一种定量加液装置及系统

技术领域

本发明涉及自动精准加液技术领域，特别涉及一种定量加液装置及系统。

背景技术

在检测行业自动精准加液领域，普遍采用注射器移注液，但在驱动结构及精度时效上各不相同，随着对产品检测效率的不断提升，在单位时间内精准加液的频率越来越高(简称高时效)。目前市面主流精准加液主流为步进电机驱动丝杠螺母型机构、以逐步替代步进电机驱动齿轮机构或皮带机构实现移注液。

无论是步进电机、惯穿轴式步进电机或是外部驱动式步进电机，都会产生摩擦力较大或精度一般的现象，因此都不能完全满足高响应，高时效高精度的检测需求。为使精度尽可能精确，现普遍做法为通过软件驱动吸液后，微吐液，用反向动作消除丝杠螺母与丝杆的机械间隙以达到较高准确性及重复性。

发明内容

本发明目的在于提供一种定量加液装置，其能够使得丝杆和丝杆螺母之间无间隙滑移且高精确度，以间隙配合实现最小的摩擦力，最低的动能损耗，最高的瞬发速度，最大限度实现步进电机低损耗、高响应特点。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请所提供一种定量加液装置，包括架体，所述架体上设有可供可拆卸式滑动组件轴向运动的第一滑槽，所述滑动组件通过丝杠轴与电机相连；所述滑动组件内套设有螺母组件，所述螺母组件包括丝杠螺套和花键螺套，丝杠螺套和花键螺套都采用螺纹连接，且分别与丝杠轴丝连，所述丝杠螺套和所述花键螺套同轴滑动连接且共同配合在所述丝杠轴上；所述丝杠螺套的外壁上设有弹簧，所述丝杠螺套的一端具有丝杠螺母，所述花键螺母的一端具有限位卡套，所述弹簧用于撑起所述丝杠螺母和所述限位卡套。

现有技术是普遍采用注射器移注液，但在驱动结构及精度时效上各不相同，目前市面主流精准加液主流为步进电机驱动丝杠螺母型机构、以逐步替代步进电机驱动齿轮机构或皮带机构实现移注液，但是采用这些类型的电机在结构上可能会复杂或是摩擦力较大或是精度一般，都不能完全满足高响应，高时效高精度的检测需求。

本发明为消除丝杆螺母在移动中的径向间隙对注射杆径向剪切力的影响，尽可能保持注射杆直线度，在丝杆单侧或两侧安装直线导轨做定向定位。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，滑动组件包括滑动板，所述滑动板的一端可拆卸式套设在所述丝杠螺母上，另一端与所述第一滑槽可滑动配合。

在本申请的实施例中，将滑动板转外部驱动式步进电机，丝杆轴上消隙螺母并拧紧，在滑动板侧面拧紧内六角圆柱头螺钉。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，滑动板具有螺纹组件和连接于所述螺纹组件的定位板，所述定位板滑动连接于所述第一滑槽，所述螺纹组件可拆卸式套设在所述丝杠轴上；所述螺纹组件与所述丝杠螺母连接，所述螺纹组件上的内孔套设在所述丝杠轴上。

在本申请的实施例中，滑槽接触面小，就会减少相应的摩擦，保证了一定的强度。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，定位板的一端具有连接部，另一端具有光耦触发部；所述光耦触发部与所述架体上设有的光电开关相适配；所述连接部与所述光耦触发部之间设有可与第一滑槽相互滑动配合的滑动部。

在本申请的实施例中，所述连接部采用U型体结构，U型结构上设有相适配的定位孔和定位孔凸台，另一端为光耦触发部，当脱离了光电开关，触发了光电开关上的红外装置，处于运动状态。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，滑动部具有第一滑移面，所述第一滑移面的两侧具有让位区，所述让位区为斜面结构。

在本申请的实施例中，斜面结构为倒角，斜面防止注射器异常，滑板卡死到铝合金夹角，且防止异常面接触导致角度损伤。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述架体包括第一板、第二板和第三板，所述第二板垂直连接于所述第一板和所述第三板之间；所述第三板远离所述第一板的一侧设有轴承压板，所述丝杠轴穿过所述滑动组件中的螺纹于轴承压板上，所述轴承压板通过第二螺钉紧固在所述第三板上。

在本申请的实施例中，第二板垂直连接于所述第一板和所述第三板之间，第一板上设有轴承安装孔，第三板上设有电机凸台安装孔，都可用来安装轴承设置的安装孔。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述电机上方设有防水板，所述防水板垂直于所述电机的顶面。

在本申请的实施例中，防水板防止水落下损害电机。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，第二板的内侧壁设有光耦安装位，所述光耦安装位通过第一螺钉将光电开关固定于架体的侧壁上，所述光电开关位于所述电机的下方。

在本申请的实施例中，原点光耦安装位，为使滑动板为光电开关触发板远离滑动板圆弧面，更有利于机械加工及生产。

一种定量加液系统，包括外板，所述外板远离所述丝杠轴的一侧面与所述架体的另一侧面紧密贴合；所述外板上端设有电磁阀组件，下端设有第二滑槽，所述第一滑槽与所述第二滑槽相通形成滑槽端；所述电磁阀组件通过注射器与所述滑动组件连接，所述滑动组件与所述滑槽端相适配且可轴向滑动连接。

在本申请的实施例中，外板和架体通过圆柱销连接起来，滑动组件的注射器与电磁阀组件连接，第三电磁阀在第二电磁阀上，第一电磁阀相对于第二电磁阀和第三电磁阀。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，电磁阀组件包括第二电磁阀和第一电磁阀，所述外板的一侧设有第二电磁阀，所述外板的另一侧设有交汇板，所述第一电磁阀安装在所述交汇板的一侧，所述交汇板和第一电磁阀均设在所述电机上方。

在本申请的实施例中，所述光电开关位于所述第二板的接近丝杠轴的一侧的中间位置，交汇块电磁阀垂直放置，可直接通过背部或侧向流道布局实现单液体循环功能；交汇块电磁阀前后各放置一个，可实现两种液体交互流动功能。

所述第二板上设有可供所述滑动板轴向运动的所述第二滑槽；所述第一滑移面与所述滑槽端内侧壁上的第二滑移面相适配且可轴向滑动连接。

由于，可附加些延伸，通过交汇块、电磁阀组件的集成式配合使用，使恒温液体直接在交汇块内部实现循环流动，依靠第一电磁阀和第三电磁阀的直接切换，保证注射器内部液体的恒温使用，有效降低管路静止热量损耗，改善温度对化学反应的直接影响。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种定量加液装置及系统，滑动板在满足轴向运动的径向限位滑移外，兼顾注射器柱塞抽拉杆的轴向滑移，原点光耦触发功能，相比常规注射泵，取消全部直线导轨等定向辅助结构，物料更少，结构更简单；能够使得丝杆和丝杆螺母之间无间隙滑移且高精确度，以间隙配合实现最小的摩擦力，最低的动能损耗，最高的瞬发速度，最大限度实现步进电机低损耗、高响应特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的背面结构示意图。

图2是本发明实施例提供的正面结构示意图。

图3是本发明实施例提供的注射泵滑动板结构示意图。

图4是本发明实施例提供的注射器下支架结构示意图。

1-电机、2-第一螺钉、3-光电开关、4-滑动板、5-架体、7-轴承压板、8-第二螺钉、9-外板、10-交汇板、11-第一电磁阀、12-防水板、13-第二电磁阀、14-第三电磁阀、15-注射器、16-限位板、17-锁紧销、19-圆柱销、20-螺纹组件、21-光耦触发部、22-第一滑移面、23-定位孔、24-定位孔凸台、25-电机凸台安装孔、26-光耦安装位、27-第二滑移面、28-轴承安装孔、29-第一板、30-第二板、31-第三板、32-定位板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

请参阅图1-4所示，本申请实施例提供一种定量加液装置，包括架体5，架体5上设有可供可拆卸式滑动组件轴向运动的第一滑槽，滑动组件通过丝杠轴与电机1相连；滑动组件内套设有螺母组件，螺母组件包括丝杠螺套和花键螺套，丝杠螺套和花键螺套同轴滑动连接且共同配合在丝杠轴上；丝杠螺套的外壁上设有弹簧，丝杠螺套的一端具有丝杠螺母，另一端具有限位卡套，弹簧用于撑起丝杠螺母和限位卡套。

可选的，滑动组件包括滑动板4，滑动板4的一端可拆卸式套设在丝杠螺母上，另一端与第一滑槽可滑动配合；将滑动板4转外部驱动式步进电机1，丝杆轴上消隙螺母并拧紧，在滑动板4侧面拧紧内六角圆柱头螺钉。

可选的，滑动板4具有螺纹组件20和连接于螺纹组件20的定位板32，定位板32滑动连接于第一滑槽，螺纹组件20可拆卸式套设在丝杠轴上；螺纹组件20与丝杠螺母连接，螺纹组件20上的内孔套设在丝杠轴上；滑槽接触面小，就会减少相应的摩擦，保证了一定的强度。

可选的，定位板32的一端具有连接部，另一端具有光耦触发部21；光耦触发部21与架体5上设有的光电开关3相适配；连接部与光耦触发部21之间设有可与第一滑槽相互滑动配合的滑动部；连接部采用U型体结构，U型结构上设有相适配的定位孔23和定位孔凸台24，另一端为光耦触发部21，当脱离了光电开关3，触发了光电开关3上的红外装置，处于运动状态。

可选的，滑动部具有第一滑移面22，第一滑移面22的两侧具有让位区，让位区为斜面结构；斜面结构为倒角，斜面防止注射器15异常，滑板卡死到铝合金夹角，且防止异常面接触导致角度损伤。

可选的，架体5包括第一板29、第二板30和第三板31，第二板30垂直连接于第一板29和第三板31之间；第三板31远离第一板29的一侧设有轴承压板7，丝杠轴穿过滑动组件中的螺纹于轴承压板7上，轴承压板7通过第二螺钉8紧固在第三板31上；第二板30垂直连接于第一板29和第三板31之间，第一板29上设有轴承安装孔28，第三板31上设有电机凸台安装孔25，都可用来安装轴承设置的安装孔。

可选的，电机1上方设有防水板12，防水板12垂直于电机1的顶面；防水板12防止水落下损害电机1。

可选的，第二板30的内侧壁设有光耦安装位26，光耦安装位26通过第一螺钉2将光电开关3固定于架体5的侧壁上，光电开关3位于电机1的下方；原点光耦安装位26，为使滑动板4为光电开关3触发板远离滑动板4圆弧面，更有利于机械加工及生产。

一种定量加液系统，包括外板9，外板9远离丝杠轴的一侧面与架体5的另一侧面紧密贴合；外板9上端设有电磁阀组件，下端设有第二滑槽，第一滑槽与第二滑槽相通形成滑槽端；电磁阀组件通过注射器15与滑动组件连接，滑动组件与滑槽端相适配且可轴向滑动连接。

可选的，外板9和架体5通过圆柱销19连接起来，滑动组件的注射器15与电磁阀组件连接，第三电磁阀14在第二电磁阀13上，第一电磁阀11相对于第二电磁阀13和第三电磁阀14。

可选的，电磁阀组件包括第二电磁阀13和第一电磁阀11，外板9的一侧设有第二电磁阀13，外板9的另一侧设有交汇板10，第一电磁阀11安装在交汇板10的一侧，交汇板10和第一电磁阀11均设在电机1上方；光电开关3位于第二板30的接近丝杠轴的一侧的中间位置，交汇块电磁阀垂直放置，可直接通过背部或侧向流道布局实现单液体循环功能；交汇块电磁阀前后各放置一个，可实现两种液体交互流动功能。

第二板30上设有可供滑动板4轴向运动的第二滑槽；第一滑移面22与滑槽端内侧壁上的第二滑移面27相适配且可轴向滑动连接。

需要说明的是，在现有技术中，采用步进电机1但传动方式不同的机械结构有三种：

第一是步进电机1通过联轴器驱动丝杠及丝杠螺母，固定在丝杠螺母端面的拉杆支座拉动注射杆滑动实现移注液。相对结构较复杂，零件较多，联轴器选型不佳或抱死不紧密可能存在打滑现象，且不能保证绝对同轴度。为确保丝杆螺母的直线滑移，在丝杆单侧安装直线滑轨，做定向使用，但因公差因素导致存在径向偏移优化为双侧直线滑轨。另丝杆与丝杆螺母因材料加工形变或配合公差存在间隙，致移注液液量存在波动。

第二步是进电机1通过同步带轮啮合同步带齿，拉动滑块上拉杆支座带动注射杆滑动实现移注液，装配中带轮张紧力强弱，传动惯量导致的带轮抖动，及带轮老化导致带轮松弛都会导致加液量准确度的漂移及稳定性波动。为解决皮带惯量抖动，在带轮附近安装直线导轨，但导轨滑块为调试预紧，个体阻力差异间接导致电机1驱动负载存在微量差异波动，且滑块本身存的径向间隙导致移注液存在液量波动，相比较丝杆电机1波动范围较大。

第三步是步进电机1通过传动齿轮组啮合降速后传动至齿条拉杆支座拉动注射杆滑动实现移注液。通过多个小模数齿轮组的重叠啮合，虽可以合理分散机械间隙，相比皮带传送可有效提升移注液精度，但结构复杂，装配调整困难。对加工生产及调试要求较高，笨重且生产成本较高。这三种结构都会有不同程度的缺陷。但是如果采用惯穿轴式步进电机1时，丝杆直接穿过电机1线圈，丝杆做旋转移动运动，丝杆转动拉动固定在顶端的拉杆支座，拉动注射杆滑动实现移注液。虽相应时间相对较快，但丝杆在电机1中前后串动，占用体积空间较大，当丝杆负载后传动至电机1最远距离，负载受力导致丝杆形变或因轴向受力弯曲致电机1内部轴承受力不均衡加速滚珠磨损，影响寿命或使性能逐步降低。上类的结构复杂或摩擦力较大或精度一般，但是都不能完全满足高响应，高时效高精度的检测需求，为使精度尽可能精确，现普遍做法为通过软件驱动吸液后，微吐液，用反向动作消除丝杠螺母与丝杆的机械间隙以达到较高准确性及重复性。

综上所述，本发明采用注射器15下的架体5为U型版型，最大限度减少加工过程和时效，减少过程能量损耗及过程设备折损，并且滑动板4的特殊结构造型，在在满足轴向运动的径向限位滑移外，兼顾注射器1515柱塞抽拉杆的轴向滑移，原点光耦触发功能。相比常规注射泵，取消全部直线导轨等定向辅助结构，物料更少，结构更简单。

需要说明的是，步进电机1电机1的输出特性为：输出扭矩越大，转速越低；转速越高，输出扭矩越小。滑动板4采用具有高强度自润滑能力的工程塑料材质，侧面滑动受力面采用凹槽设计，在满足径向剪切力不损伤滑动面的强度前提下，以间隙配合实现最小的摩擦力，最低的动能损耗，最高的瞬发速度，完美结合电机1特性，最大限度实现步进电机1低损耗、高响应特点。

可附加些延伸，本发明根据实际测试数据统计，注射器15单元结构无软件修正加注液偏差≤0.05mg，最快单动作周期＜25ms。以极少物料配合使用，大多零件无尺寸精度要求，最大限度降低装配操作度，以精巧的运动结构，合理的余量分配，实现最小批间差及系统误差。

定量加液系统的工作原理如下：使用一定弹力的柔性弹簧将丝杆螺母和限位卡套在设计距离内轴向撑起，利用作用在双丝杆螺母轴向侧顶力、确保双丝杆螺母反向贴死螺杆螺纹，利用双丝杆螺母与丝杆间轴向反作用力达到轴向机械无间隙；利用花键槽的轴向滑移径向定位原理，对双丝杆螺母进行键槽径向限位，确保双丝杠螺母的径向同步；通过丝杠螺母的轴向消隙、径向限位确保丝杆与丝杆螺母的零间隙配合。在使用中，消隙螺母在轴向弹簧反向力下，滑动板4随消隙螺母轴向位置不变做径向旋转运动。因为滑动板4置入架体5中间滑槽内，造成滑槽侧面阻挡力大于消隙螺母轴向反向力，使径向运动转为消隙螺母及滑动板4的丝杠上的轴向移动。在滑动板4轴向移动过程中，轴向力受外力转换为径向剪切力会对架体5侧面产生局部压力。为确保架体5滑槽强度，选用铝合金作为框架设计；为实现高强度，免维护，稳定可靠，滑动板4选用具有自润滑，耐候及抗化学特性的工程塑料材质。在外部驱动式步进电机1径向旋转，带动滑动板4在注射器15架体5中做轴向运动中，固定在注射器15柱塞抽拉杆直接跟随滑动板4轴向移动，实现移注液目的。

实施例2

本实施例基于实施例1，滑动板4为消除隙螺母装配位，滑动板4旋入外部驱动式步进电机1丝杠上消间隙螺母附带螺柱，旋紧后从径向圆弧侧面拧紧内六角圆柱头螺钉。滑动板4为光电开关3触发板，用以配合软件实现注射器15原点Hom位控制，防止注射器15超行程运动。

滑动板4为径向位定面及轴向滑动面，采用具有高强度自润滑能力的工程塑料材质，在保持强度下，还具有良好的自润滑特性。滑动板4侧滑面与注射器15架体5侧滑面采用软硬材质配合摩擦，避免材料硬度相近，导致起瘤划伤现象，同时对在常规或恶略环境下落入异物后滑移过程中对滑动面做进一步包容性保护，防止损伤滑动面，造成移注液精度变化或卡死。

滑动板4侧滑面有与侧面间的45°过渡斜面，在装配过程中，做插入注射器15架体5滑槽导向作用，确保过程中滑动板4的滑动面不会造成任何表面损伤或刮伤。

滑动板4测滑面上下倒角为配合架体5侧滑面四角圆弧，防止注射器15超行程运动后滑动面，卡入架体5侧滑面四角圆弧而造成滑动板4测滑面的挤压形变，导致滑移挫顿或影响滑动摩擦力。同时确保注射器15超行程运动后，滑动板4倒角部分与射器架体5上下非滑面接触面积过大，剩余间隙过小导致滑动板4带动注射器15恢复原点失效。

滑动板4处通孔为确保注射器15抽拉杆水平受力均衡，滑动板4处凸台为确保注射泵锁紧销17保护注射器15抽拉杆水平受力后通过螺纹螺牙顶死凸台产生反向力紧固。

滑动板4的顶端做倒角处理，防止滑动板4顶端在轴向滑移中，对误操作维修人员造成挤压创伤性伤害。

实施例3

本实施例基于实施例1和2，架体5采用标准型材为原材料，表面仅做0.2mm基准校正切削加工，外部驱动式步进电机1本体凸台定位孔23。

架体5为微型轴承装配孔，利用架体5底部凸台对微型轴承做限位使用，确保微型轴承与电机1丝杆处于绝对同心度，确保滑动板4及丝杆螺母满行程运动原离电机1本体后，丝杆受力不会形变弯曲，保证丝杆及丝杆螺母配合的紧密度及传送的长寿命。

实施例4

本实施例基于实施例1、2和3，注射器15属于精密易碎物料，主体材质为玻璃制品，任何机加零件都存在一定的机械偏差，系统整体装配后，为确保注射器15的抽拉杆与注射器15的玻璃管的自然同轴度，滑动板4之间间U型凹槽略大于注射器15抽拉杆贯通孔，锁紧销17略小于注射器15的抽拉杆贯通孔，待注射器15装配后，自动找正抽拉杆与玻璃管的自然同轴度后，通过注射泵顶杆板锁死注射器15抽拉杆确保轴向滑移无间隙。

需要说明的是，注射器15交汇块电磁阀垂直放置，可直接通过背部或侧向流道布局实现单液体循环功能。注射器15交汇块电磁阀前后各放置一个，可实现两种液体交互流动功能。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。