如何在不接触的情况下检查多孔板中各个孔的填充水平?

wenglor 收到客户关于自动检测多孔板液面的询问。应用的目的不是确定每个孔的准确液位,而是可靠地识别孔内是否还有足够的液体用于移液,或者是否已经空了。

机器人使用多个移液管自动将液体注入多孔板。
自动将液体注入多孔板的机器人。

应用的挑战

多孔板由许多单个细胞组成,直径约为 9 毫米,向底部逐渐变细。正是这种几何形状带来了特殊的挑战,因为测量点是锥形的,传统的光学方法很快就会达到极限。

Sensor 也应安装在机器人或 cobot 的外部,工作时与平板的工作距离约为100 至 200 毫米。测量按顺序进行:机器人移动到每个孔,检查填充状态,然后在液体充足的情况下自动执行移液过程。

超声取代光学元件:正确的技术

超声波传感器尤其适用于这一任务。超声波的作用与液体的透明度、颜色或表面性质无关,因此非常适合小型容器中的液位测量应用。

该应用特意没有使用连续测量液位,而是通过定义的开关量点进行简单而稳健的空/满查询

解决方案:带声导管的 U1KT001

展示的是四个多孔板和一个带有超声波传感器的机器人示例。
带超声波传感器的机器人示例,用于检查多孔板中各个孔的填充水平。

具体来说,超声波传感器 U1KT001声管 Z1KG001结合使用。Sensor 安装在 cobot 上,以170 毫米左右的距离扫描每个直径为 9毫米的井。

声导管在这里起着决定性的作用:它可以有针对性地缩小 Sensor 的声束。如果没有声管,超声波的声束会相对较宽,而 Z1KG001 能在 170 毫米的距离内将声束聚焦到直径约8 毫米的范围内。这样就能在不影响邻近细胞的情况下清楚地分配到相应的孔。

通过开关量点和 IO-Link 进行智能评估

U1KT001 有两个可独立设置参数的开关量点。实际上,这意味着

  • 开关量点 A1已发出信号:有液体
  • 开关量点 A2信号:井空(传感器识别碗底)

这就为自动化系统提供了是否允许移液的明确说明。

IO-Link不仅可用于 Sensor 的参数化,还可在运行过程中使用。通过信号强度可以大致了解填充水平,从而进行额外的可信度检查。

应用优势

Sensor 结构形式紧凑,重量轻,非常适合在机器人上使用。超声波传感器和声管相结合,即使在开口很小的情况下也能实现高精度检测。由于有两个开关量点,无需复杂的评估算法就能轻松可靠地映射出 “空或满 “逻辑。

结论

U1KT001超声波传感器与Z1KG001 Soundpipe结合使用,可以可靠、非接触和机器人方式检查多孔板中各个孔的填充状态。该解决方案坚固耐用,适用于透明液体,设计紧凑,是自动化实验室和移液应用的理想之选。

作者

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马克斯-穆斯特曼

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