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Die Erfindung betrifft ein Messgerät für ein Vibrationsmikrotom gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Vibrationsmikrotom mit einem Messgerät nach Anspruch 6.
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Vibrationsmikrotome, bei denen die Schneide eine horizontale Oszillationsbewegung entlang der Richtung der Schneidkante ausführt, während das Schnittgut in der anderen Horizontalrichtung voranschreitet und so entlang einer horizontalen Schnittfläche geschnitten wird, sind wohlbekannt, beispielsweise aus
DE 196 45 107 C2 und
DE 20 2004 007 658 U1 der Anmelderin. Vibrationsmikrotome dieser Art werden insbesondere zum Schneiden von Gewebeproben in Flüssigkeiten (Pufferlösungen), beispielsweise Gehirngewebe, oder anderen Materialien geringer plastischer Stabilität und/oder gelartiger Konsistenz eingesetzt. In einer üblichen Geometrie wird das Präparat vertikal (Z-Achse) schrittweise von unten nach oben vorgeschoben. Während eines einzelnen Schneidevorganges bewegt sich das Messer mit der Schneidegeschwindigkeit horizontal (X-Achse) zum Präparat. Dabei vibriert es im Wesentlichen parallel zur Schneidkante mit einer Vibrationsrichtung, die senkrecht (Y-Achse) zu den anderen Bewegungsrichtungen ist, wobei die Schwingfrequenz typischerweise in der Größenordnung von 100 Hz, beispielsweise im Bereich von 90 bis 100 Hz, ist. Jedoch ist wegen der Toleranz von Messerhalterung und Messer nicht zu vermeiden, dass sich die Messerschneide nicht exakt parallel zur Schwingungsrichtung bewegt. Ein schräg eingespanntes Messer bewirkt durch die Vibration eine entsprechende Bewegung in Z-Richtung; dieser transversale (d.h. senkrecht zur Schnittebene, somit hier in Z-Richtung verlaufende) Schwingungsversatz wird auch als Höhenschlag bezeichnet. Die Schnitte zeigen infolge eines Höhenschlags ein wellenförmiges Muster.
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Eine elektrische Steuerung eines Vibrationsmikrotoms beschreiben J.R.P. Geiger et al. in dem Artikel ‘Patch-clamp recording in brain slices with improved slicer technology’, Pflügers Arch – Eur. J. Physiol. (2002) 443: 491–501, und schlagen einen als ‘vibroprobe’ bezeichneten Messkopf als Hilfsmittel zur Bestimmung des bei der Messer-Oszillation auftretenden transversalen Versatzes vor. Der Messkopf arbeitet mit einem IR-Lichtstrahl, der von einer LED ausgesendet und in einer Photodiode detektiert wird, und misst das Ausmaß, bzw. die zeitliche Änderung dieses Ausmaßes, der (teilweisen) Abdeckung des Lichtstrahls durch die in den Strahlweg positionierte Schneidkante. Der infolge der Oszillationsbewegung der Schneide auftretende Höhenschlag ergibt so eine oszillierendes Ausgangssignal, dessen Schwingungsamplitude durch geeignete manuelle Justierung der Ausrichtung der Schneide zu minimieren ist. Mittels einer Einstellschraube (zum Verkippen des Messers) wird die Messerschneide parallel zur Schwingungsrichtung justiert und somit der Höhenschlag des Messers auf ein Minimum reduziert. Dieser Vorgang der Justierung der Messerschneide ist zeitaufwendig und umständlich, dies auch deshalb, weil ein Verschwenken des Messers im Allgemeinen mit einem Nachjustieren der Z-Position verbunden ist. Ein zügiger Justiervorgang ist dagegen im Hinblick darauf, dass die Präparate kurzlebig sind und schnell behandelt werden müssen, von großem Vorteil.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, die Justierung des Messers hinsichtlich des Höhenschlags zu vereinfachen, zu beschleunigen und für den gesamten Bereich möglicher Schwingungsamplituden und -frequenzen des Messers zuverlässig zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird für ein Messgerät für ein Vibrationsmikrotom durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale und für ein Vibrationsmikrotom mit einem Messgerät nach Anspruch 6 durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung zeichnet sich aus dadurch aus, dass durch eine seitens eines Messgeräts der eingangs bezeichneten Art vorgesehene Messelektronik, die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Ansteuersignal entgegenzunehmen, das den zeitlichen Verlauf der Schwingung des Messers beschreibt, und die Bestimmung des transversalen Versatzes der Schneide aufgrund der Werte des aus der Lichtschranke abgeleiteten Messsignals zu aus diesem Ansteuersignal bestimmbaren Zeitpunkten vorzunehmen. Vorzugsweise wird das Ansteuersignal seitens des Vibrationsmikrotoms ausgehend von einem (oder mehreren) aus der Bewegung des Messers oder der Messerhalterung abgeleiteten Signal(en) generiert.
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Durch diese Lösung, die die Verwendung eines phasentreuen Signals zur Definition der Messzeitpunkte vorsieht, kann die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messung des transversalen Versatzes (Höhenschlags) wesentlich gesteigert werden. Zudem wird die Elimination von Störeinflüssen erleichtert oder überhaupt erst ermöglicht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform, die den Messvorgang zusätzlich vereinfacht, sieht vor, dass das zumindest eine Ansteuersignal die zeitliche Lage der Schwingungsmaxima des Messers definiert und die Messelektronik aus dem Messsignal Werte ableitet, die den transversalen Positionen der Schneide zu Zeitpunkten entgegengesetzter Schwingungsmaxima entsprechen, und den transversalen Versatz aus der Differenz dieser Werte bestimmt.
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Das Messgerät kann vorzugsweise als von dem Vibrationsmikrotom lösbare Einheit ausgebildet sein, wobei die Messelektronik in dem Messgerät untergebracht ist. Dies vereinfacht den Betrieb und die Zugänglichkeit des Präparats während des Schneidevorgangs.
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Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die Lichtschranke in einer zur (in diesem Fall lediglich prospektiven) Schnittebene parallelen Richtung liegt.
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Außerdem ist es zum Ausschließen von Störeinflüssen von Vorteil, wenn die Messelektronik zusätzlich dazu eingerichtet ist, vor einer Bestimmung des transversalen Versatzes die Intensität des Lichtstrahls der Lichtschranke einzustellen, nämlich bei einer Stellung der Schneide vollständig außerhalb der Lichtschranke, wobei eine Ausnutzung des Aussteuerbereichs des Detektorelements der Lichtschranke von über 90%, z.B. 95%, eingestellt wird.
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Die Erfindung samt weiteren Vorzügen wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Vibrationsmikrotoms mit montiertem Höhenschlag-Messkopf;
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2 eine Schnittansicht durch den Messkopf und den Schwingkopf entlang der vertikalen Mittelebene des Vibrationsmikrotoms der 1;
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3 das Bedienfeld des Vibrationsmikrotoms; und
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4 die Steuerung des Vibrationsmikrotoms und des Messkopfes in einem Blockdiagramm.
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Das nachstehend dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft ein Vibrationsmikrotom, bei dem ein Höhenschlag-Messgerät in Form eines Messkopfes anstelle des Präparathalters montiert wird. Aufseiten des Messkopfes wird zu Beginn jeder Messung in abgesenkter Position eine Bestimmung des linearen Aussteuerbereichs des Detektorelementes durchgeführt und die Intensität der Lichtschranke des Sendeelements derart eingestellt, dass das (unbedeckte) Detektorelement nahe der oberen Grenze seines linearen Aussteuerbereiches betrieben wird. Die Messung selbst erfolgt in der Mitte des linearen Aussteuerbereichs, typischerweise bei 50% Abschattung durch das Messer. Durch diesen Vorgang wird erreicht, dass jeder Messvorgang individuell geeicht wird und weitgehend unabhängig von langfristigen Störeinflüssen (Temperatur, Störlicht, Bauteildrift) bleibt.
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Im gesamten Messkopf wird kein Einstellglied benötigt, das manuell abzugleichen wäre. Gemäß der Erfindung wird das Messgerät für den Messvorgang von der Elektronik des Mikrotoms mit einem Signal versorgt, das den Schwingungsvorgang des Messers zeitlich beschreibt, nämlich die exakte zeitliche Lage der linken und rechten Maximalausdehnung des schwingenden Messers definiert. Die Grundlage für dieses Ansteuersignal bildet eine digitale Messung der Periodendauer der Messerschwingung mithilfe einer Messung der Nulldurchgänge des rückgeführten Messerlagesignals des Schwingungsantriebs. Dadurch ist gewährleistet, dass die Auslösung der Zeitmessung weitestgehend unabhängig von Amplitude und Frequenz der Schwingung ist. Das Ansteuersignal weist Signalimpulse jeweils eine Viertelperiode vor bzw. nach einem Nulldurchgang auf. Das Sampling des Istwertes der Schwingungsamplitude erfolgt ebenfalls mittels dieser Signalimpulse. Dadurch wird sichergestellt, dass die Ermittlung der Messerschräglage stets synchron zur Messerschwingung erfolgt. Aufgrund der hohen Präzision des Messzeitpunktes ist das Messergebnis in einer geringen Schwankungsbreite stabil und kann deshalb sehr genau bestimmt werden – Auflösungen in der Größenordnung von 0,1% oder geringer konnten erreicht werden.
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Aufbau
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1 zeigt ein Vibrationsmikrotom 1, das hinsichtlich seines äußeren Layouts und prinzipiellen Mechanik auf dem Vibrationsmikrotom von J.R.P. Geiger et al. beruht, dessen elektronische Steuerung jedoch gemäß der Erfindung verbessert ist, wie weiter unten anhand 3 erläutert. Das Vibrationsmikrotom 1 weist nach an sich bekannter Art einen Schwingkopf 2 auf, der wie auch in 2 gezeigt in Form eines Auslegers über dem Schnittgut (Präparat und Präparatträger, nicht gezeigt) samt dessen Halterung 4 positioniert ist; anstelle des Präparatträgers wird zur Messung und Kompensierung des Höhenschlags ein Höhenschlag-Messkopf 3 auf die Halterung 4 mittels eines über einen Klemmhebel 4a betätigbaren Klemmmechanismus montiert.
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Der Schwingkopf 2 weist einen Messerhalter 5 auf, in dem ein Messer 6 fest eingespannt gehalten wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Schnittebene horizontal, und gegebenenfalls aufeinander folgende Schnitte verlaufen vertikal übereinander. Zu diesem Zweck können Schwingkopf 2 und Halterung 4 (samt Messkopf 3) gegeneinander vertikal (Z-Achse) bewegt werden; hierfür weist z.B. die Halterung im unteren Bereich des Vibrationsmikrotoms 1 einen Schrittmotor (nicht gezeigt) auf. Durch eine im Schwingkopf 2 untergebrachte Permanentmagnet-Spulen-Federanordnung (nicht gezeigt; vgl. hierzu den Artikel von J.R.P. Geiger et al.) wird der Messerhalter 5 samt dem Messer 6 in eine Schwingungsbewegung versetzt, die in horizontal-seitlicher Richtung (Y-Achse) verläuft. Der Schwingkopf 2 kann mittels eines (nicht gezeigten) Gleichstrommotors in der horizontalen Längsrichtung (X-Achse) verschoben werden; zusätzlich kann in dem (nicht gezeigten) Präparatträger ebenfalls ein Gleichstrommotor vorgesehen sein, der einer steuerbaren, gleichförmigen Bewegung des Präparats in X-Richtung während des Schneidevorgangs bei in X-Richtung festbleibendem Schwingkopf dient.
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Es ist nicht ausgeschlossen, dass die drei genannten Richtungen X, Y, Z in anderen Ausführungsformen bei Bedarf auch anders als in dem gezeigten Ausführungsbeispiel orientiert sein können; dann sind, wie unmittelbar einleuchtend ist, die hier verwendeten Begriffe horizontal-längs, horizontal-seitlich und vertikal sinngemäß je nach der tatsächlichen Orientierung der Achsen X (Vorschubrichtung), Y (Vibrationsrichtung) und Z (Transversalrichtung senkrecht zur Schnittebene) zu verstehen.
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Zurückkommend auf 1 ist der Messerhalter 5 an der Vorderseite des Schwingkopfes 2 angebracht, wobei das Messer 6 am unteren Ende gehalten ist und eine Schneide des Messers aus dem Messerhalter hervorragt. Dabei ist das Messer 6 nach bekannter Art gegen die Schneidebene (genauer: die X-Achse) geneigt, um ein gewünschtes Schneidresultat zu erhalten. Die Schneide verläuft im Idealfall exakt parallel zur Y-Achse, also senkrecht zu den X- und Z-Achsen. Mithilfe einer Einstellschraube 7 kann der Messerhalter 5 um die Führungsachse 8 geschwenkt werden. Eine volle Drehung der Einstellschraube entspricht beispielsweise einer Verkippung des Messers um 5,3 mrad (= Änderung des Höhenversatzes um 5,3 µm bezogen auf eine horizontal-seitliche Verschiebung der Schneiden von 1 mm).
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Bezugnehmend auf 2 weist der Messkopf 3 eine Lichtschranke in X-Richtung auf, die mittels einer IR-LED als Sendeelement und einer IR-Photodiode als Detektor realisiert ist. Die optische Achse 9 der Lichtschranke ist in 2 als gestrichelte Line gezeigt. Die laterale Ausdehnung der Lichtschranke (wie durch die seitliche Ausdehnung der LED und Photodiode sowie allfällig vorhandener Öffnungsblenden im Messkopf definiert) ist in der Größenordnung von 1 mm, somit wesentlich größer als der Höhenversatz über eine Schwingungsamplitude. Das Messer wird so positioniert, dass ungefähr 50 % des IR-Lichtes abgedeckt werden; die Photodiode misst die Menge des unterhalb der Schneide ungehindert sich ausbreitenden IR-Lichtes und somit das Ausmaß der Abdeckung der Lichtschranke durch die Schneide (das Messer). Ziel der Kompensation des Höhenschlags ist, den Verlauf der Schneide so einzustellen, dass bei eingeschalteter Vibration (Oszillation entlang der Y-Achse) das Ausmaß der Abdeckung sich über eine Schwingungsperiode möglichst wenig ändert – und idealer Weise konstant bleibt.
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Auf eine Begrenzung des Lichtstrahles 9 hinsichtlich seiner Ausdehnung – insbesondere in der Z-Richtung, was einen alternativen Ansatz darstellen könnte, eine direktere Auflösung der Z-Position der Schneide zu ermöglichen, – wurde wegen des damit verbundenen drastischen Verlustes an Lichtintensität und somit Empfindlichkeit verzichtet.
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Wie bereits erwähnt, zeigen 1 und 2 das Vibrationsmikrotom 1 mit montiertem Messkopf zur Kompensation des Höhenschlags. Nach dem Justieren des Messerhalters 5 wird der Messkopf entfernt und durch den Präparatträger mit dem zu schneidenden Präparat ersetzt.
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Ein Bedienfeld 10, das in 3 gezeigt ist, ist beispielsweise als eigene Bedienkonsole ausgeführt, die mittels eines Verbindungskabels mit dem Vibrationsmikrotom verbunden ist. Über das Bedienfeld 10 können Werte wie die Vibrationsamplitude, die Z-Positionierung und (nur für die Präparathalterung) den Vorschub in X-Richtung eingestellt werden, sowie auf der Anzeige 11 das Ergebnis der Höhenschlag-Messung dargestellt werden, sowie je nach Bedarf andere Zahlenwerte. Die Funktion der für die Erfindung wesentlichen Komponenten des Bedienfeldes ergibt sich aus der nachfolgenden Diskussion; Bedienkomponenten, die hier nicht diskutiert sind, dienen Aufgaben, die für die Erfindung nicht von Bedeutung sind, oder sind späteren Erweiterungen vorbehalten.
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Steuerelektronik
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4 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung des Vibrationsmikrotoms. Die Komponenten der Hauptsteuerung C-1 sind im Körper des Vibrationsmikrotoms 1 untergebracht; daneben finden sich auch Steuer- und Antriebskomponenten im Schwingkopf 2 (in 4: Kasten C-2) und im Körper des Messkopfes 3 (Messelektronik C-3), sowie im Bedienfeld 10 (Anzeigesystem C-IO).
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Die Schwingkopf-Steuerung C-2 misst die Amplitudenauslenkung des Schwingkopfes 2, und somit der Messerhalterung 5. Der Antrieb erfolgt elektromechanisch mit einer feststehenden Luftspule L1 und an einem Aluminium-Grundblock gekoppelten Permanentmagneten (nicht gezeigt; vgl. hierzu den Artikel von J.R.P. Geiger et al.). Der Grundblock bildet zusammen mit zwei seitlich montierten Blattfedern ein Feder-Masse-System, dessen Resonanzfrequenz sich aus der Federkonstante und der Masse des Antriebskopfes bestimmt. Die Schwingungsform ist mit hoher Genauigkeit sinusförmig, sodass die abgeleiteten Signale – soweit nicht anders angegeben – ebenfalls sinusförmig sind. Der Antriebsstrom jl1 der Luftspule L1 wird von der Hauptsteuerung C-1 geliefert. Die Auslenkung des Systems wird mittels einer IR-Lichtmesstrecke LS1 gemessen, deren IR-Photodiode einen der Schwingung entsprechenden von einem Gleichstromanteil überlagerten Wechselstrom liefert; dieser Messstrom js1 wird in einem Signalverstärker OP1 verstärkt und in eine Spannung umgesetzt, wobei der Gleichspannungsanteil abgetrennt wird. Dieses Wechselspannungssignal wird in einem differenziellen Leitungstreiber OP2 nochmals verstärkt und als nicht-invertierte und invertierte Spannungssignale vs1, vs2 ausgegeben und an die Hauptsteuerung C-1 geleitet; das Signal hat z.B. einen Wert von 1 V je mm Auslenkung des Schwingkopfes. Die Übertragung des Messsignals der Schwingkopfbewegung erfolgt in Form zweier zueinander invertierter Signale, um entlang des Übertragungsweges auftretende Störungen zu kompensieren.
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In der Hauptsteuerung C-1 werden die beiden Signale vs1, vs2 mittels eines differenziellen Verstärkers OP3 (über Differenzbildung der beiden Signale) in ein Kontrollsignal tp2 der Schwingkopf-Schwingung z.B. in Form eines Wechselspannungssignals umgewandelt. Ein Sample-and-Hold-Schalter SH ermittelt die Amplitudenweite des Kontrollsignals tp2 in Form eines Gleichspannungssignals (z.B. 1 V je mm Schwingungsamplitude, Signalbereich von 0 bis 3000 mV). Dieses Signal wird als Ist-Wert v1 einem Amplitudenregelkreis OP4 zugeführt, der es mit dem Soll-Wert v0 vergleicht und im Wesentlichen als PI-Regler das Antriebssignal jl1 für die Antriebsspule L1 des Schwingkopfes mit der Betriebs-Schwingfrequenz erzeugt.
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Aus dem Kontrollsignal tp2 wird mittels eines Nulldurchgangsdetektors OP5 ein Rechtecksignal trg1 abgeleitet, aus dem ein Maximum-Minimum-Detektor MC4 zwei Steuersignale pklo, pkhi erzeugt. Die Signale pklo, pkhi weisen jeweils am Zeitpunkt des Signalminimums bzw. -maximums des Kontrollsignals tp2 Nadelimpulse auf. Eines der Signale pklo, pkhi wird als Triggersignal dem oben diskutierten Sample-and-Hold SH zugeführt. Beide Signale pklo, pkhi werden der Messelektronik C-3 des Messkopfes zugeführt und dienen diesem als Ansteuersignale (Synchronisationssignale) zur genauen zeitlichen Definition der Schwingungsendpunkte.
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Die Messelektronik C-3 befindet sich beispielsweise im Boden des Messkopfes 3 und wird von einem Mikrocontroller MC3 gesteuert, der mit der Hauptsteuerung C-1 und dem Anzeigesystem C-IO kommuniziert und hierzu ein serielles Modul SM3, das einen seriellen Bus SBUS nach Art des bekannten RS485 realisiert, aufweist. Die Messelektronik C-3 ist während des Messvorgangs mit der Hauptsteuerung C-1 beispielsweise über eine Kabelleitung (in 1 und 2 nicht gezeigt) angeschlossen, das neben dem seriellen Bus SBUS und den Signalleitungen der Signale pklo, pkhi auch die Spannungsversorgung (15 V) der Messelektronik enthält.
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Die Lichtschrankenanordnung des Messkopfes ist in 4 symbolisch mit dem Bezugszeichen LS2 dargestellt. Die Sendediode wird von einer Stromversorgung OP6 gespeist, die einen Speisestrom liefert, dessen Stromstärke vom Mikrocontroller MC3 über ein Steuersignal tpa2 vorgegeben wird. Die Detektordiode liefert einen Detektorstrom, der von einem Signalverstärker OP7 in ein Spannungssignal tpa3 umgewandelt wird. Zusätzlich kann ein weiterer Verstärker OP8 vorgesehen sein, der als Amplitudenskalierung nach Art eines Multiplizierers dient und die Größe des Spannungssignals tpa3 auf eine gewünschte Skala (z.B. 1 mV entsprechend 1 µm des Messerhubs, oder 1 mV je Umdrehung der Stellschraube 7) umsetzt; der Skalenfaktor tpa1 wird dem Verstärker OP8 vom Mikrocontroller MC3 geliefert. Das so erhaltene (gegebenenfalls skalierte) Spannungssignal wird als Messsignal tpm dem Mikrocontroller MC3 zugeführt.
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Jeweils zu den durch die Ansteuersignale pklo, pkhi definierten Zeitpunkten bestimmt der Mikrocontroller MC3 die Größe des Messsignals tpm; der so erhaltene Momentanwert, der in diesem Falle dem positiven bzw. negativen Spitzenwert des oszillierenden Signals tpm entspricht, wird in digitalisierter Form zwischengespeichert und über den seriellen Bus SBUS an das Anzeigesystem C-IO gesendet. Der Wert wird dort seitens des Mikrocontrollers MC2 empfangen und auf der Anzeige 11 des Bedienfelds 10 angezeigt.
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Zurückkommend auf die Hauptsteuerung C-1 steht ein Mikrocontroller MC1 mittels eines seriellen Moduls SM1 über den seriellen Bus SBUS mit den Mikrocontrollern MC2, MC3 des Bedienfelds 10 und des Messkopfes 3 in Kommunikation. Der Mikrocontroller MC1 hält beispielsweise in Speicherregistern VA, MX, MZ jeweils die Werte der Vibrationsamplitude (wird als Sollsignal v0 an den Regler OP4 geleitet), der Schnitt-Vorschubgeschwindigkeit und der Schnittdicke. Unter Verwendung der zuletzt genannten Werte werden die Motoren, nämlich der Gleichstrommotor M1 der X-Richtung und der Schrittmotor M2 der Z-Positionierung, über jeweils zugeordnete Motorkontroller DMC, SMC gesteuert. Die Vorschubgeschwindigkeit und die Sollvorgabe der Z-Position werden auf dem Bedienfeld beispielsweise mittels Regelknöpfen P1, P2 manuell eingestellt. Die Betätigung einer der Tasten (3) auf dem Bedienfeld wird von dem Bedienfeld-Mikrocontroller MC2 nach an sich bekannter Art erkannt und über den seriellen Bus SBUS (serielles Modul SM2) an den Hauptsteuerungs-Mikrocontroller MC1 gemeldet.
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Höhenschlag-Messung
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Bei einem Abgleich des Höhenschlags ergibt sich beispielsweise folgender Ablauf:
Die elektrische Verbindung zwischen Messkopf 3 und Mikrotom wird z.B. durch Einstecken des Verbindungskabels hergestellt (sowie gegebenenfalls durch Eingabe eines entsprechenden Befehls auf dem Bedienfeld 10 aktiviert). Die Bereitschaft wird auf dem Bedienfeld 10 angezeigt, beispielsweise durch Anzeigen von "VCHECK" auf der Anzeige 11.
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Der Benutzer betätigt die Taste DOWN auf dem Bedienfeld. Die Hauptsteuerung veranlasst die Z-Positionierung des Messkopfes in die unterste Position; zusätzlich fährt auch der Schwingkopf das Messer in die hinterste Position. Nach Montage des Messers 6 (und allfälliger manueller Grobeinstellung der Messerneigung) wird die Klemmschraube 12 festgezogen. Der Messkopf 3 wird auf der Halterung 4 montiert und mit dem Klemmhebel 4a fixiert.
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Nach beendigter Montage betätigt der Benutzer die Taste RUN. Daraufhin fährt die Hauptsteuerung den Schwingkopf so nach vorne, dass das Messer 6 oberhalb der Lichtschranke 9 des Messkopfes positioniert ist. Dabei ist noch die Lichtschranke vollständig frei, und währenddessen kann der Messkopf-Mikrocontroller C-3 zweckmäßiger Weise die Intensität des Lichtstrahls über das Steuersignal tpa2 auf einen Wert einstellen, bei der das Ausgangssignal tpm auf einen Ausgangswert geregelt ist, der 95% der Aussteuerbarkeit entspricht. Die Einstellung der Intensität zu Beginn eines Höhenschlagabgleichs kompensiert mögliche Störeinflüsse, wie Fremdlicht, Temperaturschwankungen usw.
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Dann wird der Messkopf in Z-Richtung hinaufgefahren in eine Position, in der das Messer die Lichtschranke teilweise abdeckt. Dies wird daran erkannt, dass durch die Abschattung durch das Messer das Signal tpm auf einen vorgegebenen Bruchteil des Ausgangswertes fällt, beispielsweise 50% mit einer Toleranz von z.B. ±1%. Auf diese Weise befindet sich die Messvorrichtung in einem Arbeitspunkt, bei dem der Zusammenhang zwischen Z-Position und Lichtmenge linear ist und eine größtmögliche Sensibilität bietet.
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Falls keine Abschattung erreicht werden kann, liegt ein Fehler vor und der Messkopf wird wieder in die unterste Z-Position zurückgefahren.
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Bei erreichter Positionierung in der Lichtschranke wird die Vibration mit der am Bedienfeld eingestellten Amplitude gestartet. Die Geschwindigkeit in X-Richtung ist 0. Die Messelektronik C-3 bestimmt nun den Höhenschlag wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben und sendet das Messergebnis an den Mikrocontroller MC2 zur Anzeige auf dem Bedienfeld. Beispielsweise könnte ein Wert "+3,4" angezeigt werden, was bedeutet, dass der Höhenschlag mit 3,4 Umdrehungen im Uhrzeigersinn an der Stellschraube korrigiert werden kann (ein negativer Wert würde Gegenuhrzeigersinn bedeuten). Der angezeigte Wert könnte auch anders skaliert sein, z.B. in µm/mm (Z-Höhenschlag pro Versatz in X-Richtung).
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Der Benutzer quittiert die Anzeige, beispielsweise durch Betätigen einer spezifischen Taste wie STOP oder PAUSE. Die Vibration des Schwingkopfes wird, sofern sie nicht schon nach erfolgter Messung abgeschaltet wurde, beendet. Der Benutzer kann nun die Messerneigung justieren. Hierzu öffnet er die Klemmschraube 12, dreht die Einstellschraube 7 um den angezeigten Wert und zieht die Klemmschraube 12 wieder an.
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Es sei angemerkt, dass dieser Justiervorgang mit Absicht manuell geschieht. Zwar wäre es eine zusätzliche Vereinfachung, wenn für die Justierung der Messerneigung beispielsweise ein Stellmotor oder ein Piezoelement vorgesehen würde; jedoch hat die Erfahrung gezeigt, dass – abgesehen von dem damit verbundenen elektrischen und elektronischen Aufwand – derartige Stellelemente den Schwingkopf unnötig schwer machen würden, was das Schwingverhalten des Schwingkopfes ungünstig verändern würde.
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In der Regel ist der Abgleich bereits nach dem ersten Durchlauf ausreichend; gleichwohl empfiehlt es sich, den Wert durch Wiederholen des Messvorgangs zu überprüfen und gegebenenfalls die Justierung der Messerneigung nachzujustieren. Hierzu betätigt der Benutzer die Taste RUN und der oben dargestellte Vorgang läuft von neuem ab. Prinzipiell kann der Vorgang so oft wie erforderlich wiederholt werden, bis die Messung einen Höhenschlag 0 ergibt.
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Durch die bei jedem Durchlauf stattfindende Einstellung der passenden Z-Position wird zugleich auch ein Verstellen der Z-Position des Messers infolge der Justierung kompensiert.
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Wenn die Justierung beendet ist, betätigt der Benutzer zur Bestätigung die Taste DOWN. Der Messkopf wird wieder in die unterste Z-Position gefahren, und das Messer zurückgefahren. Keine Tasten außer RUN (das einen neuen Messdurchlauf startet, siehe oben) werden akzeptiert. Es wird nun erwartet, dass der Messkopf entfernt und elektrisch von dem Mikrotom getrennt wird. Stattdessen kann nun ein Präparathalter montiert und angeschlossen werden; sobald dies geschehen ist, kann mit einem Schneidevorgang begonnen werden, der nach wohlbekannter Art aufgrund der über das Bedienfeld 10 eingegebenen Parameter, insbesondere Schwingungsamplitude, Z-Position (mittels Tasten UP und DOWN), abläuft.
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Kalibrierung des Skalenfaktors
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Die Kalibrierung des Skalenfaktors tpa1 erfolgt nach Eingabe eines entsprechenden Befehls auf dem Bedienfeld bei angeschlossenem Messkopf 3, z.B. durch Betätigen der Taste AUTO/MAN. Der Schwingkopf wird dann in eine Position gebracht, bei der das Messer 6 oberhalb der Lichtschranke 9 des Messkopfes positioniert ist. Der Messkopf-Mikrocontroller C-3 kann wie oben beschrieben die Intensität des Lichtstrahls einstellen. Dann wird der Messkopf in Z-Richtung hinaufgefahren in die oben beschriebene Position, in der das Messer die Lichtschranke teilweise abdeckt, und eine Messung des Höhenschlags wird ausgeführt. Der Wert des Signals tpm wird vom Mikrocontroller MC3 zwischengespeichert. Dann wird der Benutzer aufgefordert, z.B. durch Ausgabe eines Befehls über die Anzeige, die Justierung der Einstellschraube 7 um genau eine Drehung im Uhrzeigersinn zu ändern. Wenn der Benutzer diese Drehung vorgenommen hat und durch z.B. Betätigen der Taste RUN anzeigt. wird eine neue Messung des Höhenschlags vorgenommen. Aus der Differenz der beiden Werte des Signals tpm bestimmt der Mikrocontroller MC3 den Faktor, um den der aktuelle Wert des Steuersignals tpa1 zu korrigieren ist, führt die entsprechende Korrektur durch und speichert den so gewonnen neuen Wert des Signals tpa1 auf einem seitens des Mikrocontrollers vorgesehenen EEPROM (nicht gezeigt) ab.
