CN103630701B - 高精度加样装置及安装调试方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度加样装置，包括底板（18）、第一支座（13）、第二支座（6）、步进电机（12）、同步传动机构和注射器活塞杆（31）驱动机构，第一支座（13）和第二支座（6）安装在底板（18）上，步进电机（12）安装在第一支座（13）上，并通过同步传动机构与注射器活塞杆驱动机构传动连接。本发明的有益效果是：采用的消除间隙措施使整个装置的回程的差可控制在0.1ul以内，能满足现在体外诊断设备最小加样量1ul的精度要求；同时通过注射器位置调试工装能消除加工及组装过程带来的误差，很好的保证注射器与导向轴的同轴度，大大延长注射器的使用寿命。

Description

高精度加样装置及安装调试方法

技术领域

本发明涉及一种高精度加样装置及安装调试方法，主要用于体外诊断医疗设备中。

背景技术

体外诊断技术是现代医学中应用最为广泛的诊断疾病的方法之一，其通过检测人体血液、组织液或其它体液中特定物质的含量来辅助或直接诊断疾病。高精度的加样系统是体外诊断医疗设备中的核心组成部分，其取样精度直接决定测试结果的准确性，进而影响医务人员的诊断。

现有的诊断仪器中，几乎所有设备的加样装置均是将高精度步进电机和高精度注射器相结合来实验吸样和排样，注射器多是采用两点式固定，即注射器上端用螺纹连接在一个多通块上，下端通过销钉与驱动滑块相联，通过传动机构推拉注射器活塞杆实现吸排。现有的加样装置有两个缺点：一是系统回程差较大，往往给加样系统带来加样误差；二是目前国内的加工工艺很难保证螺纹的平行度、垂直度等指标，因此加样装置装配完成后注射器与导向轴的同轴度就很难保证，运行中导致注射器密封结构磨损加剧，直接影响注射器的功能和使用寿命。现在多数机型中加样系统的注射器都要频繁更换，增加了用户的使用成本，影响使用的便捷性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度加样装置及安装调试方法，以解决现有技术存在的回程差较大和使用寿命短的问题。

本发明的技术方案是：一种高精度加样装置，包括底板（18）、第一支座（13）、第二支座（6）、步进电机（12）、同步传动机构和注射器活塞杆（31）驱动机构，第一支座（13）和第二支座（6）安装在底板（18）上，步进电机（12）安装在第一支座（13）上，并通过同步传动机构与注射器活塞杆驱动机构传动连接，其特征在于，所述的注射器活塞杆驱动机构包括精密滚珠丝杠副（4）、张紧弹簧（16）、导向轴（10）、注射器滑块（7）和注射器三通（1），导向轴（10）连接在第一支座（13）与第二支座（6）之间，滚珠丝杠副（4）的丝杠两端转动安装在第一支座（13）与第二支座（6）之间，在滚珠丝杠副（4）的丝杠上端台阶与第一支座（13）的下面之间安装张紧弹簧（16）；注射器滑块（7）连接在滚珠丝杠副（4）的螺母上，两根导向轴（10）滑动穿过安装在注射器滑块（7）上的直线轴承（19），为注射器滑块（7）的上下滑动起导向作用；在底板的上端装有用于固定注射器前部的注射器三通（1），在注射器滑块（7）的一端设有与所述的注射器三通（1）对应的用于固定注射器活塞杆的销钉（5），注射器活塞杆端部通过销钉（5）固定在注射器滑块（7）上，跟随注射器滑块（7）一起运动，注射器（3）顶端通过螺纹连接在三通块（1）上。

还包括为所述的注射器滑块（7）自动定位的自动定位装置。

所述的自动定位装置为光偶（11）和光偶挡片（8），光偶（11）与静止部件连接，光偶挡片（8）连接在注射器滑块（7）上，光偶（11）在固定位置触发为注射器的运动精确定位。

所述的同步传动机构包括安装在步进电机（12）的轴和滚珠丝杠轴端的一对同步带轮（15）和同步带（14）。

所述的注射器（3）与三通块（1）之间安装弹性密封垫(21)。

所述的滚珠丝杠副（4）的丝杠的两端各用一个深沟球轴承（19）安装在第一支座（13）和第二支座（6）上，所述的张紧弹簧（16）的上端顶在位于第一支座（13）上的深沟球轴承（19）的下端。

一种所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，在安装注射器三通块（1）与注射器（3）时，首先在对应于注射器的底板上临时安装一调试工装（20），在该调试工装（20）的下端和上端分别设有定位孔和U型槽，两个该定位孔通过定位销钉（2）与底板上的销孔连接，用于调试工装（20）的定位；将注射器（3）与三通块（1）连接，并将注射器（3）的活塞杆（31）放入该U型槽并与其滑动配合，限制注射器的水平偏摆；在注射器（3）定位后，将三通块（1）用螺钉固定在底板（18）上；然后将注射器从三通块上取下并去除调试工装（20），最后再重新将注射器（3）安装在三通块（1）上。

两个定位销钉（2）同时穿过第一支座（13）、底板（18）和注射器位置调试工装（20）。

本发明的有益效果是：采用的消除间隙措施使整个装置的回程的差可控制在0.1ul以内，能满足现在体外诊断设备最小加样量1ul的精度要求；同时通过注射器位置调试工装能消除加工及组装过程带来的误差，很好的保证注射器与导向轴的同轴度，大大延长注射器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明高精度加样装置的立体结构示意图；

图2是本发明高精度中样装置与注射器位置调试工装的剖视图（沿对称中心剖切）。

具体实施方式

下面结合图1和图2对本发明的具体实施方案做进一步的详细说明：

本发明整个装置由底板18、第一支座13、第二支座6、步进电机12、同步带14、同步带轮（包括主动轮和从动轮）15、精密滚珠丝杠副（包括相互配合的丝杠和螺母）4、深沟球轴承19、轴承盖板17、张紧弹簧16、导向轴10、注射器滑块7、紧定销钉5、注射器3、注射器三通1、定位销2、光偶11、光偶挡片8组成。第一支座13和第二支座6安装在底板18上，步进电机12安装在第一支座13上，第一支座13与第二支座上有导向轴安装孔和滚珠丝杠安装孔，滚珠丝杠通过两个深沟球轴承19及轴承盖板17安装在上述第一支座13和第二支座6间。在滚珠丝杠副4上端台阶与第一支座13内起支撑作用的深沟球轴承19之间安装张紧弹簧16，导向轴10直接安装在两支座的精孔中，并用紧定螺钉使其固定在第二支座6上，电机轴和滚珠丝杠轴端安装有同步带轮15和同步带14，精密滚珠丝杠副4包括滚珠丝杠上连接丝杠螺母，丝杠螺母通过法兰固定在注射器滑块7上，两根导向轴10穿过安装在注射器滑块7中的直线轴承，为注射器滑块7的上下滑动起导向作用。注射器活塞杆31端部通过紧定销钉5固定在注射器滑块7上，跟随注射器滑块7一起运动，注射器3顶端通过螺纹连接在三通块1上，注射器3与三通块1之间安装柔性密封垫21。注射器三通1和注射器3安装在底板18的一侧，其他部件安装在底板18的另一侧，注射器滑块7与注射器活塞杆31连接的一端需要穿过底板上的长孔9，长孔9的长方向与滚珠丝杠副4的丝杠的轴向相同。同步带14与一对同步带轮15组成同步传动机构；精密滚珠丝杠副（4）、张紧弹簧（16）、导向轴（10）、注射器滑块（7）、注射器三通（1）以及有关的上述部件组成注射器活塞杆驱动机构。

装配注射器3时，先将注射器位置调试工装20安装于定位销2中，将注射器3与三通块1可靠连接，将注射器活塞杆31放入注射器位置调试工装20的U型槽22中限制其水平偏摆，确定注射器3的安装位置后用螺钉固定三通块1，然后再取下调试工装20。

本发明加样装置的具体工作方式为：加样系统接收到吸样或排样指令，通过传动比、注射器3的内径等信息计算出步进电机12需运行的步数，加样系统通过控制器发送脉冲信号驱动步进电机12转动相应步数，步进电机12的转动通过同步带14传送到滚珠丝杠，滚珠丝杠的转动通过丝杠螺母转化注射器滑块7沿导向轴10的轴向滑动，注射器滑块7带动注射器活塞杆31进行上下运动完成吸排动作。一次加样完成后，通过光偶传感器11判断位置信息回到初始零位。

本发明可用于全自动生化分析仪，其最小加样量要求为1.5ul。电机与滚珠丝杠间的传动比为1：2，选用C7精度等线的滚珠丝杠其导程为4mm，轴向间隙小于0.02mm，选用250ul行程为60mm的注射器，即每毫米行程对应4.17ul，这样滚珠丝械轴向间隙导致的回程误差为0.083ul，能满足1.5ul的加样要求，同时注射器位置调试工装20很好地保证了注射器运行过程中与导向轴的同轴度，大大提高了注射器的使用寿命。

本发明所解决的技术问题的工作原理说明如下：

1.回程间隙的消除：

加样装置中可能引入回程间隙的环节包括：步进电机转子与定子间的轴向跳动、丝杠的轴向安装间隙及丝杠自身的间隙。步进电机12转子与定子间的轴向跳动通过同步传动机构与后续传动机构隔离，转子的轴向跳动只会引起主动带轮的轴向跳动，而滚珠丝杠的旋转量几乎不受主动带轮轴向跳动的影响，从而消除了的步进电机12轴向跳动的影响；在滚珠丝杠副4的丝杠上端台阶与第一支座13内起支撑作用的深沟球轴承19之间安装张紧弹簧16，使丝杠螺母不论是向上运动还是向下运动，丝杠始终与第二支座6内深沟球轴承19紧密贴合，从而消除了丝杠的轴向安装间隙。通过选用精密滚动丝杠，其间隙在0.02mm以内，选择活塞横截面积较小的注射器3，整个加样注射泵的回程间隙可控制在0.1ul以内，满足现有现有检验仪器对加样精度的要求。

2.注射器3与导向轴10同轴度的保证：

本发明用注射器位置调试工装20安装注射器3，两个定位销钉2同时穿过第一支座13、底板18和注射器位置调试工装20，第一支座13上有导向轴10的安装孔，通过高精度的数控机床保证导向轴10安装孔与销孔的形位工差要求。装配注射器3时，先将注射器位置调试工装20安装于上述销孔中，将注射器3与三通块1可靠连接，将注射器活塞杆放入注射器位置调试工装20的U型槽中，确定注射的安装位置后用螺钉固定三通块1，然后取下调试工装20。这样在保证注射器3与导向轴10同轴度的前提下才固定三通块1，即使三通块1的螺纹孔形位公差误差较大，通过调试环节也能很好地保证注射器3与导向轴10的同轴度。同时在注射器3与三通块1之间安装弹性密封垫21，一方向起到密封作用，另一方面，注射器3在一定范围内可以上下左右摇摆，放宽了对注射器3安装精度的要求。

Claims (7)

1.一种高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，该高精度加样装置包括底板(18)、第一支座(13)、第二支座(6)、步进电机(12)、同步传动机构和注射器活塞杆(31)驱动机构，第一支座(13)和第二支座(6)安装在底板(18)上，步进电机(12)安装在第一支座(13)上，并通过同步传动机构与注射器活塞杆驱动机构传动连接，其特征在于，所述的注射器活塞杆驱动机构包括精密滚珠丝杠副(4)、张紧弹簧(16)、导向轴(10)、注射器滑块(7)和注射器三通(1)，导向轴(10)连接在第一支座(13)与第二支座(6)之间，滚珠丝杠副(4)的丝杠两端转动安装在第一支座(13)与第二支座(6)之间，在滚珠丝杠副(4)的丝杠上端台阶与第一支座(13)的下面之间安装张紧弹簧(16)；注射器滑块(7)连接在滚珠丝杠副(4)的螺母上，两根导向轴(10)滑动穿过安装在注射器滑块(7)上的直线轴承(19)，为注射器滑块(7)的上下滑动起导向作用；在底板的上端装有用于固定注射器前部的注射器三通(1)，在注射器滑块(7)的一端设有与所述的注射器三通(1)对应的用于固定注射器活塞杆的销钉(5)，注射器活塞杆端部通过销钉(5)固定在注射器滑块(7)上，跟随注射器滑块(7)一起运动，注射器(3)顶端通过螺纹连接在三通块(1)上；

在安装注射器三通块(1)与注射器(3)时，首先在对应于注射器的底板上临时安装一调试工装(20)，在该调试工装(20)的下端和上端分别设有定位孔和U型槽，两个该定位孔通过定位销钉(2)与底板上的销孔连接，用于调试工装(20)的定位；将注射器(3)与三通块(1)连接，并将注射器(3)的活塞杆(31)放入该U型槽并与其滑动配合，限制注射器的水平偏摆；在注射器(3)定位后，将三通块(1)用螺钉固定在底板(18)上；然后将注射器从三通块上取下并去除调试工装(20)，最后再重新将注射器(3)安装在三通块(1)上。

2.根据权利要求1所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，所述加样装置还包括为所述的注射器滑块(7)自动定位的自动定位装置。

3.根据权利要求2所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，所述的自动定位装置为光偶(11)和光偶挡片(8)，光偶(11)与静止部件连接，光偶挡片(8)连接在注射器滑块(7)上，光偶在固定位置触发为注射器的运动精确定位。

4.根据权利要求2所述的高精度加样装置，其特征在于，所述的同步传动机构包括安装在步进电机(12)的轴和滚珠丝杠轴端的一对同步带轮(15)和同步带(14)。

5.根据权利要求1所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，所述的注射器(3)与三通块(1)之间安装弹性密封垫(21)。

6.根据权利要求1所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，所述的滚珠丝杠副(4)的丝杠的两端各用一个深沟球轴承(19)安装在第一支座(13)和第二支座(6)上，所述的张紧弹簧(16)的上端顶在位于第一支座(13)上的深沟球轴承(19)的下端。

7.根据权利要求1所述的高精度加样装置的安装调试方法，其特征在于，

两个定位销钉(2)同时穿过第一支座(13)、底板(18)和注射器位置调试工装(20)。