CN106645523B - 一种自动进样器及其取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动进样设备技术领域，涉及一种自动进样器及其取样方法。它解决了如何实现精确取样。自动进样器包括有取样机构，该取样机构包括：X轴运动组件、Y轴运动组件及Z轴运动组件。本发明通过步进电机精密控制进样针的水平运动，到样品瓶位置具有信号反馈，控制精度小于0.01mm，可有效解决直线运动过程中的失步、打滑等造成进样针失位现象，无需编码器，就实现进样针的精确定位。

Description

一种自动进样器及其取样方法

技术领域

本发明属于自动进样设备技术领域，涉及一种自动进样器及其取样方法。

背景技术

自动进样器作为液相色谱仪的重要部件，一个核心功能是从指定的样品瓶吸入样品，然后注入到色谱系统中，完成自动进样。

在现有技术中，自动进样器的取样机构如图1-3所示：

通常包含一套三维运动系统：X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件，所述X轴运动组件包括水平方向安装的导轨X 1、同步带X 2、基座板3、主动轮X 4、步进电机X 5，光耦X 6及光耦挡片X 7；Y轴运动组件包括垂直方向安装的导轨Y 8、同步带Y 9、底板10、主动轮Y 11、步进电机Y 12、光耦Y 13及光耦挡片Y 14；Z轴运动组件包括导轨Z 15、丝杆16、同步带Z 17、步进电机Z 18、进样针19等。

典型的取样过程：X轴运动：步进电机X 5反方向运动，光耦X 6中的光被光耦挡片X7遮挡，记为零点，步进电机X 5正方向运动，通过主动轮X 4，带动同步带X 2及X轴组件运动，假定4号瓶离机械零点50mm，步进电机0.04mm/步，则步进电机X 5从原点运行1250步，到达4号瓶上方，刺破瓶盖20，进入样品瓶21中完成取样。样品瓶盖20通常为硬质塑料结构，其中心留有直径为1mm的孔，内部装有样品瓶垫22，起密封作用，同时也是进样针19进出样品瓶21的通道。

上述结构虽然能实现自动取样，但是，进样针19在X轴方向水平运动时，由于导轨与基座之间长时间的运动过程中，存在磨损现象，导致摩擦力矩加大，容易导致步进电机X5失步现象，也容易导致定位不准，使进样针19难以水平运行到指定位置，如样品瓶21的正上方，另外，由于步进电机X 5没有反馈信号，系统无法准确监控到进样针19的实际位置，会导致进样针19插到瓶盖20上，引起硬件损坏。

针对这一问题，往往在步进电机后端加装编码器，监测步进电机的运行状态，以此达到监测进样针的实际位置，但是如果长时间运行后，如出现同步带松弛或者同步带和主动轮打滑时，还是会出现此类故障。因此，这种方案增加了产品的成本，且只能在一定程度上解决上述问题，并不能彻底解决。

发明内容

本发明是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种自动进样器的取样机构及其取样方法，本发明所要解决的技术问题是：如何实现精确取样。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

本发明的其中一个目的是提供一种自动进样器，包括有取样机构，该取样机构包括：X轴运动组件、Y轴运动组件及Z轴运动组件；

所述X轴运动组件包括有设置在基座上的X轴导轨，在X轴导轨上设置有基板座，在基板座上设置有X轴光耦，在基座上设置有X轴样品瓶定位片，X轴样品瓶定位片上设置有若干个定位凹槽，所述X轴光耦随基板座由X轴驱动机构带动沿X轴导轨往复移动，且基板座通过X轴光耦状态确定机械原点及移动至相应的样品瓶上方；

所述Y轴运动组件包括有设置在基板上的Y轴导轨，在Y轴导轨上设置有样品瓶安装板，在样品瓶安装板的一侧设置有与Y轴导轨平行的Y轴样品瓶定位片，Y轴样品瓶定位片上设置有若干个定位凹槽，在基板上设置有Y轴光耦，所述Y轴样品瓶定位片随样品瓶安装板由Y轴驱动机构驱动沿Y轴导轨往复移动，且样品瓶安装板通过Y轴光耦状态确定机械原点及将样品瓶移动至相应的位置；

所述Z轴运动组件包括有Z轴导轨，Z轴导轨设置在基板座上，在Z轴导轨上设置有进样针组件，进样针组件由Z轴驱动机构驱动沿Z轴导轨移动刺入样品瓶。

在上述的一种自动进样器中，所述X轴驱动机构包括有X轴主动轮、X轴从动轮及连接X轴主动轮与X轴从动轮的同步带，X轴主动轮由X轴电机驱动转动；所述基板座固定在该同步带上并随该同步带一起移动。

在上述的一种自动进样器中，所述Y轴驱动机构包括有Y轴主动轮、Y轴从动轮及连接Y轴主动轮与Y轴从动轮的同步带，Y轴主动轮由Y轴电机驱动转动；所述样品瓶安装板连接在该同步带上并随该同步带一起移动。

在上述的一种自动进样器中，所述Z轴驱动机构包括有Z轴主动轮、Z轴从动轮及连接Z轴主动轮与Z轴从动轮的同步带，Z轴主动轮由Z轴电机驱动转动，所述Z轴从动轮设置在丝杆上，进样针组件设置在丝杆上并沿Z轴导轨往复移动。

在上述的一种自动进样器中，所述X轴光耦、Y轴光耦上均设置有凹槽，所述X轴样品瓶定位片位于X轴光耦的凹槽中心，Y轴样品瓶定位片位于Y轴光耦的凹槽中心。

本发明的另一个目的是提供一种自动进样器的进样方法，包括如下步骤：

(1)X轴运动：由X轴驱动组件驱动基板座沿X轴导轨移动并根据X轴光耦的状态确定机械原点，然后控制基板座根据X轴光耦上的定位凹槽的位置判断并移动至样品瓶位置；

(2)Y轴运动：由Y轴驱动组件驱动样品瓶安装板沿Y轴导轨移动并根据Y轴光耦的状态确定机械原点，然后控制样品瓶安装板上的样品瓶移动至相应的位置；

(3)Z轴运动：由Z轴驱动组件驱动进样针组件沿着Z轴导轨向下移动并刺入样品瓶中，完成取样。

在上述的一种自动进样器的进样方法中，所述基板座根据X轴光耦状态，如果X轴光耦未挡住，表面当前处于定位凹槽中，X轴驱动机构驱动基板座继续正向移动，直到X轴光耦被挡住；当X轴光耦状态显示挡住时，X轴驱动机构驱动基板座反方运动，直到X轴光耦不被挡住，显示当前处于定位凹槽状态，并计算当前定位凹槽的宽度，如果宽度小于设定值，则基板座继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽位置，该位置为机械原点。

在上述的一种自动进样器的进样方法中，基板座根据单片机设定的计时器n＝0,X轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽位置的数量即为该数量号次的样品瓶的位置，即所述定位凹槽的位置与样品瓶位置一一对应，定位凹槽的中心为样品瓶的中心。

在上述的一种自动进样器的进样方法中，Y轴样品瓶定位片随样品瓶安装板一起移动，样品瓶安装板根据Y轴光耦状态，如果Y轴光耦未挡住，表面当前处于定位凹槽中，Y轴驱动机构驱动样品瓶安装板继续正向移动，直到Y轴光耦被挡住；当Y轴光耦状态显示挡住时，Y轴驱动机构驱动样品瓶安装板反向运动，直到Y轴光耦不被挡住，显示当前处于定位凹槽状态，并计算当前定位凹槽的宽度，如果宽度小于设定值，则样品瓶安装板继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽的位置，该位置为机械原点。

在上述的一种自动进样器的进样方法中，样品瓶安装板根据单片机设定的计时器n＝0,Y轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽位置的数量即为该数量号次的样品瓶要移动至的位置，定位凹槽的中心为样品瓶的中心。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过步进电机精密控制进样针的水平运动，到样品瓶位置具有信号反馈，控制精度小于0.01mm，可有效解决直线运动过程中的失步、打滑等造成进样针失位现象，无需编码器，就实现进样针的精确定位。

2、本发明的样品瓶定位片的特殊结构，可以一次完成样品瓶定位和原点定位，无需两套定位设备即可实现，成本低，结构简单、可靠。

附图说明

图1是背景技术的结构示意图。

图2是背景技术的样品瓶的结构示意图。

图3是背景技术的样品瓶的瓶盖的结构示意图。

图4是本发明的结构示意图。

图5是图4的A部放大示意图。

图中，1、导轨X；2、同步带X；3、基座板；4、主动轮X；5、步进电机X；6、光耦X；7、光耦挡片X；8、导轨Y；9、同步带Y；10、底板；11、主动轮Y；12、步进电机Y；13、光耦Y；14、光耦挡片Y；15、导轨Z；16、丝杆；17、同步带Z；18、步进电机Z；19、进样针；20、瓶盖；21、样品瓶；22、样品瓶垫；23、基座；24、X轴导轨；25、基板座；26、X轴光耦；27、X轴样品瓶定位片；28、定位凹槽；29、机械原点；30、样品瓶；31、基板；32、Y轴导轨；33、样品瓶安装板；34、Y轴样品瓶定位片34；35、Y轴光耦；36、Z轴导轨；37、进样针组件；38、X轴主动轮；39、X轴从动轮；40、连接X轴主动轮与X轴从动轮的同步带；41、X轴电机；42、连接Y轴主动轮与Y轴从动轮的同步带；43、Z轴主动轮；44、Z轴从动轮；45、Z轴电机；46、丝杆；47、Y轴电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图4、5所示。一种自动进样器，包括有取样机构，该取样机构包括：X轴运动组件、Y轴运动组件及Z轴运动组件；

所述X轴运动组件包括有设置在基座23上的X轴导轨24，在X轴导轨24上设置有基板座25，在基板座25上设置有X轴光耦26，在基座23上设置有X轴样品瓶定位片27，其中X轴样品瓶定位片27为光耦挡片，X轴样品瓶定位片27上设置有若干个定位凹槽28，所述X轴光耦26随基板座25由X轴驱动机构带动沿X轴导轨24往复移动，且基板座25通过X轴光耦26状态确定机械原点29及移动至相应的样品瓶30上方；

所述Y轴运动组件包括有设置在基板31上的Y轴导轨32，在Y轴导轨32上设置有样品瓶安装板33，在样品瓶安装板33的一侧设置有与Y轴导轨32平行的Y轴样品瓶定位片34，其中，Y轴样品瓶定位片34为光耦挡片，Y轴样品瓶定位片34上设置有若干个定位凹槽28，在基板31上设置有Y轴光耦35，所述Y轴样品瓶定位片34随样品瓶安装板33由Y轴驱动机构驱动沿Y轴导轨32往复移动，且样品瓶安装板33通过Y轴光耦35状态确定机械原点及将样品瓶30移动至相应的位置；

所述Z轴运动组件包括有Z轴导轨36，Z轴导轨36设置在基板座25上，在Z轴导轨36上设置有进样针组件37，进样针组件37由Z轴驱动机构驱动沿Z轴导轨36移动刺入样品瓶30进行取样。

具体地，所述X轴驱动机构包括有X轴主动轮38、X轴从动轮39及连接X轴主动轮38与X轴从动轮39的同步带40，X轴主动轮38由X轴电机41驱动转动；所述基板座25固定在该同步带40上并随该同步带40一起移动。

当然，X轴驱动机构也可以由气缸、油缸、丝杆等进行替代。考虑到安装空间、成本等关系，本实施例的皮带轮驱动机构作为优选方案。

具体地，所述Y轴驱动机构包括有Y轴主动轮、Y轴从动轮及连接Y轴主动轮与Y轴从动轮的同步带42，Y轴主动轮由Y轴电机47驱动转动；所述样品瓶安装板33连接在该同步带42上并随该同步带42一起移动。

同样，Y轴驱动机构也可以由气缸、油缸、丝杆等进行替代。考虑到安装空间、成本等关系，本实施例的皮带轮驱动机构作为优选方案。

具体地，所述Z轴驱动机构包括有Z轴主动轮43、Z轴从动轮44及连接Z轴主动轮43与Z轴从动轮44的同步带，Z轴主动轮43由Z轴电机45驱动转动，所述Z轴从动轮44设置在丝杆46上，进样针组件37设置在丝杆46上并沿Z轴导轨36往复移动。

本实施例的Z轴驱动机构也可以直接由电机驱动丝杆或气缸等结构进行代替。同样也是考虑到安装空间、成本等关系，本实施例的皮带轮结合丝杆的驱动机构作为优选方案。

进一步地，所述X轴光耦26、Y轴光耦35上均设置有凹槽，所述X轴样品瓶定位片27位于X轴光耦26的凹槽中心，Y轴样品瓶定位片34位于Y轴光耦35的凹槽中心。

本发明的X轴运动组件为水平运动，Y轴运动组件为和水平运动相对应的垂直运动，而Z轴运动组件为进样针在竖直方向的运动。

一个典型的采样流程：X轴运动组件带动进样针移动到指定样品瓶30的上方，Y轴运动组件带动样品瓶30移动到指定位置，Z组运动组件控制进样针组件37向下运动，使进样针刺入样品瓶30，完成取样。

本发明的另一个目的是提供一种自动进样器的进样方法，包括如下步骤：

(1)X轴运动：由X轴驱动组件驱动基板座25沿X轴导轨24移动并根据X轴光耦26的状态确定机械原点29，然后控制基板座25根据X轴光耦26上的定位凹槽28的位置判断并移动至样品瓶30位置；

(4)Y轴运动：由Y轴驱动组件驱动样品瓶安装板33沿Y轴导轨32移动并根据Y轴光耦35的状态确定机械原点，然后控制样品瓶安装板33上的样品瓶30移动至相应的位置；

(5)Z轴运动：由Z轴驱动组件驱动进样针组件37沿着Z轴导轨36向下移动并刺入样品瓶30中，完成取样。

进一步地，本发明的X轴的机械原点29确定过程如下：所述基板座25根据X轴光耦26状态，如果X轴光耦26未挡住，表面当前处于定位凹槽28中，X轴驱动机构驱动基板座25继续正向移动，直到X轴光耦26被挡住；当X轴光耦26状态显示挡住时，X轴驱动机构驱动基板座25反向运动，直到X轴光耦26不被挡住，显示当前处于定位凹槽28状态，并计算当前定位凹槽28的宽度，如果宽度小于设定值，则基板座25继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽28位置(即原点凹槽)，该位置为机械原点29。

本实施例设定定位凹槽28的宽度为1mm。则宽度小于1mm，基板座25继续反向移动，直到找到宽度大于1mm的定位凹槽28的位置。

更进一步地，基板座25根据单片机设定的计时器n＝0,X轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽28位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽28位置的数量即为该数量号次的样品瓶30的位置，即所述定位凹槽28的位置与样品瓶30位置一一对应，定位凹槽28的中心为样品瓶30的中心。假定要找到6号为样品瓶位，则当n＝6时，当前位置即为6号样品瓶位。

另外，本实施例的正向运动、反向运动取决于X轴驱动机构的电机的正转与反转。且，电机为步进电机。

同样地，Y轴的机械原点的确定过程如下：Y轴样品瓶定位片34随样品瓶安装板33一起移动，样品瓶安装板33根据Y轴光耦35状态，如果Y轴光耦35未挡住，表面当前处于定位凹槽28中，Y轴驱动机构驱动样品瓶安装板33继续正向移动，直到Y轴光耦35被挡住；当Y轴光耦35状态显示挡住时，Y轴驱动机构驱动样品瓶安装板33反向运动，直到Y轴光耦35不被挡住，显示当前处于定位凹槽28状态，并计算当前定位凹槽28的宽度，如果宽度小于设定值，则样品瓶安装板33继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽28的位置(即原点凹槽)，该位置为机械原点。

更进一步地，样品瓶安装板33根据单片机设定的计时器n＝0,Y轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽28位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽27位置的数量即为该数量号次的样品瓶30要移动至的位置，定位凹槽28的中心为样品瓶的中心。

通过X轴、Y轴的移动最终确定样品瓶30的位置，最后由进样针组件37向下运动进样针便能刺入样品瓶30。

由于本发明的X轴、Y轴样品瓶定位片27、34的定位凹槽28位置机械加工完成后，和样品瓶30位置一一对应，电机在运动过程中，根据定位凹槽28的位置判断样品瓶30的位置，即使在运动过程中出现失步或者丢步等意外情况，也能非常准确的找到样品瓶30位置。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种自动进样器，包括有取样机构，其特征在于：该取样机构包括：X轴运动组件、Y轴运动组件及Z轴运动组件；

所述X轴运动组件包括有设置在基座上的X轴导轨，在X轴导轨上设置有基板座，在基板座上设置有X轴光耦，在基座上设置有X轴样品瓶定位片，X轴样品瓶定位片上设置有若干个定位凹槽，所述X轴光耦随基板座由X轴驱动机构带动沿X轴导轨往复移动，且基板座通过X轴光耦状态确定机械原点及移动至相应的样品瓶上方；

所述Y轴运动组件包括有设置在基板上的Y轴导轨，在Y轴导轨上设置有样品瓶安装板，在样品瓶安装板的一侧设置有与Y轴导轨平行的Y轴样品瓶定位片，Y轴样品瓶定位片上设置有若干个定位凹槽，在基板上设置有Y轴光耦，所述Y轴样品瓶定位片随样品瓶安装板由Y轴驱动机构驱动沿Y轴导轨往复移动，且样品瓶安装板通过Y轴光耦状态确定机械原点及将样品瓶移动至相应的位置；

所述Z轴运动组件包括有Z轴导轨，Z轴导轨设置在基板座上，在Z轴导轨上设置有进样针组件，进样针组件由Z轴驱动机构驱动沿Z轴导轨移动刺入样品瓶。

2.根据权利要求1所述的一种自动进样器，其特征在于：所述X轴驱动机构包括有X轴主动轮、X轴从动轮及连接X轴主动轮与X轴从动轮的同步带，X轴主动轮由X轴电机驱动转动；所述基板座固定在同步带上并随同步带一起移动。

3.根据权利要求1所述的一种自动进样器，其特征在于：所述Y轴驱动机构包括有Y轴主动轮、Y轴从动轮及连接Y轴主动轮与Y轴从动轮的同步带，Y轴主动轮由Y轴电机驱动转动；所述样品瓶安装板连接在同步带上并随同步带一起移动。

4.根据权利要求1所述的一种自动进样器，其特征在于：所述Z轴驱动机构包括有Z轴主动轮、Z轴从动轮及连接Z轴主动轮与Z轴从动轮的同步带，Z轴主动轮由Z轴电机驱动转动，所述Z轴从动轮设置在丝杆上，进样针组件设置在丝杆上并沿Z轴导轨往复移动。

5.根据权利要求1所述的一种自动进样器，其特征在于：所述X轴光耦、Y轴光耦上均设置有凹槽，所述X轴样品瓶定位片位于X轴光耦的凹槽中心，Y轴样品瓶定位片位于Y轴光耦的凹槽中心。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种自动进样器的进样方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)X轴运动：由X轴驱动组件驱动基板座沿X轴导轨移动并根据X轴光耦的状态确定机械原点，然后控制基板座根据X轴光耦上的定位凹槽的位置判断并移动至样品瓶位置；

(2)Y轴运动：由Y轴驱动组件驱动样品瓶安装板沿Y轴导轨移动并根据Y轴光耦的状态确定机械原点，然后控制样品瓶安装板上的样品瓶移动至相应的位置；

(3)Z轴运动：由Z轴驱动组件驱动进样针组件沿着Z轴导轨向下移动并刺入样品瓶中，完成取样。

7.根据权利要求6所述的一种自动进样器的进样方法，其特征在于：所述基板座根据X轴光耦状态，如果X轴光耦未挡住，表面当前处于定位凹槽中，X轴驱动机构驱动基板座继续正向移动，直到X轴光耦被挡住；当X轴光耦状态显示挡住时，X轴驱动机构驱动基板座反方运动，直到X轴光耦不被挡住，显示当前处于定位凹槽状态，并计算当前定位凹槽的宽度，如果宽度小于设定值，则基板座继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽位置，该位置为机械原点。

8.根据权利要求7所述的一种自动进样器的进样方法，其特征在于：基板座根据单片机设定的计时器n＝0,X轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽位置的数量即为该数量号次的样品瓶的位置，即所述定位凹槽的位置与样品瓶位置一一对应，定位凹槽的中心为样品瓶的中心。

9.根据权利要求6所述的一种自动进样器的进样方法，其特征在于：Y轴样品瓶定位片随样品瓶安装板一起移动，样品瓶安装板根据Y轴光耦状态，如果Y轴光耦未挡住，表面当前处于凹槽中，Y轴驱动机构驱动底板继续正向移动，直到Y轴光耦被挡住；当Y轴光耦状态显示挡住时，Y轴驱动机构驱动样品瓶安装板反向运动，直到Y轴光耦不被挡住，显示当前处于定位凹槽状态，并计算当前定位凹槽的宽度，如果宽度小于设定值，则样品瓶安装板继续往反向运动，直到找到大于设定值的定位凹槽的位置，该位置为机械原点。

10.根据权利要求9所述的一种自动进样器的进样方法，其特征在于：样品瓶安装板根据单片机设定的计时器n＝0,Y轴驱动机构往正向运动，当检测到一个定位凹槽位置，则n＝n+1，检测到定位凹槽位置的数量即为该数量号次的样品瓶要移动至的位置，定位凹槽的中心为样品瓶的中心。