CN112248041B - 用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机 - Google Patents

用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，它包括安装座，所述安装座包括安装箱体和安装底板，所述安装箱体内设置有滑块连接件、线性马达和编码器；所述滑块连接件顶部表面设置有导轨，所述导轨包括滑块，所述滑块顶部开设有凹槽，所述凹槽内设置有来回滑动的承载件；所述承载件的顶部与安装箱体顶部内壁固定；所述滑块连接件的刀具安装壁上方顶表面设置有编码器凸台，所述直线栅固定在凸台上，所述读数头顶部与安装箱体顶壁固定；所述滑块连接件的刀具安装壁上固定有刀具调整架。本发明切片机的直线马达驱动和编码器反馈方式相结合，形成结构简单、性能稳定的刀具振动装置，能控制振动频率和振幅大小，满足不同样品的切片需求。

Description

用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机
技术领域
本发明涉及生物研究与医疗仪器，具体涉及一种用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机。
背景技术
切片机是目前现成技术，广泛应用于生物研究和医学成像中，用于制备新鲜组织样品的薄切片，以备进一步染色并显微成像等处理。通常情况下，活组织和低胶点琼脂糖或者石蜡包埋的新鲜组织由于太软，用硬质刀具难以获得薄切片，且切片等厚。目前主要的解决途径是提供一种振动切片机，其中刀片沿着刀刃方向(Y方向)作往复振动，同时刀片相对于样品沿着X方向作进给运动，完成超薄切片过程，该超薄切片可以达到十几微米甚至几微米厚，同时等厚度误差小于1微米。
中国专利CN101500767中公开了一种基于偏心轮和导轨结构的振动切片机，通过电机带动偏心轮旋转，从而驱动刀片沿导轨往复振动，实现对样本组织的振动切片，但其刀片振动幅值无法调节，并且在长时间使用过程中导轨易发生磨损而导致严重的Z向误差。
中国专利CN104729874中描述一种高精度振动切片机，其主要基于电磁力驱动和弹簧钢片实现的，通过电磁力驱动刀片与弹簧钢片发生共振，实现往复振动，虽然有调整Z向误差的机构，但是弹簧钢片既提供振动方向的刚度，又提供刀片整体支撑，在振动过程中无法控制Z向的振动，从而导致严重的Z向误差。
美国专利US6041686描述了一种基于偏心轮和导轨结构的振动切片机，通过特殊设计的偏心轮结构，可调节刀片振动幅值，但调节范围有限，仅能选取几个固定值，同时没有控制Z向误差的机构，并且在长时间使用过程中导轨发生磨损，会导致严重的Z向误差。
美国专利US6651538描述了一种基于弹簧片结构、采用电磁力驱动的振动切片机，避免了长时间使用过程中的导轨磨损，但其利用的是电磁铁与永磁铁间的相互作用力作为驱动力，难以保证驱动力的方向与刀片振动方向一致，同时没有控制Z向误差的机构，无法减小刀片振动过程中的Z向误差，影响对样本组织的切片效果。
综上所述，现有的振动切片机的驱动方式以及结构形式不合理，甚至缺少对刀片Z向进行微调的机构，不能保证刀刃方向和振动方向一致，易产生Z向误差，导致超薄切片无法实现，更别谈超薄切片的等厚要求。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其用于对包埋于低胶点琼脂糖或者石蜡的新鲜组织样本进行切片；其克服现在技术中振动切片机Z向误差，实现超薄(10微米)且等厚要求在1微米的切片。
为实现上述目的，本发明所设计一种用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，它包括安装座，所述安装座包括安装箱体和安装底板，所述安装箱体顶部和侧壁的连接处上开设有窗口，
所述安装箱体内设置有滑块连接件、线性马达和编码器，所述滑块连接件两侧壁分为马达壁和刀具安装壁；
所述线性马达包括下部的动子和套在动子上的倒U型的定子，所述动子通过螺钉固定在滑块连接件的马达壁上，所述定子顶部与安装箱体顶部内壁固定；
所述滑块连接件顶部表面设置有导轨，所述导轨包括滑块，所述滑块顶部开设有凹槽，所述凹槽内设置有来回滑动的承载件；所述承载件的顶部与安装箱体顶部内壁固定；
所述滑块连接件的刀具安装壁上方顶表面设置有编码器凸台，所述编码器包括读数头和直线栅；所述直线栅固定在编码器凸台上，所述读数头顶部与安装箱体顶壁固定；
所述滑块连接件的刀具安装壁上固定有刀具调整架，所述刀具调整架向下穿过安装底板。
上述线性马达是一种将电能直接转换成线性运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，定子呈倒U型，动子在电磁力的驱动下，于定子内来回直线移动，其中，定子中的驱动电路产生周期性电流，在磁场的作用下对动子形成周期性驱动力，该驱动力方向与导轨滑块运动方向一致，驱动导轨滑块往复振动。
进一步地，所述刀具调整架包括柔节支架，所述柔节支架上部一端固定有精密微调螺钉，所述柔节支架上部通过三个螺钉固定在滑块连接件的刀具安装壁上，所述柔节支架底部设置有刀片夹具且刀片夹具向下倾斜，所述刀片夹具上夹持有刀片。
再进一步地，所述柔节支架呈半封闭的倒L型结构，所述柔节支架由两个平行的倒L型的分支架和底部的水平支架组成，所述柔节支架的一侧分支架上设置有卸载槽，所述卸载槽与所述柔节支架的开口6.6对应(缺口、卸载槽和精密微调螺钉共同作用，推动柔节产生弹性形变，从而调节刀片的滚动角，保证刀刃方向与导轨滑块运动方向一致，从而减小刀刃的Z向误差)。
再进一步地，所述刀片与X轴的夹角为10～15°，所述刀片夹具包括底板和上夹板，所述上夹板为中间高两端低的结构板。
再进一步地，所述窗口的截面呈L型，所述窗口的顶面边沿开设有半圆槽口，所述精密微调螺钉的螺钉杆在半圆槽口内来回移动(所述精密微调螺钉为微型精密调节螺钉后者微型差分调节螺钉，两者灵敏度均能达到微米量级)。
再进一步地，所述滑块连接件的马达壁底部设置有便于动子安装的安装凸台。
再进一步地，所述编码器为直线光栅编码器或者直线磁栅编码器(其分辨率达到1.5微米，主要为线性马达提供位置和速度反馈，用于控制振幅和振动频率)，所述直线栅为直线光栅或者直线磁栅。
再进一步地，所述安装箱体一端设置有3个固定螺栓，分别设置在安装箱体两侧壁底部和顶壁中央。
再进一步地，所述导轨为直线导轨(导轨上的滑块即为振动方向)。
本发明的有益效果：
1.本发明切片机的直线马达驱动和编码器反馈方式相结合，形成结构简单、性能稳定的刀具振动装置，能控制振动频率和振幅大小，满足不同样品的切片需求。
2.本发明通过刀具调整架精密调节刀片滚动角，保证刀刃方向与振动方向一致，有效降低刀片振动过程中的Z向误差，提高振动切片精度，实现超薄切片(10微米)以及等厚误差在1微米内。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的线性马达结构示意图；
图3为本发明的电磁力驱动方向示意图；
图4为本发明的刀具调整架示意图；
图5为本发明的刀具调整方向意图；
图中，安装座1、安装箱体1.1、安装底板1.2、窗口1.3、半圆槽口1.31、滑块连接件2、编码器凸台2.1、安装凸台2.2、线性马达3、动子3.1、定子3.2、导轨4、滑块4.1、凹槽4.11、承载件4.2、编码器5、读数头5.1、直线栅5.2、刀具调整架6、柔节支架6.1、分支架6.11、水平支架6.12、精密微调螺钉6.2、刀片夹具6.3、底板6.31、上夹板6.32、刀片6.4、卸载槽6.5、开口6.6、固定螺栓7。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
如图1～2所示的用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，它包括安装座1，安装座1包括安装箱体1.1和安装底板1.2，
安装箱体1.1一端设置有3个固定螺栓7，分别设置在安装箱体1.1两侧壁底部和顶壁中央；
安装箱体1.1顶部和侧壁的连接处上开设有窗口1.3，窗口1.3的截面呈L型，窗口1.3的顶面边沿开设有半圆槽口1.31，精密微调螺钉6.2的螺钉杆在半圆槽口1.31内来回移动；
安装箱体1.1内设置有滑块连接件2、线性马达3和编码器5，滑块连接件2两侧壁分为马达壁和刀具安装壁；
线性马达3包括下部的动子3.1和套在动子3.1上的倒U型的定子3.2，动子3.1通过螺钉固定在滑块连接件2的马达壁底部的安装凸台2.2上，
定子3.2顶部与安装箱体1.1顶部内壁固定；滑块连接件2顶部表面设置有导轨4，导轨4包括滑块4.1，滑块4.1顶部开设有凹槽4.11，凹槽4.11内设置有来回滑动的承载件4.2；承载件4.2的顶部与安装箱体1.1顶部内壁固定；
滑块连接件2的刀具安装壁上方顶表面设置有编码器凸台2.1，编码器5包括读数头5.1和直线栅5.2；直线栅5.2固定在编码器凸台2.1上，读数头5.1顶部与安装箱体1.1顶壁固定；
编码器5为直线光栅编码器或者直线磁栅编码器(其分辨率达到1.5微米，主要为线性马达提供位置和速度反馈，用于控制振幅和振动频率)，直线栅5.2为直线光栅或者直线磁栅；滑块连接件2的刀具安装壁上固定有刀具调整架6，刀具调整架6向下穿过安装底板1.2；
如图3所示：在直线光栅编码器或者直线磁栅编码器5的位置反馈和速度反馈下，线性马达3产生周期性驱动力，该周期性驱动力方向F与振动方向Y向平行，驱动导轨滑块4.1及刀具调整架6往复振动。
如图4所示：刀具调整架6包括柔节支架6.1，柔节支架6.1呈半封闭的倒L型结构，柔节支架6.1上部通过三个螺钉固定在滑块连接件2的刀具安装壁上，柔节支架6.1由两个平行的倒L型的分支架6.11和底部的水平支架6.12组成，柔节支架6.1的一侧分支架6.11上设置有宽为0.5mm的卸载槽6.5，卸载槽6.5与柔节支架6.1的开口6.6对应；
柔节支架6.1下部的分支架6.11的开口端精密微调螺钉6.2(精密微调螺钉为微型精密调节螺钉后者微型差分调节螺钉，两者灵敏度均能达到微米量级)，柔节支架6.1底部设置有刀片夹具6.3且刀片夹具6.3向下倾斜，刀片夹具6.3上夹持有刀片6.4；刀片6.4与X轴的夹角为10～15°，刀片夹具6.3包括底板6.31和上夹板6.32，上夹板6.32为中间高两端低的结构板。
在实际使用过程中，安装座1为铝合金加工件，线性马达3为tecnotion型号为UC3，峰值驱动力为36N，最大驱动速度为5m/s。编码器为POSIC公司的编码器ID1102L，分辨率达到0.02um。精密微调螺钉采用Newport公司生产的型号为AJS254-0.5H-NL，灵敏度达到0.28um。导轨4采用Misumi公司生产的微型直线导轨，型号为SSEBW9-50，直线滑块平行度小于3um。柔节支架6.1和刀片夹具6.3为不锈钢加工件。刀片6.4采用Electron MicroscopySciences公司的氧化锆刀片或者普通的剃须刀片，经过相关仪器测量出来的刀片Z向误差值如表1所示。
表1振动切片刀片Z轴误差实际测量值
Y值(mm) Z轴误差(mm)
0
2 -0.0012
4 -0.0009
6 0.0010
8 -0.0015
10 -0.0013
12 -0.0018
14 -0.0015
16 -0.0016
上述用于新鲜组织切片的高精度切片机的使用方法，包括以下步骤：
1.在直线光栅或者直线磁栅编码器的位置反馈和速度反馈下，线性马达产生周期性驱动力，驱动导轨滑块及刀具往复振动。通过直线光栅或者直线磁栅编码器的位置反馈和速度反馈的双重设置，即可控制驱动力的大小，从而改变刀片的Y向振幅和频率。
2.调整精密微调螺钉，从而改变刀片滚动角，并测量调整后刀片往复振动时的Z向误差大小，重复该步骤，直至刀片的Z向误差减小至要求的公差范围内。
上述使用过程中，将柔节支架6.1下部的分支架6.11上的螺钉拧松后，通过上述卸载槽6.5、对应开口6.6和精密微调螺钉6.2共同作用，推动将柔节支架6.1产生弹性形变，从而调节刀片6.4的滚动角，保证刀刃方向与导轨和滑块运动方向一致，从而减小刀刃的Z向误差，拧紧柔节支架6.1下部的分支架6.11上的螺钉后即可固定柔节支架6.1，保持刀片滚动角。图5中的为两种刀片滚动角不平行于振动方向的状态，在这两种状态下刀片沿着振动方向振动时会产生严重的Z向误差，经过柔节支架6.1调整后即可达到与振动方向平行的刀片滚动角状态。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：它包括安装座(1)，所述安装座(1)包括安装箱体(1.1)和安装底板(1.2)，所述安装箱体(1.1)顶部和侧壁的连接处上开设有窗口(1.3)，
所述安装箱体(1.1)内设置有滑块连接件(2)、线性马达(3)和编码器(5)，所述滑块连接件(2)两侧壁分为马达壁和刀具安装壁；
所述线性马达(3)包括下部的动子(3.1)和套在动子(3.1)上的倒U型的定子(3.2)，所述动子(3.1)通过螺钉固定在滑块连接件(2)的马达壁上，所述定子(3.2)顶部与安装箱体(1.1)顶部内壁固定；
所述滑块连接件(2)顶部表面设置有导轨(4)，所述导轨(4)包括滑块(4.1)，所述滑块(4.1)顶部开设有凹槽(4.11)，所述凹槽(4.11)内设置有来回滑动的承载件(4.2)；所述承载件(4.2)的顶部与安装箱体(1.1)顶部内壁固定；
所述滑块连接件(2)的刀具安装壁上方顶表面设置有编码器凸台(2.1)，
所述编码器(5)包括读数头(5.1)和直线栅(5.2)；所述直线栅(5.2)固定在编码器凸台(2.1)上，所述读数头(5.1)顶部与安装箱体(1.1)顶壁固定；
所述滑块连接件(2)的刀具安装壁上固定有刀具调整架(6)，所述刀具调整架(6)向下穿过安装底板(1.2)。
2.根据权利要求1所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述刀具调整架(6)包括柔节支架(6.1)，所述柔节支架(6.1)上部一端固定有精密微调螺钉(6.2)，所述柔节支架(6.1)上部通过三个螺钉固定在滑块连接件(2)的刀具安装壁上，所述柔节支架(6.1)底部设置有刀片夹具(6.3)且刀片夹具(6.3)向下倾斜，所述刀片夹具(6.3)上夹持有刀片(6.4)。
3.根据权利要求2所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述柔节支架(6.1)呈半封闭的倒L型结构，所述柔节支架(6.1)由两个平行的倒L型的分支架(6.11)和底部的水平支架(6.12)组成，所述柔节支架(6.1)的一侧分支架(6.11)上设置有卸载槽(6.5)，所述卸载槽(6.5)与所述柔节支架(6.1)的开口(6.6)对应。
4.根据权利要求2所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述刀片(6.4)与X轴的夹角为10～15°，所述刀片夹具(6.3)包括底板(6.31)和上夹板(6.32)，所述上夹板(6.32)为中间高两端低的结构板。
5.根据权利要求2所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述窗口(1.3)的截面呈L型，所述窗口(1.3)的顶面边沿开设有半圆槽口(1.31)，所述精密微调螺钉(6.2)的螺钉杆在半圆槽口(1.31)内来回移动。
6.根据权利要求1所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述滑块连接件(2)的马达壁底部设置有便于动子(3.1)安装的安装凸台(2.2)。
7.根据权利要求1所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述编码器(5)为直线光栅编码器或者直线磁栅编码器，所述直线栅(5.2)为直线光栅或者直线磁栅。
8.根据权利要求1所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述安装箱体(1.1)一端设置有3个固定螺栓(7)，分别设置在安装箱体(1.1)两侧壁底部和顶壁中央。
9.根据权利要求1所述用于新鲜组织切片的高精度超薄等厚切片机，其特征在于：所述导轨(4)为直线导轨。
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