CN110058036A - 一种液面探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液面探测装置包括：平台；机械手，设于平台的一侧，激光测距模块，设于机械手上；吸液模块，设于机械手上；控制模块，可根据激光测距模块所测的距离，判断容器内是否有液体；还可根据容器内吸液前后的液面差计算吸液量，并判断吸液量是否足够；更可根据激光测距模块对耗材的扫描图像计算耗材量，并判断耗材量是否充足。本发明由于采用激光测距模块探测到被测容器中液面的距离，无需吸头接触液面，就可探测到液面，且测距准确率高；控制模块比较该距离与基准阈值的大小，确保被测容器内存在液体，控制吸液模块吸液，不会造成空吸。

Description

一种液面探测装置
技术领域
本发明属于体外诊断设备领域，尤其涉及一种用于液面探测装置。
背景技术
在体外诊断自动化加样设备中，样本的自动化提取纯化过程涉及到样本液体和试剂液体的吸液、分液的步骤，吸液和分液量的准确性是实验是否准确的可靠保障，吸液准确性需要液面探测装置。
目前市面上的液面探测技术主要是电容式和气压式。电容式探测是通过吸头接触液面后引起的电容值、电容值变化频率、电容变化斜率等参数的变化进行液面探测；气压式探测是通过吸头接触液面后引起的吸头内气压值的变化进行液面探测。
但是，上述液面探测技术都需要吸头接触液面才进行探测，操作不方便，且受环境影响较大，造成空吸，吸液准确性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种液面探测装置，吸头无需接触液面，就可探测到液面，操作简单，且不会空吸。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种液面探测装置，包括：
平台，所述平台上设有被测容器；
机械手，设于所述平台的一侧，且高出所述平台；
激光测距模块，设于所述机械手上，用于探测所述激光测距模块到所述被测容器中液面的距离；
吸液模块，设于所述机械手上，用于吸取所述被测容器中的液体；
控制模块，用于获取所述激光测距模块探测的所述距离，比较所述距离与基准阈值的大小，若所述距离等于所述基准阈值，则提示液体量不足；若所述距离小于所述基准阈值，则控制所述吸液模块吸取所述被测容器中的液体；
所述激光测距模块还用于检测所述吸液模块吸液前后所述被测容器的液面高度变化量，所述控制模块还用于根据所述高度变化量计算所述吸液模块吸取的液体量；所述控制模块还用于比较所述吸液模块吸取的液体量与基准吸液量的大小，判断所述吸液模块是否需要再次吸液；
其中，所述激光测距模块、吸液模块均与所述控制模块电连接；
所述基准阈值为所述激光测距模块与所述被测容器底部之间的距离；所述基准吸液量为实验所需的液体总量。
根据本发明一实施例，所述机械手包括X轴向导轨和第一滑块，所述第一滑块设于所述X轴向导轨上；所述激光测距模块固设于所述第一滑块的上表面。
根据本发明一实施例，所述吸液模块包括吸头、吸头臂、第一电机、泵和储液器；
所述第一电机、所述泵设于所述X轴向导轨上，所述吸头臂与所述第一滑块固连并垂直于所述第一滑块的上表面；所述吸头臂的一端与所述吸头的连接端固连，所述吸头臂的另一端与所述泵的入口通过第一软管相连，所述泵的出口与所述储液器通过第二软管相连，所述第一电机的驱动端与所述吸头臂固连并驱动所述吸头臂上下运动；所述第一电机、所述泵均与所述控制模块电连接。
根据本发明一实施例，所述液面探测装置还包括Y轴向导轨和第二滑块，所述X轴向导轨的一端与所述第二滑块固连，所述第二滑块套设于所述Y轴向导轨上。
根据本发明一实施例，所述机械手还包括第二电机，所述第二电机设于所述X轴向导轨上，驱动所述第一滑块沿所述X轴向导轨滑动；所述第二电机与所述控制模块电连接。
根据本发明一实施例，该液面探测装置还包括第三电机，所述第三电机设于所述Y轴向导轨上，驱动所述第二滑块沿所述Y轴向导轨滑动；所述第三电机与所述控制模块电连接。
根据本发明一实施例，所述平台的台面上设有若干耗材固定部，用于放置耗材，放置于所述台面上的耗材的顶部高于所述台面；
所述控制模块还用于控制所述激光测距模块对所述台面进行二维扫描，所述控制模块还用于根据所述激光测距模块的二维扫描脉冲图像计算出所述台面上的耗材数量。
根据本发明一实施例，所述控制模块还用于比较所述耗材数量与基准耗材量的大小，判断所述耗材数量是否满足实验所需；所述基准耗材量为实验所需耗材总量。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一实施例中的液面探测装置由于采用激光测距模块探测到被测容器中液面的距离，无需吸头接触液面，就可探测到液面，且测距准确率高；控制模块比较激光测距模块探测到的距离与基准阈值的大小，确保被测容器内存在液体，控制吸液模块吸液，不会造成空吸。
2)本发明一实施例中的液面探测装置由于采用激光测距模块对台面上的耗材进行二维扫描；根据激光测距模块的二维扫描脉冲图像计算出台面上的耗材数量，比较耗材数量与基准耗材量的大小，判断耗材量是否满足实验所需；如此，就能预先布置好耗材，在体外诊断自动化加样设备工作过程中无线人力时刻观察耗材量是否充足，也无需暂停设备补充耗材，省时又省力。
附图说明
图1为本发明一实施例中的液面探测装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中的液面探测装置探测大容器液面的示意图；
图3为本发明一实施例中的液面探测装置探测试剂瓶中液面的示意图；
图4为本发明一实施例中的试剂瓶液面吸液前后的对比图；
图5为本发明一实施例中的液面探测装置的示意图；
图6为本发明一实施例中的液面探测装置扫描耗材区的示意图；
图7为本发明一实施例中的激光测距模块的扫描路径示意图；
图8为本发明一实施例中的扫描信号示意图；
图9为本发明一实施例中的液面探测装置的自动吸液方法的流程图；
图10为本发明一实施例中的液面探测装置的吸液量确认方法的流程图；
图11为本发明一实施例中的液面探测装置的耗材量确认方法的流程图。
附图标记说明：
1：激光测距模块；101：激光；2：机械手；201：第一滑块；202：第一电机；203：第二电机；204：吸头臂；205：电容液面传感器；206：机械手指；207：吸头；208：X轴向导轨；209：X轴向同步带；3：吸液模块；301：储液器；302：截止阀；303：泵；304：软管；4：Y轴向移动模块；401：第三电机；402：第二滑块；403：Y轴向导轨；5：控制模块；6：容器；7：试剂瓶；8：耗材；801：TIP头；802：反应管；9：扫描信号；10：基准信号。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种液面探测和耗材量监控的装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
本发明提供的液面探测装置包括：平台，平台上设有被测容器6；机械手2，设于平台的一侧，且高出平台；激光测距模块1，设于机械手2上，用于探测激光测距模块1到被测容器6中液面的距离；吸液模块3，设于机械手2上，用于吸取被测容器6中的液体；控制模块5，用于获取激光测距模块1探测的距离，比较该距离与基准阈值的大小，若该距离等于基准阈值，则提示液体量不足；若该距离小于基准阈值，则控制吸液模块3吸取被测容器6中的液体；激光测距模块1还用于检测吸液模块3吸液前后被测容器6的液面高度变化量，控制模块5还用于根据高度变化量计算吸液模块3吸取的液体量；控制模块5还用于比较吸液模块3吸取的液体量与基准吸液量的大小，判断吸液模块3是否需要再次吸液；其中，激光测距模块1、吸液模块3均与控制模块5电连接；该基准阈值为激光测距模块1与被测容器6底部之间的距离；基准吸液量为实验所需的液体总量。
该液面探测装置由于采用激光测距模块1探测到被测容器6中液面的距离，无需吸头207接触液面，就可探测到液面，且测距准确率高；控制模块5比较激光测距模块1探测到的距离与基准阈值的大小，确保被测容器6内存在液体，控制吸液模块3吸液，不会造成空吸。
具体的，如图1所示。激光测距模块1、控制模块5和吸液模块3均设于机械手2上，机械手2包括X轴向导轨208、第一滑块201、第一电机202、第二电机203等部件。激光测距模块1、控制模块5均固设于第一滑块201的上，激光测距模块1和控制模块5均可随着第一滑块201在X轴向导轨208上移动。控制模块5与激光测距模块1电连接，控制模块5可驱动激光测距模块1工作，激光测距模块1采集的信号反馈给控制模块5。激光测距模块1、吸液模块3均与控制模块5电连接；该控制模块5也可以是外部的控制器。
吸液模块3中的吸头臂204垂直于第一滑块201设置，并与第一滑块201固连，吸头臂204的下端固设有电容液面传感器205，电容液面传感器205的下端固设有机械手指206，机械手指206的下端固设有吸头207。第一电机202与吸头臂204电连接，驱动吸头臂204上下移动；控制模块5与第一电机202电连接，驱动第一电机202工作。吸头臂的上端通过软管304与固设于机械手2上的泵303相连通，截止阀302的一端与泵303相连，用于控制泵303开启或关闭。截止阀302的另一端与储液器301连通。
该液面探测装置还包括Y轴向移动模块4。该Y轴向移动模块4包括第三电机401、Y轴向导轨403和第二滑块402。第二滑块402套设于Y轴向导轨403上，第三电机401设于Y轴向导轨403上，驱动第二滑块402沿着Y轴向导轨403移动。机械手2的一端与第二滑块402的侧面固连，使得机械手2与Y轴向导轨403垂直。
控制模块5被配置为获取激光测距模块1探测的激光测距模块1到被测容器6中液面的距离，比较该距离与基准阈值的大小，判断是否需要补液；若该距离等于基准阈值，则提示液体量不足；若该距离小于基准阈值，则控制吸液模块3吸取被测容器6中的液体。具体的，控制模块5先启动第一电机202，移动吸头207到被测容器6的液面中吸取。激光测距模块1还用于检测吸头207吸液前后被测容器6的液面高度变化量，而控制模块5还用于根据该高度变化量计算吸头207吸取的液体量；控制模块5还用于比较吸头207吸取的液体量与基准吸液量的大小，判断吸头207是否需要再次吸液；
其中，基准阈值为激光测距模块与被测容器底部之间的距离；基准吸液量为实验所需的液体总量。
如图2所示，第一滑块201沿着X轴向导轨滑至容器6的上方，控制模块5开启激光测距模块1，激光测距模块1就会发出激光101测量激光测距模块1与容器6中的液面之间的距离，然后把该距离发送给控制模块5。该液面探测装置探测液面的具体步骤如图8所示，控制模块5获取激光探测模块1到容器6中液面之间的距离后，比较该距离与基准阈值的大小，如距离小于基准阈值，则根据该距离信号计算吸头207下移的距离；如距离等于基准阈值，则提示容器6中液体量不足，需对容器6进行补液。补液完成后，再重复上述步骤。其中，吸头207下移的距离为激光测距模块1探测的距离信号减去激光测距模块1与吸头207的吸液端之间的距离，再加上激光测量误差值和特定补值。加上该特定补值，可使吸头207在液面下方吸液，提高吸液的准确性。另外，控制模块5还可对吸头207设置极限下降距离，该极限下降距离与基准阈值一致，避免吸头207因过度下降而造成的损伤。
本发明提供的液面探测装置，除了可探测如容器6这样的大容器，也可以探测小容器内的液面，如图3所示为本发明液面探测装置探测试剂瓶7中的液面。
吸液结束后，控制模块5确认吸液量的步骤，如图10所示。控制模块5再次启动激光探测模块1探测吸液后的试剂瓶7中的液面距离，获取吸液后的距离信号；用体积公式计算吸液量，该体积公式如下：V＝S*Δh，其中，S为试剂瓶7内横截面积，Δh为液面下降高度，Δh＝h2-h1；h1为吸液前激光测距模块探测的距离，h2为吸液后激光测距模块探测的距离；如图4所示。
控制模块5得到吸液量后，比较吸液量与基准吸液量的大小，如吸液量小于基准吸液量，则发送吸液量不足的报警信号给外部控制系统，然后重复上述的吸液工作；如吸液量达到了基准吸液量，则发送吸液量足够的信号给外部控制系统，继续进行工作。
该液面探测装置，还用于监控耗材量。
如图5所示，平台的台面上设有若干耗材固定部，用于放置耗材8，放置于台面上的耗材8的顶部高于台面；平台上布置的耗材8，在IVD自动化设备中常用的耗材有TIP头801和反应管802。如图6所示，控制模块5驱动第二电机203带动第一滑块201滑动，使激光测距模块1对准耗材8，如有需要，还可驱动第三电机401带动第二滑块402移动，调整激光测距模块1的位置。控制模块5确认耗材量的步骤，如图11所示。控制模块5启动激光测距模块1对下方的耗材8按特定的路径进行二维扫描，获取二维扫描图像。该特定的扫描路径如图7所示，而二维扫描图像，如图8所示。图中的直线为基准信号10，该基准信号为激光测距模块1到平台的距离；而矩形脉冲为扫描信号9。控制模块5根据二维扫描图像计算耗材数量，该二维扫描图像中每两个负脉冲作为一个耗材，计算耗材量。因耗材8会高出平台，激光测距模块1从扫描平台开始，当扫描到耗材8的边沿时，扫描所测距离会变小形成负脉冲，扫描到耗材8的内部时，扫描所测距离会变大形成正脉冲，而扫描到耗材8另一边沿时，扫描所测距离又会变小形成负脉冲，到此，一个耗材扫描完成。根据这种脉冲变化特征，只要处理距离变小的脉冲个数信息就可以对耗材量进行统计。最后比较耗材量与基准耗材量的大小，如耗材量小于基准耗材量，则提示耗材量不足；如耗材量达到基准耗材量，则发送耗材量足够给外部控制系统，继续进行工作。
综上所述，本发明提供的液面探测装置，采用激光测距模块1探测被测容器中液面与激光测距模块1的距离，无需吸头接触液面就可测距，操作方便，且测量准确，更加便于控制模块5判断被测容器内液体、吸液量是否满足实验要求，可在实验进行之前做好充分的准备，避免出现中断实验进行补料的情况，省时又省力。本发明提供的液面探测装置还可用激光测距模块1对台面进行二维扫描；根据激光测距模块的二维扫描脉冲图像计算出台面上的耗材数量，比较耗材数量与基准耗材量的大小，判断耗材量是否满足实验所需；如此，就能预先布置好耗材，在体外诊断自动化加样设备工作过程中无线人力时刻观察耗材量是否充足，也无需暂停设备补充耗材，省时又省力。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种液面探测装置，其特征在于，包括：
平台，所述平台上设有被测容器；
机械手，设于所述平台的一侧，且高出所述平台；
激光测距模块，设于所述机械手上，用于探测所述激光测距模块到所述被测容器中液面的距离；
吸液模块，设于所述机械手上，用于吸取所述被测容器中的液体；
控制模块，用于获取所述激光测距模块探测的所述距离，比较所述距离与基准阈值的大小，若所述距离等于所述基准阈值，则提示液体量不足；若所述距离小于所述基准阈值，则控制所述吸液模块吸取所述被测容器中的液体；
所述激光测距模块还用于检测所述吸液模块吸液前后所述被测容器的液面高度变化量，所述控制模块还用于根据所述高度变化量计算所述吸液模块吸取的液体量；所述控制模块还用于比较所述吸液模块吸取的液体量与基准吸液量的大小，判断所述吸液模块是否需要再次吸液；
其中，所述激光测距模块、所述吸液模块均与所述控制模块电连接；
所述基准阈值为所述激光测距模块与所述被测容器底部之间的距离；所述基准吸液量为实验所需的液体总量。
2.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，所述机械手包括X轴向导轨和第一滑块，所述第一滑块设于所述X轴向导轨上；所述激光测距模块固设于所述第一滑块的上表面。
3.如权利要求2所述的液面探测装置，其特征在于，所述吸液模块包括吸头、吸头臂、第一电机、泵和储液器；
所述第一电机、所述泵设于所述X轴向导轨上，所述吸头臂与所述第一滑块固连并垂直于所述第一滑块的上表面；所述吸头臂的一端与所述吸头的连接端固连，所述吸头臂的另一端与所述泵的入口通过第一软管相连，所述泵的出口与所述储液器通过第二软管相连，所述第一电机的驱动端与所述吸头臂固连并驱动所述吸头臂上下运动；所述第一电机、所述泵均与所述控制模块电连接。
4.如权利要求3所述的液面探测装置，其特征在于，还包括Y轴向导轨和第二滑块，所述X轴向导轨的一端与所述第二滑块固连，所述第二滑块套设于所述Y轴向导轨上。
5.如权利要求4所述的液面探测装置，其特征在于，所述机械手还包括第二电机，所述第二电机设于所述X轴向导轨上，驱动所述第一滑块沿所述X轴向导轨滑动；所述第二电机与所述控制模块电连接。
6.如权利要求5所述的液面探测装置，其特征在于，还包括第三电机，所述第三电机设于所述Y轴向导轨上，驱动所述第二滑块沿所述Y轴向导轨滑动；所述第三电机与所述控制模块电连接。
7.如权利要求6所述的液面探测装置，其特征在于，所述平台的台面上设有若干耗材固定部，用于放置耗材，放置于所述台面上的耗材的顶部高于所述台面；
所述控制模块还用于控制所述激光测距模块对所述台面进行二维扫描，所述控制模块还用于根据所述激光测距模块的二维扫描脉冲图像计算出所述台面上的耗材数量。
8.如权利要求7所述的液面探测装置，其特征在于，所述控制模块还用于比较所述耗材数量与基准耗材量的大小，判断所述耗材数量是否满足实验所需；所述基准耗材量为实验所需耗材总量。
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