-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kreuztisch, insbesondere für
Mikroskope, welcher motorisch in den Koordinaten der Ebene und,
um senkrecht auf dieser Ebene stehende Achsen drehbar, verstellbar
ist.
-
Es
sind allgemein Mikroskoptische bekannt, welche in mehreren Achsen
x und y verstellbar sind und welche eine Drehung φ um mindestens
eine senkrecht zur x-y-Ebene verlaufende z-Achse erlauben. Diese
Mikroskoptische umfassen drei übereinander angeordnete
Tischplatten. So ist eine erste Tischplatte mit dem Stativ des Mikroskops
verbunden, auf welcher eine zweite Tischplatte oder ein Schlitten,
in der x-Richtung verschiebbar, vorteilhaft in Präzisionswälzlagern
gelagert ist. Auf der zweiten Tischplatte ist, ebenfalls vorteilhaft
in Präzisionswälzlagern gelagert, eine dritte
Tischplatte, in der orthogonal zur x-Richtung verlaufenden y-Richtung
verstellbar, gelagert. Auf dieser dritten Tischplatte wird das zu
untersuchende Objekt oder die zu untersuchende Probe angeordnet.
-
Es
sind auch Mikroskoptische bekannt, bei welchen die dritte Tischplatte
in einem Drehlager auf der zweiten Tischplatte um eine zur x-y-Ebene
senkrecht verlaufende z-Achse drehbar in Präzisionswälz-
oder Gleitlagern gelagert ist.
-
Der
Antrieb der einzelnen Achsen erfolgt getrennt. Als Antriebe kommen
Schrittmotore und DC-Motore mit einer Mutter-Spindel- oder Zahnstange-Zahnrad-Kraftübertragung
zum Einsatz. Es werden auch direkt angetriebene Tische mit Linearantrieben
auf elektromagnetischer oder piezoelektrischer Basis angewendet.
-
Die
Positionsbestimmung erfolgt bei sog. open loop-Tischen über
das Zählen der Schritte im Schrittmotor von einer Referenzposition
aus oder über eine auf die Motordrehachse aufgesetzte Encoderscheibe
(DC-Motor). Bei direkt angetriebenen Tischen sind zwingend Messsysteme
erforderlich, da der Kraftschluss vom Motor auf die zu bewegende Achse
nicht immer gegeben ist. Bei sog. closed loop-Tischen erfolgt die
Positionsbestimmung über ein in die Verstellung integriertes
Messsystem, welches die relative Position an die Steuerung zurückmeldet.
Es wird ein Messsystem für jede bewegte Achse benötigt.
-
Nachteilig
ist, dass derartig aufgebaute Mikroskoptische jedoch ein relativ
großes Volumen und eine hohes Gewicht besitzen. Ferner
sind hochgenaue Lagerungen mit einer entsprechenden Vorspannung
für die einzelnen Tischplatten und Schlitten erforderlich
und für jede Achse ist ein Antriebsmotor mit einer entsprechenden
Ansteuerung sowie ein Getriebe zur Kraftübertragung auf
die einzelnen Tische oder Schlitten vorzusehen.
-
Je
Achse werden ferner ein Messsystem und eine entsprechende Signalverarbeitung
benötigt, wobei die Messsysteme für die verschiedenen
Achsen voneinander getrennt sind, d. h. sie arbeiten in unterschiedlichen
Bezugssystemen.
-
Aus
der
US-PS 5,566,021 ist
ein Mikroskoptisch bekannt, welcher gleichzeitig Rotations- und
Linearbewegungen ausführen kann. Der Tisch besteht aus
mehreren optisch transparenten, relativ zueinander verschiebbaren
Platten, zwischen denen eine Schmiermittelschicht vorgesehen ist.
Die Platte, auf der die zu untersuchende Probe angeordnet ist, kann manuell
relativ zu einer feststehenden Platte in der Ebene dieser Platte
beliebig verschoben werden. Auch eine Drehung der Platte mit der
Probe um senkrecht zur der Ebene verlaufende Achsen und kombinierte
Bewegungen gleichzeitig sind ausführbar. Mechanische oder
elektrische Antriebe sind nicht vorgesehen, so dass auch eine hochgenaue
Steuerung der Tischbewegung und eine genaue Positionierung der Probe
nicht erreichbar sind.
-
In
der
JP 8011068 A2 ist
ein mechanisch direkt angetriebener Drehtisch beschrieben, welcher mit
mechanischen, manuell zu betätigenden Mitteln sanft und
genau gedreht werden kann.
-
So
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kreuzdrehtisch
für Mikroskope zu schaffen, welcher konstruktiv einfach
ohne aufwendige Lagerungen und Führungen aufgebaut ist
und ein geringes Eigengewicht und eine geringe Bauhöhe
aufweist und einfach zu montieren und sowohl manuell als auch steuerbar
mechanisch anzutreiben und zu positionieren ist.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit den im Hauptanspruch offenbarten Mitteln gelöst.
In den Unteransprüchen sind weitere Ausführungen und
Einzelheiten der Erfindung dargelegt.
-
Zum
Antrieb der Trackballs ist es vorteilhaft, wenn als kraftübertragende
Glieder Rollen, insbesondere Reibrollen, vorgesehen sind, welche
mit Antriebsmotoren und mit den einzelnen Trackballs in Wirkverbindung
stehen.
-
Eine
einfache Ausführung ergibt sich, wenn zur Verstärkung
der Kopplung zwischen Basisplatte und beweglicher Tischplatte Magnete
in Form von Permanent- oder Elektromagneten zur Erzeugung einer
Magnetkraft zwischen der Basisplatte und der beweglichen Tischplatte
vorgesehen sind, welche an der Basisplatte angeordnet sind.
-
Es
ist vorteilhaft, wenn die Permanent- oder Elektromagnete in der
Basisplatte angeordnet sind.
-
Ferner
ist es auch wegen einer preislich günstigen Ansteuerung
vorteilhaft, als Antriebsmotore Schrittmotore vorzusehen.
-
Eine
einfache Anordnung ergibt sich, wenn zur Bestimmung der Endlagen
des Verfahrweges der beweglichen Tischplatte an deren Unterseite
ein ringförmiger magnetischer Bereich in Form eines Magnetringes
mit einer Ringbreite b, welche dem Verfahrweg der beweglichen Tischplatte
entspricht, vorgesehen ist und wenn ferner an der Basisplatte den
Magnetring detektierende Hallsensoren angeordnet sind.
-
Zur
Begrenzung des Verfahrweges der beweglichen Tischplatte können
mit Vorteil an deren Unterseite auch zwei schmale, konzentrische
Magnetringe vorgesehen werden, welche durch an der Basisplatte angeordneten
Hallsensoren detektierbar sind. Der radiale Abstand der beiden Magnetringe entspricht
dann der Länge des Verfahrweges.
-
Zur
Positionsbestimmung der beweglichen Tischplatte können
an deren Unterseite vorteilhaft auch eine optische oder magnetische
Kodierung in Form eines Maßstabes in den Koordinaten ri und φ und Abtastsysteme zur Abtastung
dieser Kodierung an der Basisplatte vorgesehen sein und die Abtastsysteme
mit einer Steuereinrichtung verbunden sein.
-
Vorteilhaft
kann es auch sein, wenn der Maßstab aus äquidistanten
Kreisen mit den Radien ri besteht und zusätzlich
eine Kodierung in Winkel φ besitzt.
-
Vorteilhaft
kann es auch sein, dass zur Positionsbestimmung der beweglichen
Platte ein magnetisches Messsystem mit einer Kodierung und Abtastung
wie bei einem Festplattenspeicher vorgesehen ist.
-
Eine
vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn zur Positionsbestimmung
der beweglichen Platte ein optisches Messsystem mit einer Kodierung und
Abtastung wie bei einer CD vorgesehen ist.
-
Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. In der Zeichnung, in der
für funktionsgleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet
werden, zeigen
-
1 stark
vereinfacht eine Seitenabsicht eines Mikroskoptisches,
-
2 eine
Draufsicht auf die Basisplatte,
-
3 eine
Draufsicht auf die Unterseite der beweglichen Tischplatte mit Magnetring,
-
4 einen
Schnitt durch die bewegliche Tischplatte und die Basisplatte,
-
5 eine
Draufsicht auf die Unterseite der beweglichen Tischplatte mit Kodierung
und
-
6 eine
Skizze zur Veranschaulichung der Bewegungen der beweglichen Tischplatte.
-
Der
in 1 stark vereinfacht mit seinen wesentlichsten
Elementen dargestellte Mikroskoptisch umfasst eine untere Tischplatte
oder Basisplatte 1, welche an einem Tischhalter 2 fest
angeordnet ist. Der Tischhalter 2 ist in einer Führung 3 des
Mikroskopstativs 4 gelagert und in dieser in Richtung der optischen
Achse 5 des Mikroskopstrahlenganges verschiebbar. Denkbar
ist auch ein feststehender Mikroskoptisch, wie er vielfach bei umgekehrten
Mikroskopen vorhanden ist, auf dem das Objekt angeordnet ist. Zweck
Fokussierung erfolgt in diesem Falle eine Verschiebung des Objektivs.
Auf der Basisplatte 1 ist eine bewegliche Tischplatte 6,
auf angetriebenen Trackballs 7 (Kugeln) aufliegend, angeordnet, womit
gewährleistet ist, dass die bewegliche Tischplatte 6 in
der zur optischen Achse 5 orthogonal verlaufenden Ebene
mit den Koordinaten x und y beliebig innerhalb vorgesehener Grenzen
verschiebbar und/oder drehbar ist. Damit besitzt der Mikroskoptisch
für die Führung der beweglichen Tischplatte 6 auf
der Basisplatte 1 keine aufwändigen Drehlager und
Linearführungen. Das Fahrverhalten, die Laufeigenschaften
und die erreichbare Positioniergenauigkeit hängen nur noch
von den Eigenschaften der Ansteuerung und vom Messsystem ab. Die
mechanische Kopplung zwischen Basisplatte 1 und der beweglichen
Tischplatte 6 wird durch die Gewichtskraft der Tischplatte 6 oder
durch eine zusätzliche Magnetkraft, welche durch an der
Basisplatte 1 angeordnete Magnete 8 oder ferromagnetische
Bereiche (2) erzeugt wird, realisiert.
Damit wird erreicht, dass auf die bewegliche Tischplatte 6 keine
durch die Lager bzw. Lagerungen bedingte Zwangskräfte einwirken.
Auf der beweglichen Tischplatte 6 wird das zu untersuchende
Objekt angeordnet.
-
Zum
Antrieb eines Trackballs 7 können z. B. in idealer
Weise durch eine Ansteuereinrichtung angesteuerte Schrittmotore
vorgesehen werden, welche den jeweils zugeordneten Trackball 7 über
entsprechend angeordnete Reibrollen (nicht dargestellt) in jede
gewünschte Richtung drehen können. Durch dieses
Trackball-Antriebssystem, welches einen an sich bekannten Kugelantrieb
darstellt, können mehrere Antriebe und Antriebsstränge
für dieselbe Achse in einer Ebene angeordnet werden, womit
auch das Drehlager ersetzt werden kann. Für eine gezielte
Bewegung des Tischplatte 6 müssen also mindestens zwei
Trackballs 7 entsprechend gesteuert angetrieben werden,
wobei die weiteren Trackballs dann lediglich Lagerfunktionen besitzen.
-
In 2 ist
die Basisplatte 1 in Draufsicht mit den wesentlichsten
Elementen dargestellt. Diese trägt die Antriebe für
die Trackballs 7 zur Verstellung der beweglichen Tischplatte 6 in
den Koordinaten x und y sowie für den Drehwinkel φ um
die optische Achse 5 oder um eine dazu parallele Achse.
Die Basisplatte 1 ist durch Befestigungselemente 9 fest
mit dem Tischhalter 2 verbunden und an oder in ihr sind auch
die Magnete 8 oder die ferromagnetischen Bereiche als Haltevorrichtung
bzw. Halteelemente für die bewegliche Tischplatte 6 vorgesehen.
Ferner ist an der Basisplatte 1 ein Teil des Mess- oder
Abtastsystems 10 zur Positionsbestimmung für die
Tischplatte 6 angeordnet, welches für die Abtastung
einer an der Unterseite der beweglichen Tischplatte 6 angeordneten
Kodierung oder eines Maßstabs vorgesehen ist.
-
Das
Abtastsystem 10 ist mit einer Steuer- oder Auswerteeinrichtung
verbunden (nicht dargestellt). Die Basisplatte 1 besitzt
vorzugsweise eine zentrale Aussparung 11, durch die der
Strahlengang geführt ist und welche es u. a. auch ermöglicht,
den Kondensor der Beleuchtungseinrichtung bis in die „Köhlerposition"
zu verstellen und somit das bei Mikroskopen verwendete Köhlersche
Beleuchtungssystem bei Durchlichtbeleuchtung zu realisieren.
-
3 zeigt
eine Draufsicht auf die Unterseite der beweglichen Tischplatte 6 mit
einem Bereich, auf welchem ein dünner kreisringförmiger
Magnetbereich 12 aus ferromagnetischem Material angeordnet ist.
Die Breite b dieses Magnetbereiches 12 in Richtung r entspricht
dem Verfahrweg der beweglichen Tischplatte 6. Zur Erhöhung
der Andruckkraft der beweglichen Tischplatte 6 sind dann
auf der, der Tischplatte 6 zugewandten Fläche
der Basisplatte 1 Magnete 8 angeordnet, wie aus 4 ersichtlich
ist. Die bewegliche Tischplatte 6 ruht, wie weiter oben
bereits beschrieben, auf den angetriebenen Trackballs 7.
Im Betrieb liegt der Magnetbereich 12 der beweglichen Tischplatte 6 im
Verfahrbereich über mindestens einem in der Basisplatte 1 angeordneten
Hallsensor 13, welcher invertiert betrieben wird, d. h.
liegt der Hallsensor 13 über dem Magnetbereich 12,
zeigt dieser an, dass die Tischplatte 6 sich im Verfahrbereich befindet.
Erreicht der Rand des Magnetbereiches 12 den Hallsensor 13 und
sinkt dabei die Induktion unter einen bestimmten Schwellwert, erfolgt
eine Meldung durch den Hallsensor 13 an die Steuer- oder
Auswerteeinrichtung, dass das Ende der Verfahrbereiches erreicht
ist. Die Bewegung der beweglichen Tischplatte 6 wird beendet.
-
In
einer weiteren, nicht dargestellten Variante können auch
zwei dünne, magnetische Magnetringe anstelle des Magnetbereiches
auf der beweglichen Tischplatte 6 vorgesehen werden, mit
denen die äußeren Begrenzungen des Verfahrweges
markiert werden. Bei dieser Ausführung wird der Hallsensor 13 nicht
invertiert betrieben. Erreicht in diesen Falle der äußere
oder der innere Magnetring den Hallsensor 13 und liegt
diesem gegenüber und die Induktion steigt über
einen bestimmten Schwellwert, erfolgt eine Meldung durch den Hallsensor 13 an
die Steuer- oder Auswerteeinrichtung, dass das Ende der Verfahrbereiches
erreicht ist. Die Bewegung der beweglichen Tischplatte 6 wird
dann beendet.
-
5 zeigt
eine bewegliche Tischplatte 6 mit einem Bereich 14 auf
ihrer, der Basisplatte 1 zugewandten Unterseite mit einer
Kodierung aus äquidistanten Radien ri und
einer Winkelkodierung φ. Auf der Basisplatte 1 ist
ein diese Kodierungen abtastendes, mit der Steuereinrichtung verbundenes
Messsystem angeordnet (nicht dargestellt). Dieses kann als ein fotoelektrisches
Messsystem ausgebildet sein.
-
Ebenso
kann an der Unterseite der Tischplatte 6 eine geeignete
magnetische Kodierung vorgesehen sein.
-
Zur
Positionsbestimmung der beweglichen Tischplatte 6 kann
gleichfalls ein magnetisches Messsystem vorgesehen werden, welches
mit einer zur Positionsbestimmung der Tischplatte 6 geeigneten
Kodierung und einer Abtastung dieser Kodierung analog eines Festplattenspeichers
ausgestaltet ist.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform des Kreuzdrehtisches kann zur
Positionsbestimmung der beweglichen Tischplatte 6 auch
ein geeignetes optisches Messsystem mit einer Kodierung und einer
Abtastung durch einen Laser wie bei einer CD vorgesehen sein.
-
Anhand 6 wird
die Realisierung der einzelnen Bewegungen der beweglichen Tischplatte 6 dargelegt,
welche der Anschaulichkeit halber als durchsichtige Glasplatte dargestellt
ist, um die darunter liegende Basisplatte 1 sichtbar zu
machen. Die bewegliche Tischplatte 6 ruht auf den angetriebenen Trackballs 15; 16; 17 und 18.
Mit x; y und φ sind die entsprechenden Koordinaten bezeichnet.
Die Bewegungen der Tischplatte 6 können wie folgt
realisiert werden:
Werden mindestens zwei der Trackballs 15 bis 18 in x-Richtung
gedreht, so bewegt sich die Tischplatte 6 entlang der x-Koordinate.
Werden mindestens zwei der Trackballs 15 bis 18 in
y-Richtung gedreht, so bewegt sich die Tischplatte 6 entlang
der y-Koordinate. Durch eine geeignete Ansteuerung der einzelnen Trackballs 15 bis 18 einzeln
oder in Kombination kann die bewegliche Tischplatte 6 beliebig
in der zur optischen Achse orthogonalen Ebene gezielt und messbar
verschoben werden.
-
Werden
die Trackballs 15 und 17 oder die Trackballs 16 und 18 gegenläufig
tangential angetrieben, so wird die Tischplatte 6 um die
optische Achse oder um eine dazu parallele Achse gedreht.
-
Die
nicht angetriebenen Trackballs oder Kugeln übernehmen reine
Lagerfunktionen zur hochgenauen Lagerung der beweglichen Tischplatte 6 auf der
Basisplatte 1.
-
- 1
- Basisplatte
- 2
- Tischhalter
- 3
- Führung
- 4
- Mikroskopstativ
- 5
- Optische
Achse
- 6
- Bewegliche
Tischplatte
- 7
- Trackball
- 8
- Magnete
- 9
- Befestigungselement
- 10
- Abtastsystem
- 11
- Aussparung
- 12
- Magnetbereich
- 13
- Hallsensor
- 14
- Bereich
- 15
bis 18
- Trackball
- φ
- Drehwinkel
- b
- Breite
- r
- Richtung
- ri
- Radien
- x,
y
- Koordinaten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5566021 [0008]
- - JP 8011068 A2 [0009]