一种移液枪量程调节方法及调节装置与流程

本发明涉及实验仪器操作领域，具体涉及一种移液枪量程调节方法和调节装置。

背景技术：

移液枪是一种实验室中进行少量或微量液体精确移取的仪器。在使用时，往往会由于操作人员长时间工作产生疲劳或不同操作人员读数习惯的差异，造成取液过程中的误差。为了提升移液枪取液的准确性同时提高工作效率，越来越多的实验室采用机器设备来进行移液枪的自动化操作。

由于每次移液时，所需移液的量程不统一，所以移液枪的量程会时常根据需求进行调整。现在市面上常见的移液枪如赛默飞世尔科技、艾本德、吉尔森等品牌，都是通过旋转移液枪顶部的量程转盘来实现对移液枪量程的调节。

问题在于，现有机器设备操作移液枪时，通常只具有夹持和按压功能，无法对移液量程进行调节。在实际使用中，只能预先准备大量不同量程的移液枪，机器设备根据所需移液的体积来抓取相应量程的移液枪来进行移液操作，不仅仪器使用过程中容易出现取错移液枪的问题，而且造成整体使用成本偏高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种移液枪量程调节方法，通过采集移液枪刻度观察窗的图像，识别出当前移液枪的量程值，然后将量程转盘转动指定角度，使移液枪量程调整到预设的量程值，便于后续直接的操作使用。本申请还提供一种适用于上述移液枪量程调节方法的移液枪量程调节装置。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种移液枪量程调节方法，包括如下步骤：

在主控模块中设定预设量程值；

摄像头获取移液枪当前量程值的图像并发送给主控模块；

主控模块识别图像中的量程值；

主控模块根据当前量程值和预设量程值控制驱动部件转动量程转盘。

优选的，所述主控模块识别图像中的量程值步骤包括识别整数数值步骤和识别小数刻度数值步骤。

优选的，所述主控模块识别图像中的量程值包括如下步骤：

主控模块判断小数刻度是否为零：

如果是，对整数部分进行识别；

如果否，主控模块控制驱动部件转动量程转盘，然后从主控模块判断小数刻度是否为零步骤循环执行。

优选的，所述主控模块判断小数刻度是否为零步骤包括如下步骤：

获取小数刻度区的图像；

区分小数刻度区的图像中没有刻度线而呈现的亮部和刻度线呈现的暗部；

判断暗部是否关于刻度观察窗的中轴线对称。

优选的，所述判断暗部是否关于刻度观察窗的中轴线对称步骤包括如下步骤：

用m×n个等大的方块划分小数刻度区的图像，所述方块的边长大于图像中刻度线的宽度小于刻度线宽度的两倍，所述方块的列数大于或等于三列；

如果方块中亮部面积超过阈值，该方块用0记录；如果方块中亮部面积等于或小于阈值，该方块用1记录；从而将小数刻度区的图像转化为由0和1构成的m行n列的矩阵a；

求出矩阵a与预设的m×n矩阵的哈达马积，如果a*b的结果不为零矩阵，表明暗部没有位于刻度观察窗的中轴线上；如果a*b的乘积为零矩阵，表明暗部位移刻度观察窗的中轴线上。

优选的，在设定预设量程值前还包括如下步骤：

使移液枪的刻度观察窗与摄像头对齐；

固定移液枪的位置；

将移液枪的量程转盘与移液枪量程调节装置传动连接。

优选的，所述量程转盘和移液枪量程调节装置之间过盈配合。

本申请还提供一种移液枪量程调节装置，包括用于放置移液枪的支架，所述支架上设有用于捕捉移液枪量程值图像的摄像头和用于带动量程转盘的驱动部件；所述驱动部件设置在支架上方；所述摄像头和驱动部件均与主控模块电联接。

优选的，所述驱动部件包括由伺服电机驱动的夹持套管，所述夹持套管具有粗糙的内表面；所述伺服电机与主控模块电联接。

优选的，所述夹持套管为橡胶材质，所述夹持套管的内径小于量程转盘的直径。

本申请与现有技术相比，其有益效果为：

通过识别移液枪上的刻度得到当前移液枪的量程值，将量程转盘转动相应的角度，从而实现对移液枪的调节，从而可以使用一支移液枪满足不同量程的移液取样需求。进一步的，识别量程值和转动量程转盘还可以多次重复进行，从而实现更准确的量程调节。

虽然移液枪的整数值和小数值都是在移液枪的刻度观察窗中展示的，但是整数值通过数字展示，小数是通过可转动的小数刻度展示的。由于整数和小数的呈现方式不同，将整数的识别步骤和小数的识别分离开，分别采用相应的识别方法，可以实现更高效的识别操作。

当小数刻度不为零的时候，整数的数字也会偏离刻度观察窗一定角度，甚至会出现两个数字同时出现在刻度观察窗中的情况。因此在识别量程值时，先转动量程转盘使小数刻度的数值为零，确保整数部分的数字位于刻度观察窗正中，从而便于整数识别步骤的识别，提高数字的识别正确度和移液枪量程的调节效率。

移液枪的小数部分与刻度尺类似，通过等间距的线条来划分刻度，并以较长的线条来表示整数。现有的移液枪通常采用深色的刻度线标示在浅色的底上，通过鲜明的对比来提高辨识度。在判断小数刻度是否为零时，无需将所有刻度都捕捉并识别，只需通过色彩的明暗来确定较长的整数刻度线的位置即可，大大降低了装置进行判断时的数据处理量，优化了识别流程。

摄像头与刻度观察窗对齐，获取的图像不易发生倾斜畸变，保证了图像采样和识别效果。移液枪位置固定，避免在转动量程转盘时带动移液枪本体一齐转动，造成调节误差。

过盈配合能够使得量程转盘和移液枪量程调节装置之间配合得更稳固紧密，在转动时不易出现打滑的情况导致转动调节不到位。

夹持套管可以全方位地包裹住量程转盘，避免因为转动时作用力集中在量程转盘上留下划痕损伤。采用具有弹性的橡胶材质制备出的套管，在包裹夹持住量程转盘时不会卡得太紧，如果伺服电机出现意外转动过量，具有弹性的夹持套管与量程转盘之间能够发生相对转动，避免量程转盘转动超过极限造成移液枪损坏。

附图说明

图1为移液枪结构示意图；

图2为图1中刻度观察窗11的放大示意图；

图3为本发明移液枪量程调节装置的结构示意图；

图4为本发明移液枪量程调节装置的夹持套管装配示意图；

图5为本发明移液枪量程调节装置的电连接关系示意图；

图6为本发明移液枪量程调节方法流程示意图；

图7为本发明移液枪量程调节方法状态一的原理示意图；

图8为本发明移液枪量程调节方法状态二的原理示意图。

附图标记：移液枪1、刻度观察窗11、整数区111、小数刻度区112、量程转盘12、支架2、摄像头3、夹持套管4、伺服电机41、主控模块5。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

请参考图1和图2，现在在科研分析中广泛使用的移液枪1枪体上具有刻度观察窗11，枪体顶部设有量程转盘12。在使用移液枪1前，需一边观察刻度观察窗11中的量程数值，一边转动量程转盘12对移液枪的量程进行调节。刻度观察窗11包括整数区111和小数刻度区112两部分，读数时将整数区111显示的数字加上小数刻度区112的刻度对应的数值，即为当前移液枪1的量程。

请参考图3-5，本发明实施例提供一种移液枪量程调节装置，包括用于放置移液枪1的支架2，支架2上设有用于捕捉移液枪1量程值图像的摄像头3和用于带动量程转盘12的驱动部件；所述驱动部件设置在支架2上方；所述驱动部件包括由伺服电机41驱动的夹持套管4，夹持套管4为橡胶材质，具有粗糙的内表面；夹持套管4的内径小于量程转盘12的直径。摄像头3和伺服电机41均与主控模块5电联接。

请参考图6，本实施例还提供一种基于上述移液枪量程调节装置的移液枪量程调节方法，包括如下步骤：

使移液枪1的刻度观察窗11与摄像头3对齐；

在支架2上固定移液枪1的位置；

将移液枪1的量程转盘12与移液枪量程调节装置的夹持套管4传动连接，量程转盘12和夹持套管4之间过盈配合。

通过主控模块5预设好移液枪1在本次实验中需要的量程值；

摄像头3获取移液枪1当前量程值的图像；

获取到的当前量程值的图像中包含有小数刻度区112的图像；

主控模块5用等大的方块划分小数刻度区112的图像，所述方块的边长大于图像中刻度线的宽度小于刻度线宽度的两倍，所述方块的列数大于或等于三列；

用m×n个等大的方块划分小数刻度区112的图像，所述方块的边长大于图像中刻度线的宽度小于刻度线宽度的两倍，所述方块的列数大于或等于三列；

如果方块中亮部面积超过阈值，该方块用0记录；如果方块中亮部面积等于或小于阈值，该方块用1记录；从而将小数刻度区112的图像转化为由0和1构成的m行n列的矩阵a；

求出矩阵a与预设的m×n矩阵的哈达马积。矩阵b的行数和列数与矩阵a保持一致，矩阵b的第1行到n/2行(向下取整)符合如下规律：第1列到(m-1)/2列均为1，第(m+1)/2为0，第(m+3)/2列到第m列均为1；矩阵b的第(n/2+1)行到n行所有元素均为0。如果a*b的结果不为零矩阵，表明暗部没有位于刻度观察窗11的中轴线上，即小数刻度不为零；如果a*b的乘积为零矩阵，表明暗部位移刻度观察窗11的中轴线上，即小数刻度为零。

需要说明的是，为便于说明工作原理，本实施例中的阈值设置为三分之二；在不同实施例中，阈值可以根据移液枪的刻度线粗细以及相邻刻度线之间的间距而变动。本实施例中非整数刻度线的高度为整数刻度线的一半，因此矩阵b的结构从第n/2行和第(n/2+1)行进行划分；在其他实施例中，由于移液枪型号规格不同或摄像头3获得图样角度等情况，使得非整数刻度线的高度不为整数刻度线的一半时，矩阵b不同行的结构也相应进行调整。

请参考图7，摄像头3获得的小数刻度区112的图像7(a)，主控模块5用5×4个等大的方块将图像划分，得到图7(b)所示的方格图样，并根据方格中明暗的比例将其转变为0和1构成的图7(c)的矩阵a1。这样的好处在于，图像中所包含的信息量较大，在后续进行处理判断时如果一直带入图像信息，对主控模块5是较大的运算负担；采用信息量少的0和1来对图像信息进行记录，可以在保留有效信息的基础上大大减少需处理的信息量，提升主控模块5在调节过程中的处理运行效率。由于零刻度的刻度线长度比其他刻度线长一倍，因此转化为矩阵a后，只有零刻度线所在的列上所有数字均为1。本实施例中的矩阵b是根据生成的矩阵a的行数和列数设置的，用于满足与矩阵a相乘。矩阵b左侧均为0的列的数量以及中间均为0的行的数量并不固定，均可根据图像转化为矩阵a时的方块数量和精度进行调节适配。

请参考图7，当零刻度线转到刻度观察窗11的正中间时(即小数刻度为零)，乘积为零矩阵。请参考图8，当零刻度线偏离刻度观察窗11的正中间时(即小数刻度不为零)，由于矩阵a2中部分1在矩阵b中的对应元素不为零，

结果不为零矩阵。通过一次矩阵运算，将刻度线的位置信息进一步简化为了“是和否”的二元判断，便于主控模块5进行处理和控制。

如果小数刻度为零，主控模块5接下来对整数区111部分进行识别；如果小数刻度不为零，主控模块5控制夹持套管4转动量程转盘12，然后从摄像头3获取移液枪1当前量程值的图像步骤开始循环执行，直至小数刻度变为零。在本实施例中，夹持套管4驱动量程转盘12小幅转动后，摄像头3再次获取图像，最终使量程调整到预设值。在其他实施例中，摄像头3还可以持续不断地获取图像，从而主控模块5能够实时监控零度刻度线的位置并及时使夹持套管4停止转动。

在确定小数刻度为零后，主控模块5通过识别整数区111的数字图像获取当前量程的整数部分的值，然后根据当前量程值和预设量程值之间的差值控制夹持套管4将量程转盘12转动相应的角度，从而实现对移液枪量程的调节。

在本实施例中，主控模块5识别整数区111的数字图像采用的是卷积神经网络学习方法：在使用前的训练阶段，放出数值图样，由人工选出每个数值图样所代表的数值，主控模块5记录下数值图样与数值之间的对应关系。进行数值选择的次数足够多后，主控模块5储存了相当的数据并能够根据记录下的图样样本归纳出每个数值图样的特征点，从而实现对数值图像的识别。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于，摄像头3获取移液枪1当前量程值的图像后，直接对量程值中的整数数值和小数刻度值进行识别。由于小数刻度值未归零，整数数值未必正对着刻度观察窗11，因此本实施例需要投入更多的成本进行整数数值和小数刻度值的识别以保证准确率。但在识别过程中减少了转动量程转盘12的控制次数，缩短了操作时间，加快了量程调节效率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。