DE102012211380A1 - Sample holder gripping device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Probenhalter-Greifvorrichtung mit einem länglichen Träger (50), dessen eines Ende zur Anbringung an einem Industrieroboter oder zu manuellen Handhabung ausgestaltet ist und der an seinem gegenüberliegenden Ende eine Probenaufnahme (16) trägt, die dazu ausgebildet ist, einen Probenhalter (2) wenigstens teilweise in sich aufzunehmen, und mit einem Greifmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, einen in der Probenaufnahme aufgenommenen Probenhalter darin festzuhalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Träger angrenzend an die Probenaufnahme (16) ein Reservoir (30, 40) für verdampfbares Kältemittel angeordnet ist, wobei eine mit der Probenaufnahme kommunizierende Grenzfläche des Kältemittelreservoirs durchlässig für flüssiges und verdampftes Kältemittel ist.The invention relates to a sample holder gripping device with an elongate carrier (50), one end of which is designed for attachment to an industrial robot or for manual handling and which carries at its opposite end a sample holder (16) which is designed to hold a sample holder (16). 2) at least partially, and having a gripping mechanism configured to retain a sample holder received in the sample receptacle therein. According to the invention, a reservoir (30, 40) for evaporable refrigerant is arranged in the carrier adjacent to the sample receiver (16), wherein an interface of the refrigerant reservoir communicating with the sample receiver is permeable to liquid and vaporized refrigerant.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Probenhalter-Greifvorrichtung mit einem länglichen Träger, dessen eines Ende zur Anbringung an einem Industrieroboter oder zur manuellen Handhabung ausgestaltet ist und der an seinem gegenüberliegenden Ende eine Probenaufnahme trägt, die dazu ausgebildet ist, einen Probenhalter wenigstens teilweise in sich aufzunehmen, und mit einem Greifmechanismus, der dazu ausgestaltet ist, einen in der Probenaufnahme aufgenommenen Probenhalter darin festzuhalten. The present invention relates to a sample holder gripping device with an elongate carrier, one end of which is designed for attachment to an industrial robot or for manual handling and which carries at its opposite end a sample receptacle which is adapted to at least partially accommodate a sample holder, and a gripping mechanism configured to retain a sample holder received in the sample receptacle therein.
Mit einer solchen Probenhalter-Greifvorrichtung sollen Probenhalter aus einem Behälter mit Probenhaltern entnommen und einer Experimentierstation zugeführt werden, in der die von dem Probenhalter gehaltene Probe untersucht werden soll. With such a sample holder gripping device, sample holders are to be removed from a container with sample holders and fed to an experimental station in which the sample held by the sample holder is to be examined.
Typische Probenhalter weisen eine Basis auf, die eine nadelförmige Spitze trägt. Am äußeren Ende der nadelförmigen Spitze ist die zu untersuchende Probe angeordnet. Solche Probenhalter werden in der Regel gesammelt in schalenförmigen Behältern, sogenannten Unipucks, bereitgestellt. Am Boden der oben offenen kreisförmigen Schalen befindet sich ein Muster von Vorsprüngen, wobei jeder Vorsprung zum Aufsetzen eines Probenhaltes vorgesehen ist. Dabei erstreckt sich die Basis des Probenhalters am unteren Ende seitlich über den Vorsprung am Boden des schalenförmigen Behälters hinaus. Typical sample holders have a base that carries a needle-shaped tip. At the outer end of the needle-shaped tip, the sample to be examined is arranged. Such sample holders are usually collected in cupped containers, called unipucks. At the bottom of the open-topped circular shells is a pattern of protrusions, each protrusion being provided for seating a specimen stop. In this case, the base of the sample holder extends at the lower end laterally beyond the projection at the bottom of the cup-shaped container.
Bisher wurden solche Probenhalter durch einen Greifmechanismus gegriffen, der an mindestens zwei Punkten des Umfangs der Basis des Probenhalters seitlich an der Basis angreift, um den Probenhalter festzuklemmen und anschließend durch Verfahren des Trägers zu der gewünschten Experimentierstation zu transportieren. Heretofore, such sample holders have been gripped by a gripping mechanism which engages the base at at least two points on the circumference of the base of the sample holder to clamp the sample holder and subsequently transport it to the desired experimental station by the wearer's method.
Häufig werden auch tiefgekühlte Proben benötigt. In diesem Fall besteht das Problem, dass die Probenhalter, wenn sie durch den Greifmechanismus in einem tiefgekühlten Behälter (z.B. gefüllt mit flüssigem Stickstoff) gegriffen und aus dem Behälter entnommen und zu der gewünschten Experimentierstation transportiert werden, sich schnell erwärmen, insbesondere weil es sich meist um mikroskopisch kleine Proben mit minimalen Volumina handelt, die sich beim Transport und beim Eintritt in Experimentierstation schnell erwärmen können. Auch kann es zu Eisbildung an der Probe führen, wenn die noch gekühlte Probe durch die wärmere Umgebungsluft transportiert wird. In jedem Fall wird die experimentelle Untersuchung dadurch erschwert, dass die Probe zum Zeitpunkt des Experiments nicht mehr wie ursprünglich tiefgekühlt ist oder durch Eis teilweise abgedeckt ist. Frequently also frozen samples are needed. In this case, there is a problem that the sample holders, when gripped by the gripping mechanism in a deep-frozen container (eg, filled with liquid nitrogen) and taken out of the container and transported to the desired experimental station, heat up quickly, especially because they are mostly are microscopic samples with minimal volumes that can heat up quickly during transport and on entering experimental station. It can also lead to ice formation on the sample when the still cooled sample is transported through the warmer ambient air. In any case, the experimental investigation is made more difficult by the fact that the sample is no longer as originally frozen or partially covered by ice at the time of the experiment.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Probenhalter-Greifvorrichtung so zu verbessern, dass sie für die Verwendung mit tiefgekühlten Proben besser geeignet ist. It is an object of the present invention to improve a sample holder gripping device so that it is better suited for use with frozen samples.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient die Probenhalter-Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. To solve this problem, the sample holder gripping device with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Träger angrenzend an die Probenaufnahme ein Reservoir für verdampfbares Kältemittel angeordnet ist, wobei eine mit der Probenaufnahme kommunizierende Grenzfläche des Kältemittelreservoirs durchlässig für flüssiges und verdampftes Kältemittel ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Probenhalter nach Verlassen des gekühlten Behälters beim Transport durch die Umgebungsluft lokal von einer gekühlten, mit verdampftem Kältemittel angereicherten Atmosphäre umgeben ist. Dadurch kann die Probe auf dem Probenhalter einen wesentlich längeren Zeitraum tiefgekühlt gehalten werden. Als Kältemittel kann zum Beispiel flüssiger Stickstoff dienen. According to the invention, provision is made for a reservoir for evaporable refrigerant to be arranged in the carrier adjacent to the sample receptacle, wherein an interface of the refrigerant reservoir communicating with the sample receptacle is permeable to liquid and vaporized refrigerant. In this way, it is possible that the sample holder after leaving the cooled container during transport through the ambient air is locally surrounded by a cooled, enriched with vaporized refrigerant atmosphere. This allows the sample to be kept frozen on the sample holder for a much longer period of time. As a refrigerant can serve, for example, liquid nitrogen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kältemittelreservoir einen Hohlkörper aufweist, dessen der Probenaufnahme zugewandte Stirnseite eine Öffnung hat. Im Inneren des Hohlkörpers ist ein poröser Speicherkörper vorhanden, der sich bei Kontakt des Kältemittelreservoirs mit flüssigem Kältemittel durch Kapillarkräfte mit dem Kältemittel vollsaugt. Auf diese Weise ist es möglich, dass sich bei der Entnahme eines Probenhalters aus einem Behälter mit flüssigem Kältemittel das Kältemittelreservoir füllt, indem flüssiges Kältemittel durch Kapillarkräfte in den Speicherkörper aufsteigt. In a preferred embodiment, it is provided that the refrigerant reservoir has a hollow body whose end face facing the sample receptacle has an opening. In the interior of the hollow body, a porous storage body is present, which sucks on contact of the refrigerant reservoir with liquid refrigerant by capillary forces with the refrigerant. In this way, it is possible that when removing a sample holder from a container with liquid refrigerant, the refrigerant reservoir fills by liquid refrigerant rises by capillary forces in the storage body.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper des Kältemittelreservoirs ein koaxial zu dem länglichen Träger angeordneter Hohlzylinder, dessen der Probenaufnahme zugewandte Stirnseite eine zentrale Öffnung hat. Der poröse Speicherkörper ist dann ebenfalls zylinderförmig und füllt das Innere des Hohlzylinders im Wesentlichen auf. In diesem Fall ist es weiter bevorzugt, dass der zylindrische Speicherkörper eine die zentrale Öffnung des Hohlzylinders fortsetzende axiale Bohrung aufweist, die sich in das Innere des Speicherkörpers erstreckt. Die Bohrung dient zur Aufnahme eines zentralen Vorsprungs des Probenhalters. Ein solcher Probenhalter kann zum Beispiel wie oben beschrieben eine nadelförmige Spitze haben, die an ihrem äußeren Ende die Probe trägt. Die Bohrung des Speicherkörpers dient dann dazu, diese nadelförmige Spitze des Probenhalters aufzunehmen. Auf diese Weise liegt die Probe am Ende der nadelförmigen Spitze in der Bohrung im Inneren des Speicherkörpers. Dadurch ist eine besonders effektive Kühlung in der Bohrung im Inneren des Speicherkörpers gewährleistet. In a preferred embodiment, the hollow body of the refrigerant reservoir is a hollow cylinder arranged coaxially with the elongated carrier, the end face of which facing the sample receiving means having a central opening. The porous storage body is then also cylindrical and substantially fills the interior of the hollow cylinder. In this case, it is further preferable that the cylindrical storage body has an axial bore extending the central opening of the hollow cylinder and extending into the interior of the storage body. The bore serves to receive a central projection of the sample holder. Such a sample holder may, for example, as described above, have a needle-shaped tip bearing the sample at its outer end. The bore of the storage body then serves to receive this needle-shaped tip of the sample holder. In this way, the sample is at the end of the needle-shaped tip in the bore in the interior of the storage body. This is one ensures particularly effective cooling in the bore inside the storage body.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die axiale Bohrung im Speicherkörper mit einem für verflüssigtes und verdampftes Kältemittel durchlässigen Material ausgekleidet sein, so dass die nadelförmige Spitze des Probenhalters im Falle einer Fehlausrichtung mit dem Material der Auskleidung, und nicht mit dem porösen Speicherkörpermaterial in Berührung kommt. Da das Speicherkörpermaterial spröde und brüchig sein kann, wird durch die Auskleidung erreicht, dass das Speicherkörpermaterial im Hohlraum zurückgehalten wird und die Probe gegen Verunreinigung durch Speicherkörpermaterial geschützt ist. In a preferred embodiment, the axial bore in the storage body may be lined with a liquefied and vaporized refrigerant permeable material such that the needle-shaped tip of the sample holder contacts the liner material rather than the porous storage body material in the event of misalignment. Because the storage body material can be brittle and brittle, the lining achieves retention of the storage body material in the cavity and protects the sample from contamination by storage body material.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Speicherkörper ein Silikat, vorzugsweise Zeolith, insbesondere Kalziumsilikat. In diesem Fall ist das poröse Speicherkörpermaterial gut dazu geeignet, flüssigen Stickstoff durch Kapillarkräfte aufzunehmen. Während des Transports des Probenhalters verdampft dann fortlaufend flüssiger Stickstoff, so dass der Probenhalter in einer mit verdampftem Stickstoff angereicherten, gekühlten Atmosphäre bleibt. In a preferred embodiment, the storage body comprises a silicate, preferably zeolite, in particular calcium silicate. In this case, the porous storage body material is well suited to receive liquid nitrogen by capillary forces. During transportation of the sample holder, liquid nitrogen continues to evaporate, leaving the sample holder in a nitrogen-enriched, cooled atmosphere.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Greifmechanismus eine Mehrzahl von um den Umfang des länglichen Trägers verteilten, in Längsrichtung des Trägers verlaufenden Hebelarmen aufweist, die an einem Punkt entlang ihrer Länge elastisch in Bezug auf den Träger aufgehängt sind, so dass jeder Hebelarm aus einer zur Längsrichtung des Trägers parallelen Stellung in eine in die eine oder andere Richtung geneigte Stellung zur Längsachse des Trägers schwenkbar ist, um so den Greifmechanismus zu öffnen oder zu schließen. Der Greifmechanismus weist ferner Aktuatoren auf, die dazu betreibbar sind, auf die von der Probenaufnahme entfernten Enden der Hebelarme jeweils eine radial nach Innen, auf die Längsachse des Trägers zu gerichtete Kraft auszuüben, so dass durch ein Ziehen der äußeren Enden der Hebelarme nach innen die gegenüberliegenden Enden der Hebelarme durch Drehung der Hebelarme um ihre elastische Aufhängung radial nach außen verschoben werden, um so den Greifmechanismus zu öffnen. In a preferred embodiment it is provided that the gripping mechanism comprises a plurality of distributed around the circumference of the elongate carrier, extending in the longitudinal direction of the carrier lever arms which are suspended at a point along its length elastically with respect to the carrier, so that each lever arm a position parallel to the longitudinal direction of the carrier in a position inclined in one or the other direction to the longitudinal axis of the carrier is pivotable so as to open or close the gripping mechanism. The gripping mechanism further includes actuators operable to exert on the distal ends of the lever arms, respectively, a radially inward force directed toward the longitudinal axis of the carrier, such that pulling the outer ends of the lever arms inwardly causes the opposite ends of the lever arms are displaced radially outward by rotation of the lever arms about their resilient suspension so as to open the gripping mechanism.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elastische Aufhängung der Hebelarme jeweils durch ein Festkörpergelenk realisiert. Ein Festkörpergelenk zum Beispiel aus Metall kann den auftretenden Temperaturschwankungen bei Entnahme von Probenhaltern aus tiefgekühlten Behältern, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, ohne weiteres widerstehen. Vorteilhaft ist, dass ein Festkörpergelenk durch eine integrale Materialkomponente gebildet wird; somit werden nicht, wie z.B. bei Gletlagern, mehrere zueinander bewegliche Teile benötigt, die vereisen könnten. Die Gelenkfunktion des Festkörpergelenks wird allein durch elastische Verformung von Bereichen des Festkörpergelenkkörpers aus Metall erreicht. In a preferred embodiment, the elastic suspension of the lever arms is realized in each case by a solid-state joint. For example, a solid-state joint made of metal can easily withstand the temperature variations that occur when taking sample holders from frozen containers, for example, with liquid nitrogen. It is advantageous that a solid-state joint is formed by an integral material component; thus, not, as e.g. in glacier camps, several moving parts needed to freeze. The joint function of the solid-body joint is achieved solely by elastic deformation of areas of the solid-body joint body made of metal.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Greifmechanismus zwei um den zentralen Träger gegenüberliegend verlaufende Hebelarme auf. In a preferred embodiment, the gripping mechanism on two opposite the central carrier extending lever arms.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder Hebelarm an seinem der Probenaufnahme zugewandten Ende mit einem Greiffortsatz versehen ist, dessen vom Hebelarm abgewandtes Ende eine Abwicklung nach innen aufweist, so dass der Greiffortsatz hinter die Rückfläche eines in die Probenaufnahme aufgenommenen Probenhalters greifen kann. Auf diese Weise wird der Probenhalter nicht nur durch seitliche Klemmkräfte, sondern durch einen formschlüssigen Eingriff hinter der Unterseite des Probenhalters gegriffen. In a preferred embodiment, it is provided that each lever arm is provided at its end facing the sample receiving end with a gripping extension whose end facing away from the lever arm has a development inwards, so that the gripping extension can reach behind the back surface of a sample holder received in the sample holder. In this way, the sample holder is gripped not only by lateral clamping forces, but by a positive engagement behind the underside of the sample holder.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der zentrale Träger durch ein Innenrohr aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gebildet. Darüber hinaus können auch die Hebelarme aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gebildet sein. Diese Ausbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass der Wärmefluss durch die Greifvorrichtung gegenüber Strukturen aus Metall wesentlich reduziert ist. Dadurch wird eine starke Abkühlung des Trägers und der Hebelarme über einen Großteil ihrer Ausdehnung verhindert. Dadurch wird auch verhindert, dass sich an den Außenwänden der Hebelarme oder an dem Träger durch starke Abkühlung Kondenswasser abscheidet oder Eis bildet. According to a preferred embodiment, the central support is formed by an inner tube of carbon fiber reinforced plastic. In addition, the lever arms may be formed of carbon fiber reinforced plastic. This embodiment of the invention has the advantage that the heat flow through the gripping device is substantially reduced compared to structures made of metal. This prevents excessive cooling of the carrier and the lever arms over much of their expansion. This also prevents condensate from forming or forming ice on the outer walls of the lever arms or on the support by strong cooling.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, in denen: The invention will be described below by means of an embodiment in conjunction with the drawings, in which:
Die Basis
Der Aufbau der Probenhalter-Greifvorrichtung wird im Folgenden mit Bezug auf die
Im Innenraum der zylindrischen Hülse
Der poröse Speicherkörper
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Träger
Im Folgenden wird mit Bezug auf
Die Hebelarme
An den von den Greiffortsätzen
In der oberen Darstellung von
In der unteren Darstellung von
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2 2
- Probenhalter sample holder
- 4 4
- Basis Base
- 6 6
- Ausnehmung recess
- 8 8th
- Unterseite des Probenhalters Bottom of the sample holder
- 10 10
- Nadelförmige Spitze Needle-shaped tip
- 12 12
- Spitzenende zur Probenauflage Top end for sample support
- 16 16
- Probenaufnahme specimen collection
- 20 20
- Hebelarm lever arm
- 22 22
- Elastische Aufhängung Elastic suspension
- 24 24
- Greiffortsatz Griffin extension
- 26 26
- Abgewickeltes Ende des Greiffortsatzes Unwinded end of the gripping process
- 30 30
- Hohlkörper hollow body
- 40 40
- Speicherkörper für Kühlmittel Storage body for coolant
- 42 42
- Auskleidung einer Bohrung im Speicherkörper Lining of a hole in the storage body
- 50 50
- Träger carrier
Claims (12)
Priority Applications (2)
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- 2012-06-29 DE DE102012211380.0A patent/DE102012211380B4/en active Active
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