JP6933297B2

JP6933297B2 - オートサンプラ

Info

Publication number: JP6933297B2
Application number: JP2020516017A
Authority: JP
Inventors: 伊織大友
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: US20210181222A1; JPWO2019207844A1; WO2019207844A1

Description

本発明は、液体クロマトグラフ用のオートサンプラに関するものである。

一般的に液体クロマトグラフ用のオートサンプラは、試料の入った少なくとも１つのバイアルを保持したサンプルラックが庫内の所定位置に設置されるようになっている。オートサンプラの庫内には、先端から液の吸引と吐出を行なうためのニードルが庫内に設置されたサンプルラック上で水平面内方向と鉛直方向へ移動するように設けられており、ニードルによって所望のバイアルから試料が採取され、採取された試料が液体クロマトグラフの分析流路中に注入されるようになっている（特許文献１参照。）。

オートサンプラの製造時、検査時、据付時、ニードルの交換時などには、ニードルを所望の位置へ到達させるための位置校正（所謂、ティーチング）を実施する必要がある。ティーチングは、ニードルの先端を基準位置（ホームポジション）から所定位置まで到達させるまでに必要なニードル移動用モータの駆動パルス数を装置に覚え込ませるためのものである。

ＷＯ２０１７／０３７７７０Ａ１ＷＯ２０１４／１６２９２１Ａ１

一般的なティーチングは、所定位置の近傍でニードルの下降位置を微小間隔ずつずらしていき、ニードルの先端が所定位置に到達したことが目視等によって確認されたときのニードルの位置（駆動バルス数）を装置に記憶させる。

しかし、ニードルの下降位置を微小間隔ずつずらしていく方法ではティーチングに時間的・金銭的コストがかかるという問題がある。特に、ニードルの先端が所定位置に到達しているか否かの判断を作業員の目視によって行なう場合、作業員ごとにティーチングの精度差が発生してしまう。

そこで、本発明は、作業員の目視によるティーチング作業を不要にすることを目的とするものである。

本発明に係るオートサンプラは、複数のバイアルが設置されるバイアル設置部と、先端が鉛直下方を向き、前記バイアル設置部に設置されたバイアル内に上方から前記先端を挿入して当該バイアル内の試料を前記先端から吸引するためのニードルを保持するニードル保持部を有し、前記ニードル保持部を鉛直方向へ移動させるとともに水平面内方向へ移動して前記ニードルを水平面内方向と鉛直方向へ移動させるように構成されたニードルアセンブリと、前記ニードルとの位置関係を保った状態で水平面内方向と鉛直方向へ移動し、前記ニードルの先端と当該先端の直下及びその周辺のバイアルの上面が視野内に入るように前記ニードルの先端の斜め上方の位置から前記先端を撮像する撮像部と、前記撮像部の視野画像内におけるバイアルの上面の位置及び大きさと前記撮像部と当該バイアルとの間の距離との相関関係を保持する相関関係保持部と、前記ニードルの先端を到達させるべきバイアルである目的バイアルの上面が前記ニードルの先端とともに前記撮像部の視野画像内に入っている状態で、前記視野画像内における前記目的バイアルの上面の位置及び大きさ、前記撮像部の視野画像内における前記ニードルの先端と前記目的バイアル上の目標位置との位置関係、及び前記相関関係保持部に保持されている前記相関関係に基づいて、前記ニードルの先端と前記目標位置との間の距離を測定するように構成された距離測定部と、前記距離測定部により測定された距離に基づいて、前記移動機構を制御して前記ニードルの先端を前記目標位置へ到達させるように構成されたニードル移動部と、を備えている。

本発明では、前記ニードルとの位置関係を保った状態で水平面内方向と鉛直方向へ移動し、前記ニードルの先端と当該先端の直下及びその周辺のバイアルの上面が視野内に入るように前記ニードルの先端の斜め上方の位置から前記先端を撮像する撮像部が設けられ、撮像部の視野画像を利用してニードルの先端と目標位置との間の距離を測定し、測定された距離に基づいてニードルの先端を目標位置へ到達させるように構成されているので、作業員の目視によるティーチング作業を行なうことなく、ニードルの先端を所望の位置へ位置決めすることできる。

特許文献２（ＷＯ２０１４／１６２９２１Ａ１）には、ＣＣＤカメラ等の撮像装置によって取得される画像を利用してニードル駆動のキャリブレーションを行なうことが開示されている。当該特許文献２に開示の発明は、撮像装置によって取得された画像をみながらニードルを目標位置へ近づけ、撮像画像上でニードルが目標位置に到達したと認識されたときのニードルの位置座標を用いてキャリブレーションを行なうものである。これに対し、本発明では、撮像部の視野画像中における目的バイアルの上面の位置や大きさによってニードルと目的バイアルとの距離を計算し、計算した距離に基づいてニードルアセンブリを駆動するのであり、この点において特許文献２とは相違する。

本発明では、撮像部の視野画像を用いてティーチングを自動的に実行することができる。すなわち、前記目的バイアルはユーザ入力に基づいて実行されるティーチングモードの際に前記バイアル設置部の所定の位置に配置されたバイアルとすることができる。この場合、前記距離測定部は、前記ティーチングモード中に、前記ニードルの先端と前記目標位置との間の距離を測定するように構成され、前記ニードル移動部は、前記ティーチングモード中に、前記距離測定部により測定された距離に基づいて、前記移動機構を制御して前記ニードルの先端を前記目標位置へ到達させるように構成され、前記ティーチングモード中に前記ニードルを予め設定された基準位置から前記目標位置へ到達させるまでの前記ニードルアセンブリの駆動量をティーチング情報として記憶するティーチング情報記憶部をさらに備えている。

また、前記ニードルを前記目標位置へ移動させたときに、前記ニードルの直下に試料バイアルがあるか否かを前記撮像部の視野画像に基づいて判定するように構成されたバイアル判定部をさらに備えていることが好ましい。そうすれば、撮像部の視野画像を用いて、前記目標位置にバイアルが設置されているか否かを検知することができる。

また、前記ニードルが正常状態であるときの前記撮像部の視野画像をニードル正常画像として記憶する正常画像記憶部と、前記撮像部の視野画像を前記正常画像記憶部に記憶されている前記ニードル正常画像と比較することにより、前記ニードルが正常か否かを判定するように構成されたニードル判定部と、をさらに備えていてもよい。そうすれば、撮像部の視野画像に基づいてニードルの位置ずれや曲りといった異常を検知することが可能になる。

本発明に係るオートサンプラでは、前記ニードルとの位置関係を保った状態で水平面内方向と鉛直方向へ移動し、前記ニードルの先端と当該先端の直下及びその周辺のバイアルの上面が視野内に入るように前記ニードルの先端の斜め上方の位置から前記先端を撮像する撮像部を設けるとともに、撮像部の視野画像を利用してニードルの先端と目標位置との間の距離を測定し、測定された距離に基づいてニードルの先端を目標位置へ到達させるように構成されているので、作業員の目視によるティーチング作業を行なうことなく、ニードルの先端を所望の位置へ位置決めすることできる。

オートサンプラの一実施例を概略的に示す構成図である。同実施例の撮像部の視野画像の一例である。同実施例のニードルの位置決め動作の一例を示すフローチャートである。オートサンプラの他の実施例の概略的に示す構成図である。同実施例のティーチングモード中の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るオートサンプラの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

図１を用いてオートサンプラの一実施例について説明する。

この実施例のオートサンプラは、試料の入ったバイアル６を設置するためのバイアル設置部２と、所望のバイアル６から試料を吸引するためのニードル１２を有するニードルアセンブリ８と、ニードルアセンブリ８の動作制御を行なうための制御装置２０と、を備えている。

バイアル設置部２上の所定の位置に、複数のバイアル６をマトリクス状に配列した状態で保持するサンプルラック４が設置されるようになっている。ニードルアセンブリ８は、バイアル設置部２の上方において水平面内において互いに直交する２方向（図において左右方向と紙面に垂直な方向）へ移動するようになっている。ニードルアセンブリ８は、ニードル１２を保持するニードル保持部１４を有し、ニードル保持部１４を鉛直方向に上下動させるように構成されている。ニードル１２は先端が鉛直下方を向いた状態でニードル保持部１４に固定されている。

ニードルアセンブリ８のニードル保持部１４には、撮像部１８がアーム１６を介して固定されている。撮像部１８はニードル１２とともに水平面内方向と鉛直方向へ移動する。撮像部１８は例えばＣＣＤカメラである。撮像部１８は、ニードル１２の先端の直下のバイアル６の上面とその周辺のバイアル６の上面がニードル１２の先端とともに視野内に入るように、ニードル１２の先端に対して斜め上方の位置からニードル１２の先端を撮像するように設けられている。

制御装置２０は、オートサンプラ内に設けられたコンピュータ回路又はオートサンプラに接続された専用の又は汎用のコンピュータによって実現されるものである。制御装置２０は、距離測定部２２、ニードル移動部２４、相関関係保持部２６、バイアル判定部２８、ニードル判定部３０及び正常画像記憶部３２を備えている。距離測定部２２、ニードル移動部２４、バイアル判定部２８及びニードル判定部３０は、制御装置２０に設けられているマイクロコンピュータなどの演算素子がプログラムを実行することによって得られる機能である。相関関係保持部２６及び正常画像記憶部３２は、制御装置２０に設けられている記憶装置の一部の記憶領域によって実現される機能である。

距離測定部２２は、撮像部１８の視野画像に基づいて、ニードル１２をアクセスさせたいバイアル６（以下、目的バイアル６）とニードル１２の先端との距離を測定するように構成されている。

制御装置２０は目的バイアル６のおおよその位置を把握しており、ニードル１２の先端を目的バイアル６の上方の位置まで移動させることができる。ニードル１２の先端を目的バイアル６上に配置すると、図２に示されているように、目的バイアル６の上面がニードル１２の先端部とともに撮像部１８によって撮像される。目的バイアル６の上面（セプタム部分）の撮像部１８の視野画像内における位置と大きさから、撮像部１８と目的バイアル６の上面との高さ方向の距離を求めることができる。撮像部１８の視野画像内におけるバイアル６の上面の位置及び大きさと、撮像部１８（若しくはニードル１２の先端）と目的バイアル６の上面との高さ方向の距離との相関関係は予め求められており、相関関係保持部２６に保持されている。また、撮像部１８の視野画像内におけるニードル１２の先端と目的バイアル６の上面の中心との間の相対的な位置関係からニードル１２の先端と目的バイアル６の上面の中心との間の距離を求めることができる。

すなわち、距離測定部２２は、ニードル１２の先端が目的バイアル６の上方の位置まで移動したときに撮像部１８によって撮像される視野画像中の、目的バイアル６の上面の位置及び大きさ、ニードル１２の先端と目的バイアル６の上面の中心との相対的な位置関係に基づいて、ニードル１２の先端と目的バイアル６の上面の中心との水平面内方向及び鉛直方向の距離を測定するように構成されている。

ニードル移動部２４は、距離測定部２２により測定された距離に基づき、ニードル１２が目標位置へ近づくように、ニードルアセンブリ８の駆動制御を行なうように構成されている。

バイアル判定部２８は、例えばニードル１２を目的バイアル６が配置されている位置まで移動させたときに、撮像部１８の視野画像内に目的バイアル６があるか否かによって目的バイアル６の存在の有無を判定するように構成されている。バイアル判定部２８は、撮像部１８の視野画像内に配置されているべき目的バイアル６が存在しない場合に、警告を発するように構成されていてもよい。警告は画像表示によって行なってもよいし音を発することによって行なってもよい。なお、バイアル判定部２８は必須の構成要素ではない。

ニードル判定部３０は、撮像部１８の視野画像中のニードル１２を、ニードル１２が正常なときの撮像部１８の視野画像（以下、正常画像）中のニードル１２と比較することにより、ニードル１２に異常があるか否かを判定するように構成されている。予め撮像された正常画像は正常画像記憶部３２に記憶されている。ニードル判定部３０は、撮像部１８の視野画像中のニードル１２の状態と正常画像中のニードル１２の状態が一致しないときは、ニードル１２に異常があると判定する。ニードル１２が異常か否かの判定は、例えばニードル１２の先端の位置の差（画素数）が予め設定された許容範囲内にあるか否かによって行なうことができる。ニードル１２に異常がある場合、ニードル判定部３０は、警告を発するように構成されていてもよい。警告は画像表示によって行なってもよいし音を発することによって行なってもよい。なお、ニードル判定部３０は必須の構成要素ではない。

次に、同実施例におけるニードル１２の先端部の位置決め動作の一例について、図１及び図２とともに図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、ニードル１２を目的バイアル６上のおおよその位置へ移動させる（ステップＳ１）。このとき、撮像部１８の視野画像中には、図２に示したように、目的バイアル６の上面がニードル１２の先端部とともに入っている。距離測定部２２は、撮像部１８の視野画像においてニードル１２の先端１２ａの位置を検出し（ステップＳ２）、次いで、目的バイアル６の上面の中心６ａの位置を検出する（ステップＳ３）。そして、距離測定部２２は、撮像部１８の視野画像における目的バイアル６の上面の位置及び大きさ（面積値）、視野画像中におけるニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの相対的な位置関係から、ニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの間の距離を求める（ステップＳ４）。

距離測定部２２によりニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの間の距離が測定されると、ニードル１２の先端を目的バイアル６の直上に設定された目標位置（例えば、中心６ａの直上２ｍｍの位置）へ近づけるように、ニードル移動部２４が距離測定部２２によって測定された距離に基づいてニードルアセンブリ８を駆動する（ステップＳ５）。ニードルアセンブリ８を駆動した後、撮像部１８の視野画像に基づいてニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達しているか否かを判定し（ステップＳ６）、ニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達していればニードル１２の位置決めが終了する。

一方、ニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達していなければ、距離測定部２２による、撮像部１８の視野画像における目的バイアル６の上面の中心６ａの検出（ステップＳ３）とニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの間の距離の測定（ステップＳ４）、さらにはニードル移動部２４によるニードルアセンブリ８の駆動（ステップＳ５）の一連の動作をニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達するまで実行する（ステップＳ６）。

上記実施例は、目的バイアル６に対するニードル１２の直接的な位置決めを撮像部１８の視野画像を利用して行なう態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、距離測定部２２及びニードル移動部２４の機能をニードル１２の位置校正（ティーチング）に利用することもできる。ニードル１２を基準位置からバイアル設置部２上における所定のティーチング位置まで到達させるのに必要なニードルアセンブリ８の駆動量をティーチングによって取得して装置に記憶させておけば、ティーチング位置と各バイアル６が配置される位置との相対的な位置関係を用いて、ニードル１２を所望のバイアル６へ正確にアクセスさせることが可能である。

図４を用いて、撮像部１８の視野画像を利用してティーチングを実行するオートサンプラの実施例について説明する。

図４の実施例は、図１を用いて説明した実施例と基本的構成が同じである。この実施例に設けられている制御装置２０’は、図１の実施例の制御装置２０の機能に加えてティーチング情報記憶部３４を備えている。また、制御装置２０’の距離測定部２２及びニードル移動部２４は、ユーザ入力に基づいて実行されるティーチングモード中に有効となる機能である。ティーチング情報記憶部３４は、ティーチングモードにおいて、距離測定部２２及びニードル移動部２４の機能を用いて、所定のティーチング位置に設置された目的バイアル６上の目標位置へニードル１２の先端を到達させるまでのニードルアセンブリ８の駆動量をティーチング情報として記憶するためのものである。ティーチング情報記憶部３４は制御装置２０’に設けられた記憶装置の一部の記憶領域によって実現される機能である。

この実施例のオートサンプラで実施されるティーチング時の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、ユーザが所定のティーチング位置にバイアル６を設置しておく（ステップＳ１１）。ティーチングモードでは、ティーチング位置に設置されたバイアル６が目的バイアルとなる。ニードル１２をホームポジションからティーチング位置（目的バイアル６上のおおよその位置）へ移動させる（ステップＳ１２）。

距離測定部２２は、撮像部１８の視野画像においてニードル１２の先端１２ａの位置を検出し（ステップＳ１３）、次いで、目的バイアル６の上面の中心６ａの位置を検出する（ステップＳ１４）。そして、距離測定部２２は、撮像部１８の視野画像における目的バイアル６の上面の位置及び大きさ（面積値）、視野画像中におけるニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの相対的な位置関係から、ニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの間の距離を求める（ステップＳ１５）。

距離測定部２２によりニードル１２の先端１２ａと目的バイアル６の上面の中心６ａとの間の距離が測定されると、ニードル１２の先端を目的バイアル６の直上に設定された目標位置へ近づけるように、ニードル移動部２４が距離測定部２２によって測定された距離に基づいてニードルアセンブリ８を駆動する（ステップＳ１６）。ニードルアセンブリ８を駆動した後、撮像部１８の視野画像に基づいてニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達しているか否かを判定し（ステップＳ１７）、ニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達していれば、ニードル１２をホームポジションから目標位置まで到達させるまでのニードルアセンブリ８の駆動量をティーチング情報としてティーチング情報記憶部３４に記憶させる（ステップＳ１８）。

一方、ニードル１２の先端１２ａが目標位置に到達していなければ、上記ステップＳ１４〜Ｓ１６の動作を繰り返す。複数のティーチング位置が設定されている場合には、それぞれのティーチング位置において上記動作を繰り返す（ステップＳ１９）。

制御装置２０’は、上記動作により取得されたティーチング情報を用いて、通常動作時における所望のバイアル６へのニードル１２の位置決めを行なう機能を有する。

以上において説明したように、撮像部１８を備えたオートサンプラは、目視によるティーチング作業を必要とすることなく、ニードル１２を所望のバイアル６に対してアクセスさせることが可能である。

２バイアル設置部
４サンプルラック
６バイアル
６ａバイアル上面の中心
８ニードルアセンブリ
１２ニードル
１２ａニードル先端
１４ニードル保持部
１６アーム
１８撮像部
２０，２０’ 制御装置
２２距離測定部
２４ニードル移動部
２６相関関係保持部
２８バイアル判定部
３０ニードル判定部
３２正常画像記憶部
３４ティーチング情報記憶部

Claims

複数のバイアルが設置されるバイアル設置部と、
先端が鉛直下方を向き、前記バイアル設置部に設置されたバイアル内に上方から前記先端を挿入して当該バイアル内の試料を前記先端から吸引するためのニードルを保持するニードル保持部を有し、前記ニードル保持部を鉛直方向へ移動させるとともに水平面内方向へ移動して前記ニードルを水平面内方向と鉛直方向へ移動させるように構成されたニードルアセンブリと、
前記ニードルとの位置関係を保った状態で水平面内方向と鉛直方向へ移動し、前記ニードルの先端と当該先端の直下及びその周辺のバイアルの上面が視野内に入るように前記ニードルの先端の斜め上方の位置から前記先端を撮像する撮像部と、
前記撮像部の視野画像内におけるバイアルの上面の位置及び大きさと前記撮像部と当該バイアルとの間の距離との相関関係を保持する相関関係保持部と、
前記ニードルの先端を到達させるべきバイアルである目的バイアルの上面が前記ニードルの先端とともに前記撮像部の視野画像内に入っている状態で、前記視野画像内における前記目的バイアルの上面の位置及び大きさ、前記撮像部の視野画像内における前記ニードルの先端と前記目的バイアル上の目標位置との位置関係、及び前記相関関係保持部に保持されている前記相関関係に基づいて、前記ニードルの先端と前記目標位置との間の距離を測定するように構成された距離測定部と、
前記距離測定部により測定された距離に基づいて、前記移動機構を制御して前記ニードルの先端を前記目標位置へ到達させるように構成されたニードル移動部と、を備えている、オートサンプラ。
前記目的バイアルはユーザ入力に基づいて実行されるティーチングモードの際に前記バイアル設置部の所定の位置に配置されたバイアルであり、
前記距離測定部は、前記ティーチングモード中に、前記ニードルの先端と前記目標位置との間の距離を測定するように構成され、
前記ニードル移動部は、前記ティーチングモード中に、前記距離測定部により測定された距離を用いて、前記移動機構を制御して前記ニードルの先端を前記目標位置へ到達させるように構成され、
前記ティーチングモード中に前記ニードルを予め設定された基準位置から前記目標位置へ到達させるまでに必要な前記ニードルアセンブリの駆動量をティーチング情報として記憶するティーチング情報記憶部をさらに備えている、請求項１に記載のオートサンプラ。
前記ニードルを前記目標位置へ移動させたときに、前記ニードルの直下に試料バイアルがあるか否かを前記撮像部の視野画像に基づいて判定するように構成されたバイアル判定部をさらに備えている、請求項１に記載のオートサンプラ。
前記ニードルが正常状態であるときの前記撮像部の視野画像をニードル正常画像として記憶する正常画像記憶部と、
前記撮像部の視野画像を前記正常画像記憶部に記憶されている前記ニードル正常画像と比較することにより、前記ニードルが正常か否かを判定するように構成されたニードル判定部と、をさらに備えている、請求項１に記載のオートサンプラ。