CN202837218U - 用于使用分立式接触取样器确定位置以及用于差示扫描量热法系统的自动对准系统 - Google Patents
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Abstract
用于使用分立式接触取样器确定位置以及用于差示扫描量热法系统的自动对准系统包括：将取样器保持在一个电势，且将槽保持在不同的电势，将取样器移动至所选槽上方的估计中心位置，使取样器下降到所选目标槽中，使取样器在正方向和负方向上沿所述第一轴向尺寸和所述第二轴向尺寸移动，直到在取样器处检测到电势变化来指出取样器与所选槽之间的电接触，以及计算沿第一轴向尺寸和第二轴向尺寸的所选槽的中心位置来作为相应轴向尺寸的接触点之间的中点。系统还包括使取样器降低来与所选槽的底面接触且计算沿第三轴向尺寸的中心位置来作为取样器位置上方的预定距离。系统基于槽之间的已知间距和一个或多个所选槽的计算中心位置来确定其它槽的中心位置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请请求享有Keith S. Ferrara等人于2009年3月24日提交的序列号为61/162,841的美国临时专利申请的权益。该序列号为61/162,841的美国临时专利申请名称为“用于使用分立式接触取样器确定XYZ位置的系统及自动对准方法(SYSTEM AND AUTO-ALIGNMENT METHOD FOR DETERMINING XYZ POSITION USING DISCRETE CONTACT PROBE)”。并且在此将该美国临时申请通过引用并入到本文中。
技术领域
本实用新型一般涉及对准系统，并且更具体地涉及使用电接触以用于精确对准的对准系统。
背景技术
用于分析材料特性(包括加热或冷却期间的相变等)的系统(诸如差示扫描量热计或DSC)是复杂的精密调节仪器（tuned instruments）。这些系统需要材料样品精确运动，以便分析进出的样品和控制每个均为数毫米小直径（small numbers of millimeters in diameter）的处理炉。处理炉的尺寸设置成来快速地加热和冷却，且因此可通过输送样品进出相应的处理炉来相对较快地完成大量样品的分析。通常，自动输送系统用于移动样品。
样品保持于盘中，且各处理炉构造成（contour）包括分析期间保持样品盘的槽(well)。因此，大小设置成配合在处理炉槽内的各盘的直径甚至比数毫米更小(an even smaller number of millimeter)。盘继而又保持在样品托盘的样品槽中。例如，样品槽可布置在栅格中，使得独立的样品可通过其在栅格内的位置辨认。自动输送系统移动指定的样品(即，由其栅格位置指明的样品)进入指定处理炉的槽中来分析，且随后使样品回到适合的样品槽中。所关注的输送系统包括取样器，取样器调节真空来在样品槽和处理炉槽中拾取样品盘和存放样品盘。输送系统必须以精确方式操作，以避免样品盘、处理炉和取样器通过无意中的接触而受到破坏。
如果样品盘未精确放置在处理炉槽中，则也可不利地影响分析结果。例如，如果样品盘偏心地放置，且特别是如果盘触到处理炉的壁部，则可影响加热或冷却。实际上，如果盘在下降进入到处理炉槽中时盘通过与处理炉壁部接触而翻倒，则某些样品可能倒出，且因此会不利地影响分析或者甚至不利地影响处理炉的操作。此外，如果它们在输送期间与处理炉的壁部接触，则盘可能凹陷，且凹陷的盘例如可通过在加热期间产生相对较热和较冷的斑点而改变分析的结果。
因此，对盘和/或处理炉的破坏可能有损害某些或所有样品的分析，从而需要以新制备的样品来重复分析。此外，该系统必须闲置来对处理炉、取样器和/或输送系统其它构件进行修理。
在启动时和/或周期性地，输送系统必须与样品槽和处理炉中的槽对准。为了使取样器与例如一个处理炉中的槽的中心对准，已知的现有系统可能需要熟练技术人员通过"肉眼"将取样器人工地引导至适合的中心位置。作为备选，系统可能替换地需要使用一个或多个策略性地放置的光学传感器，以便例如基于来自处理炉槽的反射来使取样器与中心位置对准。此外，对于样品托盘槽等也需要类似的对准。全部对准很复杂，且可能需要维护工程师周期性地重新对准系统构件来补偿系统机械结构的变化，系统机械结构的变化是由于技术人员操纵取样器和/或诸如传感器的输送系统构件的操作随着时间而变化所造成的。
实用新型内容
包括自动对准子系统的自动采样器系统通过基于取样器与目标槽之间的受控接触确定目标槽的x,y和z轴向尺寸来使取样器的运动与目标槽对准和校准，取样器可在三个角和/或线性尺寸上移动。该系统将取样器保持在较低DC电势下，且将目标槽保持在地电势下。为了与目标槽中心的x,y,z对准，取样器以受控的方式沿z轴移动且与槽的底部或底面电接触，其中这种接触由取样器处电势变化指出。将保持接触点处的取样器位置，且然后取样器在底面上方移动预定距离，例如，槽预定深度的一半，以便确定沿z轴向尺寸的中心位置。从该位置，取样器以受控的方式例如沿x轴在正方向上移动，且与目标槽的壁部电接触，其中这种接触又由取样器处的电势变化指出。然后，该系统使用接触点处的取样器位置来作为x轴向尺寸的一端。系统使取样器沿相同轴在负方向移动，直到取样器又接触目标壁部，以便确定x轴向尺寸的第二端。该系统将x轴向尺寸的中心确定为端点之间的中部。该系统类似地确定y轴向尺寸的端点和中心，且计算目标的中心位置作为与x,y和z轴向尺寸中心的重合点。然后，该系统基于目标槽的已知几何形状来校准取样器的运动。
该系统可基于取样器运动的对准和校准及相关槽相对于目标槽的预定布置或间隔来确定处于相对于目标槽的预定布置或间隔的相关槽的中心位置。
本实用新型的一个技术方案提供了一种自动对准系统，其由以下构成： 保持在第一电势的一个或多个目标槽；保持在第二电势的具有末梢的取样器；用于使所述取样器相对于所述目标槽移动的一个或多个马达；以及控制器，所述控制器检测所述取样器处电势的变化，指示所述马达来使所述取样器移动至估计位置，其中所述取样器末梢在给定的目标槽内延伸，且使所述取样器沿第一轴和第二轴移动，以便通过将所述第一轴向尺寸和所述第二轴向尺寸的端点确定为所述取样器末梢处的所述电势沿所述轴变化所处的所述位置来确定所述给定目标槽的尺寸，以及计算所述给定目标槽的二维中心位置来作为与所述轴的中点的重合点，其中所述中点通过所述端点计算出。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器指示所述马达使所述取样器沿第一轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器末梢电势的第一变化，所述控制器将所述取样器位置用作第一轴的第一端，指示所述马达使所述取样器在所述第一轴上沿所述相反方向移动，直到检测到电势中的第二变化，所述控制器使用所述取样器位置作为所述第一轴的第二端，所述控制器计算所述第一轴的中心来作为所述第一轴两端之间的中点，指示所述马达将所述取样器移动至所述第一轴的计算中心，且使所述取样器沿第二轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器末梢电势的变化，所述控制器将所述取样器位置用作第二轴的第一端，指示所述马达使所述取样器在所述第二轴上沿所述相反方向移动，直到检测到电势中的第二变化，所述控制器将所述取样器位置用作所述第二轴的第二端，以及计算给定目标槽的二维中心来作为所述第二轴两端之间的中点。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器还通过使所述取样器从所述中心位置沿所述第一轴移动直到检测到电势变化，以及检测所述取样器是否已移动了对应于所述轴计算的中点的距离来验证所述中心位置。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器还通过指示所述马达使所述取样器移动来与所述槽的底面接触，以及基于所述槽的已知深度计算中点来确定所述给定目标槽的第三轴向尺寸。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述马达为沿轴方向上的相关滑道移动的步进马达。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述系统还包括多个传感器，各所述传感器均放置成用以检测邻近相关滑道端部的给定的一个所述马达的位置，以及所述控制器，其还指示所述马达在所述轴方向上移动，直到所述传感器检测到所述马达在所述滑道端部处的位置，以便确定沿所述滑道的最大位置， 通过从所述最大点减去预定最大长度来计算沿各轴的零位置，以及将所述取样器的初始位置设置为与所述轴的零位置重合，以及确定所述目标槽的中心相对于所述初始位置的距离。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述系统还包括与所述目标槽间隔开预定距离的附加槽，以及所述控制器基于一个或多个目标槽的计算中心位置和所述预定距离来指示所述马达使所述取样器移动至给定的附加槽。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述附加槽和所述目标槽布置在栅格中，以及所述控制器基于所述目标槽中心的轴坐标中的差异来确定跨越所述栅格行和列的歪斜。
根据本实用新型上述技术方案提供的自动对准系统，其中所述尺寸沿线性轴、角轴或线性轴和角轴的组合。
本实用新型的另一个技术方案提供了一种用于差示扫描量热法系统的自动对准系统，其由以下构成：保持在第一电势的多个槽；保持在第二电势的具有末梢的取样器；用于使所述取样器相对于所述槽移动的一个或多个马达；以及控制器，所述控制器通过以下方式执行对准：检测所述取样器处电势的变化，指示所述马达来使所述取样器移动至估计位置，其中所述取样器末梢在给定的槽内延伸，且使所述取样器沿第一轴和第二轴移动，以便通过将所述第一轴向尺寸和所述第二轴向尺寸的端点确定为所述取样器末梢处的所述电势沿所述轴变化所处的所述位置来确定所述给定槽的尺寸，以及计算所述给定槽的中心位置来作为与所述轴中点的重合点，其中所述中点通过所述端点计算出。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述槽为在处理炉内的处理炉槽和布置在保持在较低DC电势的样品托盘中的样品槽，以及所述控制器还指示所述马达使所述取样器移动至邻近给定样品槽的所述样品托盘顶面平段上方的位置，且降低所述取样器来接触所述顶面， 基于接触处的所述取样器位置来确定所述顶面的相对高度，且将所述取样器在对准期间降低到所述给定样品槽中的最低位置确定为低于所述相对高度的预定距离。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述样品托盘中的罩盖槽，以及所述控制器基于在邻近所述给定罩盖槽的平面处确定的相对高度来确定所述取样器降低到给定罩盖槽中的最短距离。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器还通过指示所述马达使所述取样器移动来与所述槽的底面接触，以及基于所述槽的已知深度计算中点来确定所述给定槽的第三轴向尺寸。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器指示所述马达将所述取样器移动至给定处理炉槽上方的估计位置，且沿z轴将所述取样器向下降低到所述槽中，直到检测到所述取样器处的电势中的变化来指出所述槽的底面，基于所述取样器的位置来确定沿z轴向尺寸的中心位置，以及计算所述两个轴向尺寸的中点和所述z轴向尺寸的中心处的处理炉槽的中心位置。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器还指示所述马达使所述取样器移动到一个或多个所选的样品槽中，且使所述取样器在所述相应样品槽内沿x轴向尺寸和y轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器处的电势变化来指出所述样品槽的x轴向尺寸和y轴向尺寸， 计算所述x轴向尺寸和y轴向尺寸的中点处的相应样品槽的中心位置，以及使用所述样品槽和所述处理炉的计算中心位置来指示所述马达使所述取样器在给定样品槽的所述中心以及至给定处理炉的所述中心之间移动。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器使用所述罩盖槽的计算中心位置来进一步指示所述罩盖槽与所述处理炉之间的所述取样器。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述取样器包括真空出口，所述样品槽包含样品盘，所述罩盖槽包含罩盖，以及所述控制器指示所述马达将所述取样器移动至给定样品槽的所述计算中心位置且将所述取样器降低到所述槽中的预定距离，控制经由所述真空出口提供吸力的真空来拾取和传送收纳在所述给定样品槽中的所述样品盘，指示所述马达来将传送样品盘的所述取样器移动至所选处理炉槽的计算中心位置，控制所述真空来释放所述样品盘，以及将所述取样器移出包括所述所选处理炉槽的所述处理炉。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器指示所述马达和真空来使所述取样器移动至给定罩盖槽来拾取收纳在其中的罩盖，将所述罩盖输送至包括所述所选处理炉槽的所述处理炉中，以及释放所述罩盖来覆盖收纳于其中的所述样品盘。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中所述控制器还指示所述马达将所述取样器移动至所述所选处理炉槽中心，且控制所述真空提供吸力来拾取所述罩盖，
指示所述马达来使所述取样器移动至所述给定罩盖槽的中心，以及控制所述真空来释放所述罩盖， 指示所述马达来使所述取样器移动至包括所述所选的处理炉槽的处理炉，且控制所述真空提供吸力来拾取所述样品盘，指示所述马达使所述取样器移动至所述给定样品槽的中心，以及控制所述真空来释放所述样品盘。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中在所述取样器移动至所述取样器预计拾取所述样品盘和所述罩盖中的一个的位置上之前，如果所述真空出口处的背压指出所述取样器已拾取物件，则所述控制器确定所述取样器遇到障碍物。
根据本实用新型上述另一技术方案提供的自动对准系统，其中在控制所述真空以释放所述样品盘或者所述罩盖之前，如果所述真空出口处的背压降低，则所述控制器确定所述取样器落下了所述样品盘或者所述罩盖。
附图说明
本实用新型的以下说明参照了附图，在附图中：
图1为根据本实用新型构造的具有自动对准系统的DSC的图示；
图2为图1中的系统的更为详细的视图；
图3为图2中的系统的更为详细的截面视图；
图4为图1中的自动对准系统的功能框图；
图5为对准操作的流程图，以及
图6A-6H为图5中的对准操作的步骤的图示。
具体实施方式
现参照图1至图4，包括自动对准子系统的自动采样器系统110附接到差示扫描量热法(DSC)系统100上，且结合差示扫描量热法(DSC)系统100操作。自动采样器系统包括取样器106，取样器106将样品从样品托盘108的指定样品槽208输送至一个处理炉220，且将样品存放到处理炉中，或更为精确地存放在处理炉内的槽222内。
DSC系统100加热处理炉槽222中的样品，且执行分析，以便确定样品中的精确温度和所关注的跃迁能。然后，自动采样器系统110在完成分析之后将样品从处理炉槽222回到适合的样品槽208中。自动采样器系统类似地输送剩余样品往返于相应的处理炉槽来进行分析，剩余的样品包括在样品槽的阵列209中，在该实例中为包括在栅格中。因此，DSC系统包括容纳在本体102中的加热器和其它构件(未示出)，且这些加热器和其它构件以已知的方式操作来加热处理炉中的样品，且确定相应的样品中何时和在什么温度和能量下出现所关注的跃迁。如图所示，DSC系统包括闩锁盖120，闩锁盖120打开和关闭，使得样品托盘108可在适合的时间插入系统或从系统移除。
处理炉220通常具有数毫米的小直径(have diameters of small numbers of millimeters)，且构造成包括直径较小的槽222，在该实例中，为大约8毫米，样品盘将存放到槽222中。用于分析的样品保持在盘(未示出)中的样品槽208中，盘小到足以配合到处理炉220的槽222中。在该实例中，盘具有范围大致从6.7毫米至7.8毫米的直径，且样品托盘的样品槽的大小设置成保持盘。盘通过取样器106从样品槽输送至处理炉槽，取样器106直径为大约3毫米，且利用真空来提升和传送盘。因此，取样仪器有真空出口(未示出)。一旦盘输送至且放置在处理炉槽内，则自动采样器系统110基本上关闭取样器处的真空，且在操作处理炉来加热样品之前取回取样器。在该实例中，系统110操作控制取样器处的真空的阀(未示出)。在该实例中，该系统以已知的方式使用泵(未示出)来产生真空。
取样器106类似地被利用来在样品盘处于处理炉槽222中适当位置之后将罩盖(未示出)放置在处理炉槽222上。因此，取样器将罩盖从样品托盘108中的罩盖槽210输送至处理炉，且将存放罩盖来将样品盘封在处理炉内。一旦罩盖处于处理炉上的适当位置，则系统110就将取样器移动至指定的较远或"初始"位置，同时执行分析。其后，该系统使取样器回到处理炉来输送罩盖并且然后输送盘回到样品托盘108中的其相应槽210,208中。
如下文更为详细论述的那样，取样器106的运动由多个步进马达214,216,218精确地控制。在该实例中，步进马达连接到反后冲螺钉(未示出)上，反后冲螺钉安装到线性滑道234,236(z轴滑道在该图的视野中隐藏)上，马达在线性滑道234,236上移动。马达附接到移动底架213,215和219上，移动底架213,215和219继而又附接到臂部250上，臂部250根据底架运动移动，以便将线性运动提供给取样器。所包括的反后冲螺钉确保马达反向不会导致对准中的误差。也可使用提供精确的校准线性运动或角运动的其它已知马达设计，举例来说，例如具有编码器的DC马达。
如上文所论述的那样，关键是：自动采样器系统110使指定的样品在处理炉槽222与样品槽之间移动，所有的槽都均具有数毫米的小直径，不会破坏样品盘、处理炉槽222或取样器106。如另外论述的那样，系统必须放置同样具有数毫米的小直径的罩盖到处理炉上。为了确保特定样品盘和罩盖的精确运动，自动采样器系统确定了某些目标槽的尺寸（即，所选的样品槽208 、罩盖槽210和/或处理炉槽222的尺寸），且校准取样器相对于目标槽的运动。此外，系统计算目标槽中心的x,y,z坐标，以便使取样器与中心对准。系统还结合例如样品槽阵列209的几何形状使用对准和校准信息来确定其它槽的中心位置，其它槽处于相对于所选槽或目标槽的预定位置，将计算这些槽的中心的位置。
在使取样器106与罩盖槽210、样品槽208和处理炉槽222的中心对准之前，系统确定取样器的指定初始位置。对于所关注的给定目标区域，沿三个运动轴(即，x轴、y轴和z轴)中每个的预定行进长度由该系统保存在存储器406中，或在其它情况下可从另一来源获得，举例来说，另一来源例如为数据库。在该实例中，所关注的目标区域为DCS100的样品托盘和处理炉区域211。在该实例中为所有的（in step）和/或部分的预定长度代表从最大轴向位置至初始位置的距离。使用极限传感器224,226,228来确定最大位置，极限传感器244,226,228定位在相应滑道端部附近或作为备选定位在相应滑道端部上，马达在滑道上移动。初始位置为这样的位置：从该位置能确定其离相应处理炉槽、样品槽和罩盖槽的距离。
为了确定初始位置，自动采样器系统110首先将取样器106相对于目标区域211移动至标定位置（nominal position）。例如，标定位置可为先前计算的位置或储存的预定位置。首先，取样器的运动沿z轴校准。如果处于低到足以导致无意中接触的位置上的取样器改为首先沿x轴或y轴移动的取样器，则这样就防止了对取样器、样品槽208、罩盖槽210和/或处理炉槽222的破坏。为了简化说明，我们将沿x轴、y轴和z轴的运动称为沿正方向和负方向的运动，正方向和负方向例如规定为+X方向和-X方向。这些方向朝向或远离相应的滑道的指定端，且在该实例中，指定端为极限传感器224,226和228所处的那些端。
自动采样器系统110通过步进马达218沿目标区域上方的z轴的+Z方向步进来使取样器106从标定位置移动，直到与z轴相关的极限传感器228跳闸（trip）。极限传感器为光学传感器，光学传感器由传感器元件225和光源227构成。因此，在控制器402控制下操作的步进马达218使取样器在+Z方向上沿z轴步进，直到附接到底架215上的标记219在光源227与传感器元件225之间移动且因此阻挡光到达传感器元件。
然后，该系统使取样器沿-Z方向以"微步进"移动，即，处于以相关螺钉相对较小旋转度数校准，直到底架215刚好使马达218移出传感器检测范围，且因此标记219不再阻挡光到达传感器元件。然后，该系统将马达位置设置为沿z轴的最大位置或行进端部，且通过从最大位置减去在z轴上的预定行进长度来确定沿z轴的"零"位置。
自动采样器110从取样器106处于z轴零位置开始，在x轴和y轴上重复相同过程。因此，系统使取样器例如在+X方向上在x轴步进马达214的控制下移动或步进，直到相关光学传感器224的检测点。然后，该系统以微步进使马达在-X方向上步进而刚好通过传感器的检测范围，以便确定x轴上的最大点，且从最大点减去预定x轴行进长度来确定x轴上的零点。接下来，该系统在x轴和z轴的零位置处启动取样器，且使取样器在y轴步进马达216的控制下沿+Y方向移动，直到相关光学传感器226的检测点。然后，该系统通过使马达步进来以微步进使取样器沿-Y方向移动，而刚好通过传感器的检测范围，以便确定y轴上的最大点，且通过从最大点减去预定y轴行进长度来计算y轴上的零点。该系统将初始位置设置为与分别沿x轴、y轴和z轴的零位置重合的位置。
作为备选，在使取样器在负方向上以微步进沿轴移动而确定最大位置之前，系统可继续使取样器在正方向上移动预定步进或微步数目进而经过传感器的跳闸。
接下来，自动采样器系统110使取样器106的运动与处理炉槽222、样品槽208和罩盖槽210精确对准，以便控制样品和罩盖在相应的样品槽和罩盖槽及处理炉和处理炉槽之间的拾取和传递。该系统通过取样器与一个或多个所选的或目标的处理炉槽、罩盖槽和/或样品槽的底板和壁部之间的受控接触来确定处理炉槽、罩盖槽和样品槽的尺寸和中心位置，且基于目标区域211的总体几何形状来确定相关处理炉槽、罩盖槽和/或样品槽的测量结果的推断。在该实例中，系统确定处理炉槽和罩盖槽及特定样品槽(即，栅格209转角T1-T4处的样品槽)中所有槽的尺寸和中心位置。其尺寸通过与取样器接触来确定的槽在本文中有时共同地称为"目标槽"。
取样器106由导电材料制成，且自动采样器系统110将小DC电荷(实例中为5伏)提供给取样器106。 自动采样器系统还将处理炉槽222和样品托盘108且因此罩盖槽210和样品槽208保持为处于地电势。取样器与任何处理炉槽、罩盖槽和样品槽的底面和壁部之间的物理接触都导致取样器与地电势的电接触，且在取样器处产生可检测到的电势变化。因此，自动采样器系统确定目标槽的尺寸，且基于取样器与相应目标槽的底面和壁部之间的受控接触来计算中心位置坐标。
在该实例中，系统首先确定罩盖槽210的尺寸和中心位置，且然后是样品槽208，而最后是处理炉槽222。该系统还确定样品托盘108顶面109的z轴向尺寸或高度，且使用该信息来确定对准期间将取样器106下降到样品槽和罩盖槽中的最短距离。这允许了该系统即使在样品盘和罩盖收纳在槽中时也可执行对准，因为盘和罩盖将处于槽中的较下方。因此，对准可发生在完全制备的样品托盘载入系统中之后。
作为备选，系统可以以任何顺序执行与槽的校准和对准。此外，系统可以以与下文参照对处理炉槽的对准和校准论述的相同方式来确定罩盖槽和样品槽的底面的相对高度。
对于对准，且还参照图5和图6A-H，自动采样器系统的控制器402指示步进马达214和216来将取样器106从计算的初始位置沿x轴和y轴移动至样品托盘108的顶面109的平段上方的位置，该位置邻近所选的罩盖槽210。 然后，控制器指示z轴步进马达218以微步进降低取样器，即，使取样器沿-Z方向移动，直到取样器与处于地电势样品托盘的顶面电接触。该接触由取样器处电势下降指出，且由电压检测器404检测，该电压检测器404在控制器的控制下操作。接下来，该系统设置取样器必须沿-Z方向从零z轴位置移动的最短距离，以便确保取样器在对准操作期间接触所选罩盖槽的垂直壁部，且将该位置储存在存储器406中。然后，该系统使取样器106在+Z方向从样品托盘表面的上方升高预定步进或微步进数目，即，脱离与样品托盘的接触，且使取样器移动至所选罩盖槽上方的估计x,y中心位置，(步骤502)，图6A。例如，该系统可将取样器升高到初始z轴位置，以便使取样器移动至估计位置。然后，该系统使取样器在-Z方向上下降设置距离，以便将取样器放置在槽内(步骤504)。
接下来，该系统使取样器106沿x轴在一个方向上(例如，在+X方向上以微步进)缓慢地移动，直到取样器处的电势下降由电压检测器404检测到(步骤506)，图6B。该系统将取样器位置(即，x轴步进马达216的对应位置)保持为目标槽x轴向尺寸的一端。在该实例中，系统110使取样器106在沿x轴的负方向上以微步进缓慢地移动，直到检测到第二电压降(步骤508)，图6C。第二电压降指出，取样器又与目标槽的壁部电接触，且系统将取样器位置(即，x轴步进马达的对应位置)用作槽的x轴向尺寸的第二端。然后，该系统将x轴中点确定为两个端部位置之间的中部(步骤514)，图6D。在本实例中，自动采样器系统110计算用于将取样器从轴向尺寸的第一端移动至第二端的步进和/或微步进的数目，且然后该数目除以二，以便计算步进和/或微步进数目中的轴向中心。
接下来，该系统使取样器移动至x轴的中心位置，且开始确定槽y轴向尺寸中心的过程(步骤510)。系统利用y轴步进马达214使取样器106沿y轴在给定方向上(例如，在+Y方向上以微步进)缓慢步进，直到取样器处的电压降由电压检测器404检测到，以便指出取样器与槽壁部进行的电接触(步骤512)，图6E。该系统将取样器位置(即，马达位置)用作槽y轴向尺寸的一端。然后，步进马达使取样器缓慢移动，即，在-Y方向以微步进移动，直到检测到第二电压降(步骤514)，图6F。
该系统将处于第二电压降的取样器位置用作槽y轴向尺寸的第二端。然后，该系统将y轴中心点确定为两个端部位置之间的中部，且该系统将取样器移动到中心位置(步骤516)，图6G。因此，该系统可计算将取样器从y轴向尺寸的第一端移动至第二端所需的步进和/或微步进数目，且将步进数目除以二，以便确定槽的y轴向尺寸的中心点。如图6H中所指示的，然后槽的x,y中心为x轴和y轴的计算中心。
接下来，自动采样器系统110可通过使取样器106以微步进从计算的中心位置在一个方向上沿一条轴步进来验证指出的x,y位置为罩盖槽210的中心，在该实例中，取样器在正方向上沿x轴步进，直到检测到电压降来指出与槽壁部的接触(步骤518)。作为备选，取样器可沿y轴移动。在检测到电压降时，系统就确定取样器是否行进x轴向尺寸的最初计算的距离的二分之一，即，微步进数目的二分之一。如果是这样的话，该系统就验证计算的x,y,z位置为处理炉的中心(步骤520)。该系统然后可将取样器"停放"在初始位置，以便结束特定槽的对准过程(步骤522)。然而，如果计算位置不是中心，则系统110可沿z轴调整取样器位置，即，视情况而向上或向下，且重复该过程。否则，该系统通知使用者：处理炉存在问题，举例来说，例如为对处理炉槽的破坏。
该系统相对于剩余的罩盖槽210将重复相同的过程。因此，该系统使取样器106从初始位置移动至给定罩盖槽附近的平面，且设置取样器在对准期间将下降到槽中的相关z轴距离，且然后将取样器移动至给定槽的估计中心位置，且确定沿x轴和y轴的尺寸和中心，且基于取样器与槽壁部的电接触来验证指出的x,y位置为所有相应罩盖槽的中心，以便指出相应轴向尺寸的端部。作为备选，该系统可将取样器从第一罩盖槽210的计算中心直接地移动至第二罩盖槽上方的估计x,y中心位置，以便开始第二槽处的对准过程。为此，系统首先将取样器沿z轴升高至初始位置或零位置，且然后利用关于两个罩盖槽之间间距的已知信息或储存信息来确定将取样器移动于此的位置。
该系统还基于对准期间取样器从初始位置的运动确定各罩盖槽的中心离取样器零位置或初始位置的距离，使得系统然后可利用目标区域211的已知基本几何形状来校准取样器的运动。
接下来，系统110确定相应样品槽208中心的尺寸和位置。为此，该系统确定尺寸和计算大量所选样品槽的中心位置，且使用计算的信息来基于栅格209中的槽的已知相对间距来确定剩余槽的中心位置的坐标。在该实例中，所选的样品槽处于栅格的四个转角T1-T4处。然后，该系统基于同一行和同一列样品槽的中心位置的x坐标和y坐标的差异来确定沿栅格的行和列歪斜，且应用歪斜确定栅格中相应样品槽的中心的精确位置。这样，系统就补偿了样品托盘108布置中的变化，即，失准。
该系统使用储存的样品托盘信息和来自于罩盖槽对准中的校准信息，以便将取样器106从计算的初始位置移动至邻近第一所选样品槽208的平面区域。在该实例中，系统将取样器移动至栅格209的第一转角T1上的样品槽附近。然后，该系统通过降低取样器来确定样品托盘顶部的Z轴位置或高度，直到电压降由电压检测器406检测到。该系统保存高度信息，且将该信息用于取样器应当在对准期间在-Z方向上下降到所选样品槽中的最短距离，以便确保取样器将接触槽的壁部或垂直表面，且避免接触可能收纳在槽中的样品盘。
接下来，该系统将取样器106从托盘108的表面升高预定步进数目，且使取样器移动预定x和/或y距离，以便将取样器定位在所选的转角样品槽208上。然后，该系统使取样器在-Z方向上移动设置距离，以便将取样器引入槽中。接下来，该系统例如以微步进使取样器沿第一轴在一个方向(在该实例中是沿x轴的正方向)上缓慢地步进，直到取样器与样品槽的壁部电接触。该系统将该位置记录为x轴向尺寸的一端，且通过使取样器步进而沿-X方向跨越槽，直到取样器又接触槽的壁部来确定第二端。接下来，该系统计算x轴的中心作为移动取样器跨越槽所需的步进和/或微步进数目的二分之一。然后，该系统在x轴中心处启动取样器，且沿y轴重复该过程，以便确定槽的x,y中心。如上文所述，该系统然后可验证中心位置。
接下来，该系统将取样器移动至各剩余转角的样品槽（即，在转角T2至T4处的样品槽），且以相同的方式确定相应槽的中心的尺寸和位置。然后，系统将以上文参照罩盖槽210所论述的方式使中心坐标从x轴和y轴的初始位置或零位置平移一定距离。
该系统基于分别沿栅格的行和列的所选样品槽208中心的x坐标和y坐标差异来确定栅格209上的x方向和y方向上的歪斜。例如，该系统基于限定x轴坐标的步进和/或微步进数目差异，或转角T1和T2和/或T3和T4处的样品槽中心位置的距离差异来确定x轴中的歪斜。该系统基于限定y轴坐标的差异，或转角T1和T3和/或T2和T4处的样品槽中心位置的距离差异来确定y轴中的歪斜。
除转角的槽之外或作为转角的槽的替代，其它样品槽(即，栅格中其它位置上的槽)也可用于确定x和y的歪斜。
例如，为了将取样器移动至邻近一个转角槽的所关注的样品槽的中心，系统将使用转角槽的计算中心位置、样品槽的预定间距信息和计算的x和y的歪斜来计算所关注的样品槽的中心位置。
自动采样系统110执行类似的操作来确定处理炉槽222的x,y,z中心。该系统使用校准信息来将取样器移动至给定处理炉槽上方的估计中心位置。然而，在确定处理炉槽的尺寸之前，系统通过预定数目的步进或微步进将取样器降低(即，使取样器在-Z方向上移动)到槽中，从而寻找任何障碍物，例如，障碍物可为留在其中的样品盘和/或罩盖。如下文所述，该系统通过增大真空背压来确定障碍物，真空背压出现在不同于预计位置的取样器位置处。
该系统通过将取样器106沿-Z方向处理炉槽222中下降对应的预定距离而首先寻找罩盖，且然后寻找样品盘。如果发现罩盖和/或样品盘，则取样器将它们输送至靠近样品槽托盘108的废物容器(未示出)中。然后，该系统通过使取样器在-Z方向移动直到电压检测器406检测到取样器处的电压降来确定处理炉槽底面的位置。然后，该系统使取样器在+Z方向上从底面沿z轴移动预定距离至槽的中心，该预定距离为处理炉槽已知深度的一半。该系统还确定沿相应的x轴和y轴等的接触位置，以便确定处理炉槽的x轴向尺寸和y轴向尺寸，且计算如上文所述的沿x轴和y轴的中心位置。因此，该系统将罩盖槽、样品槽和处理炉槽的位置确定为离取样器初始位置的距离，且然后该系统可指示取样器使样品盘和罩盖在指定的槽之间移动，而不会有破坏样品、槽和/或取样器的风险。在对准期间，取样器通过步进马达的微步进的受控运动防止了取样器受破坏或由相应的槽破坏。如所论述的，取样器仅需要与目标槽电接触，这意思就是仅需要轻微的物理接触。
使用计算的中心位置，自动采样器系统100还可在输送操作期间检测障碍物和确定遗漏特定样品。例如，如果取样器在沿给定轴上以少于预计的步进拾取物件，则系统110发出存在障碍物的信号，且如所论述的，将障碍物输送至废物容器中。如果取样器在移动至相关槽208,210,222的计算中心位置之后取样器未拾取物件，则自动采样器系统110同样可发出遗漏样品盘或罩盖的信号。
该系统确定取样器是否通过监测真空出口处的背压已拾取了样品盘或罩盖。例如，背压增大指出取样器已经拾取了物件。如果真空出口处的背压没有增大到给定处理炉槽、盖体槽或样品槽的中心位置应当有的，则系统可视情况使取样器在槽的尺寸内沿任何或所有x,y和z方向移动，以便试图在发出遗漏罩盖或样品盘的信号之前拾取适合的盖体或样品盘。如果真空出口处的背压在拾取之后小于预期，则其例如可指出罩盖凹陷，且因此相对于真空出口端部不平。因此，该系统还可向操作人员发出所选罩盖需要更换的信号。真空背压同样可监测来确定样品或罩盖是否落下，且系统相应地发信号给操作人员。
已经通过特定的实例描述了该系统。然而，包括自动对准系统的自动采样器系统可结合需要通过自动或机械化运动将样品定位在目标槽中的其它设备使用。样品槽、罩盖槽和/或处理炉槽可为除圆形外的其它形状，举例来说，如椭圆形，或可为任何凹入的形状，其中取样器接触不同的边界来确定两个或三个线性和/或角的轴向的尺寸，且样品槽的布置可为除栅格之外的布置，例如圆环、椭圆等。此外，极限传感器可为除光阻断传感器之外的传感器，且例如可为常规光电检测器或其它类型的运动传感器，步进马达可替换为可校准的线性和/或角运动的任何常规马达，如所提到的那样，马达可为具有编码器的DC马达。此外，取样器可接地，且目标槽保持为略微高于地电势的DC电势，或作为备选，取样器和目标槽可保持为处于不同的相对电势下，而不是地电势。此外，如果自动采样器系统新连接到DSC上，则取样器在第一对准操作中可由手操纵来将取样器放置在相对于处理炉的估计位置上，以避免与系统构件的机械公差相关的问题。然而，一旦系统校准DSC，则然后系统可自动地将取样器与目标区域中的剩余的槽对准。
Claims (20)
1.一种用于使用分立式接触取样器确定位置的自动对准系统，其由以下构成：
保持在第一电势的一个或多个目标槽；
保持在第二电势的具有末梢的取样器；
用于使所述取样器相对于所述目标槽移动的一个或多个马达；以及
控制器，所述控制器
检测所述取样器处电势的变化，
指示所述马达来使所述取样器移动至估计位置，其中所述取样器末梢在给定的目标槽内延伸，且使所述取样器沿第一轴和第二轴移动，以便通过将所述第一轴向尺寸和所述第二轴向尺寸的端点确定为所述取样器末梢处的所述电势沿所述轴变化所处的所述位置来确定所述给定目标槽的尺寸，以及
计算所述给定目标槽的二维中心位置来作为与所述轴的中点的重合点，其中所述中点通过所述端点计算出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器
指示所述马达使所述取样器沿第一轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器末梢电势的第一变化，所述控制器将所述取样器位置用作第一轴的第一端，
指示所述马达使所述取样器在所述第一轴上沿所述相反方向移动，直到检测到电势中的第二变化，所述控制器使用所述取样器位置作为所述第一轴的第二端，所述控制器计算所述第一轴的中心来作为所述第一轴两端之间的中点，
指示所述马达将所述取样器移动至所述第一轴的计算中心，且使所述取样器沿第二轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器末梢电势的变化，所述控制器将所述取样器位置用作第二轴的第一端，
指示所述马达使所述取样器在所述第二轴上沿所述相反方向移动，直到检测到电势中的第二变化，所述控制器将所述取样器位置用作所述第二轴的第二端，以及
计算给定目标槽的二维中心来作为所述第二轴两端之间的中点。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器还通过使所述取样器从所述中心位置沿所述第一轴移动直到检测到电势变化，以及检测所述取样器是否已移动了对应于所述轴计算的中点的距离来验证所述中心位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器还通过指示所述马达使所述取样器移动来与所述槽的底面接触，以及基于所述槽的已知深度计算中点来确定所述给定目标槽的第三轴向尺寸。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述马达为沿轴方向上的相关滑道移动的步进马达。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括
多个传感器，各所述传感器均放置成用以检测邻近相关滑道端部的给定的一个所述马达的位置，以及
所述控制器，其还
指示所述马达在所述轴方向上移动，直到所述传感器检测到所述马达在所述滑道端部处的位置，以便确定沿所述滑道的最大位置，
通过从所述最大点减去预定最大长度来计算沿各轴的零位置，以及
将所述取样器的初始位置设置为与所述轴的零位置重合，以及
确定所述目标槽的中心相对于所述初始位置的距离。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括
与所述目标槽间隔开预定距离的附加槽，以及
所述控制器基于一个或多个目标槽的计算中心位置和所述预定距离来指示所述马达使所述取样器移动至给定的附加槽。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述附加槽和所述目标槽布置在栅格中，以及
所述控制器基于所述目标槽中心的轴坐标中的差异来确定跨越所述栅格行和列的歪斜。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尺寸沿线性轴、角轴或线性轴和角轴的组合。
10.一种用于差示扫描量热法系统的自动对准系统由以下构成：
保持在第一电势的多个槽；
保持在第二电势的具有末梢的取样器；
用于使所述取样器相对于所述槽移动的一个或多个马达；以及
控制器，所述控制器通过以下方式执行对准：
检测所述取样器处电势的变化，
指示所述马达来使所述取样器移动至估计位置，其中所述取样器末梢在给定的槽内延伸，且使所述取样器沿第一轴和第二轴移动，以便通过将所述第一轴向尺寸和所述第二轴向尺寸的端点确定为所述取样器末梢处的所述电势沿所述轴变化所处的所述位置来确定所述给定槽的尺寸，以及
计算所述给定槽的中心位置来作为与所述轴中点的重合点，其中所述中点通过所述端点计算出。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述槽为在处理炉内的处理炉槽和布置在保持在较低DC电势的样品托盘中的样品槽，以及所述控制器还
指示所述马达使所述取样器移动至邻近给定样品槽的所述样品托盘顶面平段上方的位置，且降低所述取样器来接触所述顶面，
基于接触处的所述取样器位置来确定所述顶面的相对高度，且将所述取样器在对准期间降低到所述给定样品槽中的最低位置确定为低于所述相对高度的预定距离。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统还包括
所述样品托盘中的罩盖槽，以及
所述控制器基于在邻近所述给定罩盖槽的平面处确定的相对高度来确定所述取样器降低到给定罩盖槽中的最短距离。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器还通过指示所述马达使所述取样器移动来与所述槽的底面接触，以及基于所述槽的已知深度计算中点来确定所述给定槽的第三轴向尺寸。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述控制器
指示所述马达将所述取样器移动至给定处理炉槽上方的估计位置，且沿z轴将所述取样器向下降低到所述槽中，直到检测到所述取样器处的电势中的变化来指出所述槽的底面，
基于所述取样器的位置来确定沿z轴向尺寸的中心位置，以及
计算所述两个轴向尺寸的中点和所述z轴向尺寸的中心处的处理炉槽的中心位置。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器还
指示所述马达使所述取样器移动到一个或多个所选的样品槽中，且使所述取样器在所述相应样品槽内沿x轴向尺寸和y轴向尺寸移动，直到检测到所述取样器处的电势变化来指出所述样品槽的x轴向尺寸和y轴向尺寸，
计算所述x轴向尺寸和y轴向尺寸的中点处的相应样品槽的中心位置，以及
使用所述样品槽和所述处理炉的计算中心位置来指示所述马达使所述取样器在给定样品槽的所述中心以及至给定处理炉的所述中心之间移动。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，
所述取样器包括真空出口，
所述样品槽包含样品盘，
所述罩盖槽包含罩盖，以及
所述控制器
指示所述马达将所述取样器移动至给定样品槽的所述计算中心位置且将所述取样器降低到所述槽中的预定距离，
控制经由所述真空出口提供吸力的真空来拾取和传送收纳在所述给定样品槽中的所述样品盘，
指示所述马达来将传送样品盘的所述取样器移动至所选处理炉槽的计算中心位置，
控制所述真空来释放所述样品盘，以及
将所述取样器移出包括所述所选处理炉槽的所述处理炉。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述控制器
指示所述马达和真空来使所述取样器移动至给定罩盖槽来拾取收纳在其中的罩盖，将所述罩盖输送至包括所述所选处理炉槽的所述处理炉中，以及
释放所述罩盖来覆盖收纳于其中的所述样品盘。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器还
指示所述马达将所述取样器移动至所述所选处理炉槽中心，且控制所述真空提供吸力来拾取所述罩盖，
指示所述马达来使所述取样器移动至所述给定罩盖槽的中心，以及
控制所述真空来释放所述罩盖，
指示所述马达来使所述取样器移动至包括所述所选的处理炉槽的处理炉，且控制所述真空提供吸力来拾取所述样品盘，
指示所述马达使所述取样器移动至所述给定样品槽的中心，以及
控制所述真空来释放所述样品盘。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述取样器移动至所述取样器预计拾取所述样品盘和所述罩盖中的一个的位置上之前，如果所述真空出口处的背压指出所述取样器已拾取物件，则所述控制器确定所述取样器遇到障碍物。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，在控制所述真空以释放所述样品盘或者所述罩盖之前，如果所述真空出口处的背压降低，则所述控制器确定所述取样器落下了所述样品盘或者所述罩盖。
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