DE3322635C2

DE3322635C2 -

Info

Publication number: DE3322635C2
Application number: DE3322635A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Tokio/Tokyo Jp Narishige; Shinji Tokyo Jp Yoneyama
Original assignee: NARISHIGE SCIENTIFIC INSTRUMENT LABORATORY Ltd TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: NARISHIGE SCIENTIFIC INSTRUMENT LABORATORY Ltd TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1989-02-23
Also published as: US4526169A; GB8315921D0; GB2135737B; JPS59153162A; JPH038508B2; DE3322635A1; GB2135737A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur präzisen Feinsteuerung der Position einer Glaselektrode oder dgl. mit einem Kontrollstand zur Anordnung der Glaselektrode oder dgl. mit Hilfe von drei Betätigungsvorrichtungen, entsprechend den Richtungen der drei Koordinaten, wobei die Betätigungs vorrichtungen dazu dienen, eine Betätigung in den Richtungen der X-, Y- und Z-Koordinaten vorzunehmen.

In den vergangenen Jahren wurden bereits Glaselektroden ent wickelt, deren Durchmesser im Bereich von 1 bis 3 mm und deren Länge im Bereich von 50 bis 60 mm liegt. Solche Glaselektroden werden auf dem Gebiet der Medizin verwendet. Das Innere der Glaselektrode ist mit einem Elektrolyt gefüllt und der vorderste Endteil ist auf einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 Mikron in der Form einer Einspritznadel reduziert. Die Entwick lung der Glaselektrode der oben beschriebenen Art macht es möglich, die innere Struktur einer bestimmten Zelle medizinisch zu untersuchen, und zwar durch Einführen der Glaselektrode in die Zelle.

Wenn eine Glaselektrode mit einem Durchmesser von 0,1 Mikron am vordersten Ende in eine bestimmte Zelle einge setzt werden soll, so muß die Glaselektrode präzise po sitioniert werden, um so die zu untersuchende Zelle und auch die Glaselektrode selbst nicht zu beschädigen. Darüber hinaus muß die Position sehr genau ohne irgendwelche Abweichung, Wackelbewegung oder dgl. einstellbar sein.

Um die Position einer Glaselektrode oder dgl. genau vorzu sehen, ist bereits eine Vorrichtung bekanntgeworden, die typischerweise derart aufgebaut ist, daß ein Betätigungs mechanismus für die drei Richtungen X, Y und Z vorhanden ist, um auf diese Weise die Glaselektrode oder dgl. über den erforderlichen Abstand hinweg zu bewegen, und zwar durch Verdrehen eines Handgriffs an jedem der Betätigungsmecha nismen; diese Verdrehung erfolgt von Hand durch den Be nutzer. Solche Vorrichtungen sind bereits in praktischer Ver wendung. Da die bereits bekannte Vorrichtung direkt durch die Hände des Benutzers betätigt wird, entsteht ein Problem insofern, als die Schwing- oder Zitterbewegung der Hand des Benutzers auf die Glaselektrode oder dgl. übertragen werden kann, und zwar mit einer gewissen Verstärkung während der Übertragung. Es besteht die Notwendigkeit, daß die durch diemanuelle Handhabung hervorgerufene Schwingbewegung so weit wie möglich beseitigt wird, bevor eine Glaselektrode, deren vorderes Ende einen Durchmesser im Bereich von 10 bis 20 Mikron besitzt, in eine bestimmte Zelle eingeführt wird, und es sollte daher das Einführen der Glaselektrode mit kritischer Vorsicht und hohem fachmän nischen Können vorgenommen werden. Ein weiteres Problem entsteht bei der bekannten Vorrichtung insoferne, als die Glaselektrode die Tendenz hat, sich außer Eingriff von der Zelle dann zu bewegen, wenn die Hand des Benutzers vom Hand griff der Vorrichtung entfernt wird, nachdem die Einführung in die Zelle erfolgte; dies macht eine kontinuierliche Über wachung und Aufzeichnung des Ergebnisses unmöglich. Um die Probleme bei der bekannten Vorrichtung zu lösen, wurden be reits mehrere Vorschläge gemacht. Eine Vorrichtung gemäß einem typischen Vorschlag ist derart aufgebaut, daß ein Hydraulikzylinder für jede der drei Richtungen X, Y und Z vorgesehen wird, wobei darinnen ein Kolben gleitend angeord net ist und eine Hydraulikkammer in dem Raum ausgebildet ist, der durch die Endwand eines Zylinders definiert ist. Ferner ist dabei eine Membran am hinteren Ende des Kolbens vorgesehen und die Hydraulikkammer steht in Betriebsverbindung mit einem Steuerhandgriff über eine hydraulische Leitung, so daß eine feine und präzise An ordnung der Glaselektrode mit Hilfe des Hydrauliksystems in den drei X-, Y- und Z-Koordinaten-Richtungen sicherge stellt ist, ohne daß irgendeine Übertragung der Schwingbe wegung, hervorgerufen durch die Hände des Benutzers, möglich ist.

Es sei ferner auf die DE-OS 19 25 152 verwiesen, in der ein Mikromanipulator beschrieben wird, der eine gut ansprechende ruckfreie, lineare, genaue und stabile Positionierung eines Werkzeugs im Submikronbereich ermöglicht. Dabei werden Elektromagneten und Potentiometer eingesetzt, um die erforder liche Genauigkeit zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur präzisen Feinsteuerung der Position einer Glaselektrode oder dgl. gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß der Steuervorgang ohne nachteilige Auswirkungen auf die Genauigkeit ausgeführt werden kann, wobei insbesondere Schwingungen, die in erster Linie auf die manuelle Handhabung durch einen Benutzer zurückzuführen sind ausgeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird die Steuerung für die Glaselektrode in jeder Position sichergestellt, und zwar von einer gegenüber dem Kontrollstand entfernt angeordneten Einrichtung. Abwei chungen gegenüber einer von der Glaselektrode einmal einge nommenen Position sind durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht zu befürchten.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung er geben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Systems zur Feinsteuerung der Position einer Glaselektrode gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht von zwei Feineinstellvorrichtungen, die in dem Fein steuersystem der Erfindung eingebaut sind, und zwar erfolgt die Darstellung hier mit vergrößer tem Maßstab;

Fig. 3a einen Längsschnitt durch eine Betätigungsvor richtung zur Durchführung eines Positioniervor gangs hinsichtlich jeder der X-, Y- und Z-Koor dinaten, und

Fig. 3b einen Querschnitt der Betätigungsvorrichtung längs Linie X-X in Fig. 3a.

Im folgenden sei nunmehr die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.

Als erstes sei auf Fig. 1 Bezug genommen, wo in Fig. 1 ein Steuerstand M mit einer daran befestigten Glaselektrode P dargestellt ist. Ein sich vertikal erstreckender Haltearm 20 dient zur festen Anordnung des Steuerstandes M an einer (nicht gezeigten) Basis. Aus der Zeichnung erkennt man, daß die Gleitbewegung in Richtung jeder der X-, Y- und Z-Koordinaten bezüglich des Haltearms 20 als Bezugsachse mittels Betätigungsvorrich tungen M _x, M _y, M _z ausgeführt wird, die in einer relativen Betriebsverbindung miteinander angeordnet sind.

Die Glaselektrode P ist an der Betätigungsvorrichtung M _x mit Hilfe einer Einstellschraube befestigt, so daß sie in drei Richtungen versetzbar ist, und zwar entsprechend der Arbeitsweise jeder der Betätigungsvorrichtungen.

Der Aufbau der Betätigungsvorrichtungen M _x, M _y und M _z ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt, und zwar weist jede Betätigungsvorrichtung ein Gleitelement 21 auf mit einem umgedrehten U-förmigen Querschnitt, und es ist ferner ein Zylinderglied 22 vorgesehen, welches in dem Gleitelement 21 bewegbar ist, und zwar mit Hilfe einer dadurch jeweils vorgesehenen Führung.

Wie man am besten in Fig. 3b erkennt, weist das Gleitele ment 21 mit Nuten ausgestattete Schienen 23 auf, die in die beiden Innenwände eingepaßt sind, wohingegen das Zylinder glied 22 die gleichen mit Nuten versehenen Schienen 23 eingepaßt in die Außenwände besitzt; die genuteten Schienen 23 sind aus einem harten Metallmaterial, wie beispielswei se rostfreiem Stahl oder dgl., hergestellt, und es ist fer ner eine Anzahl von Stahlkugeln 24 in den Nuten auf den Schienen 23 angeordnet, wodurch die beiden Glieder sehr glatt und ungestört bezüglich einander verschieb- oder versetzbar sind. Zwischen einem am einen Ende des Gleitelements 21 befestigten Bügel 25 und dem Zylinderglied 22 ist ein Paar von Ausdehnungsschraubenfedern 26 angeordnet, von denen die eine am Bügel 25 befestigt ist, während die andere am Zylin derglied 22 befestigt ist, so daß das Gleitelement 21 sich entgegen der elastischen Kraft der Schraubenfedern 26 bewegt. Das Zylinderglied 22 ist aus zwei Bauteilen aufgebaut und eine flexible Membran 27 aus einem mit synthe tischen Gummi ausgekleideten Tuch von kappenförmigem Quer schnitt ist sandwichartig zwischen den beiden Bautei len in der dargestellten Weise derart angeordnet, daß der Innenraum des Zylinderglieds 22 in zwei Teile unterteilt wird; der eine Teil ist eine Hydraulikkammer A, angefüllt mit Hydrauliköl 28, und der andere Teil ist eine leere Kammer B. Wenn hydraulischer Druck in die Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung über einen hydraulischen Schlauch H eingeleitet wird, so wird die Mem bran 27 zur Ausdehnung aus dem dargestellten Zustand heraus durch den Hydraulikdruck veranlaßt und dadurch wird eine fest am Bügel 25 des Gleitelements 21 mittels eines Satzes von Schrauben befestigte Stange 29 nach links (in der Zeichnung) geschoben. Infolgedessen bewegt sich das Gleitelement 21 nach links vom Zylinderglied 22 weg, und zwar entgegen der elastischen Kraft der Schraubenfedern 26. Wenn als nächstes der Hydraulikdruck von der Hydraulikkammer A freigegeben wird, so wird das Gleitelement 21 in seine ur sprüngliche Position zurückgebracht. Der Kontroll- oder Steuer stand M ist somit derart aufgebaut, daß die Betätigungsvor richtungen M _x, M _y und M _z in der in Fig. 1 dargestellten Weise zusammengebaut sind.

Als nächstes wird eine auch als zweite Feineinstellmittel bezeichnete Feineinstellvorrichtung MH unter Be zugnahme auf die Fig. 2 beschrieben; die Feineinstellvorrich tung MH steht in hydraulischer Verbindung mit den Betätigungs vorrichtungen M _x, M _y und M _z über die Hydraulikschläuche H _x, H _y und H _z.

In Fig. 2 ist mit 10 ein zylindrischer Kasten bezeichnet, in dem die Teile und Glieder des auf einem Tisch 4 angeord neten Hydrauliksystems untergebracht sind. Mit M _x ist eine Betätigungsvorrichtung bezeichnet, die in der Lage ist, in Richtung der X-Koordinate zu arbeiten, wohingegen M _y eine Betätigungsvorrichtung bezeichnet, die in der Lage ist, in Richtung der Y-Koordinate zu arbeiten. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist das Zylinderglied 22 der Betätigungs vorrichtung M _y in Richtung der Y-Koordinate fest am Tisch 4 angebracht, wohingegen das Zylinderglied 22 der Betätigungs vorrichtung M _x in Richtung der X-Koordinate fest an dem Gleitelement 21 der Betätigungsvorrichtung M _y in Richtung der Y-Koordinate befestigt ist, und zwar erstreckt sich die Betätigungsvorrichtung M _x rechtwinklig bezüglich der Be tätigungsvorrichtung M _y. Somit bewegt sich das Gleitelement 21 der Betätigungsvorrichtung M _y in Richtung der Y-Koordina te hin und her, und das Gleitelement 21 der Betätigungsvor richtung M _x bewegt sich in Richtung der X-Koordinate hin und her. Die die Betätigungsvorrichtungen M _x und M _y in der Feineinstellvorrichtung MH bildenden Glieder sind in der Wei se konstruiert, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 3a und 3b beschrieben wurde. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 26 eine dehnbare Schraubenfeder und Bezugszeichen 24 be zeichnet eine Stahlkugel.

Ferner wird mit dem Bezugszeichen 11 eine Tragstange be zeichnet, die aufrecht auf dem Gleitelement 21 der Betätigungs vorrichtung M _x steht. Eine Kugel 11 a ist fest am oberen End teil der Tragstange 11 befestigt. Bezugszeichen 12 bezeich net eine bewegliche Kugel, die ein hindurchgehendes Loch 12 a aufweist, ein Loch, dessen Innendurchmesser merklich größer dimensioniert ist als der Durchmesser der Kugel 11 a, so daß letztere in das hindurchgehende Loch 12 a der Kugel 12 mit einem gewissen Spiel paßt. Auf diese Weise kann die be wegliche Kugel 12 frei um die stationäre Kugel 11 a um 360°, gesehen von oben, verdreht werden.

Das hindurchgehende Loch 12 a der beweglichen Kugel 12 ist an seinem oberen Endteil mit einem mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil ausgebildet, so daß ein Hülsengehäuse 13 der Feineinstellvorrichtung MH an der beweglichen Kugel 12 dadurch befestigt ist, daß man den mit Gewinde versehenen Einsteckteil des Hülsengehäuses 13 in den mit Gewinde ver sehenen Aufnahmeteil der beweglichen Kugel 12 einschraubt. Ferner besitzt das Hülsengehäuse 13 einen an seinem oberen Teil drehbar angepaßten Mikrometerkopf 14, der einen geriffelten Handgriff mit einer Anzahl von Eichungen 14 a aufweist, die am unteren Endumfang des Hand griffs eingraviert sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Mikrometerkopf 14 250 Eichungen derart, daß eine Schraubspindel 15, die als eine Kolbenstange dient, auf und ab um einen Abstand von 500 Mikron dann bewegbar ist, wenn der Mikrometerkopf 14 um eine Umdrehung verdreht wird, wobei die Schraubspindel 15 betriebsmäßig mit dem mit Gewinde versehenen Einsteckteil des Handgriffs verbunden ist. Auf diese Weise stellt eine Eichung auf dem Mikrometerkopf 14 eine Bewegung der Schraubspindel 15 um einen Abstand von 2 Mikron dar. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist eine flexible Membran 16 am unteren Endteil der Schraubspindel 15 angepaßt, und zwar in der gleichen Weise wie die flexible Membran 27 in den Betätigungsvorrichtungen M _x, M _y und M _z, um so den Innenraum des Hülsengehäuses 13 in zwei Teile zu unterteilen, und zwar eine Hydraulikkammer A und eine leere Kammer B. Wenn somit der Mikrometerkopf 14, d. h. die Schraub spindel 15, um eine Umdrehung verdreht wird, so wird ein Volumen hydraulischen Öls äquivalent zu einem Abstand von 2 Mikron bei Auslenkung der Membran 16 versetzt oder verscho ben. Man erkennt ohne weiteres aus obiger Beschreibung, daß von den obenerwähnten drei Betätigungsvorrichtungen M _x, M _y und M _z die Betätigungsvorrichtung M _z für die Steuerung in Richtung der Z-Koordinate mittels der Feineinstellvorrichtung MH eingestellt wird.

Im folgenden wird die Feineinstellvorrichtung MH weiter im einzelnen beschrieben. Eine Anziehbüchse 17, mit einer inneren konischen Oberfläche 17 a ist in den mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil eines Drehtisches 18 in der Weise eingeschraubt, um mit der Kugeloberfläche der beweglichen Kugel 12 in Kon takt zu kommen, ohne ein Hindernis gegenüber der Schwing bewegung der gesamten Feineinstellvorrichtung MH zu bilden. Wie in der Zeichnung gezeigt, befindet sich der Drehtisch 18 drehbar kappenartig über dem oberen mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil des zylindrischen Kastens 10, und der Drehtisch 18 besitzt ferner eine Ausnehmung in seinem Mittelteil mit einem mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil, um so in schwing barer Weise die Feineinstellvorrichtung MH zu tragen. Auf diese Weise wird die bewegliche Kugel 12 auf dem mittig mit Ausnehmung versehenen Teil fest angezogen oder gelockert, und zwar durch Drehen der Anziehbüchse 17 in der erforder lichen Richtung, wodurch die Schwingbewegung der Feineinstell vorrichtung MH um einen Winkelabstand von 360° (gesehen von oben) glatt und ungestört ausgeführt werden kann.

Als nächstes sei die Positionsbeziehung zwischen der beweg lichen Kugel 12 und der stationären Kugel 11 a beschrieben. Die Höhenposition der Mitte der stationären Kugel 11 a ändert sich nicht während des Betriebs des Systems der Er findung. Solange die Höhenposition der Mitte der beweglichen Kugel 12 identisch mit der der stationären Kugel 11 a ist, bewirkt irgendeine Schwingbewegung der Feineinstellvorrich tung MH keine Versetzung der Betätigungsvorrichtungen M _x und M _y. Wenn der Drehtisch 18 in der erforderlichen Richtung ver dreht wid, um so die gesamte Feineinstellvorrichtung MH auf oder ab zu versetzen, so entsteht eine Höhendifferenz zwischen der Position der Mitte der stationären Kugel 11 a und der der beweglichen Kugel 12. Wenn der Mittenabstand L ansteigt, so bewirkt die Schwingbewegung der Feineinstell vorrichtung MH die gleichzeitige Versetzung der Betätigungs vorrichtungen M _x und M _y in Richtung der zwei Koordinaten. Nimmt man an, daß die von der Mitte der beweglichen Kugel 12 zum obersten Ende des Halters der Feineinstellvorrichtung MH gemessene variable Länge durch L repräsentiert wird, so wird das Dimensionsverhältnis 1/L beispielsweise in der Form 1 : 300 längs des gesamten Umfangs des Drehtischs 18 dargestellt, und durch selektive Bestimmung des obigen Dimensionsverhältnis ses jedesmal dann, wenn das System betrieben wird, kann ein Untersuchungsbereich der Zellenstruktur mit der Verwendung einer Glaselektrode vergrößert oder vermindert werden, und zwar je nach Erfordernis.

Als nächstes sei die Betriebsbeziehung zwischen dem Steuer stand M und der davon getragenen Glaselektrode P und der Feineinstellvorrichtung MH beschrieben.

Die Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung M _x in Rich tung der X-Koordinate am Steuerstand M steht in Verbindung mit der Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung M _x in dem zylindrischen Kasten 10 über eine Hydraulikleitung H _x, und die Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung M _y in Richtung der Y-Koordinate auf dem Steuerstand M steht in Verbindung mit der Hydraulikkammer A der Betätigungsvor richtung M _y in dem zylindrischen Kasten 10 über einen Hy draulikschlauch H _y, wohingegen die Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung M _z in Richtung der Z-Koordinate auf dem Steuerstand M in Verbindung steht mit der Hydraulik kammer A im Hülsengehäuse 13 der Feineinstellvorrichtung MH, und zwar über eine Hydraulikleitung oder einen Hydraulik schlauch H _z. Speziell stehen die beiden Hydraulikkammern A in den Zylindern 22 der Betätigungsvorrichtungen M _x und M _y, in denen auf Petroleumbasis hergestelltes Hydrauliköl 28 schaumfrei eingefüllt ist, in Betriebsverbindung miteinander, und zwar mit Hilfe der Schläuche H _x und H _y, hergestellt aus Teflon oder dgl., wobei sich diese Schläuche zwischen den Betätigungsvorrichtungen erstrecken, und wobei ferner die Hydraulikkammer A in dem Hülsengehäuse 13 der Feineinstell vorrichtung MH in Verbindung steht mit der Hydraulikkammer A der Betätigungsvorrichtung M _z in Richtung der Z-Koordinate, und zwar ist diese Verbindung mit Hilfe eines sich dazwischen erstreckenden Schlauchs H _z hergestellt.

Ferner ist ein Feineinstell-Handgriff 3 X angeordnet an einer vorbestimmten Position mittig zum Hydraulikschlauch H _x für die Betätigungsvorrichtung M _x in Richtung der X-Koordinate angeordnet, wohingegen ein weiterer Feineinstell-Handgriff 3 Y an einer vorbestimmten Position angeordnet mittig zum Hydrau likschlauch H _y für die Betätigungsvorrichtung M _y in Rich tung der Y-Koordinate angeordnet ist. Wie man deutlich aus Fig. 2 erkennt, weisen die Feineinstell-Handgriffe 3 X und 3 Y ein Zylinderglied auf, welches mit Bezugszeichen 31 X bzw. 31 Y bezeichnet ist, und in diesem Zylinderglied ist eine Hydraulikkammer A in der gleichen Weise ausgebildet wie das bei der Feineinstellvorrichtung MH der Fall ist. Jeder der Feineinstell-Handgriffe 3 X und 3 Y ist derart ausgelegt, daß eine Schraubspindel 32 X oder 32 Y sich nach vorne um einen Abstand von 500 Mikron jedesmal dann bewegt, wenn der Hand griff um eine Umdrehung verdreht wird; eine am Umfang des Handgriffs eingravierte Eichung repräsentiert daher die Be wegung der Schraubspindel 32 X oder 32 Y um einen Abstand von 1 Mikron. In Fig. 2 sind die beiden Feineinstell-Handgriffe 3 X und 3 Y schematisch in der Form eines Rohrleitungsdiagramms dargestellt und in der Praxis können sie in der Nähe der Feineinstellvorrichtung MH angeordnet sein, um so einen Satz aus einer kompakten Anordnungseinheit zu bilden. Im folgenden sei die Betriebsbeziehung zwischen der Feineinstellvorrich tung MH auf dem Steuerstand M und den Feineinstellhandgrif fen 3 X und 3 Y vorgenommen. Diese drei essentiellen Bauteile bilden das erfindungsgemäße System, und sie stehen in Be triebsverbindung mit den Betätigungsvorrichtungen des Steuer standes M über Hydraulikschläuche H _x, H _y und H _z in der Wei se, daß die Bewegung der Glaselektrode P, d. h. die Versetzung des Steuerstandes M, grob eingestellt wird durch die manuel le Betätigung der Feineinstell-Handgriffe 3 X und 3 Y, und so dann erfolgt die genaue Einstellung in den drei Richtungen der X-, Y- und Z-Koordinaten gleichzeitig durch die Betäti gung der Feineinstellvorrichtungen MH. Als nächstes sei die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems beschrieben.

Die Grobeinstellung wird als erstes dadurch ausgeführt, daß man die Feineinstell-Handgriffe 3 X und 3 Y mit Hilfe beider Hände durch einen Benutzer verdreht. Sodann erfolgt die Fein einstellung in den Richtungen der drei Koordinaten nach Erfordernis durch Betätigung der Feineinstellvorrichtung MH. Wenn speziell der Mikrometerkopf 14 um einen vorbestimmten Winkelabstand in der erforderlichen Richtung verdreht wird, so bewegt sich die als eine Kolbenstange dienende Schraub spindel 15 nach unten, um so die am unteren Endteil daran befestigte Membran 16 auszulenken, wodurch hydraulisches Öl in der Hydraulikkammer A zusammengedrückt wird. Der erhöhte Hydraulikdruck wird zur Betätigungsvorrichtung M _z über Schlauch H _z übertragen und dadurch wird die Betätigungsvor richtung M _z veranlaßt, sich entsprechend der Versetzung der Schraubspindel 15 zu bewegen. Auf diese Weise wird die Glaselektrode P um einen erforderlichen Abstand in Richtung der Z-Koordinate versetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß vor den oben beschriebenen Arbeitsvorgängen ein Dimensions verhältnis 1/L zuvor auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist.

Wenn der Mikrometerkopf 14 veranlaßt wird, zu schwingen bei durch die Finger des Benutzers ergriffenen Handgriff, so werden die Betätigungsvorrichtungen M _x und M _y in dem zylin drischen Kasten 10 in den beiden Richtungen der X- und Y- Koordinaten um einen sehr kurzen Abstand versetzt, und zwar entsprechend dem Winkelabstand der Schwingbewegung des Mikro meterkopfes. Die Feinversetzung der Betätigungsvorrichtungen M _x und M _y, wie oben beschrieben, wird auf die Betätigungs vorrichtungen M _x und M _y auf dem Steuerstand M mit der darauf befestigten Glaselektrode P über Hydraulikschläuche H _x und H _y übertragen, wodurch die Glaselektrode P um einen erforder lichen Abstand in Richtung der X- und Y-Koordinaten versetzt wird.

Während der Betätigung der entsprechenden Betätigungsvor richtungen bewegt sich das Gleitelement 21 entgegen der elastischen Kraft der Schraubenfedern 26, die an beiden Sei ten davon angeordnet sind, und dadurch steigt der hydrau lische Druck in der Hydraulikkammer A an, während das Gleit element 21 in einem stabilen Zustand gehalten wird, ohne daß irgendein Flattern in der Querrichtung auftritt, und zwar infolge der Anordnung der Kugeln 24 und der Schrauben federn 26. Auf diese Weise wird das Gleitelement 21 fest mittels der Stange 29 unter dem Einfluß der elastischen Kraft der Schraubenfedern 26 selbst dann gehalten, wenn die Finger des Benutzers außer Eingriff mit dem Mikrometerkopf 14 aus irgendeinem Grunde kommen, nachdem die Glaselektrode P in eine bestimmte Zellenstruktur eingesetzt ist. Infolge dessen wird sichergestellt, daß eine Fehlfunktion nicht auftritt, wie beispielsweise eine Trennung der Glaselektro de P von der Zelle oder dergleichen.

Somit stellt das Feinsteuersystem der Erfindung sicher, daß eine Glaselektrode P präzise in eine Zelle mit einer vorbe stimmten Position eingeführt wird, und zwar durch Versetzen der Glaselektrode P um einen erforderlichen Abstand in den Richtungen der X-, Y- und Z-Koordinaten lediglich durch Ein handbetrieb der Feineinstellvorrichtung MH, wodurch eine be absichtigte Prüfung ausgeführt werden kann. Wie man ohne weiteres aus der obigen Beschreibung erkennt, kann eine Glas elektrode P präzise verschoben werden, und zwar um einen er forderlichen Abstand gleichzeitig in den Richtungen der drei Koordinaten allein durch Einhandbetrieb der Feineinstellvor richtung MH, nachdem eine grobe Positionseinstellung mit bei den Händen ausgeführt wurde, und darüber hinaus sind die durch das Steuersystem ausgeführten Arbeitsvorgänge schnell ansprechend mit hoher Geschwindigkeit vorzunehmen, ohne daß die Befürchtung einer Trennung der Glaselektrode P von der Zellenstruktur besteht. Obwohl die vorliegende Erfindung nur hinsichtlich von Steuervorgängen für eine Glaselektrode be schrieben wurde, so ist jedoch klar, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung nur bei einer Glaselektrode beschränkt ist, sondern vielmehr auch bei anderen Werkzeugen oder Vorrichtun gen Verwendung finden kann, wie beispielsweise bei einer Mikro pipette, einem chirurgischen Mikromesser und dgl., wo feine und präzise Steuerung erforderlich ist.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Ein verbessertes System zur feinen und genauen Steuerung der Betriebsposition einer Glaselektrode, Mikropipette, eines chirurgischen Mikromessers oder dgl. mit Hilfe hy draulischer Fernsteuervorrichtungen einschließlich hydrau lischer Schläuche wird vorgesehen. Dieses System weist einen Steuerstand auf, und zwar mit einer fest darauf angeordne ten Betätigungsanordnung, die X-, Y- und Z-Koordinaten-Be tätigungsvorrichtungen aufweist, und zwar erste Fein einstellmittel zur Grobeinstellung der X- und Y-Ko ordinaten-Betätigungsvorrichtungen und zweite Feinein stellmittel zur Einstellung der Z-Koordinaten-Betäti gungsvorrichtung und darüber hinaus zur Feineinstellung der X- und Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtungen. Eine Glas elektrode oder dgl., die feineinstellbar angeordnet werden soll, ist in einstellbarer Weise an der Betätigungsanordnung angeordnet.

Claims

1. System zur präzisen Feinsteuerung der Position einer Glaselektrode oder dgl. mit einem Kontrollstand (M) zur Anordnung der Glaselektrode (P) oder dgl. mit Hilfe von drei Betätigungsvorrichtungen (M _X, M _Y, M _Z) entsprechend den Richtungen der drei Koordinaten (X, Y, Z), wobei die Betätigungsvorrichtungen dazu dienen, eine Betätigung in den Richtungen der X-, Y- und Z-Koordinaten vorzunehmen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungsvorrichtungen jeweils ein Zylinderglied (22) und ein Gleitelement (21) aufweisen,
daß erste Feineinstellmittel (3 X, 3 Y) mit den ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen (M _X, M _Y) verbunden sind, um die Glaselektrode oder dgl. in Richtung der X- oder Y-Koordinate einzustellen, wobei diese Grobeinstellung durch den Benutzer mit beiden Händen vorgenommen wird,
daß zweite Feineinstellmittel (MH) mit den ersten, zweiten und dritten Betätigungsvorrichtungen (M _X, M _Y, M _Z) verbunden sind, um die dritte Betätigungsvorrichtung (M _Z) einzustellen, um so die Feineinstellung der Glaselektrode in Richtung der Z-Koordinate zu bewirken und um die Feineinstellung der ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen (M _X, M _Y) zur Feineinstellung der Glaselektrode in der X-Koordinaten- und Y-Koordinaten-Richtung vorzunehmen, und zwar jeweils durch eine Handbetätigung des Benutzers, und
daß Hydraulikschläuche (H _X, H _Y, H _Z) die Betriebsverbindung zwischen dem Kontrollstand (M) und den ersten sowie den zweiten Feineinstellmitteln vornehmen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontrollstand (M) aufrecht stehend auf einer Basis einen Haltearm (20) aufweist,
daß eine Z-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung (M _Z) am Haltearm (20) fest angeordnet ist, um die Betätigung in Vertikalrichtung vorzunehmen,
daß eine Y-Koordinaten-Betäti gungsvorrichtung (M _Y) an einer Seitenwand der Z-Koordina ten-Betätigungsvorrichtung (M _Z) befestigt ist, um die Betätigung in Horizontalrichtung rechtwinklig bezüglich der Betätigungsrichtung der Z-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung vorzunehmen,
daß eine X-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung (M _X) fest an der Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung befestigt ist, um in Horizontalrichtung rechtwinklig bezüglich der Richtung der Betätigung der Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung die Betätigung vorzunehmen, und
daß einstellbare Haltemittel an der X-Koordinaten-Be tätigungsvorrichtung (M _X) abnehmbar vorgesehen sind, um in einstellbarer Weise die sich in Horizontalrichtung erstreckende Glaselektrode zu halten.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Feineinstellmittel eine erste Feineinstell- Handgriffvorrichtung aufweisen, die mit der X-Koordinaten-Be tätigungsvorrichtung (M _X) am Kontrollstand (M) über einen Hydraulikschlauch (H _X) in Betriebsverbindung steht, und eine zweite Feineinstell-Handgriffvorrichtung, die mit der Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung (M _Y) über einen Hydraulikschlauch (H _Y) in Betriebsverbindung steht,
daß jede der ersten und zweiten Feineinstell-Handgriffvor richtungen einen Feineinstell-Handgriff (3 X, 3 Y) aufweist jeweils mit einer Anzahl von am Umfang eingravierten Eichungen,
daß in einem Zylinderglied eine Schraubspindel hin und her bewegbar vorgesehen ist, wenn der Handgriff verdreht wird,
daß am vorderen Endteil jeder Schraubspindel eine flexible Membran befestigt ist,
daß eine Hydraulikkammer zwischen der Membran und der Endwand jedes Zylinderglieds gebildet ist, und
daß die Hydraulikkammer über einen Hydraulikschlauch mit der Hydraulikkammer in der entsprechenden Betätigungsvorrichtung (M _X, M _Y) am Kontrollstand (M) und ferner über einen Hydraulikschlauch mit der entsprechenden Betätigungsvorrichtung (M _X, M _Y) in den zweiten Feineinstellmitteln verbunden ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Feineinstellmittel einen zylindrischen Kasten (10) aufweisen,
daß eine Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung an der Basis des zylindrischen Kastens fest angeordnet ist,
daß die Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung dazu dient, um in Horizontalrichtung betätigt zu werden,
daß eine X-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung fest an der Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung angebracht ist, um die Betätigung in Horizontalrichtung rechtwinklig bezüglich der Richtung der Betätigung der Y-Koordinaten-Betätigungsvor richtung vorzusehen,
daß eine Kugel (11 a) sich am oberen Ende einer Tragstange (11) befindet, die aufrecht auf der X-Koordinaten-Betätigungsvor richtung steht,
daß eine bewegliche Kugel (12) vorgesehen ist, die ein darinnen ausgebildet in Vertikalrichtung hindurchgehendes Loch aufweist, um so die erwähnte Kugel (11 a) mit einem bestimmten Zwischenraum darinnen zu halten und aufzunehmen,
daß die bewegliche Kugel (12) in einem Ausmaß von 360°, gesehen von oben, verdrehbar und ferner um einen bestimmten Winkel, gesehen in einer Vertikalschnittebene, neigbar ist,
daß eine Mikrometerkopfvorrichtung (14) vorgesehen ist, die einen mit Gewinde versehenen Einsteckteil aufweist, der in einem mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil des hindurchgehenden Lochs der beweglichen Kugel aufgenommen ist,
daß die X-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung am Kontrollstand (M) über einen Hydraulikschlauch steht,
wobei die erste Feineinstell-Handgriffvorrichtung dazwischen angeordnet ist, und
daß die Y-Koordinaten-Betätigungsvorrich tung in Betriebsverbindung mit der Y-Koordinaten-Betätigungs vorrichtung auf dem Kontrollstand über einen Hydraulikschlauch steht, wobei die zweite Feineinstell-Handgriffvorrichtung dazwischen angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrometerkopfvorrichtung (14) ein Hülsengehäuse mit einem am unteren Endteil mit Gewinde versehenen Teil und einen Mikrometerkopf mit einer Anzahl von eingravierten Eichungen am Umfang desselben aufweist,
daß sich eine Schraubstange dann wenn der Mikrometerkopf verdreht wird in Vertikalrichtung verschiebt,
daß am unteren Ende der Schraubstange eine flexible Membran befestigt ist,
daß eine Hydraulikkammer zwischen der Membran und der Endwand des Hülsengehäuses definiert wird,
daß die Hydraulikkammer mit einer Hydraulikkammer der Z-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung am Kontrollstand (M) über einen Hydraulikschlauch in Verbindung steht,
daß die Mikrometerkopfvorrichtung um die Mitte der beweglichen Kugel verdrehbar und kippbar ist, und zwar innerhalb eines vorbestimmten Ausmaßes derart, daß eine übereinanderliegende Anordnung aus der X-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung und der Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung sich rechtwinklig schneidend bezüglich einander feineinstellbar ist mittels der Tragstange (11) und der am oberen Ende davon befestigten stationären Kugel, wobei eine Veränderung hinsichtlich des hydraulischen Drucks in beiden Betätigungsvorrichtungen hervorgerufen durch die Feineinstellung, zur X-Koordinaten-Be tätigungsvorrichtung und Y-Koordinaten-Betätigungsvorrichtung am Kontrollstand über hydraulische Schläuche derart übertragen wird, daß deren Feineinstellung und damit die der Glaselektro de erfolgt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrometerkopfvorrichtung auf einem Drehtisch (18) getragen ist, der in den oberen Teil des zylindrischen Kastens (10) derart einschraubbar ist, daß die Höhe des Drehtisches (18) bei der Verdrehung des zylindrischen Kastens einstellbar ist, wobei die Höhendifferenz zwischen der Mitte der beweglichen Kugel (12) und der Mitte der stationären Kugel (11 a) sich derart verändert, daß das Ausmaß der Neigung des Mikrometerkopfes nach Erfordernis geändert wird.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (18) in seiner Mitte eine Ausnehmung aufweist, daß ein mit Gewinde versehener Einsteckteil einer Anziehbüchse in einen mit Gewinde versehenen Aufnahmeteil der Ausnehmung eingeschraubt ist und die bewegliche Kugel drehbar hält und daß zur Einstellung der Leichtigkeit der Schwingbewegung des Mikrometerkopfes das Ausmaß des Anziehens der Anziehbüchse veränderbar ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenzeichnet,
daß jedes Gleitelement (21) eine umgedrehte U-förmige Querschnittsform aufweist,
daß das Zylinderglied (22) in dem Gleitelement derart angeordnet ist, daß eine Bewegung in Längsrichtung möglich ist,
daß eine Stange (29) fest an einem Ende des Gleitelements befestigt ist, um in den Innenraum des Zylinderglieds in Axialrichtung vorzustehen,
daß eine flexible Membran fest am vorderen Endteil der Stange befestigt ist, und zwar in flüssigkeitsdichter Anordnung an der Innenwand des Zylinderglieds,
daß eine Hydraulikkammer zwischen der Membran und der Endwand des Zylinderglieds definiert wird, und
daß dann, wenn der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer sich ändert, die Membran sich ausdehnt oder zusammenzieht derart, daß das Gleitelement sich relativ zum Zylinderglied vorwärts und zurückbewegt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gleitelement (21) eingebettet in die inneren Seitenwände Schienen (23) aufweist,
daß die Schienen (23) mit einer V-förmigen Nut ausgebildet sind,
daß das Zylinderglied (22) ebenfalls Schienen (23) mit einer V-förmigen Nut entgegengesetzt zu der Nut am Gleitelement fest eingebettet in den beiden Außenseitenwänden aufweist, und
daß eine Anzahl von Kugeln (24) in dem Raum zwischen den beiden V-förmigen Nuten angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar von Federn, vorzugsweise Schraubenfedern (26), zwischen einem Bügel (25), befestigt an einem Ende des Gleitelements, und einer bestimmten Position an den Seitenwänden des Gleitglieds angeordnet ist, und
daß eine Kraft derart ausgeübt wird, daß das Gleitelement entgegen der elastischen Kraft der Schraubenfedern mit Hilfe der an dem Bügel befestigten Stange bewegbar ist.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die X- als auch die Y-Koordina ten-Betätigungsvorrichtungen zur Feineinstellung durch die Schwingbewegung der Mikrometerkopfvorrichtung in den zweiten Feineinstellmitteln in der gleichen Weise aufgebaut sind wie die X-, Y- und Z-Koordinaten-Betätigungsvorrichtungen im Kontrollstand (M).