專利名稱：切片機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制作顯微鏡檢查用的組織切片特別是植物和動物組織切片的切片機。
蘇聯發明證SU-783626或歐洲專利EP-A10416354的申請人公知了所謂的滑動式切片機，這種切片機具有一塊帶載物臺和附加大致水平導軌的底板。在水平導軌上裝有一個用手柄可移動的切片刀架，切片刀架的向前和向后的直線水平運動與載物臺的推進運動配合。
滑動式切片機的優點是，結構簡單和價格低廉。此外，在使用者足夠熟練的前提下，這種切片機操作起來不使人勞累。而其缺點是，取下切片機制備的切片相當麻煩，這一缺點特別是在用電動標本進給的最新滑動式切片機例如上述申請者提出的“HM 440”型切片機中尤為明顯。由于電動標本進給，所以切片刀架不用在導軌的整個長度上運動就能實現標本進給，切刀或刀架沿切削方向運動一段大致相當于切片厚度的距離就夠了，因為標本進給的電子控制電路檢測刀架的返回運動。這樣，在小標本時可達到相當高的切片頻率。但業已表明，切片取下所需的時間限制了切片頻率。
此外，DE-P330192/或DE-C13539138公知了所謂的旋轉式切片機，這種切片機一般具有一塊底板，裝在底板上的一個帶切刀的滑板可平行于底板運動。帶載物臺的滑板裝在另一個大致與底板垂直對準的導軌上，因而載物臺可垂直于底板運動。載物臺垂直于底板的切削運動用一個帶水平旋轉軸的圓盤形的手搖把進行傳動。
這種旋轉式切片機取下切片要比滑動式切片機方便得多，因為制備的切片在切片機的前部范圍內制備，并放在切片機切刀或刀架向前下方傾斜的背面上，并在該處例如通過水浴沖下。但這種旋轉式切片機的缺點是，手柄的旋轉運動使操作者很疲勞。所以旋轉式切片機一個工作日制備的切片數比滑動式切片機少。
為了消除這一缺點，當然可以考慮用電動機來實現切削運動的傳動。但這種電動機幾乎使切片機的價格倍增。
所以本發明的目的是，提出一種切削運動用人工操作的切片機，但操作起來不勞累，而且制備的切片又便于取下。
這個目的是通過權利要求1所述特征的一種切片機來達到的。本發明的其他有利結構在各項從屬權利的特征部分中敘述。
本發明的切片機具有一個可沿第一直線導軌運動的載物臺。此外，切片機具有一個可沿一條大致呈直線的運動軌道運動的手動傳動裝置，其中手動傳動裝置的運動軌道大致與載物臺的運動方向垂直。此外，在載物臺的直線導軌方向內配置有手動傳動裝置的運動導向裝置。
通過手動傳動裝置和載物臺之間的運動軌道的導向，手動傳動裝置的運動可實現切片機向前和向后的水平運動(操作者的推拉運動)，這樣的運動從人機工程學的觀點來看，是特別有利的，而且使手工操作運動基本上轉換成為載物臺的垂直運動。從而使切削運動可在大致垂直的方向內進行，所以，制備的切片可從切刀或刀架的對角線向前下傾的背面取下或沖下。
本發明提出的切片機兼有滑動式切片機和旋轉式切片機的優點，而又摒棄了它們的缺點。
運動的導向裝置在一個簡單的實施例中可構成一個由多個導向輥導向的皮帶傳動。當然，皮帶傳動只可能在手動操作運動和載物臺運動之間實現整數的傳動比。作為重量平衡應在皮帶傳動的傳動皮帶上設置對重，對重的質量根據傳動比和包括導向滑板在內的載物臺的質量選擇成使兩個質量在載物臺的任一位置上都保持平衡。
另一方案是，可將運動方向的導向裝置作成扇形板或杠桿臂。根據杠桿臂兩個臂長的比例或根據扇形板支點到鉸接點的距離的比例可在這種結構中在手動操作運動和載物臺的運動之間產生不同的奇數傳動比。同樣用液壓系統的導向運動亦可實現任意的奇數傳動比。
在本發明的一個優選實施例中，配置了一個檢測載物臺返回運動的裝置。通過這種返回運動的檢測可控制標本進給，而與切削運動的導軌長度無關。這樣，使用者便可根據正好被切削的標本的厚度來自己選擇載物臺的導軌長度，而不需要通過設計規定的最低行程就可實現進刀或拉回。
返回運動的檢測與標本進給的電機傳動和在檢測到返回運動的情況下控制電動機的電子控制電路相結合，是特別有利的。
在另一個優選實施例中，在切片機相互對應的兩側上配置一個手動操作裝置。這樣，本發明切片機對左撇子和慣用右手的人都完全達到了人機工程的優點。
此外，本發明切片機在切片機刀架的標本進給時垂直于載物臺的切削運動可沿直線導軌運動。這樣，在切削運動過程中，被加速的質量可保持最小，因為標本進給的機構不算作要被加速的質量。
下面結合附圖所示的實施例來詳細說明本發明的細節。附圖是
圖1表示用扇形板作為導向運動裝置的本發明第一實施例的原理圖；圖2表示圖1實施例的簡化原理圖；圖3a表示手動操作的運動和載物臺的運動之間的傳動比為1∶1的皮帶傳動的切片機截面圖；圖3b表示圖3a切片機的前視圖；圖3c表示手動操作的運動和載物臺的運動之間的減速比為2∶1的皮帶傳動的切片機截面圖；圖4表示手動操作的運動用液壓傳動到載物臺上的切片機截面圖；圖5表示標本進給和拉回的控制電路方塊圖。
圖1所示結構具有一塊底板(1)，在該底板上，裝在面向使用者的前面范圍內的刀架(2)可進行水平運動，即可在底板(1)的方向內向前和向后運動。載有標本(4)的載物臺(3)裝在與底板(1)垂直的定向導軌(5)上可進行垂直運動。載物臺(3)的導向滑板具有一個槽(6)，扇形板(8)的銷子(7)嵌入該槽中。扇形板(8)可繞旋轉軸(9)旋轉并具有一個與第一銷子(7)相距一定距離的第二銷子(10)。第二銷子嵌入水平導向滑板(12)的槽(11)中。水平導軌(13)與切片機的底板(1)連接，以實現滑板(12)的導向。在滑板(12)上配置一個手柄(14)，以便手動操作切削運動。
扇形板(8)與兩個銷子(7)和(10)構成一個結構單元，將手柄(14)的水平運動傳遞和轉向到載物臺(3)的大致垂直的運動方向內。滑板(12)、導軌(13)和手柄(14)構成一個手動傳動裝置。
在操作圖1切片機時，使用者可用手柄(14)沿水平導軌(13)朝自己移動滑板(12)。在滑板(12)進行這種運動時，嵌入槽(11)中的銷子(10)沿反時針方向旋轉扇形板(8)和固定在板(8)上的嵌入載物臺(3)槽(6)中的銷子(7)，從而使載物臺(3)朝切片機切刀方向運動。這一運動的結果實現切掉一層標本(4)。在使用者向后轉動手柄時載物臺(3)重新上升，于是刀架(2)沒有示出的進刀傳動便向后朝載物臺(3)的方向水平運動一個預定的行程。在手柄下次向前運動時又切掉一層標本(4)。
圖2結構形式是圖1的簡化結構。圖中部件1至9與圖1相同，此處不再贅述。與圖1結構形式的區別在于，手柄(14)直接裝在扇形板(8)的一個位置上，這個位置即圖1實施例銷子(10)的位置。在這個結構中，扇形板(8)和其轉軸(9)同時作為手動傳動裝置和將手柄的運動傳遞和轉向到載物臺(3)上的裝置之組成部分。在這個結構形式中，手柄(14)的運動軌道不是精確的直線，而是一個圓形軌道的大致水平延伸的線段。但如果手柄(14)離扇形(8)的轉軸(9)有足夠遠的距離，從而使圓形軌道的半徑至少比沿圓形軌道的軌道長度大兩倍時，操作者幾乎感覺不到這種偏差。
運動方向從手柄(14)轉向到載物臺(3)上也可不用扇形板(8)，而用可旋轉的鉸接杠桿臂。由扇形板(8)得出這種杠桿臂很簡單，即沿圖2所示平行于手柄(14)和轉軸(9)之間的連接軸線與銷子(7)和轉軸(9)之間的連接軸線延伸的虛線切去扇形板即可。
載物臺和手動操作的運動的減速比或傳動比可根據這兩根桿的有效長度的比例任意選擇。
圖3a所示實施例的切片機底板用(20)表示。在底板(20)上為刀架(22)的進刀運動配置有沿底板(20)延伸的導軌(21)。在刀架(22)上裝有切刀(23)。為了進刀運動的傳動，配置了一臺步進電動機(26)和一根平行于導軌(21)延伸的絲杠(25)，該絲杠用螺紋擰入刀架(22)的相應內螺紋中。
在底板(20)上大致垂直于底板固定安裝了一個帶導軌(28)的直立門架(27)，載物臺的滑板(29)可在這個與刀架(22)的導軌(21)垂直的導軌(28)上進行直線運動。在載物臺的滑板(29)上，在載物臺(30)的前部范圍內裝載被切的標本(31)。
背向載物臺(30)的一側上是一條傳動皮帶(36)，例如一條寬的鋼帶或一條三角皮帶，皮帶通過共四個導向輥(32)至(35)導向，并與載物臺滑板(29)用螺絲連接。在這四個導向輥(32至35)中，兩個導向輥(32、34)用來對與門架(27)上的導軌(28)平行的前部范圍內的傳動皮帶(36)進行導向；而其余兩個導向輥(33、35)則用于對與門架(27)導軌(28)垂直的手柄(40)范圍內的傳動皮帶(36)進行導向。從而當手柄(40)在雙箭頭(Pf1)的方向內水平運動時使載物臺滑板(29)在雙箭頭(Pf2)的方向內產生垂直運動。
此外，通過四個導向輥(32至35)保證了在手柄(40)朝使用者拉動時進行切削運動。其次，保證了手柄(40)布置在底板(20)附近切片機的下部。這兩點從人機工程學的觀點來看，是特別有利的。
再者，通過使用四個導向輥，保證了另外兩個導向輥(32、33)之間的傳動皮帶(36)接近于垂直延伸，同時在這個范圍內，皮帶(36)的運動方向與載物臺滑板(29)的運動方向相反。在這兩個導向輥(32、33)之間，傳動皮帶(36)上配置有平衡重(41)，其質量相當于帶有載物臺(30)的載物臺滑板(29)的質量。通過這種重量平衡可使載物臺滑板保持在導軌(28)任一調節的位置上，所以在任一位置用手柄(40)進行返回運動時只有所需的加速力，而沒有附加的重力。
在背向載物臺(30)的載物臺滑板(29)的一側上，還設置了一個移位電位器(38)的傳動銷子(37)。當載物臺滑板(29)運動時，電位器(38)的電阻也相應改變，在電位器(38)上的電壓降，或者更確切的說，這個電壓降的改變用來檢測載物臺滑板(29)的返回運動和用來控制進刀運動的電動機(26)。控制過程所需的電子控制電路在切片機內部的一塊控制板(39)上，并將結合圖5詳細說明處理過程的各個步驟。
圖3b是圖3a切片機的前視圖。如圖所示，在切片機對應的兩側上分別配置有一個手柄(40)，以便實現載物臺或載物臺滑板(29)的切削運動。這樣，切片機對慣用右手的人和左撇子都具有人機工程學的優點。當然，不用兩個手柄(40)，亦可只用一個手柄(40)，這個唯一的手柄可由使用者選擇裝在切片機對應兩側的一側上。
圖3a和圖3b切片機的手柄(40)操作運動和載物臺滑板(29)運動之間的傳動比為1∶1。在這種情況中，傳動帶(36)作成連續循環傳動帶。而在圖3c實施例中，載物臺滑板(41)本身具有兩個可旋轉的導向輥(42、43)，傳動帶(44)鋪置在這兩個導向輥上。在這個實施例中，傳動帶作成不連續的傳動帶，且其兩端平行于載物臺滑板(41)的導軌延伸，并借助于定位塊(45、46)將其兩端固定在切片機具有門架(27)的載物臺滑板(41)的導軌上。在這種結構中，手柄(47)的運動按減速比2∶1變成載物臺滑板(41)的運動，亦即手柄(47)所需的行程是載物臺滑板(41)的兩倍。平衡重(48)的質量只需裝有載物臺(30)的載物臺滑板(41)質量的一半，從而減小了被加速的質量。
此外，載物臺滑板(41)加速所需的力由于減速為2∶1也只需減速比為1∶1時的一半，所以，作用的總的加速力還不到圖3a實施例的一半。載物臺滑板(41)返回運動的探測和切片機切刀進給用的電動機的相應傳動按圖3a實施例的相同方式進行，此處不再贅述。
在圖4所示實施例中，載物臺滑板(50)的切削運動用一個手動的液壓系統來傳動。為此，手動按鈕(54)通過一根連桿(55)與第一液壓缸(56)中的活塞(57)連接。第一液壓缸(56)通過兩根液壓管道(58、59)與第二液壓缸(52)連接，而其活塞(53)則通過一根連桿(51)與載物臺滑板(50)剛性連接。當切片機前端的手工操作按鈕(54)動作時，活塞(57)將第一液壓缸(56)內的液壓油通過管道(58)壓入第二液壓缸(52)中，并將其活塞(53)向上壓，從而使載物臺滑板(50)也向上運動。同時活塞(53)將第二液壓缸(52)上腔中剩余的液壓油通過第二管道(59)壓入第一液壓缸(56)的后腔中。在手柄(54)返回運動時進行相反的操作過程，從而實現在切片時載物臺滑板(50)向下運動。在圖4實施例中，通過推動手柄(54)，而圖3a和圖3c實施例則通過拉動手柄進行切片。如欲在液壓傳遞時載物臺滑板在拉動時即手柄(54)向前運動時產生向下的切削運動，則只需將第二液壓缸(52)上的兩根管子(58和59)交換連接即可。在這個實施例中，也配置了一個對重(61)來實現重量平衡，這個對重用一根通過滑輪(60)導向的繩子固定在載物臺滑板(50)上。
在這個實施例中，載物臺滑板(50)的返回運動亦可通過一個移位電位器(38)探測，并在探測到返回運動時，步進電動機(26)控制切片機切刀的進刀運動的傳動。
在上述實施例中，制備的切片位于切片機前部的刀架向下前傾的傾斜背面(24)上，從而可象旋轉式切片機那樣輕易和方便地取下或沖下切片。
圖5表示在控制處理機中的電子控制板(39)探測載物臺滑板返回運動的詳細控制步驟。第一步(70)讀出和中間存貯位置傳感器的值即移位電位器(38)瞬時設定的電阻。下一步(71)將瞬時電阻與預測的存貯電阻進行比較，例如可通過實際值與預測值進行相減或相除。再下一步(72)則根據比較值確定是否執行切削運動(載物臺滑板向下運動)或返回運動(載物臺滑板向上運動)。相應地，確定刀架是否應作為下一個執行進刀運動或返回運動。在確定進行切削運動的情況下，在下一個控制步驟(73)中通過運動方向與控制步驟(73)預先測定的運動方向的比較，確定運動方向是否已經反向。如果這個問題的回答是“否”，則應重新讀取位置傳感器，并執行一次新的程序。相反，如果在控制步驟(73)中探測到了運動方向的反向，則電動機(26)控制刀架(22)向門架(27)的方向運動一段相當于返回行程和預設定的切片厚度之和的距離。隨后程序回到第一步(70)，于是重新讀出位置傳感器，并重新執行程序。
在控制步驟(72)確定返回運動的情況下，在下一步(75)中通過與前面測定的方向值進行比較，確定是否已經發生了方向反向。如果這個問題的回到是“否”，則返回到第一步(70)并重新讀取位置傳感器和重新執行程序。相反，如果在控制步驟(75)中探測到了運動方向的反向即在實際測定和預先測定之間發生了從切削運動變到返回運動，則在下一個控制步驟(76)中，步進電動機(26)控制刀架(22)離開切片機門架(27)一個預定的返回距離。然后重新回到第一步(70)，并重新讀出位置傳感器和重新執行程序。
為了確保不是在手柄(40)上的每次微小的抖動就引起進刀運動或返回運動，在控制步驟(73和75)中還要分別驗證，是否在相同的方向內已通過至少一個預先設定的、介于2毫米和5毫米之間的安全行程。否則，應在控制步驟(73和75)的程序中確定沒有發生過返回運動。
通過對進刀或退刀釋放返回運動的探測保證了在使用者把切削運動和返回運動的長度根據被切削物限制到最小時也能可靠進行這種釋放。特別是在小的標本時，使用者可根據運動返回的探測結合手柄(40)的直線運動進行很短的運動，從而避免了切削運動和返回運動長的空行程。因而特別在小的標本時可達到高的切片頻率。
在圖3a至3c和圖4所示的實施例中，載物臺滑板和手柄的導向相互保持精確的垂直度。這種布置方式適用于安裝在水平底座上的切片機。但切片機亦可安裝在傾斜面上，例如低溫恒溫器切片機就是這種情況，此時載物臺滑板的運動與垂直線傾斜到30°的角度。在這類實施例中，載物臺滑板的運動和手動操作的運動之間的偏轉角度應當這樣選擇，即手動操作的運動仍在水平方向進行。
權利要求
1.切片機包括一個用于載物臺(3；30)切削運動的手柄(14；40；47；54)、一個第一直線導軌(5；28)、一個沿第一直線導軌(5；28)運動的載物臺(3；29；30；41；50)、一個沿一條大致呈直線的運動軌道運動的手柄(14；40；47；54)，其特征是，手柄(14；40；47；54)的運動軌道大致與第一直線導軌(5；28)的導向方向保持垂直，并具有轉向裝置(8；36；44)用來將手柄(14；40；47；54)的運動轉向成第一直線導軌(3；28)方向內的運動。
2.按權利要求1的切片機，其特征是，配置了一個探測載物臺(3；30)的返回運動的探測裝置(37、38、39)。
3.按權利要求2的切片機，其特征是，配置了一臺標本進給用的電動機(26)和在探測到返回運動的情況下控制電動機(26)的電子控制電路(39)。
4.按權利要求1至3任一項的切片機，其特征是，在切片機對應的兩側上分別配置有一個手柄(40)。
5.按權利要求1至4任一項的切片機，其特征是，轉向裝置做成扇形板(8)或杠桿臂。
6.按權利要求1至4任一項的切片機，其特征是，轉向裝置做成通過多個導向輥(32至35；42至43)導向的皮帶傳動。
7.按權利要求6的切片機，其特征是，在皮帶傳動的傳動皮帶(36；44)上配有平衡重量(41；48)，其質量相當于包括導向滑板(29；41)在內的載物臺(30)的質量乘以平衡重量(41；48)的運動和載物臺滑板(29；41)的運動之間的減速比。
8.按權利要求1至4任一項的切片機，其特征是，轉向裝置做成液壓系統(51至53；55至57)。
9.按權利要求3的切片機，其特征是，刀架(2；22)可垂直于載物臺滑板(3；29；41；50)的運動方向沿一條直線導軌(21)運動。
10.按權利要求1至9任一項的切片機，其特征是，手柄(14；40；47；54)的運動軌道是水平的。
全文摘要
本發明涉及一種用手動傳動裝置實現載物臺(3)切削運動的切片機。該手動傳動裝置(12，14)沿一條大致呈直線的運動軌道運動并通過轉向裝置例如扇形板(8)或皮帶傳動的形式轉向到一個與手柄運動軌道大致垂直的載物臺滑板(3)的運動方向內，從而象滑動式切片機那樣通過手動傳動裝置的推拉運動產生切削運動，而載物臺滑板(3)的實際切削運動則仍然象旋轉式切片機那樣在垂直方向內進行。所以，取下切片機的切片可象旋轉式切片機通常那樣進行。在一個優選實施例中，對載物臺滑板(3)的返回運動進行探測，并根據探測到的返回運動實現刀架(2)的進刀運動。這樣，本發明的切片機只需進行與標本厚度相當的運動行程，從而在小的標本時達到高的切片頻率。
文檔編號G01N1/04GK1157039SQ95194605
公開日1997年8月13日 申請日期1995年8月14日 優先權日1994年8月15日
發明者I·伊茲沃茲奇科夫, H·黑爾德 申請人:邁克羅姆實驗室用具有限公司