CN115999193A - 基于ai视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法；设置在实验平台的X轴直线运动单元、X轴直线运动单元上固定移液泵，两组移液针组件经过移液泵联通；X轴直线运动单元上同时固定Z轴直线运动单元带动的液面监测视觉相机组件；实验平台上设有移液针清洗单元和两排萃取瓶架，每排瓶架可放置多组萃取瓶；视觉液面监测器用于检测液液萃取分液面是否产生，并监测液面；清洗单元用于对移液针本体进行清洗；实验平台上还设有读码器。本发明通过自动化操控多工位实现多个样品的预处理和液液萃取任务，通过清洗单元对移液针本体进行清洗避免试剂污染，实现多任务自动切换，提高效率，减少失误。

Description

基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法

技术领域

本发明属于实验室自动化萃取设备领域，尤其是涉及基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法。

背景技术

液液萃取是基于溶质在两种互不相溶液体中分配系数的不同实现目标物的分离及浓缩。待分离的为萃取相，萃取后的溶剂称为萃余相。液液萃取是一种常见的实验及分析样品前处理方法之一。萃取试验操作繁杂，重复性强，持续时间长，而且具有连续性要求。目前绝大多数为人工完成这一系列复杂的试验操作，对人体伤害较大，效率低，长时间试验误操作率也同时增加。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法，通过自动化操控多工位实现多个样品的预处理，提高效率，减少失误。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，包括设置在实验平台的X轴直线运动单元，移液泵、液面监测视觉相机组件、两组移液针组件、萃取瓶架、清洗单元和计算机中控***；

两组所述萃取瓶架平行设置在实验平台的上，每组所述萃取瓶架底部均设有磁力搅拌器，所述萃取瓶架放置萃取瓶，磁力搅拌器用于对萃取瓶内液体旋转实现液体充分混合；

X轴直线运动单元设置在两组萃取瓶架之间，X轴直线运动单元还设有Z轴直线运动单元，实现Z轴直线运动单元在X轴向的移动；

所述Z轴直线运动单元设有移液泵和两组移液针组件，每组移液针组件均对应一个Z轴直线运动员；实现两组移液针组件在Z轴方向的同时移动或单一移动；两组移液针组件相互连通，且均分别连通至移液泵；两组移液针组件与两组萃取瓶架一一对应；

每组萃取瓶架的端部均设有一个清洗单元，所述清洗单元用于移液针组件的移液针本体的内外壁进行清洗；

X轴直线运动单元还设有液面监测视觉相机组件，用于监测萃取瓶中液液萃取分液面是否产生；

实验平台上还设有读码器；X轴直线运动单元、Z轴直线运动单元、移液泵、液面监测视觉相机组件、磁力搅拌器和清洗单元均连接至计算机中控***。

进一步的，每一个磁力搅拌器所在的位置作为一个工位，每个工位的位置信息均保存于计算机中控***中。

进一步的，所述两个移液针组件的两个移液针本体，移动轨迹分别与两组萃取瓶架对应。

进一步的，所述移液针本体用于吸取萃取瓶中的液体，或将液体输入到萃取瓶中。

进一步的，清洗单元包括清洗管和排液管路，清洗管设置在排液管路内，清洗管底部通过一号管路连接至清洗液盛放容器，排液管路底部通过二号管路连通至排废液***。

进一步的，排液管路的管径大于清洗管的管径，清洗管的管径大于移液针本体的管径。

进一步的，一号管路中设有清洗泵和电磁阀，清洗泵和电磁阀信号连接至计算机中控***。

基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

萃取液和混合液在同一个萃取瓶中；

S11、确定成分；将盛有待萃取液的萃取瓶放入到带磁力搅拌器一排的萃取瓶架中，另一排萃取瓶架中对应位置放入一个同样规格的新的空瓶；萃取瓶放入到萃取瓶架之前，须持瓶到读码器读取瓶的身份码；

S12、磁力搅拌；控制磁力搅拌器工作，通过计算机中控***设置磁力搅拌器的转数、搅拌时间，搅拌完毕计算机中控***控制磁力搅拌器关闭，

S13、分层；静置分层，等待萃取；

S14、分析液面；完成静置的萃取瓶向计算机中控***发出通知指令，计算机中控***控制视觉相机及移液单元通过X轴直线移动单元移动到该位置，视觉相机在X轴直线移动单元驱动下，自上而下扫描拍摄静置后萃取瓶，由图像算法确定液体分液面位置；

S15、萃取移液；Z轴直线移动单元控制器一号移液针自动下移动；按待萃取液体在分层的上层或下层的实际情况，一号移液针下移到分液面顶部或瓶底部，二号移液针同时移动至另一侧的空瓶中，控制移液泵工作，进行移液作业将萃取瓶内的液体移动到空瓶中，空瓶中的二号移液针的位置通过计算机中控***设定，移液时，通过视觉液面监测器对二号萃取瓶的液面进行检测，当液面达到二号移液针的针尖位置时，停止移液；

S16、移液针清洗；萃取瓶内是萃取余项，此时完成移液作业的一号移液针和二号移液针在X轴直线移动单元和Z轴直线移动单元的配合下，进入到清洗单元进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；

S17、萃取瓶收集；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶取走；继续进行上述循环操作，直至全部萃取完成。

萃取液和混合液分别在两个萃取瓶中；

S21；分瓶放置；一号萃取瓶内放置萃取液，二号萃取瓶内放置混合液，

S22；移液；计算机中控***控制二号移动架，将一号移液针移动到一号萃取瓶内，二号移液针移动到二号萃取瓶内，控制移液泵工作，将一号萃取瓶内的萃取液，加入到二号萃取瓶内的混合液中，

S23、分层；加入完毕一号移液针和二号移液针抬起，计算机中控***控制磁力搅拌器工作对二号萃取瓶摇晃，加速分层，设置摇晃时间；

S24、液面检测；一号移动架控制视觉液面监测器移动到二号萃取瓶位置，对液面的分层情况进行检测，若检测分层合格，萃取完毕，若检测分层不合格，继续上述操作直至萃取完成；

S25、移液针清洗；萃取完成后的移液针的二号移动架的带动下进入到清洗单元进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶取走。

相对于现有技术，本发明基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法具有以下优势：

(1)本发明基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法，通过计算机中控***控制，同时下达任务指令，同一时间对多个工位上的多个样品进行预处理，同时分段自动工作，并且自动检测工作进度。

(2)本发明基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法，采取自动控制移动架，视觉液面检测器实时进行监测，待萃取瓶萃取完成，萃取瓶通过机械手自动搬运，节省人力，让萃取的质量更高。

(3)本发明基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法移液泵自动移液及自动洗针和管路清洗，实现多任务连续全自动液液萃取一系列复杂试验流程；可全面实现智能全自动无人化实验过程，相较于人工萃取效率高，误操作率低，使得***可以无污染的连续执行多萃取任务，高效自动化实现液液萃取。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置及使用方法示意图。

附图标记说明：

1、实验平台；2、X轴直线移动单元；3、萃取瓶；4、移液泵；5、液面监测视觉相机组件；6、移液针组件；7、萃取瓶架；8、清洗单元；81、清洗管；82、排液管路；9、计算机中控***。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，如图1所示，包括设置在实验平台1的X轴直线运动单元，移液泵4、液面监测视觉相机组件5、两组移液针组件6、萃取瓶3架、清洗单元8和计算机中控***9；

两组所述萃取瓶3架平行设置在实验平台1的上，每组所述萃取瓶3架底部均设有磁力搅拌器，所述萃取瓶3架放置萃取瓶3，磁力搅拌器用于对萃取瓶3内液体旋转实现液体充分混合；

实施例1，两组萃取瓶架底部均设有磁力搅拌器，实施例2，两组中仅有一组萃取瓶架底部设有磁力搅拌器；

X轴直线运动单元设置在两组萃取瓶3架之间，X轴直线运动单元还设有Z轴直线运动单元，实现Z轴直线运动单元在X轴向的移动。X轴直线运动单元和Z轴直线运动单元分别能够实现直线移动的模组，是市面可以采购到的零部件；

所述Z轴直线运动单元设有移液泵4和两组移液针组件6，每组移液针组件6均对应一个Z轴直线运动单元；实现两组移液针组件6在Z轴方向的同时移动或单一移动；两组移液针组件6相互连通，通过移动泵在二者之间进行液体交换，且均分别通过移液泵4连通至液源，用于对萃取液的吸取；两组移液针组件6与两组萃取瓶3架一一对应；

每组萃取瓶3架的端部均设有一个清洗单元8，所述清洗单元8用于移液针组件6的移液针本体的内外壁进行清洗；

X轴直线运动单元还设有液面监测视觉相机组件5，用于监测萃取瓶3中液液萃取分液面是否产生；

实验平台1上还设有读码器；X轴直线运动单元、Z轴直线运动单元、移液泵4、液面监测视觉相机组件5、磁力搅拌器和清洗单元8均连接至计算机中控***9。

优选的，每一个磁力搅拌器所在的位置作为一个工位，每个工位的位置信息均保存于计算机中控***9中。

作为实施例1，磁力搅拌器的布局是混乱无序的，使用前会将这些磁力搅拌器所在的位置信息录入计算机中控***9，通过计算机中控***9控制移液针本体到目标设定位置；

作为实施例2，萃取区内的磁力搅拌器成组分布，至少每两个磁力搅拌器为一组作为萃取组，萃取瓶3和磁力搅拌器一一对应，例如：两个磁力搅拌器作为一组，一共为整理排列的4组，即磁力搅拌器的排列分布为两行，每行为4个；具体的，磁力搅拌器是能够从市场中购买的设备，通过磁力搅拌器对萃取瓶3内的液体进行摇晃，加速分层。

优选的，所述两个移液针组件6的两个移液针本体，移动轨迹分别与两组萃取瓶3架对应。

作为一个实施例，移液针本体的数量为两个或两个以上，两个或两个以上移液针本体通过管路连通至移液泵4，移液泵4再通过管路连通至其他液体源，两个或两个以上移液针本体，可以一个移液针本体对应一个液体源，也可能多个移液针本体对应一个液体源，优选的两个或两个以上移液针本体能够通过移液泵4进行连通，即A移液针本体和B移液针本体，在移液泵4的操作下，A移液针本体能够将C液体吸入，然后通过B移液针本体将C液体输出到目标位置；

移液泵4为在市面中能够购买的产品，优选的，液体能够不经过移液泵4直接在管路中流通，避免通过移液泵4后对液体造成污染，造成实验数据的不准确。

优选的，所述移液针本体用于吸取萃取瓶3中的液体，或将液体输入到萃取瓶3中。

优选的，清洗单元8包括清洗管81和排液管路82，清洗管81设置在排液管路82内，清洗管81底部通过一号管路连接至清洗液盛放容器，排液管路82底部通过二号管路连通至排废液***；优选的，一号管路中设有清洗泵和电磁阀，清洗泵和电磁阀信号连接至计算机中控***9。

计算机中控***9控制清洗泵和电磁阀打开，干净的液体从液源通过一号管路流道清洗管81，用于清洗的水为单向持续流出，水从清洗管81流出进入到排液管路82，而后排出，不会为实现台的环境造成污染和破坏，

优选的，排液管路82的管径大于清洗管81的管径，清洗管81的管径大于移液针本体的管径；排液管路82和清洗管81的位置都是固定的，并且会将位置信息输入到计算机中控***9汇中，在计算机中控***9的控制下，便于移液针本体能够在二号移动级架的带动下快速准确的进入到清洗管81中；

优选的，计算机中控***9为PLC或其他电子控制单元，通过使用成熟的计算机中控***9对整体的萃取流程实现控制，减少实物，提高效率。

每一个萃取过程开始之前，机械手抓住萃取瓶3会移动到读码器装置处，每一个萃取瓶3的瓶身上均设有身份信息二维码，读码器读取它的身份后将信号传递给计算机中控***9，计算机中控***9识别后将萃取瓶3放入到目标位置；此程序后，萃取瓶36身份识别号和液体数据的对应关系会被上传到计算机中控***9，完成这个数据身份的记录和跟踪；

基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置的使用方法，包括以下步骤：

实施例1、萃取液和混合液在同一个萃取瓶3中；

S11、确定成分；将盛有待萃取液的萃取瓶3放入到带磁力搅拌器一排的萃取瓶3架中，另一排萃取瓶3架中对应位置放入一个同样规格的新的空瓶；全自动液液萃取***，各种瓶的放入取出由机械手接受中控指令完成；独立液液萃取站，各种瓶的放入取出由人员完成；不管是全自动***还是独立工作站，放入到液液萃取工站各种瓶之前萃取瓶3放入到萃取瓶3架之前，须持瓶到读码器读取瓶的身份码；瓶身上的身份吗可以一试条码、二维码、RFID码等；

S12、磁力搅拌；控制磁力搅拌器工作，通过计算机中控***9设置磁力搅拌器的转数、搅拌时间，搅拌完毕计算机中控***9控制磁力搅拌器关闭，

S13、分层；静置分层，等待萃取；

S14、分析液面；完成静置的萃取瓶3向计算机中控***9发出通知指令，计算机中控***9控制视觉相机及移液单元通过X轴直线移动单元2移动到该位置，视觉相机在X轴直线移动单元2驱动下，自上而下扫描拍摄静置后萃取瓶3，由图像算法确定液体分液面位置；

S15、萃取移液；Z轴直线移动单元控制器一号移液针自动下移动；按待萃取液体在分层的上层或下层的实际情况，一号移液针下移到分液面顶部或瓶底部，二号移液针同时移动至另一侧的空瓶中，控制移液泵4工作，进行移液作业将萃取瓶3内的液体移动到空瓶中，空瓶中的二号移液针的位置通过计算机中控***9设定，移液时，通过视觉液面监测器对二号萃取瓶3的液面进行检测，当液面达到二号移液针的针尖位置时，停止移液；

S16、移液针清洗；萃取瓶3内是萃取余项，此时完成移液作业的一号移液针和二号移液针在X轴直线移动单元2和Z轴直线移动单元的配合下，进入到清洗单元8进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；

S17、萃取瓶3收集；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶3取走；继续进行上述循环操作，直至全部萃取完成。

实施例2、萃取液和混合液分别在两个萃取瓶3中；

S21；分瓶放置；一号萃取瓶3内放置萃取液，二号萃取瓶3内放置混合液，

S22；移液；计算机中控***9控制二号移动架，将一号移液针移动到一号萃取瓶3内，二号移液针移动到二号萃取瓶3内，控制移液泵4工作，将一号萃取瓶3内的萃取液，加入到二号萃取瓶3内的混合液中，

S23、分层；加入完毕一号移液针和二号移液针抬起，计算机中控***9控制磁力搅拌器工作对二号萃取瓶3摇晃，加速分层，设置摇晃时间；

S24、液面检测；一号移动架控制视觉液面监测器移动到二号萃取瓶3位置，对液面的分层情况进行检测，若检测分层合格，萃取完毕，若检测分层不合格，继续上述操作直至萃取完成；

S25、移液针清洗；萃取完成后的移液针的二号移动架的带动下进入到清洗单元8进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶3取走。

实施例3、通过清洗单元8、移液针本体、移液泵4之间的配合，实现对移液针本体以及管路的清洗，使得装置可以无污染的连续执行萃取任务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：包括设置在实验平台的X轴直线运动单元，移液泵、液面监测视觉相机组件、两组移液针组件、萃取瓶架、清洗单元和计算机中控***；

两组所述萃取瓶架平行设置在实验平台的上，每组所述萃取瓶架底部均设有磁力搅拌器，所述萃取瓶架放置萃取瓶，磁力搅拌器用于对萃取瓶内液体旋转实现液体充分混合；

X轴直线运动单元设置在两组萃取瓶架之间，X轴直线运动单元还设有Z轴直线运动单元，实现Z轴直线运动单元在X轴向的移动；

所述Z轴直线运动单元设有移液泵和两组移液针组件，每组移液针组件均对应一个Z轴直线运动员；实现两组移液针组件在Z轴方向的同时移动或单一移动；两组移液针组件相互连通，且均分别连通至移液泵；两组移液针组件与两组萃取瓶架一一对应；

每组萃取瓶架的端部均设有一个清洗单元，所述清洗单元用于移液针组件的移液针本体的内外壁进行清洗；

X轴直线运动单元还设有液面监测视觉相机组件，用于监测萃取瓶中液液萃取分液面是否产生；

实验平台上还设有读码器；X轴直线运动单元、Z轴直线运动单元、移液泵、液面监测视觉相机组件、磁力搅拌器和清洗单元均连接至计算机中控***。

2.根据权利要求1所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：每一个磁力搅拌器所在的位置作为一个工位，每个工位的位置信息均保存于计算机中控***中。

3.根据权利要求1所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：所述两个移液针组件的两个移液针本体，移动轨迹分别与两组萃取瓶架对应。

4.根据权利要求2所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：所述移液针本体用于吸取萃取瓶中的液体，或将液体输入到萃取瓶中。

5.根据权利要求1所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：清洗单元包括清洗管和排液管路，清洗管设置在排液管路内，清洗管底部通过一号管路连接至清洗液盛放容器，排液管路底部通过二号管路连通至排废液***。

6.根据权利要求5所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：排液管路的管径大于清洗管的管径，清洗管的管径大于移液针本体的管径。

7.根据权利要求5所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置，其特征在于：一号管路中设有清洗泵和电磁阀，清洗泵和电磁阀信号连接至计算机中控***。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的基于AI视觉液面监测的多工位连续全自动液液萃取装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

萃取液和混合液在同一个萃取瓶中；

S11、确定成分；将盛有待萃取液的萃取瓶放入到带磁力搅拌器一排的萃取瓶架中，另一排萃取瓶架中对应位置放入一个同样规格的新的空瓶；萃取瓶放入到萃取瓶架之前，须持瓶到读码器读取瓶的身份码；

S12、磁力搅拌；控制磁力搅拌器工作，通过计算机中控***设置磁力搅拌器的转数、搅拌时间，搅拌完毕计算机中控***控制磁力搅拌器关闭，

S13、分层；静置分层，等待萃取；

S14、分析液面；完成静置的萃取瓶向计算机中控***发出通知指令，计算机中控***控制视觉相机及移液单元通过X轴直线移动单元移动到该位置，视觉相机在X轴直线移动单元驱动下，自上而下扫描拍摄静置后萃取瓶，由图像算法确定液体分液面位置；

S15、萃取移液；Z轴直线移动单元控制器一号移液针自动下移动；按待萃取液体在分层的上层或下层的实际情况，一号移液针下移到分液面顶部或瓶底部，二号移液针同时移动至另一侧的空瓶中，控制移液泵工作，进行移液作业将萃取瓶内的液体移动到空瓶中，空瓶中的二号移液针的位置通过计算机中控***设定，移液时，通过视觉液面监测器对二号萃取瓶的液面进行检测，当液面达到二号移液针的针尖位置时，停止移液；

S16、移液针清洗；萃取瓶内是萃取余项，此时完成移液作业的一号移液针和二号移液针在X轴直线移动单元和Z轴直线移动单元的配合下，进入到清洗单元进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；

S17、萃取瓶收集；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶取走；继续进行上述循环操作，直至全部萃取完成；

萃取液和混合液分别在两个萃取瓶中；

S21；分瓶放置；一号萃取瓶内放置萃取液，二号萃取瓶内放置混合液，

S22；移液；计算机中控***控制二号移动架，将一号移液针移动到一号萃取瓶内，二号移液针移动到二号萃取瓶内，控制移液泵工作，将一号萃取瓶内的萃取液，加入到二号萃取瓶内的混合液中，

S23、分层；加入完毕一号移液针和二号移液针抬起，计算机中控***控制磁力搅拌器工作对二号萃取瓶摇晃，加速分层，设置摇晃时间；

S24、液面检测；一号移动架控制视觉液面监测器移动到二号萃取瓶位置，对液面的分层情况进行检测，若检测分层合格，萃取完毕，若检测分层不合格，继续上述操作直至萃取完成；

S25、移液针清洗；萃取完成后的移液针的二号移动架的带动下进入到清洗单元进行清洗，清洗完毕后等待下一次萃取的进行；通过机械手将萃取完成后的二号萃取瓶取走。

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