检验设备的移动部件相关知识培训教案.docx

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1、检睑设备的移动部件相关知识培训教案移动部件的移动方向1.1 检验设备的方向定义：面对仪器，左右方向(LeftRightdireCtion)定义为X方向，前后方向(FrontReardireCtion)定义为Y方向，上下方向(UPDoWndireCtiOn)也就是垂直(Vertical)方向定义为Z方向，任何方向的旋转(Rotate)或摆动(Swing)定义为。方向。旋转和摆动的定义在大部分设备中并没有特殊的区别，二者都是旋转(Rotate)。但在有些设备中，将可以持续进行360。旋转的才称为旋转(Rotate),不能进行360旋转，在一定角度范围内往复圆周运动的称为摆动(Swing).对于Z方

2、向和。方向，各个厂家的各类设备都没有不同。而对于X方向和Y方向，有时候会有相反的说法。这里面除了笔误外,还有参照物的原因。一般都是以仪器整体作为参照，面对仪器的正面判断XY方向。而有些仪器的定义不是这么严格，有的是根据仪器不同的方向，根据部件所在的位置进行判断。例如，一个针臂位于仪器右侧，那么就面对仪器右侧，左右方向就是X方向，与面对仪器正面的前后方向正好相反。还有的设备定义是面对部件本身进行判断，这种方法对于某些部件安装在与仪器物理坐标相交的位置有很好的帮助，比如有些针臂是斜向安装的，无法根据仪器正面说出其运动属于X方向还是Y方向。不过这种情况不是那么重要，称其为前后运动也好，左右运动也罢，

3、甚至伸缩运动都可以。1.2 移动部件的移动方向组合：这里讲解的是检验设备的主要移动结构，有些使用较少的结构并不包含在内。所有的盘运动都是。方向旋转，包括顺时针CW(Clockwise)方向和逆时针CCW(Counterclockwise)方向。而针臂几乎都包括Z方向运动和其它方向运动的组合。冲洗站结构功能比较单一，所以采用单纯的Z方向移动。常见的摆动和垂直方向的组合，一般称为OZ方向移动，也成为摆动针臂。例如大部分的样品试剂针臂。而在部分发光设备、血凝设备和生化设备中，采用了XYZ方向的移动方式，由于这些设备的针臂都采用在仪器上方安装龙门支架,将针臂吊在空中的方式,这就是吊臂俗称的来历。这类结

4、构一般应用在速度不高的设备上，速度过快则很难满足要求。一般为了降低仪器的复杂程度，很多情况下避免将0方向和XY方向进行组合，但在HitaChi的LabSPeCtOO8/006和Roche的Cobas701/702机型中，样品针臂单纯的Z方式无法兼顾轨道采样和反应盘分配，因此增加了X方向的移动，形成了XOZ的移动方式。同样还是这几种机型，为了顾及到每个试剂盘的内外圈两套试剂盒六个试剂腔的吸取和反应盘的分配，将单纯的OZ结构改为0OZ结构，使用两套摆臂兼顾直线方向上六至八个位置的精确移动。还有一种采用了上下方向和前后方向的移动，可以简单的称为XZ或YZ方向移动，也会被称为伸缩(TeleSCoPie

5、)移动。2盘式移动的结构及监测样品盘、急诊盘、试剂盘、反应盘的旋转移动方式都称为盘式移动(DiSkMoVe或DiSkRotate),分为电机传送带驱动方式和电机齿轮驱动方式。1.1 电机传送带驱动方式：这是比较传统的驱动方式，由电机(Motor)、主动带轮(ACtiVepulley)、同步传送带(SynChronoUSConVeyorbelt)、从动带轮(DriVenPUlIey)、托盘(Tray/Table)组成。其中，主动带轮和从动带轮的按照一定的传动比(带轮比driveratio/PUlleyratio)设计，带轮分为国标、欧标和美标三大类，一般根据设备设计生产所在国的习惯选择。带轮的材

6、料一般是金属铝、其它合金材料、尼龙、聚四氟乙烯等，使用顶丝或键槽与电机或从动轴配合使用。同步传送带(Synchronousconveyorbelt)也称为时序带(COnVeyOrbelt/Timingbelt),属于啮合型传送带，同步带传动通过传送带内表面上等距分布的横向齿和带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动。与摩擦型传送带比较，同步传送带的带轮和传送带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比。但同步带传动对中心距及其尺寸稳定性要求较高。同步带的材料基体是聚氨酯或氯丁橡胶，承载层是伸缩率极小的钢丝、玻璃纤维等。在一次张紧后，长时间使用伸长率极小，同步带节距基本上没有变化，很少丢步，传动效率高。同时

7、传动平稳，具有缓冲减震效果。托盘一般采用金属铝、不锈钢或其它金属材质，很少采用塑胶材质。样品盘、急诊盘、试剂盘通过销钉、定位槽、锁扣等方式与托盘连接，与电机驱动同步转动，完成驱动过程。这种驱动方式比较灵活，电机和从动轮可以相距很远，布局上不受限制。特别是在多圈盘嵌套，且分别旋转的设计中。1.2 电机齿轮驱动方式:这也是传统的驱动方式，由电机(Motor)、主动齿轮(ACtiVegear)、从动齿轮(Drivengear)组成，过大的从动齿轮有时还需要中间齿轮(MiddIegear)配合，比如反应盘。齿轮几乎都是金属材质，主动齿轮通过顶丝键槽与电机或从动轴配合使用。从动齿轮分为有轴和无轴两种结构

8、,有轴的结构比较简单,常见的样品盘设计都是如此。从动齿轮与托盘通过轴隔仓(试剂仓或样品仓内外相隔)配合使用，主动齿轮驱动从动齿轮，从动齿轮带动轴，从而驱动带轮和带轮上的样品盘或试剂盘旋转。这种结构将驱动和从动的托盘隔仓布局，充分隔离了可能的温度对驱动装置的干扰，比如试剂盘样品盘的低温和冷凝水。从动轮的无轴设计最为常见的是Abbott的Architect生化和发光设备的试剂盘和样品盘(c4000和所有i系统)，还有几乎所有设备的反应盘设计中。在样品盘和试剂盘这种小径盘中，电机、主动齿轮和从动齿轮同仓布局，而冷藏则选择风冷，尽可能的降低冷凝水的生成，减少对驱动装置的干扰。当然，也会采取一些简单的隔

9、离措施。在这种结构中，由于没有中心轴支撑，所有从动齿轮需要支撑轮配合。一般按照齿轮的圆周方向，按照一定的角度配置外推支撑轮或内推支撑轮，有时从动齿轮过大，还需要底部支撑轮。这样，从动齿轮在这些支撑轮的配合下，只能按照无形的中心轴进行旋转，不会出现串动、跳动。支撑轮由支撑座、滚轮和轴承装配而成，有时一个支撑座同时具有外推和底部两个滚轮。使用这种结构，托盘或者样品盘、试剂盘、反应杯联等直接安装在从动齿轮上，通过销钉、锁扣、螺丝等固定。结构更加紧凑，可靠性极高，没有传送带导致的故障和传动晃量。安装拆卸简单,不需要拆除整个盘单元就可以拆除电机、润滑齿轮等。几乎不需要进行调整，日常维护仅需要定期对齿轮和

10、支撑轮轴承进行润滑即可。盘式移动结构几乎不允许晃量存在。如果检查到晃量，应重新张紧传送带，重新装配齿轮啮合间隙。1.3 盘式移动结构的监测：在盘式结构的底部，从动轮的上部有一个与从动轮同时运动的码盘(CodeDisk),也被称为棘轮(Ratchet),就是一个圆盘开有很多均匀的槽口，槽口与样品盘的样品位、试剂盘的试剂位一一对应。而反应盘的也有类似的结构，只不过反应盘的从动轮在盘式结构的上面，有单独的码盘，也有借用反应杯联上的棘轮，几组反应杯组成一个完整的反应盘，也就形成了完整的码盘。码盘的槽口有时候开在码盘的底部，有时候在外侧，有开放式的，也有闭口式的。码盘的作用是与传感器配合，进行盘式结构移

11、动的定位监测。定位监测一般采用初始位置传感器(HOmeSenSOr)和停止位传感器(StopSensor),这是一种比较经济的设计。码盘上的槽口有一个与众不同，这个位置就是初始位置。初始位置传感器在盘式结构复位或旋转时监测这个位置，从而得知盘式结构复位，计数器重新开始新的一圈计数。这样可以减少累积误差。停止位传感器也叫计数传感器(CountSensor)或者叫分度传感器(IndexSensor),也有人翻译成索引传感器。意思相同，不用计较名字是否准确，多音多义字词哪个国家的语言都有，没什么奇怪的。停止位传感器用来计数码盘上的槽口数量，离开初始位置后，盘式结构移动了几个槽口的位置，也就是转动了几

12、个反应杯、试剂瓶、样品位的位置，从而得知目前几号位在什么位置。虽然两个传感器就可以完成监测，但在早期的设计中，使用了三个或更多的传感器。这种方式一般是由两个传感器监测初始位置，两个传感器监测停止位置。初始位置传感器和停止位传感器都是光电开关，或者称为非线性光耦。一般都采用槽型开口。也有使用霍尔传感器的，需要在码盘上安装磁铁以便触发。虽然采用一个初始位置传感器，通过计数步进来确定位置也是可行的。但在检验设备中由于定位精度要求较高，这种方法不太适用，逐个位置的误差一圈累积下来也是要命的，所以很少见到。在驱动电机轴上使用增量编码器，码盘上使用一个初始位置传感器，这种方法目前比较流行。增量编码器成本稍

13、微高一些，但精度高出几个数量级。编码器类似缩小版的码盘，在极小的圆周上蚀刻大量的槽口，这些槽口的间隙亚亳米级或者微米级，有时还有多圈槽口。检测这些槽口的是光电传感器。这样电机轴旋转一圈，可以细分成几百上千个检测点，从而使控制精度提高到一个不可思议的程度。很少由使用绝对编码器的，如果使用绝对编码器,编码器的安装是有方向性的，如果安装位置不正确，会导致计数方向相反或完全错位。这一点不像增量编码器，仅计算从初始位置开始移动的步进量。驱动电机一般都选择步进电机，精度较高的使用五相步进电机，极少数使用伺服电机。而使用伺服电机就需要伺服电机控制器来驱动。就是我们在仪器中常见到很大的方形盒子,专门驱动一个电

14、机。不像步进电机驱动板那么小巧。在高速驱动的结构中，步进电机需要配置阻尼块，安装在电机轴上，如果有编码器的话安装在编码器的外侧。在刹车时电机迅速停机，不会因惯性而产生晃动、拖步或丢步。这种结构在Hitachi的Labspect系列和RocheCobas701/702上可以见到。盘式移动结构的定位可以是多种多样的，可以是软件步进调整，软件自动调整，人工硬件调整等。3 Z方向移动的结构及监测单纯Z方向移动的结构大部分应用在冲洗站结构上，动作比较单一。结构往往采用电机和凸轮组合方式，电机单方向转动，组件上下往复。有时结构高度过高时，会增加一个线性导轨，也就是直线轴承，承担结构的上下辅助，驱动还是电机

15、和凸轮。这种结构保养维护仅仅限于润滑，其余方面几乎不需要考虑。监测一般采用一个上位传感器，也就是初始位置传感器即可，不需要下位监测，因为下位是定死的，不可更改。如果下位位置过低，可以调整机构高度，不需要调整步进或传感器位置。但有些设备并没有采用凸轮结构，而是使用电机、螺杆、导轴的组合。这样的结构就需要上下位传感器组合监测。调整时可以调整上下位的步进或传感器位置。4 YZ/XZ方向移动的结构与监测YZ或XZ方向移动的机构大部分用在搅拌装置上，也有用在生化、发光、血球等设备的针臂系统上。这类装置动作比较单一，尽在反应杯和冲洗池之间做直线转移上下移动。上下移动采用电机和凸轮，或者电机、螺杆、导杆组合

16、，也可以直接使用电机驱动直线轴承。i般需要一个初始位置也就是上位传感器监测，也有配置下位传感器的。直线移动，或者称为前后/左右移动则是电机驱动联动杆，使搅拌棒形成前后移动。有时候会配置一个初始传感器。这种结构在Siemens的Advia系列和CanCon的FX8机型上可以见到。更为简单的设计是使用一个电机，在凸轮和U型槽的配合下，完成上升前进下降，上升后退下降的全部过程。只需要一个初始位置传感器监测即可。这种结构在SiemenS的AtellicaSolutionCH机型中可以见到。YZ或XZ方向移动的机构拆卸安装比较简单，维护只需要简单的润滑即可。但如果组件解体的话，装配稍微复杂一些。整个组件

17、的可靠性很高。但结构上配套的搅拌棒、搅拌电机与其它设备一样，属于较为频繁的更换部件。以血球计数仪为代表的机型，多使用这种结构，通过电机、传送带、导杆组合，驱动针上下左右或前后移动，一般一个初始位置传感器，通过步进计数进行定位。这是因为血球的定位精度要求并不高，其吸取与分配容器较大，亳米级的误差根本不用在意。也有采用多个传感器组合定位的，很少采用编码器结构，用不着这么精细。5 OZ方向移动的结构与监测这是绝大多数样品试剂针的移动方式，结构较为成熟。很多样品针、试剂针、机械手、托架等结构都采用。上下移动通过电机、螺杆、导杆配合，驱动花键轴托架上下移动。花键轴在花键副的配合下，保持垂直移动。同时在花

18、键副上安装轴承和带轮，由电机和传送带驱动旋转摆动。花键副和轴承、带轮一般组成一体，俗称轴套(Bushing)0花键轴做成中空的，将针的管道和传感器引线布置在这里，这样整个装置没有暴露的管线。在上下移动结构中，需要有一个以上的传感器进行定位监测。根据结构的使用用途，需要一个上位/初始位置传感器，可能需要一个下位/最低位置传感器。在针臂系统中，这个最低位置传感器安装在针臂上，称为撞针传感器(CrashSensor)o有时在上位传感器下部安置一个或多个位置传感器，用于监测安全摆动高度、部分特殊高度等。一般来说，上位初始位置传感器是不可调整，这里是机械行程的端点，没办法调整。针臂系统的高度调整一般通过

19、调整针臂机械高度。上下位置定位由于是直线方向，所以需要一个挡片遮挡传感器即可。方向是这类结构需要定位位置最多的方向，有时多达10多个位置，摆动角度高达300。.如果这些位置都装配一个传感器监测很不现实，在不大的直径范围内安装10多个传感器，没人会这么干，定位也非常麻烦。大部分设备选择配置一个初始位置传感器，然后计算步进的方式。这种方式虽然简单,调整也很方便，但精度很差，一旦出现丢步拖步，简直就是灾难。所以就有了初始位置传感器和编码器配合的方式，精度有了很大的提高，也是目前较为流行的设计方式。以BeCkmanC。UlterAU为代表的机型，方向采用多个传感器组合判断的方式，多达五个传感器组合判断

20、初始位置、各个停止位置。码盘使用了双层，传感器也是两层布局，通过排列组合进行位置判断。以HitaChi的LabSPeCtOO8/006和Roche的Cobas701/702为代表的机型中，试剂针臂由于需要在直线方向多个位置进行摆动，一个摆臂无法完成，所以设计了两套摆臂，在一个升降机构中，形成0OZ方向移动，也成为双OZ方向移动。OOZ方向移动的结构上下运动与OZ方向移动的结构一样，电机驱动螺杆，在导杆的配合下驱动花键轴上下移动。花键轴是两套嵌套安装，分别由两个电机驱动，外部花键轴通过旋转电机和传送带控制长摆臂移动。内部花键轴过旋转电机和传送带驱动长摆臂内的带轮，然后通过长摆臂内的传送带与短摆臂

21、的带轮连接，驱动短摆臂移动。这种结构，就没办法将管线布置在花键轴中空处了，只能外接一个套管。而短摆臂内安装了针、撞针传感器、液面探测前置放大板。上下位置、每个摆动臂都配有初始位置传感器和安全位置传感器。还有的机型不使用花键轴，针臂安装在轴承外圈上，轴承内圈连接螺杆，这样上下摆动都可以顺利完成。还是Hitachi的LabSPeCt008和Roche的Cobas701/702为代表的机型中，样品针臂没办法做的过长，无法一次从轨道摆动到反应盘。所以将针臂复杂化，增加了X方向的移动，形成XoZ方向移动的机构。这样摆臂做的很短。在XOZ方向移动的机构中，Z上下移动使用电机、传送带、线性导轨进行驱动。通过

22、上位传感器和安全传感器监测。O摆动方向使用电机和传送带驱动摆臂，摆臂内装配针、撞针传感器、液面探测前置放大板。使用两个传感器和码盘进行监测。X方向移动使用电机和传送带以及直线导轨配合，带动摆臂机构前后移动。使用两个传感器进行监测。6 XYZ方向移动的结构和监测这种结构也是经常见到的，一般在血凝、生化、发光等设备上。不仅仅用在样品试剂针上，也会用到机械手、托架等也是用这种结构。大多数情况下，多个针臂共用一个龙门架，同步或分别移动。在低速机型中，样品、试剂针可能是一个；或者样品试剂针分开，但多个试剂针同步XYZ方向移动，这也就意味着有些试剂针可能需要空吸或者不工作。在高速机型中，各针分别动作。虽然

23、也有每个针臂单独龙门的设计，但是很少，代表性的机型是beckmanCoulter的DXI的试剂针，属于YZ方向的移动结构，缺少一个方向，不过没什么关系。还有的机型带有试剂盒自动装载机构，属于XZ或YZ结构。在一个龙门架上布置多个针臂的结构，必然会出现每个针臂的活动范围有限制，这是必然的，毕竟针臂间会有干涉的区域。XYZ方向移动的结构大部分采用电机、传送带、导轴配合驱动。由于X方向或Y方向距离过大，所以速度不可能过高。XYZ方向移动机构的监测，基本上是每个方向都有一个或两个传感器，也有的使用初始位置传感器和编码器配合使用。虽然XYZ方向移动结构速度不高，但有效的利用了检验设备的上部空间，将下部空

24、间释放，以便安装更大的试剂样品存储位置和反应盘位置，所以还是有很大的优势。为了解决速度瓶颈，很多厂家开始使用直线电机(LinearMotor)技术，速度远远高于摆臂模式。在检验设备的吊臂上使用直线电机一般在X方向设置两个滑轴，滑轴上装置两个移动块。在术语中，这两根滑轴其实是动子，里面是多个磁钢紧密压接在一起的。而移动块其实是定子，通电后不断变换磁极，与动子中的磁钢配合，形成前后移动和刹车停止。这相当于将传送的线绕电机展平使用，转子就是动子，而线圈就是动子。这种结构可以通过霍尔元件实时监测定子的移动距离、速度，通过温度传感器监测可能的温度变化，控制精度高,整个结构变得简单。目前采用这种结构的机型

25、是Siemens的AtellicaSolution的SH进样器，以及Inpec流水线的某些模块上。可以预见将来此种结构会得到大量的采用，光是充分利用上层空间，释放下层空间这一条优势就无可替代。毕竟样品试剂量要求越来越多，反应盘越做越大，但整个设备的大小又有限制，发展上层空间势在必行。直线电机目前的价格较高，而且动子的磁钢压接技术貌似不甚成熟，故障率较高。而且无法维修，只能更换。不过这不是什么不可攻克的难点，随着使用量的大量增加，解决这一问题我认为是轻而易举，不是什么难事。不过，直线电机方式在一个方向上速度很快，但在三个方向上综合评判，按照现在的移动结构动作原则来说，并没有多少优势，成本却增加不

26、少。所以，需要修改动作原则。7移动结构的总结7.1 移动结构的动作原则：盘式结构转动时，相关的针臂结构必须处于上位；摆臂摆动时，必须处于上位；针臂上下移动时，盘式结果或针臂摆动必须停止；无论何种结构的针臂，复位时必须处于上位。最后一条Siemens的AtellicaSolutionCH的搅拌机构例外，它的复位是插入到冲洗池下的。如果采用吊臂结构，吊臂的XY移动完全可以与下层的盘式结构同时，仅在盘式结构停止时，吊臂再下降。7.2 移动结构的维修保养：简单来说就是润滑、除尘。润滑针对的是螺杆、导轴、齿轮、直线导轨、导轮、轴承等部件，而带轮、传送带以及塑料结构不需要润滑。润滑时应先清除旧的油脂，再涂

27、抹新的润滑脂。润滑脂采用齿轮脂或光轴脂，很多机型二者都是分开，甚至还有其它种类的润滑脂或润滑油使用。但就机械设备而言，检验设备的各个移动部件都属于低速低负载的结构，使用齿轮脂或光轴脂区别不大，根本觉察不到。尽可能的不要使用液体润滑，这与过多的使用润滑脂一样，容易附着灰尘杂物，造成板结导致机构行程受阻。平心而论，几十块钱1公斤的锂基润滑脂与数万元1公斤的氟素润滑脂，但就检验设备而言没有可察觉的差异。除尘主要是指移动结构的传感器处的灰尘,这些灰尘或杂物会干扰传感器光路或码盘槽口，从而导致误判误动作。乙醇、异丙醇都是常用的清洁剂，在不会影响到传感器内部电子元件的情况下，水是最容易获得的液体，完全可以

28、。但84液或次氯酸钠溶液禁止使用，一旦渗入到电子元件中，传感器就会不可逆的损坏，只能更换。很多同行都有类似的经验，一旦机械移动结构报错，首先做的工作就是擦拭传感器。这种做法虽然属于有枣没枣打一杆试试，没有什么大的问题。问题在于擦拭之后故障依旧的处理思路。移动机构出现问题，设备会发出相应的报警，需要仔细研读报警含义，大部分设备会指向明确的位置或传感器。需要观察移动挡片或码盘相应的槽口是否到达指定的传感器位置,如果到达,则需要擦拭传感器并测量传感器是否损坏，引线及接头是否可靠。如果没有到达，则检查移动结构是否受阻，装配是否不正确，连接是否可靠。如果结构带有编码器，注意编码器的拆卸安装十分精细。对射

29、光电传感器拆卸安装时不要碰坏弯折很薄的码盘。拆卸安装或擦拭码盘时依然要小心，不要碰坏。不过，最新的设备采用的编码器都是整体安装的，不存在分体拆卸安装的问题，所以不需要清洗，整体更换即可。7.3 移动结构的定位：对于单独的移动结构来说，复位时挡片或码盘总会与初始传感器接触。对于整机来说，总有一个定位依据，这个依据一般来说是反应盘，这在生化、发光、血凝等设备中是常用的方式。先将反应盘定位准确,然后其它相关部件根据反应盘进行定位。定位操作一般都是手工机械位置定位和软件步进定位结合，以反应盘为基准的定位大多采用手工机械定位，其它相关部件采用软件步进定位。也有全部都是手工机械定位的设备O以AbbottA

30、rchitect和WerfenACLTOP为代表的机型中，使用各针的液面探测传感器LLS和撞针传感器，进行整机的全自动定位。通过驱动各针与预设的金属靶标或工装接触，判断每个位置的预设偏移量步进值，整个过程不需要人工干预，自动完成自动计算保存。虽然不能将所有移动部件自动定位，有些还是需要手工定位，但大大的减轻了工作量。这种设计是可取的，与成本无关，仅仅与理念有关。7.4 其它：总体来说，检验设备的移动结构对于机械设备来讲没有多少高新的技术，都是成熟的技术应用，也不算过于紧凑。维修拆卸安装并不更杂。电机和传感器偶尔会发生损坏，但绝不是常态。传送带有时会断裂需要更换，依然是少数案例。至于机械零件：花键轴、轴套、轴承、螺杆导轴等几乎不会发生需要更换的损坏。但也不是绝对，总有刁民想害朕，总有人被豆腐撞死。还是那句话，个例不能代表整体，偶尔出现无法避免，很多情况下无法分析原因。