全自动非接触式激光打孔机的制作方法

本实用新型涉及生物样本采集卡制作技术领域，具体涉及用于生产生物样本采集卡的全自动非接触式激光打孔机。

背景技术：

随着新生儿耳聋基因筛查及HPV普查推广，将样本储存于预制卡片的方式因为取样及运输方便操作，同时成本低廉，卡片类型的样本量日益增多。但现有生物样品采集卡绝大多数都是通过机械式打孔方式获取样本，无法满足增长的样本量处理需求。

现有技术中，采用机械打孔的方式生产生物样品采集卡，容易造成样品污染，且切割过程中产生絮状碎屑；另外，机械式打孔取样无配套自动化取样装置，无法实现无人值守工作模式，故效率及处理通量不高。

技术实现要素：

本申请提供一种无污染及自动化高的全自动非接触式激光打孔机。

一种实施例中提供一种全自动非接触式激光打孔机，包括：

基座；

激光器，安装在基座上，用于发射切割激光；

振镜系统，安装在激光器的发射端上，包括入射端和可移动的出射端，振镜系统的入射端与激光器的发射端对接安装，振镜系统的出射端用于控制激光切割路径；

机械爪取样系统，安装在基座上，包括可移动的机械手，机械手用于将卡片样本抓取至与振镜系统的出射端相对的切割区打孔；

上下料系统，安装在基座上，包括可移动的装夹盒，装夹盒沿移动方向设有若干个并排的用于卡装卡片样本的卡槽，卡槽开口面向机械手设置。

进一步地，机械爪取样系统还包括机械手驱动件，机械手驱动件安装在基座上，机械手安装在机械手驱动件的输出端上，机械手驱动件驱动机械手在切割区和上下料区交替运动。

进一步地，机械爪取样系统还包括直线导轨，机械手可移动的安装在直线导轨上，直线导轨的一端位于切割区位置，另一端与装夹盒对接

进一步地，上下料系统还包括升级支架和升级驱动件，升级驱动件安装在基座上，升级支架竖直安装升级驱动件的输出端上，装夹盒可拆卸的卡接在升级支架上，升级驱动件驱动升级支架带动装夹盒升级上下料。

进一步地，全自动非接触式激光打孔机还包括摄像头和中央处理器，摄像头面向切割区设置，摄像头用于拍摄位于切割区的卡片样本，并将图像传送给中央处理器，中央处理器用于获取图像及识别卡片样本的位置，并控制振镜系统出射端的定位及切割轨迹。

进一步地，全自动非接触式激光打孔机还包括样品收集系统，样品收集系统包括可移动的收集盒，收集盒位于切割区的下方，并具有若干个阵列的用于收集样品的收集孔。

进一步地，卡片样本上具有切割取样区和识别码粘贴区。

进一步地，全自动非接触式激光打孔机还包括条码识别模块，条码识别模块与中央处理器信号连接，条码识别模块的读取端面向机械手抓取卡片样本的移动路径设置，条码识别模块用于将读取卡片样本上的识别码并将读取信息传送给中央处理器。

进一步地，全自动非接触式激光打孔机还包括自动除尘抽滤系统，包括除尘吸附端，除尘吸附端面向切割区设置。

进一步地，全自动非接触式激光打孔机还包括冷却循环系统，包括冷却吸热端，冷却吸热端靠近激光器和切割区设置。

依据上述实施例的全自动非接触式激光打孔机，由于采用激光打孔切割卡片样本，激光切割出的样本无机械接触，非接触式切割的样品无污染，尤其是在生化领域，非接触式无污染生产更为安全可靠；并且，振镜系统通过可移动的出射端控制激光的切割路径，机械爪取样系统通过可移动的机械手快速抓取卡片样本，具备高效的自动化生产能力，实现了无人值守自动取样加工，极大的节约了成本。

附图说明

图1为本实施例中全自动非接触式激光打孔机的正视结构示意图；

图2为本实施例中全自动非接触式激光打孔机的局部俯视结构示意图；

图3为本实施例中上下料系统的侧视结构示意图；

图4为本实施例中控制部分的结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供了一种全自动非接触式激光打孔机，本打孔机设有激光器，激光器通过发射激光切割纸质的卡片样本生产样品，卡片样本可为法医DNA痕量卡、FTA卡、DBS干血片卡或其他生化高通量卡片。

如图1所示，本实施例的全自动非接触式激光打孔机主要包括激光器1、振镜系统2/机械爪取样系统3和上下料系统4。

激光器1为半导体冷光源激光器，优选为，用短脉冲(飞秒级)DPSS型紫外(355nm)激光器，用其在材料加工处理中产生热影响区较小，同时具有灵活的加工控制的特点服务于生物纸质样品取样，可以得到不同形状及尺寸大小的样本。在其他实施例中，可选用其他冷光源作为切割介质。

本实施例中，激光器1通过安装架91安装在基座9上，安装架91包括支撑板、固定柱和升降柱，支撑板通过固定柱安装在基座9上，激光器1通过升级柱可升级调节的安装在支撑板上，可升级调节可通过螺纹及旋转连接设置实现。安装后的激光器1的发射端水平设置。

振镜系统2安装在激光器1的发射端上。振镜系统2包括入射端、反光镜、透镜、出射端和驱动件等部件，其中出射端为可水平移动的设置，驱动件与出射端连接，用于驱动出射端的水平移动，即用于控制激光的切割路径。振镜系统2的入射端与激光器1的发射端对接安装在一起，使得振镜系统2的入射端位于激光器1发射激光的光路上。振镜系统2的出射端垂直向下设置，出射端的下方对应的区域为切割区。

如图2所示，机械爪取样系统3包括机械手31、机械手驱动件32和直线导轨33。直线导轨33通过支架水平悬空安装在基座9上，其一端位于振镜系统2的出射端相对的切割区，另一端与上下料系统3的装夹盒对接，直线导轨33用于承托卡片样本10，加工过程中，卡片样本10从直线导轨33的一端移动至切割区。机械手驱动件32包括驱动电机和直线传动轴，机械手驱动件32通过支架安装在基座9上，机械手驱动件32的输出端(直线传动轴)与机械手31连接，机械手驱动件32驱动机械手31抓取卡片样本10沿着直线导轨33在上下料位和切割位之间交替移动。并且，机械手31包括装夹驱动件和夹爪，装夹驱动件驱动夹爪装夹卡片样本10。在其他实施例中，机械手驱动件32也可为气缸，机械手31直接安装在气缸的输出轴上。

如图2和图3所示，本实施例中，上下料系统4包括升降支架41、装夹盒42和升降驱动件43。升降驱动件43竖直安装在基座9上，升降支架41安装在升降驱动件43上，升降驱动件43驱动升降支架41沿着Z轴升降移动，装夹盒42卡接可拆卸的安装在升降支架41上。

具体的，升降支架41包括下挡板、上挡板和侧板，装夹盒42卡接在下挡板和上挡板之间，为了更好的定位固定装夹盒42，在侧板的上下两端分别镶嵌有磁体或可磁性的金属，在装夹盒42相对的面上设有可磁性的金属或磁体，使得装夹盒42通过磁吸固定在升降支架41上。

装夹盒42为侧面具有开口的竖直长条箱体，装夹盒42的开口面向机械手31设置，并与直线导轨33对接。装夹盒42沿着长度方向(即移动方向)设有若干个并排的卡槽，每个卡槽用于卡装一个卡片样本10，为了将所有卡片样本10定位在装夹盒42内，即所有的卡片样本10在竖直方向对齐，在装夹盒42的底部设有竖直的定位条，卡片样本10插入到卡槽内直至与定位条接触，完成定位卡装。装夹盒42的侧面还安装有把手，方便装夹盒42的拆装。

本实施例中，全自动非接触式激光打孔机还包括摄像头5和中央处理器6，摄像头5安装在基座9上，摄像头5面向切割区设置，摄像头5用于拍摄位于切割区待切割的卡片样本10，摄像头5与中央处理器6信号连接，摄像头5拍摄的图像传送给中央处理器6，中央处理器6还与振镜系统2的驱动件连接，中央处理器6将获取的图像通过计算得出卡片样本10的位置坐标，再结合预存储的切割轨迹程序控制振镜系统2的驱动件驱动出射端水平移动切割出样品。

本实施例中，全自动非接触式激光打孔机还包括样品收集系统7，样品收集系统7包括收集盒71和收集驱动件72，收集驱动件72安装在基座9上，收集驱动件72包括X轴和Y轴方向的导轨和驱动件，收集盒71安装在收集驱动件72上，并位于切割区的下方，即位于直线导轨33的下方。收集盒71上设有若干个收集孔，收集驱动件72可驱动收集盒71的平面移动，以使得收集盒71的收集孔对准切割区切下的样品。具体的，收集盒71包括收集板、定位块、固定板和安装组件，收集板为96孔的样品接收PCR板或96孔的样品接收深孔板，收集盒71可根据切割样品的尺寸选择收集板的种类及大小。

如图2所示，卡片样本10包括切割区10a和识别码粘贴区10b，切割区10a用于切割出样品，识别码粘贴区10b用于粘贴识别卡片样本10信息的条形码或二维码。在直线导轨33的上方和下方分别安装有一个条码识别模块8，条码识别模块8的扫描读取端面向直线导轨33设置，即条码识别模块8可扫描经过直线导轨33的卡片样本10，读取卡片样本10的信息，条码识别模块8与中央处理器6信号连接，将读取的信息传送给卡片样本10，中央处理器6根据获取的卡片样本10的信息识别出卡片样本10的类型，以控制振镜系统2切割出对应尺寸大小的样本。

本实施例中，全自动非接触式激光打孔机还包括自动除尘抽滤系统和冷却循环系统(图中未示出)，自动除尘抽滤系统包括除尘吸附端和除尘驱动件，除尘驱动件为真空吸附泵，或者除尘驱动件为风机，除尘吸附端与除尘驱动件连接，除尘驱动件面向切割区设置，用于吸附切割过程中产生的粉尘和碎屑，以维护打孔机的清洁，有效防止粉尘和碎屑进入到部件内部影响生产精度。

冷却循环系统包括吸热端和换热器，吸热端通过管道与换热器连接，吸热端面向激光器1和切割区设置，吸热端靠近打孔机上的两个热源，以降低整机的温度。

本实施例中，全自动非接触式激光打孔机还包括机壳，机壳安装在基座9上，机壳包裹住位于基座9上的所有组件，围合成一个封闭的加工环境，也提高了自动除尘抽滤系统的除尘效果和冷却循环系统的冷却效果。

如图4所示，中央处理器6分别与摄像头5、条码识别模块8、控制振镜系统2内的驱动件、机械手驱动件32、机械手31上的装夹驱动件、升降驱动件43和收集驱动件72信号连接，中央处理器6控制整个打孔机的自动化打孔生产。

本实施例的打孔机的生产步骤如下：

S001：上料；

人工将若干卡片样本10放入到装夹盒42内，再将装满有卡片样本10的装夹盒42卡装在升降支架41上，并通过磁铁定位吸附固定。

升降驱动件43驱动升降支架41带动装夹盒42移动至上料位，等待机械手31抓取卡片样本10。其中，上料位为装夹盒42最上端的卡片样本10与机械手31对齐。

S002：抓取卡片样本；

机械手驱动件32驱动机械手31沿着直线导轨33移动至上料位并抓取卡片样本10。

S003：信息读取；

机械手31抓取卡片样本10沿着直线导轨33向切割区移动，过程中经过条码识别模块8识别区，条码识别模块8扫描卡片样本10上的条码信息，并传送给中央处理器6，中央处理器6根据获取的信息选择对应的加工轨迹。

S004：切割定位；

机械手31抓取卡片样本10移动至切割区，摄像头5进行拍照，并把图像传送给中央处理器6，中央处理器6根据图像计算出卡片样本10的精确坐标，调整振镜系统2的初始加工位置。

S005：切割生产；

定位后，激光器1发射激光，振镜系统2的驱动件控制出射端移动，使得激光安装预设轨迹在卡片样本10上切割出样品。切割出的样品直接掉入下方的收集盒71内。

在持续加工过程中，振镜系统2需多次重新定位，收集驱动件72也驱动收集盒71移动至对应的收集位收集切割掉落的样品。

S006：下料。

待卡片样本10切割完后，机械手31将切割后的卡片样本10抓取移动回装夹盒42的卡槽内，升降驱动件43驱动升降支架41带动装夹盒42往上移动一格，使得第二个卡片样本10移动至上料位待机械手31抓取。

再重复上述步骤切割第二个卡片样本10，依次类推，实现自动化激光非接触式切割生产，加工期间同时运行自动除尘抽滤系统和冷却循环系统，保证整机干净及防止高温影响加工精度。

本实施例提供的全自动非接触式激光打孔机，由于采用冷光源激光切割纸质的卡片样本10，激光切割出的样本无机械接触，非接触式切割的样品无污染，尤其是在生化领域，非接触式无污染生产更为安全可靠；并且，振镜系统2通过可移动的出射端控制激光的切割路径，机械爪取样系统3通过可移动的机械手31快速抓取卡片样本10，具备高效的自动化生产能力，实现了无人值守自动取样加工，极大的节约了成本。

具体的，本全自动非接触式激光打孔机由于使用激光切割(220V市电)，单个样本切割时长<1s，无需额外耗材使用，安全无污染。振镜系统2提供高精度切割模板，切割样本尺寸精度可达0.05mm，并可在不改变硬件配置情况下，使用软件设置不同尺寸规格模板，操作员将样品放入进样槽后，即可实现无人值守自动取样。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。