Автоматизированный поворотный предметный столик для поляризационного микроскопа

Актуальность

Изучение свойств и состава морских донных отложений очень важно для планирования деятельности человека в Мировом океане и изучения истории нашей планеты. Одним из наиболее распространённых методов определения состава донных осадков является их изучение в виде микропрепаратов под поляризационным микроскопом. Анализ таких микропрепаратов – это очень трудоёмкая работа, в ходе которой создаётся высокая нагрузка на глаза. При этом исследователь не видит полной картины сразу и делает вывод о характеристиках рассматриваемого образца на основе изучения отдельных его областей. Автоматизация процесса изучения микропрепаратов в геологии (с применением установок с числовым программным управлением) позволит значительно снизить временные затраты и влияние «человеческого фактора», сохранить здоровье людей и повысить точность исследования.

Цель

Создание рабочего прототипа бюджетного автоматизированного поворотного предметного столика для поляризационного микроскопа Биомед-5П.

Задачи

1. Проектирование, изготовление и сборка основных конструкционных элементов автоматизированной установки и испытательного стенда.
2. Подбор, подключение основных электронных и электромеханических компонентов.
3. Создание программы для управления работой автоматизированного столика микроскопа.

Описание

Для реализации проекта была выбрана стандартная схема, широко используемая при создании бюджетных ЧПУ-установок. В качестве контроллера, управляющего перемещением рабочих частей установки, использовалась плата Arduino UNO. На Arduino с помощью программы Arduino IDE было загружено программное обеспечение (прошивка) GRBL v.1.1, находящееся в открытом доступе и разработанное группой энтузиастов для управления ЧПУ-станками. К платформе Arduino через специальный ЧПУ-модуль CNC-shield v.3.0 подключены шаговые двигатели, драйверы двигателей и концевые выключатели.

Оборудование

• Поляризационный микроскоп Биомед-5П – 1 шт.
• Препаратоводитель для микроскопа – 1 шт.
• Цифровая фотокамера для микроскопа Altami UCMOS14000KPA – 1 шт.
• 3D-принтер FELIX 3.0 – 1 шт.
• PLA-пластик, пруток, диаметром 1.75 мм – 0.7 кг
• Многофункциональная паяльная станция
• Персональные компьютеры
• Одноплатный компьютер Raspberry Pi 3 Model B+ – 1 шт.
• Плата Arduino Uno
• Модуль для Arduino – CNC Shield v.3.0
• Шаговые двигатели 28byj-48 – 3 шт.
• Драйверы шаговых двигателей A4988 – 3 шт.
• Концевые выключатели – 3 шт.
• Соединительные провода и кабели
• Блок питания 12 В 36 Вт
• Фанерный лист толщиной 10 мм и крепёж

Результаты работы

В результате работы над проектом создан рабочий прототип автоматизированного вращающегося предметного столика поляризационного микроскопа. Под управлением специально написанной программы на G-code микропрепарат смещается под объективом микроскопа с заданным шагом по определённой траектории и фотографируется. В результате получается серия перекрывающихся фотоснимков, которые затем могут быть объединены в фотопанораму высокого разрешения. После завершения такого фотосканирования предметный столик поворачивается на заданный угол, и съёмка повторяется. Фотографирование происходит в проходящем и поляризованном свете. Переключение между режимами происходит вручную единожды для каждого препарата.

Перспективы использования результатов работы

Планируется осуществить автоматизацию переключения между режимами проходящего и поляризованного света, ускорить работу установки, добавить функцию автоматической фокусировки и мультифокусной съёмки. Полученные в результате работы прототипа данные создадут основу для расширения области применения методов машинного обучения при исследовании состава морских донных осадков.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук.