本發明屬于自動進樣設備技術領域，涉及一種自動進樣器及其取樣方法。

背景技術：

自動進樣器作為液相色譜儀的重要部件，一個核心功能是從指定的樣品瓶吸入樣品，然后注入到色譜系統中，完成自動進樣。

在現有技術中，自動進樣器的取樣機構如圖1-3所示：

通常包含一套三維運動系統：X軸運動組件、Y軸運動組件、Z軸運動組件，所述X軸運動組件包括水平方向安裝的導軌X 1、同步帶X 2、基座板3、主動輪X 4、步進電機X 5，光耦X 6及光耦擋片X 7；Y軸運動組件包括垂直方向安裝的導軌Y 8、同步帶Y 9、底板10、主動輪Y 11、步進電機Y 12、光耦Y 13及光耦擋片Y 14；Z軸運動組件包括導軌Z 15、絲桿16、同步帶Z 17、步進電機Z 18、進樣針19等。

典型的取樣過程：X軸運動：步進電機X 5反方向運動，光耦X 6中的光被光耦擋片X 7遮擋，記為零點，步進電機X 5正方向運動，通過主動輪X 4，帶動同步帶X 2及X軸組件運動，假定4號瓶離機械零點50mm，步進電機0.04mm/步，則步進電機X 5從原點運行1250步，到達4號瓶上方，刺破瓶蓋20，進入樣品瓶21中完成取樣。樣品瓶蓋20通常為硬質塑料結構，其中心留有直徑為1mm的孔，內部裝有樣品瓶墊22，起密封作用，同時也是進樣針19進出樣品瓶21的通道。

上述結構雖然能實現自動取樣，但是，進樣針19在X軸方向水平運動時，由于導軌與基座之間長時間的運動過程中，存在磨損現象，導致摩擦力矩加大，容易導致步進電機X 5失步現象，也容易導致定位不準，使進樣針19難以水平運行到指定位置，如樣品瓶21的正上方，另外，由于步進電機X 5沒有反饋信號，系統無法準確監控到進樣針19的實際位置，會導致進樣針19插到瓶蓋20上，引起硬件損壞。

針對這一問題，往往在步進電機后端加裝編碼器，監測步進電機的運行狀態，以此達到監測進樣針的實際位置，但是如果長時間運行后，如出現同步帶松弛或者同步帶和主動輪打滑時，還是會出現此類故障。因此，這種方案增加了產品的成本，且只能在一定程度上解決上述問題，并不能徹底解決。

技術實現要素：

本發明是針對現有的技術存在的上述問題，提供一種自動進樣器的取樣機構及其取樣方法，本發明所要解決的技術問題是：如何實現精確取樣。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

本發明的其中一個目的是提供一種自動進樣器，包括有取樣機構，該取樣機構包括：X軸運動組件、Y軸運動組件及Z軸運動組件；

所述X軸運動組件包括有設置在基座上的X軸導軌，在X軸導軌上設置有基板座，在基板座上設置有X軸光耦，在基座上設置有X軸樣品瓶定位片，X軸樣品瓶定位片上設置有若干個定位凹槽，所述X軸光耦隨基板座由X軸驅動機構帶動沿X軸導軌往復移動，且基板座通過X軸光耦狀態確定機械原點及移動至相應的樣品瓶上方；

所述Y軸運動組件包括有設置在基板上的Y軸導軌，在Y軸導軌上設置有樣品瓶安裝板，在樣品瓶安裝板的一側設置有與Y軸導軌平行的Y軸樣品瓶定位片，Y軸樣品瓶定位片上設置有若干個定位凹槽，在基板上設置有Y軸光耦，所述Y軸樣品瓶定位片隨樣品瓶安裝板由Y軸驅動機構驅動沿Y軸導軌往復移動，且樣品瓶安裝板通過Y軸光耦狀態確定機械原點及將樣品瓶移動至相應的位置；

所述Z軸運動組件包括有Z軸導軌，Z軸導軌設置在基板座上，在Z軸導軌上設置有進樣針組件，進樣針組件由Z軸驅動機構驅動沿Z軸導軌移動刺入樣品瓶。

在上述的一種自動進樣器中，所述X軸驅動機構包括有X軸主動輪、X軸從動輪及連接X軸主動輪與X軸從動輪的同步帶，X軸主動輪由X軸電機驅動轉動；所述基板座固定在該同步帶上并隨該同步帶一起移動。

在上述的一種自動進樣器中，所述Y軸驅動機構包括有Y軸主動輪、Y軸從動輪及連接Y軸主動輪與Y軸從動輪的同步帶，Y軸主動輪由Y軸電機驅動轉動；所述樣品瓶安裝板連接在該同步帶上并隨該同步帶一起移動。

在上述的一種自動進樣器中，所述Z軸驅動機構包括有Z軸主動輪、Z軸從動輪及連接Z軸主動輪與Z軸從動輪的同步帶，Z軸主動輪由Z軸電機驅動轉動，所述Z軸從動輪設置在絲桿上，進樣針組件設置在絲桿上并沿Z軸導軌往復移動。

在上述的一種自動進樣器中，所述X軸光耦、Y軸光耦上均設置有凹槽，所述X軸樣品瓶定位片位于X軸光耦的凹槽中心，Y軸樣品瓶定位片位于Y軸光耦的凹槽中心。

本發明的另一個目的是提供一種自動進樣器的進樣方法，包括如下步驟：

(1)X軸運動：由X軸驅動組件驅動基板座沿X軸導軌移動并根據X軸光耦的狀態確定機械原點，然后控制基板座根據X軸光耦上的定位凹槽的位置判斷并移動至樣品瓶位置；

(2)Y軸運動：由Y軸驅動組件驅動樣品瓶安裝板沿Y軸導軌移動并根據Y軸光耦的狀態確定機械原點，然后控制樣品瓶安裝板上的樣品瓶移動至相應的位置；

(3)Z軸運動：由Z軸驅動組件驅動進樣針組件沿著Z軸導軌向下移動并刺入樣品瓶中，完成取樣。

在上述的一種自動進樣器的進樣方法中，所述基板座根據X軸光耦狀態，如果X軸光耦未擋住，表面當前處于定位凹槽中，X軸驅動機構驅動基板座繼續正向移動，直到X軸光耦被擋住；當X軸光耦狀態顯示擋住時，X軸驅動機構驅動基板座反方運動，直到X軸光耦不被擋住，顯示當前處于定位凹槽狀態，并計算當前定位凹槽的寬度，如果寬度小于設定值，則基板座繼續往反向運動，直到找到大于設定值的定位凹槽位置，該位置為機械原點。

在上述的一種自動進樣器的進樣方法中，基板座根據單片機設定的計時器n＝0,X軸驅動機構往正向運動，當檢測到一個定位凹槽位置，則n＝n+1，檢測到定位凹槽位置的數量即為該數量號次的樣品瓶的位置，即所述定位凹槽的位置與樣品瓶位置一一對應，定位凹槽的中心為樣品瓶的中心。

在上述的一種自動進樣器的進樣方法中，Y軸樣品瓶定位片隨樣品瓶安裝板一起移動，樣品瓶安裝板根據Y軸光耦狀態，如果Y軸光耦未擋住，表面當前處于定位凹槽中，Y軸驅動機構驅動樣品瓶安裝板繼續正向移動，直到Y軸光耦被擋住；當Y軸光耦狀態顯示擋住時，Y軸驅動機構驅動樣品瓶安裝板反向運動，直到Y軸光耦不被擋住，顯示當前處于定位凹槽狀態，并計算當前定位凹槽的寬度，如果寬度小于設定值，則樣品瓶安裝板繼續往反向運動，直到找到大于設定值的定位凹槽的位置，該位置為機械原點。

在上述的一種自動進樣器的進樣方法中，樣品瓶安裝板根據單片機設定的計時器n＝0,Y軸驅動機構往正向運動，當檢測到一個定位凹槽位置，則n＝n+1，檢測到定位凹槽位置的數量即為該數量號次的樣品瓶要移動至的位置，定位凹槽的中心為樣品瓶的中心。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明通過步進電機精密控制進樣針的水平運動，到樣品瓶位置具有信號反饋，控制精度小于0.01mm，可有效解決直線運動過程中的失步、打滑等造成進樣針失位現象，無需編碼器，就實現進樣針的精確定位。

2、本發明的樣品瓶定位片的特殊結構，可以一次完成樣品瓶定位和原點定位，無需兩套定位設備即可實現，成本低，結構簡單、可靠。

附圖說明

圖1是背景技術的結構示意圖。

圖2是背景技術的樣品瓶的結構示意圖。

圖3是背景技術的樣品瓶的瓶蓋的結構示意圖。

圖4是本發明的結構示意圖。

圖5是圖4的A部放大示意圖。

圖中，1、導軌X；2、同步帶X；3、基座板；4、主動輪X；5、步進電機X；6、光耦X；7、光耦擋片X；8、導軌Y；9、同步帶Y；10、底板；11、主動輪Y；12、步進電機Y；13、光耦Y；14、光耦擋片Y；15、導軌Z；16、絲桿；17、同步帶Z；18、步進電機Z；19、進樣針；20、瓶蓋；21、樣品瓶；22、樣品瓶墊；23、基座；24、X軸導軌；25、基板座；26、X軸光耦；27、X軸樣品瓶定位片；28、定位凹槽；29、機械原點；30、樣品瓶；31、基板；32、Y軸導軌；33、樣品瓶安裝板；34、Y軸樣品瓶定位片34；35、Y軸光耦；36、Z軸導軌；37、進樣針組件；38、X軸主動輪；39、X軸從動輪；40、連接X軸主動輪與X軸從動輪的同步帶；41、X軸電機；42、連接Y軸主動輪與Y軸從動輪的同步帶；43、Z軸主動輪；44、Z軸從動輪；45、Z軸電機；46、絲桿；47、Y軸電機。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明并不限于這些實施例。

如圖4、5所示。一種自動進樣器，包括有取樣機構，該取樣機構包括：X軸運動組件、Y軸運動組件及Z軸運動組件；

所述X軸運動組件包括有設置在基座23上的X軸導軌24，在X軸導軌24上設置有基板座25，在基板座25上設置有X軸光耦26，在基座23上設置有X軸樣品瓶定位片27，其中X軸樣品瓶定位片27為光耦擋片，X軸樣品瓶定位片27上設置有若干個定位凹槽28，所述X軸光耦26隨基板座25由X軸驅動機構帶動沿X軸導軌24往復移動，且基板座25通過X軸光耦26狀態確定機械原點29及移動至相應的樣品瓶30上方；

所述Y軸運動組件包括有設置在基板31上的Y軸導軌32，在Y軸導軌32上設置有樣品瓶安裝板33，在樣品瓶安裝板33的一側設置有與Y軸導軌32平行的Y軸樣品瓶定位片34，其中，Y軸樣品瓶定位片34為光耦擋片，Y軸樣品瓶定位片34上設置有若干個定位凹槽28，在基板31上設置有Y軸光耦35，所述Y軸樣品瓶定位片34隨樣品瓶安裝板33由Y軸驅動機構驅動沿Y軸導軌32往復移動，且樣品瓶安裝板33通過Y軸光耦35狀態確定機械原點及將樣品瓶30移動至相應的位置；

所述Z軸運動組件包括有Z軸導軌36，Z軸導軌36設置在基板座25上，在Z軸導軌36上設置有進樣針組件37，進樣針組件37由Z軸驅動機構驅動沿Z軸導軌36移動刺入樣品瓶30進行取樣。

具體地，所述X軸驅動機構包括有X軸主動輪38、X軸從動輪39及連接X軸主動輪38與X軸從動輪39的同步帶40，X軸主動輪38由X軸電機41驅動轉動；所述基板座25固定在該同步帶40上并隨該同步帶40一起移動。

當然，X軸驅動機構也可以由氣缸、油缸、絲桿等進行替代。考慮到安裝空間、成本等關系，本實施例的皮帶輪驅動機構作為優選方案。

具體地，所述Y軸驅動機構包括有Y軸主動輪、Y軸從動輪及連接Y軸主動輪與Y軸從動輪的同步帶42，Y軸主動輪由Y軸電機47驅動轉動；所述樣品瓶安裝板33連接在該同步帶42上并隨該同步帶42一起移動。

同樣，Y軸驅動機構也可以由氣缸、油缸、絲桿等進行替代。考慮到安裝空間、成本等關系，本實施例的皮帶輪驅動機構作為優選方案。

具體地，所述Z軸驅動機構包括有Z軸主動輪43、Z軸從動輪44及連接Z軸主動輪43與Z軸從動輪44的同步帶，Z軸主動輪43由Z軸電機45驅動轉動，所述Z軸從動輪44設置在絲桿46上，進樣針組件37設置在絲桿46上并沿Z軸導軌36往復移動。

本實施例的Z軸驅動機構也可以直接由電機驅動絲桿或氣缸等結構進行代替。同樣也是考慮到安裝空間、成本等關系，本實施例的皮帶輪結合絲桿的驅動機構作為優選方案。

進一步地，所述X軸光耦26、Y軸光耦35上均設置有凹槽，所述X軸樣品瓶定位片27位于X軸光耦26的凹槽中心，Y軸樣品瓶定位片34位于Y軸光耦35的凹槽中心。

本發明的X軸運動組件為水平運動，Y軸運動組件為和水平運動相對應的垂直運動，而Z軸運動組件為進樣針在豎直方向的運動。

一個典型的采樣流程：X軸運動組件帶動進樣針移動到指定樣品瓶30的上方，Y軸運動組件帶動樣品瓶30移動到指定位置，Z組運動組件控制進樣針組件37向下運動，使進樣針刺入樣品瓶30，完成取樣。

本發明的另一個目的是提供一種自動進樣器的進樣方法，包括如下步驟：

(1)X軸運動：由X軸驅動組件驅動基板座25沿X軸導軌24移動并根據X軸光耦26的狀態確定機械原點29，然后控制基板座25根據X軸光耦26上的定位凹槽28的位置判斷并移動至樣品瓶30位置；

(4)Y軸運動：由Y軸驅動組件驅動樣品瓶安裝板33沿Y軸導軌32移動并根據Y軸光耦35的狀態確定機械原點，然后控制樣品瓶安裝板33上的樣品瓶30移動至相應的位置；

(5)Z軸運動：由Z軸驅動組件驅動進樣針組件37沿著Z軸導軌36向下移動并刺入樣品瓶30中，完成取樣。

進一步地，本發明的X軸的機械原點29確定過程如下：所述基板座25根據X軸光耦26狀態，如果X軸光耦26未擋住，表面當前處于定位凹槽28中，X軸驅動機構驅動基板座25繼續正向移動，直到X軸光耦26被擋住；當X軸光耦26狀態顯示擋住時，X軸驅動機構驅動基板座25反向運動，直到X軸光耦26不被擋住，顯示當前處于定位凹槽28狀態，并計算當前定位凹槽28的寬度，如果寬度小于設定值，則基板座25繼續往反向運動，直到找到大于設定值的定位凹槽28位置(即原點凹槽)，該位置為機械原點29。

本實施例設定定位凹槽28的寬度為1mm。則寬度小于1mm，基板座25繼續反向移動，直到找到寬度大于1mm的定位凹槽28的位置。

更進一步地，基板座25根據單片機設定的計時器n＝0,X軸驅動機構往正向運動，當檢測到一個定位凹槽28位置，則n＝n+1，檢測到定位凹槽28位置的數量即為該數量號次的樣品瓶30的位置，即所述定位凹槽28的位置與樣品瓶30位置一一對應，定位凹槽28的中心為樣品瓶30的中心。假定要找到6號為樣品瓶位，則當n＝6時，當前位置即為6號樣品瓶位。

另外，本實施例的正向運動、反向運動取決于X軸驅動機構的電機的正轉與反轉。且，電機為步進電機。

同樣地，Y軸的機械原點的確定過程如下：Y軸樣品瓶定位片34隨樣品瓶安裝板33一起移動，樣品瓶安裝板33根據Y軸光耦35狀態，如果Y軸光耦35未擋住，表面當前處于定位凹槽28中，Y軸驅動機構驅動樣品瓶安裝板33繼續正向移動，直到Y軸光耦35被擋住；當Y軸光耦35狀態顯示擋住時，Y軸驅動機構驅動樣品瓶安裝板33反向運動，直到Y軸光耦35不被擋住，顯示當前處于定位凹槽28狀態，并計算當前定位凹槽28的寬度，如果寬度小于設定值，則樣品瓶安裝板33繼續往反向運動，直到找到大于設定值的定位凹槽28的位置(即原點凹槽)，該位置為機械原點。

更進一步地，樣品瓶安裝板33根據單片機設定的計時器n＝0,Y軸驅動機構往正向運動，當檢測到一個定位凹槽28位置，則n＝n+1，檢測到定位凹槽27位置的數量即為該數量號次的樣品瓶30要移動至的位置，定位凹槽28的中心為樣品瓶的中心。

通過X軸、Y軸的移動最終確定樣品瓶30的位置，最后由進樣針組件37向下運動進樣針便能刺入樣品瓶30。

由于本發明的X軸、Y軸樣品瓶定位片27、34的定位凹槽28位置機械加工完成后，和樣品瓶30位置一一對應，電機在運動過程中，根據定位凹槽28的位置判斷樣品瓶30的位置，即使在運動過程中出現失步或者丟步等意外情況，也能非常準確的找到樣品瓶30位置。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。