一种转盘式自动化取样装置及取样方法与流程

1.本发明涉及自动化实验技术领域，尤其是一种转盘式自动化取样装置及取样方法。


背景技术：

2.自2019年年末，新冠疫情持续影响着人们工作与生活，目前自动化实验室或者车间中对于液体试剂的实验一般是人工操作反应，很多实验对于环境的密封有要求，这就意味着不能过多的人员参与其中，针对这种化学实验室中不能聚集大量工作人员的情况，有必要实现一种全自动化的实验室或者车间设备。
3.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种转盘式自动化取样装置及取样方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种转盘式自动化取样装置，包括转盘、反应釜、试剂瓶、瓶口对接机构和控制器；所述转盘上设置有多个试剂瓶，且每个试剂瓶预设置为废料瓶或者取样瓶；所述瓶口对接机构包括升降电机和瓶口对接器，所述反应釜通过蠕动泵与管路连接至瓶口对接器，所述瓶口对接器选择性地与试剂瓶口对接密封连通；所述瓶口对接器设置有摄像头，被配置为识别试剂瓶的图像；所述控制器被配置为根据所述图像识别所述试剂瓶为废料瓶或取样瓶；所述控制器还被配置为控制转盘的转速；所述控制器还被配置为根据摄像头识别的液位水平控制升降电机的升降和反应釜泵送液体的速度。
6.本发明通过上述方案，实现了自动化识别试剂瓶，自动化泵送液体；外加图像的识别，可以更精确可靠的实现装置的运转。
7.本发明优选的一种实施方式，所述控制器被还被配置为当所述摄像头识别试剂瓶口到位置后，停止转盘转动，并控制升降电机下降所述瓶口对接器以对接所述试剂瓶口。
8.通过摄像头的识别瓶口位置，可以准确实现对接，便于控制泵送液体，通过检测到位信号自动实现停转、对接和泵送功能。
9.本发明一种优选的实施方式，所述试剂瓶的种类识别根据瓶号来实现。
10.根据识别瓶号来判断试剂瓶的功能，如废液瓶，取样瓶，识别更加可靠。
11.本发明一种优选的实施方式，当为排废料工序时，当控制器识别当前所述试剂瓶号为废液瓶时，发出排液指令，当控制器识别当前所述试剂瓶号为取样瓶时，发出切换下一个瓶口对象的指令；直至判断废液已排完或废液瓶数量为预设数量为止。
12.在排废料程序时，可以实现连续的排废液操作，当为取样瓶时跳过该试剂瓶，更加
智能化。
13.本发明一种优选的实施方式，还包括终止液容器，所述终止液容器通过蠕动泵与管路与所述瓶口对接器连通。
14.通过终止液来终止反应的，基于工艺，有的样品在终止之前是一直在反应的，需要终止反应才能检测，通过添加终止液将反应停止并进行下一步检测。
15.本发明一种优选的实施方式，当为取样工序时，当控制器识别当前所述试剂瓶为取样瓶时，发出泵送反应液指令，当控制器识别当前所述试剂瓶为废液瓶时，发出切换下一个瓶口对象的指令；当控制器识别当前所述试剂瓶号为已经出现过的取样瓶时，发出泵送终止液的指令，直至判断取样瓶数量为预设数量的2倍为止。
16.取样工序时，当取样瓶循环一周为默认的反应周期，则根据第二次的出现添加终止液，同时控制器控制转盘速度以控制反应周期时间，以到达最佳反应。
17.本发明还涉及一种转盘式自动化取样方法，包括取样装置，包括如下步骤：1.1）将变量“检测瓶号”自加一用来切换瓶口对象；1.2）判断“单次取样配置”中的“取样瓶定义”里“检测瓶号”所对应的取样瓶是否为废料瓶或取样瓶，若不是则跳转至步骤 1.1切换下一个瓶口对象；若是则开始排废料或泵送反应液；1.3）将转盘位置移动到“检测瓶号”所对应的瓶口位置，若还未移动到则关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升，防止溶液流出;1.4）当转盘位置已移动到瓶口位置后根据“瓶子检测信号”来判断下方是否存在瓶子，若不存在则跳转步骤至1.1）来寻找下一个瓶子；1.5）判断当前试剂瓶是否已排完废料或者已经是最后一个取样瓶，若已完成则结束该流程，若还未排完则进入下一步骤；1.6）判断当前排出的体积是否已超出当前瓶子在该程序下，可接收体积的上限或是否接收到“瓶子到达液位上限”信号，若已超出上限或接收到信号则关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升并跳转至步骤 1.1切换下一个可用的试剂瓶；若还未超出上限则继续泵送。
18.通过本发明的取样方法，可以实现自动判断，自动取样，自动排废液等系列操作，解放了大量实验人员非必要的参与，减少了人员聚集以及劳动强度，提高检测准确度和效率。
19.本发明一种优选的实施方式，还包括清洗步骤，所述清洗步骤在所有步骤之前，清洗步骤为：使溶液在管路中循环将管路清洗干净，循环此操作等待时间到达
‘
清洗时间’后，清洗完成。
20.清洗操作为下一步的循环进行准备，通过溶液在管路中循环达到清洗效果。
21.本发明一种优选的实施方式，还包括添加终止液的步骤1.7）：判断该取样瓶类型是否为第二次出现的取样瓶，若是，则判断第二次出现取样瓶的距离第一次出现的时间间隔是否为预设时间t，若为t则添加终止液，如不为t则控制转盘速度和泵送速度，以使得时间间隔为预设时间t。
22.反应如不及时终止，会继续反应，而将反应停止在最佳时刻是必要的，便于提升检测的精度，通过判断时间再反馈给控制器来调节泵送速度和转盘速度精准实现反应时间的
控制。
23.本发明一种优选的实施方式，还包括步骤1.8）：判断“检测瓶号”所对应的瓶口是否为已经完成程序的瓶口，若是则将转盘移动至该瓶口位置，方便操作人员拿取废料瓶和取样瓶。
24.当所有工序完成时，可以提醒操作人员取走废料瓶或取样瓶，人员参与环节少。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1.本发明实现了自动化识别试剂瓶，自动化泵送液体；外加图像的识别，可以更精确可靠的实现装置的运转，可以实现自动判断，自动取样，自动排废液等系列操作，解放了大量实验人员非必要的参与，减少了人员聚集以及劳动强度，提高检测准确度和效率。
26.2.通过摄像头的识别瓶口位置，可以准确实现对接，便于控制泵送液体，通过检测到位信号自动实现停转、对接和泵送功能。
27.3.根据识别瓶号来判断试剂瓶的功能，如废液瓶，取样瓶，识别更加可靠。
28.4.在排废料程序时，可以实现连续的排废液操作，当为取样瓶时跳过该试剂瓶，更加智能化。
29.5.通过终止液来终止反应的，基于工艺，有的样品在终止之前是一直在反应的，需要终止反应才能检测，通过添加终止液将反应停止并进行下一步检测。
30.6.取样工序时，当取样瓶循环一周为默认的反应周期，则根据第二次的出现添加终止液，同时控制器控制转盘速度以控制反应周期时间，以到达最佳反应。
31.7.通过判断时间再反馈给控制器来调节泵送速度和转盘速度精准实现反应时间的控制。
32.附图说明
33.图1为本发明装置的整体结构示意图。
34.图中：1、转盘；2、步进电机；3、试剂瓶；4、升降电机；5、转盘齿轮；6、电机齿轮；7、反应釜；8、蠕动泵a；9、阀b；10、蠕动泵b；11、阀a；12、终止液容器；13、瓶口对接器。
35.具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、
ꢀ“
顶”、“底”、“内”、
ꢀ“
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.实施例一：请参照图1，公开了一种转盘式自动化取样装置，包括转盘1、反应釜7、试剂瓶3、瓶
口对接机构和控制器（图中未示出）；所述转盘1上设置有多个试剂瓶3，且每个试剂瓶3预设置为废料瓶或者取样瓶；所述瓶口对接机构包括升降电机4和瓶口对接器13，所述反应釜7通过蠕动泵a8与管路连接至瓶口对接器13，所述瓶口对接器13选择性地与试剂瓶3口对接密封连通；所述瓶口对接器13设置有摄像头，被配置为识别试剂瓶3的图像；所述控制器被配置为根据所述图像识别所述试剂瓶3为废料瓶或取样瓶；所述控制器还被配置为控制转盘1的转速；所述控制器还被配置为根据摄像头识别的液位水平控制升降电机4的升降和反应釜泵7送液体的速度。
39.具体而言，所述管路穿过瓶口对接器13，在瓶口对接器13对接试剂瓶后伸出的一段管路可插入试剂瓶中；优选地，瓶口对接器13为柔弹性材料制成，形状为与试剂瓶口相适配。
40.具体而言，转盘1包括多个容纳槽，用于容纳试剂瓶3；转盘1的底部设置有转盘齿轮5，其通过电机齿轮6与步进电机2驱动连接。所述步进电机2与控制器通信连接，或者电连接。
41.具体而言，反应釜7通过蠕动泵a8和阀b9与瓶口对接器13连接。
42.本发明通过上述方案，实现了自动化识别试剂瓶，自动化泵送液体；外加图像的识别，可以更精确可靠的实现装置的运转。
43.优选地，可以通过监控蠕动泵的转动圈数来计量体积。
44.优选地，所述控制器被还被配置为当所述摄像头识别试剂瓶口到位置后，停止转盘1转动，并控制升降电机4下降所述瓶口对接器以对接所述试剂瓶口。
45.通过摄像头的识别瓶口位置，可以准确实现对接，便于控制泵送液体，通过检测到位信号自动实现停转、对接和泵送功能。
46.优选地，所述试剂瓶的种类识别根据瓶号来实现。
47.根据识别瓶号来判断试剂瓶的功能，如废液瓶，取样瓶，识别更加可靠。
48.优选地，当为排废料工序时，当控制器识别当前所述试剂瓶号为废液瓶时，发出排液指令，当控制器识别当前所述试剂瓶号为取样瓶时，发出切换下一个瓶口对象的指令；直至判断废液已排完或废液瓶数量为预设数量为止。
49.在排废料程序时，可以实现连续的排废液操作，当为取样瓶时跳过该试剂瓶，更加智能化。
50.优选地，还包括终止液容器12，所述终止液容器通过蠕动泵b10与管路与所述瓶口对接器连通。
51.通过终止液来终止反应的，基于工艺，有的样品在终止之前是一直在反应的，需要终止反应才能检测，通过添加终止液将反应停止并进行下一步检测。
52.优选地，当为取样工序时，当控制器识别当前所述试剂瓶为取样瓶时，发出泵送反应液指令，当控制器识别当前所述试剂瓶为废液瓶时，发出切换下一个瓶口对象的指令；当控制器识别当前所述试剂瓶号为已经出现过的取样瓶时，发出泵送终止液的指令，直至判断取样瓶数量为预设数量的2倍为止。
53.取样工序时，当取样瓶循环一周为默认的反应周期，则根据第二次的出现添加终
止液，同时控制器控制转盘速度以控制反应周期时间，以到达最佳反应。
54.此外，优选地，本发明还可以联网自动读取取样配方，根据配方进行动态自动取样。
55.实施例二本发明还涉及一种转盘式自动化取样方法，包括实施例一中的取样装置，取样器配置说明配置取样器参数(包含基础结构配置及单次取样配置，也可不修改使用默认值)基础结构:总通道数int(取样器上的瓶口总数量：默认为8)通道起始步数int(瓶口1对应的步进电机步数:默认0)结束通道步数int(最后末尾瓶口对应的步进电机步数：默认5164)单次取样配置：排料速度float(配置排料时蠕动泵旋转速度：默认150/min)废料排出体积float(单次取样中要排出废料的体积：默认120ml)单瓶体积量float(单个取样瓶最多能接收的体积量：默认80ml)清洗时间int(设定清洗时间：默认1min)取样瓶定义intarray(取样瓶数组定义每个取样瓶的功能)取样瓶1int(0-代表不使用的闲置瓶口1-该瓶口为取样瓶2-该瓶口为废料瓶3-该瓶口为取样瓶并添加终止液)取样瓶2int(0-代表不使用的闲置瓶口1-该瓶口为取样瓶2-该瓶口为废料瓶3-该瓶口为取样瓶并添加终止液)取样瓶3int(0-代表不使用的闲置瓶口1-该瓶口为取样瓶2-该瓶口为废料瓶3-该瓶口为取样瓶并添加终止液)流程0：复位0.1将所有蠕动泵、阀门、升降电机停止并复位。
56.0.2用步进电机控制转盘旋转一周。并时刻判断是否接收到零点位置信号。若接收到信号则进入下一步骤，若一周旋转完还未接收到零点信号则跳转至下一流程。
57.0.3将步进电机当前位置设置为零点位置用以校准零位。校准完毕后进入下一流程。
58.流程1：排废料1.1定义局部变量“检测瓶号”并设定初始值为0。该变量用于后续选择判断瓶口对象。
59.1.2等待清洗完成，若清洗步骤未完成则开启阀门2和蠕动泵1使溶液在管路中循环将管路清洗干净。循环此操作等待时间到达“单次取样配置”中的
‘
清洗时间’后清洗就算完成。
60.1.3将变量“检测瓶号”自加一用来切换瓶口对象。
61.1.4若变量“检测瓶号”大于“总瓶口数量”则意味着没有多余的废料瓶，则跳转至下一流程结束该流程。
62.1.5判断“单次取样配置”中的“取样瓶定义”里“检测瓶号”所对应的取样瓶是
否为废料瓶，若不是则跳转至步骤1.3切换下一个瓶口对象。若是则进入下一步骤开始排废料1.6将转盘位置移动到“检测瓶号”所对应的瓶口位置，若还未移动到则关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升，防止溶液流出。
63.1.7当转盘位置已移动到瓶口位置后根据“瓶子检测信号”来判断下方是否存在瓶子，若不存在则跳转步骤至1.3来寻找下一个瓶子。
64.1.8判断当前废料瓶是否已排完废料若已完成则跳转到下一流程结束该流程，若还未排完则进入下一步骤。
65.1.9判断当前排出的体积是否已超出当前瓶子可接收体积的上限或是否接收到“瓶子到达液位上限”信号，体积上限在“单次取样配置”中的“单瓶体积量”设置。若已超出上限或接收到信号则关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升并跳转至步骤1.3切换下一个可用的废液瓶。若还未超出上限则进入下一步骤继续排料。
66.1.10先将升降电机向下移动，将排料口伸入瓶口后开启阀门2并将蠕动泵1转速设定为“单次取样配置”中的“排料速度”速度，将溶液从反应釜打入至废料瓶中。当排出的体积达到设定排废料体积后将废料是否排完状态更改为已完成。
67.流程2：开始取样2.1定义局部变量“检测瓶号”并设定初始值为0。该变量用于后续选择判断瓶口对象。
68.2.2将变量“检测瓶号”自加一用来切换瓶口对象。
69.2.3若变量“检测瓶号”大于“总瓶口数量”则意味着没有取样瓶可以用来取样，则跳转至下一流程结束该流程。
70.2.4判断“单次取样配置”中的“取样瓶定义”里“检测瓶号”所对应的取样瓶是否为取样瓶或为取样瓶并添加终止液，若不是则跳转至步骤2.2切换下一个瓶口对象。若是则进入下一步骤判断取样是否完成2.5判断取样是否完成，若取样已完成则先关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升后跳转至流程3。若未完成则进入下一步骤。
71.2.6将转盘位置移动到“检测瓶号”所对应的瓶口位置，并判断是否已移动到若还未移动到则若还未移动到则关闭所有阀门和蠕动泵后将升降电机上升，防止溶液流出。
72.2.7当转盘位置已移动到瓶口位置后根据“瓶子检测信号”来判断下方是否存在瓶子，若不存在则跳转步骤至2.2来寻找下一个瓶子。
73.2.8若下方存在瓶子则判断是否接收到“瓶子到达液位上限”信号，若接收到信号则将取样状态更改为已完成。来防止溶液溢出。若未接收到则进入下一步骤继续取样。
74.2.9将先将升降电机下降后开启阀门2和蠕动泵1将溶液打入取样瓶中进行取样。并判断取样瓶内溶液已到达设定取样体积，若已达到则关闭阀门2和蠕动泵1后进入下一步骤。
75.2.9判断该取样瓶类型是否为“取样瓶并添加终止液”开启蠕动泵2将终止液打入取样瓶内后进入下一步骤。
76.2.10先关闭所有阀门和蠕动泵并将升电机上升最后将取样状态更改为已完成。
77.流程3：结束取样3.1 定义局部变量
ꢀ“
检测瓶号
”ꢀ
并设定初始值为0。该变量用于后续选择判断瓶口对象。
78.3.2 将变量
ꢀ“
检测瓶号
”ꢀ
自加一 用来切换瓶口对象。
79.3.3 若变量
ꢀ“
检测瓶号
”ꢀ
大于
ꢀ“
总瓶口数量
”ꢀ
则意味着 没有找到闲置瓶口，则将转盘移动到瓶口1的位置 并结束该流程。
80.3.4 判断“检测瓶号”所对应的瓶口是否为闲置瓶口，若是则将转盘移动至该瓶口位置，方便操作人员拿取废料瓶和取样瓶。
81.若在取样过程中转盘被人为移动或在移动中断电，则在对应的流程中会将所有阀门与蠕动泵复位 并将转盘重新移动到指定位置后继续工作尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。