Способ и система для совмещения пластин

Заявленная группа изобретений относится к средствам для обнаружения, визуализации или анализа различных аналитов. Используемый для этого способ совмещения пластин включает в себя следующие операции: выполняют первый поворотный вырез, первый стопорный вырез и первый смещающий вырез в первой пластине с привязкой к первым объектам, сформированным на или в первой пластине; выполняют второй поворотный вырез, второй стопорный вырез и второй смещающий вырез во второй пластине с привязкой ко вторым объектам, сформированным на или во второй пластине; устанавливают первую пластину в совмещающем устройстве, при этом в первый поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а в первый стопорный вырез входит одноконтактный элемент; устанавливают вторую пластину в совмещающем устройстве, при этом во второй поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а во второй стопорный вырез входит одноконтактный элемент; и прикладывают смещающее усилие к поверхностям первого и второго смещающих вырезов, чтобы совместить первые объекты со вторыми объектами. Описанный выше способ реализуется с использованием соответствующей системы совмещения пластин, а также пластины с вырезами для совмещения со второй пластиной. Данная группа изобретений позволяет эффективно совмещать друг с другом пластины средства для обнаружения, визуализации или анализа различных аналитов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США, серийный номер 62/452,602, поданной 31 января 2017 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники

[0002] Существует ряд областей применения подложек или опор в виде пластин, которые содержат объекты, сформированные в них или на них. Во многих случаях эти объекты становятся частью готового изделия после сборки и соединения пластин друг с другом. Если объекты более чем одной пластины должны быть совмещены друг с другом, то совмещение можно выполнить на уровне пластины или после разрезания пластин на части. В тех случаях, когда требуется выполнить совмещение и сборку пластин до отделения объектов друг от друга, то есть на уровне пластин, могут возникнуть проблемы. Например, могут возникнуть проблемы с надлежащим размещением и корректировкой положений одной или более пластин, чтобы совместить их друг с другом надлежащими образом, или чтобы объекты каждой пластины были совмещены друг с другом до требуемой степени в готовом изделии.

[0003] Решение этих проблем может быть сложным в отношении обработки пластин, формирования и обнаружения объектов, а также в отношении установочных и обрабатывающих компонентов, используемых во время операций совмещения и сборки. По мере уменьшения размеров объектов, проблемы, связанные с совмещением, обработкой и сборкой (например, склеиванием), могут становиться все более трудными.

Сущность изобретения

[0004] Способ согласно первому аспекту изобретения включает в себя выполнение первого поворотного выреза, первого стопорного выреза и первого смещающего выреза в первой пластине с привязкой к первым объектам, сформированным на или в первой пластине, и выполнение второго поворотного выреза, второго стопорного выреза и второго смещающего выреза во второй пластине с привязкой ко вторым объектам, сформированным на или во второй пластине. Первую пластину устанавливают в совмещающем устройстве, при этом в первый поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а в первый стопорный вырез входит од но контактный элемент. Вторую пластину также устанавливают в совмещающем устройстве, при этом во второй поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а во второй стопорный вырез входит одноконтактный элемент. Прикладывают смещающее усилие к поверхностям первого и второго смещающих вырезов, чтобы совместить первые объекты со вторыми объектами.

[0005] Один из примеров данного способа дополнительно включает в себя скрепление первой пластины со второй пластиной после совмещения первого и второго объектов. Этот пример способа может дополнительно включать в себя прикрепление промежуточного элемента к первой пластине до совмещения, при этом вторая пластина скреплена с промежуточным элементом.

[0006] Один из примеров данного способа дополнительно включает в себя выполнение первого и второго поворотных вырезов, первого и второго стопорных вырезов и первого и второго смещающих вырезов с использованием, по меньшей мере, лазерной резки. В этом примере первый и второй объекты включают в себя структурированные матрицы или контрольные метки, расположенные в структурированных матрицах или рядом с ними.

[0007] В одном из примеров данного способа смещающее усилие прикладывают посредством подпружиненного толкателя, который контактирует с поверхностями первого и второго смещающих вырезов.

[0008] В одном из примеров данного способа за счет приложения смещающего усилия смещения первую и вторую пластины поворачивают вокруг центра поворота, определяемого двухконтактным элементом и первым и вторым поворотными вырезами, до тех пор, пока одноконтактный элемент не упрется в стопорную поверхность каждого из первого и второго стопорных вырезов.

[0009] В одном из примеров данного способа положения совмещения первой и второй пластин определяют двухточечным контактом поворотных вырезов с двухконтактным элементом и одноточечным контактом стопорных вырезов с одноконтактным элементом. В этом примере первый и второй смещающие вырезы выполнены на разных расстояниях от первого и второго объекта, соответственно.

[0010] Следует понимать, что любые признаки данного способа могут быть объединены любым желаемым образом и/или конфигурацией.

[0011] Система согласно другому аспекту изобретения содержит пластину с вырезами для совмещения со второй пластиной, причем пластина содержит поворотный вырез, выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в пластине, стопорный вырез, находящийся приблизительно напротив поворотного выреза и выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в пластине, и смещающий вырез, находящийся на стороне пластины между поворотным вырезом и стопорным вырезом и в месте, где смещающее усилие, прикладываемое к смещающему вырезу, будет приводить поворотный вырез в двухточечный контакт с двухконтактным совмещающим элементом установочного приспособления, а также приводить стопорный вырез в одноточечный контакт с одноконтактным совмещающим элементом.

[0012] В одном из примеров данной системы поворотный вырез имеет внутренний угол, составляющий от приблизительно 50 градусов до приблизительно 70 градусов.

[0013] В одном из примеров данной системы стопорный вырез имеет стопорную поверхность, ориентированную поперечно внешнему периметру пластины.

[0014] В одном из примеров данной системы пластина имеет круглую форму, а смещающий вырез расположен в месте, находящемся в интервале от приблизительно 30 до приблизительно 40 градусов от стопорной поверхности стопорного выреза.

[0015] В одном из примеров данной системы пластина содержит стекло, при этом объект содержит по меньшей мере две контрольные метки, которые можно отобразить при выполнении надрезов.

[0016] Следует понимать, что любые признаки системы могут быть объединены любым желаемым образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков системы и/или способа может использоваться вместе, и/или что любые признаки одного или обоих из этих аспектов могут быть объединены с любым из примеров, раскрытых в настоящем документе.

[0017] Система согласно еще одному аспекту изобретения содержит вырезающую станцию для выполнения вырезов в первой и второй пластинах, причем вырезы в каждой пластине включают в себя поворотный вырез, выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в соответствующей пластине, стопорный вырез, находящийся напротив поворотного выреза и выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в соответствующей пластине; и смещающий вырез, находящийся на боковой стороне соответствующей пластины между поворотным вырезом и стопорным вырезом и в месте, где смещающее усилие, приложенное к смещающему вырезу, будет приводить поворотный вырез соответствующей пластины в двухточечный контакт с двухконтактным совмещающим элементом установочного приспособления, а также приводить стопорный вырез соответствующей пластины в одноточечный контакт с одноконтактным совмещающим элементом установочного приспособления. Предусмотрено установочное приспособление для совмещения объектов первой и второй пластин друг с другом, содержащее двухконтактный совмещающий элемент, который контактирует с поворотными вырезами пластин, од но контактный совмещающий элемент, который контактирует со стопорными вырезами пластин; и смещающий элемент, который приводить поворотные вырезы в контакт с двухконтактным совмещающим элементом, а стопорные вырезы - в контакт с одноконтактным элементом. Предусмотрена скрепляющая станция для скрепления первой пластины со второй пластиной после совмещения.

[0018] В одном из примеров данной системы вырезающая станция содержит систему обнаружения для обнаружения и определения местоположения объектов первой и второй пластин для выполнения вырезов. В одном из примеров система обнаружения содержит камеру, а объекты включают в себя контрольные объекты, сформированные на или в пластинах и обнаруживаемые камерой.

[0019] В одном из примеров данной системы скрепляющая станция содержит лазер для сваривания в совмещенном положении второй пластины с первой пластиной. В одном из примеров предусмотрен промежуточный элемент, прикрепляемый к первой пластиной после выполнения вырезов в первой пластине, при этом вторая пластина является прикрепляемой к промежуточному элементу после совмещения.

[0020] В одном из примеров данной системы установочное приспособление выполнено с возможностью его помещения, вместе с совмещенными пластинами, в скрепляющую станцию.

[0021] Следует понимать, что любые признаки системы могут быть объединены любым желаемым образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков системы и/или способа может использоваться вместе, и/или что любые признаки одного или обоих из этих аспектов могут быть объединены с любым из примеров, раскрытых в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

[0022] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными по прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера представляют одинаковые детали на всех чертежах, где:

[0023] на фиг. 1 представлен в аксонометрии вид примера изделия, изготовленного из двух пластин, совмещенных в соответствии с раскрытыми технологиями;

[0024] на фиг. 2 представлен в поперечном разрезе вид примера изделия по фиг. 1, иллюстрирующий две пластинчатые части, которые совмещены и собраны в соответствии с раскрытыми технологиями;

[0025] на фиг. 3 представлен вид сверху одной из пластин, использованных для примерного изделия по фиг. 1;

[0026] на фиг. 4 представлен вид сверху примера пластины с объектами, сформированными на или в поверхности пластины, подлежащей совмещению с другой пластиной с привязкой к указанным объектам;

[0027] на фиг. 5 представлен вид сверху примера пластины по фиг. 4, иллюстрирующий пример надрезания пластины для совмещения с другой пластиной;

[0028] на фиг. 6 представлен подробный вырыв с примером поворотного выреза, выполненного в пластине по фиг. 5;

[0029] на фиг. 7 представлен подробный вырыв с примером стопорного выреза, выполненного в пластине по фиг. 5;

[0030] на фиг. 8 представлен подробный вырыв с примером смещающего выреза, выполненного в пластине по фиг. 5;

[0031] на фиг. 9 представлен вид сверху примера двухконтактного элемента, который может использоваться для двухточечного контакта в поворотном вырезе пластины по фиг. 5;

[0032] на фиг. 10 представлен вид сверху примера одноконтактного элемента, который может использоваться для одноточечного контакта со стопорным вырезом пластины по фиг. 5;

[0033] на фиг. 11 представлен вид сверху примера установочного приспособления для совмещения двух имеющих вырезы пластин;

[0034] на фиг. 12 представлен вид сверху примера контактов и усилий, приложенных для совмещения к имеющей вырезы пластине;

[0035] на фиг. 13 представлен схематический вид примера вырезающий станции для выполнения вырезов в совмещаемой пластине;

[0036] на фиг. 14 представлен схематический вид примера скрепляющей станции для скрепления двух совмещаемых друг с другом пластин в ориентации совмещения; и

[0037] на фиг. 15 представлена блок-схема, иллюстрирующая примерные процессы выполнения вырезов, совмещения и скрепления двух пластин друг с другом.

Осуществление изобретения

[0038] Существует ряд областей применения совмещенных пластин, например, в проточных ячейках, используемых для обнаружения, визуализации или анализа различных аналитов. В некоторых областях применения объекты на пластинах можно эффективно совмещать друг с другом во время обработки, и совмещенные пластины можно закреплять, например, путем склеивания, относительно друг друга, чтобы сохранить совмещение. На фиг. 1 представлен пример проточной ячейки 10, содержащей верхнюю панель 12 и нижнюю панель 14. Панели 12, 14 разделены промежуточным слоем 16, иногда называемым интерпозером. Интерпозер создает пространство между верхней и нижней панелями 12, 14, в которое можно ввести исследуемый аналит. В представленном варианте осуществления пространство содержит четыре проточных канала 18, хотя можно использовать много различных конфигураций. Кроме того, в одном примере применения проточная ячейка 10 может заключать в себе или содержать объекты, которые удерживают аналит, и которые совмещены друг с другом. В представленном примере проточная ячейка 10 включает в себя по меньшей мере одно отверстие (не показано отдельно) для приема текучей среды, как указано стрелкой 20, и по меньшей мере одно дополнительное отверстие (не показано отдельно) для обеспечения выхода текучей среды из проточной ячейки 10, как указано стрелкой 22.

[0039] В одном из примеров применения проточная ячейка 10 может принимать молекулярные образцы, которые прикрепляются к сайтам, сформированным как объекты на верхней и нижней панелях 12, 14. Эти сайты предназначены для прикрепления молекул, которые затем можно дополнительно обрабатывать, например, путем гибридизации, и для реакций с реагентами, введенными в проточную ячейку 10 во время обработки. В таких вариантах применения на аналитах может осуществляться визуализация путем направления излучения (то есть света) на молекулы через верхнюю панель 12, нижнюю панель 14 или через обе. Также можно использовать другие технологии обнаружения. В применениях для оптического обнаружения одну из панелей 12 или 14 или обе можно изготовить из прозрачного для используемых длин волн света материала, такого как стекло. Кроме того, такие области применения могут включать в себя секвенирование молекул, таких как дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) или рибонуклеиновые кислоты (РНК), хотя методы, раскрытые в настоящем документе, сами по себе, не ограничиваются какой-либо конкретной областью применения, или аналитом, или проточными ячейками 10.

[0040] На фиг. 2 представлен частичный вид в разрезе проточной ячейки 10 по фиг. 1. Как отмечалось, проточная ячейка содержит верхнюю панель 12, отделенную от нижней панели 14 интерпозером 16, который образует пространство 32 между панелями. Верхняя панель 12 имеет верхнюю поверхность 24 и нижнюю поверхность 26. Нижняя панель 14, аналогично, имеет верхнюю поверхность 28 и нижнюю поверхность 30. В этом примере внутренний объем, или пространство, 32 между нижней поверхностью 26 верхней панели 12 и верхней поверхностью 28 нижней панели 14 служит для приема аналита. Совмещаемые объекты в этом примере выполнены на нижней поверхности 26 верхней панели 12 и на верхней поверхности 28 нижней панели 14. Совмещение может облегчить обнаружение местоположений аналита, например, посредством последовательных циклов обработки, реакций, визуализации и т.д. Однако следует отметить, что в других областях применения объекты могут присутствовать на верхней поверхности 24 верхней панели 12 и/или на нижней поверхности 30 нижней панели 14, и эти объекты могут создавать базу для указанного совмещения.

[0041] На фиг. 3 представлен пример размещения объектов на верхней и нижней панелях 12 и 14. В этом примере объекты 34 могут содержать зону или область указанной поверхности. Сама область может быть разбита на отдельные дорожки, полосы, подобласти или подзоны, которые сами могут содержать отдельные сайты или места, подлежащие совмещению. Чтобы упростить раскрытые способы совмещения, объекты 34 могут включать в себя контрольные метки 36, которые могут быть сформированы на или в панелях 12, 14. Эти контрольные метки 36 могут быть обнаруживаемыми во время процесса совмещения, раскрытого в настоящем документе, и могут использоваться в качестве ориентиров для совмещения.

[0042] Только в качестве примера, объекты 34 на или в панелях 12, 14 могут содержать структурированную матрицу, такую как микроматрица, наноматрица и т.д. На практике местоположения или сайты объектов 34 могут быть расположены в виде регулярной, повторяющейся структуры, сложной неповторяющейся структуры или в произвольном расположении на одной или более поверхностях панелей. Размер отдельных объектов 34 такой матрицы может быть выбран в соответствии с требуемым применением. Например, в некоторых вариантах осуществления объекты 34 матрицы могут иметь размер, который вмещает одну молекулу нуклеиновой кислоты в отдельности. Поверхность, имеющая множество объектов 34 в этом диапазоне размеров, пригодна для построения матрицы молекул для обнаружения при разрешении в одну молекулу. Объекты 34 такого диапазона размеров также пригодны в матрицах, содержащих объекты 34, каждый из которых содержит колонию молекул. Таким образом, каждый из объектов 34 матрицы может иметь площадь, которая не превышает приблизительно 1 мм², не превышает приблизительно 500 мкм², не превышает приблизительно 100 мкм², не превышает приблизительно 10 мкм², не превышает приблизительно 1 мкм², не превышает приблизительно 500 нм² или не превышает приблизительно 100 нм², не превышает приблизительно 10 нм², не превышает приблизительно 5 нм² или не превышает приблизительно 1 нм². Альтернативно или дополнительно, объекты 34 матрицы могут быть не меньше, чем приблизительно 1 мм², не меньше, чем приблизительно 500 мкм², не меньше, чем приблизительно 100 мкм², не меньше, чем приблизительно 10 мкм², не меньше, чем приблизительно 1 мкм², не меньше, чем приблизительно 500 нм², не меньше, чем приблизительно 100 нм², не меньше, чем приблизительно 10 нм², не меньше, чем приблизительно 5 нм² или не меньше, чем приблизительно 1 нм². Фактически, объект 34 может иметь размер, который находится в диапазоне между верхним и нижним пределом, выбранным из этих приведенных выше примеров.

[0043] В примерах, которые включают в себя наличие множества объектов 34 или сайтов, объекты 34 могут быть отдельными друг от друга, то есть объекты 34 отделены друг от друга промежутками. Матрица может, например, иметь объекты 34, которые разделены расстоянием от края до края, составляющим не более приблизительно 100 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм или менее. Альтернативно или дополнительно, матрица может иметь объекты 34, которые разделены расстоянием от края до края, составляющим по меньшей мере приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 100 мкм или более. Эти диапазоны могут применяться к среднему расстоянию от края до края для объектов 34, а также к минимальному или максимальному расстоянию от края до края.

[0044] В некоторых примерах объекты 34 могут не быть дискретными, а наоборот, соседние объекты 34 могут примыкать друг к другу. Независимо от того, являются ли объекты 34 дискретными, размер объектов 34 и/или шаг объектов 34 может изменяться так, чтобы матрицы могли иметь требуемую плотность. Например, средний шаг объектов в регулярной структуре может составлять не более, чем приблизительно 100 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм или менее. Альтернативно или дополнительно, средний шаг объектов в регулярной структуре может составлять по меньшей мере приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 100 мкм или более. Эти диапазоны могут применяться к максимальному или минимальному шагу для регулярной структуры. Например, максимальный шаг объектов в регулярной структуре может составлять не более, чем приблизительно 100 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 0,5 мкм или менее; и/или минимальный шаг объектов в регулярной структуре может составлять по меньшей мере приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 50 мкм, приблизительно 100 мкм или более.

[0045] Плотность объектов 34 также можно понимать с точки зрения количества объектов 34, имеющихся на единице площади. Например, средняя плотность объектов 34 для матрицы может составлять по меньшей мере приблизительно 1×10³ объектов/мм², приблизительно 1×10⁴ объектов/мм², приблизительно 1×10⁵ объектов/мм², приблизительно 1×10⁶ объектов/мм², приблизительно 1×10⁷ объектов/мм², приблизительно 1×10⁸ объектов/мм² или приблизительно 1×10⁹ объектов/мм² или более. Альтернативно или дополнительно, средняя плотность объектов 34 для матрицы может составлять не более приблизительно 1×10⁹ объектов/мм², приблизительно 1×10⁸ объектов/мм², приблизительно 1×10⁷ объектов/мм², приблизительно 1×10⁶ объектов/мм², приблизительно 1×10⁵ объектов/мм², приблизительно 1×10⁴ объектов/мм² или приблизительно 1×10³ объектов/мм² или менее.

[0046] Объекты 34 в примере со структурой могут иметь любую из множества структурных форм и схем. Например, при наблюдении в двумерной плоскости, например, на поверхности одной или обеих панелей 12, 14, объекты 34 могут выглядеть округлыми, круглыми, овальными, прямоугольными, квадратными, симметричными, асимметричными, треугольными, многоугольными и т.п.. Объекты 34 могут быть расположены в виде регулярной повторяющейся структуры, включая, например, шестиугольную или прямолинейную структуру. Структура может быть выбрана для достижения требуемого уровня пакетирования. Например, круглые объекты 34 могут быть пакетированы в шестиугольную компоновку. Конечно, для круглых объектов также можно применять другие компоновки пакетирования.

[0047] В общем, структура может быть охарактеризована с точки зрения числа объектов 34, которые присутствуют в подгруппе, образующей наименьший геометрический блок структуры. Подгруппа может включать в себя, например, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 10 или больше объектов 34. В зависимости от размера и плотности объектов 34, геометрический блок может занимать площадь не более приблизительно 1 мм², приблизительно 500 мкм², приблизительно 100 мкм², приблизительно 50 мкм², приблизительно 10 мкм², приблизительно 1 мкм², приблизительно 500 нм², приблизительно 100 нм², приблизительно 50 нм², приблизительно 10 нм² или менее. Альтернативно или дополнительно, геометрический блок может занимать площадь не менее приблизительно 10 нм², приблизительно 50 нм², приблизительно 100 нм², приблизительно 500 нм², приблизительно 1 мкм², приблизительно 10 мкм², приблизительно 50 мкм², примерно 100 мкм², приблизительно 500 мкм², приблизительно 1 мм², или более. Характеристики объектов 34 в геометрическом блоке, такие как форма, размер, шаг и т.п., можно выбрать из приведенных в настоящем документе, в общем, в отношении объектов 34 в матрице или структуре.

[0048] На фиг. 4 представлен пример пластины 38, которую можно совместить с другой пластиной, как раскрыто в настоящем документе. В этом примере пластина 38 содержит лист стекла. Можно использовать пластину 38 любой подходящей толщины, при этом толщину можно выбрать в зависимости от применения. Например, в рассматриваемом примере проточной ячейки 10 пластина 38, которая образует верхнюю панель 12, может иметь номинальную толщину приблизительно 0,3 мм, тогда как пластина 38, которая образует нижнюю панель 14, может иметь номинальную толщину приблизительно 1,0 мм. В другом случае, например, в рассматриваемом примере проточной ячейки 10 пластина 38, которая образует верхнюю панель 12, может иметь номинальную толщину приблизительно 0,7 мм, а пластина 38, которая образует нижнюю панель 14, может иметь номинальную толщину приблизительно 0,7 мм. Толщина соответствующих панелей 12, 14 может быть любой, при условии, что панели 12, 14 можно точно резать для получения вырезов и т.д., раскрытых в настоящем документе. В одном примере толщина нижней панели 14 может составлять от приблизительно 0,7 мм до приблизительно 1,1 мм, а толщина верхней панели 12 может составлять от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 0,7 мм. В проиллюстрированном примере пластина 38 имеет исходную круглую форму, хотя также можно использовать другие формы.

[0049] Также на фиг. 4 показаны панельные области 40, которые образуют панели 12 или 14 проточной ячейки 10, раскрытые выше. Здесь также каждая из этих панельных областей 40 может содержать объекты 34, которые подлежат совмещению с другими объектами 34 на второй пластине во время обработки. В этом примере области 40 окружены периферией 41, которая не используется в готовых изделиях. Однако следует отметить, что на или в пластинах 38 для совмещения может быть сформирована любая требуемая компоновка пригодных областей 40, структур, объектов, форм и так далее.

[0050] В представленном примере пластина 38 имеет периметр 42, который не используется в качестве ориентира для совмещения. Вместо этого, вырезы в пластине 38 выполнены с привязкой к объектам 34, сформированным в или на одной или более ее поверхностях, как показано на фиг. 5. В представленном примере в периметре 42 выполнен поворотный вырез 46. В этом примере поворотный вырез 46 имеет V-образный профиль, хотя может использоваться любой подходящий профиль или форма. Поворотный вырез 46 имеет края 48, которые облегчают совмещение, как будет раскрыто ниже. В периметре 42 также выполнен стопорный вырез 50 содержащий стопорную или базовую поверхность 52. Кроме того, в периметре 42 выполнен смещающий вырез 54 для обеспечения совмещения при контакте в поворотном вырезе 46 и стопорном вырезе 50. Хотя вырезы 46, 50, 54 могут быть выполнены в различных требуемых местах, в представленном примере поворотный вырез 46 может рассматриваться как репер на линии 56 ориентации, тогда как стопорный вырез 50 может быть расположен применительно ко второй линии 58 ориентации. Одна или более из линий 56 и 58 могут служить для точного определения положения V-образного края 48 поворотного выреза 46 и базовой поверхности 52 стопорного выреза 50 относительно друг друга. Смещающий вырез 54 может быть выполнен под углом относительно и поворотного выреза 46, и стопорного выреза 50, как показано линией 60 ориентации. По меньшей мере, края 48 поворотного выреза 46 и базовая поверхность 52 стопорного выреза 50 расположены и выполнены с привязкой к объектам 34 областей 40 и могут быть расположены и выполнены с привязкой к контрольным меткам 36 одной или более областей 40.

[0051] В рассматриваемом сейчас примере поворотный вырез 46 имеет внутренний угол, составляющий приблизительно 60 градусов. Стопорный вырез 50 имеет стопорную/базовую поверхность 52, которая ориентирована, в общем, поперечно к внешнему периметру 42 пластины 38. Кроме того, для пластины 38, которая является круглой, смещающий вырез 54 находится в месте, отстоящем приблизительно на 35 градусов от стопорной/базовой поверхности 52 стопорного выреза 50. Подразумевается, что фактические углы могут отклоняться от них, например, в интервале от приблизительно 50 градусов до 70 градусов, включительно, для поворотного выреза 46, и интервале от приблизительно 30 градусов до 40 градусов, включительно, для смещения смещающего выреза 56 от стопорной/базовой поверхности 52.

[0052] На фиг. 6, 7 и 8, соответственно, более подробно представлены вырезы 46, 54 и 50. Как показано на фиг. 6, поворотный вырез 46 содержит края 48, которые обеспечивают прием двухконтактного элемента 62, который в процессе совмещения пластин контактирует с краями 48 в двух точках 64 и 66 контакта. Края 48 сходятся под требуемым углом 68 (который образует внутренний угол). Поскольку поворотный вырез 46 выполнен с привязкой к объектам 34 на или в пластине 38, местоположения точек 64 и 66 контакта являются известными базами для совмещения, основанными на размере и геометрии двухконтактного элемента 62 и угле 68 между краями 48 поворотного выреза. Аналогично, как показано на фиг. 7, расположение и ориентация базовой поверхности 52 стопорного выреза 50 выбраны так, чтобы обеспечить прием од но контакт но го элемента 72 в стопорном вырезе 50 во время процесса совмещения, образуя в известном местоположении точку 74 контакта. В сочетании, контактные точки 64, 66 поворотного выреза 46 и контактная точка 74 стопорного выреза 50 образуют три точки системы контакта, или системы отсчета, для совмещения. Как показано на фиг. 8, смещающий вырез 54 имеет контактную поверхность 76 или 78, которая, в общем, может быть дугообразной, как показано. В рассматриваемом примере, в то время как поворотный вырез 46 каждой пластины 38, подлежащей совмещению может находиться в одном и том же месте относительно объектов 34 каждой совмещаемой пластины 38, и стопорный вырез 50 каждой совмещаемой пластины 38 может быть в одном и том же месте относительно объектов 34 каждой совмещаемой пластины 38, контактные поверхности 76, 78 смещающих пазов 54 каждой из пластин 38 могут быть смещены относительно друг друга, как указано ссылочными номерами 76 и 78 на фиг. 8. Это смещение позволяет приложить смещающее усилие к пластинам 38 во время совмещения. Края 80 выреза учитывают расположение контактных поверхностей 76, 78 смещающих вырезов 54.

[0053] Хотя можно использовать любой тип, материал или форму пластин 38, в данных рассматриваемых примерах пластины 38 являются круглыми и могут содержать стекло, такое как стекло Eagle XG поставляемое Corning Glass, Нью-Йорк, США. В этом примере нижняя пластина (например, используемая для создания нижней панели 14) имеет номинальную толщину в диапазоне от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,1 мм, а верхняя пластина (например, используемая для формирования верхней панели 12) имеет номинальную толщину в диапазоне от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 0,7 мм, при этом пластины 38 имеют номинальный диаметр в диапазоне от приблизительно 200 мм до приблизительно 300 мм. Как и толщина, диаметр может меняться в зависимости от размера формируемого изделия, а также от возможности точно резать пластины 38. Однако, опять-таки, эти материалы, формы и размеры приведены только для примера, и раскрытые способы не ограничиваются этими материалами или конфигурациями.

[0054] Кроме того, также можно отметить, что раскрытые способы не ограничиваются совмещением двух пластин 38, но могут использоваться для совмещения трех или более пластин 38. Таким образом, выполнение вырезов, установку и другие процессы, как раскрыто, можно осуществлять применительно к трем или более пластинам 38. Вырезы 46, 50, 54 и их профили, расположение и/или конфигурация могут отличаться от раскрытых в зависимости от таких факторов, как область применения, где будут использоваться пластины 38, материал пластин 38, толщина пластин 38 и так далее. Например, смещение или выступание контактных поверхностей 76, 78 смещающего выреза 54 можно отрегулировать таким образом, что толкатель или смещающее устройство может воздействовать на одну или более пластин 38, чтобы правильно установить и зафиксировать эту пластину (пластины) 38 относительно контактных или базовых точек вырезов 46, 50. В таких случаях смещающее устройство не может быть ограничено толщиной пластины 38, которую оно толкает. Этот подход может предусматривать совмещение двух или более пластин 38 с помощью установочного приспособления, имеющего средства для независимого смещения каждой пластины 38.

[0055] Контактные элементы, используемые в сочетании с поворотным вырезом 46 и стопорным вырезом 50 могут иметь любую подходящую форму. Примеры элементов показаны на фиг. 9 и 10. Двухточечный контактный элемент 82 (т.е. двухконтактный элемент 62) по фиг. 9, предназначен для взаимодействия с поворотным вырезом 46 и, в частности, с базовыми краями 64, 66 поворотного выреза 46, для обеспечения требуемого двухточечного контакта. В представленном примере элемент 82 содержит крепежные отверстия 84, которые обеспечивают закрепление элемента 82 в известном базовом местоположении на установочном приспособлении для совмещения. Предусмотрена базовая поверхность 86 на конце 88, расположенном в требуемом месте относительно отверстий 84. Одноточечный контактный элемент 90 (т.е. одноконтактный элемент 72) по фиг. 10 обеспечивает требуемый одноточечный контакт со стопорной/базовой поверхностью 52 стопорного выреза 50. Одноточечной контактный элемент 90 имеет крепежные отверстия 92, обеспечивающие возможность закрепления элемента 90 в известном базовом местоположении на установочном приспособлении для совмещения, и базовую поверхность 94 на конце 96, обеспечивающем требуемую точку контакта.

[0056] На фиг. 11 представлен пример установочного приспособления 98 для совмещения, которое может служить для облегчения совмещения пластин 38. Как показано, контактные элементы 82 и 90 закреплены на этом установочном приспособлении 98 в известных местоположениях, так что они точно определяют положение пластин посредством контакта с базовыми краями поверхностей 64, 66, 52 поворотного выреза 46 и стопорного выреза 50. Смещающее устройство или толкатель 104 и 78 обеспечивает контакт в смещающих вырезах 76, 78 обеих пластин 38. В этом примере, смещающее устройство 104 прикреплено к установочному приспособлению 98 и содержит пружину 106 и контактные элементы 108, которые контактируют с пластинами 38, обеспечивая их совмещение. В рассматриваемом сейчас примере смещающее устройство 104 может быть отведено вручную или посредством исполнительного устройства (не показано) и высвобождено после установки пластин 38 в/на установочном приспособлении 98. В этом примере смещающее устройство 104 может иметь два контактных элемента 108, которые под воздействием усилия пружины 106 перемещаются в контакт с соответствующими пластинами 38, чтобы переместить их в положение совмещения.

[0057] Расположение пластин 38 под действием сил, приложенных смещающим устройством 104, показано на фиг. 12. Как показано, поворотный вырез 46 расположен относительно двухточечного контактного элемента 82 / двухконтактного элемента 62 так, что элемент 82, 62 входит в поворотный вырез 46 и образует две точки контакта с краями 64, 66 поворотного выреза 46. В этот момент пластины 38 могут быть смещены от одноточечного контактного элемента 90. При приложении смещающего усилия первая и вторая пластины поворачиваются вокруг центра поворота, определяемого двухконтактным элементом 62, 82 и первым и вторым поворотными вырезами 46 до тех пор, пока одноконтактный элемент 90, 72 не упрется в стопорную поверхность 52 каждого из первого и второго стопорных вырезов 50. Усилия 110 прикладываются за счет высвобождения смещающего устройства 104 для поворота или отклонения пластин 38 в направлении одноточечного контактного элемента 90/од но контактно го элемента 72, как показано стрелкой 112. После того как в трех указанных точках будет установлен контакт, пластины 38 будут совмещены друг с другом.

[0058] На фиг. 13 схематично показан пример рабочей станции 114 для выполнения вырезов в пластинах 38, как раскрыто выше. Вырезающая станция может включать в себя стол 116, на котором могут быть размещены пластины 38, и который можно перемещать с помощью двигателей (не показаны отдельно), как указано стрелками 120. Для выполнения вырезов 46, 50, 54 каждая пластина 38 может быть размещена на столе 116, и объекты 34 (например, контрольные метки 36), выполненные на или в пластине 39, могут визуализироваться и обнаруживаться оптической системой 118. Оптическая система 118, например, может создавать изображения пластины 38 и получать данные изображений, в которых базовые объекты 34 являются обнаруживаемыми путем обработки изображений. Для выполнения вырезов 46, 50, 54 в требуемых местах предусмотрен лазерный резак 122, который направляет лазер на пластину 38 и может перемещать лазер для выполнения вырезов 46, 50, 54 в требуемых местах.

[0059] Система 114 дополнительно включает в себя управляющую схему, как обозначено ссылочным номером 124. Управляющая схема 124 содержит одну или более схем 126 обработки (например, схемы цифровой обработки, такие как один или более микропроцессоров, многоядерные процессоры, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), специализированные процессоры или схемы или компьютеры общего назначения). Схема 128 памяти (например, твердотельные запоминающие устройства, устройства динамической памяти, встроенные и/или внешние запоминающие устройства и т.д.) хранит данные, параметры и программы, реализуемые схемой обработки для обнаружения пластины 38, ее базовых объектов 34, и для перемещения стола 116 и управления приложением и перемещением лазера. Схема 128 памяти может хранить машинно-исполняемые команды для управления, например, одним или более компьютерами, процессорами или другими устройствами системы 114 для обеспечения определенных функциональных возможностей.

[0060] Таким образом, данные 130 программирования и интерфейса оптического управления могут быть сохранены в схеме 128 памяти для управления оптической системой 118 и программами распознавания объектов. Данные 132 управления и интерфейса стола могут быть сохранены для управления перемещением стола 116. Кроме того, данные 134 управления и интерфейса лазера могут быть сохранены для управления мощностью лазера и для перемещения лазера, чтобы выполнять вырезы 46, 50, 54 в требуемых местах относительно базовых объектов 34.

[0061] На фиг. 14 схематично показан пример станции 136 совмещения. Для совмещения пластины 38, подлежащие совмещению, содержат требуемые объекты 34, выполненные в или на одной или более их поверхностях, а вырезы 46, 50, 54 выполнены с привязкой, по меньшей мере, к некоторым из этих объектов 34. Затем пластины 38 помещают на установочное приспособление 98, как раскрыто выше. В рассматриваемом сейчас примере нижняя пластина 38 (используемая для формирования нижней панели 14) уже имеет промежуточный элемент, или интерпозер, 16, соединенный с ее поверхностью. Эту подготовленную нижнюю пластину 38 помещают на установочное приспособление 98, как показано стрелкой 138, а затем опускают верхнюю пластину 38' на место на интерпозере 16, как указано стрелкой 140. Смещающее устройство 104 высвобождается, чтобы привести пластины 38, 38' в совмещение посредством контакта с контактными элементами 82 (62) и 90 (72), рассмотренными выше. Затем может быть приведен в действие лазерный сварочный аппарат 142 для соединения интерпозера 16 с верхней пластиной 38'. В других примерах и применениях могут быть использованы другие способы соединения или скрепления, включая связующие агенты, клеи, зажимы и т.д.

[0062] На фиг. 15 представлена примерная блок-схема, иллюстрирующая алгоритм способа совмещения пластин 38, 38', как раскрыто. Процесс 144 может включать в себя процесс 146 формирования объектов, в котором объекты 34 (например, структура) формируются в каждой из пластин 38, 38', как обозначено ссылочными номерами 148 и 150. Можно отметить, что объекты 34, какая-либо структура объектов 34 и схема расположения объектов 34 не обязательно должны быть идентичными для верхней и нижней пластин 38', 38. Затем, в процессе 152 выполнения вырезов определяют местоположение (ссылочный номер 154) объектов 34, например, оптически, как обсуждалось выше, и выполняют базовые установочные вырезы 46, 50, 54 в соответствующих пластинах 38, 38', например, с помощью лазерной резки (ссылочный номер 156). Однако можно отметить, что в некоторых примерах объекты 34 могут быть сформированы после выполнения вырезов, или объекты 34 могут быть сформированы как до, так и после выполнения вырезов. При формировании после выполнения вырезов объекты 38 могут быть сформированы с привязкой к вырезу (вырезам) 46, 50, 54 и/или с привязкой к краям 48 или базовой поверхности 50.

[0063] В рассматриваемом примере, раскрытом выше, промежуточный элемент или интерпозер 16 соединяют с нижней пластиной 38 (ссылочный номер 158). Это можно выполнить до размещения пластины 38 в установочном приспособлении 98, раскрытом выше, или с пластиной 38, уже размещенной в установочном приспособлении 98. Кроме того, если такой промежуточный элемент 16 не используется, то эта операция может быть опущена. И наоборот, эта операция может включать в себя обработку для добавления одного или более элементов к пластине 38', например, перекрывающимся образом или в других местах на пластине 38'. Следует отметить, что в этом процессе термины «верхний» и «нижний», относящиеся к пластинам 38, 38 ', могут быть изменены на противоположные, причем любые такие сборки выполняются на одной или на другой пластине 38, 38', или на обеих.

[0064] Далее процесс включает в себя совмещение и скрепление пластин 38, 38' друг с другом, как указано ссылочным номером 160. Здесь, под ссылочным номером 162, обе пластины 38, 38' размещают в/на установочном приспособлении 98 и совмещают, как обсуждалось выше. Затем пластины 38, 38' можно закрепить в положениях совмещения, например, привариванием интерпозера 16 к верхней пластине 38', как указано ссылочным номером 168. После совмещения и закрепления пластины 38, 38' можно обрабатывать любым требуемым образом. Например, если пластины 38, 38' определяют сборные конструкции, такие как проточные ячейки 10 или части проточных ячеек 10, то отдельные сборки можно разрезать или иным образом отделить друг от друга и от окружающего материала, как указано на этапе 170. После этого можно выполнить любую дальнейшую обработку, сборку или финишную отделку.

Дополнительные примечания

[0065] Следует понимать, что диапазоны, представленные в настоящем документе, включают в себя заявленный диапазон и любое значение или поддиапазон в пределах заявленного диапазона. Например, диапазон от приблизительно 0,7 мм до приблизительно 1,1 мм следует интерпретировать как включающий в себя не только явно указанные пределы от приблизительно 0,7 мм до приблизительно 1,1 мм, но также включать в себя отдельные значения, такие как приблизительно 0,9 мм, 1,08 мм и т.д., и поддиапазоны, такие как от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,0 мм и т.д.

[0066] Термин «приблизительно», используемый при раскрытии изобретения, включая формулу изобретения, используется для описания и учета небольших флуктуаций, например, из-за изменений в обработке. Например, они могут относиться к меньше или равно ± 5%, например, меньше или равно ± 2%, например, меньше или равно ± 1%, например, меньше или равно ± 0,5%, например, меньше или равно ± 0,2%, например, меньше или равно ± 0,1%, например, меньше или равно ± 0,05%.

[0067] Термины «содержат», «включают в себя», «заключают в себе» и т.д. и их варианты, которые в настоящем документе используются в описании и формуле изобретения, являются неограничивающими, включая не только перечисленные элементы, но также охватывая любые дополнительные элементы. Везде в описании ссылка на «один пример», «другой пример», «пример» и т.д. означает, что конкретный элемент (например, объект, структура и/или параметр), раскрытый в связи с примером, включен в по меньшей мере один пример, раскрытый в настоящем документе, и может присутствовать или отсутствовать в других примерах. Кроме того, следует понимать, что элементы, раскрытые в каком-либо примере, могут комбинироваться любым подходящим образом в различных примерах, если контекст явно не предписывает иное.

[0068] Следует понимать, что все комбинации вышеупомянутых концепций и дополнительных концепций, обсуждаемых более подробно ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно несовместимыми), рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, приведенные в заключительной части данного раскрытия изобретения, рассматриваются как часть предмета изобретения, раскрытого в настоящем изобретении. Также следует понимать, что терминология, непосредственно используемая в настоящем документе, которая также может встречаться в любом изобретении, включенном посредством ссылки, должна соответствовать значению, наиболее совместимому с конкретными концепциями, раскрытыми в настоящем документе.

[0069] Несмотря на то, что подробно было раскрыто несколько примеров, следует понимать, что раскрытые примеры могут быть модифицированы. Следовательно, вышеприведенное описание следует рассматривать как неограничивающее.

1. Способ совмещения пластин, включающий в себя следующее: выполняют первый поворотный вырез, первый стопорный вырез и первый смещающий вырез в первой пластине с привязкой к первым объектам, сформированным на или в первой пластине; выполняют второй поворотный вырез, второй стопорный вырез и второй смещающий вырез во второй пластине с привязкой ко вторым объектам, сформированным на или во второй пластине; устанавливают первую пластину в совмещающем устройстве, при этом в первый поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а в первый стопорный вырез входит одноконтактный элемент; устанавливают вторую пластину в совмещающем устройстве, при этом во второй поворотный вырез входит двухконтактный элемент, а во второй стопорный вырез входит одноконтактный элемент; и прикладывают смещающее усилие к поверхностям первого и второго смещающих вырезов, чтобы совместить первые объекты со вторыми объектами.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя скрепление первой пластины со второй пластиной после совмещения первого и второго объектов.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя прикрепление промежуточного элемента к первой пластине до совмещения, причем вторая пластина скреплена с промежуточным элементом.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя выполнение первого и второго поворотных вырезов, первого и второго стопорных вырезов и первого и второго смещающих вырезов с использованием, по меньшей мере, лазерной резки.

5. Способ по п. 4, в котором первый и второй объекты включают в себя структурированные матрицы или контрольные метки, расположенные в структурированных матрицах или рядом с ними.

6. Способ по п. 1, в котором смещающее усилие прикладывают посредством подпружиненного толкателя, который контактирует с поверхностями первого и второго смещающих вырезов.

7. Способ по п. 1, в котором за счет приложения смещающего усилия первую и вторую пластины поворачивают вокруг центра поворота, определяемого двухконтактным элементом и первым и вторым поворотными вырезами, до тех пор, пока одноконтактный элемент не упрется в стопорную поверхность каждого из первого и второго стопорных вырезов.

8. Способ по п. 1, в котором положения совмещения первой и второй пластин определяют двухточечным контактом поворотных вырезов с двухконтактным элементом и одноточечным контактом стопорных вырезов с одноконтактным элементом.

9. Способ по п. 8, в котором первый и второй смещающие вырезы выполнены на разных расстояниях от первого и второго объекта соответственно.

10. Пластина с вырезами для совмещения со второй пластиной, причем пластина содержит поворотный вырез, выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в пластине, стопорный вырез, находящийся приблизительно напротив поворотного выреза и выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в пластине, и смещающий вырез, находящийся на стороне пластины между поворотным вырезом и стопорным вырезом и в месте, где смещающее усилие, прикладываемое к смещающему вырезу, будет приводить поворотный вырез в двухточечный контакт с двухконтактным совмещающим элементом установочного приспособления, а также приводить стопорный вырез в одноточечный контакт с одноконтактным совмещающим элементом установочного приспособления.

11. Пластина по п. 10, в которой поворотный вырез имеет внутренний угол, составляющий от приблизительно 50 до приблизительно 70 градусов.

12. Пластина по п. 10, в которой стопорный вырез имеет стопорную поверхность, ориентированную поперечно внешнему периметру пластины.

13. Пластина по п. 10, отличающаяся тем, что пластина имеет круглую форму, а смещающий вырез расположен в месте, находящемся в интервале от приблизительно 30 до приблизительно 40 градусов от стопорной поверхности стопорного выреза.

14. Пластина по п. 10, отличающаяся тем, что пластина содержит стекло, при этом объект содержит по меньшей мере две контрольные метки, отображаемые при выполнении надрезов.

15. Система совмещения пластин, содержащая вырезающую станцию для выполнения вырезов в первой и второй пластинах, причем вырезы в каждой пластине включают в себя поворотный вырез, выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в соответствующей пластине, стопорный вырез, находящийся напротив поворотного выреза и выполненный с привязкой к объекту, сформированному на или в соответствующей пластине, и смещающий вырез, находящийся на боковой стороне соответствующей пластины между поворотным вырезом и стопорным вырезом и в месте, где смещающее усилие, приложенное к смещающему вырезу, будет приводить поворотный вырез соответствующей пластины в двухточечный контакт с двухконтактным совмещающим элементом установочного приспособления, а также приводить стопорный вырез соответствующей пластины в одноточечный контакт с одноконтактным совмещающим элементом установочного приспособления, установочное приспособление для совмещения объектов первой и второй пластин друг с другом, содержащее двухконтактный совмещающий элемент, выполненный с возможностью вхождения в контакт с поворотными вырезами пластин, одноконтактный совмещающий элемент, выполненный с возможностью вхождения в контакт со стопорными вырезами пластин, и смещающий элемент, выполненный с возможностью приводить поворотные вырезы в контакт с двухконтактным совмещающим элементом, а стопорные вырезы в контакт с одноконтактным элементом, и скрепляющую станцию для скрепления первой пластины со второй пластиной после совмещения.

16. Система по п. 15, в которой вырезающая станция содержит систему обнаружения для обнаружения и определения местоположения объектов первой и второй пластин для выполнения вырезов.

17. Система по п. 16, в которой система обнаружения содержит камеру, а объекты включают в себя контрольные объекты, сформированные на или в пластинах и обнаруживаемые камерой.

18. Система по п. 15, в которой скрепляющая станция содержит лазер для сваривания в совмещенном положении второй пластины с первой пластиной.

19. Система по п. 18, в которой предусмотрен промежуточный элемент, прикрепляемый к первой пластиной после выполнения вырезов в первой пластине, при этом вторая пластина является прикрепляемой к промежуточному элементу после совмещения.

20. Система по п. 15, в которой установочное приспособление выполнено с возможностью его помещения, вместе с совмещенными пластинами, в скрепляющую станцию.