CN109827800A - 自动取样装置和自动取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动取样装置，其包括：取样枪、取样机构和运动机构，所述取样枪包括取样仓；所述运动机构与所述取样机构可拆卸地连接，用于驱动所述取样机构沿预设路径行进；所述取样机构与所述取样枪可拆卸地连接，用于在所述运动机构的驱动下，带动所述取样枪向接近于取样对象的方向移动，打开所述取样仓并在所述取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭所述取样仓。相应地，提供一种自动取样方法。本发明中，取样机构在运动机构的驱动下，打开取样枪的取样仓并进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭取样仓，从而实现了自动取样。

Description

自动取样装置和自动取样方法

技术领域

本发明涉及核燃料生产技术领域，具体涉及一种自动取样装置，以及一种自动取样方法。

背景技术

在核燃料元件生产技术领域中，物料粉末的成分、粒度、松装密度等指标决定了芯块的质量、能量分布及燃料元件的质量，因此需要对物料粉末进行物理化学分析。

操作物料具有高毒性、强辐射性，且物料处理需在封闭的箱室内进行。现有试验性质的物料操作，由于物料量较小，多采用人工取样；而新建生产线中，由于物料量大、辐射剂量率高，人工取样已经很难满足要求。

因此，现有技术亟待出现一种能够应用于核燃料元件生产线辐照环境下的粉末自动取样方案，以解决核燃料元件生产线辐照环境下的粉末取样问题，提高取样效率，并降低人员的辐射剂量。

发明内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本发明。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种自动取样装置，其包括：取样枪、取样机构和运动机构，所述取样枪包括取样仓；所述运动机构与所述取样机构可拆卸地连接，用于驱动所述取样机构沿预设路径行进；所述取样机构与所述取样枪可拆卸地连接，用于在所述运动机构的驱动下，带动所述取样枪向接近于取样对象的方向移动，打开所述取样仓并在所述取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭所述取样仓。

可选地，所述取样枪包括：取样枪回转件和套在其外部的取样枪外套；所述取样枪回转件的外表面与所述取样枪外套的内表面之间限定的空间即为所述取样仓；所述取样机构与所述取样枪回转件连接，用于驱动所述取样枪回转件向前移动以打开所述取样仓，以及驱动所述取样枪回转件向后移动以关闭所述取样仓。

可选地，所述取样枪还包括：与所述取样枪回转件连接的保护机构；所述保护机构用于在所述取样仓关闭之后，保持所述取样仓处于闭合状态。

可选地，所述保护机构采用扭力弹簧。

可选地，所述取样枪回转件包括：取样枪回转轴和套在其外部的取样枪内套，二者之间设置有至少一个轴承。

可选地，所述取样枪外套的前端设置有刃口。

可选地，所述取样机构包括：中空的导向杆、设置在所述导向杆内部的传动轴，以及与所述传动轴连接的驱动机构；所述传动轴的前端与所述取样枪回转件的后端可拆卸地连接。

可选地，所述取样枪还包括：与所述取样枪外套的后端连接的吸合件；所述取样机构还包括：设置在所述导向杆前端的电磁铁；所述电磁铁在与所述吸合件接触后，用于在通电时与所述吸合件吸合，以及在断电时与所述吸合件分离。

可选地，所述取样机构还包括：与所述传动轴连接的振动机构；所述振动机构用于在所述取样仓关闭之后，通过所述传动轴带动所述取样枪振动，以抖落粘黏在所述取样枪上的物料。

可选地，所述取样装置还包括物位检测机构；所述取样机构与所述物位检测机构可拆卸地连接，用于在所述运动机构的驱动下，带动所述物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；所述物位检测机构用于在与取样对象的物料面接触后检测物位。

本发明还提供一种自动取样方法，其包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样对象的方向移动；

取样机构打开取样枪的取样仓，在取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作；

在取样操作完成后，取样机构关闭取样枪的取样仓。

可选地，在取样机构带动取样枪动作之前，还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；

在物位检测机构与取样对象的物料面接触后，由物位检测机构检测物位。

可选地，在取样机构关闭取样枪的取样仓之后，还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样瓶的方向移动；

在取样枪插入取样瓶内预设深度之后，取样机构断开与取样枪的连接以完成放样。

有益效果：

本发明中，取样机构在运动机构的驱动下，打开取样枪的取样仓并进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭取样仓，从而实现了自动取样，适用于固体物料和液体物料的自动取样，特别适用于对具有一定粘黏性，且高毒性、高辐射的粉末进行自动取样操作，且取样量可控，解决了核燃料元件生产线辐照环境下的粉末取样问题，提高了取样效率，降低了人员的辐射剂量。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的自动取样装置的剖视图；

图2为图1中取样枪的剖视图；

图3为本发明实施例2提供的一种自动取样方法的流程图；

图4为本发明实施例2提供的另一种自动取样方法的流程图。

图中：1－取样枪；101－取样仓；102－取样枪内套；103－取样枪回转轴；104－取样枪外套；105－扭力弹簧；106－吸合件；107－定位孔；108－传导孔；109－密封圈；2－电磁铁；3－导向杆；4－航插；5－伺服电机；6－减速电机；7－传动轴；8－振动电机；9－快接头。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

本实施例提供一种自动取样装置，适用于固体物料和液体物料的自动取样，特别适用于具有一定粘黏性，且高毒性、高辐射的粉末的自动取样，以解决核燃料元件生产线辐照环境下的粉末取样问题。

如图1和图2所示，所述取样装置包括：取样枪1、取样机构和运动机构(图中未示出)，取样枪1包括取样仓101；运动机构与取样机构可拆卸地连接，用于驱动取样机构沿预设路径行进；取样机构与取样枪1可拆卸地连接，用于在运动机构的驱动下，带动取样枪1向接近于取样对象的方向移动，打开取样仓101并在所述取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭取样仓101。

本实施例中，取样机构在运动机构的驱动下，打开取样枪的取样仓并进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭取样仓，从而实现了自动取样。根据实际需要不同，取样机构可驱动不同体积的取样枪实现5g、10g、50g等不同体积粉末的取样。

当然，在取样机构关闭取样仓101之后，取样机构还用于在运动机构的驱动下，带动取样枪1向接近于取样瓶的方向移动，并在取样枪1插入取样瓶内预设深度后，断开与取样枪1的连接以完成放样，即完成物料装瓶。运动机构可采用现有的高精度运动机构。

如图2所示，取样枪1包括：取样枪回转件和套在其外部的取样枪外套104；取样枪回转件的外表面与取样枪外套104的内表面之间限定的空间即为取样仓101，当然，为了便于形成封闭的取样仓101，取样枪回转件上可设置挡板，或者也可通过取样枪回转件自身形状的设计来形成封闭的取样仓。取样机构与取样枪回转件连接，用于驱动取样枪回转件向前移动以打开取样仓101，然后取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪继续向前插入取样对象内，以将物料压入取样仓内，接下来取样机构再驱动取样枪回转件向后移动以关闭取样仓101。

具体地，取样枪回转件包括：取样枪回转轴103和套在其外部的取样枪内套102，二者之间设置有至少一个轴承，以使得二者能够相对转动。需要说明的是，虽然图2中仅示出了在取样枪回转轴103与取样枪内套102之间设置了两个轴承，但本发明不限制于此，二者之间设置更多数量或更少数量的轴承也应在本发明的保护范围内。取样机构与取样枪回转件的取样枪回转轴103连接；取样枪内套102的外表面与取样枪外套104的内表面之间限定的空间即为取样仓101。

本实施例中，为了便于取样枪回转件插入取样对象内，优选取样枪回转件的前端采用锥形结构。较优地，取样枪回转轴103的前端部分为锥形结构，其余部分为柱状结构，从而构成箭头状结构；取样枪内套102套在取样枪回转轴103的柱状结构部分上，且取样枪内套102的前端位于取样枪回转轴103的锥形结构部分后，例如，取样枪内套102的前表面顶在取样枪回转轴103的锥形结构部分的后表面上。

而且，为避免在取样过程中物料进入取样枪回转轴103与取样枪内套102之间的缝隙处，在取样枪内套102前端处的内侧面与取样枪回转轴103对应位置处的外侧面之间还设置有密封圈109。

如图2所示，取样枪外套104的前端设置有刃口。

本实施例中，由于取样枪外套104设计有刃口，则取样过程中，刃口可有效保证物料顺利进入取样仓101内。

取样枪1还包括：与取样枪回转件连接的保护机构；保护机构用于在取样仓101关闭之后，保持取样仓101处于闭合状态。

本实施例中，通过设置保护机构可保证取样仓在取样后不会打开。较优地，保护机构采用扭力弹簧105。

此外，取样枪1还包括：与取样枪外套104的后端连接的吸合件106，用于与取样机构可拆卸地连接，后文中将会详细描述二者的具体连接方式。

本实施例中，取样枪至少外表面采用陶瓷纳米涂层喷涂处理，以尽可能减少取样枪与物料接触后的粘黏。

如图1所示，取样机构包括：中空的导向杆3、设置在导向杆3内部的传动轴7，以及与传动轴7连接的驱动机构；传动轴7的前端与取样枪回转件的后端可拆卸地连接，具体与取样枪回转轴103的后端可拆卸地连接，例如采用螺纹连接，或者采用凹凸连接。

其中，导向杆3用于延伸取样机构，保证取样机构的长度能够满足取样要求。驱动机构可包括伺服电机5和减速电机6，且伺服电机5通过减速电机6与传动轴7连接，即伺服电机5和减速电机6是主要动力驱动来源，通过驱动传动轴7带动取样枪1回转进行取样。

本实施例中，取样前，驱动机构驱动传动轴7一边转动一边轴向前进，直至其前端与取样枪回转轴103的后端相连接，然后带动取样枪回转轴103一边转动一边轴向前进，从而打开取样仓101；取样后，驱动机构驱动传动轴7一边转动一边轴向后退，直至与取样枪回转轴103脱离，从而关闭取样仓101。具体地，正常情况下，在扭力弹簧的作用下取样仓处于闭合状态，伺服电机与减速电机正向转动将取样仓打开以进行取样操作，取样操作完成后，伺服电机与减速电机反向转动将取样仓关闭，并通过扭力弹簧保护取样仓不被打开，避免取样枪转移过程中出现物料洒落，污染操作区的情况。

取样机构还包括：设置在导向杆3前端的电磁铁2。电磁铁2在与吸合件106接触后，用于在通电时与吸合件106吸合，从而与取样枪1吸合，以及在断电时与吸合件106分离，从而与取样枪1分离。当然，吸合件106应采用铁磁芯材料制成。

具体地，吸合件106采用中空结构，其前端与取样枪外套104的后端连接，吸合件106的后端设置有传导孔108，且传导孔108的尺寸与传动轴7的尺寸相匹配，以使得传动轴7能够穿过传导孔108伸入吸合件106内部，并与取样枪回转轴103的后端相连接。

而且，为了保证传动轴7顺利穿过传导孔108，较优地，吸合件106的后端设置有至少一个定位孔107，而电磁铁2的前端设置有至少一个定位件，定位孔与定位件的数量相等且一一对应。

取样机构还包括：与传动轴7连接的振动机构。振动机构用于在取样仓101关闭之后，即取样完成后，通过传动轴7带动取样枪1振动，以抖落粘黏在取样枪1上的物料。较优地，振动机构采用振动电机8(也可称为振动马达)。

此外，取样机构还包括航插4，其用于将取样机构的电缆与箱室内的航插快速连接，即取样机构通过航插完成电气连接。其中，取样机构的航插为航空插头，箱室内的航插为航空插座；或者，取样机构的航插为航空插座，箱室内的航插为航空插头。

取样机构还包括快接头9，其用于与运动机构进行快速连接。

可见，本实施例所述取样机构采用一体化设计，能够与高精度的运动机构快速连接，在运动机构的驱动下完成取样枪的定位、移动、插入取样对象内深度控制，以及取样仓的开启与关闭操作，以实现自动取样。

取样装置还包括物位检测机构(图中未示出)；取样机构与物位检测机构可拆卸地连接，用于在运动机构的驱动下，带动物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；物位检测机构用于在与取样对象的物料面接触后检测物位，即测量取样对象内物料高度。

其中，物位检测机构可采用现有的物位检测仪表。

物位指的是设备和容器中液体物料/固体物料的表面位置，是液位、料位、界位的总称。其中，液位指设备和容器中液体介质表面的高低；料位指设备和容器中所存储的块状、颗粒状或粉末状固体物料的堆积高度；界位指相界面的位置，液-液界面、液-固界面，分界面不够清楚，有浑浊段。可见，当取样对象为液体物料时，物位指的是液位；当取样对象为块状、颗粒状或粉末状固体物料时，物位指的是料位。

本实施例中，检测物位便于计算取样机构在运动机构驱动下的运动行程。例如，物料高度为H1，取样机构与取样枪的长度总和为H2，取样枪插入取样对象内深度为H3，取样机构空间高度为Y，则取样机构在运动机构驱动下的运动行程X＝Y-H2-H1+H3。

此外，物位检测机构可包括第二吸合件，则取样机构的电磁铁2在与第二吸合件接触后，还用于在通电时与第二吸合件吸合，以及在断电时与第二吸合件分离。可见，取样机构的电磁铁既可用于与取样枪吸合，也可用于与物位检测机构吸合。

综上所述，本实施例中，取样枪与取样机构均采用小型一体化紧凑设计，取样机构在高精度的运动机构的驱动下，与物位检测机构相配合完成物位检测，与取样枪相配合完成取样操作和物料装瓶，还可以选择不同体积的取样枪以实现不同取样量，自动识别物料高度进而判断取样枪插入深度，取样结束后将物料封闭在取样仓内，避免污染工作区，通过在取样机构内设置振动电机以尽可能减少取样枪与物料接触后的粘黏，从而实现了自动检测物位、自动取样与自动装瓶，特别适用于对具有一定粘黏性，且高毒性、高辐射的粉末进行自动取样操作，且取样量可控，解决了核燃料元件生产线辐照环境下的粉末取样问题，提高了取样效率，降低了人员的辐射剂量。

实施例2：

基于实施例1提供的自动取样装置，本实施例提供一种自动取样方法。如图3所示，所述取样方法包括如下步骤S101至S103。

S101.取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样对象的方向移动；

S102.取样机构打开取样枪的取样仓，在取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作。

S103.在取样操作完成后，取样机构关闭取样枪的取样仓。

本实施例中，取样机构在运动机构的驱动下，打开取样枪的取样仓并进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭取样仓，从而实现了自动取样。根据实际需要不同，取样机构可驱动不同体积的取样枪实现5g、10g、50g等不同体积粉末的取样。

在步骤S101之前，所述取样方法还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；

在物位检测机构与取样对象的物料面接触后，由物位检测机构检测物位。

本实施例中，检测物位便于计算取样机构在运动机构驱动下的移动行程。

在步骤S103之后，所述取样方法还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样瓶的方向移动；

在取样枪插入取样瓶内预设深度之后，取样机构断开与取样枪的连接以完成放样。

本实施例中，取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪插入取样瓶内，再断开与取样枪的连接，从而实现了自动装瓶。

可见，本实施例中，取样机构在运动机构的驱动下，与物位检测机构相配合完成物位检测，与取样枪相配合完成取样操作和物料装瓶，从而实现了自动检测、自动取样与自动装瓶。

基于实施例1提供的自动取样装置，本实施例还提供一种自动取样方法。如图4所示，所述取样方法包括如下步骤S201至S209。

S201.通过快接头完成取样机构与高精度运动机构的快速连接，通过航插完成取样机构的电气连接；

S202.高精度运动机构完成对物位检测机构的定位，然后驱动取样机构下移并通过电磁铁实现与物位检测机构的吸合；

S203.高精度运动机构完成对取样对象位置的定位，然后驱动物位检测机构下移并完成物位检测，以得到物料高度H1；

S204.高精度运动机构将物位检测机构放回原位；

S205.高精度运动机构完成对取样枪的定位，然后驱动取样机构下移并通过电磁铁实现与取样枪的吸合；

S206.高精度运动机构完成对取样对象位置的定位，然后驱动取样枪下移并插入取样对象内；

S207.根据物料高度H1、取样机构与取样枪的长度总和H2、取样枪插入取样对象内深度H3，计算取样机构在高精度运动机构驱动下的运动行程X的准许范围；

S208.取样机构的伺服电机回转带动取样枪回转件回转，将取样仓打开；高精度运动机构按照运动行程X的准许范围驱动取样机构和取样枪继续下移，将物料压入取样仓内；然后伺服电机反向回转带动取样枪回转件反向回转，将取样仓关闭，把物料保存在取样仓中；接下来高精度运动机构驱动取样机构上移以完成取样；振动电机带动取样枪振动，将粘黏在取样枪上的物料抖落；

S209.高精度运动机构完成对取样瓶的定位，然后驱动取样机构将取样枪放入取样瓶内，使取样机构的电磁铁断电从而与取样枪分离，完成放样。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种自动取样装置，其特征在于，包括：取样枪、取样机构和运动机构，所述取样枪包括取样仓；所述运动机构与所述取样机构可拆卸地连接，用于驱动所述取样机构沿预设路径行进；所述取样机构与所述取样枪可拆卸地连接，用于在所述运动机构的驱动下，带动所述取样枪向接近于取样对象的方向移动，打开所述取样仓并在所述取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作，以及在取样操作完成后关闭所述取样仓。

2.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于，所述取样枪包括：取样枪回转件和套在其外部的取样枪外套；所述取样枪回转件的外表面与所述取样枪外套的内表面之间限定的空间即为所述取样仓；所述取样机构与所述取样枪回转件连接，用于驱动所述取样枪回转件向前移动以打开所述取样仓，以及驱动所述取样枪回转件向后移动以关闭所述取样仓。

3.根据权利要求2所述的取样装置，其特征在于，所述取样枪还包括：与所述取样枪回转件连接的保护机构；所述保护机构用于在所述取样仓关闭之后，保持所述取样仓处于闭合状态。

4.根据权利要求3所述的取样装置，其特征在于，所述保护机构采用扭力弹簧。

5.根据权利要求2所述的取样装置，其特征在于，所述取样枪回转件包括：取样枪回转轴和套在其外部的取样枪内套，二者之间设置有至少一个轴承。

6.根据权利要求2所述的取样装置，其特征在于，所述取样枪外套的前端设置有刃口。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的取样装置，其特征在于，所述取样机构包括：中空的导向杆、设置在所述导向杆内部的传动轴，以及与所述传动轴连接的驱动机构；所述传动轴的前端与所述取样枪回转件的后端可拆卸地连接。

8.根据权利要求7所述的取样装置，其特征在于，所述取样枪还包括：与所述取样枪外套的后端连接的吸合件；所述取样机构还包括：设置在所述导向杆前端的电磁铁；所述电磁铁在与所述吸合件接触后，用于在通电时与所述吸合件吸合，以及在断电时与所述吸合件分离。

9.根据权利要求7所述的取样装置，其特征在于，所述取样机构还包括：与所述传动轴连接的振动机构；所述振动机构用于在所述取样仓关闭之后，通过所述传动轴带动所述取样枪振动，以抖落粘黏在所述取样枪上的物料。

10.根据权利要求2-6中任一项所述的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括物位检测机构；所述取样机构与所述物位检测机构可拆卸地连接，用于在所述运动机构的驱动下，带动所述物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；所述物位检测机构用于在与取样对象的物料面接触后检测物位。

11.一种自动取样方法，其特征在于，包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样对象的方向移动；

取样机构打开取样枪的取样仓，在取样枪插入取样对象内预设深度时进行取样操作；

在取样操作完成后，取样机构关闭取样枪的取样仓。

12.根据权利要求11所述的取样方法，其特征在于，在取样机构带动取样枪动作之前，还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动物位检测机构向接近于取样对象的方向移动；

在物位检测机构与取样对象的物料面接触后，由物位检测机构检测物位。

13.根据权利要求11所述的取样方法，其特征在于，在取样机构关闭取样枪的取样仓之后，还包括如下步骤：

取样机构在运动机构的驱动下，带动取样枪向接近于取样瓶的方向移动；

在取样枪插入取样瓶内预设深度之后，取样机构断开与取样枪的连接以完成放样。