专利名称：基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光学显微镜的基于便携桥搭结构的自动控制台。
背景技术：
目前显微镜已广泛应用到教育、生物、医疗等各领域，但大多数显微镜的操作使用 繁琐，如果观察样品多，观察时间长，人眼疲劳程度增加，不但损伤身体，而且观察准确度也 大大降低。中国专利申请号031243020，公开了一种光学自动显微镜，该自动显微镜由目镜、 物镜、载物台、聚光镜、照明光源构成主体显微镜，主体显微镜顶部装有一个图像扫描摄像 机，载物台上设有水平横轴电机和水平纵轴电机通过连接传动机构来实现控制，实现了光 学显微镜的自动调焦以及载物台的X、Y向控制，在原有显微镜的基础上加装了重新设计的 电机传动式载物台，摒弃了传统光学显微镜的旋钮控制，使得控制机构的实现复杂且制造 成本大，而且装有电机的新载物台加装于原有载物台台面之上使得原载物台承载较大，势 必影响显微镜的控制精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于光学显微镜的自动控制台，该控制台在不改装旋钮 控制的基础上通过桥搭耦合连接结构实现多种型号光学显微镜的自动控制，包括自动调 焦、载物台X、Y方向自动移动和自动调光，且制造简单成本低。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是具有控制平台，控制平台上面连接 放置显微镜的中央放置台，控制平台上分别设置粗、细调焦控制机构、随动升降台和光源控 制机构，粗、细调焦控制机构分别分布于中央放置台左右两侧、且均由一带动显微镜焦距调 节旋钮旋转的可控伸缩式桥搭结构组成；位于中央放置台一侧的随动升降台上设有均由一 双伸缩柱链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成的显微镜载物台的X、Y向控制机构；显微 镜的上部设置图像扫描摄像机，图像扫描摄像机连接计算机。本发明与已有技术相比，具有如下优点1、采用一种简易桥搭式控制机构实现对显微镜灵活控制，并不对原有显微镜做任 何改装，所以控制简单、实用、方便且容易用于其它显微镜。2、本发明所涉及的简易桥搭机构均采用简易的元件及结构，复杂度低且极易加 工，因此整个控制台的成本很低。3、具有新颖的防滑环抱式齿轮，安装简单并且彻底解决了直接对旋钮控制的打滑 及失步问题。4、将承载载物台X、Y向控制机构的联动升降台安装固定于载物台根部与显微镜 镜体连接处，使得载物台承受力矩不大且整个控制机构都能跟随载物台升降，从而解决了 载物台在调焦过程中的升降联动问题。5、载物台X、Y向控制机构通过双伸缩柱链条桥搭结构以及旋转桥搭结构来控制 载物台的Χ、γ向运动，实现了载物台Χ、γ向旋钮运动控制的解耦，从而解决了载物台旋钮控制中的旋钮联动问题。6、本发明的粗、细调焦控制机构、载物台X、Y向控制机构、光源控制机构中的大多 数结构都采用了可移动或者可伸缩结构，使得整个控制台适用于多种型号的光学显微镜。7、伸缩调节机构均采用简易的螺栓定位，手动扭动即可，无需其它工具，便于手动 控制和机器控制的切换，也方便控制台与显微镜的分离。8、上位机建立了良好的人机界面，能够实现图像的自动调焦、扫描、存储，亦可实 现精确的人工控制。9、上位机通过编程写入了快速检测算法，能对待测对象进行快速全方位图像扫描 禾口记录。
图1是本发明与光学显微镜13组成的实施结构图。图2是图1中去掉显微镜13后本发明的主视图。图3是图2的俯视图。图4a是图2中粗调焦控制机构2的装配结构图；图4b是图3中细调焦控制机构 3的装配结构图。图5是图2中X向控制机构4的装配结构图，其中5a是其俯视图；图5b是其左视 图。图6是图2中Y向控制机构5的装配结构图，其中图6a是旋转桥搭结构的正视图 图6b是旋转桥搭结构的啮合传动关系图。图7是载物台旋钮与双伸缩柱链条桥搭结构以及旋转桥搭机构三者之间的传动 关系图，其中图8a是其正视图；图8b是其俯视图。图8是图7中环抱型防滑齿轮结构图，其中图7a是其正视图，图7b是其俯视图。图9本发明软件控制路线图。图10是本发明的控制流程图。图中1.中央放置台；2.粗调焦控制机构；3.细调焦控制机构；4. X向控制机构； 5. Y向控制机构；6.光源控制机构；7、8、9.滑动槽；10.随动升降台；11.控制平台；12.图 像扫描摄像机；13.显微镜；14、15.载物台焦距调节旋钮；16.调光旋钮；17. X向旋钮；18. Y 向旋钮；201,301.紧固螺母；202、302.底部螺纹柱；203、303.柱体；204、304.螺栓；205、 305.伸缩柱；207,307.步进电机；208,308.环抱控制钮；209,309.紧固螺栓；401.第三柱体；403，第四柱体；402.第一齿轮；405.第二齿轮；404，第三紧固螺 栓；406，第二步进电机；407、412，齿轮链条；408，下链条；409，上链条；410.第一滑动伸缩 柱；411，第二滑动伸缩柱；413、415.内齿；414、416.外齿；417.螺栓；501.底座；502.旋转平台；503.第五柱体；504.第三滑动伸缩柱；505.第三齿轮； 506.第三步进电机；507.第六柱体；508.电机；509.第四齿轮；511，螺栓。
具体实施例方式参见图1-3，本发明的最下部为控制平台11，在控制平台11上分别安装中央放置台1、粗调焦控制机构2、细调焦控制机构3、随动升降台10、光源控制机构6、显微镜载物台 的X向控制机构4和Y向控制机构5。显微镜13放置在中央放置台1上，显微镜13具有的 载物台焦距调节旋钮14和15分别位于载物台两侧，显微镜13的X向旋钮17和Y向旋钮 18位于载物台一侧。在显微镜13的上部设置图像扫描摄像机12，用于采集扫描到的显微 图像，将图像扫描摄像机12加装于显微镜的物镜观测点上并连接计算机，将显微图像实时 传送给计算机。粗调焦控制机构2和细调焦控制机构3分别分布在中央放置台1的左右两 侧，在控制平台11上开有滑动槽7、8，粗调焦控制机构2和细调焦控制机构3分别通过滑动 槽7、8固定在控制平台11上，见图2。X向控制机构4和Y向控制机构5设置在中央放置 台1的同侧，在X向控制机构4的相对一侧设置光源控制机构6。控制平台11上开有滑槽 9，光源控制机构6的底部固定在控制平台11上开有的滑槽9上，光源控制机构6顶端的设 有齿轮，该齿轮与显微镜13上的调光旋钮16啮合，显微镜13的调光便通过该齿轮与调光 旋钮16啮合连接进行控制。为了解决调焦时出现的载物台升降问题，在控制平台11上安 装随动升降台10，随动升降台10位于中央放置台1的一侧，将X向控制机构4和Y向控制 机构5安装在随动升降台10上。粗调焦控制机构2和细调焦控制机构3均由一可控伸缩式桥搭结构组成，参见图 4中的a、b图，其中，a图为粗调焦控制机构2的可控伸缩式桥搭结构，b图为细调焦控制 机构3的可控伸缩式桥搭结构，细调焦控制机构3与粗调焦控制机构2的结构相同，所不同 的是粗调焦控制机构2在安装时与粗调焦控制机构2相面对布置。粗调焦控制机构2 (细 调焦控制机构3)的可控伸缩式桥搭结构包括有底部螺纹柱202 (302)、柱体203 (303)、伸缩 柱205 (305)和步进电机207 (307)。其中，柱体203 (303)为直角柱形状，柱体203 (303)的 纵向底部延伸底部螺纹柱202 (302)，底部螺纹柱202 (302)穿过滑动槽7 (8)，通过紧固螺母 201(301)来锁定柱体203 (303)的位置，使得柱体203 (303)可在滑动槽7 (8)内滑动。在 柱体203 (303)的横向端安装伸缩柱205 (305)，伸缩柱205 (305)伸入柱体203(303)的横 向端的孔中，通过一组螺栓204(304)来锁定伸缩柱205 (305)的位置，使伸缩柱205 (305) 可在柱体203 (303)内滑动。伸缩柱205 (305)的内孔中固定有步进电机207 (307)，步进 电机207 (307)的输出轴固定连接环抱控制钮208(308)，环抱控制钮208(308)的内壁设 置了与显微镜13上的载物台焦距调节旋钮14(15)相啮合的纹路，进而可以通过步进电机 207(308)的旋转带动调节旋钮14(15)的旋转，在环抱旋钮208 (308)两侧装有紧固螺栓 209 (309)，当环抱旋钮208 (308)与调节旋钮14(15)压紧后，紧固螺栓209 (309)起到防滑 作用。粗调焦控制机构2和细调焦控制机构3分别通过调节滑动的205(305)的长度将环 抱控制钮208(308)与焦距调节旋钮14(15)啮合连接，通过紧固螺栓209、309将环抱旋钮 与调节旋钮压紧，实现无滑动连接。通过步进电机207 (307)带动焦距调节旋钮14(15)旋 转，分别实现焦距的粗调与细调。参见图5，显微镜载物台的X向控制机构4由位于随动升降台10上的一双伸缩柱 链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成，Y向控制机构5也由位于随动升降台10上的一双 伸缩柱链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成。该双伸缩柱链条桥搭结构包括第三柱体 401和第四柱体403，两柱体401、403的底部均垂直固定于随动升降台10上。两柱体401、 403的顶部孔中分别安装第一、第二滑动伸缩柱410、411，并且分别通过第三紧固螺栓404 来锁定滑动伸缩柱410、411的停留位置。第二滑动伸缩柱410顶部装有第二步进电机406，
5第二步进电机406的输出轴上安装有齿轮链条407，而滑动伸缩柱411顶部则直接安装带有 滚动轴承的另一齿轮链条412。在第一、第二滑动伸缩柱410、411之间连接上链条409和下 链条408，上链条409和下链条408分别连接于两滑动伸缩柱410、411的顶端和中间位置， 并使上链条409与两齿轮链条407、412同时啮合连接，实现无阻力自由滑动。此外，在两柱 体401、403中部分别采用带有滚动轴承的第二齿轮405和第一齿轮402，第二齿轮405和第 一齿轮402同时与下链条408啮合连接。X向控制机构4和Y向控制机构5的旋转桥搭结构如图6所示，旋转桥搭结构包括 固定的底座501，底座501由柱体507支撑固定于随动升降台10上，在底座501上连接旋 转平台502，通过第六柱体507内孔中具有内齿的齿轮结构将旋转平台502与底座501连 接在一起，旋转平台502可绕底座501自由转动。在旋转平台502的一侧固定一个第五柱 体503，旋转平台502上与第五柱体503相对一侧固定连接电机508，电机508的输出轴上 连接第四齿轮509，第四齿轮509与底座501的相应的内齿啮合连接，这样当电机508带动 第四齿轮509旋转时就会带动旋转平台502旋转，从而带动第五柱体503移动。在第五柱 体503顶端内孔中设置第三滑动伸缩柱504，第三滑动伸缩柱504的高度由螺栓511固定， 第三滑动伸缩柱504顶部装有第三步进电机506，第三步进电机506输出轴上装有能与图5 中的下链条408相啮合的第三齿轮505。参见图7和8，将X向控制机构4和Y向控制机构5双伸缩柱链条桥搭结构的齿轮 链条407、以及旋转桥搭结构的第三齿轮505分别各连接一个环抱型防滑齿轮，这两个环抱 型防滑齿轮分别具有外齿414、416以及内齿413、415两部分。内齿413、415与载物台X、Y 调节旋钮17、18进行啮合连接，采用螺栓417将齿轮固定于旋钮的合适位置。外齿414、416 分别与上、下链条409、408的一侧啮合连接。旋转桥搭结构的第三齿轮505与下链条408 的另一侧啮合连接。这样第二步进电机406通过齿轮链条407带动上链条409从而带动载 物台X向旋钮17进行旋转，第三步进电机506通过第三齿轮505桥搭于下链条408带动载 物台Y向旋钮18进行旋转，实现了显微镜载物台的X、Y向旋钮17、18的联动解耦。采用上述的双伸缩柱链条桥搭结构和旋转桥搭结构可使X向控制机构4和Y向控 制机构5的上、下链条409、408与连接显微镜13的X向旋钮17和Y向旋钮18上的环抱防 滑齿轮的外齿414、416部分保持在同一高度啮合。参见图9和10，本发明控制平台的软件设计路线及通过Visual C++设计的软件 程序界面，控制策略分为自动检测图像采集和人工控制及人工图像采集。自动检测通过优 化算法实现显微镜13的自动调焦、调光、自动定位，并且对待测对象进行全景图像扫描、实 时图像采集及存储。人工控制则通过友好人机界面，将待执行控制指令通过RS-232，或者 USB接口协议传送至嵌入式控制系统，嵌入式控制系统则通过相应的控制指令驱动相应的 电机。子程序界面的框内实时显示图像的变化，以及当前图像的位置坐标。综上，本发明控制平台11上的各个机构与整个显微镜13的控制配合，载物台X、 Y向控制机构4、5位于随动升降台10上，解决了调焦时出现的载物台升降跟踪控制问题。 另外由于本发明大多数的机构都采用了可移动可伸缩调节结构，使得整个控制平台11适 用于多种型号光学显微镜，且便于显微镜13与控制平台11的分离。为了使显微镜13上的 X、Y向旋钮17、18不打滑，将防滑环抱齿轮分别加装于X、Y向旋钮17、18上。所述的双伸 缩柱链条桥搭结构有两个可滑动伸缩柱，其中一个伸缩柱顶端装有一个由步进电机控制的
6齿轮，下方装有一个滑动齿轮，而另一个伸缩柱则分别装有上、下两个滑动齿轮。两个伸缩 柱由大于载物台活动长度的链条与所对应的齿轮啮合相连；所述旋转桥搭机构设有旋转平 台，旋转平台上装有伸缩柱，伸缩柱顶端装有电机及与链条相啮合的齿轮。所述载物台控制 机构通过上链条与载物台的上旋钮啮合相连来实现载物台的X向控制，通过旋转桥搭结构 与下链条桥搭啮合连接来实现载物台的Y向控制。
权利要求
一种基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，具有控制平台(11)，控制平台(11)上面连接放置显微镜的中央放置台(1)，其特征在于控制平台(11)上分别设置粗、细调焦控制机构(2、3)、随动升降台(10)和光源控制机构(6)，粗、细调焦控制机构(2、3)分别分布于中央放置台(1)左右两侧、且均由一带动显微镜焦距调节旋钮(14、15)旋转的可控伸缩式桥搭结构组成；位于中央放置台(1)一侧的随动升降台(10)上设有均由一双伸缩柱链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成的显微镜载物台的X、Y向控制机构(4、5)；显微镜的上部设置图像扫描摄像机(12)，图像扫描摄像机(12)连接计算机。
2.根据权利要求1所述的基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，其特征在于所述 粗、细调焦控制机构(2、3)的可控伸缩式桥搭结构分别包括直角状柱体(203、303)，在柱体 (203,303)纵向底部延伸底部螺纹柱(202、302)，底部螺纹柱(202、302)穿过设置在控制 平台(11)上开有的滑动槽(7、8)，紧固螺母(201,301)锁定柱体(203,303)；在柱体(203、 303)横向端设有伸入其中的伸缩柱(205、305)，以一组螺栓(204,304)锁定伸缩柱(205、 305)；伸缩柱(205,305)内孔中固定有步进电机(207、307)，步进电机(207,307)输出轴固 定连接环抱控制钮(208、308)，环抱控制钮(208、308)的内壁设有与显微镜焦距调节旋钮 (14,15)相啮合的纹路，环抱旋钮(208,308)两侧设有紧固螺栓(209,309).
3.根据权利要求1所述的基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，其特征在于所述 X、Y向控制机构(4、5)的一双伸缩柱链条桥搭结构包括底部均垂直固定于随动升降台(10) 上的第三、第四柱体(401、403)、第三、第四柱体(401、403)顶部孔中分别设有第一、第二滑 动伸缩柱(410、411)，且以第三紧固螺栓(404)锁定；第一滑动伸缩柱(410)顶部设有第 二步进电机(406)，第二步进电机(406)的输出轴上设有齿轮链条(407)，第二滑动伸缩柱 (411)顶部设一带有滚动轴承的另一齿轮链条(412)，在第一、第二滑动伸缩柱(410、411) 之间连接上、下链条(409、408)，上链条(409)与两齿轮链条(407、412)同时啮合，在第三、 第四柱体(401、403)中部分别设一带有滚动轴承的第二、第一齿轮(405、402)，第二、第一 (405,402)同时与下链条(408)啮合；所述Χ、Υ向控制机构(4、5)的旋转桥搭结构包括由第六柱体(507)固定支撑于随动升 降台(10)上的底座(501)，底座(501)连接绕其转动的旋转平台(502)，在旋转平台(502) 的一侧固定第五柱体(503)，相对一侧固定连接有电机(508)，电机(508)输出轴上连接有 第四齿轮(509)，第四齿轮(509)与底座(501)上相应内齿啮合；在第五柱体(503)顶端内 孔中设置有第三滑动伸缩柱(504)，第三滑动伸缩柱(504)顶部装有第三步进电机(506)， 第三步进电机(506)输出轴上设有与所述下链条(408)相啮合的第三齿轮(505)。
4.根据权利要求3所述的基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，其特征在于所述 齿轮链条(407)、第三齿轮(505)分别各连接一个环抱型防滑齿轮，两环抱型防滑齿轮分别 具有外齿(414,416)和内齿(413、415)，内齿(413,415)与显微镜上的Χ、Υ向旋钮(17,18) 啮合，外齿(414、416)分别与所述上、下链条(409、408)的一侧啮合，所述第三齿轮(505) 与所述下链条(408)的另一侧啮合。
5.根据权利要求1所述的基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，其特征在于所述 光源控制机构(6)的底部固定于控制平台(11)上开有的另一滑槽(9)上、顶端设有与显微 镜上的调光旋钮(16)相啮合的齿轮。
全文摘要
本发明公开一种基于便携桥搭结构的显微镜自动控制台，控制平台上面连接放置显微镜的中央放置台，控制平台上分别设置粗、细调焦控制机构、随动升降台和光源控制机构，粗、细调焦控制机构分别分布于中央放置台左右两侧、且均由一带动显微镜焦距调节旋钮旋转的可控伸缩式桥搭结构组成；位于中央放置台一侧的随动升降台上设有均由一双伸缩柱链条桥搭结构和一旋转桥搭结构组合成的显微镜载物台的X、Y向控制机构；显微镜的上部设置图像扫描摄像机，图像扫描摄像机连接计算机；本发明解决了直接对旋钮控制的打滑及失步问题，控制简单、实用、方便且容易用于其它显微镜。
文档编号G02B21/24GK101975987SQ201010297468
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者周晓迪, 张业成, 张荣标, 杨宁 申请人:江苏大学