DE2501054C3

DE2501054C3 - Verfahren zur automatisierten Ausführung von chemischen und/oder physikalischen Analysen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2501054C3
Application number: DE2501054A
Authority: DE
Inventors: Linus Dipl.-Ing. Effretikon Meier
Original assignee: METTLER INSTRUMENTE AG 8606 GREIFENSEE CH
Current assignee: METTLER INSTRUMENTE AG 8606 GREIFENSEE CH
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1975-01-13
Publication date: 1983-02-10
Also published as: US4113436A; FR2261516B1; DE2501054A1; FR2261516A1; JPS50115894A; GB1447014A; DE7441308U; DE2501054B2; JPS588749B2; CH568793A5; IT1030814B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Ausführung von chemischen und/oder physikalischen Analysen, bei dem zu behandelnde bzw.

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zu messende Proben in Gefäße gefplk und diese in ein durch eine Programmsteuerung gesteuertes System gegeben werden, in welchem die Gefäße in die Arbeitsbereiche einer Mehrzahl von Arbeitsstationen führbar sind und die in jedem Gefäß enthaltene Probe einem oder einer Mehrzahl von Behandjungs- und/oder Meßvorgängen unterzogen wird.

Die Erfindung betrifft weiter eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer Mehrzahl von Arbeitsstat'onen, mit einem diese bedienenden Fördersystem zum Transport von Proben enthaltenden Gefäßen sowie mit Steuereinrichtungen für die Arbeitsstationen und das Fördersystem.

Die Erfindung bezieht sich damit insbesondere auf den Bereich der analytischen Labors in Forschung und Industrie, aber auch auf andere Bereiche, wie z. B. den der klinisch-chemischen oder der toxikologischen Untersuchungen. Außerdem ist die Erfindung in gewissen Fällen auch auf dem Gebiete der präparativen Chemie anwendbar. Bei der Analytik können grundsätzlich zwei Arten von Aufgabenstellungen unterschieden werden:

Die Ausführung einer großen Zahl im Programmablauf gleichbleibender Analysen (sogenannte Serienanalysen). Hierbei ist es verhältnismäßig einfach, auf das jeweilige Programm abgestellte, weitgehend automatisierte Analysensysteme zu konzipieren, und es ist auch schon eine Anzahl derartiger Einrichtungen bekanntgeworden.

Die Durchführung einer wechselnden Anzah' unterschiedlicher Analysen mit verschiedenem Programmablauf, wobei sowohl einzelne Analysen als auch Kleinserien gleicher Analysen in Betracht zu ziehen sind (z.B. fünf); beide Kategorien seien im vorliegenden Zusammenhang unter dem Begriff Einzelanalysen zusammengefaßt Hier stellt sich das Problem, trotz wechselnder Arbeitsprogramme bei weitgehend oder völlig automatisiertem Programmablauf eine maximale Ausnutzung der einzelnen im System enthaltenen Behandlungs- und Meßstationen zu erreichen und eine übermäßig hol.e Verweilzeit der Proben im System zu vermeiden.

Bekannt ist ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art (CH-PS 5 06 063). Hier wird ein Förderband verwendet, auf dem im konstanten Abstand zueinander Halter angeordnet sind, in welche die Gefäße gegeben werden, welche dann schrittweise um konstant lange Förderschritte vorwärtsbewegt werden. Die Arbeitsstationen sind in den durch die Förderschritte vorgegebenen konstanten Abständen dergestalt angeordnet, daß mit jedem Förderschritt ein neues Gefäß unmittelbar in den Arbeitsbereich einer Arbeitsstation gelangt

Die für die von den Arbeitsstationen durchzuführen' den Behandlungs- oder Meßvorgänge zuständige Programmsteuerung ist mit den Förderschritten des Förderbandes synchronisiert. Die Programmierung der an der Probe in einem Gefäß vorzunehmenden Behandlungs· und Meßvorgänge erfolgt an der Pro· grammsteuerung selbst durch mechanisches Setzen von Speicherbahnen angeordneten Stiften, ohne daß Merkmale an den Gefäßen oder daran angebrachter Träger abgetastet werden. Mit dieser Programmierung kann bewirkt werden, daß wählbare Arbeitsstationen an den gerade in ihrem Arbeitsbereich befindlichen Proben keine Behandlungs- oder Meßvorgänge durchführen.

Nachteilig ist, daß die Probengefäße zwangsläufig durch alle Arbeitsstationeii nindurchgeführt werden, ob nun entsprechend dem individuellen Arbeitsprogramm von allen Arbeitsstationen Behandlungs- oder Meßvorgänge vorgenommen werde?} sollen, oder im Grenzfell nur von einer einzigen. Der- Förderweg und auch die Verweilzeit im System ist daher für jedes eine Probe enthaltende Gefäß von dem für die entsprechende Probe vorgesehenen Arbeitsprogramm unabhängig und immer gleich, und es kann jede Arbeitsstation nur so weit ausgenutzt werden, als sich in ihrem Arbeitsbereich ίο gerade ein Gefäß befindet, an dessen Probe ein Behandlungs- oder Meßvorgang gemäß dem Programm auszuführen ist. Wegen der zwangsläufig vorgegebenen Reihenfolge des Anlaufens der aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen ist auch das Erfordernis gegeben, mehrere gleichartige Stationen vorzusehen, wenn entweder entsprechend einem vorgesehenen Programm an einer Probe mehrfach ein gleichartiger Behandlungs- und Meßvorgang erforderlich wird oder entsprechend dem Programm derartige gleichartige μ Vorgänge in unterschiedliche Reihenfolge durchzuführen sind.

Bekannt ist es ferner (DE-OS 16 43 900), zwischen einer Aufnahmeanordnung und einem am Systemausgang angeordneten einzigen Meßgerät eine Mehrzahl von jeweils Behandlungsstationen für Proben bildenden Förderwagen vorzusehen, welche auch gegebenenfalls eine Art schleifenförmige Verlängerung bildende Speicher enthalten können. Die Aufnahmeanordnung teilt dort eingegebene Mutterproben in eine oder mehrere Tochterproben auf, die jeweils einer Behandlungsstrecke zugeführt werden und diese in Gefäßen unter Passieren der darin angeordneten Behandlungsstationen in nicht änderbarer vorgegebener Reihenfolge durchlaufen, bis schließlich das gemeinsame Meßgerät erreicht wird. Eine Variante des Arbeitsprogramms ist beim Bekannten nur insoweit möglich, als die Tocherproben vor Durchführung einer bestimmten, durch die Art des am Ausgang vorgesehenen Meßgeräts vorgegebenen Messung unterschiedlicher. Be!;andlungsvorgängen auf der bzw. durch die Wahl der Behandlungsstrecke unterzogen wird. Wegen des ange-vendeten starren Taktprinzips für den Durchlauf der Proben durch die Behandlungsstrecken bestimmt die langsamste Tochterprobe die Durchlaufeeit auch diejenige der anderen Tochterproben. Abgesehen von der geringeren Wandlungsfähigkeit des erläuterten Systems sind im übrigen auch im wesentlichen noch die gleichen Nachteile wie beim früher erläuterten bekannten Stand der Technik gegeben.

Bekannt ist weiterhin (DE-OS 21 53 855) ein automatischer Probenwechsler, welcher einen Transportmechanismus aufweist, der die von einem Transportsystem herangeführten, in Probengefäßen enthaltenen Flüssigkeitsprisma von dem Transportsystem irt eine Meßposition und zurück befördert, wobei an dem von den Probengefäßen bei j».rer Beförderung zurückgelegten Weg eine Zusatzeinrichtung zum Behandeln und/oder zusätzlichen Messen der Flüssigkeitsproben liegt. Anders formuliert bedeutet dies, daß der Probenwechseo ler bzw. dessen Transportmechanismus nicht nur eine einzige Meßposition, sondern deren zwei bedient

Nachteilig hierbei ist, daß dieser Transportmechanismus des Probenwechslers jeweils nur ein Probengefäß entweder der einen oder der anderen Meßstation zuführen k^nn und während des Meßvorgangs in einer der beiden Meßstationen besetzt ist und nicht gleichzeitig eine weitere Probe in die noch freie weitere Meßstation befördern kann.

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Schließlich ist es bekannt (DE-OS 18 15 864), für unterschiedliche Arbeitsprogramme jeweils speziell gebaute Testmaschinen zu verwenden. Die Proben durchlaufen diese Testmaschine in Gefäßen, welche vor dem Eingang mit maschinell lesbaren Datenträgern versehen wurden, wobei die Daten aber nur der Proben-Identifikation dienen und die Arbeitsweise der Maschine nicht beeinflussen. Jede Maschine vermerkt das von ihr ermittelte Meßergebnis ebenfalls auf den Datenträgern. Die von unterschiedlichen Maschinen kommenden Probengefäße werden mit den Datenträgern an einem Lesegerät vorbeigeführt, das die abgelesenen Daten (Identifikation und Meßwert) einem zentralen Computer zur erweiterten Auswertung zuführt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur automatisierten Ausführung chemischer und/oder physikalischer Analysen, die es gestatien, mii einer minimalen Anzsh! vor: optimal ausgenutzten Arbeitsstationen (Behandlungs- und/oder Meßstationen) bei minimalem Gesamtzeitaufwand Analysen unterschiedlicher Art durchzuführen.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Gefäße an die jeweils gemäß ihrem individuellen Arbeitsprogramm ausgewählte nächste Arbeitsstation über einen Förderweg direkt herangebracht, nach Erreichen dieser Arbeitsstation mittels einer Umladeeinrichtung vom Förderweg entfernt und in den Arbeitsbereich dieser Arbeitsstation gebracht werden, wobei die Umladeeinrichtung während der Durchführung des Meßvorgangs frei ist für die zwischenzeitliche Behandlung eines anderen Gefäßes. sowie nach Beendigung des entsprechenden Behandlungs- und/oder Meßvorgangs dem Förderweg wieder zugeführt werden, wobei die einzelnen Verfahrensschritte durch das Zusammenwirken von auf den Probengefäßen angebrachten Codierungen und wenigstens einem diese Codierungen abtastenden Lesekopf mit der Programmsteuerung gesteuert werden.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine Mehrzahl von Arbeitsstationen, ein diese bedienendes Fördersystem zum Transport von Proben enthaltenden Gefäßen sowie Steuereinrichtungen für die Arbeitsstationen und das Fördersystem aufweist, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Fördersystem zum direkten Transport der Gefäße im Bereich jeder beliebig gewählten Arbeitsstation und durch Umladeeinrichtungen für den unmittelbaren Transfer der Gefäße zwischen dem Förderweg und einem der jeweiligen Arbeitsstation außerhalb des Förderwegs zugeordneten Platz sowie durch wenigstens einen Lesekopf zur Abtastung auf dem Probengefäß angebrachter Markierungen und zur Übermittlung entsprechender Signale an die Steuereinrichtungen.

Erfindungsgemäß wird eine individuelle Förderung der Proben zu jeweils freien Arbeitsstationen ermöglicht, unabhängig von wartenden Probengefäßen und unabhängig davon, ob am Wege liegende Stationen frei oder besetzt sind, woraus eine maximale Ausnutzung der Stationen, eine minimale Verweildauer der Proben im System und eine Beschleunigung des Programmablaufs resultiert. Ferner ist es möglich, daß jede beliebige Probe dieselbe Station mehrere Male im Verlauf der Untersuchung anläuft, und es resultiert daraus, daß ein vollfunktionsfähiges System mit nur einer Station je Typ bzw. Art realisiert werden kann. In der Praxis kann es sich natürlich als zweckmäßig erweisen, von gewissen Geräten (Stationen) je nach der erwarteten Häufigkeit der entsprechenden Operationen (und ihrer Dauer relativ zur Dauer anderer Operationen) zwei oder mehr Exemplare einer Art vorzusehen. Im Falle eines im Rahmen dieser Erfindung bevorzugten modularen Aufbaus des Systems wäre dies sogar nachträglich ohne nennenswerte Schwierigkeiten möglich.

Es ist möglich, jede Station mit einer gewissen Anzahl von Plätzen (Arbeits- und Speicherplätze) außerhalb des Hauptförderweges zu versehen, so daß dieser frei bleibt und die Stationen praktisch stets ausgelastet sind. Diese Variante beding« jedoch für jede Station einen verhältnismäßig großen Aufwand.

Weiterhin wäre es denkbar, ein System zu verwenden. bei welchem die Probengefäße sich auf einem in beiden Richtungen bewegbaren geraden Förderband befinden, welches jeweils anhält, wenn eine gewählte Zuordnung Station/Probengefäß erreicht wurde. Diese Ausführung '.viirde, bezöge" a»f die Anzahl Stationen, ein sehr langes Förderband bedingen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Fördersystem ein der Entlastung des Förderweges von wartenden Gefäßen dienender, vom Förderweg beschickter und in diesen entleerbarer Zwischenspeicher mit direkter Zugriffsmöglichkeit zu jedem gespeicherten Probengefäß zugeordnet.

Dabei kann das Fördersystem zweckmäßigerweisc Geleisv und wenigstens einen auf diesen verfahrbaren Transportwagen umfassen, wobei der Transportwagen über einen Drehgreifer zum simultanen Beschicken und Entladen verfügt. Mit dieser Ausbildung der Erfindung kann eine besonders große Flexibilität erreicht werden.

Die Ausführungsform mit Zwischenspeicher ist

besonders geeignet für größere Systeme, d. h. solche mit einer größeren Anzahl von Stationen. Handelt es sich hingegen um Systeme mit wenigen Stationen (z. B. zwei bis vier), so kann eine andere Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft sein, bei der das Fördersystem einen geschlossenen Förderweg umfaßt, welcher zur Aufnahme von Probengefäßen geeignete, mit einem umlaufenden Fördermittel verbundene Träger aufweist und bei der jeder einzelnen Arbeitsstation eine Umladeeinrichtung zur Übernahme von Probengefäßen vom bzw. zum Förderweg zugeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, auf einen separaten Zwischenspeicher sowie auf einen eventuellen speziellen Eingangsspeicher zu verzichten, da der Förderweg selbst einen — ständig mit den Stationen kommunizierenden — Speicher darstellt. Die Kapazität des Systems ist dann praktisch durch die Anzahl Plätze auf dem Fördermittel bestimm'. Durch die gleichzeitige Bewegung aller auf diesem befindlichen Proben ist auch bei mäßiger Geschwindigkeit eine angemessene Transportleistung erzielbar; ferner hat die Anordnung mit in sich geschlossenem Förderweg nur einen relativ geringen Platzbedarf.

Bei beiden erwähnten Ausführungsformen (Zwischenspeicher bzw. geschlossener Förderweg) wird der erfindungsgemäße Vorteil deutlich, daß Proben Wartezeiten ohne Behinderung des Transportes anderer Proben absolvieren können. Diese Wartezeiten können zufälliger Natur sein (nächste Zielstation gerade besetzt) oder aber verfahrensbedingt (Reaktionszeit muß abgewartet werden etc).

Im Hinblick auf eine Erhöhung der Flexibilität der Anlage (Anpassung an zeitlich wechselnde Aufgaben, Erweiterungsmöglichkeiten; kurzfristige oder längere Verwendung einzelner Geräte (Stationen) auch für sich

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allein bilden in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung die einzelnen Arbeitsstationen ein beliebig kombinierbares Baukastensystem, wobei jede Siation durch ein mit ihr fest verbundenes Teilstück des i Förderweges zu diesem beiträgt.

Zur besseren Erfüllung der obenerwähnten Forderung nach kurzer Verweilzeit der Probengefäße im System ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Einrichtung ein Eingangsspeicher zur Aufnahme zu behandelnder Probengefäße zugeordnet ist, wobei der Eingangsspeicher einen Drehteller mit fester Führungsspirale aufweist, welche aie Probengefäße in zwangläufiger Reihenfolge führt. Ein derartiger Eingangsspeicher mit sequentieller Förderung gewährleistet, daß die Probengefäße in der Reihenfolge ihrer Eingabe vom Transportsystem übernommen werden. Die Beschickung des Eingangsspeichers (sowie die Entleerung eines eventuellen Ausgangsspeichers) kann entsprechend den Gegebenheiten des speziellen Falles manuell oder mit weiteren mechanischen Hilfsmitteln geschehen. Im Falle der manuellen Beschickung des Eingangsspeichers resultiert gleichzeitig eine Vergrößerung der Speicherkapazität des Systems, d. h. dieses kann nach erfolgter Beschickung des Eingangsspeichers längere Zeit ohne menschliches Zutun arbeiten. Bei mechanischer Beschickung bildet der Eingangsspeicher eine Art Pufferspeicher zwischen der Beschickung und dem zu den Arbeitsstationen führenden Fördersystem.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung weist ferner einen Identifizierungsplatz auf, von welchem aus Kenndaten der der Einrichtung zugeführten Proben sowie der entsprechenden Arbeitsprogramme einer das Fördersystem und die Arbeitsstationen steuernden Computersteuerung zuführbar sind. Diese Ausführungsform garantiert eine eindeutige Zuordnung jedes Probengefäßes zu dem entsprechenden Arbeitsprogramm bei Ausnutzung der sich mit modernen Computern ergebenden Möglichkeiten hinsichtlich Steuerung und Überwachung eines bezüglich Kapazitätsausnutzung und Verweildauer der Probengefäße im <o System optimalen Analysenablaufs.

Eine andere Möglichkeit der Steuerung besteht darin, den Probengefäßen in codierter Form alle notwendigen Angaben körperlich zuzuordnen und diese Angaben bei jeder Station mittels eines Lesekopfes auf ihre Relevanz für die betreffende Station zu überprüfen, wobei die codierte Information gegebenenfalls in Signale umgewandelt wird, die die Übernahme des Probengefäßes durch diese Station sowie die Einstellung der Stationsparameter (Behandlungsdaten) veranlassen. so

Häufig enthalten die Arbeitsprogramme Behandlungs- und Meßschritte, deren Ausführung innerhalb des Systems Schwierigkeiten begegnet Diese Schwierigkeiten können technisch (z. B. Größe der notwendigen Geräte oder Dauer der betreffenden Operationen nicht kompatibel mit dem System) oder ökonomisch (Seltenheit der Operation im Programm, Kosten der Geräte) bedingt sein.

Um dennoch auch solche Programme jedenfalls größtenteils im automatisierten System gemäß der Erfindung durchführen zu können, sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß einzelne Probengefäße zur Vornahme von außerhalb des Analysiersystems erfolgenden Zwischenoperationen vom Förderweg entfernt und nach Beendigung der Zwischenoperation zur weiteren Absolvierung ihres Arbeitsprogramms dem Förderweg wieder zugeführt werden. Dementsprechend ist eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Hinrichtung durch einen mit dem Förderweg verbundenen Pufferspeicher zur zeitweiligen Aufnahme von Probengefäßen gekennzeichnet, die zwecks Vornahme externer Zwischenoperation vorübergehend das System verlassen.

Schließlich ist zu bemerken, daß im Rahmen der Erfindung sowohl eine getaktete (schrittweise ausgeführte) als auch eine taktfreie Förderung der Probengefäße realisierbar ist. Die Wahl zwischen diesen beiden Möglichkeiten wird jeweils außer von der konstruktiven Gestaltung der Fördermittel auch von steuerungstechnischen Gesichtspunkten beeinflußt.

Zwei Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Für die Beispiele wurden Systeme zur Vornahme von Einzelanalysen von Flüssigkeitsproben gewählt, welche lediglich im Interesse einer einfacheren Erläuterung und übersichtlichen Zeichnung nur je zwei Arbeitsstationen enthalten. Die Vorteile der Erfindung kommen in der Praxis jedoch insbesondere beim System gemäß dem ersten Beispiel erst bei mehr als drei Stationen richtig zur Geltung, wobei die günstigsten Verhältnisse ab etwa sechs Stationen vorliegen dürften (die jeweils optimale Anzahl von Stationen hängt bei jeder Systemvariante sehr stark von der Art der Stationen sowie der Analysenprogramme ab und kann daher nicht generell verbindlich angegeben werden).

In der Zeichnung stellt dar

Fig. I eine Draufsicht des ersten Beispiels in schematisierter Darstellung,

Fig. 2 ein Blockschema der Steuerung des ersten Beispiels, und

Fig.3 eine vereinfachte Draufsicht des zweiten Beispiels.

Das Beispiel I umfaßt zwei Analysenbausteine: Einen Verdünnungsautomaten 1 und einen Titrierautomaten 2. Eine Mehrzahl von Gefäßen zur Aufnahme von Flüssigkeitsproben ist jeweils mit 3 bezeichnet. Ein Fördersystem 5 umfaßt einen geraden Förderweg 4 aus Gleisstücken 4', jeweils bestehend aus zwei Schienen, ferner einen Transportwagen (Laufkatze) 8 mit einem Drehgreifer 9. Dabei ist jedem Element (1, 2, 6, 10, 11) des Systems ein Gleisstück 4' fest zugeordnet; die einzelnen Gleisstücke sind so bemessen, daß die Elemente bequem nebeneinander angeordnet werden können. Die Anordnung aller Elemente auf einer Seite des Förderweges 4 kann hinsichtlich Kontrolle und Instandhaltung der einzelnen Elemente des Systems von Vorteil sein und vereinfacht den Aufbau der Laufkatze 8; grundsätzlich ist aber, bei entsprechender Anpassung der Transporteinrichtung, eine Anordnung beidseits des Fdrderweges 4 (alternierend oder unregelmäßig springend) gleichermaßen möglich. Die einzelnen Gleisstükke 4' sind auf konventionelle Weise (z. B. durch Verschrauben) miteinander verbunden.

^c.m Zwischenspeicher 6 umfaßt einen Drehteller mit peripher angeordneten Aufnahmeplätzen für acht Probengefäße 3. Er ist in beiden Richtungen mittels eines konventionellen Antriebs drehbar, so daß jeder Speicherplatz auf kürzestem Wege in die Obergabestellung zum Förderweg 4 gebracht werden kann.

Am Anfang des Förderweges 4 ist ein Eingangsspeicher 10 angeordnet. Er weist ebenfalls einen Drehteller 10a auf, der sich jedoch nur im Uhrzeigersinn dreht Dabei sorgt eine feststehende Spirale 12 für den sequentiellen Transport der Gefäße 3 in Richtung de· Aufgabe- bzw. Obernahmestelle zum Förderweg 4 (Winkelpfeil).

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Nahe dem Ende des Förderweges 4 ist ein Ausgangsspeicher 11 vorgesehen, der dem Eingangsspeicher 10 gleicht, bei welchem jedoch der Drehteller lie im Gegenuhrzeigersinn drehbar ist. Ein Ausgangsspeicher ist im übrigen dann entbehrlich, wenn beim jeweils letzten Arbeitsbaustein des Systems, d. h. bei demjenigen, bei dein der letzte Schritt des Programms vorgenommen wird, ein Verwerfen des Probengefäßes nach beendeter Operation vorgesehen ist.

Am Ende des Förderweges 4 ist ein Pufferspeicher 38 vorgesehen, der zur Aufnahme von Probengefäßen dient, die zwischen zwei Abschnitten des Analysenprogramms zur Vornahme externer Operationen aus dem System herausgenommen werden sollen.

Den Transport der Gefäße 3 zwischen den einzelnen Speichern und Bausteinen übernimmt die Laufkatze 8, die auf den Schienen der Gleisstücke 4' über den ganzen Förderweg 4 verfahrbar ist. Ihr Drehgreifer 9, dessen Gestalt den Dimensionen der Gefäße 3 angepaßt ist, ist um eine senkrechte Achse durch den Mittelpunkt antreibbar und vermag durch die symmetrische Gestalt seiner Arme gleichzeitig ein Gefäß 3 beispielsweise vom Baustein 1 zu entfernen und ein anderes auf diesen zu plazieren.

In F i g. 2 ist der funktionale Zusammenhang zwischen den einzelnen Komponenten der Steuerung dargestellt. Eine Hauptsteuerung 20 des Systems umfaßt einen Computer, dessen Programmierung auf die möglichen Aufgaben und auf die Elemente des gesamten Systems abgestellt ist. Mit der Hauptsteuerung funktionell verbunden sind die Steuerungen 24, 26 der Stationen (Bausteine) 1 und 2 sowie die Transportsteuerung 23. Die Steuerungen 23, 24 und 26 umfassen entsprechend programmierte Mikrocomputer, die über geeignete Zwischenglieder (Interfaces) mit der Hauptsteuerung kommunizieren. Ferner sind der Hauptsteuerung 20 ein Identifizierungsplatz 22 und eine Resultatausgabe 36 zugeordnet. Der Identifizierungsplatz 22 ist dem Eingangsspeicher 10 benachbart angeordnet und umfaßt einen Lesekopf 14 mit einem Reflexionsleser. Die Resultatausgabe kann z. B. einen Lochstreifenstanzer oder einen Zeilen· oder anderen Drucker zur Speicherung der Resultate aufweisen.

Die Transportsteuerung 23 steht in Verbindung mit der Laufkatzensteuerung 28, der Steuerung 30 des Zwischenspeichers 6 und dem Eingangs- sowie dem Ausgangsspeicher 10,11.

Der Betrieb dieser Einrichtung ist wie folgt vorgesehen: Die zu untersuchende Probe wird in ein Gefäß 3 gegeben (beispielsweise auf einem hier nicht dargestellten Wägeplatz eingewogen). Dieses erhält eine Folie aufgeklebt, die in codierter Form die Gefäßnummer enthält. Dann wird das Probengefäß manuell auf den Identifizierungsplatz 22 gestellt Hier wird vom Lesekopf 14 die codierte Gefäßnummer abgefragt und dem Computer der Hauptsteuerung 20 übermittelt. Parallel dazu werden auf einer am Identifizierungspiatz 22 vorgesehenen Tastatur bekannter Art (nicht dargestellt) die übrigen Informationen (Analysenprogramm, umfassend Art und Reihenfolge der anzulaufenden Stationen, Kenngrößen für jede Operation und die Behandlung der Resultate, und weitere Daten, z. B. Auftraggeber der Analyse, Chargennummer u.a.) eingegeben und dem Computer übermittelt Im Computer werden sämtliche Daten einander zugeordnet (Alternativ könnte die gesamte Information codiert auf der Folie enthalten sein und durch den Lesekopf 14 abgefragt werden. Dies würde jedoch merklich größere Anforderungen an den Lesekopf stellen).

Anschließend wird das Probengefäß manuell oder mechanisch, in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeutet -. von außen nach innen der Spirale 12 folgend, auf den Eingangsspeicher 10 gesetzt. Dessen Drehteller dreht sich ständig und sorgt damit dafür, daß in der gezeichneten Stellung stets ein Gefäß 3 bereitsteht zur Übernahme auf den Förderweg 4, wobei ein entspre-

chender Anschlag (nicht dargestellt) an der Übergabestelle für eine definierte Position des Gefäßes 3 sorgt. Die Spirale 12 gewährleistet dabei, daß die einzelnen Gefäße in zwangsläufiger Reihenfolge an die Übergabestelle (Winkelpfeil) kommen.

!5 Das Probengefäß 3 ist nun körperlich und steuerungsmäßig im System aufgenommen, und die Hauptsteuerung 20 steuert und überwacht alle weiteren Vorgänge. Sie entnimmt den übermittelten Daten das für diese Probe vorgesehene Analysenprogramm (Anzahl. Art und Reihenfolge der anzulaufenden Stationen. Kenngrößen für die Ausführung der verschiedenen Operationen und Angaben über die Resultatauswertung) und speichert diese Daten sowie die Gefäßnummer. Sie prüft sodann, die erste anzulaufende Station frei ist. Ist dies der Fall, so erhält die Transportsteuerung 23 den entsprechenden Transportbefehl, der von dieser an die Laufkatzensteuerung 28 weitergegeben wird. Diese veranlaßt die Laufkatze 8, zum Eingangsspeic! er 10 /u fahren und das Probengefäß 3 zu übernehmen. Bei der

Übernahme wird mittels eines Lesekopfes 14' auf der Laufkatze die Identität des Probengefäßes 3 überprüft und ein Rücksignal (Meldung) an die Transportsteuerung 23 gegeben. Sodann wird der Zielbaustein angefahren. Dort wird — gleichzeitig - ein etwa vorhandenes Gefäß 3 mit fertig behandelter Probe mittels des Drehgreifers 9 auf die Laufkatze 8 geladen und das neue Gefäß auf den Baustein geschoben. Dieser Vorgang bzw. dessen Abschluß wird über die Transportsteuerung 23 der Hauptsteuerung 20 gemeldet, welche sodann der Stationssteuerung (24 oder 26) die der entsprechenden Probe zugehörigen Kenndaten sowie den Befehl zum Starten der Operation übermittelt.

Ist die Operation beendet, so wird dies gegeoenenfalls im Anschluß an die Resultatübermittlung — von der Stationssteuerung (24 bzw. 26) der Hauptsteuerung 20 gemeldet. Diese ordnet etwaige Resultate von deren Auswertung der Probengefäßnummer zu und erteilt der Transportsteuerung 23 den Befehl zum Abholen der Probe und zu deren Weitertransport an den nächsten im

so Programm vorgesehenen Baustein.

Diese Vorgänge wiederholen sich, bis das Programm beendet ist und das Probengefäß zum Ausgangsspeicher 11 gebracht wird. Mit vollzogener Übergabe an diesen und nach entsprechender Meldung über die Transportsteuerung an die Hauptsteuerung ist die Probe aus dem System entlassen und wird in der Kontrolle der Hauptsteuening gelöscht

Ist bei Abschluß einer Bearbeitungsoperation der programmgemäß folgende Baustein besetzt oder muß eine Wartezeit eingeschaltet werden (z. B. Abwarten einer Reaktion), so gibt die Hauptsteuening 20 über Hie Transportsteuerung 23 der Steuerung 30 des Zwischenspeichers 6 den Befehl, einen unbesetzten Speicherplatz in die Übergabeposition zum Förderweg 4 zu bringen, wobei jeweils der kürzeste Weg gewählt wird Gleichzeitig erhält die Laufkatze 8 den Auftrag, an die Übergabestelle zum Zwischenspeicher 6 zu fahren, wo sie das betreffende Probengefäß auf den freien

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Speicherplatz stellt. Der damit neu besetzte Speicherplatz wird in der Hauptsteuerung nach entsprechender Meldung der betreffenden Probengefäßnummer zugeordnet.

Die Hauptsteuerung 20 überwacht dauernd, ob für die im Zwischenspeicher 6 abgestellten Proben die jeweils als nächste anzulaufende Station frei wird. Sobald dies der Fall ist und/oder die obenerwähnte Wartezeit abgelaufen ist, gibt die Hauptsteuerung über die Transportsteuerung der Laufkatze den Auftrag, den Zwischenspeicher anzulaufen, und dem Zwischenspeicher den Befehl, die betreffende Probe an den Übergabeplatz zu stellen. Hier erfolgt dann die Übernahme durch die Laufkatze, und nach Erhalt des Transportbef.ihls bringt die Laufkatze die Probe zur freigewordenen Station und tauscht sie dort gegen die vorher behandelte Probe aus.

An den Übergabestellen des Eingangsspeichers 10 und des Ausgangsspeichers 11 sind in der Zeichnung nicht dargestellt — Lichtschranken angeordnet, die über die Transp^rtsteuerung 23 der Haupts'euerung 20 signalisieren, ob die betreffende Übergabestelle frei oder besetzt ist Damit wird gewährleistet, daß in das System eintretende Proben so rasch wie möglich zum Eingangsspeicher 10 abgeholt werden und daß die Laufkatze 8 mit einem fertig behandelten Probengefäß nur dann zum Ausgangsspeicher 11 fährt, wenn die dortige Übergabestelle frei ist Sollte, z. B. mangels Entfernung der fertigen Proben aus dem Ausgangsspeicher 11, dessen Übergabestelle blockiert sein, so kann die dortige Lichtschranke nach einer gewissen Verzögerung z. B. ein akustisches Signal auslösen.

Soll in irgendeinem Stadium des Programms eine extern vorzunehmende Zwischenoperation eingeschaltet werden, so wird das betreffende Probengefäß 3 zu einem Pufferspeicher 38 gebracht In diesem Fall wird die entsprechende Information im Speicher der Computersteuerung 20 noch nicht gelöscht, da das Programm noch nicht beendet ist Eine Bedienungsperson kann das Probengefäß dem Pufferspeicher 38 entnehmen und auf den Identifizierungsplatz 22 stellen. Nach erfolgter Identifizierung durch den Lesekopf 14 gibt der Computer auf einem Leuchtschirm bekannter Art (nicht gezeigt) in Klarschrift Art und Daten der externen Operation an (alternativ kann, sofern die Probengefäßnummer auch in Klarschrift vorliegt, diese von der Bedienungsperson dem Computer über die Tastatur eingegeben werden). Nach Durchführung der externen Operation wird das Probengefäß 3 von neuem über den Identifizierungsplatz 22 und den Eingangsspeicher 10 in das System eingeschleust, und der nächste Abschnitt des Analysenprogramms läuft wieder automatisch weiter.

Auf eine detaillierte Beschreibung der Einzelheiten der Steuerung wurde verzichtet, da diese nicht den Gegenstand der hier beanspruchten Erfindung bilden. Wie oben bereits erwähnt, umfaßt die Steuerung im wesentlichen den Computer der Hauptsteuerung 20 sowie die kleineren Computer der Transport- und Stationssteuerung. Die Programme sämtlicher Computer richten sich im wesentlichen nach dem jeweiligen S>»terii (Anzahl und Art der Bausteine I₁2...) sowie der Art der vorzunehmenden Operationen. Im Rahmen dieser Gegebenheiten sind dann rf;e jeweils zweckmäßigen Prioritäten (Reihenfolge der einzelnen Schritte =» Programmablauf) in da? Programm aufzunehmen.

Im vorliegenden Beispiel wird die !?.üfende Kontrolle und Überwachung aller im System

Probengefäße durch den Computer der Hauptsteuerung 20 vorgenommen. Zusätzlich führt der Lesekopf 14' auf der Laufkatze 8 Zwischenkontrollen der Gefäßnummern zw. Diese bew.rken eine Funktionsfehlersicher- heil insofern, als die Kontrollmeldungen des Lesekopfes 14' mit der jeweiligen Soll-Gefäßnumm< r verglichen werden und somit eine Möglichkeit darstellen, etwaige

Störungen im System frühzeitig zu erkennen. Das Beispiel II (Fig.3) umfaßt ein System 40 mi·

ίο einem konventionell angetriebenen endlosen Kettenförderband 41, das in einer horizontalen Ebene umläuft. Die Oberfläche des Förderbandes 41 wird gebildet durch nebeneinander angeordnete, jeweils mit einem Kettenglied verbundene Mitnehmerplatten 42, deren jede Platz für ein Probengefäß 3 aufweist.

Die an der Außenseite des Förderbandes 41 angeordneten Elemente des Systems 40 umfassen im wesentlichen

— die zwei Stationen (Verdünnungsautomat 1 und Titrierautomat 2),

— einen Eingabeplatz 43 und

— einen Ausgangsspeicner 44.

Jedem der genannten Elemente ist eine Umladevorrichtung zugeordnet, wobei die beiden Stationen 1 und 2 über je einen Drehgreifer 9 der im Beispiel 1 erwähnten Art verfügen. Das Beschicken des Bandes 41 am Eineabeplatz 43 und die Übergabe der fertig behandelten Probengefäße 3 in den Ausgangsspeicher 44 erfolgt mittels je eines einarmigen Drehgreifers 9', da an diesen

Stellen kein Gefäßaustausch vorkommt.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist die folgende, wobei angenommen sei, daß die Steuereinrichtung des Systems wiederum einen Computer umfaßt: Zu untersuchende Proben enthaltende Gefäße 3 werden in den Eingabeplatz 43 gestellt; dieser kann ähnlich wie der Identifizierungsplatz 22 im Beispiel I ausgebildet sein. Ein Lesekopf 14 fragt die Identifikationsnummer des Gefäßes 3 ab, während die übrigen Daten über eine Tastatur eingegeben werden. Sobald der Computer sämtliche Daten übernommen hat, erteilt er der Steuerung des normalerweise kontinuierlich umlaufenden Förderbandes 41 den Befehl, anzuhalten, sobald die nächste unbesetzte Platte 42 am EingabeDlatz 43 angekommen ist, und dem Drehgreifer 9' de^ Befehl, alsdann das Gefäß 3 auf diese Platte 42 zu übergeben. Anschließend setzt sich das Band 41 wieder in Bewegung, in der es verbleibt bis der nächste Befehl zum Anhalten erteilt wird, um entweder

— ein Probengefäß 3 vom Band 41 einem unbesetzten so Baustein (1, 2) zu übermitteln, oder

— an einem Baustein einen Probengefäßaustausch vorzunehmen (eine behandelte Probe wird ersetzt durch eine zu behandelnde), oder

— eine behandelte Probe von der betreffenden Station zu entfernen, oder

— ein neues Probengefäß auf das Band aufzunehmen (vom Eingabeplatz 43), oder schließlich ein Probengefäß nach Abschluß aller Operationen in den Ausgangsspeicher 44 zu geben.

Dabei steht insgesamt normalerweise eine Speicherkapazität zur Verfügung, die sich zusammensetzt aus der Anzahl der Platten 42 sowie der Anzahl der Arbeitsstationen. Ähnlich der im Beispiel I beschriebenen Arbeitsweise steuert bzw. überwacht dabei der Computer die Belegungszustände sämtlicher Plätze sowie die jeweilige;· Zrordüjiigen Platz/Probengef23 und den Status der einzelnen ^roben im entsprechenden Analysenpro-

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gramm.

Alternativ könnte auf den Eingabeplatz 43 verzichtet und das Förderband 41 an jeder beliebigen Stelle beladen werden, wobei dann zweckmäßigerweise jede Station 1,2 über einen Lesekopf 14 zur Identifizierung der Probengefäße verfügt

Im vorliegenden Fall ist die Laufrichtung des Förderbandes 41 gleichbleibend (unidirektional). Gegebenenfalls könnte auch, unter entsprechender Anpassung der Steuerung, eine wechselnde Bewegungsrichtung vorgesehen werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß außer den in den Beispielen genannten Verdünnungs- und Titrierautomaten noch vielerlei andere Stationen im System enthalten sein können, beispielsweise zum Dosieren, Vermischen, Zentrifugieren u. a. Aus der Beschreibung ergibt sich weiter, daß aas Verfahren sowie die entsprechende Einrichtung zwar insbesondere für Einzelanalysen im eingangs erwähnten Sinne konzipiert ist, sich jedoch natürlich im Bedarfsfälle auch für Serienanalysen verwenden iäßt In diesem Sinne liegt eine echte Universalität vor, die bei keinem der bisher bekanntgewordenen Systeme anzutreffen ist Ferner ist anzumerken, daß das beschriebene System nicht auf die Untersuchung flüssig vorliegender Proben beschränkt ist sondern sich prinzipiell gleichermaßen für feste, z. B. in Pulverform, vorliegende Proben oder aber für solche, bei denen im Verlauf der Untersuchung feste Rückstände eine Rolle spielen, eignet Eb weiteres Merkmal ist darin zu sehen, daß mit denselben Stationen mehrstufige Operationen ausführbar sind (z. B. mehrstufiges Extrahieren) und daß die angewendeten Probenvolumina innerhalb sehr weiter Grenzen variabel sind

An konstruktiven Varianten seien nur die folgenden Beispiele angeführt; Man könnte, z. B. aus Raumgründen, den Eingangsspeicher Ober dem Zwischenspeicher vorsehen, wobei dann eine entspreche!*!« Hub- bzw.

ίο Absenkeinrichtung für die Probengefäße erforderlich wäre; in diesem Falle würden letztere über den Zwischenspeicher in das System gelangen anstatt direkt wie im obigen Beispiel I. Eine weitere Variante kann darin bestehen, den Bausteinen 1, 2... nicht nur einen Platz zur Aufnahme des Probengefäßes zuzuordnen, sondern z.B. deren drei (Eingangs-, Arbeite- und Ausgangsplatz). Dies würde bedeuten, daß jede Station gleichzeitig zwei Probengefäße aufnehmen könnte, wobei eine Probe behandelt würde und eine weitere auf die Behandlung bzw. den Abtransport wartet Diese Variante hätte den Vorteil» daß die Kapazität der Stationen noch besser ausgenutzt werden könnte, und den Nachteil, daß der mechanische und steuerungstechnische Aufwand merklich höher würde; sie könnte dann vom Interesse sein, wenn das System über viele Bausteine verfügt und die Transportzeiten relativ zu den Behandlungszeiten eine gewisse Grenze überschreiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

25 Ol Patentansprüche;

1. Verfahren zur automatisierten Ausführung von chemischen und/oder physikalischen Analysen, bei dem zu behandelnde bzw. zu messende Proben in Gefäße gefüllt und diese in ein durch eine Programmsteuerung gesteuertes System gegeben werden, in welchem die Gefäße in die Arbeitsbereiche einer Mehrzahl von Arbeitsstationen führbar sind und die in jedem Gefäß enthaltene Probe einem oder einer Mehrzahl von Behandlungs- und/oder Meßvorgängen unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße (3) an die jeweils gemäß ihrem individuellen Arbeitsprogramm ausgewählte nächste Arbeitsstation (1, 2) über einen Förderweg (4) direkt herangebracht, nach Erreichen dieser Arbeitsstation mittels einer Umladeeinrichtung (9) vom Förderweg entfernt und in den Arbeitsbereich dieser Arbeitsstation gebracht werden, wobei die Umladeeinrichtung während der Durchführung des Meßvorgangs frei ist für die zwischenzeitliche Behandlung eines anderen Gefäßes, sowie nach Beendigung des entsprechenden Behandlungs- und/oder Meßvorgangs dem Förderweg wieder zugeführt werden, wobei die einzelnen Verfahrensschritte durch das Zusammenwirken von auf den Probengefäßen (3) angebrachten Codierungen und wenigstens einem diese Codierungen abtastenden Lesekopf (14) mit der Programmsteuerung (20) gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 jeder Arbeitsstat.on (1,2) die für die ihr jeweils zugedachte Probe maßgebende Information übermittelt wird, wobei dieser Liormation entspre- 3s chende Steuersignale die Arbeitsweise der Arbeitsstation individuell anpassen.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Probengefäße (3) zur Vornahme von außerhalb des Analysiersystems erfolgenden Zwischenoperationen vom Förderweg (4) entfernt und nach Beendigung der Zwischenoperation zur weiteren Absolvierung ihres Arbeitsprogramms dem Förderweg wieder zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überbrückung von Wartezeiten Probengefäße (3) vom Förderweg (4) entfernt und in einen Zwischenspeicher (6) gegeben werden, aus welchem sie nach Beendigung der Wartezeit wieder auf den Förderweg (4) übernommen werden. 5a

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Probengefäß (3) zugeordnete Erkennungsdaten sowie das individuelle Arbeitsprogramm umfassende Informationen bei Aufnahme der Probe in das Analysiersystem einer ss Computersteuerung (20) übermittelt werden, und daß die Computersteuerung den vollautomatischen Abiauf aller Arbeitsprogramme der jeweils im System befindlichen Proben steuert und überwacht.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl von Arbeitsstationen, mit einem diese bedienenden Fördersystem zum Transport von Proben enthaltenden Gefäßen sowie mit Steuereinrichtungen für die Arbeitsstationen und das Fördersystem, gekennzeichnet durch ein Fördersystem (5) zum direkten Transport der Gefäße (3) in den Bereich jeder beliebig gewählten Arbeitsstation (1,2) und durch Umladeeinrichtungen

(9) für den unmittelbaren Transfer der Gefäße (3) zwischen dem Förderweg (4) und einem der jeweiligen Arbeitsstation (1, 2) außerhalb des Förderwegs (4) zugeordneten Platz sowie durch wenigstens einen Lesekopf (14) zur Abtastung auf dem Probegefäß (3) angebrachter Markierungen und zur Übermittlung entsprechender Signale an die Steuereinrichtungen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fördersystem (5) ein der Entlastung des Förderwegs (4) von wartenden Gefäßen (3) dienender, vom Förderweg beschickbarer und in diesen entleerbarer Zwischenspeicher (6) mit direkter Zugriffsmöglichkeit zu jedem gespeicherten Probengefäß (3) zugeordnet ist

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördersystem (5) Geleise und wenigstens einen auf diesen verfahrbaren Transportwagen (8) umfaßt wobei der Transportwagen über einen Drehgreifer (9) zum simultanen Beschikken und Entladen verfügt

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die einzelnen Arbeitsstationen (1, 2) ein beliebig kombinierbares Baukastensystem bilden, wobei jede Station durch ein mit ihr fest verbundenes Teilstück (4') des Förderwegs (4) zu diesem beiträgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß ihr ein Eingangsspeicher (10) zur Aufnahme zu behandelnder Probengefäße (3) zugeordnet ist wobei der Eingangsspeicher einen Drehteller (10a; mit fester Führungsspirale (12) aufweist welche die Probengefäße (3) in zwangsläufiger Reihenfolge führt

U. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß sie einen Identifizierungsplatz (22) aufweist, von welchem aus Kenndaten der der Einrichtung zugeführten Proben sowie der entsprechenden Arbeitsprogramme einer das Fördersystem (5) und die Arbeitsstationen (1, 2) steuernden Computersteuerung (20) zuführbar sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Fördersystem einen geschlossenen Förderweg (40) umfaßt welcher zur Aufnahme von Probengefäßen (3) geeignete, mit einem umlaufenden Fördermittel verbundene Träger (42) aufweist und daß jeder einzelnen Arbeitsstation (1, 2) eine Umladeeinrichtung (9) zur Übernahme vou Probengefäßen (3) vom bzw. zum Förderweg (40) zugeordnet ist

13. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen mit dem Förderweg (4) verbundenen Pufferspeicher (38) zur zeitweiligen Aufnahme von Probengefäßen (3), die zwecks Vornahme externer Zwischenoperationen vorübergehend das System verlassen.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet daß der Transportwagen (8) über einen Lesekopf (14') zur Kontrolle von Kenndaten des jeweils transportierten Probengefäßes (3) verfügt.