Het werk met vergrootglazen en microscopen beperkt de bewegingsvrijheid. Met een vergrootglas moet de gebruiker een vaste afstand tot het object hanteren en microscopen zijn vaak groot en onhandig. Beide oplossingen bieden bovendien maar een beperkt gezichtsveld. Vooral in de medische wetenschap is dit een groot nadeel. Tenslotte hanteert de natuur maar weinig "standaardformaten", en het menselijk lichaam vormt hierop geen uitzondering. Life Optics®, een Oostenrijks technologiebedrijf, heeft voor dit werkveld een veelgevraagde oplossing ontwikkeld: een geavanceerde headset voor microscopie. Hiermee kunnen onderzoekers en behandelaars zich volledig vrij bewegen. Het systeem stelt automatisch scherp, net als een moderne videocamera. De gebruiker hoeft geen vaste afstand aan te houden, wat een enorm voordeel is ten opzichte van een vergrootglas. De twee onafhankelijke lenssystemen leveren bovendien een 3D-beeld.
In de praktijk
Oneindig variabele zoomfuncties, automatische scherpstelling en parallax-besturing: de aanpassingen van de operatiemicroscoop in de headset vereist complexe mechanica. Life Optics® wilde een compacte, betrouwbare en lichtgewicht headset bouwen, en benaderde de FAULHABER PRECIstep, de specialist voor miniatuurstappenmotoren binnen de FAULHABER Group. Het resultaat van de samenwerking: extreem nauwkeurige technologie in de kleinst mogelijke ruimte. De Varioscope AF3 is de basisuitvoering, waarmee gebruikers zich vrij kunnen bewegen in een bereik van 300 tot 600 mm werkafstand. Met hun voet bedienen ze de zoomfunctie die een oneindig variabele vergroting van 3,6 tot 7,2 biedt. Het gezichtsveld is 30 tot 144 mm, en de pupilafstand kan individueel worden aangepast voor iedere gebruiker. De Varioscope® M5 biedt een uitschuifbaar modulair optisch systeem. De oculairs kunnen worden verwisseld voor een groter vergrotingsbereik en een ingebouwde verlichting gaat verstorende schaduwen tegen. Een uitgebreide mogelijkheid om aanpassingen uit te voeren voor individuele ogen maakt de headset extra gebruikersvriendelijk. Optioneel kan het systeem worden uitgerust met een videocamera om operaties precies op te nemen. Life Optics heeft hiermee een schaalbare technologie ontworpen voor een reeks uiteenlopende vereisten. Dankzij het ingenieuze ontwerp kan de headset probleemloos tussen verschillende werkplekken worden getransporteerd.
De kern van de mechanica
De headset is extreem complex en tegelijkertijd draagbaar. Hiervoor is het systeem sterk afhankelijk van geavanceerde stappenmotoren. In tegenstelling tot DC-motoren bewegen stappenmotoren per puls één stap, waarbij de hoek afhangt van het specifieke ontwerp. Het aantal digitale uitgangspulsen komt dus altijd overeen met een specifieke rotatie. Dat maakt extra lineaire of hoekpositiesensoren overbodig. De aandrijving is met deze opbouw kleiner en lichter, en eenvoudiger aan te sturen. In de Varioscope® zijn twee motoren vereist voor ieder oog. De AM 1020 met een diameter van 10 mm is verantwoordelijk voor de scherpstelling en de AM 0820 met een diameter van 8 mm drijft de zoomfunctie aan. De aandrijving voor de scherpstelling werkt vrijwel continu, omdat deze iedere beweging van het hoofd moet compenseren. Beeldvormende systemen van dit formaat zijn precisie-instrumenten die extreem hoge eisen stellen aan de nauwkeurigheid van de positionering. FAULHABER PRECIstep gebruikte een spindel met microtanden om afwijkingen door spelingen in de mechanica tegen te gaan. Met een spindelhoek van 0,2 mm en in combinatie met de ingebouwde motoren levert deze aanpak een resolutie van 10 µm. Zowel zoom als scherpstelling werken met een hoge resolutie, volledig spelingsvrij en zonder schokken. Hiervoor zijn de spindelassen ook extra gepolijst, wat normaal alleen in de horlogerie wordt gedaan. In combinatie met een speciaal smeermiddel verlaagt dit de frictie aanzienlijk en dus ook het benodigde aanloopkoppel. Met extra voorspanning door schijfveren voor de precisiekogellagers is de spelingsvrije beweging mogelijk bij koppels tot 1 N – wat in de praktijk eigenlijk nooit gehaald wordt.
Kleine krachtpatsers
Stappenmotoren zijn geschikt voor veel positioneringstaken, zelfs bijzonder dynamische. Dankzij de zorgvuldige materiaalselectie kunnen deze miniatuureenheden tot 1200 t.p.m. versnellen in één stap, zonder hun doel voorbij te schieten. Hoogwaardige NdFeB-magneten met superieure temperatuurbestendigheid vormen de sleutel tot hun prestaties. De motoren kunnen zelfs dagen achter elkaar continu probleemloos werken bij een behuizingstemperatuur van 70 °C – zonder onderbrekingen. Hierbij kan de temperatuur van de spoel oplopen tot 120° C en die van de magneet tot 100° C, zonder dat dit de levensduur of de effectiviteit negatief beïnvloedt. Deze eigenschappen worden versterkt door een speciaal smeermiddel dat goed bestand is tegen extreme temperaturen en tegen veroudering. Dit soort standaardmotoren werken zelfs in de ruimtevaart, met specificaties voor 4 K. Bovendien hebben ze bewezen dat ze ook na jaren stilstand nog steeds werken volgens de hoogste standaarden (zelfs na zeven jaar stilstand). Nog een voordeel van deze micromotoren: de bedrijfsspanning van 3 V. Traditionele DC-motoren vereisen een stuurspanning van minstens 5 V voor de sensortechnologie. De miniaturen zijn verkrijgbaar voor bedrijfsspanningen tot 12 V. Het is belangrijker dan ooit om extreem kleine structuren te kunnen herkennen en vergroten. Moderne micromechanische technologie met microstappenmotoren maakt de ultieme bewegingsvrijheid mogelijk. De compacte headset van Life Optics levert scherpe, driedimensionale beelden, terwijl de drager beweegt, zonder overmatige belasting van de ogen. Life Optics & FAULHABER: de grenzen van de wetenschap verleggen en een belangrijke bijdrage leveren aan de kwaliteitsborging.
Producten
