞针的撞击力，造成的后果就是每次撞击出来的胶水的胶量就会产生波动。为了尽可能的减少此种差异的影响，本发明提出了一种带有位移检测装置的闭环式压电喷射阀的流量控制装置及方法，该方法通过直接测量压电陶瓷所驱动杠杆的输出位移，然后根据实际测量的位移结果，实时调节施加在压电陶瓷上的电压，使压电陶瓷驱动的杠杆输出的位移始终保持一致或者可以接受范围之内。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中压电喷射阀中的压电陶瓷堆叠随压电温度变化而导致在同样的电压下输出的位移存在微小的差异进而影响撞针的撞击力，撞针撞击力的变化使出胶量产生波动的问题，提供一种压电喷射阀的流量控制装置及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压电喷射阀的流量控制方法，包括如下步骤：

在压电喷射阀上电正式工作前，检测符合工艺要求的出胶量所需要的撞针行程对应的位移检测杆的相对位移量D0；

压电喷射阀上电开始工作；

检测位移检测杆在上电后前进过程中的相对位移量D1；

检测位移检测杆在断电后复位过程中的相对位移量D2；

将相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A与相对位移量D0进行比较，若0.99*D0≤A≤1.01*D0，则保持输入电压值不变，压电喷射阀上电工作；若A＜0.99*D0或A＞1.01*D0，则调整输入电压值，压电喷射阀按照调整后的电压值上电工作。

进一步的，所述输入电压值的调整公式为：

Va=Vc+（D0-A）*k

其中，Va为调整后的输入电压值，Vc为当次输入电压值，k为经验系数，经验系数k的计算公式为：

k=（Vp*Sp）/（Ss*Dp）

其中，Vp为压电陶瓷的额定电压值，Sp为压电陶瓷几何中心点至支点的距离，Ss为位移检测杆几何中心点至支点的距离，Dp为压电陶瓷在额定电压下的额定行程，Vp、Dp为定值且均与压电陶瓷的特性相关，根据压电陶瓷的具体型号确定。

一种使用所述压电喷射阀的流量控制方法的压电喷射阀的流量控制装置，包括压电陶瓷，压电陶瓷通电后沿轴向形变带动与其一端连接的杠杆绕支点运动；

杠杆的一端与支点连接，另一端与撞针连接；

撞针上套设有第一弹性元件，第一弹性元件一端与杠杆相抵，另一端与流道组件相抵；

在第一弹性元件的外侧还套设有第二弹性元件，第二弹性元件的一端与杠杆相抵，另一端与壳体相抵；

杠杆上还连接有位移检测杆，位移检测杆的一端与位移传感器滑动连接；

进一步的，所述第一弹性元件与第二弹性元件为弹簧；

进一步的，所述位移检测杆设置在杠杆上靠近撞针的连接端；

进一步的，所述位移传感器为直线位移传感器。

本发明的有益效果是：通过使用本发明所述的一种压电喷射阀的流量控制方法可以有效实现压电陶瓷的闭环控制，实时检测压电陶瓷的位移值从而适时调节所需要施加在压电陶瓷上电压，撞针的输出行程可以得到稳定的控制，精确控制撞针每次输出的行程使其保持一致进而能够有效的控制出胶量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种压电喷射阀的流量控制方法的流程图；

图2是本发明一种压电喷射阀的流量控制装置的主机侧视图；

图3是本发明一种压电喷射阀的流量控制装置的A-A向剖视示意图；

图4是本发明一种压电喷射阀的流量控制装置的***示意图。

图中：1、压电陶瓷，2、杠杆，3、支点，4、撞针，5、第一弹性元件，6、第二弹性元件，7、壳体，8、位移检测杆，9、位移传感器，10、流道组件。

具体实施方式

现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示一种压电喷射阀的流量控制方法，包括如下步骤：

S1：在压电喷射阀上电正式工作前，检测符合工艺要求的出胶量所需要的撞针4行程对应的位移检测杆8的相对位移量D0；

根据生产工艺的要求通过调节施加在压电陶瓷1上的电压设定符合工艺的出胶量所需要的撞针4行程，检测此时位移检测杆8的相对位移量D0；撞针4的行程和位移检测杆8的位移量成正比例关系，位移检测杆8的相对位移量D0为压电喷射阀上电结束时位移检测杆8的位移值与上电开始时位移检测杆8的位移值的差值，其中位移检测杆8的位移值为位移检测杆8几何中心至支点3的距离，撞针4行程为撞针4的几何中心至支点3的距离。

S2：压电喷射阀上电开始工作；

S3：检测位移检测杆8在上电后前进过程中的相对位移量D1；

压电喷射阀上电开始工作后，压电陶瓷1通电，此时压电陶瓷1在逆压电效应的作用下沿轴向伸长带动杠杆2克服第一弹性元件5和第二弹性元件6的弹力绕支点3向下运动，杠杆2同时带动位移检测杆8及撞针4向下运动，撞针4在杠杆2的带动下产生一定的位移量并与喷嘴发生撞击，喷射出定量的胶水，位移传感器9在上电开始时开始计算位移检测杆8的位移值，当上电结束时结束计算位移检测杆8的位移值，位移检测杆8的相对位移量D1为上电结束时位移检测杆8的位移值与上电开始时位移检测杆8的位移值的差值。

S4：检测位移检测杆8在断电后复位过程中的相对位移量D2；

喷胶过程结束后，在压电喷射阀上所施加的电压解除，撞针4因第一弹性元件5的弹性由下向上运动，杠杆2因第二弹性元件6的弹性由下向上运动从而推动与杠杆2连接的压电陶瓷1向上运动，位移检测杆8也在杠杆2的带动下向上运动，位移传感器9在电压解除时开始计算位移检测杆8的位移值，当电压完全解除后结束计算位移检测杆8的位移值，位移检测杆8的相对位移量D2为电压解除时位移检测杆8的位移值与电压完全解除后位移检测杆8的位移值的差值。

S5：将相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A与相对位移量D0进行比较，若0.99*D0≤A≤1.01*D0，则保持输入电压值不变，压电喷射阀上电工作；若A＜0.99*D0或A＞1.01*D0，则调整输入电压值，压电喷射阀按照调整后的电压值上电工作。

若相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A≥0.99*D0且A≤1.01*D0，那么出胶量能够满足工艺要求，此时不对输入电压值进行调整；若相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A＜0.99*D0或A＞1.01*D0，那么为保证出胶量符合工艺要求，需要调节施加在压电陶瓷1上的电压值，即调整输入电压值，压电喷射阀需按照调整后的电压值上电工作。

输入电压值的调整公式为：

Va=Vc+（D0-A）*k

其中，Va为调整后的输入电压值，Vc为当次输入电压值，k为经验系数，经验系数k的计算公式为：

k=（Vp*Sp）/（Ss*Dp）

其中，Vp为压电陶瓷1的额定电压值，Sp为压电陶瓷1几何中心点至支点3的距离，Ss为位移检测杆8几何中心点至支点3的距离，Dp为压电陶瓷1在额定电压下的额定行程，Vp、Dp为定值且均与压电陶瓷1的特性相关，根据压电陶瓷1的具体型号确定。

具体实施方式：压电陶瓷1额定电压Vp为130V，压电陶瓷1额定电压下额定行程Dp为50μm，压电陶瓷1的几何中心至支点3的距离Sp为2mm；位移检测杆8的几何中心至支点3的距离Ss为18mm；将其代入经验系数k的计算公式，即：

k=（Vp*Sp）/（Ss*Dp）=（130V×2mm）/（18mm×50μm）≈0.2889V/μm

当生产工艺要求单点出胶量为0.05mg时，当次施加在压电陶瓷1上的电压值Vc为70V，检测符合工艺要求的出胶量所需要的撞针4行程对应的位移检测杆8的相对位移量D0为240μm；

压电喷射阀上电开始工作，位移传感器9在上电开始时开始计算位移检测杆8的位移值，当上电结束时结束计算位移检测杆8的位移值，得到上电结束时位移检测杆8的位移值与上电开始时位移检测杆8的位移值的差值，即位移检测杆8的相对位移量D1为251μm；

位移传感器9在电压解除时开始计算位移检测杆8的位移值，当电压完全解除后结束计算位移检测杆8的位移值，得到电压解除时位移检测杆8的位移值与电压完全解除后位移检测杆8的位移值的差值，即位移检测杆8的相对位移量D2为250μm；

将相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A=（D1+D2）/2=250.5μm，将平均值A与相对位移量D0进行比较，因为A＞D0*1.01=240μm×1.01=242.4μm，所以需要调节施加在压电陶瓷1上的电压值，根据输入电压值的调整公式：

Va=Vc+（D0-A）*k=70V+(240μm-250.5μm）×0.2889V/μm=66.96655V

综上，调整后的电压值66.96655V，压电喷射阀再次工作时应以66.96655V上电工作。

如图2~4所示为使用所述压电喷射阀的流量控制方法的压电喷射阀的流量控制装置，具体包括压电陶瓷1，压电陶瓷1通电后沿轴向形变带动与其一端连接的杠杆2绕支点3运动；杠杆2的一端与支点3连接，另一端与撞针4连接；撞针4上套设有第一弹性元件5，第一弹性元件5一端与杠杆2相抵，另一端与流道组件10相抵；在第一弹性元件5的外侧还套设有第二弹性元件6，第二弹性元件6的一端与杠杆2相抵，另一端与压电喷射阀的壳体7相抵；本实施例中，第一弹性元件5与第二弹性元件6均为弹簧；杠杆2上还连接有位移检测杆8，位移检测杆8设置在杠杆2上靠近撞针4的连接端，位移检测杆8的一端与直线位移传感器9滑动连接。

所述压电喷射阀的流量控制装置具体工作过程是，压电喷射阀上电开始工作后，压电陶瓷1通电，此时压电陶瓷1在逆压电效应的作用下沿轴向伸长带动杠杆2克服第一弹性元件5和第二弹性元件6的弹力绕支点3向下运动，杠杆2同时带动位移检测杆8及撞针4向下运动，撞针4在杠杆2的带动下产生一定的位移量并与喷嘴发生撞击，喷射出定量的胶水，位移传感器9在上电开始时开始计算位移检测杆8的位移值，当上电结束时结束计算位移检测杆8的位移值；喷胶过程结束后，在压电喷射阀上所施加的电压解除，撞针4因第一弹性元件5的弹性由下向上运动，杠杆2因第二弹性元件6的弹性由下向上运动从而推动与杠杆2连接的压电陶瓷1向上运动，位移检测杆8也在杠杆2的带动下向上运动，位移传感器9在电压解除时开始计算位移检测杆8的位移值，当电压完全解除后结束计算位移检测杆8的位移值。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种压电喷射阀的流量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在压电喷射阀上电正式工作前，检测符合工艺要求的出胶量所需要的撞针行程对应的位移检测杆（8）的相对位移量D0；

压电喷射阀上电开始工作；

检测位移检测杆（8）在上电后前进过程中的相对位移量D1；

检测位移检测杆（8）在断电后复位过程中的相对位移量D2；

将相对位移量D1、相对位移量D2的平均值A与相对位移量D0进行比较，若0.99*D0≤A≤1.01*D0，则保持输入电压值不变，压电喷射阀上电工作；若A＜0.99*D0或A＞1.01*D0，则调整输入电压值，压电喷射阀按照调整后的电压值上电工作。

2.如权利要求1所述的一种压电喷射阀的流量控制方法，其特征在于：所述输入电压值的调整公式为：

Va=Vc+（D0-A）*k

其中，Va为调整后的输入电压值，Vc为当次输入电压值，k为经验系数，经验系数k的计算公式为：

k=（Vp*Sp）/（Ss*Dp）

其中，Vp为压电陶瓷（1）的额定电压值，Sp为压电陶瓷（1）几何中心点至支点（3）的距离，Ss为位移检测杆（8）几何中心点至支点（3）的距离，Dp为压电陶瓷（1）在额定电压下的额定行程，Vp、Dp为定值且均与压电陶瓷（1）的特性相关，根据压电陶瓷（1）的具体型号确定。

3.采用如权利要求1或2所述的一种压电喷射阀的流量控制方法的压电喷射阀的流量控制装置，其特征在于：

包括压电陶瓷（1），压电陶瓷（1）通电后沿轴向形变带动与其一端连接的杠杆（2）绕支点（3）运动；

杠杆（2）的一端与支点（3）连接，另一端与撞针（4）连接；

撞针（4）上套设有第一弹性元件（5），第一弹性元件（5）一端与杠杆（2）相抵，另一端与流道组件（10）相抵；

在第一弹性元件（5）的外侧还套设有第二弹性元件（6），第二弹性元件（6）的一端与杠杆（2）相抵，另一端与壳体（7）相抵；

杠杆（2）上还连接有位移检测杆（8），位移检测杆（8）的一端与位移传感器（9）滑动连接。

4.如权利要求3所述的一种压电喷射阀的流量控制装置，其特征在于：所述第一弹性元件（5）与第二弹性元件（6）为弹簧。

5.如权利要求3所述的一种压电喷射阀的流量控制装置，其特征在于：所述位移检测杆（8）设置在杠杆（2）上靠近撞针（4）的连接端。

6.如权利要求3所述的一种压电喷射阀的流量控制装置，其特征在于：所述位移传感器（9）为直线位移传感器。

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