一种样品预处理机构、用于直读光谱仪的全自动分析系统

摘要

本发明适用于直读光谱检测设备技术领域，提供了一种样品预处理机构，包括：进样组件，取样组件，磨样组件和转移组件。本发明通过转移组件驱动取样组件沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，实现取样组件从样品位抓取样品，并将抓取的样品转移到磨样组件进行打磨，以及将打磨后的样品转移到指定位置，或实现取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到指定位置，从而将传统的人工操作进行样品预处理转化成机器进行样品预处理，一则提高了检测效率，二则能够应对庞大的工作量，不会出现因操作人员疲惫而产生的操作失误，保证了操作人员安全和降低了操作人员劳动强度。本发明还提供了一种包括上述样品预处理机构的用于直读光谱仪的全自动分析系统。

说明书

技术领域

本发明属于直读光谱检测设备技术领域，尤其涉及一种样品预处理机构、用于直读光谱仪的全自动分析系统。

背景技术

直读光谱仪是一种快速对金属进行元素含量分析的仪器，采用原子发射光谱学的分析原理，样品经过电弧或火花放电激发成原子蒸汽，蒸汽中的原子或离子被激发后产生发射光谱，发射光谱经光导纤维进入光谱仪分光室色散成各光谱波段，根据每个元素发射波长范围，通过光电管测量每个元素的最佳谱线，每种元素发射光谱谱线强度正比于样品中该元素含量，通过内部预制校正曲线可以测定含量，直接以百分比浓度显示。

随着社会的发展进步，直读光谱仪广泛应用于铸造，钢铁，金属回收和冶炼以及军工、航天航空、电力、化工、高等院校和商检，质检等单位。目前直读光谱仪的分析操作主要是依靠人工操作，样品分析前还需要进行预处理打磨。

本发明申请人在实施上述技术方案中发现，上述技术方案至少存在以下缺陷：

人工操作进行样品预处理降低了检测效率；而且当出现较多的样品需要检测时，较大的工作量就导致操作员需要加班加点，甚至多班倒，操作人员疲惫的情况下，容易出现人为的操作失误。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种样品预处理机构，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种样品预处理机构，包括：

进样组件；所述进样组件包含有样品盘和用于驱动所述样品盘转动的第一驱动件；所述样品盘上具有多件呈圆周排列的样品位；

取样组件，用于从所述样品位抓取样品；

磨样组件，用于打磨样品；

转移组件，用于驱动所述取样组件沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，以实现取样组件从样品位抓取样品，并将抓取的样品转移到磨样组件进行打磨，以及将打磨后的样品转移到指定位置；或实现取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到指定位置。

优选的，当样品为黑色金属时，转移组件实现取样组件从样品位抓取样品，并将抓取的样品转移到磨样组件进行打磨，以及将打磨后的样品转移到指定位置；当样品为有色金属时，转移组件实现取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到指定位置。

优选的，所述取样组件包括：

机械爪，用于从所述样品位抓取样品；

第二驱动件，用于驱动所述机械爪张开或收缩；

第三驱动件，用于驱动所述机械爪转动。

优选的，所述转移组件包括：

x轴导轨；

x轴滑块，滑动设置在所述x轴导轨上；

y轴导轨，设置在所述x轴滑块上；

y轴滑块，滑动设置在所述y轴导轨上；

升降件，设置在y轴滑块上，用于驱动取样组件沿z轴方向往复运动。

优选的，所述磨样组件包括：

砂轮；

砂轮机，用于驱动所述砂轮转动，以使砂轮对样品进行打磨。

优选的，所述样品预处理机构还包括信息生成读取组件，所述信息生成读取组件包括：

标签生成器，设置在所述样品盘的一侧，用于生成标签至样品位内；

标签读取器，设置在所述取样组件上，用于读取标签。

本发明实施例的另一目的在于提供一种用于直读光谱仪的全自动分析系统，包括：

直读光谱仪，用于分析样品的元素含量；

上述中任意一项所述的样品预处理机构；样品预处理机构内的转移组件驱动取样组件将打磨后的样品转移到直读光谱仪内，或驱动取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到直读光谱仪内。

优选的，所述全自动分析系统还包括电极清理组件，所述电极清理组件包括：

电极刷头和旋转升降螺杆；

连接件；所述旋转升降螺杆设置在所述连接件上；

第一电机；所述第一电机具有两个输出端，电极刷头与第一电机的一个输出端相连，旋转升降螺杆与第一电机的另一个输出端相连；所述第一电机用于驱动电极刷头转动，以使电极刷头清理所述直读光谱仪的电极，以及用于驱动所述旋转升降螺杆在连接件上升降；

第二电机，用于驱动所述连接件转动。

优选的，所述全自动分析系统还包括样品分类组件，所述样品分类组件包括：

样品收集容器；所述样品收集容器上设有若干件样品进口；样品预处理机构内的转移组件能够驱动取样组件将直读光谱仪分析后的样品转移到所述样品收集容器内。

优选的，所述全自动分析系统还包括主控模块；所述主控模块用于控制所述全自动分析系统的运行。

本发明实施例提供的一种样品预处理机构，包括：进样组件；所述进样组件包含有样品盘和用于驱动所述样品盘转动的第一驱动件；所述样品盘上具有多件呈圆周排列的样品位；取样组件，用于从所述样品位抓取样品；磨样组件，用于打磨样品；转移组件，用于驱动所述取样组件沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，以实现取样组件从样品位抓取样品，并将抓取的样品转移到磨样组件进行打磨，以及将打磨后的样品转移到指定位置；或实现取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到指定位置。

与现有技术相比，本发明通过第一驱动件驱动样品盘转动实现样品的自动进样，通过转移组件驱动取样组件沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，实现取样组件从样品位抓取样品，并将抓取的样品转移到磨样组件进行打磨，以及将打磨后的样品转移到指定位置，或实现取样组件直接将从样品位抓取的样品转移到指定位置，从而将传统的人工操作进行样品预处理转化成了机器进行样品预处理，一则提高了检测效率，二则能够应对庞大的工作量，不会出现因操作人员疲惫而产生的操作失误，保证了操作人员安全和降低了操作人员劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种xx装置的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的取样组件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的转移组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的磨样组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的信息生成读取组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电极清理组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的样品分类组件的结构示意图。

附图中：1、样品；100、磨样组件；200、转移组件；300、取样组件；400、电极清理组件；500、进样组件；600、样品分类组件；700、信息生成读取组件；800、直读光谱仪；900、框架；101、砂轮；102、砂轮机；201、y轴导轨；202、y轴滑块；203、x轴滑块；204、x轴导轨；206、升降件；301、第三驱动件；302、第二驱动件；303、机械爪；304、第一安装件；401、旋转升降螺杆；402、连接件；403、第二安装件；404、第二电机；405、第一电机；406、电极刷头；501、样品盘；601、样品进口；602、样品收集容器；701、标签生成器；702、标签读取器；800、直读光谱仪；801、激发台；802、电极。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1

本发明一个实施例提供的一种样品预处理机构，包括：

进样组件500；所述进样组件500包含有样品盘501和用于驱动所述样品盘501转动的第一驱动件；所述样品盘501上具有多件呈圆周排列的样品位；

取样组件300，用于从所述样品位抓取样品1；

磨样组件100，用于打磨样品1；

转移组件200，用于驱动所述取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，以实现取样组件300从样品位抓取样品1，并将抓取的样品1转移到磨样组件100进行打磨，以及将打磨后的样品1转移到指定位置；或实现取样组件300直接将从样品位抓取的样品1转移到指定位置。

本发明实施例中，进样组件500、取样组件300、磨样组件100和转移组件200都设置在一个框架900内，通过这个框架900将上述组件连接成一个整体。第一驱动件可以采取为电机。

本发明实施例的工作原理如下：

进样过程：外界的输送装置可以源源不断的将样品1输送到样品盘501上，第一驱动件驱动样品盘501转动，使样品1依次进入到样品盘501上的样品位内。

取样过程：转移组件200驱动取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向中的任意一个或多个方向运动，使取样组件300移动到样品位的上方，然后转移组件200再驱动取样组件300沿z轴方向向下运动，取样组件300向下运动的过程中，取样组件300张开至最大位置，从而将样品1从样品位内抓取出来。

磨样过程：抓取样品1后，转移组件200再次驱动取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向中的任意一个或多个方向运动，使取样组件300抓取的样品1转移到磨样组件100的正上方并与磨样组件100相接触，此时，磨样组件100启动，对样品1进行打磨操作。

转移过程：样品1打磨完成后，转移组件200再次驱动取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向中的任意一个或多个方向运动，将打磨好的样品1转移到指定位置，等待检测。

此外，对于某些无需打磨的样品1，待取样组件300抓取样品1后，转移组件200可以直接驱动取样组件300将抓取的样品1转移到指定位置，等待检测。

与现有技术相比，本发明通过第一驱动件驱动样品盘501转动实现样品1的自动进样，通过转移组件200驱动取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向往复运动，实现取样组件300从样品位抓取样品1，并将抓取的样品1转移到磨样组件100进行打磨，以及将打磨后的样品1转移到指定位置，或实现取样组件300直接将从样品位抓取的样品1转移到指定位置，从而将传统的人工操作进行样品预处理转化成了机器进行样品预处理，一则提高了检测效率，二则能够应对庞大的工作量，不会出现因操作人员疲惫而产生的操作失误，保证了操作人员安全和降低了操作人员劳动强度。

作为本发明的一种优选实施例，当样品1为黑色金属时，转移组件200实现取样组件300从样品位抓取样品1，并将抓取的样品1转移到磨样组件100进行打磨，以及将打磨后的样品1转移到指定位置；当样品1为有色金属时，转移组件200实现取样组件300直接将从样品位抓取的样品1转移到指定位置。

具体的，黑色金属是工业上对铁、铬和锰的统称，也包括这三种金属的合金。以钢铁为例，由于其表面通常覆盖一层黑色的四氧化三铁，所以在检测时需要对其表面进行打磨，将四氧化三铁层去掉。

黑色金属以外的金属称为有色金属。对于有色金属，通常事先会采用车床或者铣床对分析面进行加工，所有有色金属在检测时一般无需再次打磨，只需从样品位直接抓取到指定位置等待检测即可。

通过本实施例的设置，既可以对黑色金属进行自动磨样，使黑色金属的分析面达到分析要求，同时避免磨样加工过程操作人员的参与，保证操作人员安全，也可以将有色金属不经打磨直接转移到指定位置，避免不必要的打磨过程。

如附图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述取样组件300包括：

机械爪303，用于从所述样品位抓取样品1；

第二驱动件302，用于驱动所述机械爪303张开或收缩；

第三驱动件301，用于驱动所述机械爪303转动。

具体的，取样组件300还包括第一安装件304，机械爪303与第二驱动件302连接，第二驱动件302与第三驱动件301连接，取样组件300通过第一安装件304固定设置在转移组件200上。

取样时，第二驱动件302驱动机械爪303张开或收缩，从而使机械爪303抓取样品1或将抓取的样品1释放；第三驱动件301控制机械爪303旋转，从而调整机械爪303的抓取角度。

本实施例中，第二驱动件302可以采取为拇指气缸，第三驱动件301可以采取为电机。

如附图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述转移组件200包括：

x轴导轨204；

x轴滑块203，滑动设置在所述x轴导轨204上；

y轴导轨201，设置在所述x轴滑块203上；

y轴滑块202，滑动设置在所述y轴导轨201上；

升降件206，设置在y轴滑块202上，用于驱动取样组件300沿z轴方向往复运动。

具体的，取样组件300通过第一安装件304固定设置在升降件206上。

转移组件200通过x轴滑块203在x轴导轨204上滑动带动转移组件200沿x轴方向往复运动，通过y轴滑块202在y轴导轨201上滑动带动转移组件200沿y轴方向往复运动，通过升降件206驱动取样组件300上升或下降使其沿z轴方向往复运动。

本实施例中，升降件206可以选取为液压伸缩件、气压伸缩件或电动伸缩件等。

如附图4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述磨样组件100包括：

砂轮101；

砂轮机102，用于驱动所述砂轮101转动，以使砂轮101对样品1进行打磨。

具体的，磨样组件100设置在转移组件200的下方。

在打磨时，通过转移组件200驱动取样组件300沿x轴、y轴和z轴方向中的任意一个或多个方向运动，使取样组件300抓取的样品1转移到磨样组件100的正上方，样品1的底面与砂轮101之间的距离为L，设定好分析样品1的磨样量为M。然后，升降件206驱动机械爪303下降，下降的速度缓慢减小，z轴下降路程为（L＋M），当位置下降至（L-5）mm处时下降速度降为0.1mm/s，直至下降到（L+M）时停止下降，然后升降件206驱动机械爪303上升回到下降前的位置，即完成样品分析面的打磨。

本实施例通过转移组件200和磨样组件100的配合，能够精确的控制打磨量，避免人工操作失误导致的样品1的浪费，降低样品1的使用成本；同时，磨样过程中减少人员参与，也能保证操作人员的安全。

如附图1和5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述样品预处理机构还包括信息生成读取组件700，所述信息生成读取组件700包括：

标签生成器701，设置在所述样品盘501的一侧，用于生成标签至样品位内；

标签读取器702，设置在所述取样组件300上，用于读取标签。

具体的，标签生成器701根据预定的编码规则生产标签，生产的标签粘贴在样品位内的样品1上。取样过程中，当机械爪303移动到样品盘501上某一样品位（一般是固定的取样位）的正上方时，机械爪303张开到最大程度并下降到样品1上表面位置，此时，标签读取器702读取样品1上的标签信息，然后抓取样品1。

本实施例中，信息生成读取组件700也通过框架900与其他组件连接成一个整体。标签生成器701所生成的标签可以是条形码、二维码等。

本实施例通过设置信息生成读取组件700能够建立样品1的溯源信息，在后续样品1的溯源和复检时，只需再次扫描标签，即可精准快速地找出需要溯源和复检的样品1。

实施例2

如附图1所示，本发明的一个实施例的还提供了一种用于直读光谱仪的全自动分析系统，包括：

直读光谱仪800，用于分析样品1的元素含量；

实施例1中任意一项所述的样品预处理机构；样品预处理机构内的转移组件200驱动取样组件300将打磨后的样品1转移到直读光谱仪800内，或驱动取样组件300直接将从样品位抓取的样品1转移到直读光谱仪800内。

本实施例中，直读光谱仪800通过框架900与实施例1中的样品预处理机构连接成一个整体。

本发明实施例的工作原理如下：

机械爪303按照实施例1中的工作原理将样品1转移到直读光谱仪800的激发台801上，直读光谱仪800启动运行，直读光谱仪800的软件执行相关的分析操作，直读光谱仪800的电极802对激发台801上的样品1进行相应的激发打点。一次分析激发完成后，机械爪303带着样品1按原路径返回至升降件206驱动机械爪303下降前的位置。

此时，对直读光谱仪800的电极802进行清理。电极清理完成后，机械爪303带着样品1再次移动至直读光谱仪800激发台801上电极802的正上方，然后旋转60度角，再向x轴负方向平移（R-4）mm（R为样品1的半径），下降至直读光谱仪800的激发台801上方，直读光谱仪800的软件再次执行相关的分析操作，对分析样品1进行相应的激发打点。

根据样品1激发次数设定条件，重复进行以上操作，实现样品1的直读光谱自动分析过程。

与现有技术相比，本发明实施例通过将实施例1中的样品预处理机构与直读光谱仪800进行组合，将传统的人工操作进行样品预处理转化成了机器进行样品预处理，一则提高了检测效率，二则能够应对庞大的工作量，不会出现因操作人员疲惫而产生的操作失误，保证了操作人员安全和降低了操作人员劳动强度。而且通过样品预处理机构对样品1进行预处理，能够保证样品1的分析面达到分析要求，避免应分析面的原因造成数据误差，直读光谱仪800进行样品分析时能够精确地控制激发打点的位置，避免分析时样品1激发打点出现交叉点和位置太靠边出现漏光的情况。而且驱动机构能够驱动机械爪303自动将预处理好的样品1转移到直读光谱仪800内、以及在直读光谱仪800分析过程中自动将样品1取出和再放入，进一步提高了分析系统的自动化程度，节省了又一部分人力，减少了又一过程的人工参与和人工成本。

如附图1和6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述全自动分析系统还包括电极清理组件400，所述电极清理组件400包括：

电极刷头406和旋转升降螺杆401；

连接件402；所述旋转升降螺杆401设置在所述连接件402上；

第一电机405；所述第一电机405具有两个输出端，电极刷头406与第一电机405的一个输出端相连，旋转升降螺杆401与第一电机405的另一个输出端相连；所述第一电机405用于驱动电极刷头406转动，以使电极刷头406清理所述直读光谱仪800的电极802，以及用于驱动所述旋转升降螺杆401在连接件402上升降；

第二电机404，用于驱动所述连接件402转动。

具体的，本实施例中，电极清理组件400也通过框架900与分析系统内的其他组件连接成一个整体。电极清理组件400通过第二安装件403设置在框架900上。第一电机405可以选取为微型电机，第二电机404可以选取为伺服电机。

对直读光谱仪800的电极802进行清理时，第二电机404带动连接件402旋转至直读光谱仪800激发台801的电极802正上方，然后第一电机405驱动电极刷头406旋转，并同时驱动旋转升降螺杆401在连接件402缓慢下降，旋转升降螺杆401带动电极刷头406下降至刚好清理电极802的高度，电极清理完成后，第一电机405停止驱动电极刷头406，并同时驱动旋转升降螺杆401在连接件402缓慢上升，旋转升降螺杆401带动电极刷头406上升至原位置，随后第二电机404带动连接件402回到原来的位置。

本实施例通过设置电极清理组件400，在每次分析激发完成后能够自动清理直读光谱仪800的电极802，进一步提高了分析系统的自动化程度，节省了又一部分人力，减少了电极清理的人工参与和人工成本，同时避免了两次激发之间忘记清理电极802而造成数据误差的情况。

如附图1和7所示，作为本发明的一种优选实施例，所述全自动分析系统还包括样品分类组件600，所述样品分类组件600包括：

样品收集容器602；所述样品收集容器602上设有若干件样品进口601；样品预处理机构内的转移组件200能够驱动取样组件300将直读光谱仪800分析后的样品1转移到所述样品收集容器602内。

具体的，样品分析完成后，机械爪303带着样品1，根据设定的分类条件，移动至对应的样品分类投放位置（即样品进口601的正上方），然后机械爪303张开，将样品1放入对应的样品收集容器602内，即完成对分析样品1的分类。

本实施例通过设置样品分类组件600，能够对分析完成的样品1进行合理的分类，使得后期溯源和复检时不至于太过混乱，导致无法找到需要溯源和复检的样品1。

作为本发明的一种优选实施例，所述全自动分析系统还包括主控模块；所述主控模块用于控制所述全自动分析系统的运行。

具体的，本实施例的主控模块和其他各个组件自身的控制模块通路电路连接在一起。主控模块通过向各个组件的控制模块发送指令来控制整个分析系统的运行，使得整个分析系统无需人能额外操作，能够自动完成样品1的进样、取样、样品分析、电极清理、样品分类等过程。本实施例的主控模块可以是PLC控制模块、处理器等，与标签生成器701设置在一起。

以取样组件300为例，取样组件300上本身具有取样控制模块，主控模块通过向取样控制模块发送指令来控制取样组件300的取样过程。在取样组件300抓取样品1后，主控模块还可以根据机械爪303的收紧量测量出样品1的半径R。

以样品分析为例，直读光谱仪800本身具有控制模块，主控模块通过向该控制模块发送指令来控制样品1的分析过程。

全自动分析系统内其他组件的控制过程与上述取样组件300和直读光谱仪800类似，此处不一一详细介绍。

总体而言，本实施例的全自动分析系统具有以下优点：

1、通过将实施例1中的样品预处理机构与直读光谱仪800进行组合，一则提高了检测效率，二则能够应对庞大的工作量，不会出现因操作人员疲惫而产生的操作失误，保证了操作人员安全和降低了操作人员劳动强度；

2、通过磨样组件100和转移组件200的配合，能够精确的控制打磨量，避免人工操作失误导致的样品1的浪费，降低样品1的使用成本；同时，磨样过程中减少人员参与，也能保证操作人员的安全；

3、通过设置信息生成读取组件700，能够建立样品1的溯源信息，在后续样品1的溯源和复检时，只需再次扫描标签，即可精准快速地找出需要溯源和复检的样品1；

4、通过设置电极清理组件400能够自动在每次分析激发完成后清理直读光谱仪800的电极802，避免两次激发之间忘记清理电极802而造成数据误差的情况；

5、通过设置样品分类组件600，能够对分析完成的样品1进行合理的分类，使得后期溯源和复检时不至于太过混乱，导致无法找到需要溯源和复检的样品1；

6、通过设置主控模块，能够实现从进样到样品分类全过程的自动化分析，能够实现样品分析的无人值守，节约较高的人工成本，提高分析效率，避免人员操作失误。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。