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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur fluchtenden Positionierung eines von mehreren an einem Objektivrevolver angeordneten Objektiven auf einer gemeinsamen optischen Achse mit einem Okular, bei dem der Revolver bis zum Erreichen einer die gewünschte Relativposition anzeigenden Positionsmarkierung vermittels einer elektromotorischen Antriebseinrichtung um eine Revolverachse gedreht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Positionierung von Objektivrevolvern an Mikroskopen weisen zur Positionierung eines ausgewählten der Mehrzahl von Objektiven eine elektromotorische Antriebseinrichtung auf, die das ausgewählte Objektiv auf einer gemeinsamen optischen Achse mit dem Okular des Mikroskops anordnet und die zur exakten, wiederholgenauen Positionierung mit einer mechanischen Rasteinrichtung zusammenwirkt. Hierzu wird bei den bekannten Mikroskopen so verfahren, dass der Objektivrevolver über den Drehantrieb mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit soweit verfahren wird, bis sich das ausgewählte Objektiv in Drehrichtung gesehen kurz vor Erreichen der Rastposition befindet. Um ein Überfahren der Rastposition zu verhindern und einer überhöhten Verzögerungsspitze beim Einrasten einer mechanischen Rastklinke in eine entsprechende Ausnehmung des Objektivrevolvers vorzubeugen, wird der Drehantrieb kurz vor Erreichen der Exaktposition verzögert, so dass durch die Massenträgheit der Rastklinke bedingte Stöße bis auf einen aufgrund der Federvorspannung der Rastklinke unvermeidbaren Raststoß weitestgehend verhindert werden können. Aufgrund der im Laborbetrieb häufig auftretenden Notwendigkeit bei der Untersuchung von Proben immer wieder zwischen verschiedenen Vergrößerungsstufen zu wechseln, erfolgt eine Betätigung des elektromotorischen Antriebs, also ein Anfahren und Abbremsen mit anschließendem Verrasten in der Rastpositionierung mit entsprechend hoher Frequenz. Dabei wird durch die notwendige, konstruktionsbedingte Verzögerung der Drehwinkelverstellung kurz vor Erreichen der definierten Rastposition im Zusammenhang mit der hohen Frequenz der Verstellvorgänge viel Zeit verbraucht, die für die tatsächliche Betrachtung der auf den Objektträgern angeordneten Proben nicht mehr zur Verfügung steht. Weiterhin sorgen die konstruktionsbedingt unvermeidbaren Raststöße der Rastklinken für eine Schwingungsanregung des Mikroskops, die es notwendig machen, auch nach Erreichen der Rastpositionen noch eine gewisse Zeit vergehen zu lassen, um ein konturenscharfes Betrachten der Proben zu ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Positionierung eines Objektivrevolvers vorzuschlagen, bei dem bzw. der die vorgenannten Nachteile nicht auftreten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst zur Vorpositionierung des Objektivs vermittels einer Antriebssteuerung der elektromotorischen Antriebseinrichtung eine Drehverstellung des Revolvers bis zum Erreichen einer innerhalb der Grenzen eines Feinpositionierungsbereichs gelegenen Grobposition. Anschließend erfolgt eine Exaktpositionierung vermittels eines Regelabgleichs eines die aktuelle Position wiedergebenden Sensorausgangssignals einer berührungslosen Sensoreinrichtung mit einem dem jeweiligen Objektiv zugeordneten Referenzwert der Exaktposition.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, auf eine mechanisch detektierte Positionierung des Objektivrevolvers zu verzichten. Wegen des somit nicht benötigten Kraftschlusses zur Definition einer exakten Position eines ausgewählten Objektivs des Objektivsrevolvers auf der optischen Achse des Okulars können auch keine Reaktionskräfte auftreten, wie es bei der mechanischen Verklinkung gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Infolgedessen treten auch keine entsprechenden (Rück-)Stöße auf, die zu Vibrationen des Mikroskopaufbaus führen könnten. Weiterhin ermöglicht der Verzicht auf eine kraftschlüssig detektierte Exaktpositionierung, das die Drehverstellung des Objektivrevolvers mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit erfolgen kann, ohne dass – wie es bei der Lösung gemäß dem Stand der Technik der Fall ist – eine starke Verzögerung der Zustellbewegung vor Erreichen der Exaktposition notwendig wäre, um bei der Exaktpositionierung auftretende Stöße zu reduzieren.
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Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden zu Ermittlung der Referenzwerte der Exaktposition die den jeweiligen Objektiven zugeordneten Sensorausgangssignale bei definierter optischer Relativausrichtung des Objektivrevolvers im Messbetrieb ermittelt und in einem Reverenzwertspeicher abgelegt. Basierend darauf erfolgt die Exaktpositionierung der ausgewählten Objektive im Mikroskopierbetrieb derart, dass eine Änderung der Relativposition des Revolvers durch einen Drehantrieb des Revolvers so lange erfolgt, bis sich als Sensorausgangssignal der Referenzwert einstellt. Damit beruht die Exaktpositionierung gemäß dem Verfahren im Prinzip darauf, in einer Art „teach in-Verfahren” den einzelnen Objektiven des Objektivrevolvers zugeordnete Referenzwerte als Sollwerte bei einer im Mikroskopierbetrieb erfolgenden Positionierregelung zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist das Sensorausgangssignal als physikalische Größe definiert ist, deren Wert sich als Funktion der Distanz einer dem jeweiligen Objektiv zugeordneten und auf dem Revolver angeordneten Markierung von dem auf einem Revolverträger zur Drehlagerung des Revolvers angeordneten Sensor ändert, so dass ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Drehwinkellage des Revolvers und dem Sensorausgangssignal gegeben ist.
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Als besonders vorteilhaft für eine möglichst einfache und betriebssichere Ausführung des Verfahrens erweist es sich, wenn die Markierungen der Objektive als Magnete und der Sensor als Hall-Sensor ausgebildet ist.
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Eine besonders einfach zu realisierende und hinsichtlich des Resultats reproduziersichere Realisierung der Grobpositionierung ergibt sich, wenn die Grobpositionierung über die von einem Inkrementalgeber angesteuerte Antriebseinrichtung erfolgt und somit durch das Erreichen eines dem jeweiligen Objektivs zugeordneten Drehwinkels die Lage des Feinpositionierungsbereichs definiert ist.
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Eine gleichermaßen betriebssichere und einfach zu realisierende Zuordnung der jeweiligen Objektive zu einer die Objektive individualisierenden Drehwinkelposition wird möglich, wenn die Zuordnung über eine vorzugsweise berührungslose Detektierung der Objektive erfolgt.
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Vorteilhafterweise wird die Detektierung so ausgeführt, dass sie vermittels einer am Revolverträger angeordneten Detektorplatine im Zusammenwirken mit den Objektiven am Revolver zugeordneten Detektionsflächen, beispielsweise im Reflexlichtverfahren, erfolgt.
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Wenn die Drehrichtung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit vom Bogenabstand der anzufahrenden Grobposition gewählt wird, kann eine Wegoptimierung dahingehend erfolgen, dass stets der kürzere Weg bis zum Erreichen des ausgewählten Objektivs zurückgelegt wird.
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Um sicherzustellen, dass es bei der Umschaltung von der über den Inkrementalgeber gesteuerten Grobpositionierung auf die vermittels der Sensoreinrichtung geregelten Feinpositionierung nicht zur Ausbildung von Drehmomentspitzen bei der Antriebsrinrichtung kommt, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Antriebseinrichtung vor Erreichen der Grobposition zu verzögern.
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Dies ermöglicht insbesondere dann einen drehmomentstabilen Betrieb des Antriebs, wenn vorteilhaft sowohl die Einstellung der Grobposition als auch die Einstellung der Exaktposition vermittels derselben elektromotorischen Antriebseinrichtung erfolgt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist am Revolver eine Sensoreinrichtung vorgesehen, die ein Sensorausgangssignal erzeugt, wenn durch den Betrieb der elektromotorischen Antriebseinrichtung ein dem jeweiligen Objektiv zugeordneter Drehwinkel des Revolvers als Grobposition des Objektivs definiert ist, und bei der eine mit der Sensoreinrichtung zusammenwirkende Prozessoreinrichtung vorgesehen ist zur Durchführung einer Exaktpositionierung vermittels eines Regelabgleichs eines die aktuelle Position wiedergebenden Sensorausgangssignals der berührungslosen Sensoreinrichtung mit einem dem jeweiligen Objektiv zugeordneten Referenzwert der Exaktposition erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Prozessoreinrichtung einen Referenzwertspeicher umfasst, in dem den einzelnen Objektiven des Objektivrevolvers zugeordnete Sensorausgangssignalwerte gespeichert sind, so dass für jede Mikroskopiereinrichtung eine individualisierte und somit geeichte Referenzwertdatenbank zur Verfügung steht. Diese Datenbank wird quasi durch ein Einmessen der Mikroskopiereinrichtung vermittels der Sensoreinrichtung angelegt.
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Gemäß der Erfindung weist die Sensoreinrichtung einen Sensor zur Erzeugung einer Ausgangsspannung als Sensorausgangssignal und den Objektiven jeweils zugeordnete, am Revolver angeordnete Markierungselemente zur Auslösung des Sensorausgangssignals auf. Bevorzugt sind die Markierungselemente der Sensoreinrichtung als Magnete und der Sensor als Hall-Sensor ausgebildet.
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Die elektrische Antriebseinrichtung ist vorteilhaft mit einem Inkrementalgeber zur Verdrehung des Revolvers entsprechend einem dem jeweiligen Objektiv zugeordneten Drehwinkel versehen.
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Wenn zur Individualisierung der verschiedenen Objektive des Objektivrevolvers am Revolverträger eine Detektorplatine mit einer Leiterbahnstruktur derart angeordnet ist, dass einer Detektionsfläche von jedem am Objektivrevolver angeordneten Objektiv ein definierter Gegenkontakt der Detektorplatine zugeordnet ist, ist mit einfachen elektrischen Mitteln eine sichere Kodierung der Objektive realisiert.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Objektivrevolver mit einer Mehrzahl von in einer Revolverscheibe eingesetzten Objektiven in perspektivischer Darstellung;
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2 den in 1 dargestellten Objektivrevolver in einer Schnittdarstellung gemäß Schnittlinienverlauf II-II in 1;
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3 eine in der Ansicht der 1 entsprechende Ansicht des Objektivrevolvers mit freiliegenden Augen der Revolverscheibe zur Aufnahme von Objektiven;
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4 eine Draufsicht auf den in 3 dargestellten Objektivrevolver.
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1 zeigt einen Objektivrevolver 10 mit einem Revolverträger 11 und einer drehbar am Revolverträger 11 gelagerten Revolverscheibe 12, die zur Aufnahme einer Mehrzahl unterschiedlicher Objektive 13 bis 18 dient. Am Revolverträger 11 ist eine elektromotorische Antriebseinrichtung 19 angeordnet, die über ein hier als Riementrieb 20 ausgestaltetes Getriebe kraftschlüssig mit der Revolverscheibe 12 verbunden ist. Der Riementrieb 20 umfasst ein auf einer Motorwelle 21 der Antriebseinrichtung 19 angeordnetes Abtriebsritzel 22, das über einen Zahnriemen 23 mit einer am Umfang der Revolverscheibe 12 ausgebildeten Umfangsverzahnung 24 kraftschlüssig verbunden ist.
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Die Antriebseinrichtung 19 ermöglicht vermittels des Riementriebs 20 eine Drehverstellung der Revolverscheibe 12 um eine Revolverachse 25 derart, dass eines der an der Revolverscheibe 12 angeordneten Objektive 13 bis 18 auf einer gemeinsamen optischen Achse 26 mit einem hier nicht näher dargestellten Okular einer Mikroskopeinrichtung ausgerichtet werden kann. Zur Verbindung mit der hier ebenfalls nicht näher dargestellten Mikroskopeinrichtung dient eine als Bestandteil des Revolverträgers 11 ausgebildete Montageplatte 27, die mit einer Ausnehmung 28 zur Ausbildung der optischen Achse 26 versehen ist.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die Revolverscheibe 12 auf der Revolverachse 25 über ein einstellbares Radiallager 29 mit einer Lageraufnahme 30 des Revolverträgers 11 verbunden. Dabei stützt sich ein Lagerinnenring 31 über einen kugelförmigen Stützkörper 32 an der Revolverscheibe 12 und ein Lageraußenring 33 über eine Lagereinstellmutter 34 an der Lageraufnahme 30 ab. Vermittels eines hier als Innensechskant 35 in der Lagereinstellmutter 34 ausgebildeten Werkzeugsitzes lässt sich das Lagerspiel des Radiallagers 29 einstellen. Neben dem Radiallager 29 ist die Revolverscheibe 12 an der Innenseite eines als Lagerflansch 36 ausgebildeten Umfangsrandes mit einem Axiallager 37 versehen, dessen Lagerkörper 50 sich an einem Stützflansch 38 der Lageraufnahme 30 abstützten. Auf der Außenseite des Lagerflansches 36 ist die Umfangverzahnung 24 zum Eingriff mit dem Zahnriemen 23 ausgebildet.
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Wie ferner aus 2 zu ersehen ist, befindet sich unterseitig an der Lageraufnahme 30 eine hier kreisringförmig ausgebildete Detektorplatine 43, die mit jeweils den einzelnen Objektiven 13 bis 18 (1) zugeordneten Sensoren 39 versehen ist. Wie 2 zeigt, ragen die Sensoren 39 in die Objektivaufnahmen 40 hinein, die zur Aufnahme bzw. Anordnung der Objektive 13 bis 18 in der Revolverscheibe 12 vorgesehen sind. Die in den Objektivaufnahmen 40 angeordneten, in 2 nicht dargestellten Objektive 13 bis 18 weisen an ihrer Rückseite den Sensoren 39 zugewandt Detektionsflächen auf, die bei einem elektrischen oder sensorischen Kontakt mit den Sensoren 39 eine Detektierung und Differenzierung der Objektive 13 bis 18 ermöglichen.
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Wie insbesondere einer Zusammenschau der 3 und 4 zu entnehmen ist, ist die Antriebseinrichtung 19 mit einem Inkrementalgeber 41 versehen, der über eine am Revolverträger angeordnete Ansteuerungseinrichtung 42 mit elektrischen Signalen versorgt wird. Die am Revolverträger 11 angeordnete Detektorplatine 43 (3) ermöglicht bei einem Kontakt zwischen den Sensoren 39 und den hier nicht dargestellten Objektivkontakten eine Detektierung der Objektive 13 bis 18 mit Feststellung ihrer Drehwinkelposition bezogen auf die optische Achse 26, die auf einem gemeinsamen Teilkreis 45 mit Mittelachsen 44 der Objektivaufnahmen 40 angeordnet ist.
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Vermittels der Detektorplatine 43 lassen sich die Objektive 13 bis 18 über ihre relative Drehwinkellage zur optischen Achse 26 identifizieren. In der Teilkreisdarstellung in 3 kennzeichnet jeder Schnittpunkt der Mittelachsen 44 der einzelnen Objektive 13 bis 18 die Relativlage der Objektive zum Schnittpunkt der optischen Achse 26 mit dem Teilkreis 45. So ist beispielsweise gemäß 3 die Ausgangsposition des Objektivs 16 mit einer Drehwinkellage von α16 = 60° definiert. Die Drehwinkellage des Objektivs 13 hingegen ist mit dem Drehwinkel α13 = 240° definiert. Aus der Kenntnis der Ausgangsposition der verschiedenen Objektive 13 bis 18 ergibt sich die notwendige Drehwinkelverstellung, um ein bestimmtes Objektiv auf der optischen Achse 26 anzuordnen. Beispielsweise erfordert gemäß der Darstellung in 3 die Anordnung des Objektivs 13 auf der optischen Achse 26 eine Drehwinkelverstellung von +120°. Andererseits erfordert eine Anordnung des Objektivs 16 auf der optischen Achse 26 eine Drehwinkelverstellung von –60°.
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Die Drehwinkelverstellung zur Positionierung eines ausgewählten Objektivs 13 bis 18 auf der optischen Achse 26 erfolgt in zwei aufeinander folgenden Phasen. Zunächst erfolgt eine Grobpositionierung des ausgewählten Objektivs durch eine Ansteuerung des Inkrementalgebers 41 der Antriebseinrichtung 19 derart, das beispielsweise zur Grobpositionierung des in 3 dargestellten Objektivs 13 der Inkrementalgeber eine Drehwinkelverstellung von +120° bewirkt. Die hierdurch erreichte Grobposition des Objektivs 13 auf der optischen Achse 26 stellt sicher, dass sich ein dem Objektiv 13 zugeordnetes magnetische Markierungselement 46 auf dem Lagerflansch 36 der Revolverscheibe 12 in der Grobposition des Objektivs 13 im Detektierungsbereich eines an dem Revolverträger 11 bzw. der am Revolverträger 11 angeordneten Ansteuerungseinrichtung 42 angeordneten Magnetsensors 47 befindet (2). Bei dem Magnetsensor handelt es sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um einen so genannten „Hall-Sensor”, der zusammen mit den den jeweiligen Objektiven 13 bis 18 zugeordnete Markierungselementen 46 eine Sensoreinrichtung 48 bildet.
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Nach erfolgter Grobpositionierung wird vermittels der Sensoreinrichtung 48 ein dem Abstand zwischen dem Magnetsensor 47 und dem Markierungselement 46 direkt proportionaler Ausgangsspannungswert erzeugt. Diesem Ausgangsspannungswert wird durch eine vorzugsweise in der Ansteuerungseinrichtung 42 angeordnete Prozessoreinrichtung 49 ein dem ausgewählten Objektiv 13 zugeordneter Referenz-Ausgangsspannungswert zugeordnet, der die exakte Position des Objektivs 13 auf der optischen Achse 26 definiert. Aus der Differenz zwischen dem in der Grobposition detektierten Ausgangsspannungswert und dem Referenzwert wird in einem konventionellen Regelkreis die notwendige Stellgröße ermittelt, um das Objektiv 13 aus der Grobposition in die Exaktposition, in der die gewünschte Koaxialität zwischen der Mittelachse 44 der dem Objektiv 13 zugeordneten Objektivaufnahme 40 und der optischen Achse 26 gewährleistet ist, zu verfahren. Über die Ansteuerungseinrichtung 42 wird der Inkrementalgeber 41 mit einem der Stellgröße proportionalen Signal beaufschlagt, derart, dass die notwendige Drehwinkelkorrektur bewirkt wird.
