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2018年04月02日 | 打造具有示范意义的核物质放射性样品检测智慧实验室
2018-04-02 来源：北钢联智能装备专家
我国是世界上少数几个拥有比较完整的核工业体系的国家之一，随着核电、医学、化学、生物学等学科的发展，建设先进的科研型核反应堆显得尤为重要。为确保核试验的安全进行，稳定利用核能，贯彻以人为本的科学发展观，我国先后建立了铀水冶厂、同位素分离厂、铀转换厂、核燃料元件制造厂、后处理厂和一批研究设计院所，我国的核试验装备从无到有，得到了很大的发展。
如今，科学家们正在探索如何利用先进的智能化试验手段，避免科研工作者直接与危险样品接触，从而降低人员遭受核辐射的风险，并且提高试验的可靠性，同时也是国家一项重要的课题。由北钢联所研制的放射性样品取样、检测、清洗试验设备，成为了核试剂检验领域的重要设备之一。该设备能够以机械化的手段，替代人工完成实验室所需的一系列样品检验动作，实现核试剂检验过程中人员与试验环境的完全分离，避免了科研人员与试剂近距离接触造成的辐射风险。
图1 取样、检测、清洗一体化实验设备
集成化的结构设计
该设备主要由支撑及控制柜体、上/下料跑兔系统（注1）、样品转移机器人、样品识别装置、样品暂存位、样品成分检测装置、开盖装置及控制系统等构成，能实现样品试剂的自动上/下料、样品识别后样品瓶开盖检测、检测后样品回收下料及容器清洗全过程的自动化。
注1：跑兔系统，指通过气压或液压驱动，将内装辐照样品的小容器，通过管道由实验室快速送至核反应堆使样品接受辐照，辐照后又迅速返回实验室的装置。被输送的样品称为“兔子”。
图2 设备结构示意图
设备运行工艺路线
首先，由上料系统提供样品，机器人抓取样品至待开盖位置，由开盖机构将样品瓶盖打开，随后机器人将样品转移至检测位置，由专业仪器进行测定，并在线记录相关参数。随后向样品瓶内注入清洗液，充分清洁完毕后，通过压缩空气，吹干样品瓶。随后拧紧瓶盖，下料至跑兔系统，准备新一轮的试验循环。
软硬件集成系统
控制系统与机器人配合，确保实验操作的智能化。由于实验样品体积小，操作步骤繁多，操作空间紧凑，且环境有一定的腐蚀性，常规的抓取机器人无法在此场景下发挥其效力。但是该设备采用了IP56级的轻型防护六轴机器人，可实现在紧凑空间内的微小型样品转移。通过控制系统配置，对各操作工位及操作装置的即时信息感应、相应的参数配置可在线调节，仅通过启动外部的软件客户端即可实现样品的精确识别与转移等各项操作步骤，同时实验过程的参数均可在线监控，实现检测过程的智能化。
多种防护装置确保过程安全
设备整机材质选用316L高防护金属，所有电缆均采用316L格兰头（注2）密封，机器人除选用IP56防护等级外，专门定制特殊材料防护服对机器人进行安全防护，确保在实验过程中设备结构不受酸雾侵蚀，延长设备使用寿命。
注2：格兰头，又名电缆防水接头、电缆固定头，广泛应用于机械设备电气、船舶电气、防蚀设备的电线电缆的固定和保护。
后端清洗措施实现操作的完整性
检测使用的试剂瓶带有残存样品，若不及时进行清洗将直接影响后续样品的检测结果，因此试剂瓶的清洗至关重要。检测装置配套清洗功能，可对试剂瓶进行溶剂清洗及吹干操作两个步骤，整套试验装置实现了完整的检测过程，避免了试剂瓶取出另作清洗对环境的污染及人员的危害，真正实现试验过程人员与样品的完全隔离。
图3 成分检测模块
一个国家的实验室水平标志着科技与经济的发达程度，直接影响着科研成就。依托国内智能制造的大背景，北钢联所研制的各类智能化试验装备，将为诸多行业尖端实验室的智能化改造提供有力支撑，例如化工、医学、电子等。随着各类定制化试验装置的问世、安全环保理念的导入、智能化软件的应用，采用无需人工干预的智能化试验方式，能够极大避免人为失误的影响，其将成为未来先进实验室的重点建设方向。因此，改变实验室的发展观念，改进其智能化程度，为科研工作者提供安全、高效、舒适的环境，是北钢联一贯秉承的研制理念和社会责任。
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