一种新型全自动化定容仪及定容方法与流程
- 国知局
- 2024-12-06 12:43:26
- 44
本发明涉及自动化定容,具体而言,涉及一种新型全自动化定容仪及定容方法。
背景技术:
1、现阶段实验室中的定容操作主要还是以人工为主。在实验室中,尤其是当样品测试量大时,人工操作容易因疲劳或注意力不集中而产生误差。而且,实验室中常用的定容溶剂大多具有腐蚀性,对人体有危害性,尤其是有机溶剂往往是易挥发、有毒或剧毒的,不太适合人工操作。
2、随着实验室自动化水平的提高,越来越多的实验室开始采用自动化仪器来替代传统的手工操作。定容仪通过自动化操作,减少了人为误差,保护实验人员健康,推动实验室自动化建设,以满足不同实验室和实验场景的需求。
3、当前市面上存在一种定容仪,该定容仪产品是基于视觉识别的方法实现定容操作。但是,该定容仪产品没有实现全自动化的定容操作,没有拔瓶盖和盖瓶盖功能,定容较多容量瓶时,瓶盖与容量瓶容易对应出错,从而会造成瓶盖与容量瓶脱离,溶剂大量挥发等现象。
4、并且,现有的定容仪产品仅有定容功能,没有加液功能,定容时间比较长,定容效率低;查找刻度线和液位的方式一般为摄像头固定、夹住容量瓶上下移动的方式,这种容量瓶在运动状态下进行定容的稳定性较低,定容精度不高。也有通过摄像头移动查找刻度线的产品,摄像头从容量瓶上部向下移动,然而,这种从上向下的移动方式在识别刻度线和液位时速度较慢,不利于对液位的跟踪。
5、此外,现有定容仪产品的舱门为双开门方式,开关门时的稳定性较低,而且在阻挡外界环境光方面的效果不好。
技术实现思路
1、鉴于此,本发明的目的在于设计一种基于新型全自动化定容仪及定容方法,设计快速加液、精密定容双通道液路,缩短定容时间,提高定容效率和定容精度;改变视觉识别容量瓶刻度线和液位的方法,采用将摄像头从容量瓶底部向上移动的方式,提高针对不同容量瓶刻度线和液位的识别速率和跟踪稳定性,提高对于刻度线和液位的识别效率和识别精度;增加拔瓶盖和盖瓶盖功能设计,通过容量瓶识别、拔瓶盖和盖瓶盖、加液、定容等多种功能集成,真正实现完整的容量瓶进入、定容完成后退出的全自动化定容流程,有效提升样品定容的效率和准确性,使样品定容更加安全、准确、可控、可追溯,提升用户体验;并且结构设计简约合理,提高整体性和适用性,以利于推广应用。
2、本发明提供一种新型全自动化定容仪,包括:加液组件、摄像头移动组件;所述摄像头移动组件与所述加液组件信号连接,所述摄像头移动组件从下向上探测跟踪容量瓶的刻度线和液位,所述加液组件向容量瓶内加入样品液体;所述加液组件设置有快速加液通道、精密定容通道两个通道液路,所述快速加液通道与所述精密定容通道并联连接;快速加液通道实现快速加液,缩短时间,精密定容通道可以慢速定容,进一步提高了定容精度。
3、所述加液组件包括:瓶夹及注液嘴组件、横向夹爪组件;所述瓶夹及注液嘴组件设置有瓶盖拔盖执行机构,所述瓶盖拔盖执行机构设置有拔盖夹爪,所述瓶夹及注液嘴组件设置有加液管;所述拔盖夹爪与容量瓶的瓶盖可分离夹持连接,实现瓶盖的上提拔出或按下盖合;增加瓶盖拔盖执行机构,实现拔瓶盖和盖瓶盖功能,在定容容量瓶较多时,瓶盖与容量瓶的对应不会出错,从而避免造成瓶盖与容量瓶脱离,溶剂大量挥发等现象,提高了用户体验。所述横向夹爪组件夹住容量瓶,并使容量瓶保持相对于所述拔盖夹爪和所述加液管居中,在瓶盖拔盖执行机构拔容量瓶的瓶盖时,对容量瓶有个固定隔档的作用,便于瓶盖拔盖执行机构拔开瓶盖。
4、本发明中瓶夹及注液嘴组件、横向夹爪组件中的夹口均为可调节结构,兼容多种规格容量瓶,能够对7种以上规格的容量瓶进行操作,相比现有定容仪产品的一台设备仅能对2到3种规格的容量瓶进行定容,适用性更强。
5、进一步地,所述摄像头移动组件设置有丝杆螺旋移动机构,所述丝杆螺旋移动机构的螺母部固定安装有摄像头图像传感器,所述摄像头图像传感器随螺母部沿所述丝杆螺旋移动机构的丝杆部从下向上做平移运动。
6、丝杆螺旋移动机构同齿轮齿条一样是用来传递直线运动的运动机构,相较齿轮齿条拥有更高精度,更好使用环境,更低噪音,更快速度,适用于精密定位。
7、进一步地,所述瓶夹及注液嘴组件的底部设置有磁吸底座,所述磁吸底座包括:由下至上依次设置的瓶移动底盘、瓶底座,瓶移动底盘内设置有磁铁及磁铁吸片,容量瓶的底部容纳在所述瓶底座内;所述加液组件的底部设置有加液瓶移动组件,所述加液瓶移动组件与所述瓶底座可分离连接;所述加液瓶移动组件将容量瓶分二次分别移动至瓶盖拔盖执行机构处、加液管处。现有技术的定容仪仅将容量瓶移动到定容(加液管)处,没有移动到瓶盖拔盖处这个过程,也不具备拔瓶盖和盖瓶盖操作的功能。
8、采用磁吸底座使容量瓶底座更加牢固可靠,避免了加液过程以及因移动容量瓶而产生晃动,进一步提高了加液定容操作中的稳定性。
9、进一步地,所述拔盖夹爪包括对称设置的两个爪,两个爪之间围拢成前、中、后三部分的空间形状,其中,前部分为两个v字形的围拢空间形状,中部分为大宽度的矩形空间形状,后部分为小宽度的矩形空间形状;所述两个爪之间的距离可调节。本发明通过瓶塞抓取机械爪的多种形状的夹持空间设计,能够兼容多种规格的容量瓶瓶盖,提高了适用性。
10、进一步地,所述新型全自动化定容仪还包括:舱门,所述舱门包括移动门组件,所述移动门组件设置有同步带传动机构、单门板,所述同步带传动机构与所述单门板传动连接,所述单门板沿导轨做平移运动。
11、本发明中舱门采用单门板的单开门设计,相较于现有技术的双门板,具有更大的运动稳定性,并且能够阻挡更多的外界环境光射入。
12、本发明还提供一种新型全自动化定容方法,应用于如上述所述的新型全自动化定容仪,包括以下步骤:
13、通过主机读取定容仪的状态,当定容仪处于空闲状态时,将容量瓶放置在磁吸底座上,由主机(优选通过以太网)发送启动定容和/或加液操作命令给定容仪,定容仪开始工作,所述加液瓶移动组件将容量瓶从舱外的初始位置平移进入到拔盖位置,并关闭舱门,瓶夹夹紧容量瓶;
14、所述瓶盖拔盖执行机构根据不同的容量瓶对应下移设定的距离,夹住定量瓶的瓶盖,进行拔盖操作,所述横向夹爪组件夹住容量瓶,所述瓶盖拔盖执行机构上提将瓶盖从容量瓶上拔出;
15、所述加液瓶移动组件将拔去瓶盖的容量瓶平移至定容位置,所述瓶夹及注液嘴组件下移加液管至容量瓶的瓶口位置;
16、若收到主机加液的命令,则开始根据容量要求进行加液;若收到主机定容的命令,则由摄像头图像传感器从容量瓶底部向上移动采集图像,根据图像查找容量瓶的刻度线的位置,开始进行定容操作;
17、具体地,所述根据图像查找容量瓶的刻度线的位置包括:
18、采用集成高分辨率的摄像头图像传感器,通过图像采集、预处理、特征提取、目标识别与跟踪等监测方法,实时分析并处理捕获到的视觉信息,实现对容量瓶液位和刻度线的连续、精准监控与分析处理,从而计算从液位与刻度线的差值,控制精密加液量,达到闭环控制与实时定容。具体处理过程包括:
19、(1)使用高分辨率的摄像头图像传感器捕捉实时视频流作为视觉处理的输入;
20、(2)对采集到的视频流的图像进行去噪、增强对比度、灰度化等处理,以改善图像质量 ;
21、(3)利用边缘检测、角点检测、纹理分析和深度学习等技术,从预处理后的图像中提取关键特征信息 ;
22、(4)基于提取的特征,识别图像中的目标位置 ;
23、(5)对于已识别的目标,采用光流法、卡尔曼滤波器等技术,持续跟踪其在连续帧中的位置和状态变化。;
24、(6)将目标识别与跟踪的结果与预设的阈值或规则进行比较,达到闭环控制。
25、定容和/或加液完成后,将容量瓶平移至拔盖位置,然后执行上盖操作;
26、完成瓶盖的上盖操作后,打开舱门,所述加液瓶移动组件将容量瓶平移至舱外的初始位置,完成本次定容操作,并等待取走容量瓶;
27、定容仪接收到主机的状态读取命令后,将定容仪的系统状态以及子过程状态发送给主机,完成一次定容,等待下一次的操作。
28、优选地,本发明的摄像头移动组件、瓶盖拔盖执行机构、横向夹爪组件的移动运动均使用伺服电机作为执行电机进行驱动。本发明不采用现有的定容仪所使用的步进电机,改进设计为伺服电机,伺服电机具有优良的抗过载能力,相比过载能力较差的步进电机,大大提高了运行稳定性和安全性。
29、进一步地,所述瓶盖拔盖执行机构根据不同容量瓶对应下移设定的距离的方法包括:
30、根据不同容量瓶的特征参数,计算出该容量瓶所需的下移精确距离,通过精密驱动装置控制所述瓶盖拔盖执行机构到达瓶盖的位置,在所述瓶盖拔盖执行机构执行移动的过程中,实时监测(优选通过定容仪集成的光传感器监测)移动的位置,保护拔盖移动的上下限,保证拔盖运行的安全性。
31、进一步地,所述由摄像头图像传感器从容量瓶底部向上移动采集图像,根据图像查找容量瓶的刻度线的位置,开始进行定容操作的方法包括:
32、根据摄像头图像传感器的图像计算并查找到刻度线的位置,将位置信息作为数据信号与精密加液流量泵进行交互;根据刻度线的位置信息,计算出需要添加或移除的液体量,以达到目标容量;启动精密加液流量泵,精确控制液体的流动,开始定容操作,在整个定容操作过程中持续跟踪和监控刻度线和液位的位置变化,保证定容操作的准确性和效率;一旦达到目标容量,则停止液体处理,从而完成整个定容流程。
33、本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现如上述所述的新型全自动化定容方法的步骤。
34、本发明还提供一种计算机设备,所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的新型全自动化定容方法的步骤。
35、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
36、本发明提供的新型全自动化定容仪及定容方法通过改变视觉识别容量瓶刻度线和液位的方法,采用将摄像头从容量瓶底部向上移动的方式,提高了针对不同容量瓶刻度线和液位的识别速率和跟踪稳定性,提高了对于刻度线和液位的识别效率和识别精度;设计快速加液、精密定容双通道液路,缩短了定容时间,提高了定容效率和定容精度;增加拔瓶盖和盖瓶盖功能设计,通过容量瓶识别、拔瓶盖和盖瓶盖、加液、定容等多种功能集成,真正实现了完整的容量瓶进入、定容完成后退出的全自动化定容流程,有效提升了样品定容的效率和准确性,使得样品定容更加安全、准确、可控、可追溯,很大提升了用户体验,并且结构简约而合理,整体性强,适用性好,具有广阔的推广应用前景。
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