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DE102012203686A1 - Eindeckautomat mit optischem Grenzfüllstandsmessgerät für eine Flüssigkeit - Google Patents

Eindeckautomat mit optischem Grenzfüllstandsmessgerät für eine Flüssigkeit Download PDF

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DE102012203686A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eindeckautomaten (1) aufweisend eine Hohlnadel (2) zum Aufbringen von Eindeckmedium auf einen Objektträger (5), einen transparenten, mit einer Flüssigkeit zu befüllenden Behälter (103), eine Lichtquelle (101) zum Abstrahlen von Messlicht in einer Hauptabstrahlrichtung (A) in den Behälter (103) und einen Lichtsensor (102, 102') zum Detektieren des Messlichts, wobei die Lichtquelle (101) so bezüglich des Behälters (103) angeordnet ist, dass das abgestrahlte Messlicht durch eine Flüssigkeit in dem Behälter, deren Füllstand eine Füllstandsgrenze überschreitet, gebrochen wird, wobei der Lichtsensor (102, 102') so bezüglich des Behälters (103) angeordnet ist, dass nur gebrochenes Messlicht oder nur ungebrochenes Messlicht detektiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eindeckautomaten mit einem optischen Grenzfüllstandsmessgerät für eine Flüssigkeit sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Grenzfüllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter.
  • Stand der Technik
  • Eindeckautomaten werden in der Histologie verwendet, um Objektträger, auf denen sich bspw. Gewebeschnitte befinden, einzudecken. Es ist bekannt, dafür ein Eindeckmedium (eine Art flüssiger Klebstoff) auf den Objektträger mittels einer Hohlnadel dosiert aufzubringen und anschließend ein Deckglas zur Versiegelung aufzudrücken. Ein solcher Eindeckautomat wird bspw. von der Anmelderin unter der Bezeichnung "Leica CV5030" vertrieben.
  • Bei einem Nichtgebrauch des Eindeckautomaten oder bei Stillstandszeiten besteht die Gefahr, dass das Eindeckmedium in der Hohlnadel austrocknet und somit die Hohlnadel verstopft. Das Eintrocknen von Eindeckmedium kann, je nach Umgebungstemperatur, bereits nach wenigen Minuten erfolgen. Um diese Gefahr zu mindern, beschreibt die DE 10 2005 020 426 A1 eine Reinigungseinrichtung für die Hohlnadel, welche eine Bürste und einen mit der Bürste verbundenen Lösungsmittelbehälter aufweist. Die Hohlnadel wird zur Reinigung in die lösungsmittelbenetzte Bürste eingeführt.
  • In Anbetracht dieses Stands der Technik ist eine automatische Grenzfüllstandsdetektion z.B. für das Lösungsmittel wünschenswert. Dies erlaubt, ein Austrocknen der Reinigungseinrichtung zu vermeiden. Die Maßnahmen sollten einfach zu implementieren aber dennoch robust und zuverlässig sein, um auch im Laborumfeld sicher und langlebig zu funktionieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Eindeckautomat sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Grenzfüllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wird eine Grenzfüllstandsmessung vorgestellt, die einfach zu implementieren ist und dennoch robust und zuverlässig arbeitet. Die Grenzfüllstandsmessung kommt mit einer Lichtquelle, einem Lichtsensor sowie einem transparenten Behälter, z.B. einem Hohlzylinder (wie ein Reagenzglas) oder einem Hohlquader (wie eine Küvette), aus. Lichtquelle, z.B. Leucht- oder Laserdiode, und Lichtsensor, z.B. Photodiode, können gut gekapselt werden, so dass sie unempfindlich auch gegen Lösungsmitteldämpfe sind. Der zu detektierende Grenzfüllstand wird durch die Anordnung von Lichtquelle und Lichtsensor bezüglich des Behälters definiert. Dass Messprinzip bedient sich der Brechung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts in der Flüssigkeit. Lichtquelle und Lichtsensor können nun bezüglich des Behälters so angeordnet werden, dass nur ungebrochenes Messlicht (d.h. Flüssigkeit unter Grenzfüllstand) oder nur gebrochenes Messlicht (d.h. Flüssigkeit über Grenzfüllstand) den Lichtsensor erreicht. Dies bestimmt sich im Wesentlichen dadurch, ob der Lichtsensor in der Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle angeordnet ist oder in Richtung des Brechungswinkels. Wird nur gebrochenes Licht detektiert, erhöht das die Detektionssicherheit, da ein Ausfall der Sensorik (z.B. Lichtquelle, Lichtsensor, Messelektronik) oder eine Störung (z.B. Fremdkörper im Lichtweg) – wie ein zu niedriger Füllstand – zu einem Ausbleiben des Messignals führt.
  • Die erfindungsgemäße Grenzfüllstandsmessung kann zur Überwachung eines oberen oder unteren Grenzfüllstands eingesetzt werden, d.h. zum Überwachen eines Überlaufens oder Leerlaufens. Die geometrische Anordnung von Lichtquelle, Behälter und Lichtsensor bietet zahlreiche Freiheitsgrade, die ein optimales Abstimmen der Detektion auf den jeweiligen Einsatzzweck erlaubt. Zu den Freiheitsgraden gehören insbesondere eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle, ein Einfallswinkel auf den Behälter oder die Flüssigkeit und eine Detektionsrichtung des Lichtsensors. Beispielsweise kann die Lichtquelle so ausgerichtet sein, dass der Behälter im Wesentlichen horizontal durchstrahlt wird. Ebenso kann die Lichtquelle so ausgerichtet sein, dass der Behälter in einem Winkel zur Horizontalen, bspw. 45°, durchstrahlt wird. Das Messlicht kann auf eine Behälterwand oder direkt auf die Flüssigkeit gerichtet sein. Ein Einfallswinkel von etwa 45° erweist sich als vorteilhaft.
  • Es können auch zwei oder mehrere Sensoren eingesetzt werden, um eine zweikanalige Messung und/oder gegenseitige Überwachung oder Redundanz zu gewährleisten. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wird wenigstens ein erster Lichtsensor so angeordnet, dass ihn nur gebrochenes Messlicht (d.h. Flüssigkeit über Grenzfüllstand) erreicht, und wenigstens ein zweiter Lichtsensor so angeordnet, dass ihn nur nicht gebrochenes Messlicht (d.h. Flüssigkeit unter Grenzfüllstand) erreicht. In Abhängigkeit vom Füllstand liefert dann immer nur einer der Sensoren ein Signal.
  • Die erfindungsgemäße Grenzfüllstandsmessung kann insbesondere in Laborgeräten zum Einsatz kommen, wo Füllstände zu überwachen sind. Die Verwendung in medizinischen Gebieten, wie der Histologie, ist besonders vorteilhaft, da hier meist ausreichend transparente Flüssigkeiten verwendet werden. Besonders bevorzugt kommt die Erfindung in Eindeckautomaten zur Überwachung von Lösungsmittel- und/oder Eindeckmediumfüllständen zum Einsatz. Lösungsmittel wird hier bspw. eingesetzt, um die Hohlnadel vor Austrocknen zu schützen. Ein typisches Lösungsmittel ist Wasser oder Alkohol oder ein sog. Lösemittel (z.B. flüchtige organische Stoffe mit einem Siedepunkt bis 200°C gemäß TRGS 610 (Technische Regeln für Gefahrstoffe)). Die Hohlnadel kann bspw. in eine lösungsmittelbenetzte Bürste gesteckt werden, wie es in der DE 10 2005 020 426 A1 beschrieben wird. Ein ausreichender Lösungsmittelstand ist wichtig, um ein Austrocknen der Bürste zu vermeiden. In besonders bevorzugter Ausgestaltung kann die Hohlnadel auch in einem Behälter mit Lösungsmittel geparkt werden, d.h. in Lösungsmittel eingetaucht werden. Dafür sollte der Füllstand des Lösungsmittels in dem Behälter jedoch einen gewissen Mindestfüllstand nicht unterschreiten, damit sichergestellt ist, dass die Hohlnadel in Lösungsmittel getaucht ist. Da sich Lösungsmittel erfahrungsgemäß schnell verflüchtigt, wird diese einfache und besonders zweckmäßige Lösung erst durch die erfindungsgemäße Grenzfüllstandsüberwachung in der Praxis einsetzbar.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
  • 1a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Grenzfüllstandsmessgerät in einer Draufsicht bei einem Flüssigkeitsstand unter dem Grenzfüllstand.
  • 1b zeigt die Ausführungsform gemäß 1a bei einem Flüssigkeitsstand über dem Grenzfüllstand.
  • 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Eindeckautomaten mit einem Lösungsmittelbehälter und einem Grenzfüllstandsmessgerät.
  • 3 zeigt eine Arbeitsposition und eine Parkposition einer Hohlnadel des Eindeckautomaten in Relation zu dem Grenzfüllstandsmessgerät.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1a und 1b eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Grenzfüllstandsmessgeräts 100 erläutert.
  • Das Grenzfüllstandsmessgerät 100 ist in einer Draufsicht dargestellt und weist eine hier als Leuchtdiode 101 ausgebildete Lichtquelle sowie einen hier als Photodiode 102 ausgebildeten Lichtsensor auf. Zwischen Leuchtdiode 101 und Photodiode 102 ist ein hier als Hohlzylinder 103 (z.B. Reagenzglas) ausgebildeter Behälter angeordnet, in dem die zu überwachende Flüssigkeit eingefüllt ist.
  • Die Leuchtdiode 101 strahlt gerichtetes bzw. fokussiertes Messlicht in einer hier im Wesentlichen horizontalen Hauptabstrahlrichtung A ab (d.h. die Hauptabstrahlrichtung steht allenfalls in einem sehr kleinen Winkel auf einer horizontalen Ebene, z.B. kleiner 5° oder kleiner 1°). Die Photodiode 102 ist hier in der Hauptabstrahlrichtung A angeordnet, so dass Messlicht, welches von der Leuchtdiode 101 abgestrahlt wird, die Photodiode 102 nur im Wesentlichen geradlinig erreicht. Das Messlicht fällt in einem Winkel von ca. 45° auf die Außenwand (genauer Mantelfläche) des Behälters. Die vertikale Höhe, in der das Messlicht durch den transparenten Hohlzylinder 103 tritt, definiert gleichzeitig den zu überwachenden Grenzfüllstand.
  • Mit der Erfindung kann ein Grenzfüllstand beliebiger Flüssigkeiten überwacht werden, solange diese ausreichend transparent sind und ihr Brechungsindex ausreichend von dem Brechungsindex von Luft abweicht.
  • Befindet sich nicht ausreichend Flüssigkeit in dem Reagenzglas 103, d.h. liegt der Füllstand der Flüssigkeit unter dem Grenzfüllstand, durchstrahlt das Messlicht nur die transparente Behälterwand und Luft und wird in der Folge nicht merklich aus der Hauptabstrahlrichtung A gebrochen, wie es in 1a dargestellt ist. Das Messlicht erreicht die Photodiode 102 und ein Messsignal wird erzeugt.
  • Befindet sich ausreichend Flüssigkeit in dem Reagenzglas 103, d.h. liegt der Füllstand der Flüssigkeit über dem Grenzfüllstand, durchstrahlt das Messlicht die Flüssigkeit und wird in der Folge aus der Hauptabstrahlrichtung A gebrochen, wie es in 1b dargestellt ist. Bei der gewählten Anordnung der Elemente (Hauptabstrahlrichtung horizontal, Einfallswinkel auf Behälterwand ca. 45°) ergibt sich eine Brechung derart, dass eine horizontale Strahlablenkung erfolgt.
  • Nach dem Durchstrahlen des mit ausreichend Flüssigkeit gefüllten Reagenzglases 103 weicht die Strahlrichtung des Messlichts so weit von der Hauptabstrahlrichtung A ab, dass es nicht mehr in den Lichtsensor 102 eintreten kann. Es wird dort kein Messsignal erzeugt.
  • Die vorliegende Ausführungsform des Grenzfüllstandsmessgeräts 100 ist also so konfiguriert, dass die Photodiode 102 immer dann ein Messsignal erzeugt, wenn der Flüssigkeitsstand unter dem Grenzfüllstand liegt. Das Messsignal kann beispielsweise als Warnsignal verwendet werden, um einen Flüssigkeitsmangel anzuzeigen.
  • Eine alternative Ausführungsform, bei der die Photodiode immer dann ein Messsignal erzeugt, wenn der Flüssigkeitsstand über dem Grenzfüllstand liegt, wird erhalten, wenn ein Lichtsensor 102' in der Richtung (Pfeilspitze), in die das Messlicht in 1b abgelenkt wird, angeordnet ist. Diese Anordnung bietet eine größere Sicherheit, da ein Ausfall bzw. eine Störung der Messung zu einem Ausbleiben des Signals führt und damit eine Warnung erzeugt wird, wohingegen bei dem obigen Beispiel ein Ausfall bzw. eine Störung der Messung möglicherweise unentdeckt bleibt.
  • Eine selbstprüfende Anordnung kann bereitgestellt werden, wenn beide Lichtsensoren 102, 102' vorhanden sind.
  • Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert wird, ist ein erfindungsgemäßes Grenzfüllstandsmessgerät bevorzugterweise in Eindeckautomaten einsetzbar, um insbesondere den Füllstand eines Lösungsmittels in einem Behälter zu überwachen, in dem eine Hohlnadel, mit welcher Eindeckmedium ausgebracht wird, während Pausen und/oder längeren Stillstandszeiten aufbewahrt wird.
  • Die 2 zeigt eine Ansicht des Eindeckautomaten 1 mit einer Hohlnadel 2, mittels derer Eindeckmedium (meist eine Art flüssiger Klebstoff) aus einem Vorratsbehälter 3 auf einen nicht mit dargestellten Objektträger aufgebracht wird. Die Hohlnadel 2 ist an einer Führung 4 angeordnet und entlang dieser Führung 4 auf und ab bewegbar.
  • Die Hohlnadel 2 ist entlang der Führung 4 in eine Arbeitsposition zum Aufbringen des Eindeckmediums und in eine Parkposition zur Reinigung bzw. Aufbewahrung bewegbar. Der Eindeckautomat 1 verfügt an der Parkposition über einen mit Lösungsmittel gefüllten Behälter 103, in den die Hohlnadel während Pausen- und Stillstandszeiten eingetaucht wird, um ein Austrocknen zu vermeiden. Beispielsweise kann dazu eine Steuereinrichtung mit Zeitschaltuhr vorgesehen sein, die die Hohlnadel nach einer gewissen, vorgebbaren Zeit des Nichtgebrauchs automatisch in das Lösungsmittel eintaucht. Damit die Hohlnadel auch beim Eintauchen mit Lösungsmittel in Kontakt kommt, muss in dem Behälter eine Mindestmenge Lösungsmittel vorrätig sein. Zur Überwachung eines hier unteren Grenzfüllstands von Lösungsmittel in dem Behälter 103 ist der Eindeckautomat 1 mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Grenzfüllstandsmessgeräts 100 ausgestattet.
  • Die 3 zeigt detaillierter in einer Querschnittsansicht die Anordnung aus Hohlnadel 2 und Behälter 103, woraus erkennbar wird, dass die Hohlnadel 2 entlang der Führung 4 in die Arbeitsposition (oben, mit durchgezogener Linie und 2' bezeichnet), in der sie oberhalb von einzudeckenden Objektträgern 5 angeordnet ist, und die Parkposition (unten, mit strichpunktierter Linie und 2 bezeichnet), in der sie in dem Behälter 103 angeordnet ist, bewegbar ist. Die Bewegung einzudeckender Objektträger erfolgt in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Hohlnadel 2 (in oder senkrecht zur Zeichenebene). Die Hohlnadel ist somit bevorzugterweise nur in eine Richtung (hier z-Richtung) beweglich gelagert, so dass nur wenig bauliche Maßnahmen, Führungen, Motoren usw. notwendig sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005020426 A1 [0003, 0009]

Claims (13)

  1. Eindeckautomat (1) aufweisend eine Hohlnadel (2) zum Aufbringen von Eindeckmedium auf einen Objektträger (5), einen transparenten, mit einer Flüssigkeit zu befüllenden Behälter (103), eine Lichtquelle (101) zum Abstrahlen von Messlicht in einer Hauptabstrahlrichtung (A) in den Behälter (103) und einen Lichtsensor (102, 102') zum Detektieren des Messlichts, wobei die Lichtquelle (101) so bezüglich des Behälters (103) angeordnet ist, dass das abgestrahlte Messlicht durch eine Flüssigkeit in dem Behälter, deren Füllstand eine Füllstandsgrenze überschreitet, gebrochen wird, wobei der Lichtsensor (102, 102') so bezüglich des Behälters (103) angeordnet ist, dass nur gebrochenes Messlicht oder nur ungebrochenes Messlicht detektiert wird.
  2. Grenzfüllstandsmessgerät nach Anspruch 1, wobei der Einfallswinkel des Messlichts auf den Behälter (103) größer 10° und kleiner 80°, vozugsweise größer 40° und kleiner 60° ist.
  3. Eindeckautomat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hauptabstrahlrichtung (A) mit einer horizontalen Ebene einen Winkel kleiner 45°, vorzugsweise kleiner 5° einschließt.
  4. Eindeckautomat nach Anspruch 3, wobei die Hauptabstrahlrichtung (A) im Wesentlichen horizontal ist.
  5. Eindeckautomat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (103) ein Hohlzylinder oder ein Hohlquader ist.
  6. Eindeckautomat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (101) eine Leucht- oder Laserdiode aufweist.
  7. Eindeckautomat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lichtsensor (102, 102') eine Photodiode aufweist.
  8. Eindeckautomat nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit wenigstens zwei Lichtsensoren (102, 102'), wobei ein erster (102') der wenigstens zwei Lichtsensoren so angeordnet ist, dass nur gebrochenes Messlicht von dem ersten Lichtsensor (102') detektiert wird, und wobei ein zweiter (102) der wenigstens zwei Lichtsensoren so angeordnet ist, dass nur ungebrochenes Messlicht von dem zweiten Lichtsensor (102) detektiert wird.
  9. Eindeckautomat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (103) ein Lösungsmittelbehälter für eine Reinigungseinrichtung der Hohlnadel (2) oder ein Behälter für das Eindeckmedium ist.
  10. Eindeckautomat (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (103) zur Aufnahme der Hohlnadel (2) ausgebildet ist.
  11. Eindeckautomat (1) nach Anspruch 10, wobei eine Arbeitsposition der Hohlnadel (2), in der mittels der Hohlnadel (2) Eindeckmedium auf einen Objektträger (5) aufbringbar ist, oberhalb des Behälters (103) liegt.
  12. Eindeckautomat (1) nach Anspruch 11, wobei die Arbeitsposition der Hohlnadel (2) so oberhalb des Behälters (103) liegt, dass die Hohlnadel (2) durch eine reine Vertikalbewegung aus der Arbeitsposition in den Behälter (103) eingeführt werden kann.
  13. Verfahren zum Erkennen einer Füllstandsgrenze einer Flüssigkeit in einem transparenten Behälter (103), wobei von einer Lichtquelle (101) abgestrahltes Messlicht durch den Behälter (103) gestrahlt wird, wobei das abgestrahlte Messlicht durch die Flüssigkeit in dem Behälter gebrochen wird, wenn deren Füllstand die Füllstandsgrenze überschreitet, wobei nur gebrochenes Messlicht oder nur ungebrochenes Messlicht von einem Lichtsensor (102, 102') detektiert wird.
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