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DE19911005A1 - Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms

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DE19911005A1
DE19911005A1 DE19911005A DE19911005A DE19911005A1 DE 19911005 A1 DE19911005 A1 DE 19911005A1 DE 19911005 A DE19911005 A DE 19911005A DE 19911005 A DE19911005 A DE 19911005A DE 19911005 A1 DE19911005 A1 DE 19911005A1
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DE
Germany
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motor
controlling
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microtome according
difference
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DE19911005A
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Bernd Guenther
Siegberg Holtermueller
Andreas Laudat
Rolf Metzner
Roland Walter
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Leica Microsystems CMS GmbH
Leica Biosystems Nussloch GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems Nussloch GmbH
Leica Microsystems CMS GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms beschrieben, bei dem motorisch verstellbare Parameter über eine Steuerschaltung eingestellt werden. Vorgegebene Soll-Werte für die motorisch verstellbaren Parameter werden laufend mit den Ist-Werten der motorisch verstellbaren Parametern verglichen. Aus der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten werden Steuerungssignale zur Ansteuerung der motorisch verstellbaren Paremeter gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms, bei dem motorisch verstellbare Parameter über eine Steuerschaltung eingestellt werden.
Ein derartiges Scheibenmikrotom ist aus der WO 98 04 898 A1 bekannt. Das hier beschriebene Scheibenmikrotom weist für den Schnitt einen motorischen Antrieb für die Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Objekt und dem Schneidmesser auf. Ferner ist das Scheibenmikrotom mit einer motorischen Zustelleinrichtung zur Einstellung der Schnittdicke ausgestattet. Beide Einstellmotoren können als Schrittmotoren ausgebildet sein und sind an eine Steuerschaltung angeschlossen. Über die Steuerschaltung werden die Motoren gesteuert. Zur Erkennung der Objektposition ist im Scheibenmikrotom ein Winkelcodierer vorgesehen.
In dieser Schrift bleibt jedoch offen, wie veränderliche Parameter im laufenden Betrieb des Mikrotoms ermittelt und welche Steuerungen dadurch ausgelöst werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Mikrotoms so weiterzubilden, daß ein weitgehend automatisierter Schnittbetrieb ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms zeichnet sich dadurch aus, daß alle motorisch verstellbaren Parameter über eine Steuerschaltung eingestellt und dabei vorgegebene Soll-Werte mit laufend ermittelten Ist-Werten für die motorisch verstellbaren Parameter verglichen werden. Aus der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten werden Steuerungssignale zur Ansteuerung der motorisch verstellbaren Parameter gebildet und die motorischen Parameter entsprechend angesteuert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Lage der Schnittebene bestimmt und als Soll-Wert in der Steuereinrichtung abgespeichert. Ferner ist es vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Ist-Wert des zu schneidenden Objekts und dem Soll-Wert der Schnittebene laufend ermittelt wird. Der so ermittelte Abstand läßt sich zur Regelung der Annäherungs- und/oder der Schnittgeschwindigkeit verwenden, wobei bei einem großen Abstand eine höhere Annäherungs- und/oder Schnittgeschwindigkeit eingestellt wird als bei einem geringen Abstand.
Es ist ferner vorgesehen, daß ein erster und ein zweiter Soll-Wert für den motorisch verstellbaren Parameter des Schnitts zwischen dem Objekt und dem Schneidmesser vorgegeben werden. Der erste Soll-Wert entspricht dabei dem Anfang des Schnitts und der zweite Soll-Wert dem Ende des Schnitts. Beide Werte oder zumindest der erste Soll-Wert wird mit dem Ist-Wert des motorisch verstellbaren Parameters zur Erzeugung der Schnittbewegung verglichen. Ist der erste Soll-Wert mit dem Ist-Wert identisch, wird ein entsprechende Signal erzeugt. Mit diesem Signal kann beispielsweise die Drehzahl oder auch Leistung des motorischen Antriebs gesteuert werden. Außerdem wird jetzt nur noch der zweite Soll-Wert mit dem Ist-Wert verglichen. Sind beide Werte gleich, ist der eigentliche Schnittvorgang beendet. Über ein entsprechendes Signal werden dann die Antriebsparameter zurückgesetzt und der erste Soll-Wert wieder mit dem Ist-Wert verglichen.
Aus Sicherheitsgründen ist es vorgesehen, daß die Geschwindigkeit und/oder die Kraft des motorisch verstellbaren Parameters zusätzlich in Abhängigkeit von einem Signal eines manuellen Bedienelements gesteuert wird. Fehlt ein derartiges Signal können die motorisch verstellbaren Parameter auf ein Minimum reduziert oder auch ganz abgeschaltet werden.
Es ist ferner vorgesehen, daß zunächst die Lage der Schnittebene als Soll-Wert ermittelt wird, um danach die Lage der Oberfläche der zu schneidenden Probe als Ist-Wert zu bestimmen. Aus der Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert werden Signale gebildet, die die motorisch verstellbaren Parameter zur Orientierung der Oberfläche der zu schneidenden Probe ansteuern. Dabei kann es vorgesehen sein, daß der oder die motorisch verstellbaren Parameter so lange verändert und mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen werden bis die Ist-Werte mit den Soll-Werten übereinstimmen. Es ist jedoch auch möglich, daß zunächst drei Eckpositionen des Objektes als Ist-Werte ermittelt werden und aus diesen drei Ist-Werten die Lage des Objektes im Raum berechnet wird.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Scheibenmikrotom 1 mit einem Grundbett 2 und einem darauf angeordneten Basisteil 18 eines Zustellschlittens 14 für einen Messerhalter 3. Der Messerhalter 3 trägt ein Schneidmesser 4. Der Zustellschlitten 5 ist auf dem Basisteil 18 in Doppelpfeilrichtung bewegbar ausgebildet und wird von einem Zustell-Schrittmotor 15 angetrieben. Zusammen mit dem Messer 3 wird vom Zustellschlitten die Schnittebene 13 definiert. Der Schrittmotor 15 ist über eine Steuerleitung 23 mit einer Steuerschaltung 8 elektrisch verbunden. Am Messerhalter 3 ist zusätzlich ein druckempfindlicher Flächensensor 9 angeordnet. Der Sensor 9 ist über eine Steuerleitung 22 an die Steuerschaltung 8 angeschlossen.
Am Scheibenmikrotom 1 ist ferner ein drehbeweglicher Arm 7 mit einem in Doppelpfeilrichtung X und Y ausrichtbaren Objekthalter 6 mit einem daran angeordneten zu schneidenden Objekt 5 vorgesehen. Der drehbewegliche Arm 7 des Scheibenmikrotoms ist in einem Drehlager 19 gelagert und wird von einem Antriebsmotor 16 bewegt. Der Motor 16 ist über eine Steuerleitung 27 und die Steuerschaltung 8 angeschlossen ist. Dem drehbeweglichen Arm 7 ist ferner ein Winkelschrittgeber 17 zugeordnet, der den Ist-Wert der Stellung des drehbeweglichen Arms über eine Steuerleitung 26 an die Steuereinrichtung 8 abgibt.
Dem im Raum ausrichtbaren Objekthalter 6 sind ein Schrittmotor 20 zur Verstellung in X-Richtung und ein Schrittmotor 21 zur Verstellung in Y-Richtung zugeordnet. Beiden Motoren 20 und 21 sind über je eine Steuerleitung 28 und 29 mit der Steuerschaltung 8 verbunden.
An die Steuerschaltung 8 ist über eine Steuerleitung 24 ein externes Bedienpult 10 und über eine Steuerleitung 25 ein Handrad 11 mit einem zugehörigen Encoder 12 angeschlossen.
Der Schnitt erfolgt bei dem Scheibenmikrotom durch die Bewegung des drehbeweglichen Arms 7. Dabei wird das Objekt 5 in der Schnittebene 13 über das Schneidmesser 4 geführt. Nach einem erfolgten Schnitt wird über die Steuerschaltung 8 der Zustellschlitten 14 um den über das Bedienpult 10 vorgegebenen Betrag der Schnittdicke vorbewegt.
Die Positionen der Schrittmotoren 15, 20, 21 und des Winkelschrittgebers 17 werden in der Steuerschaltung 8 als Ist-Werte laufend abgefragt und mit vorgegebenen Soll-Werten verglichen.
Zur Ermittlung des Soll-Wertes, Abstand zwischen dem Schneidmesser 4 bzw. der Schnittebene 13 und dem Sensor 9, wird ein Objekt 5 zunächst manuell gesteuert angeschnitten. Dies ist immer dann erforderlich, wenn beispielsweise ein Messerwechsel oder eine Änderung des Schneidwinkels vorgenommen wurde und sich die Lage der Schnittebene 13 geändert hat. Zur Ermittlung und Abspeicherung des Ist-Wertes der Schnittebene 13 wird der motorische Zustellmotor 15 über Schaltmittel des Bedienpults 10 auf das Objekt 5 zugestellt. Nach einem Kontakt zwischen der Messerschneide 4 und der Objektoberfläche wird die Position des Zustellschlittens 14 als Ist-Wert in der Steuerschaltung 8 abgespeichert.
Danach wird der Objektkopf 6 vor dem druckempfindlichen Sensor 9 positioniert und über den Zustellschlitten 14 ein Kontakt zwischen der Objektoberfläche und dem Sensor 9 hergestellt. Diese Position des motorischen Zustellschlittens 14 wird ebenfalls in der Steuerschaltung 8 als Ist-Wert abgespeichert. Aus der Differenz der beiden Werte läßt sich der genaue Abstand zwischen der Schnittebene 13 und dem Sensor 9 als Soll-Wert (Abstand) berechnen. Nach einem Objektwechsel kann so eine automatische Annäherung des Objekts 5 in die Schnittebene 13 bzw. eine automatische Zustellung des Schlittens 14 auf das Objekt 5 erfolgen. Dabei ist es völlig unerheblich, welche Stärke und welche Oberflächenstruktur das neue zu schneidende Objekt 5 aufweist. Nachdem der Abstand zwischen dem Sensor 9 und der Schnittebene 13 berechnet und als Soll-Wert in der Steuerschaltung abgelegt wurde, können alle weiteren Objekte 5 automatisch positioniert werden.
Eine automatische Positionierung erfolgt dadurch, daß über den motorischen Zustellschlitten 14 ein Kontakt zwischen dem Objekt 5 und dem Sensor 9 hergestellt wird. Zu diesem Ist-Wert wird in der Steuerschaltung 8 der berechnete Soll-Wert addiert. In diese neu berechnete Position wird der Zustellschlitten 14 automatisch bewegt.
Bereits angeschnittene Proben 5 bzw. Proben mit einer glatten Oberfläche lassen sich automatisch zur Schnittebene 13 orientieren. Dies erfolgt dadurch, daß der Objekthalter 6 zunächst über die Schrittmotoren 20 und 21 in eine Anschlagposition gebracht wird. Danach wird über den motorischen Zustellschlitten 14 ein Kontakt zwischen der Oberfläche des Objekts 5 und dem Sensor 9 hergestellt und als Ist-Wert an die Steuerschaltung 8 weitergeleitet. Über die Steuerschaltung 8 werden dann die Schrittmotoren 20, 21 und der motorische Zustellschlitten 14 so lange schrittweise angesteuert, bis vom Sensor 9 kein Signal mehr abgegeben wird.
Die Orientierung des Objekts 5 kann jedoch auch dadurch erfolgen, daß über die Steuerschaltung 8 beiden Schrittmotoren 20 und 21 zunächst in eine ihrer Endstellungen gebracht werden um dann einen Kontakt mit dem Sensor 9 herzustellen. Diese und zwei weitere Eckpositionen der Oberfläche des Objekts 5 werden angefahren und als Ist-Werte abgespeichert. Durch das gleichzeitige Erfassen der zurückgelegten Wege beim Anfahren der jeweiligen Eckpositionen, kann die Orientierung des Objekts 15 zur Schnittebene 13 berechnet und eingestellt werden.
Das Abspeichern der Wege beim Anfahren der Ecken kann entfallen, wenn der Sensor 9 als ortsempfindlicher Flächensensor bzw. 2D Potentiometer Pad ausgebildet ist.
Über das Bedienpult 10 werden Soll-Werte für die Drehzahl und Kraft des Antriebsmotors 16 eingegeben und in der Steuereinrichtung 8 gespeichert. Über den angeschlossenen Winkelschrittgeber 17 läßt sich die Drehzahl und Stellung des drehbeweglichen Arms 7 als Ist-Wert erfassen und mit dem Soll-Wert vergleichen. In Abhängigkeit von einer bestimmten Stellung, wenn sich das Objekt außerhalb der Messerschneide 4 befindet, wird die Drehzahl erhöht und die Leistung des Motors 8 durch eine Strombegrenzung verringert. Während des Schnittes wird die Drehzahl verringert und die Leistung des Motors 16 wieder erhöht.
Die Drehzahl des Motors 8 kann jedoch auch zusätzlich über ein manuell zu bedienendes Handrad 11 geregelt werden. Dazu werden die bei der Drehung des Handrades 11 über den Encoder 12 erzeugten Signale als Soll-Werte in der Steuerschaltung 8 abgelegt und mit den IST-Werten des Winkelschrittgebers 17 verglichen. Aus der Differenz wird ein Signal zur Ansteuerung der Drehzahl des Motors 16 gewonnen. Zum Starten und Stoppen des Antriebs des Scheibenmikrotoms 1 ist ein Fußschalter 30 vorgesehen, über eine Steuerleitung 31 mit der Steuerschaltung 8 verbunden ist. Der Fußschalter kann auch mit einem Potentiometer ausgestattet sein, über dessen Stellung ein Soll-Wert für die Schnittgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl der Motors 16 über die Steuerschaltung 8 vorgegeben wird.
Bezugszeichenliste
1
Scheibenmikrotom
2
Grundbett
3
Messerhalter
4
Schneidmesser
5
Objekt
6
Objekthalter
7
drehbeweglicher Arm
8
Steuerschaltung
9
Flächensensor
10
Bedienpult
11
Handrad
12
Encoder
13
Schnittebene
14
Zustellschlitten
15
Zustell-Schrittmotor
16
Antriebsmotor
17
Winkelschrittgeber
18
Basisteil
19
Drehlager
20
X-Schrittmotor von
6
21
Y-Schrittmotör von
6
22
Steuerleitung
8-9
23
Steuerleitung
8-15
24
Steuerleitung
8-10
25
Steuerleitung
8-12
26
Steuerleitung
8-17
27
Steuerleitung
8-16
28
Steuerleitung
8-20
29
Steuerleitung
8-21
30
Fußschalter
31
Steuerleitung
8-30

Claims (16)

1. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms, bei dem motorisch verstellbare Parameter über eine Steuerschaltung eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vorgegebene Soll-Werte für die motorisch verstellbaren Parameter mit ermittelten Ist-Werten der motorisch verstellbaren Parametern laufend verglichen werden und aus der Differenz zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten Steuerungssignale zur Ansteuerung der motorisch verstellbaren Parameter gebildet werden.
2. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Schnittebene bestimmt und als Soll-Wert abgespeichert wird.
3. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Ist-Wert des zu schneidenden Objekts und dem Soll-Wert der Schnittebene laufend ermittelt wird.
4. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des motorisch verstellbaren Parameters in Abhängigkeit vom ermittelten Abstand zwischen dem Ist-Wert des zu schneidenden Objekts und dem Soll-Wert der Schnittebene geregelt wird.
5. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Soll-Wert für den motorisch verstellbaren Parameter des Schnitts zwischen dem Objekt und dem Schneidmesser vorgegeben sind und beide Soll-Werte mit dem Ist-Wert des motorisch verstellbaren Parameters zur Erzeugung der Schnittbewegung . verglichen werden.
6. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem ersten Soll-Wert und dem Ist- Wert und/oder die Differenz zwischen dem zweiten Soll-Wert und dem Ist-Wert gebildet wird.
7. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des motorisch verstellbaren Parameters in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz zwischen dem ersten Soll-Wert und dem Ist-Wert und/oder der ermittelten Differenz zwischen dem zweiten Soll-Wert und dem Ist-Wert gesteuert wird.
8. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des motorisch verstellbaren Parameters in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz zwischen dem ersten Soll-Wert und dem Ist-Wert und/oder der ermittelten Differenz zwischen dem zweiten Soll-Wert und dem Ist-Wert gesteuert wird.
9. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit und/oder Kraft des motorisch verstellbaren Parameters zusätzlich in Abhängigkeit eines manuellen Bedienelements gesteuert wird.
10. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Übereinstimmung zwischen dem Ist-Wert und dem ersten Soll-Wert die Geschwindigkeit des motorischen Parameters verlangsamt und/oder die Kraft des motorisch verstellbaren Parameters erhöht wird.
11. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 8 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Übereinstimmung zwischen dem Ist-Wert und dem zweiten Soll-Wert die Geschwindigkeit des motorischen Parameters erhöht und/oder die Kraft des motorisch verstellbaren Parameters verringert wird.
12. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Oberfläche der zu schneidenden Probe ermittelt und die Differenz mit einem vorgegebenen Soll-Wert gebildet wird.
13. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 2 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Oberfläche der zu schneidenden Probe ermittelt und die Differenz mit dem Soll-Wert für die Lage der Schnittebene gebildet wird.
14. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die motorisch verstellbaren Parameter so lange verändert und mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen werden bis der Ist-Wert mit dem Soll-Wert übereinstimmt.
15. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß drei Eckpositionen des Objektes als Ist-Werte ermittelt werden und aus diesen drei Ist-Werten die Lage des Objektes im Raum berechnet wird.
16. Verfahren zur Steuerung eines Scheibenmikrotoms nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Lage des Objektes im Raum und einer Soll-Lage berechnet und der motorisch verstellbare Parameter in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz angesteuert wird.
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