Společnost wenglor obdržela od zákazníka dotaz týkající se automatické kontroly hladiny kapaliny v tzv. multiwellových destičkách. Cílem aplikace nebylo zjistit přesnou úroveň naplnění každé jednotlivé jamky, ale spolehlivě rozpoznat, zda je v jamce ještě dostatek kapaliny pro pipetování – nebo zda je již prázdná.
Vícejamkové destičky se skládají z mnoha jednotlivých buněk o průměru přibližně 9 mm, které se směrem ke dnu zužují. Právě tato geometrie představuje zvláštní výzvu, protože měřicí bod se zužuje a konvenční optické metody rychle narážejí na své limity.
Snímač by měl být také namontován externě na robotu nebo cobotu a pracovat v pracovní vzdálenosti přibližně 100 až 200 mm od desky. Měření se provádí postupně: robot se přesune ke každé jednotlivé jamce, zkontroluje stav naplnění a poté automaticky provede pipetování, pokud je k dispozici dostatek kapaliny.
Ultrazvukové senzory jsou pro tento úkol obzvláště vhodné. Ultrazvuk pracuje nezávisle na průhlednosti, barvě nebo povrchových vlastnostech kapaliny, a proto je předurčen pro aplikace měření hladiny v malých nádobách.
Tato aplikace záměrně nepoužívá kontinuální měření hladiny, ale jednoduchý a robustní dotaz na prázdnou/plnou hladinu prostřednictvím definovaných spínacích bodů.
Konkrétně se používá ultrazvukový senzor U1KT001 v kombinaci se zvukovou trubicí Z1KG001. Senzor je namontován na kobotu a snímá každou jednotlivou jamku Ø9 mm ve vzdálenosti přibližně 170 mm.
Rozhodující roli zde hraje zvuková trubka, která cíleně zužuje zvukový paprsek snímače. Zatímco ultrazvuk by měl bez zvukové trubice poměrně široký paprsek, Z1KG001 jej zaostřuje na průměr přibližně 8 mm ve vzdálenosti 170 mm. To umožňuje jasné přiřazení k příslušné jamce bez ovlivnění sousedních jamek.
U1KT001 má dva nezávisle parametrizovatelné spínací body. V praxi to znamená
Automatizační systém tak získá jasnou informaci o tom, zda je pipetování povoleno, nebo ne.
IO-Link se používá nejen k parametrizaci snímače, ale také během provozu. Pomocí síly signálu lze získat přibližnou představu o úrovni naplnění, což umožňuje dodatečnou kontrolu věrohodnosti.
Kompaktní konstrukce senzoru zajišťuje nízkou hmotnost a je ideální pro použití na robotech. Kombinace ultrazvukového senzoru a zvukové trubice umožňuje vysoce přesnou detekci i u velmi malých otvorů. Díky dvěma spínacím bodům lze snadno a spolehlivě mapovat logiku „prázdný nebo naplněný“ bez složitých vyhodnocovacích algoritmů.
Ultrazvukový senzor U1KT001 v kombinaci se zvukovou trubicí Z1KG001 umožňuje spolehlivě, bezkontaktně a roboticky kontrolovat stav naplnění jednotlivých jamek ve vícejamkových destičkách. Řešení je odolné vůči průhledným kapalinám, má kompaktní design a je ideální pro automatizované laboratorní a pipetovací aplikace.
Název práce