阅读说明：本技术 液量控制装置及应用其的液量控制方法 (Liquid measure control device and the liquid measure control method for applying it ) 是由 曾文佐 张彦杰 杜文翔 于 2019-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种液量控制装置及应用其的液量控制方法,用以控制试管内的液体的液量。液量控制装置包括位置检测器、帮浦、驱动器及控制器。位置检测器用以检测滴管的吸取端的高度位置。帮浦用以连接滴管,以将液体吸出试管外。驱动器连接帮浦以驱动帮浦移动。控制器电性连接于位置检测器、驱动器及帮浦,且用以：(1)控制驱动器驱动滴管的吸取端触碰位置检测器,以检测吸取端的高度位置；(2)依据高度位置,确定滴管伸入液体内的一伸入深度；及,(3)控制帮浦通过滴管吸取试管内的液体。(The present invention provides a kind of liquid measure control device and the liquid measure control method using it, to control the liquid measure of invisible spectro liquid.Liquid measure control device includes position detector, side Pu, driver and controller.The height and position of suction end of the position detector to detect dropper.It helps Pu to connect dropper, liquid is sucked out outside test tube.Driver connection side Pu is mobile to drive side Pu.Controller is electrically connected at position detector, driver and helps Pu, and to: (1) the suction end touch position detector of driver driving dropper is controlled, to detect the height and position of suction end；(2) according to height and position, determine that dropper protrudes into liquid intracorporal one and protrudes into depth；And invisible spectro liquid is drawn by dropper in (3) control side Pu.)

液量控制装置及应用其的液量控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置及应用其的控制方法，且特别涉及一种液量控制装置及应用其的液量控制方法。

背景技术

现有的液量控制装置可反复吸取试管内液体，最后将试管内液体的剩余量控制在一目标默认量。然而，由于吸取量的精准控制的难度高，常导致试管内液体的剩余量与目标默认量的差异颇大。因此，有需要提出一种能够让试管内液体的剩余量与目标默认量缩小的液量控制装置及应用其的液量控制方法。

发明内容

本发明实施例提出一种液量控制装置及应用其的液量控制方法，可改善上述问题。

本发明一实施例提出一种液量控制装置。液量控制装置用以控制一试管内的一液体的液量。液量控制装置包括一位置检测器、一帮浦、一驱动器及一控制器。帮浦连接第一滴管，以将液体吸出试管外。驱动器连接帮浦以驱动帮浦移动。控制器电性连接于位置检测器、驱动器及帮浦，且用以：控制驱动器驱动第一滴管的第一吸取端进入位置检测器的检测区，以取得第一吸取端的端部高度位置；依据端部高度位置，控制驱动器驱动第一滴管的第一吸取端伸入液体内的一第一伸入深度；及，控制帮浦通过第一滴管吸取试管内的液体。

本发明另一实施例提出一种液量控制方法。液量控制方法用以控制一试管内的一液体的液量。液量控制方法包括以下步骤：提供如前述液量控制装置；通过控制器控制驱动器驱动第一滴管的第一吸取端进入位置检测器的检测区，以取得第一吸取端的端部高度位置；控制器依据端部高度位置，驱动一滴管的第一吸取端伸入液体内的一第一伸入深度；以及，控制器控制帮浦通过第一滴管吸取试管内的液体。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为依照本发明一实施例的液量控制装置的功能框图。

图2A～2O为图1的液量控制装置的液量控制方法的过程示意图。

图3A～3B为图2A的使用液量控制装置的液量控制方法的流程图。

附图标记：

10：试管

15：载座

15r：镂空部

20：第一滴管

20d：第一吸取端

30：第二滴管

30d：第二吸取端

100：液量控制装置

110：位置检测器

110s：检测面

120：帮浦

130：驱动器

140：控制器

145：图像处理器

150：摄像器

d1、d2：管径

L1、L2：长度

L：液体

H_L：液面高度位置

H1：端部高度位置

H_d：端部高度位置

H_UP：上限位置

H_LOW：下限位置

h1：第一伸入深度

h2：第二伸入深度

h3：第三伸入深度

△H：高度差异

H1’、H2’：安装高度位置

M1：影像

O：原点

P1：参考面

S1：触碰信号

具体实施方式

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下。

请参照图1、2A～2O及3A～3B，图1为依照本发明一实施例的液量控制装置100的功能方块图，图2A～2O为图1的液量控制装置100的液量控制方法的过程图，而图3A～3B为图2A的使用液量控制装置100的液量控制方法的流程图。

液量控制装置100用以控制试管10内的液体L的液量。试管10可配置在一载座15(载座15示于图2C2)上。例如，液量控制装置100可反复吸取试管10内液体L，使试管10内最终的液体剩余量精准地控制在目标默认量。本发明实施例的液量控制装置100可用于医疗领域或精密自动化点胶领域。以医疗领域来说，试管10内液体L例如是注入生物体的注射液。由于试管10内最终的液体剩余量精准地控制在目标默认量，因此可执行更精确的治疗或医学实验。以精密自动化点胶领域来说，试管10内液体L例如是黏胶。由于试管10内最终的液体剩余量精准地控制在目标默认量，因此可执行更精密的点胶，避免溢胶或胶量不足的问题发生。

如图1及2A所示，液量控制装置100包括位置检测器110、帮浦120、驱动器130、控制器140、图像处理器145及摄像器150。控制器140及图像处理器145可以是采用半导体制程形成的电路结构(circuit)。在一实施例中，控制器140及图像处理器145可以是两个分别制作的独立组件，然而也可以整合成一个单一组件。

如图1及图2A所示，位置检测器110用以检测第一滴管20的第一吸取端20d的端部高度位置H1(高度位置H1示于图2B)。帮浦120用以连接第一滴管20，以将液体L吸出试管10外。驱动器130连接帮浦120以驱动帮浦120移动。控制器140电性连接于位置检测器110、驱动器130及帮浦120，且用以：(1)控制驱动器130驱动第一滴管20的第一吸取端20d进入位置检测器110的检测区，以取得第一吸取端20d的端部高度位置H1；(2)依据端部高度位置H1，控制驱动器130驱动第一滴管20伸入液体L内的第一伸入深度h1(第一伸入深度h1示于图2E)；以及，(3)控制帮浦120通过第一滴管20取试管10内的液体L。

以下以图2A～2O的液量控制方法的过程图及图3的流程图进一步举例说明。

在步骤S105中，提供如图2A所示的液量控制装置100。图示的X方向例如是水平方向，而Z方向例如是垂直方向。控制器140可控制驱动器130沿X方向和/或Z方向移动，以驱动与驱动器130连接的第一滴管20沿X方向和/或Z方向移动。

在步骤S110中，如图2B所示，控制器140控制驱动器130驱动第一滴管20的第一吸取端20d进入位置检测器110的检测区，以取得第一吸取端20d的端部高度位置H1。

在本实施例中，位置检测器110例如是接触式检测器，如极限开关。位置检测器110的检测区例如是位置检测器110的检测面110s(在图2B中示出)。位置检测器110的检测精度例如是1微米，然而也可以更大或甚至更小，使所测端部高度位置H1的精准度高，有助于精准控制滴管伸入液体内的深度。在另一实施例中，位置检测器110也可采用非接触式检测器，如光学式检测器。

位置检测器110的检测区的位置为端部高度位置H1。在实施例中，控制器140已知位置检测器110的检测区坐标与原点O的坐标之间的高度关系，如沿Z方向的相对高度。举例来说，原点O的坐标可设定为(0,0,0)，而位置检测器110的检测区坐标可设定为(x,y,H1)，其中x及y的数值视位置检测器110的位置而定。控制器140依据位置检测器110的检测区坐标与原点O的坐标的Z分量数值的差，取得端部高度位置H1。于本发明中，原点O的位置并不予以限制。例如，原点O可位于承载上述载座15的一参考面P1(在图2B中示出)上。如图2B所示，参考面P1可为一水平面，且试管10、位置检测器110以及摄像器150可位于参考面P1的上方。

如图2B所示，当第一吸取端20d触碰位置检测器110的检测面110s时，位置检测器110发出一触碰信号S1给控制器140，控制器140在接收到触碰信号S1后，即可定义第一吸取端20d触碰位置检测器110的位置为已知的端部高度位置H1。在定义第一吸取端20d的端部高度位置H1后，控制器140可通过第一吸取端20d沿X方向和/或Z方向的移动量得知第一吸取端20d移动后(当前)位置。驱动器130例如是至少包括步进马达(未示出)，其可精准控制第一吸取端20d沿X方向和/或Z方向的移动量，使控制器140可控制驱动器130将第一吸取端20d精准地移动至所需位置，如伸入试管10内液体L内一深度位置。在一实施例中，驱动器130驱动第一吸取端20d的位移精度可控制在0.03毫米(mm)，然而也可以更大或甚至更小。

在步骤S115中，如图2C1和图2C2所示，摄像器150获取试管10内液体L的影像M1。如图2C2所示，试管10配置在载座15上，载座15具有镂空部15r，试管10内液体L从镂空部15r露出，使摄像器150得以获取到包括液体L的液位的影像M1。在一实施例中，摄像器150例如是显微镜影像摄像器，可获取更细微的(分辨率更高的)试管10内液体L的影像M1。

在步骤S116中，图像处理器145分析影像M1，以判断液体L的液面高度位置H_L，其中液面高度位置H_L以液面与相对原点O的高度位置(沿Z方向)为例说明。

然后，如图2D所示，控制器140控制驱动器130驱动第一滴管20沿X方向移动至试管10正上方。

在步骤S117中，如图2E所示，控制器140依据液面高度位置H_L及端部高度位置H1，控制驱动器130驱动第一吸取端20d沿-Z方向伸入第一伸入深度h1。第一伸入深度h1例如是自液面高度位置H_L沿-Z方向往下延伸的一深度。

第一伸入深度h1例如是一默认值。在一实施例中，第一伸入深度h1例如是介于1毫米～3毫米之间，这样的深度可避免残留在第一滴管20的外壁面及/或内壁面的液体L过多。具体来说，如果第一伸入深度h1过深，在第一滴管20往上离开液面后，残留在第一滴管20的壁面的液体L可能垂流至试管10内。由于垂流量难以估算，导致试管10内液体L的剩余量非预期的变化。在另一实施例中，第一滴管20每次吸取液体L的吸取量可限于试管10内液体L的剩余量的10％～20％之间，同样可避免类似前述的液体垂流问题。

如图2E所示，第一伸入深度h1的范围可介于上限位置H_UP与下限位置H_LOW之间，上限位置H_UP与下限位置H_LOW为摄像器150的可拍摄区域。此外，上限位置H_UP及下限位置H_LOW为以相对原点O的高度为例说明。

在步骤S120中，如图2F所示，控制器140控制帮浦120通过第一滴管20吸取试管10内的液体L。第一滴管20所吸取的液体L可通过帮浦120的吸力，引导至第一滴管20外的一储液槽(未示出)。

在步骤S125中，如图2G所示，于吸取过程中，在试管10内的液体L的液面高度位置H_L低于第一吸取端20d的端部高度位置H_d前，控制器140可控制驱动器130驱动第一滴管20的第一吸取端20d往-Z方向伸入液体L内一第二伸入深度h2(如图2G所示)。如此，可避免第一吸取端20d空吸(如果面高度位置H_L低于第一吸取端20d的端部高度位置H_d，第一吸取端20d会吸到空气)。此外，前述端部高度位置H_d为以相对原点O的高度为例说明。在第一吸取端20d往下伸入液体L内一深度的过程中，第一吸取端20d可持续吸取试管10内液体L，不需要停止。此外，第二伸入深度h2可自试管10内液体L的液面起算。在一实施例中，第二伸入深度h2与前述第一伸入深度h1可相同，然而也可以相异。第二伸入深度h2的范围介于上限位置H_UP与下限位置H_LOW之间，上限位置H_UP与下限位置H_LOW为摄像器150的可拍摄区域。

在步骤S130中，如图2H所示，控制器140控制帮浦120通过第一滴管20吸取试管10内的液体L。

在一实施例中，于吸取过程中，图像处理器145可分析摄像器150所获取的影像M1得知当前液面高度位置H_L及端部高度位置H_d，然后再判断液面高度位置H_L与第一吸取端20d的端部高度位置H_d的高度差异△H是否已达一预设差异量。如果是，则控制器140控制驱动器130驱动第一吸取端20d往下伸入液体L并同时控制帮浦120通过第一滴管20继续吸取试管10内的液体L；如果否，则在维持第一吸取端20d的位置下，控制器140控制帮浦120通过第一滴管20继续吸取试管10内液体L。此外，前述预设差异量例如是介于1微升～3毫升，然而也可以更大或更小。本发明实施例不限定前述预设差异量的实际数值。

在步骤S135中，图像处理器145判断试管10内液体L的剩余量是否少于中间预设量。例如，控制器140可控制驱动器130驱动第一滴管20先离开试管10内的液体L。然后，图像处理器145分析摄像器150所获取的影像M1，以判断试管10内液体L的液面高度位置HL，然后依据液面高度位置HL，取得液体L的剩余量，接着判断剩余量是否到达目标默认量。图像处理器145取得试管10内液体L的剩余量的方式例如是：依据一剩余量与液面高度位置的相对关系(如方程式或表格)，搭配数学方法(如内插法)，取得当前液面高度位置HL所对应的液体L的剩余量。前述中间预设量例如是介于50微升与100微升之间。

当试管10内液体L的剩余量不少于中间预设量(步骤S135的“否”结果)，则流程回到步骤S130，控制器140可以：(1)继续控制帮浦120通过第一滴管20吸取试管10内的液体L；或(2)控制驱动器130驱动试管10再次伸入液体L内一适当深度(当液面高度位置HL与第一吸取端20d的端部高度位置H_d的高度差异△H已达前述预设差异量时)，然后控制帮浦120通过第一滴管20继续吸取试管10内的液体L。

在试管10内液体L的剩余量少于中间预设量(步骤S135的“是”结果)之前，根据试管10内液体L的初始量(第一次吸取前，如图2A所示)及第一滴管20每次吸取量不同，控制器140可以控制第一滴管20伸入试管10内液体L一次、二次或更多次。此外，在一实施例中，第一滴管20可以只进行一次性吸取。具体来说，在第一滴管20第一次伸入液体L内第一伸入深度h1后，可直接吸取试管10内液体L，直到空吸或吸取到预定量的液体L。然后，流程进入步骤S140，开始进行微量吸取步骤。此外，如果在第一滴管20进入液体L前控制器140已知试管10内液体L的液面高度位置，则流程可省略步骤S115、S116的图像处理步骤。

当试管10内液体L的剩余量少于中间预设量(步骤S135的“是”结果)，则流程进入步骤S140。

在步骤S140中，如图2I所示，控制器140控制驱动器130驱动第一滴管20离开试管10。例如，控制器140控制驱动器130驱动第一滴管20往+Z方向移动，以完全离开试管10，且驱动第一滴管20往-X方向移动，直到位于位置检测器110正上方。

然后，如图2J所示，使用者可以第二滴管30取代如图2I所示的第一滴管20。第二滴管30的管径d2与第一滴管20的管径d1(管径d1在图2I中示出)可相异。在本实施例中，第二滴管30的管径d2小于第一滴管20的管径d1，以微量地吸取试管10内液体L，如此可更精准地控制试管10内液体L的最终剩余量接近或达到一目标剩余量。在一实施例中，试管10内液体L的剩余量可控制在微升等级的误差范围内，如±1μl，然而也可以更大，或甚至更小。此外，可依据第一滴管20每次的吸取量确定第一滴管20的管径d1，且依据第二滴管30每次的吸取量确定第二滴管30的管径d2。

本发明实施例对于第一滴管20的管径d1和/或第二滴管30的管径d2不加以限定。例如，第一滴管20的管径d1约为第二滴管30的管径d2的2倍至7倍的范围之间。又例如，第一滴管20的每次吸取量约为第二滴管30的每次吸取量的350倍至625倍的范围之间。在一实施例中，第一滴管20的管径d1例如是介于10mm与15mm之间或是介于11.6mm与12.3mm之间，且第一滴管20每次的吸取量可介于4毫升(ml)与5毫升之间。第二滴管30的管径d2例如是介于2mm与5mm之间或是介于2.5mm与2.7mm之间，且第二滴管30每次的吸取量可介于8微升(μl)与12微升之间。此外，第一滴管20的长度L1(示于图2I)与第二滴管30的长度L2(示于图2J)可相同或相异。

更换滴管的其中一个技术效果是：以液量控制装置100应用于精密自动化点胶领域来说，第一滴管20及第二滴管30例如是点胶头。如果发现第一滴管20的第一吸取端20d的液体L(如黏胶)有固化现象，则可将第一滴管20更换成第二滴管30，避免影响对试管10内液体L的吸取。

在步骤S145中，如图2K所示，在第一滴管20被以第二滴管30取代后，控制器140控制驱动器130驱动第二滴管30的第二吸取端30d进入位置检测器110的检测区，以取动第二吸取端30d的端部高度位置H1。

第二滴管30安装后其第二吸取端30d的装设高度位置H2’(示于图2J)与第一滴管20安装后其第一吸取端20d的安装高度位置H1’(示于图2A)可能相异，然而即使如此，通过第二滴管30的第二吸取端30d触碰位置检测器110，控制器140能取得(或定义)第二滴管30的第二吸取端30d触碰位置检测器110的端部高度位置H1，进而可将第二吸取端30d精准地移动至所需位置。此外，安装高度位置H2’及安装高度位置H1’为以相对原点O的高度为例说明。

然后，如图2L所示，控制器140控制驱动器130驱动第二滴管30沿+Z方向移动，以离开位置检测器110。

然后，如图2M所示，控制器140控制驱动器130驱动第二滴管30沿+X方向移动至试管10的正上方。

在步骤S155中，如图2N所示，控制器140依据高度位置H1，驱动驱动器130驱动第二滴管30伸入试管10内液体L的一第三伸入深度h3。第三伸入深度h3例如是自液面高度位置H_L(液体L的液面)往下延伸的一深度。在一实施例中，控制器140可依据第二滴管30每次的预计吸取量，计算第三伸入深度h3，或者，第三伸入深度h3本身为一默认值，如第二滴管30的最小吸取量。在本实施例中，第三伸入深度h3例如是小于第一伸入深度h1，以实现微量吸取的精准控制。

在步骤S160中，如图2O所示，控制器140控制帮浦120通过第二滴管30吸取试管10内的液体L。

在步骤S165中，控制器140控制驱动器130先驱动第二滴管30离开液体L。然后，摄像器150获取试管10内液体L的影像M1。

在步骤S170中，图像处理器145分析影像M1，以判断液体L的液面高度位置H_L。

在步骤S175中，图像处理器145依据液面高度位置H_L，取得试管10内液体L的剩余量。例如，图像处理器145依据一剩余量与液面高度位置的相对关系(如方程式或表格)，搭配数学方法(如内插法)，取得当前液面高度位置H_L所对应的液体L的剩余量。

在步骤S180中，图像处理器145判断试管10内的液体L的剩余量是否到达一目标默认量。目标默认量例如是介于5微升～15微升之间。如果是，则流程进入步骤S181；如果否，则流程进入步骤S182。

在步骤S181中，由于试管10内的液体L的剩余量尚未到达目标默认量，控制器140控制驱动器130驱动第二滴管30再次伸入液体L内第三伸入深度h3，继续吸取试管10内的液体L，然后流程回到步骤S165，通过影像分析技术，继续判断试管10内的液体L的剩余量是否到达目标默认量。在步骤S182中，由于试管10内的液体L的剩余量已达目标默认量，控制器140控制帮浦120停止吸取试管10内的液体L，并控制驱动器130驱动第二滴管30离开液体L。

通过步骤S165～S181的反复进行，第二滴管30可能反复进入液体L数次且反复吸取液体L数次。然而，视试管10内液量及第三伸入深度h3而定，第二滴管30也可进入液体L内一次以及吸取液体L一次。

在步骤S182后，试管10内的液体L的剩余量(目标默认量)即可做为适当用途，如医疗用的注射液、点胶装置的点胶或其它各种需要特定体积的液体的用途。此外，液量控制装置100还包括一无线通信模块(未示出)，无线通信模块可将试管10内的液体L的剩余量的信息传送给电子装置(未示出)，其中电子装置例如是显示设备、移动装置、智能音箱、穿戴式装置及/或计算机等。

本发明实施例液量控制装置100可将试管10内的液体L的剩余量控制在微升级误差，如±1μl，然而可更大或甚至更小。请参照下表一及表二，表一示出采用现有液量控制装置进行液量控制的实验结果，而表二示出采用本发明实施例液量控制装置100进行液量控制的实验结果。

如表一所示，以目标默认量为16微升来说，现有液量控制装置的最小剩余量低至6.1微升，低于目标默认量高达9.9微升，误差达62％。如表二所示，以目标默认量为16微升来说，液量控制装置100的最大剩余量为18.2微升，高于目标默认量仅2.2微升，误差仅14％。比较表一及表二，足见本发明实施例的液量控制装置100可使试管10内液体L的剩余量更接近目标默认量。

表一

实验序号	试管10内液体L的剩余量(微升)
		1	12.6
2	12
		3	13.5
4	11.1
		5	10.5
6	13.8
		7	13.1
8	16.1
		9	6.1
10	10.7
		目标默认量(微升)	16±10％
平均值(微升)	11.95
		最大剩余量(微升)	16.1
最小剩余量(微升)	6.1

表二

请参照下表三，表三示出采用本发明实施例液量控制装置100进行液量控制的实验结果。以目标默认量为9微升来说，液量控制装置100的最小剩余量为8.3微升，低于目标默认量仅0.7微升，误差仅8％，足见本发明实施例的液量控制装置100可使试管10内液体L的剩余量相当接近目标默认量。

表三

综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以进行各种的改动与改善，均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。