CN103472244A - 一种自动进样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动进样器，至少包括三维运动系统，所述三维运动系统包括X轴、Y轴和Z轴运动机构，X轴运动机构至少包括：固定架由沿竖直方向设置的两底座和沿水平方向设置的两光轴围接而成；丝杆沿水平方向设置于两光轴之间，丝杆的两端分别连接于两底座上；针架座通过该针架座内部设置的螺母与丝杆螺纹传动配合，针架座的底部两侧向外延伸形成凸伸部，该凸伸部与两光轴相接触；弹性调节结构固设在针架座的内侧壁上并凸伸至所述两光轴中的一个，弹性调节结构的凸伸端顶抵于该两光轴中的一个的表面上。本发明能够避免针架座晃动，具有运行稳定、定位精度高的优点。

Description

一种自动进样器

技术领域

本发明涉及一种自动进样器，尤其涉及一种自动进样器的三维运动系统，属于测量、测试技术领域。

背景技术

随着液相系统在生物、化学、医疗、石油等领域的应用越来越广泛，进样器作为液相系统取样的主要设备越来越受到人们的青睐。目前，现有的进样器可分为手动进样器和自动进样器，自动进样器以进样量大、进样速度快、进样准确度高等优点逐渐的替代了手动进样器。而自动进样器运动系统的运动形式种类比较多，其中大多数均采用传动部件与导轨相配合的结构，以实现三维运动(即X轴、Y轴、Z轴三轴向的运动)形式。导轨有的采用滚珠导轨、也有的采用直线导轨等，但是无论采用何种导轨都存在导轨与滑块因存在安装间隙而在水平运动方向会存在晃动的现象，导致自动进样器定位精度达不到要求，影响取样的准确度。

有鉴于现有技术的上述诸多问题，本设计人基于从事相关领域多年的丰富经验及专业知识，结合应用实际，积极加以研究创新，以期克服现有技术的上述缺点，提供一种能够避免晃动，定位精度高的自动进样器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够避免晃动，定位精度高的自动进样器。

为达到上述目的，本发明提出一种自动进样器，至少包括三维运动系统，所述三维运动系统包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，所述X轴运动机构至少包括：固定架，由沿竖直方向设置的两底座和沿水平方向设置的两光轴围接而成；丝杆，沿水平方向设置于所述两光轴之间，所述丝杆的两端分别连接于所述两底座上，在所述丝杆的一端连接有驱动所述丝杆转动的第一驱动单元；针架座，沿竖直方向设置于所述两底座之间，所述针架座通过该针架座内部设置的螺母与所述丝杆螺纹传动配合，所述针架座的底部两侧向外延伸形成凸伸部，该凸伸部与所述两光轴相接触；弹性调节结构，固设在所述针架座的内侧壁上并凸伸至所述两光轴中的一个，所述弹性调节结构的凸伸端顶抵于该所述两光轴中的一个的表面上。

如上所述的自动进样器，其中，所述弹性调节结构包括Z形折弯板，所述Z形折弯板由所述针架座的内侧壁朝向所述光轴一侧延伸，在所述Z形折弯板的侧面凸设有与该侧面垂直的安装轴，在所述安装轴上套设有轴承，所述轴承的外缘面与所述两光轴中的一个的表面相接触。

如上所述的自动进样器，其中，在所述针架座的内侧壁上对应于所述轴承的位置沿水平方向设有凸台，所述凸台的上表面与所述轴承的外缘面相接触。

如上所述的自动进样器，其中，所述弹性调节结构为由所述针架座的内侧壁凸伸至所述两光轴中的一个的弹片，所述弹片的凸伸端与所述两光轴中的一个的表面相接触。

如上所述的自动进样器，其中，所述针架座与所述弹性调节结构的Z形折弯板为一体注塑成型。

如上所述的自动进样器，其中，所述针架座与所述弹性调节结构采用聚甲醛树脂材料。

如上所述的自动进样器，其中，所述沿水平方向设置的两光轴为上光轴和下光轴，所述针架座的底部两侧的凸伸部与所述上光轴和所述下光轴的接合面为圆弧面。

如上所述的自动进样器，其中，所述针架座与所述上光轴接合的圆弧面为四分之一的圆周面；所述针架座与所述下光轴接合的圆弧面为三分之二的圆周面。

如上所述的自动进样器，其中，所述Z轴运动机构包括：

传动导向轴，沿水平方向设置于所述两光轴之间并与所述丝杆相平行设置，所述传动导向轴贯穿所述针架座，所述传动导向轴的两端分别连接于所述两底座上，在所述传动导向轴的一端连接有驱动所述传动导向轴转动的第二驱动单元；

齿轮和齿条，所述齿轮安装于所述针架座内并活动配合套接于所述传动导向轴上，所述齿条沿竖直方向设置于所述齿轮上并与所述齿轮相配合沿竖直方向移动，在所述齿条上固设有针架；

滚珠导轨和滑块，所述滚珠导轨沿竖直方向设置于所述齿条的旁侧，所述滑块能滑动的安装于所述滚珠导轨上，所述滑块与所述针架固定连接。

如上所述的自动进样器，其中，在所述针架座上固设有光电保护开关，所述光电保护开关与可随针架座水平移动的拖链线缆组相连接。

如上所述的自动进样器，其中，所述传动导向轴为六角导轨轴或四方轴或花键轴。

如上所述的自动进样器，其中，所述Y轴运动机构包括：沿垂直于水平方向及竖直方向设置的导轨和滑板，所述滑板沿所述导轨的轴向滑动配合地安装于所述导轨上，在所述导轨的轴向两端分别设有主动带轮和从动带轮，在所述主动带轮和从动带轮上套装有同步带，所述主动带轮通过步进电机驱动，在所述滑板上固接有样品盘架，所述样品盘架的底部与所述同步带的一侧固定连接。

如上所述的自动进样器，其中，在所述导轨上设有光电保护开关。

如上所述的自动进样器，其中，所述光轴为铝合金制光轴。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明在针架座上设计有弹性调节结构，该弹性调节结构利用压缩变形后产生的弹性力，调整针架座与上光轴和下光轴之间的间隙，从而可以有效的防止运动过程中针架座出现的晃动。

2、本发明的针架座与上光轴和下光轴之间的接合面为圆弧面，形成开放性的结构，可以调节配合间隙，避免在运动过程中出现抱死现象，使得针架座的凸伸部前端的圆弧面始终贴合到光轴上，确保了运行的稳定性。

3、本发明的针架座与弹性调节结构采用聚甲醛树脂(POM)材料。该材料耐磨性较好，且具有很好的韧性，使得弹性调节结构在运动过程中变形情况较好，实际测试中未出现断裂或裂痕情况。

4、本发明的结构紧凑，使得自动进样器整体体积较小，占用空间小。

5、本发明的Y轴运动机构采用导轨与滑板配合结构，将样品盘架固定在滑板上，结构简单，运行平稳。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明自动进样器的整体安装结构示意图；

图2为本发明的X轴及Z轴运动机构的结构示意图；

图3为本发明的X轴及Z轴运动机构的另一结构示意图；

图4为本发明的弹性调节结构的一实施例的结构示意图；

图5为本发明的弹性调节结构的另一实施例的结构示意图；

图6为本发明的Y轴运动机构的结构示意图；

图7为本发明的Y轴运动机构的部分分解结构示意图。

附图标记说明：

100-支架；

1-X轴运动机构；11-底座；12-上光轴；13-下光轴；14-丝杆；15-第一驱动单元；151-第一驱动电机；152-第一带轮；153-同步带；16-针架座；17-螺母；18、19-凸伸部；

2-Y轴运动机构；21-导轨；22-滑板；23-从动带轮；24-同步带；25-步进电机；26-样品盘架；27-光电保护开关；

3-Z轴运动机构；31-传动导向轴；32-第二驱动单元；321-第二驱动电机；322-第二带轮；323-同步带；33-齿轮；34-齿条；35-针架；36-滚珠导轨；37-滑块；38-拖链线缆组；

4-弹性调节结构；41-Z形折弯板；42-安装轴；43-轴承；44-凸台；45-弹片。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1、图2、图3，分别为本发明自动进样器的整体安装结构示意图、X轴及Z轴运动机构的结构示意图，以及X轴及Z轴运动机构的另一结构示意图。首先，本发明的三维运动是指X轴、Y轴、Z轴三个方向上的运动，现以图2所示对三维方向进行说明，其中在图2所在纸面上：沿纸面上下移动为X轴方向运动(即X轴为下文中所指的水平方向运动)；沿纸面左右移动为Z轴方向运动(即Z轴为下文中所指的竖直方向)；沿垂直于该纸面移动为Y轴方向运动(即Y轴为下文中所指的垂直于水平方向及竖直方向)。

如图1、2、3所示，本发明提出的自动进样器至少包括三维运动系统，该三维运动系统与自动进样器的门框装的支架100配合安装，该三维运动系统包括X轴运动机构1、Y轴运动机构2和Z轴运动机构3，X轴运动机构1和Z轴运动机构3通过螺钉固定于所述支架100上，Y轴运动机构2固定在与支架100垂直的箱体底面上且位于X轴运动机构1及Z轴运动机构3的下方，该X轴运动机构1至少包括：用于安装和导向X轴运动机构1及Z轴运动机构3的固定架、丝杆14、针架座16和弹性调节结构4。其中：

固定架由沿竖直方向设置的两底座11和沿水平方向设置的两光轴(即上光轴12和下光轴13)围接而成，两底座11固定于支架100上，可以采用螺钉连接固定或其它公知的固定连接方式，本发明对此不作限制。

丝杆14沿水平方向设置于所述两光轴12、13之间，丝杆14的两端分别连接于两底座11上，在丝杆14的一端连接有驱动丝杆14转动的第一驱动单元15。如图1所示，第一驱动单元15由第一驱动电机151、两第一带轮152和同步带153构成，起到驱动丝杆14的作用，第一驱动单元15的具体结构及工作原理为已有技术，在此不再详细描述。当然第一驱动单元15也可以根据实际工况的需要选用例如驱动电机与联轴器相结合的方式，只要能够保证丝杆14转动即可。

针架座16沿竖直方向设置于两底座11之间，针架座16通过该针架座16内部设置的螺母17与丝杆14螺纹传动配合，这样通过丝杆14与螺母17螺纹配合，使得针架座16在丝杆14上沿X轴方向移动。如图3所示，针架座16的底部两侧向外延伸形成凸伸部18、19，凸伸部18、19分别与两光轴12、13的表面相接触，用于限制针架座16的转动。针架座16的凸伸部18、19与两光轴12、13的接触面能沿光轴12、13的表面滑动，使得光轴12、13起到对针架座16支撑和运动导向的作用。

如图3所示，弹性调节结构4固设在针架座16的内侧壁(即针架座16朝向光轴12、13一侧的边壁)上并凸伸至两光轴中的一个，在针架座16沿水平方向运动过程中，弹性调节结构4的凸伸端顶抵于两光轴中的一个的表面上。在本实施例中，弹性调节结构4凸伸至上光轴12，当然根据实际需要，弹性调节结构4也可以凸伸至下光轴13，现仅以弹性调节结构4凸伸至上光轴12为例进行说明。在针架座16沿水平方向运动过程中，弹性调节结构4的压缩量，随着上光轴12与针架座16的凸伸部18的接触面之间间隙的变化，进行自动调节，从而使得弹性调节结构4的凸伸端始终与上光轴12接触。上光轴12向该凸伸端施压，凸伸端由于弹性力的作用，向下光轴13施加一个与弹性压缩反向的力矩，使得下光轴13与针架座16的凸伸部19配合始终保持间隙最小，从而几乎消除了针架座16与上光轴12和下光轴13之间的间隙，避免了针架座16的晃动，提高了针架座16运行的平稳性，提高了设备定位精度，并且减小了运行时的噪音。

在本发明中，针架座16与弹性调节结构4采用聚甲醛树脂(POM)材料。该材料耐磨性较好，且具有很好的韧性，使得弹性调节结构4在运动过程中变形情况较好，实际测试中未出现断裂或裂痕情况。当然，针架座16与弹性调节结构4也可以采用已知的其它材料，主要能够符合工况要求即可，本发明对此不作限制。

如图3所示，针架座16的底部两侧的凸伸部18、19与上光轴12和下光轴13的接合面均为圆弧面。优选地，凸伸部18底部与上光轴12接合的圆弧面为四分之一的圆周面；凸伸部19与下光轴13接合的圆弧面为三分之二的圆周面，这种开放式结构可以调节配合间隙，避免在运动过程中出现抱死现象，使得针架座的凸伸部18、19前端的两圆弧面始终贴合到光轴上，确保了运行的稳定性。当针架座16采用塑料材料时，由于塑料材料具有弹性，凸伸部19的圆弧面也可以大于三分之二的圆周面，但不能形成整圆，以避免机构抱死，也不宜小于三分之二的圆周面，防止运动过程中针架座16容易脱离下光轴13。

如图4所示，在本发明一种可选的实施例中，弹性调节结构4靠近上光轴12设置，该弹性调节结构4包括Z形折弯板41，Z形折弯板41由针架座16的内侧壁朝向两光轴中的一个一侧延伸，在本实施例中，Z形折弯板41朝向上光轴12凸伸，在Z形折弯板41的侧面凸设有与该侧面垂直的安装轴42，在安装轴42上套设有轴承43，轴承43的外缘面与上光轴12的表面相接触，该轴承43的外缘面即为弹性调节结构4的凸伸端。这样，在运动过程中，上光轴12通过向轴承43施压，使得Z形折弯板41压缩，在Z形折弯板41弹性力的作用下，轴承43对上光轴12具有反作用力，调节上光轴12与凸伸部18的圆弧接触面的间隙，并且Z形折弯板41利用弹性力驱动针架座16的凸伸部19的圆弧接触面与下光轴13始终保持间隙最小，使得针架座16的凸伸部18、19始终接触上光轴12和下光轴13，达到避免晃动，提高运行平稳性的作用。当然根据实际需要，Z形折弯板41也可朝向下光轴13凸伸，其具体结构与原理相同，在此不再重复描述。

进一步的，如图4所示，在针架座16的内侧壁上对应于轴承43的位置沿水平方向设有凸台44，该凸台44的上表面与轴承43的外缘面相接触。当针架座16沿Z轴竖直向下运动时，轴承43能够贴紧凸台44而不产生偏移。

在本发明中，针架座16与弹性调节结构4的Z形折弯板41为一体注塑成型，有利于结构的牢固性。当然，针架座16与弹性调节结构4的Z形折弯板41也可以采用分体结构，将弹性调节结构4的Z形折弯板41固定于针架座16上而形成一体，只要能够保证针架座16与弹性调节结构4的Z形折弯板41连接的牢固性即可，本发明对此不作限制。

如图5所示，在本发明另一种可选的实施例中，弹性调节结构4为一弹片45，该弹片45由针架座16的内侧壁凸伸至两光轴中的一个，在本实施例中，弹片45由针架座16的内侧壁朝向上光轴12凸伸，弹片45的凸伸端与上光轴12的表面相接触。这样，在运动过程中，上光轴12通过向弹片45施压，弹片45对上光轴12具有反作用力，从而调节上光轴12与凸伸部18的圆弧接触面的间隙，并且弹片45利用弹性力驱动针架座16的凸伸部19的圆弧接触面与下光轴13始终保持间隙最小，使得针架座16的凸伸部18、19始终接触上光轴12和下光轴13，达到避免晃动，提高运行平稳性的作用。当然根据实际需要，弹片45也可朝向下光轴13凸伸，其具体结构与原理相同，在此不再重复描述。弹片45可以与针架座16一体注塑成型，这样有利于结构的牢固性。

如图1、2所示，本发明的Z轴运动机构3用于驱动针架沿Z轴方向移动，该Z轴运动机构3包括：传动导向轴31、第二驱动单元32、齿轮33、齿条34、滚珠导轨36和滑块37。其中：

传动导向轴31沿水平方向设置于两光轴12、13之间，传动导向轴31与丝杆14相平行设置，传动导向轴31贯穿针架座16，传动导向轴31的两端分别连接于两底座11上，在传动导向轴31的一端连接有驱动传动导向轴31转动的第二驱动单元32。如图1所示，第二驱动单元32由第二驱动电机321、两第二带轮322和同步带323构成，起到驱动丝杆14的作用，第二驱动单元32的具体连接结构及工作原理为已有技术，在此不再详细描述。

齿轮33和齿条34，齿轮33安装于针架座16内并活动配合套接于传动导向轴31上，使得齿轮33既能随传动导向轴31一起转动，义能在传动导向轴31上随针架座16一起滑动，使得结构紧凑。齿条34沿Z轴方向(竖直方向)设置于齿轮33上，齿条34与齿轮33相配合，使得齿条34能够Z轴方向(竖直方向)移动，从而带动在齿条33上固设的针架35沿Z轴方向移动。

滚珠导轨36和滑块37，滚珠导轨36沿Z轴方向(竖直方向)设置于齿条34的旁侧，滑块37能滑动的安装于滚珠导轨36上，滑块37与针架35固定连接，滚珠导轨36和滑块37起到导向的作用，避免针架35沿Z轴方向运动时产生偏移。

进一步的，传动导向轴31可采用六角导轨轴或四方轴或花键轴。相应的齿轮33内孔形状与传动导向轴31横截面形状相配合即可。

进一步的，如图1所示，在针架座16上固设有光电保护开关(图中未示出)，所述光电保护开关与可随针架座16移动的拖链线缆组38相连接，从而有效的保护光电保护开关的连接线缆。

如图6、7所示，分别为本发明的Y轴运动机构的结构示意图和部分分解结构示意图。如图所示，本发明的Y轴运动机构2用于驱动样品盘架在支架100的底部沿Y轴方向运动。该Y轴运动机构2包括：沿Y轴方向(即垂直于X轴及Y轴所确定的平面的方向)设置的导轨21和滑板22，滑板22沿导轨21的轴向滑动配合地安装于导轨21上，在导轨21的轴向两端分别设有主动带轮(图中未示出)和从动带轮23，在主动带轮和从动带轮23上套装有同步带24，主动带轮与步进电机25的输出轴相连接，从动带轮23安装于固设于导轨21上的从动轴上并与轴承相配合，使得从动带轮23能够在同步带24的带动下随主动带轮同步转动，步进电机25用于驱动主动带轮转动，进而带动同步带24围绕主动带轮和从动带轮23转动。在滑板22上固接有样品盘架26，该样品盘架26的底部与同步带24的一侧固定连接，使得样品盘架26随同步带24沿Y轴方向移动，导轨21和滑板22机构使得样品盘架26在沿Y轴方向运动过程中不产生偏移。

进一步的，在导轨21上设有光电保护开关27，起到保护作用。

进一步的，上光轴12和下光轴13为铝合金制光轴。该铝合金制光轴与针架座16滑动配合所引起的发热量较小，可延长针架座16的使用寿命。

另外，针架35和齿轮33均为注塑成型件，选用POM材质，还可以选用耐磨性较好的尼龙材料。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (14)

1.一种自动进样器，至少包括三维运动系统，所述三维运动系统包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，其特征在于，所述X轴运动机构至少包括：

固定架，由沿竖直方向设置的两底座和沿水平方向设置的两光轴围接而成；

丝杆，沿水平方向设置于所述两光轴之间，所述丝杆的两端分别连接于所述两底座上，在所述丝杆的一端连接有驱动所述丝杆转动的第一驱动单元；

针架座，沿竖直方向设置于所述两底座之间，所述针架座通过该针架座内部设置的螺母与所述丝杆螺纹传动配合，所述针架座的底部两侧向外延伸形成凸伸部，该凸伸部与所述两光轴相接触；

弹性调节结构，固设在所述针架座的内侧壁上并凸伸至所述两光轴中的一个，所述弹性调节结构的凸伸端顶抵于该所述两光轴中的一个的表面上。

2.如权利要求1所述的自动进样器，其特征在于，所述弹性调节结构包括Z形折弯板，所述Z形折弯板由所述针架座的内侧壁朝向所述光轴一侧延伸，在所述Z形折弯板的侧面凸设有与该侧面垂直的安装轴，在所述安装轴上套设有轴承，所述轴承的外缘面与所述两光轴中的一个的表面相接触。

3.如权利要求2所述的自动进样器，其特征在于，在所述针架座的内侧壁上对应于所述轴承的位置沿水平方向设有凸台，所述凸台的上表面与所述轴承的外缘面相接触。

4.如权利要求2所述的自动进样器，其特征在于，所述针架座与所述弹性调节结构的Z形折弯板为一体注塑成型。

5.如权利要求4所述的自动进样器，其特征在于，所述针架座与所述弹性调节结构采用聚甲醛树脂材料。

6.如权利要求1所述的自动进样器，其特征在于，所述弹性调节结构为由所述针架座的内侧壁凸伸至所述两光轴中的一个的弹片，所述弹片的凸伸端与所述两光轴中的一个的表面相接触。

7.如权利要求1至6中任一项所述的自动进样器，其特征在于，所述沿水平方向设置的两光轴为上光轴和下光轴，所述针架座的底部两侧的凸伸部与所述上光轴和所述下光轴的接合面为圆弧面。

8.如权利要求7所述的自动进样器，其特征在于，所述针架座与所述上光轴接合的圆弧面为四分之一的圆周面；所述针架座与所述下光轴接合的圆弧面为三分之二的圆周面。

9.如权利要求1所述的自动进样器，其特征在于，所述Z轴运动机构包括：

传动导向轴，沿水平方向设置于所述两光轴之间并与所述丝杆相平行设置，所述传动导向轴贯穿所述针架座，所述传动导向轴的两端分别连接于所述两底座上，在所述传动导向轴的一端连接有驱动所述传动导向轴转动的第二驱动单元；

齿轮和齿条，所述齿轮安装于所述针架座内并活动配合套接于所述传动导向轴上，所述齿条沿竖直方向设置于所述齿轮上并与所述齿轮相配合沿竖直方向移动，在所述齿条上固设有针架；

滚珠导轨和滑块，所述滚珠导轨沿竖直方向设置于所述齿条的旁侧，所述滑块能滑动的安装于所述滚珠导轨上，所述滑块与所述针架固定连接。

10.如权利要求1或9所述的自动进样器，其特征在于，在所述针架座上固设有光电保护开关，所述光电保护开关与可随针架座水平移动的拖链线缆组相连接。

11.如权利要求9所述的自动进样器，其特征在于，所述传动导向轴为六角导轨轴或四方轴或花键轴。

12.如权利要求1所述的自动进样器，其特征在于，所述Y轴运动机构包括：沿垂直于水平方向及竖直方向设置的导轨和滑板，所述滑板沿所述导轨的轴向滑动配合地安装于所述导轨上，在所述导轨的轴向两端分别设有主动带轮和从动带轮，在所述主动带轮和从动带轮上套装有同步带，所述主动带轮通过步进电机驱动，在所述滑板上固接有样品盘架，所述样品盘架的底部与所述同步带的一侧固定连接。

13.如权利要求12所述的自动进样器，其特征在于，在所述导轨上设有光电保护开关。

14.如权利要求1所述的自动进样器，其特征在于，所述光轴为铝合金制光轴。

Images