專(zhuān)利名稱(chēng)：顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可自動(dòng)向顯微鏡放置、取回切片的裝置。
背景技術(shù)：
以往使用顯微鏡需要由人安裝和調(diào)整安裝切片，通過(guò)人眼觀察、辨認(rèn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)碼影像技術(shù)的發(fā)展，人眼觀察、辨認(rèn)的工作可以由數(shù)碼攝像系統(tǒng)采集高分辨率的圖像，由計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的圖像進(jìn)行分析處理、識(shí)別，顯微鏡安裝了自動(dòng)控制裝置，利用計(jì)算機(jī)控制顯微鏡掃描，并自動(dòng)記錄掃描數(shù)據(jù)。使得以前必須通過(guò)人眼觀察、辨認(rèn)的工作，現(xiàn)在全部都可以自動(dòng)完成。但是一張切片掃描完成后，還需要人工更換下一個(gè)，機(jī)器一直需要有人職守。不適應(yīng)在各種大批量化驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的需要，不適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可自動(dòng)向顯微鏡放置、取回切片，使顯微鏡連續(xù)工作的自動(dòng)進(jìn)片裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，它具有可放置多個(gè)切片的切片盒；支撐切片盒并可帶動(dòng)切片盒上下移動(dòng)的切片盒托架；從切片盒中取出切片放置到顯微鏡載物臺(tái)上或從顯微鏡載物臺(tái)上取出切片放置到切片盒中的機(jī)械手。機(jī)械手的夾臂從切片盒中取出切片放置到顯微鏡載物臺(tái)上，由顯微鏡的數(shù)碼攝像系統(tǒng)采集高分辨率的圖像，顯微鏡的計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的圖像進(jìn)行分析處理、識(shí)別，并自動(dòng)記錄掃描數(shù)據(jù)。一張切片掃描完成后，機(jī)械手從顯微鏡載物臺(tái)上取出切片放置到切片盒中，托架帶動(dòng)切片盒向上或向下移動(dòng)，機(jī)械手可取出下一個(gè)切片，送到顯微鏡進(jìn)行處理，如此往復(fù)，直到顯微鏡完成切片盒中所有切片的全部圖像采集、分析處理和識(shí)別、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)作業(yè)。
一種推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)是所述的機(jī)械手安裝在可使機(jī)械手沿水平的X軸移動(dòng)的機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；切片盒托架和顯微鏡位于機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)X軸旁的同一側(cè)。這樣機(jī)械手取、放切片的操作可在直線(xiàn)移動(dòng)的過(guò)程中完成，而避免復(fù)雜的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
所述的切片盒托架和顯微鏡根據(jù)需要也可以位于機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)X軸旁的不同側(cè)。
從取片到掃描，再到掃描完成后放片的整個(gè)過(guò)程機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到切片盒正前方，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)下頃，使機(jī)械手與切片盒垂直，機(jī)械手伸出到切片盒，機(jī)械手夾臂閉合以?shī)A住切片，然后機(jī)械手夾著切片縮回，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)回水平位置，機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)械手到顯微鏡正前方，機(jī)械手伸出到載物臺(tái)，機(jī)械手夾臂松開(kāi)，切片自動(dòng)掉落到載物臺(tái)上，然后機(jī)械手縮回。由顯微鏡進(jìn)行該切片的圖像采集、分析處理和識(shí)別、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)作業(yè)。掃描完成后，機(jī)械手又伸出到載物臺(tái)，機(jī)械手的夾臂閉合夾住切片并縮回，機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到切片盒正前方，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械手與切片盒垂直，機(jī)械手伸出，切片插入切片盒插槽，機(jī)械手夾臂松開(kāi)，切片放入切片盒，機(jī)械手縮回。切片盒托盤(pán)向上或向下運(yùn)動(dòng)，以使機(jī)械手可抓取下一個(gè)切片并送往顯微鏡。如此往復(fù)，直到顯微鏡完成切片盒中所有切片的全部圖像采集、分析處理和識(shí)別、自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)作業(yè)。
一種推薦的機(jī)械手結(jié)構(gòu)是所述的機(jī)械手具有使夾臂沿水平的與X軸垂直的Y軸移動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，可以使機(jī)械手伸出和縮回。精確控制伸出的距離，可能夠使機(jī)械手伸出到載物臺(tái)和切片盒的適當(dāng)距離，保證順利夾取和放置切片。同時(shí)可伸縮的結(jié)構(gòu)也可以縮小體積，使得機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)，不觸碰到其他的零件，有利于整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。
特別是所述的切片盒托架與水平面有一定的傾斜角，放置在托架上切片盒中的切片，可依靠自身重力，靠著切片盒插槽下側(cè)，插入到切片盒最底部。若使切片盒垂直與水平面，則無(wú)法保證切片一定插入到切片盒插槽底部，而且切片盒托架上升下降時(shí)，切片也有掉出來(lái)的可能；若使托架水平，雖然可以保證切片靠重力插入到切片盒底部，由于切片盒插槽有一定寬度，無(wú)法保證所有切片都靠在插槽的同一側(cè)，若因此而將插槽做窄，則增加了機(jī)械手向切片盒放片的難度。因此綜合考慮，采用了使切片盒托架與水平面有一定傾斜角的設(shè)計(jì)。
為使切片盒中的切片能夠有統(tǒng)一的姿態(tài)，增加機(jī)械手順利抓取、放置切片的可靠度，切片盒插槽的開(kāi)口處設(shè)計(jì)為喇叭口形狀。
由于切片盒托架與水平面有一定的傾斜角，機(jī)械手從切片盒抓取切片時(shí)又需要與切片盒垂直、與切片平行，因此機(jī)械手裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。機(jī)械手向顯微鏡載物臺(tái)放置、夾取切片時(shí)，處于水平位置；而向切片盒抓取放置切片時(shí)，機(jī)械手則需要旋轉(zhuǎn)一定的角度，保證機(jī)械手能夠順利的從切片盒中抓取放置切片。
上述機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的角度是固定的，機(jī)械手只能操作固定位置的切片，為使機(jī)械手可以操作切片盒中的所有切片，我們將切片盒托盤(pán)設(shè)計(jì)為可沿傾斜角上下運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)切片盒托盤(pán)降到最低位置，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)下頃，并伸出到切片盒，正好對(duì)的是切片盒中的第一個(gè)切片，可對(duì)此切片進(jìn)行操作。若需要操作切片盒中的某個(gè)切片，只需升降切片盒將該切片運(yùn)動(dòng)到規(guī)定位置即可。
對(duì)于切片盒托架而言，機(jī)械手可操作的切片位置是固定的，因此切片盒托架需要上下運(yùn)動(dòng)，以使待操作的切片運(yùn)動(dòng)到該位置，而運(yùn)動(dòng)的精度就顯得尤為重要了，否則可能操作了錯(cuò)誤的切片，或者夾不到切片，或者向原本就有切片的插槽中放切片。因此推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了2個(gè)光電限位開(kāi)關(guān)及刻有等間距細(xì)逢的定位擋板，用于實(shí)現(xiàn)托架上下運(yùn)動(dòng)的精確定位。
推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中所述的切片盒托架至少兩個(gè)切片盒，分別給兩臺(tái)顯微鏡提供待檢的切片。切片盒愈多，可連續(xù)檢驗(yàn)的切片總數(shù)量愈大。
推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中所述的機(jī)械手前端的機(jī)械手夾臂，可以打開(kāi)和關(guān)閉。包括左右?jiàn)A臂、安裝在左右?jiàn)A臂之間的彈簧，控制彈簧拉伸的凸輪，驅(qū)動(dòng)凸輪的直流電機(jī)及光電限位開(kāi)關(guān)。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪實(shí)現(xiàn)機(jī)械手夾臂的打開(kāi)和關(guān)閉。
推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中所述的特殊設(shè)計(jì)的顯微鏡載物臺(tái)具有切片夾閉合/張開(kāi)機(jī)構(gòu)。載物臺(tái)上有凹槽，可容納伸出到載物臺(tái)的機(jī)械手夾臂。載物臺(tái)左側(cè)有撥塊，載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫衅瑠A就可以被撥塊撥開(kāi)，此時(shí)就可以向載物臺(tái)送片、取片。機(jī)械手放置切片到載物臺(tái)時(shí)，在距離載物臺(tái)約1mm的高度松開(kāi)機(jī)械手夾臂，切片自由掉落到載物臺(tái)上，較難保證所有的切片都有固定的姿態(tài)。因此在載物臺(tái)切片夾的右側(cè)設(shè)計(jì)了一個(gè)滾輪，當(dāng)切片夾閉合時(shí)，受片夾閉合力量的驅(qū)動(dòng)，切片會(huì)自動(dòng)沿著滾輪向里運(yùn)動(dòng)，保證切片被片夾夾好。
由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人職守工作，因此顯微鏡必須能夠自動(dòng)調(diào)焦，而為了提高效率，調(diào)焦的時(shí)間要盡可能短，因此推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)了焦面探測(cè)系統(tǒng)，利用高精度開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)顯微鏡焦面的快速搜索。
特別推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中所述的托架和至少兩臺(tái)顯微鏡位于機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)X軸旁的同一側(cè)。由一個(gè)機(jī)械手向至少兩臺(tái)顯微鏡放置和取出切片，機(jī)械手的工作效率更高，由于2臺(tái)顯微鏡公用一套進(jìn)片系統(tǒng)，成本也更低。
推薦的實(shí)施結(jié)構(gòu)中具有協(xié)調(diào)控制所述的各部分完成切片安放和取回任務(wù)的計(jì)算機(jī)。由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制各部分的操作，不僅經(jīng)濟(jì)易行，而且該計(jì)算機(jī)還可以兼顧顯微鏡的操作控制功能，實(shí)現(xiàn)多切片的全部連續(xù)顯微檢驗(yàn)自動(dòng)化。
進(jìn)而為了方便計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，每個(gè)切片都貼上了條碼，進(jìn)片系統(tǒng)掃描條碼，并將條碼數(shù)據(jù)發(fā)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)則可以按照條碼分別保存掃描數(shù)據(jù)，方便日后管理及人工復(fù)審。
本發(fā)明顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，自動(dòng)向顯微鏡放置、取回切片，可以實(shí)現(xiàn)大量切片、2臺(tái)或更多顯微鏡24小時(shí)無(wú)人職守連續(xù)工作，完全將人從枯燥的顯微檢驗(yàn)中解放出來(lái)，大大加快顯微檢驗(yàn)的速度，特別是整個(gè)自動(dòng)化顯微檢驗(yàn)過(guò)程是在統(tǒng)一規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)條件下完成的，可避免人工操作的偏差。記錄數(shù)據(jù)非常有利于后期的科學(xué)分析研究。


圖1為本發(fā)明顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-1為圖1實(shí)施例的切片盒托架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-2為圖1實(shí)施例的切片盒托架正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-3為圖1實(shí)施例的切片盒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-4為圖1實(shí)施例的切片盒局剖結(jié)構(gòu)示意2-5為圖1實(shí)施例的切片盒放置切片狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-6為普通結(jié)構(gòu)的切片盒放置切片一種狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-7為普通結(jié)構(gòu)的切片盒放置切片又一種狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖1實(shí)施例的機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-1為圖1實(shí)施例的機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-2為圖1實(shí)施例的機(jī)械手夾臂伸出狀態(tài)示意圖。
圖4-3為圖1實(shí)施例的機(jī)械手夾臂張開(kāi)狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-4為圖1實(shí)施例的機(jī)械手夾臂閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4-5為圖1實(shí)施例的機(jī)械手夾臂45度旋轉(zhuǎn)狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖1實(shí)施例的減震結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6-1為圖1實(shí)施例的載物臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6-2為圖1實(shí)施例的載物臺(tái)切片夾打開(kāi)狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6-3為圖1實(shí)施例的機(jī)械手向載物臺(tái)送片狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為圖1實(shí)施例的探測(cè)顯微鏡焦面的高精度開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為圖1實(shí)施例的進(jìn)片機(jī)構(gòu)控制原理方框圖。
圖9為圖1實(shí)施例的條碼掃描儀系統(tǒng)原理方框圖。
圖10為圖1實(shí)施例的顯微鏡系統(tǒng)控制原理方框圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例，如圖1所示，顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，包括機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)2，自動(dòng)顯微鏡3、條碼閱讀器4、高精度開(kāi)關(guān)5，機(jī)械手6，切片盒托架7、載物臺(tái)8和機(jī)體1。所述的機(jī)械手6安裝在可使機(jī)械手6沿水平的X軸移動(dòng)的機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2上；切片盒托架7和顯微鏡3位于機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2的X軸旁的同一側(cè)。這樣機(jī)械手6取、放切片的操作可在直線(xiàn)移動(dòng)的過(guò)程中完成，而避免復(fù)雜的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在顯微鏡3的一側(cè)裝有條碼閱讀器4，在顯微鏡3的下方裝有載物臺(tái)8及一探測(cè)顯微鏡焦面的高精度開(kāi)關(guān)5。
切片盒托架7如附圖2-1、2-2、2-2、2-3、2-4、2-5所示，切片盒托架7包括固定機(jī)體72和可移動(dòng)托盤(pán)71，在機(jī)體72上平行裝有絲杠77和直線(xiàn)導(dǎo)軌78；托盤(pán)71的背部裝有相應(yīng)的絲母和滑塊；步進(jìn)電機(jī)73驅(qū)動(dòng)絲杠77傳動(dòng)，可帶動(dòng)托盤(pán)71上下移動(dòng)；切片盒托架7設(shè)計(jì)為45度傾斜，這樣切片能夠依靠重力自動(dòng)貼靠在切片盒92的底部，姿態(tài)統(tǒng)一。
托盤(pán)71側(cè)邊裝有2個(gè)光電限位開(kāi)關(guān)76和75，光電限位開(kāi)關(guān)75用于切片盒9最低位置檢測(cè)；光電限位開(kāi)關(guān)76用于單個(gè)切片位置的定位。在切片盒托盤(pán)71的右側(cè)，安裝了定位板74，定位板74上每隔2mm(間隔與切片盒2個(gè)切片的距離相等)開(kāi)一個(gè)寬1mm的細(xì)長(zhǎng)孔，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射管和接收管安裝在定位板74兩側(cè)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)73帶動(dòng)托盤(pán)71運(yùn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)經(jīng)過(guò)細(xì)長(zhǎng)孔，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射管的光線(xiàn)才能直接照射到接收管，接收管才能導(dǎo)通，由此來(lái)進(jìn)行精確定位，保證機(jī)械手6能夠準(zhǔn)確夾到切片。
如圖2-2、2-3、2-4和2-5所示，本實(shí)施例中托盤(pán)71可同時(shí)放置3個(gè)切片盒9。每個(gè)切片盒9分為50格，可容納50張切片92，逢10的切片位置都有一個(gè)原點(diǎn)，方便用戶(hù)計(jì)數(shù)，快速找到想要找的切片。切片盒9中切片92的插槽91是特殊設(shè)計(jì)的形狀，插槽91上部為喇叭狀的開(kāi)口，使得機(jī)械手6放回切片92到切片盒9時(shí)，即使有較大的偏差范圍也能正常放入，整個(gè)插槽91上寬下窄，下面的寬度基本與切片相當(dāng)，這樣可以保證切片92放置在切片盒71時(shí)都保持同樣的姿態(tài)，使得本發(fā)明切片盒托架7上的切片盒9中多個(gè)切片92具有統(tǒng)一的傾斜角，機(jī)械手4抓取到的切片92也能保證姿態(tài)相同，放置到載物臺(tái)8時(shí)能夠更精確。同時(shí)，插槽91底部寬度比切片92厚度略大，切片92放入后上下都貼住盒體，上部喇叭口起到導(dǎo)向作用，當(dāng)機(jī)械手6放置切片92回切片盒時(shí)，切片92可以順著斜面滑入盒底。
相比較普通長(zhǎng)方形插槽，切片放在里面有兩種姿態(tài)，一種如圖2-6，切片92底部靠盒低上沿，另一種如圖2-7，切片92靠盒底下沿，當(dāng)機(jī)械手6抓取切片92時(shí)，切片92姿態(tài)不統(tǒng)一，影響向載物臺(tái)8放片的精度。插槽91上下等寬，機(jī)械手6放回切92片到控制盒時(shí)定位要求高，稍有偏差就會(huì)導(dǎo)致切片無(wú)法放入。當(dāng)然也可以擴(kuò)大插槽寬度，但也會(huì)導(dǎo)致切片放在插槽中的姿態(tài)差異更大，陷入兩難的境地。
機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)2如附圖3、圖5所示，機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)2，包括步進(jìn)電機(jī)24、皮帶輪21、皮帶22，直線(xiàn)滾珠花鍵26、光電限位開(kāi)關(guān)25和連接座27。步進(jìn)電機(jī)24設(shè)置在機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)2的一端，帶動(dòng)皮帶輪21轉(zhuǎn)動(dòng)，連接座27設(shè)置在皮帶22上，直線(xiàn)滾珠花鍵26穿過(guò)連接座27，在整個(gè)行程上安裝了5個(gè)光電限位開(kāi)關(guān)25，分別安裝在“一號(hào)顯微鏡(左限位)”、“切片盒一”、“切片盒二”、“切片盒三”、“二號(hào)顯微鏡(右限位)”這五個(gè)位置。(參見(jiàn)圖1及圖2-2)。機(jī)械手6安裝在連接座27上，工作時(shí)，安裝在連接座27的機(jī)械手6，通過(guò)皮帶傳動(dòng)，由直線(xiàn)滾珠花鍵6導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的X軸方向的移動(dòng)。
機(jī)械手6如附圖4-1、4-2、4-3、4-4、4-5所示，機(jī)械手6設(shè)有機(jī)械手夾臂61、伸收機(jī)構(gòu)62和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63；伸收機(jī)構(gòu)62包括步進(jìn)電機(jī)621、齒輪622、齒條623、直線(xiàn)導(dǎo)軌624和光電開(kāi)關(guān)625。齒條623安裝夾臂61上。在工作時(shí)，由步進(jìn)電機(jī)621驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪622齒條623傳動(dòng)，直線(xiàn)導(dǎo)軌625導(dǎo)向，夾臂61實(shí)現(xiàn)Y軸方向的伸出和收回，在直線(xiàn)導(dǎo)軌624上裝有1個(gè)光電限位開(kāi)關(guān)625，當(dāng)Y軸縮回到極限位置時(shí)，遮擋光電開(kāi)關(guān)發(fā)射管的光線(xiàn)，光電限位開(kāi)關(guān)625斷開(kāi)，以此位置作為Y軸原點(diǎn)，通過(guò)控制Y軸運(yùn)動(dòng)的步長(zhǎng)，就可以調(diào)整夾臂61伸出到顯微鏡3或切片盒9的距離，達(dá)到滿(mǎn)意的效果。通過(guò)夾臂61伸出縮回(Y軸)，伸出到顯微鏡3和切片盒9，完成送片和取片功能。
夾臂61及夾緊和釋放切片機(jī)構(gòu)如圖4-3、4-4所示，夾臂61包括左夾臂615和右?jiàn)A臂616，左夾臂615和右?jiàn)A臂616之間連接一彈簧612，夾臂61靠彈簧612拉緊(閉合狀態(tài)見(jiàn)圖4-4)；在夾臂61前端安裝一個(gè)小型直流電機(jī)611，用于驅(qū)動(dòng)夾臂61張開(kāi)閉合，直流電機(jī)611連接有一凸輪613，直流電機(jī)611帶動(dòng)凸輪613轉(zhuǎn)動(dòng)，使彈簧612拉開(kāi)，左夾臂615和右?jiàn)A臂616向外移動(dòng)，夾臂61打開(kāi)；在夾臂61后端安裝1個(gè)光電限位開(kāi)關(guān)614，當(dāng)夾臂61張開(kāi)到最大位置時(shí)，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射管的光線(xiàn)被擋住，接收管斷開(kāi)，控制系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)械手夾臂61已經(jīng)張開(kāi)到最大，控制電機(jī)611停轉(zhuǎn)。彈簧612、直流電機(jī)611、凸輪613和光電限位開(kāi)關(guān)614組成夾臂的夾緊和釋放切片機(jī)構(gòu)。同時(shí)還在機(jī)械手夾臂61兩側(cè)貼了柔軟、耐磨、表面粗糙的材料，確保機(jī)械手夾臂61能夠抓穩(wěn)切片。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63，如圖4-1和4-5所示，由于切片盒9傾斜45度，夾臂61僅水平方向(Y軸)伸出，無(wú)法在切片盒9夾取切片，因此機(jī)械手6上還裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)63包括步進(jìn)電機(jī)631、蝸輪632、蝸桿633和光電限位開(kāi)關(guān)634。蝸輪632與直線(xiàn)導(dǎo)軌架連接。步進(jìn)電機(jī)631驅(qū)動(dòng)，蝸輪632蝸桿633傳動(dòng)，夾臂61在直線(xiàn)導(dǎo)軌架帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)(W軸旋轉(zhuǎn))。在水平位置處裝有光電限位開(kāi)關(guān)634，到達(dá)限位位置為原點(diǎn)位置，可通過(guò)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)631轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)來(lái)控制W軸旋轉(zhuǎn)的角度，使其正好能夠與切片盒9成90°，保證能夠垂直從切片盒中夾9取和放置切片。
自動(dòng)進(jìn)片裝置的減震結(jié)構(gòu)如附圖5所示，由于本實(shí)施例中有2臺(tái)顯微鏡3，一臺(tái)顯微鏡3在送片時(shí)，另外一臺(tái)顯微鏡3可能正在掃描切片，如果機(jī)械手6在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大震動(dòng)，圖像就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，影響掃描結(jié)果。為了消除震動(dòng)，在機(jī)體1的機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)安裝座13與顯微鏡安裝座11之間安裝有若干個(gè)隔振器12，同時(shí)調(diào)整各電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度，避免共振區(qū)，取得了良好的避震效果。
載物臺(tái)如附圖6-1、6-2、6-3所示，由于整套系統(tǒng)為全自動(dòng)化控制，因此要求切片夾可以自動(dòng)打開(kāi)和閉合。載物臺(tái)8上裝有片夾活動(dòng)爪83、切片夾撥塊82、切片夾固定爪84、滾輪85。
需要打開(kāi)片夾時(shí)，載物臺(tái)8先運(yùn)動(dòng)至圖6-1所示位置，之后載物臺(tái)8相對(duì)于切片夾撥塊82向前運(yùn)動(dòng)，片夾活動(dòng)爪83被切片夾撥塊82頂開(kāi)(見(jiàn)圖6-2)，等待機(jī)械手放置切片。機(jī)械手放置好切片后，載物臺(tái)8后退，片夾就能夠閉合。為了保證切片能夠放置到規(guī)定位置，本發(fā)明在片夾右側(cè)設(shè)計(jì)了一個(gè)小的滾輪86(圖6-2)，一旦切片放置有偏差，當(dāng)片夾撥回的時(shí)候，受片夾閉合的力量，切片會(huì)沿著滾輪86方向運(yùn)動(dòng)，保證切片放置到位。
載物臺(tái)上設(shè)計(jì)了2個(gè)凹槽86，用于容納機(jī)械手夾臂61，機(jī)械手6從載物臺(tái)8夾取切片時(shí)，載物臺(tái)Z軸上升，使機(jī)械手夾臂61的左夾臂615和右?jiàn)A臂616沉入凹槽86，當(dāng)切片92位于夾臂61中間時(shí)停止，以使切片可以穩(wěn)穩(wěn)的夾在夾臂61中間。若無(wú)此凹槽86，切片就只能夾在夾臂61的最下面，極容易脫落。當(dāng)機(jī)械手6從載物臺(tái)8夾回切片92，向切片盒9放置切片時(shí)，切片前端與切片盒9插槽口一定存在偏差，此時(shí)就可通過(guò)改變顯微鏡Z軸上升的高度，調(diào)整夾臂61沉入凹槽96的深淺，而調(diào)整切片夾在夾臂62中的位置，以此消除切片前端與切片盒插槽的偏差。
條形碼閱讀器4為方便計(jì)算機(jī)記錄切片數(shù)據(jù)，顯微鏡3上安裝了條碼閱讀器4，每張切片都貼有條碼，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)條碼數(shù)據(jù)分類(lèi)保存掃描結(jié)果。
高精度開(kāi)關(guān)5如圖7所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作，因此顯微鏡系統(tǒng)一定要能夠自動(dòng)調(diào)焦，然而由于切片的厚度的差異，切片焦面位置差別較大，要想兼容所有厚度的切片，只有把調(diào)焦搜索范圍設(shè)置的足夠?qū)?，才能保證每張切片都可以自動(dòng)調(diào)焦。然而調(diào)焦速度與調(diào)焦搜索范圍成反比，調(diào)焦范圍越寬，則調(diào)焦時(shí)間越長(zhǎng)，增加了切片掃描時(shí)間，影響整套系統(tǒng)吞吐量。為了提高調(diào)焦速度，特別設(shè)計(jì)了利用高精度開(kāi)關(guān)(精度≤1um)快速調(diào)焦，只需校準(zhǔn)一次，就可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確調(diào)焦。校準(zhǔn)時(shí)，放置一個(gè)切片92到載物臺(tái)8，先控制載物臺(tái)8上升，上升過(guò)程中蓋玻片會(huì)觸碰到高精度開(kāi)關(guān)5，開(kāi)關(guān)接通瞬間電機(jī)急停。記錄此位置的Z軸坐標(biāo)，然后控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，人眼判別，找到最清晰的圖像，記錄此處Z軸坐標(biāo)，并與前一次Z軸坐標(biāo)相減，得出一個(gè)偏移量。之后針對(duì)其他切片，只要經(jīng)過(guò)高精度開(kāi)關(guān)探測(cè)，然后處增上面計(jì)算出來(lái)的偏移量，就可快速找到焦面。之所以選擇高精度開(kāi)關(guān)，就是為了保證無(wú)論哪探測(cè)那張切片，開(kāi)關(guān)都在唯一的位置接通，這樣校準(zhǔn)時(shí)計(jì)算出來(lái)的偏移量才有意義。高精度開(kāi)關(guān)仍然有一定的偏差，但經(jīng)過(guò)探測(cè)后，調(diào)焦搜索范圍可以大幅削減，調(diào)焦速度和成功率明顯提高。
如俯圖8所示本發(fā)明進(jìn)片機(jī)構(gòu)控制(包括機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)、切片盒托架、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手夾臂開(kāi)合機(jī)構(gòu))X軸帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手在一號(hào)顯微鏡、切片盒一、切片盒二、切片盒三、二號(hào)顯微鏡間移動(dòng)。
Y軸控制機(jī)械手夾臂伸出、縮回。
Z軸控制切片盒托架上升下降。
W軸控制機(jī)械手旋轉(zhuǎn)45度和擺回水平位置。
機(jī)械手開(kāi)合電機(jī)控制機(jī)械手切片夾臂張開(kāi)、閉合。
進(jìn)片機(jī)構(gòu)采用單片機(jī)控制，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制芯片控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)加減速、位置控制、速度控制等，控制信號(hào)送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后形成電機(jī)所需電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。單片機(jī)通過(guò)串行通訊連接到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制軟件控制進(jìn)片系統(tǒng)工作。
系統(tǒng)上電后，各軸先執(zhí)行復(fù)位操作，X軸復(fù)位到二號(hào)顯微鏡的位置(右側(cè))，Y軸復(fù)位到機(jī)械手夾臂縮到最里面的位置，W軸復(fù)位到水平位置，Z軸復(fù)位到切片盒托架最低位置，機(jī)械手切片夾臂復(fù)位到張開(kāi)位置。上述復(fù)位動(dòng)作，都是通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)該軸光電限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)擋住，則到達(dá)復(fù)位位置。
為了降低系統(tǒng)裝配要求，使系統(tǒng)更容易裝調(diào)，每個(gè)限位位置到正確工作位置都有留有一定的間隙，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)補(bǔ)償，補(bǔ)償數(shù)值存儲(chǔ)在硬件E2PEOM中，可由隨時(shí)修改。以X軸為例，X軸復(fù)位位置在二號(hào)顯微鏡的位置，但在裝配上較難保證光電限位開(kāi)關(guān)被擋住的位置正好是機(jī)械手向二號(hào)顯微鏡送片的位置。機(jī)械手夾臂要從載物臺(tái)上的兩個(gè)凹槽伸入，稍有偏差，會(huì)錯(cuò)過(guò)凹槽碰到載物臺(tái)上，因此若單純靠限位開(kāi)關(guān)的安裝位置來(lái)調(diào)整難度很大，為此我們把限位開(kāi)關(guān)裝的更靠右一些，限位開(kāi)關(guān)安裝位置與正確工作位置間留有一定間隙，X軸運(yùn)動(dòng)到最右側(cè)，到達(dá)限位開(kāi)關(guān)，然后返回向左運(yùn)動(dòng)，回到正確工作位置，返回所需的步進(jìn)電機(jī)步數(shù)可由用戶(hù)設(shè)置(存儲(chǔ)在E2PROM中)，用戶(hù)可反復(fù)修改該數(shù)值測(cè)試，直到取得滿(mǎn)意的效果。其他各定位位置也都采取類(lèi)似的做法，既能夠降低裝配要求，還能取得滿(mǎn)意的定位精度，保證系統(tǒng)可靠工作。
常用的條碼掃描閱讀器都采用RS232串口與計(jì)算機(jī)通訊，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)片系統(tǒng)占用一個(gè)串口、一套自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)也要占用一個(gè)串口，每臺(tái)顯微鏡配一個(gè)條碼閱讀器就需要再增加兩個(gè)串口，而普通計(jì)算機(jī)僅有2個(gè)串口。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)電路(如附圖9所示，)，增加2個(gè)從89C2051單片機(jī)來(lái)擴(kuò)展主單片機(jī)串口。2051與主單片機(jī)間用普通I/O線(xiàn)模擬I2C總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)主、從單片機(jī)間的通訊，主單片機(jī)要掃描條碼時(shí)，通過(guò)I2C發(fā)送命令到2052051收到I2C的數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口把命令發(fā)送到條碼掃描儀；2051獲得的條碼數(shù)據(jù)，也是通過(guò)I2C發(fā)送給主單片機(jī)。(掃描儀接口在進(jìn)片機(jī)電路中，掃描儀安裝在顯微鏡右側(cè)，由于I2C本身的特點(diǎn)，還可以擴(kuò)展較多數(shù)量的掃描儀。)如附圖10所示，顯微鏡系統(tǒng)控制，包括X軸顯微鏡載物臺(tái)X方向運(yùn)動(dòng)。
Y軸顯微鏡載物臺(tái)Y方向運(yùn)動(dòng)。
Z軸調(diào)焦。
自動(dòng)顯微鏡系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制芯片控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)加減速、位置控制、速度控制等，控制信號(hào)送入電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后形成電機(jī)所需電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。單片機(jī)通過(guò)串行通訊連接到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制軟件控制顯微鏡工作。
XY軸分別裝有一個(gè)光電限位，X軸復(fù)位位置位于刻度0的位置(載物臺(tái)上印有刻度)，Y軸復(fù)位位置位于刻度52的位置。Z軸限位安裝在載物臺(tái)上升到最高處的位置，Z軸同時(shí)還裝有一個(gè)高精度開(kāi)關(guān)，高精度開(kāi)關(guān)一旦接通，Z軸就立即停止。
顯微鏡光源調(diào)整電路采用數(shù)字電位器控制，單片機(jī)發(fā)送調(diào)光命令到調(diào)光電路板，調(diào)光電路設(shè)置數(shù)字電位器改變阻值，光源亮度隨之變化。整個(gè)光源亮度分為200級(jí)，顯示數(shù)字從0～99，亮度變化2級(jí)，數(shù)字變化一位，采用數(shù)字電位器使得光源調(diào)整更為精確，更換更高分辨率的數(shù)字電位器還能取得更高亮度級(jí)的光源變化。
權(quán)利要求
1.顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于它具有可放置多個(gè)切片的切片盒；承載多個(gè)切片盒并可帶動(dòng)切片盒上下移動(dòng)的托架；從切片盒中取出切片放置到顯微鏡載物臺(tái)上或從顯微鏡載物臺(tái)上取出切片放置到切片盒中的機(jī)械手。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的機(jī)械手安裝在可使機(jī)械手沿水平的X軸移動(dòng)的機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；切片盒托架和顯微鏡位于機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的機(jī)械手具有使夾臂沿與X軸垂直的Y軸移動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的機(jī)械手具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可使機(jī)械手處于水平狀態(tài)或下頃狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的切片盒托架與水平面呈一定的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的切片盒托架傾斜地支撐切片盒并可帶動(dòng)切片盒沿傾斜軸線(xiàn)上下移動(dòng)，切片以與該傾斜軸線(xiàn)垂直的角度放置在切片盒中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于可使機(jī)械手沿水平的X軸移動(dòng)的機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的包括皮帶、皮帶輪傳動(dòng)副及一用作導(dǎo)向的直線(xiàn)滾珠花鍵。
8根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的切片盒托架支撐至少一個(gè)切片盒，并可帶動(dòng)這些切片盒上下移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的機(jī)械手具有使機(jī)械手夾臂夾緊和釋放切片的機(jī)構(gòu)，包括左右?jiàn)A臂、安裝在左右?jiàn)A臂之間的彈簧，控制彈簧拉伸的凸輪，驅(qū)動(dòng)凸輪的直流電機(jī)及光電限位開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于它具有協(xié)調(diào)控制所述的各部分完成切片安放和取回任務(wù)的計(jì)算機(jī)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于自動(dòng)進(jìn)片裝置連接有可讀取顯微鏡載物臺(tái)上切片條形碼的條形碼閱讀器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于在顯微鏡上的載物臺(tái)具有切片夾自動(dòng)打開(kāi)、閉合的機(jī)構(gòu)，包括構(gòu)切片夾活動(dòng)爪、切片夾撥塊和切片夾固定爪，在片夾的右側(cè)設(shè)有一滾輪；在載物臺(tái)上開(kāi)有兩個(gè)可以容置夾臂前端的凹槽。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于還包括顯微鏡焦面探測(cè)裝置，主要為設(shè)置在顯微鏡下方的高精度開(kāi)關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于所述的可放置多個(gè)切片的切片盒的插槽開(kāi)口處為喇叭狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，其特征在于在機(jī)械手傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)架上安裝有減震機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種顯微鏡的自動(dòng)進(jìn)片裝置，涉及一種可自動(dòng)向顯微鏡放置、取回切片的裝置。它具有可放置多個(gè)切片的切片盒；承載切片盒并可帶動(dòng)切片盒上下移動(dòng)的托架；從切片盒中取出切片放置到顯微鏡載物臺(tái)上或從顯微鏡載物臺(tái)上取出切片放置到切片盒中的機(jī)械手；特殊設(shè)計(jì)的顯微鏡自動(dòng)載物臺(tái)；顯微鏡焦面探測(cè)裝置?？梢宰詣?dòng)向2臺(tái)或更多顯微鏡送片、取片，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)人職守連續(xù)工作，將人從枯燥的顯微檢驗(yàn)中解放出來(lái)，大大加快顯微檢驗(yàn)的速度。
文檔編號(hào)G02B21/24GK1881002SQ20051004374
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者楊澤聲 申請(qǐng)人:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司