ES2559805T3 - Sistema dispensador de fluido - Google Patents

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ES2559805T3 ES10763893.4T ES10763893T ES2559805T3 ES 2559805 T3 ES2559805 T3 ES 2559805T3 ES 10763893 T ES10763893 T ES 10763893T ES 2559805 T3 ES2559805 T3 ES 2559805T3
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Abstract

Un dispensador de fluido que comprende: un depósito que contiene el fluido; un pistón dispuesto para accionar el fluido; una abertura desde la cual se dispensa el fluido accionado; un motor con un acoplamiento al pistón, en donde el motor acciona el pistón hacia adelante y hacia atrás; en donde la distancia que el pistón se acciona hacia adelante determina la cantidad de fluido dispensado y por lo tanto la cantidad de fluido restante en el depósito, y la distancia que el pistón se acciona hacia atrás determina una distancia de retroceso, en donde la distancia de retroceso se selecciona para inhibir que el fluido se escape mientras se mantiene el fluido en una ubicación repetible en o cerca de la abertura; caracterizado porque comprende además un procesador de ordenador, y una memoria que contiene una serie de tablas que relacionan la distancia de retroceso con el volumen a dispensar y la cantidad de fluido restante a dispensar, en donde para cada fluido a dispensar hay tablas separadas; en donde cuando se ejecuta un programa informático por el procesador, el procesador accede a la tabla para el fluido que se dispensa, y el procesador recupera la distancia de retroceso correspondiente basado en el volumen a dispensar dado y la cantidad de fluido restante a dispensar; y en donde el procesador del ordenador luego acciona el motor hacia adelante para dispensar el volumen de fluido dado y luego acciona el motor hacia atrás la distancia de retroceso recuperada.

Description

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DESCRIPCION
Sistema dispensador de fluido Antecedentes de la invencion Campo de la invencion
La presente invencion se relaciona con sistemas para el dispensado de fluido y metodos asociados con su uso. Mas en particular, la presente invencion se relaciona con aquellas aplicaciones de una amplia variedad de fluidos con viscosidades diferentes donde es importante la precision y exactitud de la cantidad de fluido a dispensar.
Informacion de antecedentes
Dispensar cantidades consistentes, controlables, y exactas de fluidos de viscosidades variables sigue siendo un problema desde hace mucho tiempo para los fabricantes y otros donde el dispensado de una cantidad eficiente, exacta y precisa de lfquido sustenta un producto de alta calidad.
En la presente descripcion "exacto" se refiere a cuan exacto se dispensa una cantidad, y "preciso" se refiere a cuan repetible es la cantidad dispensada.
En la presente descripcion el termino "punto" o "gota" se refiere a la cantidad de fluido dispensado, y "fluido" se refiere a los lfquidos o suspensiones que reaccionan como lo hacen los lfquidos.
En un entorno de fabricacion de productos es importante controlar con exactitud la cantidad de fluido que se dispensa. Si, por ejemplo, se dispensa demasiado poco adhesivo el conjunto puede no tener la integridad estructural de un producto de calidad; un punto o gota demasiado grande y en exceso puede gotear y hacer contacto no deseado con otras areas y/o presentar un producto terminado antiestetico. Adicionalmente, los fluidos de baja viscosidad pueden gotear despues que se dispensa el punto o gota. Para controlar dicho goteo, el controlador puede incorporar una funcion de retroceso. En el ejemplo de un controlador que mueve un embolo de una jeringa hacia adelante una distancia establecida para dispensar un punto o gota, luego el controlador invierte o "da marcha atras" el movimiento del piston creando un vacfo parcial para impedir que el fluido se escape.
Los dispensadores de fluido conocidos pueden incluir una jeringa con presion de aire (neumatica) que acciona el piston de la jeringa. Estos sistemas a menudo dejan escapar y pierden el aire y la presion de vacfo (negativo) lo que resulta en puntos y gotas imprecisas e inexactas.
En los dispensadores neumaticos el retroceso se lleva a cabo mediante la creacion de un vacfo detras del piston. La presion de aire positiva detras del piston acciona el piston hacia adelante dispensando el fluido, entonces un vacfo o presion de aire negativa, sustituye a la presion de aire positiva, deteniendo y revirtiendo asf el movimiento del piston para tirar del fluido hacia atras desde la abertura de la aguja, impidiendo fugas. En tales sistemas se utilizan multiples valvulas y solenoides.
En los sistemas mecanicos, el retroceso ocurre mediante la inversion del motor una distancia predeterminada. El documento EP 1 151 804 A1 describe un sistema mecanico de este tipo, es decir un dispensador de fluido de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Sin embargo, una distancia de retroceso predeterminada no tiene en cuenta la reduccion del fluido y el aumento del espacio de aire detras del piston en la jeringa, cuando se dispensa el fluido. Se ha encontrado que se entregan cantidades de fluido inexactas, imprecisas cuando el fluido de la jeringa se agota ya que la distancia predeterminada resulta en un cambio diferente de presion cuando cambia el espacio de aire detras del piston.
Resumen de la invencion
La presente invencion describe un sistema dispensador de fluido y un metodo para dispensar, puntos y gotas exactas y precisas de fluidos que tienen viscosidades variables desde una abertura en un deposito a medida que este se agota. Por ejemplo, usando modalidades de la presente invencion pueden dispensarse con exactitud y precision, agua, resinas epoxicas, siliconas, adhesivos, pasta de soldar, cartuchos precargados, etc.
De forma ilustrativa, el dispensador puede ser una jeringa convencional que tiene un piston en un barril y una aguja con una abertura distal. La jeringa puede disponerse en una estacion de dispensado fija o en un dispositivo de mano. El dispensador se controla por un controlador basado en un microprocesador que puede programarse para dispensar volumenes de fluidos exactos, precisos basado en las caractensticas del fluido (viscosidad, tension superficial, etc.), tamano de la jeringa, incluyendo la longitud y el diametro interno del cilindro, volumen dispensado, tasa de dispensado, etc.
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El termino "controlador" se refiere a una unidad de ordenador con procesador o microprocesador programable alojado dentro del recinto que, cuando se programa en consecuencia, determina la duracion del ciclo de dispensado y por tanto el tamano del punto o gota. El controlador puede usarse para determinar la ruta y la configuracion del patron de puntos o gotas.
Como se describio anteriormente, el controlador puede programarse para accionar el piston hacia adelante para dispensar un punto o gota, con lo cual el controlador acciona el piston hacia atras una distancia para impedir fugas a traves de la aguja. En condiciones optimas, despues del retroceso, el fluido se retira a la abertura de la aguja de la jeringa formando un menisco. Dado que la viscosidad y la tension superficial difieren para los diferentes fluidos, la distancia de retroceso en igualdad de otras condiciones sera correspondientemente diferente. Sin embargo, se ha encontrado que el fluido residual en la jeringa tambien contribuye a la distancia de retroceso optima.
Por ejemplo, una jeringa llena puede contener 10 cc, y el piston se acciona por un motor de pasos donde 100 pasos entregan un tamano de punto de 0.05 cc. Si el 0.05 cc se dispensara desde la jeringa, el movimiento neto por el motor para cada uno de los puntos sena de 100 pasos. La operacion ffsica para el dispensado desde una jeringa llena con retroceso puede ser accionar el motor hacia adelante 125 pasos y luego en modo inverso (retroceso) 25 pasos. El neto sena de 100 pasos y podna dispensarse un punto preciso de 0.05 cc si el fluido estuviera exactamente en la apertura de la aguja.
En modalidades preferidas de la presente invencion el controlador puede accionar un motor de pasos o un servomotor (con codificadores de eje apropiados u otros dispositivos de deteccion de posicion), pero pueden utilizarse otros motores. Los motores pueden accionar un tornillo regulador u otros dispositivos tales que transforman la rotacion de un motor en un movimiento lineal. Ademas, los medios para accionar el piston hacia adelante y hacia atras pueden ser cualquier dispositivo en que la exactitud y precision del movimiento pueden controlarse como se describe en el presente documento. Independientemente del dispositivo de accionamiento, el programa informatico, cuando se ejecuta, acciona el piston hacia adelante y hacia atras para que coincida con el perfil de accionamiento hacia adelante/de retroceso descrito en el presente documento.
Adicionalmente, se ha encontrado que a medida que el contenido de la jeringa se agota, se reduce tipicamente la distancia de retroceso para lograr un punto exacto y preciso. Por ejemplo, en el ejemplo anterior, cuando permanece solamente 1 cc en la jeringa, el dispensado del punto de 0.05 cc puede requerir que el motor accione el piston 110 pasos hacia adelante y 10 pasos hacia atras. De forma ilustrativa, los perfiles de distancias de retroceso (en pasos del motor) para los diferentes fluidos y tamanos de punto pueden determinarse de forma heunstica, y los perfiles de accionamiento hacia adelante/de retroceso pueden cambiarse en un paso o de manera continua, como el resto de los cambios en las jeringas. De forma ilustrativa la distancia de retroceso con respecto al tipo de fluido que se dispensa, el tamano del punto y la cantidad de fluido en la jeringa pueden almacenarse en un sistema informatico que controla el mecanismo de dispensado. Es decir, el retroceso puede ser una cantidad determinada para dispensar el primer 25 % del volumen de las jeringas, y luego una cantidad diferente cuando se dispensa el siguiente 25 %, y una tercera cantidad cuando se dispensa el siguiente 25 %, y aun una cuarta cantidad cuando se dispensa el ultimo de los contenidos de la jeringa . Sin embargo, en otras aplicaciones la distancia de retroceso puede cambiarse de forma continua para cada cantidad dispensada con exito.
Se apreciara por los expertos en la tecnica que aunque la siguiente Descripcion Detallada procedera haciendo referencia a modalidades ilustrativas, los dibujos, y metodos de uso, no se pretende que la presente invencion se limite a estas modalidades y metodos de uso. Al contrario, la presente invencion se define como solamente se expone en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de las figuras
La descripcion de la invencion a continuacion se refiere a los dibujos adjuntos, de los cuales:
La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un dispensador de posicion fija;
Las FIGS. 2A y 2C son diagramas de las posiciones del piston durante el dispensado; y La FIG. 3 es un diagrama de flujo de la operacion de dispensado.
Descripcion detallada de una modalidad ilustrativa
La FIG. 1 ilustra un sistema dispensador con un controlador 2 y una unidad dispensadora 4 que acciona una jeringa 6 que lleva un lfquido 8 para el dispensado. La unidad dispensadora 4 puede incluir un dispositivo de mano o un dispositivo fijo, como parte de una estacion de trabajo (no mostrada). La unidad dispensadora puede incluir un motor, por ejemplo, un motor de pasos con la electronica acompanante en donde el motor de pasos puede operar la jeringa en ambas direcciones 7. El motor de pasos tipicamente se controlara por una I/O (entrada /salida) de la interfaz 10 en el controlador 2.
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De forma ilustrativa se discute en el presente documento un sistema de motor de pasos, pero un sistema del tipo servo analogico con una fase unida o integral u otro tipo de codificador de distancia recorrida puede utilizarse con la electronica adecuada en otras aplicaciones.
El controlador 2 puede incluir una interfaz humana, tales como una pantalla tactil 12 u otros medios conocidos, conectados o inalambricos, para la introduccion de comandos y la visualizacion de estado, informacion, etc. Por ejemplo puede usarse un teclado o teclado numerico. Otros indicadores 14, por ejemplo, LED, pueden alojarse en el controlador 2, junto con un microprocesador o DSP (Procesador Digital de Senal) 16 o sus equivalentes, por ejemplo, arreglos de puertas, etc. La memoria 18 puede incluir buferes, cache y memoria principal que contienen codigo ejecutable. En algunas aplicaciones puede utilizarse memoria flash 20. La memoria flash 20 puede contener el software del sistema operativo que se carga y se ejecuta desde la memoria principal. En tal caso la memoria flash 20 puede retirarse cuando, como una tecnica de proteccion de software, ningun software de sistema permanezca en el controlador 2.
Adicionalmente, la electronica 22 puede emplearse para comunicarse con una red 24. La red puede ser local o de gran amplitud (Internet) de manera que el anfitrion 26 puede informarse o monitorear activamente el estado y la operatividad de la unidad dispensadora, y puede descargarse una nueva actualizacion de software e informacion a traves de la red.
La FIG. 2A ilustra un ejemplo del movimiento del piston 32 mientras se dispensa una cantidad neta del tamano de una gota del fluido 8 en la jeringa 6 en una abertura 30 en el extremo de la aguja 31. Por ejemplo, la cantidad neta del tamano de una gota puede ser 0.05 cc y pueden necesitarse 100 pasos del motor de pasos para dispensar los 0.05 cc. Cuando el piston 32 esta en la ubicacion A, la jeringa esta llena. El sistema accionara el piston 125 pasos hasta la ubicacion B y luego 25 pasos en direccion inversa hasta la ubicacion C. El resultado neto es que el piston se mueve 100 pasos hacia adelante dispensando 0.05cc. Dispensar los proximos 0.05cc acciona el motor 125 pasos desde la ubicacion C hasta la ubicacion D y luego retrocede 25 pasos hasta la ubicacion E. Otra vez el resultado neto es de 100 pasos hacia adelante y 0.05 cc dispensados. Cuando el contenido de la jeringa se agote, el piston estara en la ubicacion G. Aqrn, cuando se dispensan 0.05 cc, el piston se mueve 115 pasos hasta la ubicacion H y luego un retroceso de 15 pasos hasta la ubicacion I. Aun asf, el piston se mueve una cantidad neta de 100 pasos hacia adelante. Cuando el piston 32 esta en la posicion M el retroceso puede ser de solo 5 pasos hasta la ubicacion O - otra vez se dispensan 0.05 cc.
El controlador inicialmente conoce el numero de pasos netos del motor que vadan la jeringa. Por lo tanto la cantidad de fluido restante en la jeringa se conoce por el controlador mientras se dispensa fluido.
La FIG. 2B ilustra el ejemplo anterior. En cada caso la cantidad que se dispensa sera de 0.05 cc por un movimiento neto hacia adelante del piston de 100 pasos. Cuando el piston esta en la posicion X, el retroceso se reduce a 15 pasos y en la ubicacion Y el retroceso se reduce a 5 pasos.
La FIG. 2C ilustra un perfil 40 donde, por una cantidad dispensada igual cada vez, el retroceso puede cambiarse continuamente a medida que el volumen de fluido en la jeringa se reduce.
Note que, los numeros anteriores para las Figs. 2A, B y C son para un volumen ilustrativo de un fluido ilustrativo dispensado en cada caso. Cuando se cambia el tipo de fluido, los numeros y los perfiles pueden cambiarse todos, y cuando la cantidad dispensada cambia, los numeros y perfiles pueden cambiar nuevamente. En cada caso los numeros pueden determinarse heunsticamente para cada tipo de fluido, para cada cantidad dispensada y para el contenido restante en la jeringa.
En las Figs. 2A, 2B y 2C una cantidad particular (0.05 cc) de un fluido se dispensa por la accion de un motor de pasos 100 pasos en cada ejemplo. Pero pueden dispensarse otras cantidades y pueden generarse una familia de perfiles de retroceso. Con referencia a las FIGs. 2B y 2C, si solamente se dispensa 0.025 cc de fluido, pueden aplicarse tanto el perfil de paso 41 como el perfil continuo 42.
En algunas aplicaciones, la cantidad dispensada puede ser diferente para cada dispensado sucesivo. Por ejemplo, si se dispensa una serie de puntos que tienen las siguientes medidas: 0.05 cc; 0.025 cc; 0.05 cc; etc., el retroceso para cada dispensado se alternana entre trazos 43 y 41 en la FIG. 2B y entre 40 y 42 en la FIG. 2C. Por lo tanto, pueden dispensarse diferentes cantidades en pasos secuenciales, donde se implementan diferentes perfiles de la familia de perfiles para determinar el numero de pasos hacia atras para cada punto dispensado. En ese caso el controlador seleccionara de las familias de perfiles el perfil de retroceso aplicable que se aplica para cada punto particular que se dispensa.
La cantidad de retroceso puede mantenerse en una tabla o un perfil en la memoria del controlador y se referencia cada vez que se dispensa un punto. Ilustrativamente la tabla o perfil seran espedficos para el tipo de fluido (sus caractensticas), la cantidad de fluido restante (la posicion del piston) en la jeringa, y la cantidad a dispensar.
La FIG. 3 es un diagrama de flujo ilustrativo del proceso de dispensado. Con la jeringa llena 50, se solicita un tamano de
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un punto dado (o volumen) desde el dispensador. El controlador convierte el tamano de punto a un numero de pasos hacia adelante del motor de pasos y envfa esa cantidad mas una cantidad de retroceso a la unidad dispensadora. El piston se mueve el numero requerido de pasos 54 y el controlador ordena al motor de pasos que se mueva hacia atras el numero de pasos de retroceso 56. El motor de pasos cumple. Puede haber un tiempo de retraso antes de que se ordene al motor de pasos que se mueva hacia atras. Cualquier tiempo de retraso puede determinarse heunsticamente para cada aplicacion.
Con referencia a las Figs. 2A y 3, si el proceso de la FIG. 3 implementa la secuencia de pasos de la FIG. 2A, lo hace automaticamente. Es decir, una vez que el numero de pasos de dispensado y pasos de retroceso se conocen para cada ubicacion del embolo de la jeringa 32, la operacion se ejecutara automaticamente. Con el embolo en la ubicacion A y se necesite otro dispensado, el procesador cargara los 125 pasos y 25 pasos de retroceso, con lo cual el controlador de motor seguira las instrucciones ubicando el embolo en el punto C. Una vez en la ubicacion C, el procesador puede cargar automaticamente los 125 pasos y los 25 pasos de retroceso para mover el embolo hasta la ubicacion D y luego a la ubicacion E. Una vez en la posicion E y se necesita otro dispensado, el procesador cargara automaticamente los 115 pasos y los 15 pasos de retroceso, y el motor accionara el embolo a la ubicacion I. Es de destacar que la operacion se realiza automaticamente, y lo hara siguiendo el perfil de dispensado que se ha predeterminado.
Cuando el piston llega a descansar en una nueva posicion 58, puede estar lo suficientemente cerca del final de su recorrido que no pueda dispensarse mas fluido. Si se hace 60, se detiene la operacion 64. Si no 62, puede continuar el dispensado en 54.
Debe entenderse que las modalidades descritas anteriormente se presentan como ejemplos en el presente documento y que son posibles muchas variaciones y alternativas de la misma. En consecuencia, la presente invencion se define solamente como se expone en las reivindicaciones anexas a continuacion.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispensador de fluido que comprende:
    un deposito que contiene el fluido;
    un piston dispuesto para accionar el fluido;
    una abertura desde la cual se dispensa el fluido accionado;
    un motor con un acoplamiento al piston, en donde el motor acciona el piston hacia adelante y hacia atras;
    en donde la distancia que el piston se acciona hacia adelante determina la cantidad de fluido dispensado y por lo tanto la cantidad de fluido restante en el deposito, y la distancia que el piston se acciona hacia atras determina una distancia de retroceso, en donde la distancia de retroceso se selecciona para inhibir que el fluido se escape mientras se mantiene el fluido en una ubicacion repetible en o cerca de la abertura;
    caracterizado porque comprende ademas
    un procesador de ordenador, y una memoria que contiene una serie de tablas que relacionan la distancia de retroceso con el volumen a dispensar y la cantidad de fluido restante a dispensar, en donde para cada fluido a dispensar hay tablas separadas;
    en donde cuando se ejecuta un programa informatico por el procesador, el procesador accede a la tabla para el fluido que se dispensa, y el procesador recupera la distancia de retroceso correspondiente basado en el volumen a dispensar dado y la cantidad de fluido restante a dispensar; y
    en donde el procesador del ordenador luego acciona el motor hacia adelante para dispensar el volumen de fluido dado y luego acciona el motor hacia atras la distancia de retroceso recuperada.
  2. 2. El dispensador de fluido de la reivindicacion 1 en donde el procesador del ordenador carga automaticamente el siguiente volumen de fluido a dispensar y luego encuentra la distancia de retroceso correspondiente de la tabla consultada.
  3. 3. El dispensador de fluido de la reivindicacion 1 en donde el deposito comprende una jeringa, la abertura se define por una aguja con una abertura, y en donde la ubicacion repetible esta en la abertura.
  4. 4. El dispensador de fluido de la reivindicacion 1 en donde el motor es un motor de pasos, el numero de pasos que el motor se acciona hacia adelante determina la cantidad de fluido que se dispensa, y el numero de pasos que el motor se acciona hacia atras determina la distancia de retroceso.
  5. 5. El dispensador de fluido de la reivindicacion 1 en donde la distancia de retroceso en las tablas es la misma para mas de una cantidad de fluido restante a dispensar.
  6. 6. El dispensador de fluido de la reivindicacion 5 en donde la distancia de retroceso tiene un valor para un primer intervalo de cantidades de fluido restantes a dispensar, y tiene diferentes valores para cada uno de una pluralidad de diferentes intervalos de cantidades de fluido restantes a dispensar.
  7. 7. El dispensador de fluido de la reivindicacion 5 en donde la distancia de retroceso es diferente para cada cantidad de fluido restante a dispensar.
  8. 8. Un metodo para dispensar un fluido desde un deposito usando un piston dispuesto para accionar el fluido, una abertura desde la cual se dispensa el fluido accionado, y un motor con un acoplamiento al piston, en donde el motor acciona el piston hacia adelante y hacia atras, en donde la distancia que el piston se acciona hacia adelante determina la cantidad de fluido dispensado y por tanto la cantidad de fluido restante en el deposito, y la distancia que el piston se acciona hacia atras determina una distancia de retroceso, en donde la distancia de retroceso se selecciona para inhibir el escape de fluido mientras se mantiene el fluido en una ubicacion repetible en o cerca de la abertura, el metodo comprende las etapas de:
    proporcionar un procesador de ordenador;
    proporcionar la memoria del ordenador asociada con el procesador y que contiene una serie de tablas que relacionan la distancia de retroceso con el volumen a dispensar y la cantidad de fluido restante a dispensar, en donde hay tablas separadas para cada fluido a dispensar;
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    usar el procesador para ejecutar un programa informatico, en donde el procesador accede a la tabla para el fluido que se dispensa y el procesador recupera la distancia de retroceso correspondiente basado en el volumen a dispensar dado y la cantidad de fluido restante a dispensar; y
    usar el procesador del ordenador para accionar el motor hacia adelante para dispensar el volumen de fluido dado y luego accionar el motor hacia atras la distancia de retroceso recuperada.
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 8 en donde el procesador del ordenador carga automaticamente el siguiente volumen de fluido a dispensar y luego encuentra la distancia de retroceso correspondiente de la tabla consultada.
  10. 10. El metodo de la reivindicacion 8 en donde el deposito comprende una jeringa, la abertura se define por una aguja con una abertura, y en donde la ubicacion repetible esta en la abertura.
  11. 11. El metodo de la reivindicacion 8 en donde el motor es un motor de pasos, el numero de pasos que el motor se acciona hacia adelante determina la cantidad de fluido que se dispensa, y el numero de pasos que el motor se acciona hacia atras determina la distancia de retroceso.
  12. 12. El metodo de la reivindicacion 8 en donde la distancia de retroceso en las tablas es la misma para mas de una cantidad de fluido restante a dispensar.
  13. 13. El metodo de la reivindicacion 12 en donde la distancia de retroceso tiene un valor para un primer intervalo de cantidades de fluido restantes a dispensar, y tiene diferentes valores para cada uno de una pluralidad de diferentes intervalos de cantidades de fluido restantes a dispensar.
  14. 14. El metodo de la reivindicacion 13 en donde la distancia de retroceso es diferente para cada cantidad de fluido restante a dispensar.
ES10763893.4T 2009-09-28 2010-09-22 Sistema dispensador de fluido Active ES2559805T3 (es)

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