CN1097725C - 切片机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用手动传动装置实现载物台(3)切削运动的切片机。该手动传动装置(12，14)沿一条大致呈直线的运动轨道运动并通过转向装置例如扇形板(8)或皮带传动的形式转向到一个与手柄运动轨道大致垂直的载物台滑板(3)的运动方向内，从而象滑动式切片机那样通过手动传动装置的推拉运动产生切削运动，而载物台滑板(3)的实际切削运动则仍然象旋转式切片机那样在垂直方向内进行。所以，取下切片机的切片可象旋转式切片机通常那样进行。在一个优选实施例中，对载物台滑板(3)的返回运动进行探测，并根据探测到的返回运动实现刀架(2)的进刀运动。这样，本发明的切片机只需进行与标本厚度相当的运动行程，从而在小的标本时达到高的切片频率。

Description

切片机
本发明涉及一种制作显微镜检查用的组织切片特别是植物和动物组织切片的切片机。
苏联发明证SU-783626或欧洲专利EP-A10416354的申请人公开了所谓的滑动式切片机，这种切片机具有一块带载物台和附加大致水平导轨的底板。在水平导轨上装有一个用手柄可移动的切片刀架，切片刀架的向前和向后的直线水平运动与载物台的推进运动配合。
滑动式切片机的优点是，结构简单和价格低廉。此外，在使用者足够熟练的前提下，这种切片机操作起来不使人劳累。而其缺点是，取下切片机制备的切片相当麻烦，这一缺点特别是在用电动标本进给的最新滑动式切片机例如上述申请者提出的“HM 440”型切片机中尤为明显。由于电动标本进给，所以切片刀架不用在导轨的整个长度上运动就能实现标本进给，切刀或刀架沿切削方向运动一段大致相当于切片厚度的距离就够了，因为标本进给的电子控制电路检测刀架的返回运动。这样，在小标本时可达到相当高的切片频率。但业已表明，切片取下所需的时间限制了切片频率。
US-A-4 377 958公知了一种切片机，该切片机在切刀的运动方向和标本的进给运动方向与滑动式切片机很相似。切片平面象滑动式切片机那样通常大致是水平的，而切削运动则通过刀架的水平运动来实现。切削运动的传动通过手动操作液压活塞来实现，并用液压传递到刀架上。
此外，DE-P330192/或DE-C13539138公知了所谓的旋转式切片机，这种切片机一般具有一块底板，装在底板上的一个带切刀的滑板可平行于底板运动。带载物台的滑板装在另一个大致与底板垂直对准的导轨上，因而载物台可垂直于底板运动。载物台垂直于底板的切削运动用一个带水平旋转轴的圆盘形的手摇把进行传动。
这种旋转式切片机取下切片要比滑动式切片机方便得多，因为制备的切片在切片机的前部范围内制备，并放在切片机切刀或刀架向前下方倾斜的背面上，并在该处例如通过水浴冲下。但这种旋转式切片机的缺点是，手柄的旋转运动使操作者很疲劳。所以旋转式切片机一个工作日制备的切片数比滑动式切片机少。
为了消除这一缺点，当然可以考虑用电动机来实现切削运动的传动。但这种电动机几乎使切片机的价格倍增。
EP-A1-0 051 052公知了按照一种旋转式切片机原理建立的这样一种切片机，采用电机传动切削运动。在该专利所述的切片机中，切削运动用的步进电动机不是直接而是通过一个液压系统或气动系统与刀架连接，其中传动电动机产生传动侧液压/气压活塞的直线运动，从而实现与从动侧液压/气动活塞连接的载物台的运动。
所以本发明的目的是，提出一种切削运动用人工操作的切片机，但操作起来不劳累，而且制备的切片又便于取下。
这个目的的技术解决方案在于这种切片机包括一个用于载物台切削运动的手柄、一个第一直线导轨、一个沿第一直线导轨运动的载物台、一个沿一条大致呈直线的运动轨道运动的手柄，其特征是，手柄的运动轨道大致与第一直线导轨的导向方向保持垂直，并具有转向装置用来将手柄的运动转向成第一直线导轨方向内的运动。
本发明的切片机具有一个可沿第一直线导轨运动的载物台。此外，切片机具有一个可沿一条大致呈直线的运动轨道运动的手动传动装置，其中手动传动装置的运动轨道大致与载物台的运动方向垂直。此外，在载物台的直线导轨方向内配置有手动传动装置的运动导向装置。
通过手动传动装置和载物台之间的运动轨道的导向，手动传动装置的运动可实现切片机向前和向后的水平运动(操作者的推拉运动)，这样的运动从人机工程学的观点来看，是特别有利的，而且使手工操作运动基本上转换成为载物台的垂直运动。从而使切削运动可在大致垂直的方向内进行，所以，制备的切片可从切刀或刀架的对角线向前下倾的背面取下或冲下。
本发明提出的切片机兼有滑动式切片机和旋转式切片机的优点，而又摒弃了它们的缺点。
运动的导向装置在一个简单的实施例中可构成一个由多个导向辊导向的皮带传动。当然，皮带传动只可能在手动操作运动和载物台运动之间实现整数的传动比。作为重量平衡应在皮带传动的传动皮带上设置对重，对重的质量根据传动比和包括导向滑板在内的载物台的质量选择成使两个质量在载物台的任一位置上都保持平衡。
另一方案是，可将运动方向的导向装置作成扇形板或杠杆臂。根据杠杆臂两个臂长的比例或根据扇形板支点到铰接点的距离的比例可在这种结构中在手动操作运动和载物台的运动之间产生不同的奇数传动比。同样用液压系统的导向运动亦可实现任意的奇数传动比。
在本发明的一个优选实施例中，配置了一个检测载物台返回运动的装置。通过这种返回运动的检测可控制标本进给，而与切削运动的导轨长度无关。这样，使用者便可根据正好被切削的标本的厚度来自己选择载物台的导轨长度，而不需要通过设计规定的最低行程就可实现进刀或拉回。
返回运动的检测与标本进给的电机传动和在检测到返回运动的情况下控制电动机的电子控制电路相结合，是特别有利的。
在另一个优选实施例中，在切片机相互对应的两侧上配置一个手动操作装置。这样，本发明切片机对左撇子和惯用右手的人都完全达到了人机工程的优点。
此外，本发明切片机在切片机刀架的标本进给时垂直于载物台的切削运动可沿直线导轨运动。这样，在切削运动过程中，被加速的质量可保持最小，因为标本进给的机构不算作要被加速的质量。
下面结合附图所示的实施例来详细说明本发明的细节。附图是：
图1表示用扇形板作为导向运动装置的本发明第一实施例的原理图；
图2表示图1实施例的简化原理图；
图3a表示手动操作的运动和载物台的运动之间的传动比为1∶1的皮带传动的切片机截面图；
图3b表示图3a切片机的前视图；
图3c表示手动操作的运动和载物台的运动之间的减速比为2∶1的皮带传动的切片机截面图；
图4表示手动操作的运动用液压传动到载物台上的切片机截面图；
图5表示标本进给和拉回的控制电路方块图。
图1所示结构具有一块底板(1)，在该底板上，装在面向使用者的前面范围内的刀架(2)可进行水平运动，即可在底板(1)的方向内向前和向后运动。载有标本(4)的载物台(3)装在与底板(1)垂直的定向导轨(5)上可进行垂直运动。载物台(3)的导向滑板具有一个槽(6)，扇形板(8)的销子(7)嵌入该槽中。扇形板(8)可绕旋转轴(9)旋转并具有一个与第一销子(7)相距一定距离的第二销子(10)。第二销子嵌入水平导向滑板(12)的槽(11)中。水平导轨(13)与切片机的底板(1)连接，以实现滑板(12)的导向。在滑板(12)上配置一个手柄(14)，以便手动操作切削运动。
扇形板(8)与两个销子(7)和(10)构成一个结构单元，将手柄(14)的水平运动传递和转向到载物台(3)的大致垂直的运动方向内。滑板(12)、导轨(13)和手柄(14)构成一个手动传动装置。
在操作图1切片机时，使用者可用手柄(14)沿水平导轨(13)朝自己移动滑板(12)。在滑板(12)进行这种运动时，嵌入槽(11)中的销子(10)沿反时针方向旋转扇形板(8)和固定在板(8)上的嵌入载物台(3)槽(6)中的销子(7)，从而使载物台(3)朝切片机切刀方向运动。这一运动的结果实现切掉一层标本(4)。在使用者向后转动手柄时载物台(3)重新上升，于是刀架(2)没有示出的进刀传动便向后朝载物台(3)的方向水平运动一个预定的行程。在手柄下次向前运动时又切掉一层标本(4)。
图2结构形式是图1的简化结构。图中部件1至9与图1相同，此处不再赘述。与图1结构形式的区别在于，手柄(14)直接装在扇形板(8)的一个位置上，这个位置即图1实施例销子(10)的位置。在这个结构中，扇形板(8)和其转轴(9)同时作为手动传动装置和将手柄的运动传递和转向到载物台(3)上的装置之组成部分。在这个结构形式中，手柄(14)的运动轨道不是精确的直线，而是一个圆形轨道的大致水平延伸的线段。但如果手柄(14)离扇形(8)的转轴(9)有足够远的距离，从而使圆形轨道的半径至少比沿圆形轨道的轨道长度大两倍时，操作者几乎感觉不到这种偏差。
运动方向从手柄(14)转向到载物台(3)上也可不用扇形板(8)，而用可旋转的铰接杠杆臂。由扇形板(8)得出这种杠杆臂很简单，即沿图2所示平行于手柄(14)和转轴(9)之间的连接轴线与销子(7)和转轴(9)之间的连接轴线延伸的虚线切去扇形板即可。
载物台和手动操作的运动的减速比或传动比可根据这两根杆的有效长度的比例任意选择。
图3a所示实施例的切片机底板用(20)表示。在底板(20)上为刀架(22)的进刀运动配置有沿底板(20)延伸的导轨(21)。在刀架(22)上装有切刀(23)。为了进刀运动的传动，配置了一台步进电动机(26)和一根平行于导轨(21)延伸的丝杠(25)，该丝杠用螺纹拧入刀架(22)的相应内螺纹中。
在底板(20)上大致垂直于底板固定安装了一个带导轨(28)的直立门架(27)，载物台的滑板(29)可在这个与刀架(22)的导轨(21)垂直的导轨(28)上进行直线运动。在载物台的滑板(29)上，在载物台(30)的前部范围内装载被切的标本(31)。
背向载物台(30)的一侧上是一条传动皮带(36)，例如一条宽的钢带或一条三角皮带，皮带通过共四个导向辊(32)至(35)导向，并与载物台滑板(29)用螺丝连接。在这四个导向辊(32至35)中，两个导向辊(32、34)用来对与门架(27)上的导轨(28)平行的前部范围内的传动皮带(36)进行导向；而其余两个导向辊(33、35)则用于对与门架(27)导轨(28)垂直的手柄(40)范围内的传动皮带(36)进行导向。从而当手柄(40)在双箭头(Pf1)的方向内水平运动时使载物台滑板(29)在双箭头(Pf2)的方向内产生垂直运动。
此外，通过四个导向辊(32至35)保证了在手柄(40)朝使用者拉动时进行切削运动。其次，保证了手柄(40)布置在底板(20)附近切片机的下部。这两点从人机工程学的观点来看，是特别有利的。
再者，通过使用四个导向辊，保证了另外两个导向辊(32、33)之间的传动皮带(36)接近于垂直延伸，同时在这个范围内，皮带(36)的运动方向与载物台滑板(29)的运动方向相反。在这两个导向辊(32、33)之间，传动皮带(36)上配置有平衡重(48)，其质量相当于带有载物台(30)的载物台滑板(29)的质量。通过这种重量平衡可使载物台滑板保持在导轨(28)任一调节的位置上，所以在任一位置用手柄(40)进行返回运动时只有所需的加速力，而没有附加的重力。
在背向载物台(30)的载物台滑板(29)的一侧上，还设置了一个移位电位器(38)的传动销子(37)。当载物台滑板(29)运动时，电位器(38)的电阻也相应改变，在电位器(38)上的电压降，或者更确切的说，这个电压降的改变用来检测载物台滑板(29)的返回运动和用来控制进刀运动的电动机(26)。控制过程所需的电子控制电路在切片机内部的一块控制板(39)上，并将结合图5详细说明处理过程的各个步骤。
图3b是图3a切片机的前视图。如图所示，在切片机对应的两侧上分别配置有一个手柄(40)，以便实现载物台或载物台滑板(29)的切削运动。这样，切片机对惯用右手的人和左撇子都具有人机工程学的优点。当然，不用两个手柄(40)，亦可只用一个手柄(40)，这个唯一的手柄可由使用者选择装在切片机对应两侧的一侧上。
图3a和图3b切片机的手柄(40)操作运动和载物台滑板(29)运动之间的传动比为1∶1。在这种情况中，传动带(36)作成连续循环传动带。而在图3c实施例中，载物台滑板(41)本身具有两个可旋转的导向辊(42、43)，传动带(44)铺置在这两个导向辊上。在这个实施例中，传动带作成不连续的传动带，且其两端平行于载物台滑板(41)的导轨延伸，并借助于定位块(45、46)将其两端固定在切片机具有门架(27)的载物台滑板(41)的导轨上。在这种结构中，手柄(47)的运动按减速比2∶1变成载物台滑板(41)的运动，亦即手柄(47)所需的行程是载物台滑板(41)的两倍。平衡重(48)的质量只需装有载物台(30)的载物台滑板(41)质量的一半，从而减小了被加速的质量。
此外，载物台滑板(41)加速所需的力由于减速为2∶1也只需减速比为1∶1时的一半，所以，作用的总的加速力还不到图3a实施例的一半。载物台滑板(41)返回运动的探测和切片机切刀进给用的电动机的相应传动按图3a实施例的相同方式进行，此处不再赘述。
在图4所示实施例中，载物台滑板(50)的切削运动用一个手动的液压系统来传动。为此，手动按钮(54)通过一根连杆(55)与第一液压缸(56)中的活塞(57)连接。第一液压缸(56)通过两根液压管道(58、59)与第二液压缸(52)连接，而其活塞(53)则通过一根连杆(51)与载物台滑板(50)刚性连接。当切片机前端的手工操作按钮(54)动作时，活塞(57)将第一液压缸(56)内的液压油通过管道(58)压入第二液压缸(52)中，并将其活塞(53)向上压，从而使载物台滑板(50)也向上运动。同时活塞(53)将第二液压缸(52)上腔中剩余的液压油通过第二管道(59)压入第一液压缸(56)的后腔中。在手柄(54)返回运动时进行相反的操作过程，从而实现在切片时载物台滑板(50)向下运动。在图4实施例中，通过推动手柄(54)，而图3a和图3c实施例则通过拉动手柄进行切片。如欲在液压传递时载物台滑板在拉动时即手柄(54)向前运动时产生向下的切削运动，则只需将第二液压缸(52)上的两根管子(58和59)交换连接即可。在这个实施例中，也配置了一个对重(61)来实现重量平衡，这个对重用一根通过滑轮(60)导向的绳子固定在载物台滑板(50)上。
在这个实施例中，载物台滑板(50)的返回运动亦可通过一个移位电位器(38)探测，并在探测到返回运动时，步进电动机(26)控制切片机切刀的进刀运动的传动。
在上述实施例中，制备的切片位于切片机前部的刀架向下前倾的倾斜背面(24)上，从而可象旋转式切片机那样轻易和方便地取下或冲下切片。
图5表示在控制处理机中的电子控制板(39)探测载物台滑板返回运动的详细控制步骤。第一步(70)读出和中间存贮位置传感器的值即移位电位器(38)瞬时设定的电阻。下一步(71)将瞬时电阻与预测的存贮电阻进行比较，例如可通过实际值与预测值进行相减或相除。再下一步(72)则根据比较值确定是否执行切削运动(载物台滑板向下运动)或返回运动(载物台滑板向上运动)。相应地，确定刀架是否应作为下一个执行进刀运动或返回运动。在确定进行切削运动的情况下，在下一个控制步骤(73)中通过运动方向与控制步骤(73)预先测定的运动方向的比较，确定运动方向是否已经反向。如果这个问题的回答是“否”，则应重新读取位置传感器，并执行一次新的程序。相反，如果在控制步骤(73)中探测到了运动方向的反向，则电动机(26)控制刀架(22)向门架(27)的方向运动一段相当于返回行程和预设定的切片厚度之和的距离。随后程序回到第一步(70)，于是重新读出位置传感器，并重新执行程序。
在控制步骤(72)确定返回运动的情况下，在下一步(75)中通过与前面测定的方向值进行比较，确定是否已经发生了方向反向。如果这个问题的回到是“否”，则返回到第一步(70)并重新读取位置传感器和重新执行程序。相反，如果在控制步骤(75)中探测到了运动方向的反向即在实际测定和预先测定之间发生了从切削运动变到返回运动，则在下一个控制步骤(76)中，步进电动机(26)控制刀架(22)离开切片机门架(27)一个预定的返回距离。然后重新回到第一步(70)，并重新读出位置传感器和重新执行程序。
为了确保不是在手柄(40)上的每次微小的抖动就引起进刀运动或返回运动，在控制步骤(73和75)中还要分别验证，是否在相同的方向内已通过至少一个预先设定的、介于2毫米和5毫米之间的安全行程。否则，应在控制步骤(73和75)的程序中确定没有发生过返回运动。
通过对进刀或退刀释放返回运动的探测保证了在使用者把切削运动和返回运动的长度根据被切削物限制到最小时也能可靠进行这种释放。特别是在小的标本时，使用者可根据运动返回的探测结合手柄(40)的直线运动进行很短的运动，从而避免了切削运动和返回运动长的空行程。因而特别在小的标本时可达到高的切片频率。
在图3a至3c和图4所示的实施例中，载物台滑板和手柄的导向相互保持精确的垂直度。这种布置方式适用于安装在水平底座上的切片机。但切片机亦可安装在倾斜面上，例如低温恒温器切片机就是这种情况，此时载物台滑板的运动与垂直线倾斜到30°的角度。在这类实施例中，载物台滑板的运动和手动操作的运动之间的偏转角度应当这样选择，即：手动操作的运动仍在水平方向进行。

Claims (10)

1、切片机包括一个位于切片机前部范围内面向使用者的刀架(2；22)和刀架(2；22)的一个向前下方倾斜的背面(24)、第一直线导轨(5；28)和一个可沿切削运动的第一直线导轨(5；28)运动的载物台(3；30)、一个可沿一条大致呈直线的运动轨道运动的布置在切片机两侧的手柄(14；40；47)用于产生载物台的切削运动，其特征是，手柄(14；40；47)的运动轨道大致与第一直线导轨(5；28)的导向方向保持垂直，并具有转向装置(8；36；44)用来将手柄(14；40；47)的运动转向成第一直线导轨(5；28)的方向内的运动，这样，由手柄(14；40；47)的运动而引起在第一直线导轨方向内的载物台(3；30)的运动。
2、按权利要求1的切片机，其特征是，配置了一个探测载物台(3；30)的返回运动的探测装置(37、38、39)。
3、按权利要求2的切片机，其特征是，配置了一台标本进给用的电动机(26)和在探测到返回运动的情况下控制电动机(26)的电子控制电路(39)。
4、按权利要求1至3任一项的切片机，其特征是，在切片机对应的两侧上分别配置有一个手柄(40)。
5、按权利要求1至3任一项的切片机，其特征是，转向装置做成扇形板(8)或杠杆臂。
6、按权利要求1至3任一项的切片机，其特征是，转向装置做成通过多个导向辊(32至35；42至43)导向的皮带传动。
7、按权利要求6的切片机，其特征是，在皮带传动的传动皮带(36；44)上配有平衡重量(48)，其质量相当于包括导向滑板(29；41)在内的载物台(30)的质量乘以平衡重量(48)的运动和载物台滑板(29；41)的运动之间的减速比。
8、按权利要求1至3任一项的切片机，其特征是，转向装置做成液压系统(51至53；55至57)。
9、按权利要求3的切片机，其特征是，刀架(2；22)可垂直于载物台滑板(29；41；50)的运动方向沿一条直线导轨(21)运动。
10、按权利要求1至3任一项的切片机，其特征是，手柄(14；40；47；54)的运动轨道是水平的。
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