[发明专利]基于图像识别的穿刺打孔取样系统及方法

权利要求书

1.一种基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征在于，包括：用于识别试样形貌或试样上斑点形貌、分布和位置并生成穿刺采样轨迹的轨迹规划模块和根据轨迹进行样本采集的旋转切片模块，其中：旋转切片模块根据穿刺采样轨迹移动至预设位置后穿刺造孔，在试样上形成穿刺点轨迹后再施加剪切力实现样本与试样的分离；

所述的轨迹规划模块包括：图像采集单元、廓形构建单元、有效性判断单元以及路径生成单元，其中：两个图像采集单元分别设置于试样的上下两侧并各自采集包含斑点的试样图像和透光图像后输出至廓形构建单元，廓形构建单元通过坐标转换和廓形重建后输出至有效性判断单元，有效性判断单元将更新的样本廓形与标准廓形比较以判断斑点的合格性，并将合格斑点的样本廓形输出至路径生成单元，路径生成单元根据旋转切片模块的预设参数叠加至合格斑点的样本廓形上并生成穿刺采样轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的旋转切片模块包括：二维移动机构以及与之相连的驱动机构和操作端；

所述的驱动机构包括外部设有线圈的壳体、设置于壳体内的磁致动体和导向柱，其中：导向柱的一端与操作端相连，当线圈上施加电流并产生磁场时，磁致动体基于磁场力实现轴向移动以驱动操作端进行旋转和轴向动作。

3.根据权利要求2所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的壳体内设有用于限制磁致动体移动范围的永磁体。

4.根据权利要求2或3所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，当导向柱为磁性材料时，通过磁性体与磁致动体相互吸引实现活动连接；对应所述的线圈的线筒底端设有永磁材料制成底端盖，该底端盖的磁极方向与磁致动体相反布置。

5.根据权利要求2所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的旋转和轴向动作，通过设置：

①电机，该电机的输出轴与磁致动体套接以带动磁致动体在壳体内的径向转动，和/或

②结构体和内嵌于偏置磁体组成的非均匀磁化的磁致动体，该磁致动体的磁轴与几何轴线不重合，当线圈生成轴向磁场时，非均匀磁化的磁致动体将同时受到轴向作用力和周向作用力，从而带动导向柱和操作端同时进行旋转和轴向动作。

6.根据权利要求2所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的磁致动体和壳体之间设有拉簧。

7.根据权利要求1所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的操作端与导向柱为活动连接，该操作端包括：固定块和设置与其底部的穿刺机构和顶出部件。

8.根据权利要求7所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的活动连接，通过固定块与导向柱卡接实现。

9.根据权利要求7所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的顶出部件为弹性体或刚性顶块，通过刚性顶块的非弹性直接挤压或弹性体的弹性势能集聚，使裁剪出来的样本切片被进一步弹入收纳筒。

10.根据权利要求7所述的基于图像识别的穿刺打孔取样系统，其特征是，所述的穿刺机构为针形结构、楔形结构、锯齿形结构、一侧或两侧带有锯齿的楔形结构的穿刺针或半开放结构或筒形结构的穿刺筒。

11.一种基于上述任一权利要求所述系统的穿刺打孔取样方法，包括以下步骤：

步骤1)根据穿刺采样轨迹，二维移动机构操纵驱动机构将操作端至试样上方；

步骤2)对线圈通电产生电磁场以产生斥力作用于磁致动体向下运动并带动导向柱、操作端和穿刺机构同步向下运动直至穿刺机构刺穿待采集片；通过对线圈施加反相电信号反向或断电并由拉簧提供拉力的方式实现复位；

步骤3)当完成一次穿插后，步进电机进行一个步距或二维移动机构带动驱动机构行至下一个确定的斑点廓形上的样本点正对位置，重复前述动作过程直至所有确定的斑点廓形上的样本点穿刺完成后制成斑点廓形。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征是，通过对线圈施加幅值更大电流电以增大磁致动体的运动幅度，使操作端上的弹性体能够先被采集片带裁掉部分阻碍压紧，然后达到弹力增加至顶破采集片带裁掉部分边缘连带材料后瞬间释放的弹力至待采集片的斑点廓形表面，致使被穿孔剪裁出廓形的待采集片上的材料挤压掉出或弹至收纳筒。