加盖开盖设备以及操作该设备的方法与流程

本公开涉及一种用于将管加盖和开盖的设备以及还有使用该设备的方法。

背景技术：

通常使用容纳多个试管的所谓sbs格式支架来储存和处理高价值生物样品。这种支架可以例如在8×12孔的阵列中容纳96个试管，这些孔设计成牢固地保持试管。试管及其内容物可以在处理系统中例如在冷藏库和各种处理站之间被操纵，并且可能需要被填充(部分地或全部地)或同时地或单独地被处理。

通常，加盖和开盖或者是用手或者借助于加盖开盖单元一次一个试管地执行，或者是在试管仍然保持在支架中时执行，或者是在试管已经与支架分离之后执行。这不仅冗长乏味(特别是在手动加盖和开盖的情况下)，而且缓慢，因为通常多个管需要同时以相同的方式处理。已知提供线性阵列的加盖开盖单元以允许对一排管加盖和开盖，但是由于用于加盖开盖单元的驱动系统的尺寸、试管的紧密间隔要求加盖开盖单元的驱动系统远离加盖和开盖头部并且由于它们的尺寸而设置在比支架更大的占地面积上，因此该系统体积庞大。

ep1882949公开了一种加盖开盖设备，该加盖开盖设备具有用于支撑支架的试管支架支撑件，该支架在给定位置容纳多个加盖试管。头部单元支撑二维阵列的加盖和开盖心轴，每个心轴包括离合器以及加盖开盖插头或插座，心轴与限定在支架中的试管位置对准。当容纳加盖试管的支架被布置在支架支撑件中时，驱动系统在使用中使管和头部单元相对地朝向和远离彼此移动，从而使插头或插座与管盖接合和脱离。心轴驱动系统在与管盖接合之后提供插头或插座一起的同时旋转，以或者将盖附接到管或将盖与管分离。通过在与心轴平移运动相反的方向上移动外部网，从而在一次运动中使所有的插座与所有的盖分离，导致盖从插头推出。

ep13752860公开了一种用于将试管加盖和开盖的设备，该设备具有一个或多个加盖开盖夹持器，所述夹持器配备有加盖开盖插座单元，其中所述一个或多个夹持器均构造有可移动地布置在一个或多个夹持器内的顶出销，并且其中所述顶出销可相对于夹持器执行平移运动，从而实现从插座单元释放由插座单元保持的盖。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有可更换的夹持器盒的加盖开盖设备，该夹持器盒将允许一次简单且快速地更换整个阵列的加盖开盖夹持器。

上述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。从从属权利要求、说明书和附图，其它实施形式是显而易见的。

根据第一方面，提供了一种用于将布置在管保持支架中的管加盖和开盖的加盖开盖设备，该管保持支架具有用于保持管的二维阵列的孔，该设备包括：用于支撑管保持支架的支架支撑件；适于承载包括至少一个加盖开盖夹持器的盒的头部单元；用于使支架支撑件和头部单元相对地朝向和远离彼此移动以便导致加盖开盖夹持器与至少一个管的盖接合或脱离的驱动系统；以及用于使加盖开盖夹持器旋转的驱动系统，其中在一个方向上的旋转导致盖附接到管，而在相反方向上的旋转导致盖与管分离。

不同类型的管盖需要不同类型的夹持器，因此用于将管加盖和开盖的设备的夹持器可能需要定期更换。根据第二方面的设备便于简单且高效地更换夹持器，因为不再需要一个接一个地更换夹持器，而是在更换盒时同时地更换所有夹持器。因此，由于在不同夹持器之间更换时停机时间的显著减少，该设备可更有效地使用。

在第一方面的第一可能的实施形式中，头部单元包括第一附接本体和第二附接本体，盒附接到第二附接本体，便于盒到头部单元的稳定连接，并且因此给予盒可靠的运动轨迹。

在第一方面的第二可能的实施形式中，借助于布置在第二附接本体上的自动夹紧装置将盒附接到第二附接本体和与第二附接本体分离，从而便于在自动化环境中使用该设备。

在第一方面的第三可能的实施形式中，该设备包括至少一个设备设置装置。

在第一方面的第四可能的实施形式中，设备设置装置包括布置在头部单元上的开关的组合。

在第一方面的第五可能的实施形式中，设备设置装置包括布置在盒上的微芯片。

在第一方面的第六可能的实施形式中，加盖开盖夹持器具有沿加盖开盖夹持器的中心轴线延伸的贯穿通道，并且其中顶出销可移动地布置在贯穿通道内，顶出销被构造成相对于加盖开盖夹持器执行平移运动，从而实现保持在加盖开盖夹持器内的盖的释放。

在第一方面的第七可能的实施形式中，顶出销附接到第一附接本体。

在第一方面的第八可能的实施形式中，该设备包括多个加盖开盖夹持器，该多个加盖开盖夹持器被构造成使得每个加盖开盖夹持器可以独立于其它夹持器接合和/或脱离盖，从而使得该设备高度灵活和通用。

在第一方面的第九可能的实施形式中，该设备包括控制单元，该控制单元被构造成对加盖开盖夹持器的操作和/或顶出销的操作彼此独立地进行控制。

在第一方面的第十可能的实施形式中，该设备包括用户接口，该用户接口与控制单元相关联并且被构造成允许用户决定哪个加盖开盖夹持器将接合和/或脱离放置在支架中的管，该管被构造成接收和/或布置盖。

根据第二方面，提供了一种操作根据上述内容的加盖开盖设备的方法，该方法包括以下步骤：将盒放置在支架支撑件上；借助于驱动系统使头部单元朝向盒和支架支撑件移动；将盒附接到头部单元；借助于驱动系统使头部单元和盒从支架支撑件移开；将支架放置在支架支撑件上；借助于驱动系统使头部单元和盒朝向支架和支架支撑件移动；附接到盒的至少一个加盖开盖夹持器接合放置在支架支撑件上的支架中的相对的试管上的相对的盖；以及借助于驱动系统使头部单元远离支架支撑件移动的协调运动以及夹持器单元的同时的旋转运动使盖与试管脱离，该旋转运动由连接到加盖开盖夹持器的致动器单元引起；通过颠倒上述步骤来附接盖，当用于感测扭矩的装置表明超过特定阈值扭矩时，所述旋转运动停止。

如前所述，不同类型的管盖需要不同类型的夹持器，因此用于将管加盖和开盖的设备的夹持器可能需要定期更换。根据第三方面的方法便于简单且高效地更换夹持器，因为不再需要一个接一个地更换夹持器，而是在更换盒时同时地更换所有夹持器。因此，由于在不同夹持器之间更换时停机时间的显著减少，该设备可更有效地使用。

在第二方面的第一可能的实施形式中，该方法还包括以下步骤：启动设备设置装置，从而实现适于盒的特定加盖开盖夹持器的设备设置。

在第二方面的第二可能的实施形式中，该启动包括盒与布置在头部单元上的开关的组合相互作用。

在第二方面的第三可能的实施形式中，该启动包括布置在盒上的微芯片与设备的控制单元相互作用。

在第二方面的第四可能的实施形式中，该方法还包括借助于以下步骤使盒与头部单元分离：借助于驱动系统使头部单元和盒朝向支架支撑件移动，使得盒搁置在支架支撑件上；使盒与头部单元分离；借助于驱动系统使头部单元从盒和支架支撑件移开。

在第二方面的第五可能的实施形式中，盒借助于自动夹紧装置附接到头部单元和与头部单元分离。

在第二方面的第六可能的实施形式中，与加盖开盖夹持器接触但没有经受形成这种加盖开盖夹持器的一部分的致动器单元的旋转的盖不从它们各自的试管移除。

在第二方面的第七可能的实施形式中，该方法包括以下步骤：通过使第一附接本体朝向支架支撑件移动而使得顶出销与管的盖接触来从加盖开盖夹持器释放加盖的管；通过使第二附接本体远离管移动而使插座单元与盖脱离，由此在插座单元与盖脱离的同时顶出销保持与盖接触；使第一附接本体从支架支撑件移开，从而释放管并且释放加盖开盖设备以执行新的加盖和开盖循环。

在第二方面的第八可能的实施形式中，第一附接本体和第二附接本体借助于驱动系统移动，使用一个驱动系统是节约成本和空间的解决方案。

这些和其它方面将从以下描述的实施方式变得明显。

附图说明

在本公开的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式来更详细地解释各方面、实施方式和实现，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的加盖开盖设备的示意性立体图。示例性地示出了根据本发明的设备与外部控制单元的组合，而没有由此认为该实施方式是优选的。

图2示出了图1所示实施方式的侧剖视图。

图3是根据本发明的另一实施方式的盒的俯视图。

图4是根据图3所示实施方式的盒以及支架支撑件的立体图。

图5示出了本发明的又一实施方式的示意性立体图。

图6示出了图6所示实施方式的截面侧视图。

具体实施方式

根据本发明的加盖开盖设备100的实施方式在图1和图2中详细描述。在图1中，为了说明的目的，示出了外部控制单元160。如本领域技术人员所清楚的，控制单元160可以出于某些目的而在设备100外部，或者可以出于其他目的而集成到该设备中。此外，控制单元160和设备100之间的连接可以是如图所示的电缆，或者可以是wifi信号或其它类似的选项，这取决于本领域技术人员的选择，这种选择在现代实验室环境中被认为是微不足道的。

加盖开盖设备100配备有用于支撑管支架111(优选地为试管支架)的支架支撑件110，管支架111用于在支架111内的给定位置容纳至少一个管112，优选地为试管，该管112适应于接收和/或布置盖113，优选地为螺旋盖。

加盖开盖设备100还配备有包括第一附接本体151和第二附接本体153的头部单元120。第一附接本体151支撑例如顶出销230。第二附接本体153支撑设置有加盖开盖夹持器122的二维阵列121(在本示例性实施方式中为6×8阵列，然而，任何合适的阵列都是可能的，例如8×12)的盒152。每个加盖开盖夹持器122包括能够接合和保持盖的加盖开盖插座单元123，并且加盖开盖夹持器122与支架111内的管位置对准。

第一附接本体151和第二附接本体153、盒152、管支架111和支架支撑件110都基本上与彼此平行地延伸。优选地，当设备放置在诸如桌子之类的工作表面上时，这些部件中的每一个的平面都水平地延伸，当在竖直方向上观察时，支架支撑件110最靠近桌子，而第一附接本体151是最远的。

加盖开盖设备100还配备有驱动系统130，该驱动系统130用于在使用时当容纳管112的支架111被布置在支架支撑件110中时，使支架支撑件110和头部单元120相对地朝向和远离彼此移动，以使加盖开盖插座单元123与管112接合和脱离。

加盖开盖设备100还配备有驱动系统140，该驱动系统140用于旋转加盖开盖夹持器122以及附接到加盖开盖夹持器122的加盖开盖插座单元123。在将加盖开盖插座单元123与盖113接合之后，加盖开盖插座单元123的旋转可以在加盖开盖夹持器122在一个方向上旋转时使盖113附接到支架111内的管112，或者在至少一个加盖开盖夹持器122在另一个方向上旋转时使盖113与管112分离。

此外，加盖开盖设备100在头部单元120内部配备有驱动系统150，从而允许第一附接本体151和第二附接本体152在被驱动系统150移动时独立于头部单元120的运动而执行朝向和远离彼此的运动。

最后，加盖开盖设备100还配备有控制单元160，该控制单元优选地是可编程逻辑控制器、微处理器或计算机应用，控制单元160在设备100的内部或是外部，用于通过提供用户接口而个别地、以夹持器单元和顶出销的总阵列的子组的形式、或以夹持器单元和顶出销的全部的形式来控制夹持器单元和顶出销的运动(平移和旋转二者)，所述用户接口允许选择用户夹持器阵列内的哪个或哪些夹持器将接合支架内的相应的管。在优选实施方式中，控制单元160配备有用于测量与每个旋转夹持器相关联的扭矩的装置(该装置优选地通过测量实现夹持器的连续旋转所需的供应到驱动系统140的电流来测量)以及用于如果超过给定阈值则终止至少一个夹持器的旋转的装置。

图3和图4所示的上述盒包括基本上矩形的托盘154，该托盘154设有二维阵列的贯穿孔155，并且每个贯穿孔155适于接收加盖开盖夹持器122。托盘154的两个相对边缘(前部边缘和后部边缘)可设有居中的凹部，使得该盒在中心部分处的深度比在边缘部分处的小。“前部”是指当盒布置在设备中时面向用户的边缘。托盘的两个剩余的相对边缘(即侧边缘)设置有适于将盒152附接到设备100的第二附接本体153的第一接合装置156。第一接合装置156优选地由贯穿凹部构成，并且头部单元120相应地设置有接合装置，例如布置在第二附接本体153上的自动夹紧装置，该自动夹紧装置与这些凹部156相互作用，使得盒152能够被锁定到第二附接本体153。盒被锁定到第二附接本体153，使得每个加盖开盖夹持器122与设置在插入到设备100中的管保持支架111中的管孔114对准。这允许加盖开盖夹持器122与放置在管保持支架111中的至少一个管112的盖113接合和/或脱离。

托盘154还包括沿相对的托盘边缘布置的第二接合装置157。第二接合装置157优选地为细长突起的形状，该细长突起适于与设置在支撑管保持支架111的支架支撑件110中的诸如细长凹部之类的相应装置接合。见图4。

设备100还包括至少一个设备设置装置，该设备设置装置可以由布置在头部单元120上的开关的组合或布置在盒152上的微芯片两者中的一者构成。设备设置装置的启动实现了设备设置，该设备设置适合于盒152的特定的加盖开盖夹持器122。当盒附接到头部单元120时，开关的组合与盒相互作用。包括微芯片的实施方式与控制单元160相互作用。设备设置装置可以包括通知设备对于特定试管(即特定加盖开盖夹持器122)需要哪种设置的数据，该数据与扭矩、速度、螺纹上的螺距等有关。

加盖开盖夹持器122附接至盒152，优选地以容易释放的方式附接到盒152，例如借助于“螺母和螺栓”型解决方案附接到盒152。在这种实施方式中，夹持器122的一端设有螺纹部分，该螺纹部分从盒152的一侧插入穿过贯穿孔155，然后借助于与盒152的相对侧上的螺纹部分相互作用的螺母锁定到盒152。

螺母包括用于与头部单元120的致动器单元240接合的接口。在一个实施方式中，该接口包括在螺母的两个相对侧部分之间在螺母的中心轴线的方向上延伸的狭槽，从而使螺母具有基本上u形的横截面。

盒可包括若干不同的加盖开盖夹持器122，每个夹持器包括不同的插座单元123。

此外，盒152可设有识别盒的类型的识别器，例如但不限于条形码、rfid标签或机械标记。此外，识别器可以包括可写入电子存储器和接收器/发射器。在该实施方式中，识别器可以发射关于机器、盒和盒的使用的数据，例如关于盒152已经进行的加盖和/或开盖的数量、盒152已经在哪个机器中、盒152的服务日志、盒中存在的加盖开盖夹持器122的类型等的信息。

加盖开盖夹持器122包括能够接合和保持盖113的加盖开盖插座单元123，加盖开盖插座单元123具有沿着插座单元123的中心轴线延伸的贯穿通道211。夹持器122还包括也具有贯穿通道221的顶出销导向件和顶出销230。插座单元123和顶出销导向件被布置成允许顶出销230在插座单元123和顶出销导向件内执行平移运动。

例如，由于顶出销230附接到第一附接本体151，因此顶出销230相对于上述第一附接本体151是固定的。同样，例如由于顶出销导向件附接到盒152，所以顶出销导向件相对于第二附接本体152是固定的。因此，在驱动系统150启动时，可实现顶出销230在插座单元123和顶出销导向件内的平移运动。

尽管可以将加盖开盖插座单元123和顶出销导向件制造为一体，但优选的是它们不是一体的。因此，在优选实施方式中，加盖和开盖插座123可附接到顶出销导向件并可从顶出销导向件分离，使得当加盖开盖插座单元123附接到顶出销导向件时，顶出销230可在附接到加盖开盖插座单元123的顶出销导向件内执行平移运动。

用于旋转顶出销230的驱动系统140包括多个致动器单元240，每个致动器单元240包括机械地联接到顶出销230的致动器，优选地为电马达。在致动器单元240的优选实施方式中，致动器借助于齿轮机械地联接到顶出销230。另外，驱动系统140可包括用于通过检测供应到致动器的电流的变化来感测顶出销230上的扭矩的内部或外部装置(例如如果致动器是电马达的话)，以及用于如果超过特定阈值扭矩则停止致动器运动的内部或外部装置。然而，优选地，用于感测扭矩的装置和用于停止致动器运动的装置与控制单元160相关联。

在该另一实施方式中，其中通过致动器单元240使顶出销230旋转，顶出销230包括用于将由致动器单元240产生的旋转运动传递到顶出销导向件或加盖开盖插座单元123的装置。在一个实施方式中，用于将顶出销230的旋转运动传递到顶出销导向件的装置包括以直角从顶出销230突出且进入到顶出销导向件中的纵向凹槽中的销。

在另一实施方式中，顶出销导向件还包括用于将加盖开盖插座单元123附接到顶出销导向件的装置。在优选实施方式中，用于附接加盖开盖插座单元123的装置还包括偏压装置，优选地为螺旋弹簧。

在另一实施方式中，加盖开盖插座单元123永久地附接到顶出销导向件。应当理解，插座单元123被设计成使得插座单元123接合和脱离盖的方式独立于插座单元123如何附接到顶出销导向件以及该附接是否是永久性的。

在操作中，将盒152放置在支架支撑件110上，该支架支撑件110先前已经从其在设备的主结构内的原始位置基本上水平地被推出。盒152和支架支撑件110缩回到设备结构中，随后头部单元120借助于驱动系统130朝向盒152和支架支撑件110移动。盒附接到头部单元120，随后头部单元120和盒152借助于驱动系统130从支架支撑件110移开。随后，支架支撑件110再次从设备结构中被推出，并且支架111被放置在支架支撑件110上。头部单元120通过驱动系统130朝向支架111和支架支撑件110移动。经由插座单元123，加盖开盖夹持器122接合放置在支架支撑件110上的支架111中的相对的试管112上的相对的盖113。通过驱动系统130使头部单元120远离支架支撑件110移动的协调运动以及连接到与盖113接触的加盖开盖夹持器122的致动器单元240的旋转运动，引起盖113与试管112脱离。与加盖开盖夹持器122接触但没有经受形成这种加盖开盖夹持器122的一部分的致动器单元240的旋转的盖不从它们各自的试管112移除。

操作可包括启动设备设置装置，从而实现适于盒152的特定的加盖开盖夹持器122的设备设置。启动通过当盒附接到头部单元120时与盒相互作用的开关的组合，或者通过与控制单元160相互作用的微芯片来执行。

与加盖开盖夹持器122接触但没有经受形成这种加盖开盖夹持器122的一部分的致动器单元240的旋转的盖113不从它们各自的试管112移除。

为了附接被移除的盖，将上述过程颠倒进行。当用于感测顶出销上的扭矩的装置表明超过了特定阈值扭矩时，由致动器单元240引起的加盖开盖夹持器122的旋转运动停止。现在具有盖的管112通过在朝向支架支撑件110和管112的方向上移动第一附接本体151而使其盖从插座单元123释放，使得顶出销230与盖113接触。此后，通过在远离支架支撑件110和管112的方向上移动第二附接本体153，插座单元123与盖113脱离。这样，当插座单元123与盖113脱离的同时，顶出销230保持与盖113接触，从而释放管112并释放加盖开盖设备100以执行新的加盖和开盖循环。如前所述，第一附接本体151和第二附接本体153借助于驱动系统150移动。

在又一实施方式中，加盖开盖设备100可以包括诸如光幕300的光电装置，如图5和图6所示。光幕包括至少一个发射器和至少一个接收器。光幕包括多个平行光束301，如图5和图6所示，或者包括一个连续的反射光束，该反射光束在幕表面上来回反射。光幕300布置在盒152和支架111之间，并且光束在与盒和支架的平面平行的平面中延伸。光幕可以用于确定已经放置在支架111中的管112的高度和/或已经放置在设备中的支架111中的管112的存在。该数据可用于将设备设置成使头部单元120和/或第一附接本体151和第二附接本体153移动到正确的高度以用于加盖和开盖，和/或警告用户在支架111中不存在管112或不正确的盒152被安装在设备中。此外，光幕可以用于检测插座单元123中的盖113的存在，检测支架111中的管112上的盖113的存在或不存在，或者确定盖113是否已经从插座单元123掉落或者管112的内容物的液滴是否在移除期间从盖113滴落。

该实施方式包括用于将设置在管保持支架111中的管112加盖和开盖的加盖开盖设备100，该管保持支架111具有用于保持所述管的二维阵列的孔114，该设备100包括：用于支撑管保持支架111的支架支撑件110；承载至少一个加盖开盖夹持器122的头部单元120；用于使支架支撑件110和头部单元120相对地朝向和远离彼此移动以便导致加盖开盖夹持器122与至少一个管112的盖113接合或脱离的驱动系统130；以及用于使加盖开盖夹持器122旋转的驱动系统140，其中在一个方向上的旋转导致盖113附接到管，而在相反方向上的旋转导致盖113与管分离；以及布置在头部单元120和管保持支架111之间的光电装置。该光电装置可包括光幕。该光幕可以包括在平行于头部单元120和管保持支架111的平面中延伸的至少一个光束。

结合本文的各种实施方式描述了各种方面和实施方式。然而，本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中所述的某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

权利要求中使用的参考标记不应被解释为限制范围。