KR20170102461A

KR20170102461A - 계측 장치

Info

Publication number: KR20170102461A
Application number: KR1020177015882A
Authority: KR
Inventors: 롤프 구엘러; 미하엘 슈나이더; 토마스 탈러; 마르쿠스 쉰들러
Original assignee: 쳄스피드 테크놀로지스 에이쥐
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-09-11
Also published as: CN107250736B; WO2016074105A1; CA2967075A1; WO2016074105A8; JP6850729B2; CA2967075C; US10987666B2; EP3218678A1; EP3218678B1; JP2018500578A; US20170322068A1; CN107250736A; KR102499663B1; CH710350A2

Abstract

계측 장치는 스케일(10)이 계측 헤드의 중량을 측정하는 방식으로 계측 헤드(30)가 배치되는 스케일(10) 및 계측 헤드(30)에 부착되고 물질을 분배하고 취득하기 위한 계측 툴(40)을 포함한다. 계측 툴(40)은 내부에서 조절가능하게 슬라이딩 하고, 밀봉을 형성하는 유리 펀치(44)를 갖는 유리 세관(42)으로 구성된다. 계측 헤드(30)는 제 위치에 유리 세관(42)을 클램핑하기 위한 제 1 그리핑 툴(36) 및 제 위치에서 유리 펀치(44)를 클램핑하기 위한 제 2 그리핑 툴(38)이 제공된다. 계측 헤드(30)는 또한 제 2 그리핑 툴(38)이 제 1 그리핑 툴(36)에 대해 상승 및 하강 될 수 있는 상승 및 하강 장치(34)를 가지고, 이에 따라 유리 펀치(44) 계측 툴(40)의 유리 세관(42)에서 상승 및 하강될 수 있다. 제어 전자 장치(100)는 스케일(10), 상승 및 하강 장치(34) 및 제 1 및 제 2 그리핑 툴(36, 38)을 제어한다.

Description

계측 장치{METERING APPARATUS}

본 발명은 독립항 제 1 항의 전문에 따른 물질을 계측하기 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 장치를 사용하는 계측(meter) 방법에 관한 것이고, 그러한 장치를 사용하기 위한 계측 툴(metering tool)에 관한 것이다.

물질 라이브러리(substance library) 또는 화합물(compound) 또는 촉매재(catalyst)의 라이브러리는 화학 회사, 특히 제약 산업에서의 핵심이다. 수십년 간의 합성 활동을 반영하는 많은 화합물들이 그러한 라이브러리에 보관되어 많은 심사 활동들에 원천을 형성한다. 저장된 물질 또는 화합물들을 보통 매우 가치가 있으며, 합성하기 어렵고, 구입하거나 추출하는데 많은 비용이 들며, 보통 물질들은 전 세계에서 매우 소량만 존재한다.

제약 회사들은 종종 물질 라이브러리에 수백만 가지의 물질을 보유하고 있으며, 물질 관리 그룹들을 통해서 이를 관리한다. 그 그룹들은 요구되는 물질 샘플들을 라이브러리에서 이용할 수 있게 만드는 작업을 한다. 예를 들어, 특별한 생물학적 테스트의 경우와 같이 아주 작은 양으로 밀리그램 이하의 범위에서 사용된다. 이와 관련하여 보통 매우 소량인 필요한 물질은 매우 적은 물질을 담는 라이브러리의 저장 컨테이너(storage container)에서 꺼내어지고, 운송 베슬(transport vessel, 1:1 충전)로 채워져야 한다. 컨테이너에 채워진 물질의 농도 또는 물리적 특성들에 따라, 충전은 수동으로만 수행될 수 있으므로 특히 대기업들에서는 상대적으로 많인 시간과 인력이 필요하다. 물질은 종종 매우 다른 물리적 형태 또는 농도로 존재하기 때문에 자동화가 어렵다. 또한 수동 절차의 방법의 경우, 이전 계측 과정의 물질의 흔적(trace)이 후속 충전 과정의 용기(receptacle)로 들어갈 수 있다는 점에서 항상 심각한 오염 위험이 있다(교차 오염, cross contamination). 보통 요구되는 매우 높은 계측 정밀도 또는 일반적으로 존재하는 매우 적은 물질의 양 및 그에 분배되는 물질의 양이 더 적어서 실제 작업에서 더욱 어렵다. 다른 실질적인 어려움은 충전되거나 측정되는 물질이 매우 다른 농도를 가질 수 있으며, 각 경우에 따라 특정한 충전 툴(filling tool)의 사용이 요구된다는 것이다.

WO 03/098170 A1에는 실질적으로 임의의 농도 (분말, 액체, 유성(oily), 반죽(pasty), 수지(resinous))를 갖는 물질에 적합한 컴퓨터-제어 계측장치(computer-controlled metering apparatus)가 기재되어있다. 일 실시 예에서, 계측 장치에는 전자 스케일(electronic scale)에 부착된 바늘 충전 헤드(needle filling head)가 장착된다. 바늘 충전 헤드는 스케일(sclae)과 함께 로봇 암(robot arm)에 장착되고 이 암에 의해 3차원적으로 움직일 수 있다. 바늘 충전 헤드는 바늘 지지체(needle support)를 포함하고, 이 바늘 지지체 위에 아래 방향으로 개방된 세관들(tubules)의 형태의 복수개의 계측 바늘들(metering needles)이 0.1 mm - 5 mm의 상이한 직경은 갖는 그룹으로 제 위치에 고정된다. 물질을 집어 내기 위해 계측 바늘들 또는 세관은 한정된 방식으로 로봇 암을 이용하여 저장 컨테이너에 담겨 있는 취득(take-up) 될 물질에 담그고 및 삽입되고, 이 때, 세관의 직경에 따라, 다른 물질의 세관의 하단부로 침투하고 그곳에 매달린다. 그 다음, 바늘 충전 헤드가 상승되어 충전되는 용기(receptacle)의 개구(opening) 위로 지나가게 된다. 계속해서, 바늘 충전 헤드에 설치된 피스톤을 세관 내에 선택적으로 도입함으로써, 세관 내에 위치하는 물질을 용기로 배출한다. 이와 관련하여, 계측은 단계적으로 발생하고, 즉, 세관의 비우기(emptying)는 가장 큰 직경을 갖는 세관으로부터 시작하여 원하는 계측량(metering amount)이 단계별 근사(approximation) 범위 내에서 달성될 때까지 작은 직경을 갖는 세관으로 계속된다. 각각의 경우, 계측 단계(세관의 비움) 동안, 용기 내로 계측되는 물질의 양은 스케일을 통해 기록되고, 전자 컨트롤러(electronic controller)는 요구되는 계측량에 도달되지 않으면, 추가적인 세관들의 단계별 비움을 유발한다. 또한, 더 큰 정밀도를 갖는 다른 스케일이 제공될 수 있고, 용기 스탠드(receptacle stand)를 스케일하고, 실제 계측량의 정확한 스케일 기록이 가능하다.

WO 03/098170 A1에서 공지 된 계측 장치가 상이한 물질의 농도가 야기하는 문제점을 해결한다는 것이 알려져 있지만, 이것은 밀리그램 범위 또는 밀리그램 아래의 범위의 취득 용적(take-up volume)을 갖고, 작은 물질 컨테이너들을 충전하기위한 경우에는 적합하지 않거나 단지 제한된 범위에서만 적합하다. 그 이유 중 하나는 이러한 물질 컨테이너들(약병(vial)으로 불림)이 매우 작고 일반적으로 랙(rack)을 지지하면서 서로 옆에서 단단히 채워져 배치되고, 물질이 보통 적은 양으로 존재하여 바닥에 덮여 있지 않거나 물질이 컨테이너 벽들에 붙어있지 않는다는 점이다. 이러한 약병들의 개구는 너무 작아 바늘 충전 헤드의 모든 세관들을 수용할 수 없기 때문에, 약병 위로 해당 세관을 위치시키기 위해, 바늘 충전 헤드는 각각의 개별적인 계측 과정에 있어서 이동되어야 한다. 그러나 이 과정에서 각각의 경우 인접한 세관들 중 적어도 일부는 랙의 다른 하나 이상의 약병 위에 놓이고, 이러한 약병의 오염의 위험(risk of contamination)은 매우 높다. 유사한 문제가, 바늘 충전 헤드의 세관들이 저장 컨테이너 내부로 침투할 수 있도록, 약병으로 채워지는 물질을 담는 저장 컨테이너가 특정한 최소의 크기를 가져야 한다는 사실 때문에 발생한다. 그러나 물질 라이브러리에서, 많은 물질들은 보통 알려진 계측 장치(metering apparatus)의 사용을 위한 저장 컨테이너가 너무 작을 정도로 작은 양으로 존재한다.

더 큰 문제는 자체로 내재하는 오염 위험에 있다. 물질 흔적들이 바늘 충전 헤드들의 세관에 또는 안으로 달라 붙는 것을 확실히 배제할 수 없으므로 다른 물질을 계측하기 전에 세관을 교체해야 한다. 그러나 이것은 상대적으로 노동-집약적(labor-intensive)이고, 대안적으로 바늘 계측 헤드(metering head) 또는 그 바늘 지지체 전체를 교체할 수 있다. 그러나 이것은 또한 복잡할 것이고 무엇보다 많은 수의 바늘 충전 헤드 또는 바늘 지지체를 손으로 가지고 있어야 하고, 이는 경제적인 이유로 바람직하지 않다.

본 발명에 따르면, 계측 장치가 현재 이용 가능한 것으로 가정하고, 이는 종래의 계측 장치의 단점을 회피한다. 보다 구체적으로 계측 장치에 대한 비용 효율적인 솔루션이 제시되어야 하는데, 이는 실질적으로 임의의 농도를 갖는 물질에 적합하고, 밀리그램 또는 밀리그램 아래의 범위에서의 최소 물질량(smallest substance amounts)을 정밀하게 계측할 수 있고, 특별한 노력없이 오염 문제를 확실하게 방지할 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 계측 장치를 이용하여 계측 방법을 이용할 수 있게 하고, 계측 장치를 사용하는데 있어서, 계측 툴(metering tool)을 사용할 수 있게 하는 것에 있다.

본 발명의 기초가 되는 이들 목적들은 독립항 제 1 항에 정의된 물질을 계측하기 위한 본 발명에 따른 장치, 독립항 제 17 항에 정의된 본 발명에 따른 계측 툴 및 독립항 제 22 항에 정의된 물질을 측정하기 위한 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 계측 장치, 본 발명에 따른 계측 툴 및 본 발명에 따른 계측 방법의 특히 유리한 추가 개선들 및 실시 예들은 각각의 종속항으로부터 명백해진다.

계측 장치와 관련하여, 본 발명의 핵심은 다음과 같이 구성된다: 물질을 계측하기 위한 장치는 계측 헤드 및 물질을 취득(take-up) 및 분배(dispense)하기 위해 계측 헤드에 해제 가능하게(releasably) 부착된 계측 툴을 포함한다. 계측 툴은 그 안에 펀치(punch)가 배치된 본질적으로 원통형 세관(cylindrical tubule)으로 구성되고, 펀치는 조절 가능하게(adjustably) 슬라이딩 하고, 밀봉(sealing)을 형성한다. 펀치는 세관보다 길고 세관의 상단부에서 세관 밖으로 돌출한다. 계측 헤드에는 세관의 해제 가능한 클램핑(clamping)을 위해 열고 닫을 수 있는 제 1 그리핑 툴(first gripping tool) 및 펀치의 클램핑을 위해 열고 닫을 수 있는 제 2 그리핑 툴이 제공된다. 또한, 계측 헤드에는 승강 장치(raising and lowering device)가 제공되어, 제 2 그리핑 툴(gripping tool)이 제 1 그리핑 툴에 대해 승강 될 수 있고, 이에 의해 펀치가 세관 내부에서 승강될 수 있다. 세관 및 펀치가 유리(glass)로 구성되는 것이 특히 바람직하다.

일체형 펀치를 갖는 세관으로서 계측 툴을 형성함으로써, 한편으로 실질적으로 임의의 농도의 물질이 계측될 수 있고, 다른 한편으로 오염 문제가 완전히 제거된다. 왜냐하면, 계측 툴이 매우 단순한 설계로 인해 비용 면에서 유리하게 제조될 수 있고, 매번 사용 후에 폐기될 수 있기 때문이다.

제 1 유리한 실시 예에 의하면, 계측 헤드는 제 1 그리핑 툴 및 제 2 그리핑 툴 뿐만 아니라 승강 장치용 내부 컨트롤러(internal controller) 및 내부 컨트롤러와 함께 작동하는 작동 요소들(operating elements)을 갖는다. 결과적으로, 계측 헤드는 자동 핸드-헬드 장치(autonomous hand-held device)로 사용될 수 있다.

바람직하게, 이와 관련하여, 내부 컨트롤러는 외부 컨트롤러(external controller) 및/또는 외부 충전 전류 소스(external charging current source)를 위한 인터페이스를 갖는다.

편리하게, 장치는 계측 헤드용 스케일(scale)을 갖고, 스케일에는 계측 헤드를 위한 홀더(holder)가 제공된다. 이러한 방식으로 계측 헤드를 간단하게 스케일에 놓을 수 있다.

바람직하게, 이와 관련하여, 홀더에는 계측 헤드 상의 전기 접점들(electrical contacts) 함께 작동하도록 구성된 전기 접점들이 구비된다. 이러한 방식으로, 스케일과의 통신 연결이 간단한 방식으로 생성될 수 있고, 바람직하게 전력 공급으로 계측 헤드에 제공된 재충전 가능한 배터리의 충전이 발생할 수 있다.

제 2 유리한 실시 예에 따르면, 장치는 스케일을 갖고, 계측 헤드는 스케일이 계측 헤드의 중량을 측정하는 방식으로 스케일 상에 배치된다(물질의 취득 여부에 관계없이).

유리한 추가 개선에 따라, 계측 헤드는 언급된 바와 같이 제 2 그리핑 툴에 대한 제 1 승강 장치와 함께 제 1 그리핑 공구가 승강할 수 있는 제 2 승강 장치가 구비된다. 이 제 2 승강 장치에 의해, 계측 헤드 전체를 움직일 때보다 계측 툴의 정밀한 이동이 가능해진다.

편리하게, 스케일은 로봇 암에 부착되고, 여기서 계측 헤드는 로봇 암에 의해, 특히 바람직하게 3개의 공간 방향으로 조절된다.

편리하게, 장치에는 스케일 및 승강 장치뿐만 아니라 제 1 및 제 2 그리핑 툴을 위한 제어 전자 장치(control electronics)가 장착된다. 계측 장치는 제어 전자 장치에 의해 자동으로 작동될 수 있다.

바람직하게는, 계측 장치는 분배되는 물질을 보유하는 물질 용기의 중량을 측정하기위한 추가 스케일을 구비한다. 바람직하게는 제 1 스케일다 더 높은 정밀도를 나타내는 이러한 추가 스케일을 통해, 실제 계측된 물질의 양을 정확하게 조절하고 측정 할 수 있다.

적절하게는, (유리)세관의 내부 직경은 0.1 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 mm 내지 1 mm 범위 내에 있다.

또한, 펀치가 유리 로드(glass rod) 또는 적어도 일 측이 폐쇄된 유리 튜브로 구성되는 것이 바람직하다.

특히 유리한 실시 예에 따르면, (유리)세관은 0.03 mm 내지 0.2 mm, 바람직하게는 0.03mm 내지 0.1 mm 범위의 벽 두께(wall thickness)를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, (유리)세관은 날카로운 가장자리 또는 블레이드(blade)의 방식으로 구성된 단부를 갖는다.

또 다른 유리한 실시 예에 따르면, 장치는 제 2 승강 장치에 의해 상승 및 하강 되는 동안 계측 툴을 세로 축(longitudinal axis) 주위로 회전시키는 회전 수단(rotation means)를 구비한다.

또 다른 유리한 실시 예에 따르면, 장치는 복수의 적어도 부분적으로 상이하거나 상이한 치수의 계측 툴들을 위한 랙(rack)을 구비한다.

계측 툴과 관련하여, 본 발명의 본질은 다음과 같이 구성된다. 계측 장치에 사용하기 위한 계측 툴은 본질적으로 원통형 세관으로 구성되고, 펀치가 그 안에 슬라이딩 하도록 구성되어 밀봉을 형성한다. 펀치는 세관보다 길고 세관의 단부에서 돌출하고, 바람직하게는 세관을 완전히 채우지 않아서, 계측 챔버(metering chamber)는 세관의 다른 단부에서 자유롭게 남아있다.

특히 바람직하게 전체적으로 유리로 이루어지고 오직 두 부분으로 구성되는 계측 툴은, 그 설계의 단순성으로 인해 매우 비용-효율적으로 생산될 수 있고, 따라서 모든 계측 과정 이후 폐기 될 수 있기 때문에 오염 문제를 완전히 피할 수 있다.

또 다른 유리한 실시 예에 따르면, (유리) 세관은 원통형으로 구성되고 0.1 mm 내지 5 mm, 바람직하게는 0.1 mm 내지 2 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 mm 범위의 내부 직경을 갖는다. 이러한 차원에서, 수백 밀리그램에서부터 밀리미터 아래의 범위 내로 측정량을 구현할 수 있다.

바람직하게, 펀치는 유리 로드 또는 적어도 일측이 폐쇄된 유리 튜브로 구성된다. 이것은 펀치의 간단한 생산으로 이어진다.

바람직하게 (유리) 세관은 0.03 mm 내지 0.2 mm, 바람직하게는 0.03 mm 내지 0.1 mm 범위의 벽 두께를 갖는다. 이러한 상대적으로 작은 벽 두께에 의해, (유리) 세관의 개방된 가장자리는 블레이드로서 작용하고, 견고한 농도를 가진 물질에 더 나은 담금(immersion) 또는 삽입(insertion)을 향상시키고, 컨테이너 벽에서 물질을 긁어 내거나 스크랩(scrap)을 향상시킨다. 추가적으로 또는 대안적으로, (유리)세관은 날카로운 가장자리 또는 블레이드의 방식으로 구성된 단부를 갖는다.

계측 방법과 관련하여, 본 발명의 핵심은 다음과 같이 구성된다: 본 발명에 따른 장치를 사용하여 물질을 계측 하는 방법은 다음 단계를 포함한다:

-상기 그리핑 툴을 열고 닫음으로써 상기 계측 툴을 상기 계측 헤드로 클램핑하는 단계;

-물질 저장 컨테이너 위에 상기 계측 툴을 위치시키는 단계;

-물질 저장 컨테이너에 위치한 물질에 상기 계측 툴을 담그거나 삽입하기 위해 상기 계측 툴을 하강시키고, 바람직하게 스케일에 의한 모니터링을 통해, 물질을 상기 계측 툴의 물질 챔버로 취득하는 단계;

-상기 계측 툴을 상승시키는 단계; 및

-해당되는 경우, 초과되는 물질을 배출하기 위해, 바람직하게 스케일에 의한 모니터링을 통해, 상기 계측 툴의 상기 펀치를 상기 세관에 대해 하강시키는 단계.

계측이 끝나면, 그리핑 툴들을 개방하여 계측 헤드로부터 계측 툴이 배출된다.

바람직하게, 계측은 각각의 부분적인 계측 단계들에서 수행되고, 바람직하게 계측에 의한 모니터링을 통해 필요한 목표 계측량(target metering amount)에 대한 단계적인 근사(approximation)가 발생한다.

편리하게, 계측 툴에 의해 취득된 물질의 양은 스케일에 의한 모니터링을 통해 정리된다.

유리하게, 물질 용기 내로 계측된 물질의 실제 양은 (추가) 스케일에 의해 측정된다.

매우 특히 바람직하게, 계측 툴은 물질 저장 컨테이너에 위치된 물질에 담금 또는 삽입되는 동안, 바람직하게 물질로부터 그것의 물질로부터 철수(retraction)되는 동안 계측 툴의 세로 축에 대해 회전된다. 회전 운동은 비교적 견고한 농도를 갖는 물질의 경우 삽입을 용이하게 한다. 또한 계측 툴이 물질에 달라붙는 것을 방지하고 특정 물질의 경우 물질 플러그(substance plug)를 제거하도록 한다.

바람직하게, 적어도 부분적으로 상이하거나 치수가 상이한 복수개의 계측 툴들이 랙 내에서 이용 가능하게 되고, 클램핑(clamp)될 계측 툴은 이용 가능하게 된 이들 계측 툴로부터 선택된다. 이러한 방식으로, 수백 밀리그램에서 밀리그램 아래의 범위까지 다양한 계측이 계측 툴들의 선택에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시 예를 사용하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 계측 장치의 제 1 실시 예의 개략도이다.
도 2는 계측 장치의 그리핑 툴의 수평 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 계측 과정의 다른 단계들에서 도 1에 따른 계측 장치 각각의 개략도이다.
도 9a 내지 도 9d는 계측 과정의 다른 단계들에서 도 1 에 따른 계측 장치의 각각의 계측 툴을 나타낸다.
도 10a 내지 10d는 액체의 계측의 다른 단계들에서 도 1 에 따른 계측 장치의 각각의 계측 툴을 나타낸다.
도 11a 내지 11b는 본 발명에 따른 계측 장치의 제 2 실시 예의 계측 툴을 구비한 계측 헤드의 2가지 변형 예를 도시한 것이다.
도 12a 내지 12c는 계측 과정의 다른 단계들에서 도 11a에 따른 계측 툴을 구비한 계측 헤드의 개략적인 단면도이다.
도 13a 내지 13i는 계측 과정의 다른 단계들에서 도 11a에 따른 계측 툴을 구비한 계측 헤드를 갖는 계측 장치의 개략도이다.
도 14a 내지 14e는 계측 과정의 다른 단계들에서 본 발명에 따른 계측 장치의 제 3 실시 예의 계측 툴을 구비한 계측 헤드를 나타낸다.
도 15a 내지 15b는 결정화된 물질의 취득 방법을 설명하는 2개의 개략도이다.
도 16은 계측 장치의 계측 툴의 수정된 세관의 축 방향 단면도이다.

다음 설명은 아래의 설명에 적용된다: 도면의 명확성을 위해 그림에 참조 부호가 표시되어 있지만 직접적으로 관련된 설명 부분에서 언급되지 않은 경우, 앞의 설명 부분 또는 뒤의 설명 부분의 설명을 참조해야 한다. 반대로, 도면의 과부하를 피하기 위해 직접적인 이해에 관련이 적은 참조 부호는 모든 도면에 입력되지 않는다. 이 목적을 위해 다른 그림을 참조해야 한다.

도 1에 도시된 계측 장치의 제 1 실시 예는 로봇 암(20)상에 해제 가능하게 장착되는 전자 스케일(10)을 포함하고, 단지 상자와 함께 기호로 표시된다. 제어 전자 장치(100)는 로봇 암(20)을 제어하기 위해 제공된다. 스케일(10)은 로봇 암의 도달 범위 내에서 로봇 암(20)에 의해 3 차원 방향 모두 이동될 수 있다.

스케일(10)에는, 계측 헤드(30)가 계측 헤드의 중량 및 계측 헤드(30)에 부착되거나 그로부터 옮겨지는 모든 컴포넌트들의 중량을 측정하는 방식으로, 전체로서 (30)으로 표시된 계측 헤드가 스케일 내부의 계량 셀(weighing cell)에 연결된 계량 암(11, weighing arm)에 장착된다. 조절 가능한 잠금 요소(12, locking element)가 스케일(10)을 보호하기 위해 제공되고, 이 요소는 도 3을 참조하면, 특정 시간에 계량이 요구되지 않으면 계측 헤드(30)를 스케일(10)에 대해 제 위치에 고정시킨다. 스케일은 이동되거나 및/또는 설정 될 때 잠길 수 있다.

이러한 범위 및 일반적인 방식으로, 본 발명에 따른 계측 장치는 이미 언급된 WO 03/098170 A1에 공지된 계측 장치와 다르지 않기 때문에, 통상의 기술자는 이와 관련하여 더 이상의 설명이 요구되지 않을 수 있다.

계측 헤드(30)는 본질적으로 제 1 승강 장치(32) 및 제 1 승강 장치(32)에 장착되고, 제 1 승강 장치(32)에 의해 상승 및 하강될 수 있는(계측 장치의 사용 위치에서 수직으로) 제 2 승강 장치(34)를 포함한다. 제 1 그리핑 툴(36)은 제 2 승강 장치(34) 상에서 제 위치에 고정되어 장착된다. 제 2 그리핑 툴(38)은 제 1 그리핑 툴(36)에 대해 상승 및 하강(계측 장치의 사용 위치에 수직으로) 가능하도록 제 2 승강 장치(34)상에 배치된다. 두 개의 그리핑 공구(36, 38)의 상승 및 하강 운동을 위해, 두개의 승강 장치(32, 34)는 도시되지 않은 모터에 의해 회전하도록 구동되는 나사 스핀들(33, 35, threaded spindles)을 구비한다. 물론, 승강 장치(32, 34)는 다른 방식으로 구현될 수 있다.

실제 물질 계측을 위해, 즉, 저장 컨테이너로부터 물질을 취득하여 물질 용기로 분배하기 위해, 특별히 구성된 계측 툴(40)이 제공된다. 도 9에 더 큰 스케일로 도시된 바와 같이, 이 계측 툴(40)은 두 개의 부분들, 바람직하게 본질적으로 원통형인 유리 세관(42) 및 유리로 구성된 펀치(44)로 구성된다. 유리 펀치(44)는 유리 세관(42)보다 약간 길고, 유리 세관(42)의 상단으로부터 돌출한다. 반대로, 유리 펀치(44, 시작 상태(starting state)에 있는)는 유리 세관(42)의 전체 길이에 걸쳐 연장되지 않고 오히려 유리 세관(42)의 계측 챔버(43)를 개방된 상태로 둔다(도 9a). 대안적으로, 계측 챔버(43)는 제한된 범위까지 유리 펀치(44)를 유리 세관(42)로부터 잡아당김으로써 계측 과정 동안에만 형성될 수 있고, 계측 챔버의 크기 또는 부피는 각각의 요건에 따라 조절될 수 있다.

유리 펀치(44)의 단면은 유리 세관(42)의 내부 단면에 적합하여, 유리 펀치(44)는 피스톤으로서 작용한다. 유리 펀치(44)는 단단한 유리 로드 또는 유리 세관(42) 내부에 놓이는 적어도 그 단부가 폐쇄된 유리 튜브로서 구성될 수 있다. 또한, 유리 펀치는 근본적으로 유리 피스톤디스크(glass piston disk) 및 유리 피스톤 로드(glass piston rod)의 형태로 구성될 수 있다.

계측 툴(40)은 근본적으로 유리와 다른 재료, 예를 들어, 플라스틱으로 형성될 수 있다. 그러나 유리는 거의 모든 경우 화학적으로 불활성(inert)이고, 적절한 치수들에서의 경우 일정한 탄성(elasticity)을 나타낸다. 다음에서, 본 발명은 유리로 구성된 계측 툴을 사용하여 설명될 것이다.

본 발명에 따른 계측 장치를 사용하는 동안, 계측 툴(40)은 제 1 그리핑 툴(36)에 의해 유리 세관(42)에서 제 위치에 유지된다. 제 2 그리핑 툴(38)은 유리 펀치(44)를 제 위치에 유지시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 그리핑 툴(36)은 2 개의 클램핑 조오들(36a, 36b, clamping jaws)을 포함하고, 이들은 그것들 사이에 제 위치에 있는 본질적으로 계측 툴(40)의 유리 세관(42)을 클램핑한다. 2 개의 클램핑 조오들(36a, 36b)는 화살표(37a, 37b)에 의해서만 지시된 구동 수단(means of a drive)에 의해 서로에 대해 멀어지고, 서로를 향해 이동 될 수 있다.

제 2 그리핑 툴(38)은 제 1 그리핑 툴(36)과 유사하게 구성되어서 별도로 나타내지는 않는다.

또한, 도 1은 제 2 전자 스케일(50) 상에 있는 물질 용기(A)를 도시한다. 유리하게, 제 2 스케일은 분석 스케일이고, 그 분해능(resolution) 및 정밀도는 바람직하게, 적어도 제 1 스케일(10)의 분해능 및 정밀도보다 크다. 유리하게, 제 2 스케일(50)의 정밀도는 0.01mg, 바람직하게 약 0.001 mg이다.

제 1 스케일(10), 두 개의 승강 장치(32, 34), 두 개의 그리핑 툴(36, 38) 및 제2 스케일(50)은 그 기능에 관해서 제어 전자 장치(100)에 의해 제어된다. 필요한 기능들(스케일 읽기, 로봇 암의 이동, 승강 장치의 이동, 그립 툴들의 닫힘 및 해제)의 실제 구현은 제어 기술 분야의 통상의 기술자들의 일반적인 지식 범위 내에 있으므로 자세한 설명은 필요하지 않다.

이하에서, 본 발명에 따른 계측 장치를 사용하여 수행되는 계측 방법이 도 3-9d를 사용하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 3에 도시된 시작 상태에서, 계측 헤드에는 아직 계측 툴(40)이 없다. 로봇 암(20)에 의해, 복수개의 계측 헤드들(30)은 랙(들)(46)에 보관된다. 로봇 암(20)에 의해, 계측 헤드(30)는 랙(46)까지 이동되고, 두 개의 그리핑 공구(36, 38)는 계측 툴(40)을 잡고 제 위치에 유지된다. 로봇 암(20)을 이동시킴으로써 계측 툴(40)이 랙(46)으로부터 제거된다(도 4). 몰론, 그 반대로, 랙(46)은 다른 운송 장치(transport apparatus)에 의해 계측 헤드(30)까지 이동될 수 있고, 그 후, 다시 멀리 이동될 수 있다.

이어서, 계측 공구(40)는 로봇 암(20)에 의해, 이용 가능해지고 계량될 물질을 포함하는 저장 컨테이너(V) 위에 위치되고, 그 후, 계측 툴(40)의 유리 세관(42)이 물질(S)에 잠길 때까지 또는 물질의 농도에 따라서, 물질에 찔러 넣어질 때까지 하강된다(도 5). 이 과정 동안, 유리 세관(42)의 계측 챔버(43)는 물질(S)로 충전되다(도 9b) 적용 가능하다면, 유리 펀치(44)는 제 2 승강 장치(34)에 의해 계측 챔버(43)를 형성하도록 미리 유리 세관(42)으로부터 약간 당겨진다.

그 후, 계측 툴(40)은 제 1 승강 장치(32)에 의해 저장 컨테이너(V)의 가장자리 위로 상승된다(도 6). 유리 세관(42)의 하단부로부터 돌출된 가능한 물질은 계측 헤드(30)의 측 방향 움직임에 의해 미리 분리된다. 제 1 스케일(10)을 사용하여, 이러한 방식으로 계측 툴(40)에 의해 취해진 물질(S)의 양(중량)이 측정된다. 취득된 물질의 양이 소정의 공칭 계측량(predetermined nominal metering amount)보다 크면, 초과된 물질의 양은 제 1 스케일(10)에 의한 모니터링에 의해 유리 세관(42)으로부터 저장 컨테이너(V)로 다시 배출된다. 이 목적을 위해, 유리 펀치(44)는 제 1 스케일(10)이 특정 물질량을 감지할 때까지, 제 1 승강 장치(32)에 고정된 유리 세관(42)에 대해 제 2 승강 장치(34)에 의해 하강된다. 초과된 물질량(excess substance amount)의 배출에 의한 계측량의 트리밍(trimming)은 도 9c에 나타난다. 트리밍은 반복적으로 여러 단계들(피드백 루프)에서 수행될 수 있다.

이제 계측 헤드(30)는 그 안에 계측 툴(40)을 보유하고, 제 2 스케일(50)에서 이용 가능하게 된 물질 용기(A)위의 로봇 암(20)에 의해 물질(S)이 측정될 용기로 이동된다(도 7). 물질 용기(A)는 보통 매우 작은 컨테이너(약병(vial))이고, 다른 많은 물질 용기들과 함께 매트릭스 형태로 보유 랙(랙) 내에 배치된다.

이어서, 계측 툴(40)의 유리 펀치(44)를 제 2 승강 장치(34)를 통해 아래 방향으로 이동시키고, 제 1 그리핑 툴(36)에 의해 유리 세관(42)을 정지 상태로 유지함으로써, 유리 세관(42)에 함유된 물질량이 유리 세관(42)으로부터 물질 용기(A)로 배출된다(도 8 및 도 9d). 실제로 측정되는 물질의 양은 제 2 (보다 정확한) 스케일(50)에 의해 제어될 수 있다. 실제 계측량은 적절한 방식으로 다음 충전된 물질 용기에 할당된다. 대부분의 경우, 계측 자체가 다소 정확하면 충분하지만, 실제 계측량은 고 정밀 방식(highly precise manner)으로 이뤄진다.

추가의 물질 용기(A)가 동일한 물질로 채워져야 하거나, 이 방식으로 계측된 물질량이 요구되는 물질량에 도달하지 않았다면, 상기한 방법 사이클이 도 5-8에 따라 반복된다(담금, 트리밍, 배출).

다른 물질이 충전되면, 계측 헤드(30)는 폐기 컨테이너(waste container) 위에 위치되고, 계측 툴(40)은 그곳에 배치된다(버려진다). 이러한 목적으로, 그리핑 툴(36, 38)은 간단히 개방되어, 계측 툴(40)이 아래쪽으로 폐기 컨테이너로 떨어진다. 이어서, 새로운 계측 툴(40)이 다시 랙(46)으로부터 픽업되고(도 4), 다음 물질의 계측이 도 5-8(담금, 트리밍, 배출)을 사용하여 전술한 방법 순서에 따라 다시 한번 수행된다.

이미 언급된 바와 같이, 전술한 순서는 제어 전자 장치(100, control electronics)에 의해 제어된다. 프로그래밍 가능한 제어 전자 장치는 이러한 목적을 위해 다음의 절차들을 수행하도록 구성된다.

-로봇 암(20)에 의해 계측 헤드를 바람직하게 3차원 방향으로 이동시키는 단계.

- 그리핑 툴(36, 38)을 열고 닫음으로써 (선택된) 계측 툴(40)을 계측 헤드(30)로 클램핑하는 단계.

- 물질 저장 컨테이너(V) 위에 계측 툴(40)을 위치시키는 단계;

- 물질 저장 컨테이너에 위치한 물질(S)에 계측 툴(40)을 담그거나 삽입하기 위해 계측 헤드(30) 또는 대안적으로 계측 툴(40)을 하강 시켜, 물질을 계측 툴(40)로 취득하는 단계.

- 바람직하게 제 1 승강 장치(32)를 이용해 계측 툴(40)을 상승시키는 단계.

- 적용 가능한 경우, 제 1 스케일(10) 및 제 2 스케일(50)을 읽고 스케일(들)의 측정 결과를 평가하는 단계.

- 적용 가능한 경우, 초과되는 물질을 배출하기 위해, 바람직하게 제 1 스케일(10)에 의한 모니터링과 함께, 계측 툴(40)의 펀치(44)를 제 2 승강 장치(34)를 통해 유리세관(42)에 대해 하강시키는 단계.

- 계측 툴(40)을 물질 용기(A)위로 위치시키는 단계.

- 계측 툴(40)로부터 물질 용기(A)로 물질의 완전한 배출을 위해, 승강 장치(34)를 통해 유리 세관(42)에 대해 계측 툴(40)의 유리 펀치(44)를 하강 시키는 단계.

- 그리핑 툴(36, 38)을 개방함으로써 계측 헤드(30)로부터 계측 툴(40)을 배출시키는 단계.

바람직하게, 많은 수의 계측 툴(40)이 랙(46)에 수용된다. 바람직하게 유리 세관(42)의 다른 치수들 또는 클리어 폭(clear width, 내부 직경)을 갖는 계측 툴이 제공된다. 내부 직경은, 예를 들어 0.1 mm 내지 5 mm의 범위에 있고, 바람직하게 약 0.5 mm정도의 단계로 있는 것이 바람직하다. 바람직하게 내부 직경은, 0.1 mm~2 mm의 범위, 구체적으로는 0.1 mm~1 mm의 범위이다. 이러한 방식으로, 수백 밀리그램으로부터 밀리그램보다 작은 범위까지의 상이한 계측량이 계측 툴의 적절한 선택에 의해 달성될 수 있다. 프로그램 가능한 제어 전자 장치(100)는 요구되는 계측량이 얼마나 큰지를 알기 때문에, 적절한 입력에 의해, 목표 되는 방식으로 적절한 계측 툴(40)을 자동으로 선택할 수 있다. 또한 계측 챔버의 용적 용량(volume capacity)은 계측 툴의 유리 세관 내의 유리 펀치를 조정함으로써 조절될 수 있다.

그러나, 상이한 직경을 갖는 유리 세관(42)을 갖는 계측 툴(40)의 사용은 각각의 경우에 필요한 기준 계측량에 대한 신속하고 반복적인 근사가 이러한 방식으로 쉽게 구현될 수 있다는 점에서 이점을 갖는다. 이와 관련하여, 가능한 가장 큰 계측 툴을 사용하여 첫번째 또는 그 이상의 계측 통과(metering passes)가 수행된다. 가능한 가장 큰 계측 툴은 요구되는 목표 계측량에 가능한 가깝게 도달하지만 그것을 초과하지 않는 공칭 계측량을 위해 설계된 유리 세관(42)을 갖는 것으로 이해된다. 제 1 스케일(10) 및/또는 제 2 스케일(50)에 의해, 여전히 요구되는 잔여 계측량(residual metering amount)은 모든 계측 통과 후에 결정된다. 잔여량(residual amount)이 바로 이전에 사용된 계측 툴의 공칭 계측량보다 작으면, 이 툴은 폐기되고 새로운 더 작은 계측 툴이 사용되고 공칭 계측 량이 잔여 계측량을 초과하지 않는다. 이로써 남은 잔여 계측량이 다시 한번 사용된 계측 툴의 공칭 계측량보다 작아질 때까지 계측 패스가 수행된다. 이 과정은 점점 더 작은 계측 툴, 즉, 요구된 목표 계측량이 소정의 허용 오차 내에 도달할 때까지 유리 세관(42)의 직경이 보다 작은 계측 툴에 계속된다. 더 작은 계측 툴을 선택하는 대신, 적용 가능한 경우, 계측 툴의 계측 챔버의 보유 용량(holding capacity)도 그에 따라 조정될 수 있다.

가능한 큰 계측 정밀도를 위해, 유리 펀치 (44)가 계측 툴 (40)의 유리 세관 (42) 내에서 슬라이딩 하는 것이 중요하다. 정밀도의 목표는 0.01 mm 정도이다. 직경의 기능으로서 유리 세관 (42)의 벽 두께는 바람직하게는 일반적으로 약 0.03 mm 내지 약 0.2 mm, 바람직하게는 약 0.03 mm 내지 약 0.1 mm이다. 유리 세관 (42)의 길이는 일반적으로 약 70 mm에 이른다. 유리 펀치 (44)의 길이는 약간 더 크며, 일반적으로 약 80mm이다.

세관(42)의 형상은 얇은 벽에도 불구하고 상대적으로 큰 강성을 부여하고, 이러한 강성은 단단한 물질 또는 보다 컴팩트한 분말(powder)로의 삽입에 있어서 중요하다. 얇은 벽은 피어싱(piercing)에도 중요하다. 부가적으로 또는 대안적으로, 세관(42)의 단부(42a)는 예리할 수 있고 또는 도 3과 같이 블레이드와 같이 구성될 수 있다. 또한 세관(42)의 담금 단부(immersion end) 또는 피어싱 단부(piercing end)가 외부를 향해 (약간) 넓어 지도록 구성되는 것이 유리할 수 있다.

유리 세관의 다른 치수가 요구되거나 상이한 물질이 계측되기 때문에 계측 툴(40)의 모든 변경에 따라, 이전에 사용된 계측 툴은 폐기되고, 더 이상 사용되지 않는다. 이러한 방식으로 오염 문제는 최대한의 확실성으로 피할 수 있다. 본 발명에 따른 계측 장치는 전체적으로 유리로 이루어지고 충전될 물질과 접촉하게 되는 전체 계측 장치의 유일한 부분이 계측 툴(40)로 특별히 구성되는 사용을 통해 이러한 개념을 허용한다. 계측 툴(40)은 2 개의 단순한 유리 컴포넌트들(유리 튜브(42) 및 유리 펀치(44))로만 이루어지고, 이는 대량 생산 품목들로서 간단하고 비용-효율적으로 생산될 수 있어서 일회용 부품으로서의 사용이 경제적으로 정당할 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 계측 툴(40) 내외로의 액체 물질의 픽업 및 분배 동안의 특이성(particularity)을 도시한다. 도 10a는 도9a에 대응된다. 도 10b는 취득 될 물질(S)로 담긴 계측 툴(40)을 도시한다. 계측 챔버(43) 내에는, 유리 펀치(44) 및 액체 플러그(S) 사이에 에어 쿠션(L, air cushion)이 있다. 도 10c 및 10d는 물질(S)이 유리 펀치(44)의 서지(surge)와 같은 하강에 의해, 액적(droplet)으로 계측 챔버(43)로부터 방출될 수 있는 방법을 도시한다. 이와 관련하여, 유리 펀치는 매우 신속하게 이동하여 액적으로 액체 물질을 방출하는 압력 펄스(pressure pulses)를 생성한다.

위에서 설명한 방법 순서에서 제 1 스케일은 결정 스케일(decision scale)로(충분한 물질량이 취득되었는지), 제 2 스케일을 실제 측정 스케일(actual measurement scale)로(어떤 물질량이 효과적으로 측정되었는지?)의 역할을 수행 한다.

다음에, 본 발명에 따른 계측 장치의 다소 간단한 실시 예가 도 11a-b, 12a-c 및 13a-i를 통해 설명될 것이다. 전술 한 실시 예와 비교할 때 가장 근본적인 차이는 계측 장치의 계측 헤드가 수동으로 이동되어야 하는 독립적인 요소로 구성된다는 점이다. 따라서, 이하의 설명은 본질적으로 계측 헤드의 구성뿐만 아니라 이러한 독립적인 계측 헤드의 사용과 함께 예로서 주어진 방법 절차에 본질적으로 제한된다.

도 11a 및 11b는 계측 헤드 (130 및 130 ')의 2 가지 변형 예를 도시한다. 두 가지 변형에서, 계측 헤드는 예를 들어 본질적으로 원통형 외부 형상을 갖는다. 도 2의 변형 예에서, 도 11a에 도시 된 바와 같이, 전기 접접들(131)이 계량 헤드 (130)에 제공되고, 계량 헤드에 위치한 전기 접점들(electrical contacts)이 외부 컴포넌트들, 예를 들어 스케일 또는 오버라이드 컨트롤러(overriding controller) 또는 충전 전류 소스와 연결될 수 있다. 도 11b의 변형 예에서, 계측 헤드(130')의 외부를 향한 전기 연결은 케이블(132)을 통해 발생한다. 도시되지 않은 제 3 변형 예에서, 무선 접속이 또한 제공될 수 있다. 이들 변형들에서, 조작 요소들(210, operating elements)은 계측 헤드(130 또는 130')의 외부에 제공되고, 상기 요소는 계측 헤드에 위치한 내부 컨트롤러(200)와 함께 작동한다(도 12a). 조작 요소들(210)은 예를 들어, 다수의 전환(switching) 기능을 갖는 알려진 기능 전환 버튼(function switching button)의 형태로 구성될 수 있다.

정면들(face sides) 중 하나에서, 계측 헤드(130 또는 130')는 계측 공구(40)가 계측 헤드에 삽입될 수 있도록 원추형(conically)으로 구성된 가이드 개구(139, guide opening)를 구비한다. 이에 대한 자세한 내용은 아래에 설명되어 있다.

계측 헤드(130)의 내부 구조는 도 12a로부터 명백하다. 계측 헤드(130)는 제 1 그리핑 툴(136), 제 2 그리핑 툴(138) 및 제 2 그리핑 툴(138)을 위한 승강 장치(134)를 포함한다. 또한, 계측 헤드(130)는 이미 언급된 내부 컨트롤러(200)뿐만 아니라 충전 가능한 전원 또는 재충전 가능한 배터리(202)를 포함한다. 계측 헤드(130')에서, 전원은 케이블(132)를 통해 제공될 수 있어서, 재충전 가능한 배터리가 절대적으로 필요하지는 않다.

2 개의 그리핑 툴(136, 138) 및 승강 장치(134)는 계측 장치의 제 1 실시 예의 해당하는 컴포넌트들과 기본적으로 설계 및 기능면에서 동일하므로 추가 설명은 필요하지 않다. 2 개의 그리핑 툴(136, 138) 및 승강 장치 (134)는 내부 컨트롤러에 의해 제어되고, 상기 그리핑 툴의 개방과 닫힘 및 제 2 그리핑 툴의 제 1 그리핑 툴에 대한 상승과 하강은 내부 제어기(200)와 연결된 조작 요소들(210)에 의해 수동으로 트리거 된다.

내부 컨트롤러(200)는 외부와 통신하기 위한 인터페이스(201)를 구비한다. 인터페이스(201)는 전기 접점들(131) 또는 케이블(132)에 연결된다. 대안적으로, 인터페이스 또한 무선 접속으로 구조화 될 수 있다.

도 12a, 계측 툴(40) 위에 위치하는 계측 헤드(130)을 나타내고, 2 개의 그리핑 툴(136, 138)은 열린다. 도 12b에서, 계측 헤드(130)는 계측 툴(40) 상에 설치되거나 계측 툴(140)이 계측 헤드(130)로 도입되고, 2 개의 그리핑 툴(136, 138)은 닫혀서 계측 툴(40)을 제 위치에 유지시킨다. 도 12c에서, 제 2 그리핑 툴(138)은 승강 장치(134)에 의해 약간 위쪽으로 변위 되고, 이에 따라 계측 툴(40)의 유리 펀치(44)가 유리 세관(42)으로부터 약간 당겨져서 계측 챔버(43)가 계측 툴(40)의 하단부에 형성된다.

도 13a-13i는 계측 헤드(130)를 사용할 때 일반적인 계측 공정의 개별 단계를 도시한다.

처음에, 계측 헤드(130)는 스케일(110)에 의해 계량된다. 스케일(110)은 계측 헤드(130)가 삽입될 수 있는 홀더(140)를 구비한다. 홀더(140)는 계측 헤드(130)가 홀더(140)내로 삽입될 때, 계측 헤드(130)의 전기 접점들(131)과 접촉하는 전기 접점들을 구비한다. 이와 관련하여, 계측 헤드(130) 내의 재충전 가능한 배터리(202)는 충전될 수 있거나 계량 과정(weighing process)이 트리거 될 수 있다(기능 전환 버튼(210)을 통해).

계량 과정 후에, 계측 헤드(130)에는 계측 툴(40)이 장착된다. 이 목적을 위해, 계측 헤드(130)는 보유 랙(랙, 46) 위에서 수동으로 안내되고 선택된 계측 툴(40) 상에 세팅 된다(도 13b). 기능 전환 버튼(210)에 의해 계측 툴(40)의 클램핑이 트리거 되고, 계측 헤드(130)는 스케일(110)의 홀더(140)로 다시 설정되고 계량이 다시 수행된다(도 13c).

그리하여 계측 툴(40)의 유리 펀치(44)가 툴의 유리 세관(42)으로부터 약간 당겨져서, 계측 툴(40)의 하단부에 보유 챔버(43)가 형성된다(도 13d).

다음 단계에서, 계측 헤드(130)는 체득될 물질을 함유하는 저장 컨테이너(V) 위로 수동으로 안내되어, 물질로 담겨서, 유지 챔버가 취득 될 물질로 충전된다(도 13e).

그 후, 계측 헤드(130)가 스케일(110)상으로 다시 돌아가고, 취득된 물질이 충분하지를 결정하기 위한 검사가 이루어진다(도 13f). 과도하게 많은 양의 경우(필요이상으로 더 계측된), 그 일부가 저장 컨테이너(V)로 다시 배출되고 계측이 다시 발생한다.

이어서, 계측 헤드(130)는 수동으로 물질 용기(A, 목표 컨테이너)위에 위치되고, 계측 툴(40)의 보유 챔버(43, holding chamber)에 위치한 물질량이 물질 용기(A)내로 배출된다. 이와 관련하여, 물질 용기(A)는 계측된 물질의 양을 매우 정밀하게 측정할 수 있는 또 다른 스케일(50) 상에 위치된다(도 13g).

그 후, 계측 헤드(130)의 중량을 다시 계량하고(13h), 계측 툴(40)을 다시 사용하지 않는 한, 계측 툴(40)이 배출된다(도 13i).

이미 전술한 바와 같은 계측 헤드(130)를 사용하여 계측 과정이 다중 패스들(passes)에서 발생할 수 있다.

계측 과정의 상이한 단계들에서 계측 헤드(130)의 무게를 측정함으로써(실제 물질의 유무에 관계없이) 얼마나 많은 물질이 실제로 계량되었는지를 매우 정확하게 결정할 수 있고, 취득 될 물질의 초과분(excess)과 관련하여, 결론을 도출할 수 있고, 그 양은 물질의 유형 및 사용되는 계측 툴들에 따라 다를 수 있다. 따라서, 계측 툴은 어느 정도 보정(calibrate)될 수 있고, 각각의 물질에 대한 계측 과정의 작업 흐름(work flow)을 용이하게 하거나 최적화 할 수 있다. 이는 도 1 내지 도 8의 예시적인 실시 예 및 이하에서 설명되는 다른 예시적인 실시 예에 대해서도 유사하게 적용된다.

다음에서, 본 발명에 따른 계측 장치의 다른 실시 예가 도 14a-e를 사용하여 설명될 것이다. 이 실시 예에서, 230으로 전용적으로 표시된 계측 헤드는 제 1 스케일(10, 도 1)에 부착되도록 다시 제공되지만, 그렇지 않으며 도면에 따른 실시 예의 계측 헤드(130)와 광범위하게 유사하게 구성된다(도 12a-c). 따라서, 다음의 설명은 본질적으로 계측 헤드(230) 자체의 특성 및 이 계측 헤드를 사용하는 방법 순서에 본질적으로 한정된다.

상기 계측 헤드(230)는 관형 외부 하우징(230a, tubular outer housing) 및 외부 하우징(230a) 내에서 축 방향으로 조절 가능한 내부 하우징(230b)을 포함한다. 외부 하우징(230a)은 제 1 스케일(10, 도 1) 상의 밸런스 빔(11, balance beam)에 기계적으로 부착하는 역할을 하는 연결 피스(211, connection piece)를 갖는다. 연결 피스(211)는 또한 계측 헤드를 외부 컨트롤러와 연결하기 위한 전기 접점들(미도시)을 가질 수 있다. 외부 하우징(230a)에는 스핀들(233, spindle)과 내부 하우징(230b)과 연결된 스핀들 모터(233a)를 포함하는 제 1 승강 장치(232)가 구비된다. 스핀들(233)에는 나선형(helical line) 홈(233b)이 제공된다. 내부 하우징(230b)은 스핀들 모터(233a)에 의해 외부 하우징(230a)에서 축 방향으로 승강할 수 있고, 내부 하우징(230b)은 한 방향 또는 다른 방향(화살표(R', R''))으로 그 축(R)을 중심으로 동시에 회전된다.

도 11a 및 12a-c의 예시적인 실시 예에서와 같이, 제 1 및 제 2 그리핑 툴(236, 238)뿐만 아니라 제 2 승강 장치(234)가 내부 하우징(230b)에 배치되고, 제 2 그리핑 툴(238)은 제 2 승강 장치(234)에 의해 국부적으로 고정된 제 1 그리핑 툴(236)에 대해 상대적으로 상승 및 하강 될 수 있다. 원추형으로 구성된 가이드 개구(239)는 계측 툴(40)이 계측 헤드(230)내로 삽입될 수 있는 내부 하우징(230b)의 하단부에 제공된다. 이에 자세한 내용은 아래에 설명되어 있다.

2 개의 그리핑 툴(236, 238) 및 제 1 및 제 2 승강 장치(232, 234)는 계측 장치의 제 1 실시 예의 대응되는 컴포넌트들과 기본적으로 설계 및 기능면에서 동일하므로 더 이상의 설명이 필요하지 않는다. 2 개의 그리핑 툴(236, 238) 및 2 개의 승강 장치(232, 234)는 제 1 실시 예의 경우에서와 같이 외부 컨트롤러(100, 도 1)에 의해 제어되고, 계측 헤드(230)는 전기 접점들 또는 무선 방식으로 컨트롤러(100)와 연결된다. 물론, 계측 헤드(230)는 계측 헤드(130)의 컨트롤러와 유사한 기능을 가질 수 있는 내부 컨트롤러(200)를 구비할 수 있다.

도 14a는 계측 툴(40)이 아직 삽입되지 않은 채로 시작 위치에 있는 계측 헤드(230)를 도시한다.

도 14b에서, 계측 툴(40)이 삽입되고, 제 1 및 제 2 그리핑 툴(236, 238)은 계측 툴(40)의 유리 펀치(44) 및 유리 세관(42)을 제 위치에 유지하고, 내부 하우징(230b)은 외부 하우징(230a)에 연결된다. 철수(retraction) 운동 중에, 내부 하우징(230b)은 그 내부에 삽입된 계측 툴(40) 과 함께 화살표(R') 방향으로 세로 축(R)을 중심으로 약간 회전한다.

도 14c에서 계측 툴(40)의 유리 펀치(44)는 계측 챔버(43)가 형성되도록 유리 세관(42)으로부터 약간 당겨진다.

이 구성에서, 계측 헤드(230)는 실제 사용 중에 저장 베슬(미 도시, storage vessel) 위에 위치되고, 내부 하우징(230b)는 하강되어, 계측 툴(40)이 저장 베슬에 포함된 물질에 담기거나, 물질을 피어싱(pierce)하여 계측 툴에 의해 일정량의 물질이 취득된다. 내부 하우징(230b)의 하강 운동 동안, 이 하우징 및 계측 툴(40)은 그것의 세로 방향(R)을 중심으로 화살표 (R")방향으로 회전한다. 계측 툴(40)의 회전 운동은 비교적 견고한 농도를 갖는 물질의 경우 삽입을 용이하게 한다. 회전 운동은 또한 계량 툴이 물질에 달라 붙는 것을 방지하고, 특정 물질의 경우 물질 플러그를 뚫을 수 있게 한다. 도 14d는 내부 하우징(230b)이 하강 된 계측 헤드(230)를 도시한다. 이어서, 계측 툴(40)에 의해 취득된 물질량은 유리 펀치(44)를 하강 시킴으로써, 전용적으로 또는 부분적으로 계측 툴(40)로부터 배출된다(도 14e). 계측 툴(40)의 회전 운동은 또한 도 1 내지 도 8에 따른 예시적인 실시 예에서 유사하게 구현될 수 있다.

계측 헤드(230)의 실제 사용 중에, 계측 방법의 개별적인 단계들은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 계측 장치의 예시적인 실시 예와 동일하지만, 계측 툴(40)이 하강 될 때, 계측 툴(40)이 추가적으로 약간 그것의 축에 대해 회전한다는 점이 이 계측 헤드의 유일한 차이점이다. 따라서, 더 이상의 설명은 필요하지 않다.

몇몇 경우에서, 계측 될 물질을 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 결정화(crystallize)된 형태로 저장 컨테이너(V)에 존재한다. 이와 관련하여, 물질(S)은 저장 컨테이너의 바닥 및 측 벽들에 종종 크러스트(crust)를 형성한다. 심지어 이러한 결정화된 또는 껍질이 있는(crusty) 물질(S)이 본 발명에 따른 계측 장치, 즉 계측 툴(40)에 의해 취득 되고 스크래치(scratch off)될 수 있다. 이와 관련하여 계측 툴(40)의 유리 세관(42)의 벽 두께가 비교적 작고, 바람직하게 약 0.03 mm 내지 0.2 mm, 바람직하게 0.03 mm 내지 0.1 mm 범위인 것이 유리하다. 물질(S)을 취득하기 위해, 저장 컨테이너(V)는 바람직하게 경사지게 유지되어 계측 헤드가 하강하여 물질을 긁어 낼 때, 계측 툴(40)이 저장 컨테이너(V)의 측벽을 따라 슬라이딩하여 움직인다. 이 절차는 충분한 물질량이 계측 챔버로 취득 될 때까지 또는 물질이 취득되는 저장 컨테이너(V)의 가장자리 영역에 모일 때까지 여러 번 반복될 수 있다.

본 발명에 따른 계측 장치는 단일 유형의 계측 툴을 사용하여 분말, 액체, 유성, 점착성, 왁스형 내지 초콜릿-형, 사과-형(apple-like), 결정화된, 껍질이 있는(crusty), 등등과 같은 다양한 물질의 정밀한 1:1 계측을 가능하게 한다. 따라서, 계측 장치의 농도에 따라 많은 계측 장치에 필요한 계측 툴의 번거로운 교체가 완전히 제거된다. 본 발명에 따른 계측 장치는 어떠한 종류의 어댑터도 없이 사실상 모든 공통 저장 컨테이너들 및 실질적으로 모든 공통 물질 용기에 적합하다. 본 발명에 따른 계측 장치를 사용하여, 매우 정밀한 계측이 넓은 범위, 예를 들어, 수백 mg부터 밀리그램 아래의 범위로 내에서 이루어 질 수 있다. 달성된 정밀도는 0.01 mg 정도이고, 대부분의 경우 수동 계측보다 낫다. 계측 장치는 실시 예에 따라 완전 자동화로 작동할 수 있고, 많은 경우 여전히 사용되는 수동 계측보다 상당히 빠르다.

Claims

물질을 계측하기 위한 장치로서,
계측 헤드(30; 130; 130'; 230); 및
물질을 취득하고 분해하기 위해, 상기 계측 헤드(30; 130; 130'; 230)와 해제 가능하게 접촉하는 계측 툴(40)을 포함하고,
상기 계측 툴(40)은 내부에 조절 가능하게 슬라이딩하도록 배치되고, 본질적으로 밀봉을 형성하는 펀치(44)를 갖는 본질적으로 원통형 세관(42)으로 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 펀치(44)는 상기 세관(42)보다 길고, 상기 세관(42)의 상단부에서 상기 세관(42) 밖으로 돌출하고,
상기 계측 헤드(30; 130; 130'; 230)에는 상기 세관(42)의 해제 가능한 클램핑을 열고 닫을 수 있는 제 1 그리핑 툴(36; 136; 236) 및 상기 펀치(44)의 해제 가능한 클램핑을 열고 닫을 수 있는 제 2 그리핑 툴(38; 138; 238)이 제공되고,
상기 계측 헤드(30; 130; 130'; 230)에는 제 2 그리핑 툴(38; 138; 238)이 제 1 그리핑 툴(36; 136; 236)에 대해 상승 및 하강 될 수 있는 수단으로 승강 장치(34; 134; 234)가 제공되어 상기 펀치(44)는 상기 세관(42) 내에서 상승 및 하강 될 수 있는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 세관(42) 및/또는 펀치(44)는 각각 유리 세관 및 유리 펀치로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 계측 헤드(130, 130')는,
상기 제 1 그리핑 툴(136) 및 상기 제 2 그리핑 툴(138) 뿐만 아니라
상기 승강 장치(134)를 위한 내부 컨트롤러(200) 뿐만 아니라
상기 내부 컨트롤러(200)와 함께 동작하는 작동 요소(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 내부 컨트롤러(200)는 외부 컨트롤러와 통신을 위한 및/또는 외부 충전 전류 소스를 위한 인터페이스(201)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측 헤드(130; 130')를 위한 제 1 스케일(110)을 구비하고, 상기 스케일(110)에는 상기 계측 헤드(130; 130')를 위한 홀더(140)가 제공되는 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 홀더(140)는,
상기 계측 헤드(130) 상의 전기 접점들(131)과 함께 작동하도록 구성된 전기 접점들(141)이 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제 1 스케일(10)을 포함하고,
상기 계측 헤드(30; 230)는 상기 계측 헤드(30; 230)의 무게를 측정하는 방식으로 상기 스케일(10)에 배치되고,
상기 계측 헤드(30; 230)는 취득된 물질을 내장할 수 있는 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 계측 헤드(30; 230)는,
제 1 그리핑 툴(36; 236)이 상기 제 2 그리핑 툴(38, 238)을 위한 승강 장치(34; 234)와 함께 상승 및 하강될 수 있는 수단으로 제 2 승강 장치(32; 232)가 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 스케일(10)은 로봇 암(20)에 부착되고,
상기 계측 헤드(30; 230)는 바람직하게 3 차원 방향 모두에서 상기 로봇 암(20)에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스케일(10)을 위한 제어 전자 장치(100) 및 상승 및 하강 장치(34; 234), 뿐만 아니라 상기 제 1 및 제 2 그리핑 툴(36, 38; 236, 238)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
분배된 물질(S)을 취득하는 물질 용기(A)의 무게를 측정하기 위한 추가 스케일(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세관(42)은,
0.1 mm 내지 5 mm 범위의 내부 직경을 갖고, 바람직하게 0.1 mm 내지 2 mm, 더욱 바람직하게0.1 mm 내지 1 mm 범위의 내부 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세관(42)은,
0.03 mm 내지 0.2 mm 범위의 벽 두께를 갖고, 바람직하게는 0.03 mm 내지 0.1 mm 범위의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세관(42)은 날카로운 가장자리를 가지거나 일단부(42a)에 블레이드와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 계측 툴(40)이 상기 제 2 승강 장치(32; 232)에 의해 상승 및 하강되는 동안 상기 계측 툴(40)의 세로 축(R)에 대해 상기 계측 툴(40)을 회전시키는 회전 수단(233, 233a, 233b)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 적어도 부분적으로 다른 계측 툴들(40)을 위한 랙(46)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
물질을 계측하기 위한 장치에 사용하기 위한 계측 툴로서,
내부에 조절 가능하게 슬라이딩하도록 배치되고, 본질적으로 밀봉을 형성하는 펀치(44)를 갖는 본질적으로 원통형 세관(42)으로 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 펀치(44)는 상기 세관(42)보다 길고, 상기 세관(42)의 단부들 중 하나에서 상기 세관(42) 밖으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 계측 툴.
제 17 항에 있어서,
상기 세관(42) 및/또는 펀치(44)는 각각 유리 세관 또는 유리 펀치로 구성되는 것을 특징으로 하는 계측 툴.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 세관(42)은,
원통형이고, 0.1 mm 내지 5 mm 범위의 내부 직경을 갖고, 바람직하게 0.1 mm 내지 2 mm, 더욱 바람직하게0.1 mm 내지 1 mm 범위의 내부 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 계측 툴.
제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세관(42)은,
0.03 mm 내지 0.2 mm 범위의 벽 두께를 갖고, 바람직하게는 0.03 mm 내지 0.1 mm 범위의 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 계측 툴.
제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세관(42)은 날카로운 가장자리를 가지거나 일단부(42a)에 블레이드와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 계측 툴.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 물질을 계측하는 방법에 있어서,
- 상기 그리핑 툴(36, 38; 136, 138; 236, 238)을 열고 닫음으로써 상기 계측 툴(40)을 상기 계측 헤드(30; 130; 130'; 230)로 클램핑하는 단계;
- 물질 저장 컨테이너(V) 위에 상기 계측 툴(40)을 위치시키는 단계;
- 물질 저장 컨테이너에 위치한 물질(S)에 상기 계측 툴(40)을 담그거나 삽입하기 위해 상기 계측 툴(40)을 하강 시키고, 바람직하게 스케일(10; 110)에 의한 모니터링을 통해, 물질을 상기 계측 툴(40)의 물질 챔버(43)로 취득하는 단계;
- 상기 계측 툴(40)을 상승시키는 단계; 및
- 적용 가능한 경우, 초과되는 물질을 배출하기 위해, 바람직하게 스케일(10; 110)에 의한 모니터링을 통해, 상기 계측 툴(40)의 상기 펀치(44)를 상기 세관(42)에 대해 하강 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
제 22 항에 있어서,
계측은 개별적인 부분적 계측 단계들에서 수행되고, 이 과정 동안, 바람직하게 스케일(10; 110)에 의한 모니터링을 통해, 요구되는 목표 계측량에 대한 단계별 근사가 이루어지는 방법.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 계측 툴(40)에 의해 흡수 된 물질의 양은 스케일(10; 110)에 의한 모니터링으로 트리밍 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
물질 용기(A)로 계측된 물질의 실제 양은 스케일(50)에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측 툴(40)은 물질 저장 컨테이너에 있는 물질(S)로 상기 계측 툴(40)을 담그거나 삽입하는 동안 및 바람직하게 상기 계측 툴(40)이 물질(S)로부터 인출되는 동안, 상기 계측 툴(40)은 세로 축(R)에 대해 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 적어도 부분적으로 다른 계측 툴들(40)은 랙(46)에서 사용 가능하게 되고, 클램핑될 계측 툴은 사용 가능하게 된 이러한 계측 툴들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.