DE2340860C3 - Steuerschaltung für einen Mikroskoptisch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen in zwei Richtungen verschiebbaren Mikroskoptisch nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Insbesondere bei Mikroskop-Photometern oder Mikrophotometern ist es üblich, zur Abtastung einer Probe den Mikroskoptisch gegenüber dem ortsfest gehaltenen Abtast-Lichtfleck zu bewegen. Die Bewegung erfolgt nach einem bestimmten Bewegungsschema, das dem jeweiligen Meß? weck angepaßt ist. Neben einem linienförmigen Bewegungsschema werden üblicherweise auch meanderförmige oder kammförmige Bewegungsschemata angewandt.

Aus der Druckschrift Carl Zeiss 41-83Od Scho/V/70 Noo ist ein Mikroskop-Photometer mit einem in X- und V-Richtung verschiebbaren Mikroskoptisch bekannt, bei dem für den Antrieb in jeder Richtung jeweils ein Schrittmotor vorgesehen und dem eine Steuerschaltung zugeordnet ist. An je einem Register der Steuerschaltung kann für jede Richtung die Anzahl der auszuführenden Schritte eingestellt werden, was in Verbindung mit einer über einen Drehschalter vorzunehmenden Einstellung der Schrittweite die Vorwahl der Größe der in der jeweiligen Richtung durchzuführenden Verschiebung ermöglicht. Besondere Einzelheiten der Steuerschaltung sind nicht angegeben. Während die genaue Einhaltung der eingestellten Schrittanzahl noch möglich erscheint, ist die Einhaltung der je nach Stellung des Drehschalters unterschiedlich vorgegebenen Schrittweite nur mit begrenzter, vom Steuerungsaufwand für den jeweiligen Schrittmotor abhängiger Genauigkeit möglich. Dies bedeutet, daß auch die Größe der jeweils erzeugten Gesamtverschiebung mit unvermeidbaren Fehlern behaftet ist, wobei sich die Ungenauigkeit der Schrittweite außerdem kumulativ auswirkt. Ferner ist der Aufwand der bekannten Steuerschaltung insbesondere wegen der notwendigen Verwendung teurer Schrittmotore recht groß.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde eine Steuerschaltung für einen Mikroskaptisch zu schaffen, die trotz begrenzten Aufwands noch genau arbeitet. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit der im Patentanspruch gekennzeichneten Steuerschal-

'"ß^fder Erfindung wird eine bestimmte Größe der Verschiebung bzw. Gesamtverschiebung des Mikroskoptisches nicht entsprechend der Vorwahl gesteuert, sondern wegen der Anwendung der mit dem Mikroskoptisch bzw. seinen Antriebsmotoren gekuppelten Inkremental-Codierer, welche die jeweilige Stellung des Mikroskoptisches erfassen, geregelt. Damit hängt die Genauigkeit der Mikroskoptisch-Verstellung letzten Endes nur von der Genauigkeit ab, mit welcher die Inkremental-Codierer arbeiten. Diese aber kann man durch eine entsprechende, an sich bekannte bauliche Ausgestaltung der Inkremental-Codierer gegebenenfalls in Verbindung mit einer einmaligen Justierung derselben sehr hoch festlegen. Außerdem wird, anders als bei der bekannten Anordnung, die einmal festgelegte Genauigkeit durch eine unterschiedliche Vorwahl der Größe der Verschiebung nicht verändert, weil mit dieser Vorwahl kein für die Genauigkeit maßgebendes Glied des Antriebs und der Steuerschaltung beeinflußt wird. Schließlich wirkt sich eine bestimmte, etwa noch vorhandene Ungenauigkeit der Inkremental-Codierer stets in gleicher Weise aus, so daß sie die Reproduzierbarkeit von Messungen nicht beeinträchtigt. Da in Verbindung mit der Regelung bzw. standigen Erfassung der jeweiligen Stellung des Mikroskoptisches einfache, kontinuierlich arbeitende Gleichstrommotoren als Antriebsmotore für den Mikroskoptisch ausreichen, ist auch der bauliche Aufwand durch die Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung verringert.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines scheinatisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. la und Ib die Bewegungsschemata zweier verschiedener Abtastarten eines Mikrophotometers das mit einer Steuerschaltung nach der Erfindung ausgerüstet ist,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung,

F i g. i den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale in der Steuerschaltung nach F i g. 2.

Ein Mikrophotometer besitzt in nicht näher gezeigtei Weise einen Mikroskoptisch, der in X-Richtung und VRichtung gegenüber einem ortsfest gehaltener Lichtfleck von beispielsweise 1 um Durchmesser verschiebbar ist. Zur Durchführung einer Messung wird dei Mikroskoptisch oder kurz Tisch mit einer daraul befindlichen Probe im Bereich des Lichtflecks nacr einem bestimmten Bewegungsschema, das sich nach dei für die Probe gewünschten Abtastart richtet, bewegt Zur entsprechenden Steuerung des Tisches und mit dei AiDtastung in Zusammenhang stehender Teile de: Geräts ist die in Fig. 2 gezeigte Steuerschaltung vorgesehen.

Das Gerät kann man zwischen zwei Abtastarten / und B, die in den Fig. la bzw. Ib gezeigt sind umschalten. Bei der in Fig. la gezeigten Abtastart/ bewegt sich der Tisch nach einem Zickzackschema, um bei der in F ig. Ib gezeigten Abtastart B bewegt sich de Tisch nach einem kammzahnförmigen Schema.

Zunächst soll die Betriebsweise des Mikrophoto mctergeräts in der Abtastart A beschrieben werden

Der Tisch wird so bewegt, daß sich die auf ihm angeordnete Probe in dem Bereich befindet, der durch den Lichtfleck abgetastet werden soll, Hierzu werden über Fernschalter X- und V-Achsantriebseinrichtungen 9 und 10 betätigt, so daß der Tisch in der X- bzw. Y-Achsenrichtung bewegt wird. Hierdurch wird dtr Lichtfleck auf einen Startpunkt A eingestellt, der in Fi g. la gezeigt ist. Dann wird ein durch den Lichtfleck abzutastender Bereich festgelegt und eine Bewegungsstrecke λΌ des Lichtflecks in der X-Achsenrichtung und eine Bewegungsstrecke Y₀ des Lichtflecks in der V-Achsenrichtung vorgewählt. Das Gerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann den Lichtfleck über eine Maximalülrecke von 99 μιη in der A"-Achsen- richiung und über eine maximale Strecke von 99 μιη mit einer Schrittlänge von 1 μιη in der V-Achsenrichtung bewegen. Nun stellt der Benutzer einen Umschaltschalter 42 für die Abtastart auf die Abtastart A. Zum Zeitpunkt ίο, der in Fig. 3 gezeigt ist, wird ein Startknopf gedrückt, um ein Signal von der Steuerschal- zo tung, vgl. F i g. 2, zu der -Y-Achsenaniricbscinriehtung 9 zu liefern, das bewirkt, daß der Tisch sich in der X-Achsenrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit von L. B. 5 μΐη/sec bewegt. Wenn der Startknopf gedrückt wird, wird eine Spule erregt, um eine Lichtabschirmplatte aus dem Lichtweg herauszubewegen. Wenn der Startknopf gedrückt wird, wird außerdem ein Signal zu einem Integrator 12 geliefert, der dann das elektrische Ausgangssignal eines pholoelektrischen Wandlers hinter der Probe integriert. Außerdem kann von dem Ausgangssignal eine fortlaufende Aufzeichnung 13 angefertigt werden.

Wenn sich der Tisch um die Strecke AO bewegt hat, wird zum Zeitpunkt fi ein Stoppsignal von der Steuerschaltung zu der X-Achsenantriebseinrichtung 9 geliefert, um die Bewegung des Tisches zu beenden und die l.ichtabschirmplattc in den Lichtweg zu bewegen. Gleichzeitig wird ein Signal zu dem Integrator 12 geliefert, um dessen Integrationsvorgang zu beenden und den integrierten Wert zu halten. Zusatzlich wird ein Signal von der Steuerschaltung zu der V-Achsenantriebseinrichtung 10 geliefert, um den Tisch in der V-Richtung zu bewegen.

Wahrend der Integrator 12 seinen integrierten Wert halt, wird cm Feststellungsimpuls von der Steuerschaltung zu dem Integrator 12 geliefert, um den in dem integrator 12 gehaltenen integrierten Wert zu einem Addierer 14 zu liefern. Falls es erforderlich ist, kann das Ausgangssignal des Addierers 14 auch zu einem Drucker 15 überführt werden. Nachdem der integrierte Wert festgestellt wurde, wird von der Steuerschaltung ein Rückstellsignal zu dem Integrator 12 geführt, um diesen zurückzustellen.

Wenn sich der Tisch um eine Strecke von Ιμηι in der V-Richtung bewegt hat, wird zum Zeitpunkt (2 ein Signal von der Steuerschaltung zu der V-Achsenantriebseinrichtung 10 geliefert, um die Bewegung des Tisches zu beenden, und damit ist der Abtast- und Integrationsvorgang längs einer Abtastlinic beendet.

Zum Zeitpunkt h wird ein Signal von der .Steuerschaltung zu der A'-Achsenantriebseinrichtung 9 geliefert, das bewirkt, daß sich der Tisch in einer Richtung entgegengesetzt zu der vorhergehenden Richtung längs der Λ-Achse bewegt. Zum Zeitpunkt r_> wird die Lichtabschirmplatte wieder aus dem Lichtweg herausbewegt. Der Integrationsvorgang längs der nächsten Abtastlinie wird in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Die gleichen Abtast- und Integrationsarbeitsgänge werden durchgeführt, wie in F i g. la gezeigt ist, um die integrierten Werte, die durch die aufeinanderfolgenden Abtastungen erhalten werden, dem Addierer 14 zuzuführen. Nach dem letzten Abtastgang wird die Gesamtsumme der integrierten Werte im Addierer 14 vom Drucker 15 ausgedruckt. Diese Gesamtsumme stellt die Gesamt-Lichtmenge dar, die durch die Probe absorbiert wird. Zum Schluß wird ein Signal zum Addierer 14 geliefert, um diesen zurückzustellen.

Bei der Abtastart B gemäß Fig. Ib wird die Integration nur durchgeführt, während sich der Tisch in einer positiven Richtung längs der ΛΓ-Achse bewegt. Die Lichtabschirmplatte befindet sich im Lichtweg, während der Tisch längs des gleichen Abtastweges zurückgeführt wird.

Gemäß Fig.2 umfaßt die X-Achsenantriebseinrich- tung 9 und die V-Achsenantriebseinrichtung 10 je einen Antriebsmotor 20 bzw. 21, einen Inkremcntal-Codicrer 22 bzw. 23 und eine Vorschubspindel für den Mikroskoptisch, die mit dem Antriebsmotor und dem Inkremental-Codierer gekuppelt ist. Die beiden Antriebsmotore 20 und 21 sind jeweils als Gleichsirommutor ausgebildet. Jeder Inkremental-Codierer 22 und 23 besitzt zwei phasenverschobene Ausgänge und gibt der Bewegung des Antriebsmotors und damit des Mikroskoptisches entsprechende digitale Impulse ab. Diese Impulse gelangen nach einer Verstärkung in einem X-Achsenverstärker 24 und einem V-Achsenverstarker 25 zu einer Additions- und Sublraktions-lmpulssehaltung, welche der Feststellung der Drehrichtung dient.

Die Additions- und Substraktions-Impulsrchaltung umfaßt eine X-Achsen-Additionsimpulserzeugerschaltung 26 und eine V-Achsen-Additionsimpulserzeugerschaltung 27. In diesen werden aus zwei vom jeweiligen Inkremental-Codierer 22 bzw. 23 abgegebenen Rechteckwellen, deren Phasen um 90" gegeneinander verschoben sind, während einer Periode vier Additionsund Subtraktions-Ausgangsimpulse erzeugt. Da während einer Periode der Mikroskoptisch um 1 μηι bewegt wird, entsprechend der Bewegungsstrecke von I μιη vier Ausgangsimpulsc. Die Ausgangsimpulse gelangen zu einer A'-Achsen-Additions- und Subtraktionstorumschaiterschaltung 28 bzw. zu einer V-Achsen-Additionsund Subtraktionstorumschalterschaltung 29. Hier wird festgestellt, ob die Ausgangsimpulse von den Schaltungen 26 und 27 Additions- oder Subtrakiionsimpulse sind, also die eine oder andere Drehrichtung des jeweiligen Antriebsmotors und damit die eine oder andere Bewegungsrichtung des Mikroskoptisches angeben. Die Schaltungen 28 und 29 geben entsprechend einen Ausgangszählimpuls und dazu ein Additions- oder Subtraktionssignal an eine Steuersignalerzeugerschallung 30 weiter.

Die Steuersignalerzeugerschaltung 30 ist mit einem 2-Richtungs-modulo-4-Zählcr verschen, der für je vier Ausgangszählimpulse von der Schaltung 28 oder 29 einen Zählimpuls abgibt, so daß dieser Zählimpuls einer Bc'vcgungsstrecke des Mikroskopisches von 1 μιη entspricht.

Kin /Y-Achsen-Rückstellschalter 31 und ein Y'-Achsen-Rückstellschalter 32 liefern bei Betätigung jeweils ein Rüi-kstellsignal an die SieikTsignalerzeugerschal-Ui ng 30.

Die Zahlimpulse von der Steuersignalcrzeugerschaltung gelangen zu einem 2-Richuings-lmpulszähler 33 für die .V-Aclisc bzw. zu einem 2-Richtungs-lmpulszähler 34 für die V-Achse. Den Riclitungsumschalteingängcn dieser 2-Richtuiigs-lmpulszähler werden die Addi-

lions- und Subtraktionssignale von den Schaltungen 28 bzw. 29 zugeführt. Hierdurch werden die 2-Richtungs-Impulszähler je nach Drehrichtung des zugeordneten Antriebsmotors auf Additions oder Subtraktion geschaltet. Der Zählausgang des 2-Richtungs-lmpulszählers 33 für die X-Achse ist mit einer X-Achsen-Bewegungsstrecken-Anzeigc 35 verbunden, während der Zählausgang des 2-Richtungs-Impulszählers 34 für die V-Achse mit einer Y-Achsen-Bewegungsstrccken-Anzeige 36 verbunden ist. Beide Anzeigen 35 und 36 zeigen die Bewegungsstrecke des Mikroskoptisches in der jeweiligen Achsrichtung numerisch in μιη an.

Die BCD-codiertcn Zählausgänge der beiden 2-Richtungs-Impuläzähler gelangen außerdem zu einem zugeordneten digitalen X-Achscn-Vcrgleichsglicd 37 bzw. einen digitalen Y-Achsen-Vergleichsglicd 38. Die beiden Vergleichsglicdcr erhallen außerdem von einem X-Achsen-Vorwahlschaltcr 39 bzw. einem Y-Achsen-Vorwahlschaltcr 40 BCD-codicrtc Vorwahlsignale, die mit den Zählausgängen der 2-Richtungs-lmpulszähler forllaufend verglichen werden. Bei Übereinstimmung gibt das jeweilige Vcrglcichsglicd 37 bzw. 38 ein Koinzidenzsignal ab.

Das Koinzidcnzsignal des X-Achscn-Vergleichsglicdes gelangt zu einer Kontrollschaltung 4t. An diese sind auch ein Startschallcr 42' und ein Stoppschilder 43' angeschlossen. Außerdem empfängt die Kontrollschaltung 41 von der SteucrsignalerzcugcrschalUing 30 ein X-Achscn-Rückstellsignal, das auch noch dem 2-Richtungs-lmpulszählcr 33 zugeführt wird, und ein Y-AcIv sen-Rückslcllsignal, das auch noch dem 2-RichUmgs-lm· puls/.iihlcr 34 zugeführt wird. Schließlich ist auch noch der Abtastart-Umschalter 42 an die Kontrollschaltung 41 angeschlossen. Durch entsprechende Einstellung des Umschalters 42 wird eines der beiden in Fig. 1 gezeigten Bewegungsschemata des Mikroskoptisches programmiert. Die Kontrollschaltung 41 erzeugt ein Vorwärtssignal, ein Rückwärtssignal und ein Sioppsignal, die entsprechend der Programmierung an eine X-Achsen-Ausgangstorschaltung 43 abgegeben werden.

Die X-Achsen-Ausgangstorschaltung beaufschlagt je

ίο nach Ansteuerung eine X-Achscn-Motorantricbsschallung 44, welche den X-Achscn-Antricbsmotor 20 so speist, daß er mit der von der Kontrollschaltung 41 vorgegebenen Drehrichtung und Dauer läuft. Die X-Achscn-Ausgangstorschaltung 43 erzeugt ferner ein Y-Achscn-Startsignal, das zu einer Y-Achscn-Ausgangstorschaltung 45 gelangt, die außerdem vom V-Achscn-2-Richtungs-lmpulszählcr 34 ein 1 μηι-Schriit-Stoppsignal und vom Y-Achscn-Vcrglcichsglied 38 dessen Koinzidenzsignal erhält. Entsprechend diesen Signalen wird eine Y-Achscn-Motorantricbsschaltung 46 angesteuert, die den Y-Achscn-Antricbsmotor 21 für eine bestimmte Drchrichtung und Dauci speist. Außerdem erzeugt die Y-Achsen-Ausgangstorschaltung 45 ihrerseits ein X-Achsen-Startsignal für die X-Achsen-Ausgangstorschaltung 43.

Mittels zweier Fernschalter 47 und 48 für die X-Achs( und die Y-Achse kann der Mikroskopisch auch voi Hand bewegt werden. Schließlich ist eine Aufzeich nungssteucrschaltung 49 vorgesehen, welche das Auf zcichnungsgerät 13, den Addierer 14 und den Drucke 15 nur während bestimmter Zeiten einschaltet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerschaltung für einen in zwei Richtungen (X, Y) verrchiebbaren Mikroskoptisch mit je S einem Antriebsmotor für beide Richtungen sowie mit je einer Vorwahleinrichtung für beide Richtungen zur Vorwahl der Größe der Verschiebung in der jeweiligen Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsmotor (20; 21) als Gleichstrommotor ausgebildet und mit einem Inkremental-Codierer mit zwei phasenverschobenen Ausgängen (22; 23) gekuppelt ist, der der Bewegung des Antriebsmotors entsprechende digitale Impulse abgibt und über eine Additions- und '5 Subtraktions-Impulsschaltung (26-29), welche der Feststellung der Drehrichtung dient, einem 2-Richtungs-Impulszähler (33; 34) zuführt, dessen Ausgang mittels eines digitalen Vergleichsgliedes (37; 38) fortlaufend mit dem digitalen Ausgang der entsprechenden Vorwahleinrichtung (39; 40) verglichen wird, und daß die Steuerung der Antriebsmotore nach Maßgabe der Koinzidenzsignalc von den Vergleichsgliedern (37, 38) über eine Kontrollschaltung (41) geschieht, die immer nur einen der beiden Antriebsmotore zum Laufen freigibt und wahlweise für eines von mehreren bestimmten Bewegungsschemata (Fig. la, Ib) des Mikroskoptisches programmierbar ist.

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