中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，移液器作為實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的精密計(jì)量工具，其校準(zhǔn)技術(shù)也在不斷革新。2025 年，移液器行業(yè)迎來(lái)了全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的重大突破，這一技術(shù)不僅提高了校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度，還為化學(xué)計(jì)量的數(shù)字化變革提供了有力支持。本文通過(guò)對(duì)移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的研制與應(yīng)用進(jìn)行探討，展示了這一技術(shù)在提升移液器校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

  一、移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的研制背景

  《2025-2030年中國(guó)移液器行業(yè)市場(chǎng)調(diào)查研究及投資前景分析報(bào)告》指出，移液器作為一種高精度的可調(diào)容量計(jì)量器具，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、質(zhì)檢中心、食品藥品監(jiān)督檢驗(yàn)所等檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)。移液器的準(zhǔn)確性直接影響化驗(yàn)結(jié)果以及添加劑、霉菌等有毒有害物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)醫(yī)療健康和食品藥品安全的監(jiān)管起到重要作用。然而，傳統(tǒng)的移液器校準(zhǔn)主要依賴人工操作，不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)人為誤差。隨著實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，開發(fā)一套全自動(dòng)移液器校準(zhǔn)裝置成為行業(yè)發(fā)展的必然需求。

  二、移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的硬件設(shè)計(jì)

  (一)移液器的抓取及定位

  移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的核心在于實(shí)現(xiàn)移液器的自動(dòng)抓取、定位和校準(zhǔn)。裝置采用伺服電機(jī)通過(guò)同步輪與絲桿連接，實(shí)現(xiàn)三向運(yùn)動(dòng)功能，并在三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向分別加裝位置控制器，以實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)定位及防過(guò)沖功能。特制的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)夾爪配合漫反射傳感器，能夠穩(wěn)定抓取不同粗細(xì)的移液器。此外，儲(chǔ)料架的設(shè)計(jì)提升了檢測(cè)效率，確保移液器在抓取過(guò)程中保持垂直狀態(tài)。

  (二)基于機(jī)器視覺(jué)的移液器容量調(diào)整

  移液器容量值的識(shí)別及準(zhǔn)確調(diào)整是校準(zhǔn)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)。裝置采用機(jī)器視覺(jué)(CCD)技術(shù)替代人眼完成數(shù)據(jù)讀取功能，通過(guò)智能 CCD 的 OCR 檢測(cè)功能配合深度學(xué)習(xí)及模糊算法，實(shí)時(shí)監(jiān)控和拍攝移液器的示值。設(shè)計(jì)可開合旋轉(zhuǎn)夾爪對(duì)移液器旋鈕進(jìn)行抓握及旋轉(zhuǎn)，使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)夾爪調(diào)節(jié)移液器頂部的容積調(diào)整旋鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同容量的調(diào)節(jié)功能。CCD 拍攝的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至 PLC，并通過(guò) PLC 反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)移液器不同校準(zhǔn)點(diǎn)的容積切換，達(dá)到精確控制容量的功能。

  (三)移液器液位識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  移液器槍頭插入深度影響吸液量，因此需要對(duì)液面位置及槍頭零點(diǎn)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。裝置在儲(chǔ)液裝置下面安裝重量傳感器，通過(guò)計(jì)算抽液量與儲(chǔ)液裝置液面的線性關(guān)系，確定液面零點(diǎn)位置。采用漫反射傳感器確定槍頭零點(diǎn)位置，系統(tǒng)通過(guò)零位反饋，輸出信號(hào)給 Z 軸滑動(dòng)模組，確保槍頭在液面下 2~3 mm，避免了人工操作時(shí)每次實(shí)驗(yàn)槍頭浸入液面深度不同帶來(lái)的誤差。

  (四)移液器吸/放液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  移液器按鈕的按壓精度決定了容量值的準(zhǔn)確性。裝置設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)夾爪作為按壓機(jī)構(gòu)，并在按壓機(jī)構(gòu)下方安裝壓力傳感器，用于獲取移液器按鈕按壓時(shí)接觸面的壓力。通過(guò)分析移液器的兩個(gè)停止點(diǎn)的位置，裝置能夠準(zhǔn)確識(shí)別移液器兩段按壓區(qū)間，實(shí)現(xiàn)移液器吸、放液功能，精度可達(dá)到 ±5 g，且重復(fù)性好，遠(yuǎn)大于人手對(duì)壓力的分辨力。

  (五)移液器液體循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  對(duì)大量移液器進(jìn)行連續(xù)校準(zhǔn)時(shí)，儲(chǔ)液裝置水位下降，稱重?zé)吭黾忧抑亓繒?huì)超過(guò)天平最大量程，制約了移液器連續(xù)自動(dòng)校準(zhǔn)。裝置設(shè)計(jì)了液體循環(huán)系統(tǒng)，在儲(chǔ)液槽和稱重?zé)g連接軟管及蠕動(dòng)泵。天平數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給蠕動(dòng)泵，蠕動(dòng)泵隨天平數(shù)值變化開啟、關(guān)閉，完成液體內(nèi)部循環(huán)，防止稱量燒杯過(guò)載或天平超出最大量程，實(shí)現(xiàn)大批量移液器連續(xù)自動(dòng)校準(zhǔn)工作。

  三、移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的運(yùn)動(dòng)控制及通信

  移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有多個(gè)伺服電機(jī)、重量傳感器、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、蠕動(dòng)泵等運(yùn)動(dòng)及識(shí)別機(jī)構(gòu)。為了兼容不同型號(hào)移液器，裝置設(shè)計(jì)了可自定義的軟件，通過(guò)多參數(shù)對(duì)方法及路徑進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的靈活調(diào)整?？删幊炭刂破?PLC)具有穩(wěn)定的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)，可以處理復(fù)雜的邏輯控制任務(wù)，同時(shí)集成多種通信協(xié)議，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。PLC 通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與 CCD 的通信及多軸聯(lián)動(dòng);通過(guò)串口與上位機(jī)軟件、蠕動(dòng)泵、重量傳感器進(jìn)行通信，確保校準(zhǔn)過(guò)程的完整統(tǒng)一。

  四、移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

  為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并形成自動(dòng)記錄，裝置設(shè)計(jì)了基于 Python 的上位機(jī)人機(jī)交互界面，通過(guò)內(nèi)置控制面板實(shí)現(xiàn)移液器校準(zhǔn)功能的選擇。使用 MySQL 建立數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，并通過(guò) PyMySQL 庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和訪問(wèn)。電子天平通過(guò)串口與上位機(jī)相連，自動(dòng)獲取移液器排液質(zhì)量并對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及分析。在原始記錄模板、數(shù)據(jù)庫(kù)和不確定度計(jì)算知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上，裝置能夠智能生成電子記錄及證書。整個(gè)軟件遵循自頂向下、模塊化的設(shè)計(jì)思想，程序結(jié)構(gòu)清晰易懂，具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性。

  五、移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的應(yīng)用與展望

  移液器行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的研制成功，標(biāo)志著移液器校準(zhǔn)技術(shù)的重大突破。該裝置不僅提高了移液器的校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度，還為化學(xué)計(jì)量的數(shù)字化變革提供了有力支持。通過(guò)機(jī)器視覺(jué)及可編程控制器(PLC)替代人工完成移液器的常規(guī)校準(zhǔn)操作，裝置實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、上傳，形成電子記錄和證書，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器代替人工完成所有校準(zhǔn)過(guò)程。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅釋放了更多的生產(chǎn)力，還為探索量大面廣的理化類設(shè)備的自動(dòng)化校準(zhǔn)提供了研究思路，推動(dòng)了化學(xué)計(jì)量向數(shù)字化變革的進(jìn)程。

  綜上所述，2025 年移液器行業(yè)在全自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的研制成功，不僅提高了校準(zhǔn)效率和準(zhǔn)確度，還為化學(xué)計(jì)量的數(shù)字化變革提供了有力支持。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和應(yīng)用的進(jìn)一步推廣，移液器全自動(dòng)校準(zhǔn)裝置將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，助力實(shí)驗(yàn)室高效準(zhǔn)確工作。

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