非牛顿流体定量微挤出过程动态建模与控制研究

摘要

流体定量微挤出布施技术已广泛的应用于电子制造与封装业。在众多的流体布施技术中，时间-压力型点胶因其可操作性好，适用面广，使用成本低，易于清洗维护等众多优点，占据了70%以上的市场份额。它是利用压缩气体驱动点胶头内流体从针头挤出并布施到基板上，该过程具有较强的非线性动态特性，主要表现在：①气体具有可压缩性，且微量点胶情况下点胶头针管腔内压力不可测量；②非牛顿流体流变特性复杂，难以用准确、通用的模型来描述，使得对过程建模及控制变得极为困难。本论文对非牛顿流体定量微挤出过程建模与控制进行了系统的分析与研究，并完成了以下工作：
　　(1)非牛顿流体定量点胶技术综述。介绍了目前各类点胶技术的特性，分析了各自的优、缺点。重点针对国内外流体定量点胶过程建模和控制方法进行了综述，指出了当前的国内外研究现状。
　　(2)非牛顿流体定量微挤出过程分析。从点胶原理出发，主要分析了流体的流变特性和影响点胶一致性的相关因素，作为胶体定量微挤出过程建模与控制的理论依据。
　　(3)建立了非牛顿流体定量点胶过程动态模型。针对点胶过程，以气液界面为分界面，将系统分为气动系统部分和非牛顿流体微挤出部分。基于点胶针管内部压力不可测量，本文对气动系统建立了动态模型。接着，重点对工程上典型的幂律非牛顿流体微挤出过程进行了动态建模，通过数值仿真分别监测针管进口处和气液界面上的压力作为挤压非牛顿流体的驱动力对模型进行了验证。仿真验证了：①对充气过程作用在气液界面上的压力与针管进口处压力近似相等，而在放气过程中，气液界面上的压力始终大于针管进口处压力。结果表明，在对微量点胶模型验证时将进口处压力替代作用在气液界面上的压力是存在较大误差的，其误差可达-12.286% 。②对不同特性的胶体和不同胶体余量时，本文所建立的预测模型都有较高的预测精度，其预测精度可达1%左右。实验进一步验证了本文所建模型的有效性和仿真的正确性。
　　(4)制定了基于逆模控制的非牛顿流体定量微挤出过程控制策略。利用机器视觉在线检测实际点胶量，并与模型预测结果进行比较，通过逆模控制器消除两者之间的偏差，达到提高点胶量一致性的目的。实验结果表明，点胶平均误差由控制前的-17.778%降低到-0.555%，标准差由控制前的0.177%降低到0.072%。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的与意义

1.3 流体定量微挤出过程国内外研究综述

1.4 论文主要研究内容

2 非牛顿流体定量微挤出过程分析

2.1 引言

2.2 定量点胶机理

2.3 胶体特性

2.4 影响因素分析

2.5 本章小结

3 非牛顿流体微挤出过程动态建模

3.1 引言

3.2 气动系统动态建模

3.3 微挤出过程模型

3.4 数值仿真

3.5 实验验证

3.6 本章小结

4 非牛顿流体定量微挤出过程控制

4.1 引言

4.2 视觉在线测量

4.3 逆模控制简介

4.4 基于视觉的逆模控制

4.5 控制器设计

4.6 实验验证

4.7 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来的工作展望

参考文献

致谢