DE3223347C1 - Drive control for a microtome, especially an ultramicrotome - Google Patents

Drive control for a microtome, especially an ultramicrotome

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DE3223347C1 DE19823223347 DE3223347A DE3223347C1 DE 3223347 C1 DE3223347 C1 DE 3223347C1 DE 19823223347 DE19823223347 DE 19823223347 DE 3223347 A DE3223347 A DE 3223347A DE 3223347 C1 DE3223347 C1 DE 3223347C1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, mit einem an einem elektrischen Antriebsmotor über einen Kurbeltrieb in eine periodische Hubbewegung versetzbaren Objektarm und mit einer Antriebssteuerung für den Antriebsmotor, durch welche die Hubbewegung des Objektarms in eine langsamere Schneidebewegung, während welcher der Objektarm an einem Messer vorbeigeführt und ein Dünnschnitt an dem daran befindlichen Objekt erzeugt wird, und in eine raschere Rückholbewegung unterteilbar ist, während welcher der Objektarm außerhalb des Messers in seine Ausgangslage rückgeführt wird.The invention relates to a microtome, in particular an ultramicrotome, with an electrical one Drive motor via a crank mechanism in a periodic lifting movement displaceable object arm and with a drive control for the drive motor, through which the lifting movement of the object arm in a slower cutting movement, during which the specimen arm moves past a knife and a Thin section is generated on the object located thereon, and can be divided into a faster return movement is during which the object arm is returned to its starting position outside of the knife.

Mikrotome der vorstehend genannten Art weisen in der Regel einen Gleichstrom-Antriebsmotor mit einem Tachogenerator auf, der über einen Riemen und eine als Riemenscheibe ausgebildete Schwungscheibe die Kurbel des Objektarmes antreibt. Die Unterteilung in eine langsamere Schneidebewegung und eine rasche Rückholbewegung erfolgt zu dem Zweck, den Objektarm nach der zur Erzielung eines optimalen Dünnschnitts entsprechend angepaßten Schneidebewegung aus Zeitersparnisgründen möglichst schnell wieder in seine Ausgangslage zurückzubewegen. Die Steuerung der beiden Bewegungen erfolgt dadurch, daß die Steuerspannung am Übergang von der schnelleren zur langsameren Bewegung oder umgekehrt entsprechend abgesenkt bzw. angehoben wird.Microtomes of the type mentioned above usually have a direct current drive motor with a Tachogenerator on the crank via a belt and a pulley designed as a flywheel of the object arm. The division into a slower cutting movement and a quick return movement takes place for the purpose of the object arm after the to achieve an optimal thin section appropriately adapted cutting movement back into his as quickly as possible to save time Move back the starting position. The two movements are controlled by the control voltage at the transition from the faster to the slower movement or vice versa accordingly is lowered or raised.

Da die Antriebe der Mikrotome und insbesondere der Ultramikrotome zur Fernhaltung von äußerlich eingeprägten Schwingungsstörungen mit federnden Elementen aufgebaut sind, stellen sich bei der erwähnten Umschaltung pendelnde Bewegungen der Antriebswelle des Antriebsmotors ein, durch die auch der Riementrieb und das Schwungrad in Pendelschwingungen versetzt werden. Der durch einen Tachogenerator geregelte Antriebsmotor kann in einem solchen Fall noch zusätzlich durch den Tachogenerator aufgeschaukelt werden. Schwingungen dieser Art sind jedoch von Nachteil, weil sie sich entsprechend in einer Schwingbewegung des Objektarmes äußern, die sich auf die Qualität des zu erzeugenden Dünnschnittes nachteilig auswirkt. Es ist deshalb bei den bekannten Mikrotomen notwendig, zumindest den Umschaltzeitpunkt von der schnelleren Rückholbewegung auf die langsamere Schneidebewegung so frühzeitig vor den Beginn des eigentlichen Schneidevorganges zu legen, daß die durch den Umschaltdruck im mechanischen Antriebssystem erzeugten Schwingungen abgeklungen sind. Das verringert jedoch die Arbeitsgeschwindigkeit des Mikrotoms.Because the drives of the microtomes and especially the ultramicrotomes to keep away from externally imprinted Vibration disturbances are built up with resilient elements, arise with the mentioned Switching pendular movements of the drive shaft of the drive motor, through which the Belt drive and the flywheel are set in pendulum oscillations. The one by a tachometer generator In such a case, the regulated drive motor can also be rocked by the tachometer generator will. However, vibrations of this type are disadvantageous because they result in an oscillating movement of the object arm that have a detrimental effect on the quality of the thin section to be produced affects. It is therefore necessary with the known microtomes, at least the switchover time from the faster return movement to the slower cutting movement so early before the start of the actual cutting process to put that by the switching pressure in the mechanical drive system generated vibrations have subsided. However, this reduces the operating speed of the microtome.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebssteuerung für ein Mikrotom zu schaffen, durch die der Umschaltzeitpunkt zumindest von der raschen Rückholbewegung zur langsameren Schneidebewegung unmittelbar vor den eigentlichen Schneidevorgang gelegt werden kann, ohne daß nachteilige Schwingungen in dem mechanischen Antriebssystem entstehen, die sich auf die Qualität des zu erzeugenden Dünnschnitts negativ auswirken.The object of the invention is therefore to provide a drive control for creating a microtome, through which the switching time at least from the rapid return movement placed immediately before the actual cutting process for a slower cutting movement can be without detrimental vibrations in the mechanical drive system that arise have a negative effect on the quality of the thin section to be produced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die Antriebssteuerung die Bewegung des Objektarmes am Übergang von der schnelleren Rückholbewegung zur langsameren Schneidebewegung nur allmählich verzögerbar ist.According to the invention this object is achieved in that the movement of the Object-poor at the transition from the faster return movement to the slower cutting movement can only be delayed gradually.

Die Umschaltung von dem höheren Spannungswert der Steuerspannung auf den niedrigeren Spannungswert erfolgt somit nach der Erfindung nicht wie bisher abrupt, sondern die Spannung wird allmählich so auf den niedrigeren Spannungswert herabgesetzt, daß die daraus resultierende Verzögerung keine mechanische Schwingung im Antriebssystem induziert. Das besagt, daß am günstigsten die Spannungsabsenkung und der dabei eintretende Spannungsverlauf so eingesteuert wird, daß im mechanischen Antriebssystem die dort vorhandene Dämpfung zu einem aperiodischen Bewegungsverlauf des Objektarmes zwischen der rascheren und der langsameren Bewegung führt (kritische Dämpfung), bei dem ein Bewegungsausschlag des Objektarmes in die zur Schneiderichtung entgegengesetzte Richtung unterbleibt.The switchover from the higher voltage value of the control voltage to the lower voltage value is therefore not carried out as before according to the invention abruptly, but the voltage is gradually reduced to the lower voltage value so that the The resulting delay does not induce any mechanical vibration in the drive system. That means that at best the voltage drop and the resulting voltage curve are controlled in this way becomes that in the mechanical drive system the damping present there becomes an aperiodic course of movement of the object arm between the faster and the slower movement (critical Attenuation), in which a movement of the specimen arm in the opposite direction to the cutting direction Direction is omitted.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, der Steuerspannung einen linearen Verlauf zwischen dem höheren und dem niedrigeren Steuerspannungswert zu geben. Dieser lineare Verlauf läßt sich nach einer besonderen Ausgestaltung der Antriebssteuerung dadurch auf einfache Weise verwirklichen, daß die Antriebssteuerung eine Konstantstromquelle und einen von der Konstantstromquelle aufzuladenden bzw. zu entladenden Kondensator beinhaltet.It has been found to be particularly advantageous for the control voltage to have a linear profile between the to give the higher and the lower control voltage value. This linear course can be after a Realize special design of the drive control in a simple manner that the Drive control a constant current source and one to be charged from the constant current source discharging capacitor.

Durch eine Veränderbarkeit der elektrischen bzw. elektronischen Elemente, durch welche der Steuerspannungsverlauf beeinflußt wird, ist es möglich, einen schwingungsfreien Bewegungsübergang von der schnelleren zur langsameren Bewegung des Objektarmes fürBy being able to change the electrical or electronic elements through which the control voltage curve is influenced, it is possible to have a vibration-free transition of movement from the faster one for slower movement of the object arm for

alle einstellbaren Schneidegeschwindigkeiten zu verwirklichen. In jedem Fall wird dabei der Steuerspannungsverlauf so eingestellt, daß sich der vorstehend erwähnte aperiodische Bewegungsablauf einstellt.to realize all adjustable cutting speeds. In any case, the control voltage curve is set so that the above mentioned aperiodic sequence of movements.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:Further advantages and features of the present invention emerge from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Bewegung des Objektarmes eines Ultramikrotoms; ι οF i g. 1 shows a schematic representation of the movement of the object arm of an ultramicrotome; ι ο

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Antriebssystems für den Objektarm gem. F i g. 1 und der erfindungsgemäßen Antriebssteuerung undF i g. 2 shows a schematic representation of the drive system for the object arm according to FIG. 1 and the drive control according to the invention and

Fig.3 ein Diagramm, aus dem der Verlauf der Steuerspannung hervorgeht, die durch die erfindungsgemäße Antriebssteuerung an den Antriebsmotor angelegt wird.FIG. 3 is a diagram showing the course of the control voltage generated by the inventive Drive control is applied to the drive motor.

Die F i g. 1 und der obere Teil der F i g. 2 zeigen rein schematisch das vordere Ende eines Objektsarmes 1 eines im Ganzen nicht gezeigten Ultramikrotoms sowie das Antriebssystem für den Objektarm 1. Dieses besteht in bekannter Weise aus einem elektrischen Gleichstrom-Antriebsmotor 2, der durch einen nicht gezeigten Tachogenerator gleichlaufgeregelt ist, einer Riemenscheibe 3, einem Riemen 4 und einer Schwungscheibe 5, die zugleich als Riemenscheibe dient. Die Kurbelverbindung 6 zwischen der Schwungscheibe 5 und dem Objektarm 1 ist nur angedeutet. Insoweit unterscheidet sich der mechanische Aufbau des Ultramikrotoms nicht von demjenigen bekannter Ultramikrotome (vgl. z. B. DE-PS 22 46 853).The F i g. 1 and the upper part of FIG. 2 show in schematically, the front end of an object arm 1 of an ultramicrotome, not shown as a whole, as well as the drive system for the object arm 1. This consists in a known manner of an electric direct current drive motor 2, which is synchronized by a tachometer generator, not shown, a pulley 3, a belt 4 and a flywheel 5, which also serves as a pulley. The crank connection 6 between the flywheel 5 and the object arm 1 is only indicated. To that extent differentiates the mechanical structure of the ultramicrotome does not differ from that of known ultramicrotomes (cf.e.g. DE-PS 22 46 853).

Durch nicht im einzelnen dargestellte Mittel wird der Objektarm 1 bei seiner Auf- und Abbewegung längs einer geschlossenen Bewegungsbahn 7 geführt, auf der er eine dick ausgezogene Schneidebewegung 8 vollführt, bei der von einem nicht näher gezeigten Präparat durch die Schneidkante eines Messers 9 ein Dünnschnitt erzeugt wird und an die sich eine rasche, dünn ausgezogene Rückholbewegung 10 anschließt. Dem der Schneidebewegung 8 entsprechenden Teil der Bewegungsbahn entspricht in F i g. 2 der Bewegungssektor 8' der Schwungscheibe 5, während die Rückholbewegung 10 durch den Bewegungssektor 10' repräsentiert ist.By means not shown in detail, the object arm 1 is longitudinal as it moves up and down out of a closed path of movement 7, on which he performs a thick, drawn-out cutting movement 8, in the case of a specimen not shown in detail, a thin cut through the cutting edge of a knife 9 is generated and is followed by a rapid, thinly drawn out return movement 10. The the Cutting movement 8 corresponds to part of the movement path in FIG. 2 the movement sector 8 ' the flywheel 5, while the return movement 10 is represented by the movement sector 10 '.

Erfindungsgemäß wird nun, wie sich aus F i g. 3 ergibt, die an den Antriebsmotor 2 anzulegende Steuerspannung U so gesteuert, daß während der rascheren Rückholbewegung 10 an dem Antriebsmotor 2 die Steuerspannung U\ und während der langsameren Schneidebewegung 8 die niedrigere Steuerspannung U2 anliegt und am Übergang zwischen den beiden Bewegungen 8 und 10 die Steuerspannung U während eines Zeitintervalls i0— ii bzw. fe—ö nach einem linearen Verlauf abfällt bzw. ansteigt. Die Steilheit dieses linearen Spannungsverlaufes wird, wie eingangs erläutert, so gewählt, daß sich im Antriebssystem ein schwingungsfreier Übergang von der einen zur anderen Bewegung einstellt.According to the invention, as can be seen from FIG. 3 results, the control voltage U to be applied to the drive motor 2 is controlled so that the control voltage U \ is applied to the drive motor 2 during the faster return movement 10 and the lower control voltage U 2 is applied during the slower cutting movement 8 and at the transition between the two movements 8 and 10 the control voltage U falls or rises according to a linear curve during a time interval i 0 - ii or fe - 6. As explained above, the steepness of this linear voltage curve is chosen so that a vibration-free transition from one movement to the other occurs in the drive system.

Der untere Teil der F i g. 2 zeigt symbolisch die Regelelektronik 12, die den erfindungsgemäßen Steuerspannungsverlauf gemäß Fig.3 zu erzielen gestattet. Diese Regelelektronik beinhaltet eine Konstantstromquelle für die Speisung des Antriebsmotors 2 und einen Kondensator 14 mit einer Kapazität C. Mit U\ und U2 sind die beiden Schaltzustände angedeutet, in die der Antriebsmotor 2 durch die Regelelektronik 12 einstellbar ist.The lower part of FIG. 2 symbolically shows the control electronics 12, which allow the control voltage curve according to the invention to be achieved according to FIG. These control electronics contain a constant current source for supplying the drive motor 2 and a capacitor 14 with a capacitance C. U 1 and U 2 indicate the two switching states into which the drive motor 2 can be set by the control electronics 12.

Durch die Konstantstromquelle 13 wird ein konstanter Strom ic abgegeben, so daß eine über der Zeit A constant current ic is output by the constant current source 13, so that one over time

erfolgende Spannungsänderung —— der bekannten Beziehung erfolgt:resulting voltage change - the known relationship takes place:

dU dtyou German

JL C JL C

Daraus ergibt sich als Spannungsverlauf U(t)während der Zeit f zwischen den Steuerspannungen Ux und U2 This results in the voltage profile U (t) during the time f between the control voltages U x and U 2

U(t)= ic/C- t.U (t) = ic / C- t.

Durch entsprechendes Einstellen des Konstantstromes ic und/oder der Kapazität C des Kondensators 14 läßt sich die Steilheit des Spannungsverlaufes während der Zeit tbestimmen.By appropriately setting the constant current ic and / or the capacitance C of the capacitor 14, the steepness of the voltage curve during the time t can be determined.

Zur Vorwahl der Geschwindigkeit des Antriebsmotors 2 werden zwei Potentiometer χ bzw. y wechselweise mittels einer Lichtschranke 15 an die Konstantstromquelle 13 angeschlossen. Die Lichtschranke 15 bestimmt den Bewegungssektor 8' für die Schneidebewegung 8 bzw. den Bewegungssektor 10' für die Rückholbewegung 10 und wird z. B. durch eine nicht gezeigte, mit der Schwungscheibe 5 verbundene Blende betätigt. Das elektrische Signal der Potentiometer χ bzw. y wird einem als Impedanzwandler und Konstantstromquelle wirkenden Operationsverstärker Op zugeführt. Durch den Widerstand R2 wird der Verstärkungsfaktor und durch den Widerstand Rx der Ladestrom ic für den Kondensator 14 bestimmt. Die an dem Kondensator 14 anliegende Spannung wird nun einer nachgeschalteten Komparator- und Leistungsstufe 16 zur Speisung des Antriebsmotors 2 zugeführt. Über eine getrennte Leitung Uc erhält die Komparator- und Leistungsstufe 16 die Spannung Uq des Tachogenerators an dem Antriebsmotor 2 zugeführt, die analog zur Drehzahl des Antriebsmotors 2 ist. Die Speisespannung für den Antriebsmotor 2 ist mit Um angegeben.To preselect the speed of the drive motor 2, two potentiometers χ and y are alternately connected to the constant current source 13 by means of a light barrier 15. The light barrier 15 determines the movement sector 8 'for the cutting movement 8 and the movement sector 10' for the return movement 10 and is z. B. operated by a not shown, connected to the flywheel 5 diaphragm. The electrical signal of the potentiometer χ or y is fed to an operational amplifier Op acting as an impedance converter and constant current source. The gain factor is determined by the resistor R 2 and the charging current i c for the capacitor 14 is determined by the resistor R x. The voltage applied to the capacitor 14 is now fed to a downstream comparator and power stage 16 for feeding the drive motor 2. The comparator and power stage 16 receives the voltage Uq of the tachometer generator on the drive motor 2 via a separate line Uc , which voltage is analogous to the speed of the drive motor 2. The supply voltage for the drive motor 2 is indicated by Um.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, mit einem von einem elektrischen Antriebsmotor über einen Kurbeltrieb in eine periodische Hubbewegung versetzbaren Objektarm und mit einer Antriebssteuerung für den Antriebsmotor, durch welche die Hubbewegung des Objektarms in eine langsamere Schneidebewegung, während welcher der Objektarm an einem Messer vorbeigeführt und ein Dünnschnitt von dem daran befindlichen Objekt erzeugt wird, und in eine raschere Rückholbewegung unterteilbar ist, während welcher der Objektarm außerhalb des Messers in seine Ausgangslage rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Antriebssteuerung (12) die Bewegung des Objektarms (1) am Übergang von der schnelleren Rückholbewegung (10) zur langsameren Schneidebewegung (8) nur allmählich verzögerbar ist.1. Microtome, in particular ultramicrotome, with one driven by an electric drive motor a crank mechanism that can be set in a periodic stroke movement and with a drive control for the drive motor, through which the lifting movement of the object arm becomes slower Cutting movement during which the specimen arm is guided past a knife and a Thin section is produced by the object attached to it, and in a more rapid return movement can be subdivided, during which the object arm outside of the knife in its starting position is returned, characterized in that that by the drive control (12) the movement of the object arm (1) at the transition from the faster return movement (10) for slower cutting movement (8) can only be delayed gradually is. 2. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Antriebssteuerung (12) die Bewegung des Objektarms (1) auch am Übergang von der langsameren Schneidebewegung (8) zu der schnelleren Rückholbewegung (10) nur allmählich beschleunigbar ist.2. Microtome according to claim 1, characterized in that the drive control (12) Movement of the object arm (1) also at the transition from the slower cutting movement (8) to the faster return movement (10) can only be accelerated gradually. 3. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Antriebssteuerung (12) die Steuerspannung (U) für den Antriebsmotor (2) längs einem linear abfallenden bzw. ansteigenden Verlauf zwischen den der Rückhol- und der Schneidebewegung (10 bzw. 8) entsprechenden Steuerspannungswerten (U\ bzw. U2) verstellbar ist.3. Microtome according to claim 1 or 2, characterized in that through the drive control (12) the control voltage (U) for the drive motor (2) along a linearly falling or rising course between the return and the cutting movement (10 or 8) corresponding control voltage values (U \ or U 2 ) can be adjusted. 4. Mikrotom nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebssteuerung (12) eine Konstantstromquelle (13) und einen von der Konstantstromquelle aufzuladenden bzw. zu entladenden Kondensator (14) beinhaltet.4. microtome according to claim 3, characterized in that the drive control (12) a Constant current source (13) and one to be charged or discharged from the constant current source Includes condenser (14).
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