WO2008131850A2 - Analysevorrichtung zur optischen analyse eines mediums mittels zumindest einer bildaufnehmenden vorrichtung - Google Patents

Analysevorrichtung zur optischen analyse eines mediums mittels zumindest einer bildaufnehmenden vorrichtung Download PDF

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WO2008131850A2
WO2008131850A2 PCT/EP2008/002819 EP2008002819W WO2008131850A2 WO 2008131850 A2 WO2008131850 A2 WO 2008131850A2 EP 2008002819 W EP2008002819 W EP 2008002819W WO 2008131850 A2 WO2008131850 A2 WO 2008131850A2
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Reinhold Frode
Norbert Scholz
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Anatec As
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    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/021—Special mounting in general

Definitions

  • Analysis device for the optical analysis of a medium by means of at least one image-receiving device
  • the present invention relates to an analysis device for optical analysis of a medium by means of at least one image-receiving device.
  • the device which may also be referred to as an image processing measuring device, serves to determine characteristic data of disperse systems, such as e.g. Size, shape, color, number and concentration, which can be available in isolated, concentrated or in the form of compact samples or images.
  • the invention relates in particular to a modular measuring device which, depending on the requirements, can be used offline, online or even inline.
  • adapted optical components and sample preparation and transport modules enables the processing of dry and liquid samples, but also in compact form (for example, cuts) or images.
  • BESTATIGUNGSKOPIE In many chemical and process engineering processes, production is controlled with the typical parameters such as temperature, pressure, viscosity, throughput, etc., primarily for safety reasons. Increasingly high demands on product quality and demands for yield increases resulting from economic reasons have also led to the development and use of special measuring methods that are able to assess the chemical and physical quality of the material produced.
  • image processing methods are used in addition to classifying and optical extinction or scattered light methods.
  • Measuring devices are known which are used in the laboratory, but also online or inline in the production process.
  • different preparation methods mechanical and optical components such as conveyors, stirrers, ultrasonic dispersers, flow cells, objective, camera, microscope, light guide, light source, etc. are used.
  • the above-described image processing methods have several disadvantages.
  • known measuring devices are designed for the respective application and can be used only in very narrow application and measuring range limits.
  • microscopically finest materials for example, normal or inverted microscopes with different optics and illumination devices are used, which allow only small working depths, small observation surfaces and short working distances and thus allow little leeway for different sample preparation and sample transport.
  • Other devices allow only the processing of dry or liquid dispersed materials, or are optimized for quiescent or moving materials. Often the known methods are sensitive to vibration and not robust and flexible enough for operational use.
  • Object of the present invention is therefore to provide a universal, robust and designed in a modular design image processing analysis or measuring device, which allows the simplest means of adaptation to very wide application and measuring range limits.
  • the analysis or measuring device for determining characteristic data disperse systems such as size, shape, color, number and concentration, which are available both in isolated, concentrated or in the form of compact samples or images, a central stand with a, in particular by up to 360 degrees, pivotable base holding device, in particular in the form of a base plate.
  • the at least one sample carrier and / or an image-receiving device in particular in the form of a camera, is fixedly or displaceably arranged on this base holding device, which can be rotated or swiveled by a drive device.
  • the individual components arranged on the base holding device can be moved by means of suitable actuators.
  • a drive unit can serve, for example, as a Z drive for automatically focusing a camera. It is also possible for a camera to have several objectives, such as normal, microscopic and telecentric lenses, which are optionally assigned to the objective Camera are vorschaltbar. Likewise, different filters can be automatically connected upstream of the camera.
  • Constant and flash light sources of different intensity, wavelength and pulse time can also be arranged on the base holding device. It is also possible to provide at least one second holding device on the stand, which is fixedly arranged on the stand or is also rotatably and / or displaceably arranged on the stand by means of suitable drives. Sample carriers, camera feed devices, light sources, etc. can also be arranged on this further holding device.
  • sample carrier in the context of the invention can glass plates, flow cells, reactors, etc. are used.
  • sample carriers can be moved or adjusted by means of a mechanical stage, or by means of suitable mechanically, hydraulically or pneumatically driven sample carrier transport systems, in particular in the object plane.
  • Sample containers, mixing and dispersing devices, transport systems such as e.g. Pump, vibrating chute, dosing screw, belt, blower, can be arranged on the tripod or the base holding device.
  • Sample preparation modules for dispersion, dilution to measurement concentration in the liquid or gas-borne state, sample or image transport can also be provided.
  • a data processing system for the evaluation, visualization and storage of the results with interface in an over- ordered network completes the analysis device according to the invention.
  • the latter has a stand and a pivotable base holding device, the light sources, the object plane, the optics and the camera being arranged on the base holding device.
  • a sample container with stirrer and a peristaltic pump for suspension transport is attached to the central stand, which feeds the sample by means of pump and hose - or in the case of very critical samples only by gravity - to a sample holder with integrated sample distributor.
  • a sample carrier a transparent and opaque sample plate can be used as a sample carrier.
  • the sample holder holding device accommodates the sample plate, which can easily be exchanged and is very easy to clean, aligned in the object plane and transports the suspension to be measured through the object plane at an easily adjustable angle of inclination.
  • the angle of inclination is determined by the viscosity and the desired layer thickness of the sample stream.
  • the glass plate for example, can advantageously be adapted to the interfacial properties of the suspension by various types of coatings.
  • Open sample transport avoids the problems of particle blockage and the minimum layer thicknesses imposed by the largest particles in closed cuvettes, which cause great problems with the depth of field.
  • the measuring device advantageously has constant, pulsed or triggered light sources of different wavelength, intensity and propagation direction.
  • the light is transmitted in reflected light, transmitted light, brightfield, darkfield and in different directions, and in combination with adapted optics, such as normal, microscope or telecentric lenses, provides a sharp and high-contrast image of the sample in one or more, preferably used digital b / w or color cameras.
  • adapted optics such as normal, microscope or telecentric lenses
  • the required resolution, sensitivity and recording speed can be varied within wide limits depending on the task. So z.
  • a pulsed light source typically flash units, lasers or LEDs
  • FIG. 1 For sample transport of dry and liquid samples, mechanical components such as e.g. Vibratory conveyor troughs, screws, belts or robotic systems, as well as pneumatic and hydraulic devices using z. As blowers or pumps are used.
  • pictorial templates and compact samples eg. B. in the form of cuts or cuts can be installed in the swivel fixture simple or automatically operated xy-Kreuztician, sample holder and image transport, and Filmspul fundamentalen.
  • the setting of the sharpness is performed manually or automatically, preferably in the z-axis with optics and camera.
  • the execution of calibration and control measurements can be carried out with z.
  • B. disperse materials, reticles or pictorial templates can be made manually or automatically.
  • Fig. 1 Inventive analysis device
  • Fig. 2 alternative embodiment with two rotatably mounted on the tripod holding devices in the position "horizontally normal";
  • Fig. 3 embodiment according to Figure 2 in position "horizontally inverse".
  • 1 shows a first possible position of the base holding device 2, which is arranged about the axis A rotatable by means of a drive, not shown, on the central part of the measuring device, which is designed as a stable stand 1.
  • a camera 3 At the base holding device 2 which can be pivoted through 360 degrees, a camera 3, optics 4, the light source 5 and sample carrier holder 6 are arranged. Both camera 3 and light source 5 are mounted longitudinally displaceably on guide rails 3a, 5a and can be moved by means of drives, not shown.
  • the positions of the listed components are changeable in all directions, preferably in the optical axis.
  • the sample carrier holder 6 with integrated sample distributor 7 serves to supply sample to the measuring plane, i. H. onto the transparent or opaque plate 8 (sample carrier) fixed in the holder, which may be coated differently in order to adapt to interfacial properties.
  • the sample holder 6 has guides 6a, along which the sample carrier 8 is displaceably guided.
  • a stirring vessel 9 or / and a dispersing module 10 coupled to the sample distributor are provided with a stirrer or / and ultrasonic sonotrodes.
  • the sample transport from the storage container into the measurement or object level takes place, for example. by gravity or by means of a pump 11 suitable for the sample.
  • the above-described analysis device may additionally contain other components, such.
  • B. have more cameras in different arrangements (eg parallel or orthogonal) for receiving the objects of interest. It can also be an automatic, z.
  • z. B. can be arranged by means of a turret mechanism.
  • filters can be connected upstream as a camera attachment, in particular automatically.
  • On the holding device 2 or the optics 4 also constant and flashlight sources administratedi- rather intensity, wavelength, pulse time and direction can be arranged.
  • Sample preparation modules for dispersion, dilution to measurement concentration in the liquid or gas-borne state, sample or image transport can be arranged either on the stand 1, the holding device 2 or next to the analysis device.
  • the cleaning device can be arranged at least partially on the base holding device 2 and thus follows the movements of the sample carrier 8. Similarly, it is possible to displaceably arrange the sample carrier on the base holding device, wherein an actuator can move the sample carrier past a cleaning device.
  • the sample taken from the production process and to be analyzed passes from the sample carrier 8 into the collecting container 13 by gravity or by conveying systems, not shown, and can optionally be returned to the production process.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment with two holding devices 2, 2a rotatably mounted on the stand, wherein the first base holding device 2 of the sample holder 6 and the second holder 2a, the camera 3 and the illumination 5 are arranged displaceably.
  • Both holding devices 2, 2a are independently rotatable about the axis A by means not shown drives. This makes it possible to position the sample relative to the camera 3 in a variety of positions. In the illustrated position, the camera 3 is arranged above the sample carrier 8, as a result of which the sample is located between sample carrier 8 and camera 3 ("horizontally normal").
  • FIG. 3 shows an arrangement in which the camera 3 is arranged below the sample carrier 8, so that the recording through the glass of the sample carrier is successful ("horizontally inverse").

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung zur optischen Analyse eines Mediums mittels zumindest einer bildauf nehmenden Vorrichtung (3), wobei die Analysevorrichtung zumindest einen Probenträger (6, 8) aufweist, und dass mittels mindestens einer Antriebsvorrichtung der Probenträger (6,8) und/oder die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung (2) verschwenkbar oder drehbar ist.

Description

Analysevorrichtung zur optischen Analyse eines Mediums mittels zumindest einer bildaufnehmenden Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung zur optischen Analyse eines Mediums mittels zumindest einer bildaufnehmenden Vorrichtung. Die Vorrichtung, welche auch als Bildverarbeitungs-Messvorrichtung bezeichnet werden kann, dient zur Ermittlung von charakteristischen Daten von disper- sen Systemen, wie z.B. Größe, Form, Farbe, Anzahl und Konzentration, die sowohl in vereinzelter, konzentrierter oder auch in Form von' kompakten Proben oder Abbildungen zur Verfügung stehen können.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine modular auf- gebaute Messvorrichtung, die je nach Anforderung offline - , online- oder auch inline eingesetzt werden kann. Durch die
Verwendung angepasster optischer Komponenten und Probenvorbe- reitungs- und Transportmodulen, ist die Verarbeitung trockener und flüssiger Proben, aber auch in kompakter Form (z.B. Schnitten) oder Abbildungen möglich.
BESTATIGUNGSKOPIE In vielen chemischen und verfahrenstechnischen Prozessen wird die Produktion - vorrangig aus Sicherheitsgründen - mit den typischen Messgrößen wie Temperatur, Druck, Viskosität, Durchsatz usw. kontrolliert. Immer höhere Anforderungen an die Pro- duktqualität und aus wirtschaftlichen Gründen resultierende Forderungen nach Ausbeutesteigerungen, haben auch zur Entwicklung und zum Einsatz spezieller Messmethoden geführt, die in der Lage sind, das produzierte Material in seiner chemischen und physikalischen Qualität zu beurteilen. Verwendet werden hier, insbesondere bei produktionsbegleitenden „offline"- Anwendungen, mechanische und optische Methoden, die Auskunft geben über z.B. Konzentrationen und Größenverteilungen. Eine weitere Verbesserung der Aussagesicherheit und Aussagequalität wurde durch den Einsatz bildverarbeitender Messmethoden er- reicht. Die stürmischen Entwicklungen im Bereich Computer, Datenverarbeitung, Kamera und Lichtquelle haben dazu geführt, dass die Bildverarbeitung in vielen Produktionsprozessen direkt oder indirekt und in stark zunehmenden Maß zum Einsatz kommt. Neben den bisher genannten integralen Informationen aus einem Prozess, liefern bildverarbeitende Methoden zusätzliche Ergebnisse über Form, Farbe, Anzahl und Konzentration. Da es sich hier um eine zählende Methode handelt, sind die Ergebnisse nicht nur für das Kollektiv vorhanden, sondern jedem Objekt (z.B. Partikel) zuordenbar .
Speziell im Bereich der Produktionskontrolle und der Qualitätsüberwachung von dispers vorliegenden Produkten, sind neben den klassierenden und den optischen Extinktions- oder Streulichtmethoden auch bildverarbeitende Methoden im Einsatz. Es sind Messeinrichtungen bekannt, die im Labor, aber auch online oder inline im Produktionsverfahren zum Einsatz kommen. Je nach Größe und Zustand der zu beurteilenden Proben werden unterschiedliche Präparationsmethoden, mechanische und optische Komponenten wie, Fördervorrichtungen, Rührer, Ultraschall- dispergierer, Durchflußküvetten, Objektiv, Kamera, Mikroskop, Lichtleiter, Lichtquelle usw. verwendet. Die vorbeschriebenen, bildverarbeitenden Verfahren weisen mehrere Nachteile auf. Z.B. sind bekannte Messeinrichtungen für den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt und nur in sehr engen Anwendungs- und Messbereichsgrenzen einsetzbar. Für die Bewer- tung mikroskopisch feinster Materialien z.B. werden typischerweise Normal- oder Inversmikroskope mit unterschiedlichen Optiken und Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt, die nur geringe Arbeitstiefen, kleine Beobachtungsflächen und geringe Arbeitsabstände zulassen und damit wenig Spielraum für unter- schiedliche Probenvorbereitung und Probentransport zulassen. Andere Vorrichtungen erlauben nur die Verarbeitung trockener oder in Flüssigkeit dispergierter Materialien, oder sind optimiert für ruhende oder in Bewegung befindliche Materialien. Oft sind die bekannten Methoden erschütterungsempfindlich und nicht robust und flexibel genug für den betrieblichen Einsatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer universellen, robusten und in modularer Bauweise konzipierten bildverarbeitenden Analyse- bzw. Messvorrichtung, welche mit einfachsten Mitteln die Anpassung an sehr breite Anwendungs- und Messbereichsgrenzen erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messvorrichtung ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 30. Ein Verfahren zur Analyse einer Probe mittels der Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29 wird mittels der Ansprüche 31 bis 33 beansprucht.
Durch den Einsatz eines beliebig dimensionierbaren, zentralen Stativs mit einer, insbesondere um 360 Grad, schwenkbaren Haltevorrichtung für Kameras, Optiken, Lichtquellen und/oder Pro- benträger oder Probenführungen, wird es möglich, einen sehr weiten Bereich an Messaufgaben und Messbereichen abzudecken. Zentrale Bedeutung kommt dabei auch dem Bereich der Probenführung in der Schärfeebene der verwendeten optischen Komponenten zu. Für diesen Bereich ist die Verwendung von z.B. Glasplat- ten, Durchflußküvetten, Reaktoren, Kreuztischen, mechanischen, hydraulischen und pneumatischen Proben-TransportSystemen, sowie Bild- und Probenhaltern vorgesehen, die im Schwenkbereich von 0 bis 360 Grad an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden können. Die Probenvorbereitung kann dabei in unterschiedlich gestalteten und an das zentrale Stativ ankoppelbaren bzw. anordbaren Modulen durchgeführt werden. Durch Verwendung von Robotik und verfahrenstechnischen Komponenten, wie z.B. automatischer Probenzuführung und Probenentnahme, ist der vollautomatische Betrieb und die Einbindung in Online- Anwendungen möglich. Die gesamte Messeinrichtung inklusiv mo- dularer Probenvorbereitungsmodule oder Teile davon können in offener oder gekapselter Bauweise ausgeführt sein.
Vorteilhaft verfügt die Analyse- bzw. Messvorrichtung zur Er- mittlung von charakteristischen Daten disperser Systeme, wie z.B. Größe, Form, Farbe, Anzahl und Konzentration, die sowohl in vereinzelter, konzentrierter oder auch in Form von kompakten Proben oder Abbildungen zur Verfügung stehen, ein zentrales Stativ mit einer, insbesondere um eine bis zu 360 Grad, verschwenkbare Basishaltevorrichtung, insbesondere in Form einer Basisplatte. An dieser von einer Antriebseinrichtung verdreh- bzw. verschwenkbaren Basishaltevorrichtung ist der mindestens eine Probenträger und/oder eine bildaufnehmende Vorrichtung, insbesondere in Form einer Kamera, fest oder ver- schieblich angeordnet. Dabei können die einzelnen an der Basishaltevorrichtung angeordneten Komponenten mittels geeigneter Aktuatoren bewegt werden. So ist es möglich, eine oder mehrere Kameras in unterschiedlicher Anordnung (z.B. parallel oder orthogonal) zur Aufnahme der interessierenden Objekte an der Basishaltevorrichtung anzuordnen. Eine Antriebseinheit kann z.B. als Z-Antrieb zur automatischen ScharfStellung einer Kamera dienen. Ebenfalls ist es möglich, dass einer Kamera mehrere Objektive, wie z.B. Normale, mikroskopische und tele- zentrische Objektive, zugeordnet sind, welche wahlweise der Kamera vorschaltbar sind. Ebenso können verschiedene Filter automatisch der Kamera vorgeschaltet werden.
Auch können Konstant- und Blitzlichtquellen unterschiedlicher Intensität, Wellenlänge und Pulszeit an der Basishaltevorrich- tung angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, mindestens eine zweite Haltevorrichtung an dem Stativ vorzusehen, welche fest an dem Stativ angeordnet ist oder ebenfalls mittels geeigneter Antriebe drehbar und/oder verschieblich am Stativ angeordnet ist. Auch an dieser weiteren Haltevorrichtung können Proben- träger, Kameras Zuführeinrichtungen, Lichtquellen, etc. angeordnet sein.
Als Probenträger im Sinne der Erfindung können Glasplatten, Durchflußküvetten, Reaktoren, etc. dienen. So können die Probenträger mittels eines Kreuztischs oder geeigneter mechani- scher, hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Probenträger-Transportsysteme, insbesondere in der Objektebene bewegt oder verstellt werden.
Probenbehälter, Misch- und Dispergiervorrichtungen, Transport- systeme wie z.B. Pumpe, Vibrationsrinne, Dosierschnecke, Band, Gebläse, können am Stativ oder der Basishaltevorrichtung angeordnet werden .
Probenvorbereitungsmodule zur Dispergierung, Verdünnung auf Messkonzentration im flüssigkeit- oder gasgetragenen Zustand, Proben- oder Bildtransport können ebenfalls vorgesehen sein.
Ebenso ist es möglich, mittels einer geeigneten Vorrichtung eine automatische Probeentnahme aus einer interessierenden Stelle der Produktionsanlage und deren Transport in ein Vorbereitungsmodul oder direkt in die Objektebene vorzusehen.
Eine Datenverarbeitungsanlage zur Auswertung, Visualisierung und Speicherung der Ergebnisse mit Schnittstelle in ein über- geordnetes Netzwerk komplettiert die erfindungsgemäße Analysevorrichtung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen A- nalyse- und Messvorrichtung weist diese ein Stativ und eine schwenkbare Basishaltevorrichtung auf, wobei an der Basishaltevorrichtung die Lichtquellen, die Objektebene, die Optik und die Kamera angeordnet sind. Zur flüssigen Aufbereitung und Dispergierung der Probe ist ein Probenbehälter mit Rührwerk und eine Schlauchpumpe für den Suspensionstransport am zentra- len Stativ befestigt, die die Probe mittels Pumpe und Schlauch - oder bei besonders kritischen Proben nur durch die Schwerkraft - einer Probenträgerhaitevorrichtung mit integriertem Probenverteiler zuführt. Als Probenträger kann eine transparente und opake Probenplatte verwendet werden. Die Probenträ- gerhaltevorrichtung nimmt die leicht austauschbare und sehr einfach reinigbare, in der Objektebene ausgerichtete Probenplatte auf, die unter einem einfach einzustellenden Neigungswinkel die zu messende Suspension durch die Objektebene transportiert. Der Neigungswinkel wird dabei durch die Viskosität und die gewünschte Schichtdicke des Probenstromes vorgegeben.
Die z.B. Glasplatte kann vorteilhaft durch verschiedenartige Beschichtungen an die Grenzflächeneigenschaften der Suspension angepasst sein. Der offene Probentransport vermeidet die in geschlossenen Küvetten bekannten Probleme der Partikelblockade und der durch die größten Partikel vorgegebenen Mindest- schichtstärken, die große Probleme mit dem Schärfentiefenbereich verursachen. Durch automatische Steuerung des Probenstromes in kontinuierlicher oder „stopp und go" - Technologie und geregelter Lichtquelle mit automatischer Schwellwertein- Stellung für den Kontrastübergang, ist es möglich auch sehr hoch konzentrierte Proben zu vermessen. Grundsätzlich kann beim Probentransport die Kreis- und Passagenfahrweise verwendet werden. Die Messvorrichtung weist vorteilhaft konstante, gepulste o- der/und getriggerte Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge, Intensität und Ausbreitungsrichtung auf. Das Licht wird z.B. in Auflicht, Durchlicht, Hellfeld, Dunkelfeld und unter- schiedlichen Richtungen gesendet und sorgt in Kombination mit angepassten Optiken, wie Normal-, Mikroskop- oder telezentri- schen Objektiven für eine scharfe und kontrastreiche Abbildung der Probe in eine oder mehrere, vorzugsweise verwendete digitale S/W- oder Farbkameras. Die erforderliche Auflösung, Emp- findlichkeit und Aufnahmegeschwindigkeit kann in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung in weiten Grenzen variiert werden. So ist z. B. mit einer „Ein-Millionen-Pixel-Kamera" , einer gepulsten Lichtquelle (typische Blitzeinheiten, Laser oder Leuchtdioden) im vorzugsweise 500ns bis 60μs - Bereich und speziell entwickelter Bildauswerteeinheit die Echtzeitverarbeitung von mehr als 25 Bildern pro Sekunde möglich.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen verwenden externe, manuell, automatisch, oder per Robotik Steuer- und regelbare und an das zentrale Stativ ankoppelbare Probenahme- und Probenvor- bereitungsmodule, die eine repräsentative Probenentnahme, den Probentransport, Aufbereitungsschritte wie Teilung, Benetzung, Verdünnung und Dispergierung enthalten. Für den Probentransport trockener und flüssiger Proben kommen mechanische Komponenten wie z.B. Vibrationsförderrinnen, Schnecken, Bänder oder Robotiksysteme, sowie pneumatische und hydraulische Einrichtungen unter Verwendung von z. B. Gebläsen oder Pumpen zum Einsatz .
Weiterhin werden z. B. einfache oder temperierte Reaktoren in der Objektebene installiert, die ohne oder mit Einbindung pe- ripherer Verfahrenstechniken - wie Fällung, Kristallisation, Quellung usw. - bildanalytisch beobachtet und messtechnisch erfasst werden können. Wichtig ist hierbei, dass die 360 Grad schwenkbare Haltevorrichtung, welche die Lichtquellen, Objektebenen, Optiken und Kameras beinhaltet, eine gezielte Bewegung und Lageänderung in die Probe übertragen kann. Damit ist bei unterschiedlichen chemischen und verfahrenstechnischen Randbedingungen in jeder Lage die kontinuierliche Beobachtung und Bildverarbeitung bei beliebigen Anordnungswinkeln von „waage- recht normal" (Probe ist zwischen Kamera und Objektträger angeordnet) über „senkrecht" zu „waagerecht invers" (Kamera nimmt Bild der Probe durch den Objektträger auf) möglich.
Für die messtechnische Verarbeitung einfach präparierter Proben, bildhafter Vorlagen und kompakter Proben, z. B. in Form von Schnitten oder Schliffen können in die schwenkbare Haltevorrichtung einfache oder automatisch betriebene xy- Kreuztische, Probenhalter und Bildtransport, sowie Filmspuleinrichtungen installiert werden.
Für alle beschriebenen Anwendungen gilt, dass die Einstellung der Schärfe manuell oder automatisch, vorzugsweise in der z- Achse mit Optik und Kamera durchgeführt wird. Die Durchführung von Kalibrier- und Kontrollmessungen kann mit z. B. dispersen Materialien, Retikeln oder bildhaften Vorlagen manuell oder automatisch vorgenommen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird anhand der Figuren näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1: Erfindungsgemäße Analysevorrichtung;
Fig. 2: alternative Ausführungsform mit zwei am Stativ drehbar gelagerten Haltevorrichtungen in der Position „waagerecht normal";
Fig. 3: Ausführungsform gemäß Figur 2 in Position „waagerecht invers". Die Figur 1 zeigt eine erste mögliche Position der Basishaltevorrichtung 2, welche mittels eines nicht dargestellten Antriebs um die Achse A verdrehbar an dem zentralen Teil der Messvorrichtung, welches als ein stabiles Stativ 1 ausgebildet ist, angeordnet ist. An der um 360 Grad schwenkbaren Basishaltevorrichtung 2 sind eine Kamera 3, Optik 4, die Lichtquelle 5 und Probenträgerhalter 6 angeordnet. Sowohl Kamera 3 als auch Lichtquelle 5 sind auf Führungsschienen 3a, 5a längsver- schieblich gelagert und mittels nicht dargestellter Antriebe verfahrbar.
Die Positionen der aufgeführten Komponenten sind in allen Richtungen, vorzugsweise in der optischen Achse, veränderbar.
Der Probenträgerhalter 6 mit integriertem Probenverteiler 7 dient der Probenzufuhr in die Messebene, d. h. auf die im HaI- ter befestigte transparente oder opake Platte 8 (Probenträger) , die zur Anpassung an Grenzflächeneigenschaften unterschiedlich beschichtet sein kann. Der Probenhalter 6 weist Führungen 6a auf, entlang derer der Probenträger 8 verschieblich geführt ist.
Zur Probenvorbereitung ist ein mit unterschiedlichen Rührern oder/und Ultraschallsonotroden ausgestattetes Rührgefäß 9 o- der/und ein mit dem Probenverteiler gekoppeltes Dispergiermo- dul 10 vorgesehen.
Der Probentransport vom Vorlagebehälter in die Mess- bzw. Ob- jektebene erfolgt z.B. durch die Schwerkraft oder mittels einer für die Probe geeigneten Pumpe 11.
Die vorbeschriebene Analysevorrichtung kann zusätzlich über weitere Komponenten, wie z. B. weitere Kameras in unterschiedlicher Anordnung (z.B. parallel oder orthogonal) zur Aufnahme der interessierenden Objekte verfügen. Es kann zudem eine automatische, z. B. softwaregesteuerte ScharfStellung erfolgen, wobei hierfür geeignete Aktuatoren für die Kamera vorzusehen sind.
Ebenso können neben normalen auch mikroskopische oder tele- zentrische Objektive zum Einsatz gelangen, welche entweder ma- nuell vor die Kamera oder automatisch, z. B. mittels eines Revolvermechanismus anordbar sind. Gleichsam können verschiedenste Filter als Kameravorsatz, insbesondere automatisch, vorgeschaltet werden. An der Haltevorrichtung 2 oder der Optik 4 können zudem Konstant- und Blitzlichtquellen unterschiedli- eher Intensität, Wellenlänge, Pulszeit und Richtung angeordnet werden .
Probenvorbereitungsmodule zur Dispergierung, Verdünnung auf Messkonzentration im flüssigkeits- oder gasgetragenen Zustand, Proben- oder Bildtransport, können entweder am Stativ 1, der Haltevorrichtung 2 oder neben der Analysevorrichtung angeordnet werden.
Ebenso ist es möglich, eine Reinigungseinrichtung vorzusehen, welche den Probenträger 8 nach jedem Analysevorgang oder in vorbestimmbaren Abständen reinigt. Die Reinigungsvorrichtung kann zumindest teilweise an des Basishaltevorrichtung 2 angeordnet sein und folgt somit den Bewegungen des Probenträgers 8. Gleichsam ist es möglich, den Probenträger verschieblich an der Basishaltevorrichtung anzuordnen, wobei ein Aktuator den Probenträger an einer Reinigungsvorrichtung vorbeibewegen kann .
Die dem Herstellungsprozess entnommene und zu analysierende Probe gelangt durch die Schwerkraft oder durch nicht dargestellte Fördersysteme vom Probenträger 8 in den Auffangbehälter 13 und kann wahlweise dem Herstellungsprozess wieder zuge- führt werden.
Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform mit zwei am Stativ drehbar gelagerten Haltevorrichtungen 2, 2a, wobei an der ersten Basishaltevorrichtung 2 der Probenhalter 6 und an der zweiten Haltevorrichtung 2a die Kamera 3 und die Beleuchtung 5 verschieblich angeordnet sind. Beide Haltevorrichtungen 2, 2a sind unabhängig voneinander um die Achse A mittels nicht dargestellter Antriebe verdrehbar. Hierdurch ist es möglich, die Probe relativ zur Kamera 3 in den verschiedensten Positionen zu positionieren. In der dargestellten Position ist die Kamera 3 oberhalb des Probenträgers 8 angeordnet, wodurch sich die Probe zwischen Probenträger 8 und Kamera 3 befindet („waa- gerecht normal") .
Die Figur 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Kamera 3 unterhalb des Probenträgers 8 angeordnet ist, so dass die Aufnahme durch das Glas des Probenträgers hindurch erfolg („waagerecht invers" ) .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Analysevorrichtung zur optischen Analyse eines Mediums mittels zumindest einer bildaufnehmenden Vorrichtung (3), wobei die Analysevorrichtung zumindest einen Probenträger (6, 8) aufweist, und dass mittels mindestens einer Antriebsvorrichtung der Probenträger (6,8) und/oder die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung (2) verschwenkbar oder drehbar ist.
2. Analysevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Probenträger (8) eine Platte, insbesondere eine Glasplatte ist.
3. Analysevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Probenträger mindes- tens einen Bereich aufweist, der Aufnahmebereich von mindestens einer bildaufnehmenden Vorrichtung ist.
4. Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Probenträger einen Eintritts- und einen Austrittsbereich aufweist, wobei das zu analysierende Medium mittels einer Zuführeinrichtung auf oder zum Eintrittsbereich des Probenträgers gelangt .
5. Analysevorrichtung nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass das Medium aufgrund der Schwerkraft oder mittels einer Transport- oder Reini- gungsvorrichtung vom Probenträger gelangt, insbesondere über den Austrittsbereich vom Probenträger gelangt.
6. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Probenträger mindestens einen Vorratsbehälter für zumindest eine Substanz, insbesondere das zu analysierende Medium, aufweist.
7. Analysevorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass durch Verschwenken zumindest des Probenträgers eine Substanz oder das zu analysierende Medium aus einem Vorratsbehälter heraus hin zu mindestens einem Aufnahmebereich beförderbar ist.
8. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aufnahmebereich gleichzeitig ein Bereich ist, in dem mindestens zwei Substanzen miteinander reagieren oder mischbar bzw. vermengbar sind.
9. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung eine Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera ist, wobei der Kamera mindestens ein Objektiv zugeordnet ist.
10. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass mindestens eine Zuführeinrichtung dem Probenträger automatisch kontinuierlich oder diskontinuierlich ein zu analysierendes Medium zuführt.
11. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Analysevorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, die die Bewegung des Probenträgers und der bildaufnehmenden Vorrichtung steuert. - -
12. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die bildaufnehmende Vorrichtung relativ zum Probenträger mittels mindestens eines Antriebes, insbesondere zum Zweck der Fokussierung, verfahrbar ist.
13. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung wahlweise o- berhalb oder unterhalb des Probenträgers für die Analyse des auf oder in dem Probenträger befindlichen und zu analysierenden Mediums anordbar ist.
14. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass A- nalysevorrichtung mindestens eine Beleuchtungsquelle auf- weist, die stationär angeordnet ist oder mittels eines eigenen Antriebs oder des Antriebs des Probenträgers verschwenkbar ist.
15. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass mindestens eine Zuführeinrichtung zusammen mit dem Probenträger von einem Antrieb verschwenkbar ist.
16. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass der mindestens eine Probenträger um mindestens 180 GRAD (360 GRAD entspricht einem Vollkreis) , vorteilhaft um mindestens 270 GRAD, insbesondere um 360 GRAD um die Probenträgerachse verschwenkbar bzw. drehbar ist.
17. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung ein zentrales Stativ aufweist, an dem der mindestens eine Probenträger und die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung verschwenk- oder verdrehbar angelagert sind. - -
18. Analysevorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an dem Stativ eine Basishaltevorrichtung, insbesondere eine Basisplatte, drehbar angelagert ist, die mittels einer Antriebsvorrichtung verdrehbar ist, wobei zumindest der mindestens eine Probenträger auf der Basisplatte angeordnet ist.
19. Analysevorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auch die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung auf der Basisplatte angeord- net ist.
20. Analysevorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Probenträger und/oder die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung verschieblich, insbesondere je- weils mittels eines Antriebs, gelagert ist bzw. sind.
21. Analysevorrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass der mindestens eine Probenträger und/oder die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung auf einem Kreuztisch angeordnet ist bzw. sind, wobei jeweils ein Antrieb für eine Achse vorgesehen ist.
22. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Probenträger eine Glasplatte, eine Glasküvette, ein Durchflussrohr, ein Reaktor ist.
23. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung für einen Probenträger einen Probenhalter aufweist, der den Probenträger im Aufnahmebereich der mindestens einen bildaufnehmenden Vorrichtung hält und/oder dem Aufnahmebereich zuführt.
24. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung ein Probenträgertransportsystem aufweist, mit dem nacheinander dem Aufnahmebereich einer bildaufnehmenden Vorrichtung mindestens ein Probenträger zuführbar ist.
25. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung ein Probenvorbereitungseinheit auf- weist, in der das zu analysierende Medium für die Analyse mechanisch und/oder chemisch vorbereitet wird.
26. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung verschiedene Probenträger aufweist, die Analysen verschiedener Substanzen und verschiedene Analysemethoden ermöglichen, wobei die Steuervorrichtung der Analysevorrichtung den jeweils erforderlichen Probenträger auswählt und mittels einer Transporteinrichtung, insbesondere eines Revolvermagazins, für die Analyse be- reitstellt.
27. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Analysevorrichtung eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung aufweist, mittels derer die zu analysierende Substanz bzw. Probe auf eine vorbestimmbare Temperatur abkühl- und/oder aufheizbar ist.
28. Analysevorrichtung nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kühl- und/oder Heizeinrichtung am Probenträger oder der Basisplatte angeord- net ist.
29. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung um den min- destens einen Probenträger herum verfahrbar ist, wobei der Probenträger mit der bildaufnehmenden Vorrichtung um seine Achse verschwenkt oder in einer Position verweilt.
30. Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Dreh- oder Rotationsachse (A) der Basishaltevorrichtung (2) in der Ebene der Probenplatte bzw. des Probenträgers (8) angeordnet ist.
31. Verfahren zur Analyse einer Probe unter Verwendung einer Analysevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem mindestens einen Probenträger eine zu analysierende Substanz bzw. Probe mittels der Zuführeinrichtung zugeführt und der mindestens eine Probenträger mittels der An- triebsvorrichtung in eine bestimmte Position verschwenkt wird oder ist, in der die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung mindestens eine Aufnahme der Probe erstellt und zur Weiterverarbeitung an eine Datenverarbeitungsanlage übermittelt.
32. Verfahren nach Anspruch 31, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass je nach erforderlicher Analysemethode die mindestens eine bildaufnehmende Vorrichtung Aufnahmen der zu analysierenden Substanz bzw. Probe von der Seite des Probenträgers, von oben oder von unten vom Probenträger erzeugt .
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass während des Analysevorgangs der Probenträger alleine oder zusammen mit der mindestens einen bildaufnehmenden Vorrichtung bewegt, insbesondere um eine Achse verschwenkt wird und die bildaufnehmende Vorrichtung Aufnahmen zur weiteren Auswertung während und/oder zwischen des Verschwenkens erzeugt.
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