MIKROMANIPULIATORIAUS TIKSLUMO CHARAKTERISTIKŲ TYRIMAS

Ištrauka

MIKROMANIPULIATORIAUS TIKSLUMO CHARAKTERISTIKŲ TYRIMAS
Baigiamasis magistro darbas

TURINYS
TURINYS 7
PAVEIKSLŲ SĄRAŠAS 8
ĮVADAS 11
1. MIKROMANIPULIAVIMO SISTEMŲ APŽVALGA 14
1.1 Mikromanipuliatorių savybės 14
1.2 Mikroskopų konstrukcijų apžvalga 15
1.3 Tikslumo matavimo metodikos 17
1.4 Vaizdo atpažinimo taikymas 22
1.5 Tyrimų metodikos pasirikimas 24
2. MIKROMANIPULIATORIAUS TIKSLUMO EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI 25
2.1 Tiriamasis manipuliatorius 25
2.2 Mikromanipuliatoriaus tikslumo tyrimų metodika 28
2.1.1 Tikslumo matavimas taikant išorinius įrenginius 28
2.1.2 Tikslumo matavimas taikant vaizdo atpažinimo metodą 28
2.3 Tyrimo metodų eiga 29
2.3.1 Matavimai naudojant išorinius matavimo įrenginius 29
2.3.2 Statistinis duomenų apdorojimo metodas 31
2.3.3 Matavimai naudojant vaizdo atpažinimo metodą 34
2.4 Eksperimentinių tyrimų stendas ir naudojama įranga 36
2.5 Matavimai naudojant mikroskopo kamerą 39
2.6 Eksperimentinių tyrimų rezultatai ir analizė 43
2.6.1 Statistinis duomenų apdorojimas 49
2.7 Vaizdo atpažinimo ir fizinių matmenų koreliacija 51
2.8 Lazerinio optinio jutiklio matavimų ir vaizdo atpažinimo palyginimas 53
IŠVADOS 55
LITERATŪRA 57
PRIEDAI 60

ĮVADAS
Darbo aktualumas ir naujumas. Vykstant pramonės revoliucijai, kiekvieną dieną yra
sukuriamos naujos mašinos. Ne išimtis ir CNC technologijos principu veikiančios apdirbimo
mašinos, kurių pagrindinis tikslas – padidinti gamybos efektyvumą, detalių tikslumą, sumažinti
žmogaus fizinį darbą, padidinti operacijos greitį ir tikslumą. Šiais laikais, kai technologinė pažanga
yra didelė, kiekviena įmonė stengiasi kuo efektyviau panaudoti turimus resursus ir kuo labiau
palengvinti darbuotojų atliekamą darbą. Dėl šios priežasties stengiamasi sukurti geresnius ir
inovatyvesnius įrenginius arba įrankius. Daugėja atvejų, kai tokios priemonės yra labai svarbios,
tačiau skirtos siaurai ir ne tokiai populiariai plėtojamai sričiai tirti, todėl jų tobulinimu užsiima
mokslo įstaigos (Juuti et al., 2008).
Atsiradus poreikiui vystyti alternatyvių kuro celių temą, aukštojo mokslo darbuotojai
suformulavo užduotį sukurti naują CNC įrenginį, kuris turėtų 0,01mm skiriamąją gebą pozicionuoti
ir fokusuoti fotoelektrinį mikroskopą. Mechanikoje skiriamoji geba yra mažiausias judesys, kokį
gali atlikti ir pakartoti įrenginys (Parker, 2002). Nors tokio tipo įrenginys savo prigimtimi nėra
didelė inovacija ir galima įsigyti automatinius mikroskopus, tačiau nė vienas iš rinkoje esančių
sprendimų netiko poreikį išreiškusiems specialistams. Dažniausiai rinkoje aptinkamų įrenginių
neigiamos savybės yra: kaina, daugiafunkciškumas, atvirojo kodo duomenų ir valdymo sąsajos. Pats
svarbiausias kriterijus, įsigyjant tokio tipo įrankį, yra didelė įrenginio kaina. Ši priežastis užkerta
kelią kelių tokių aparatų įsigijimui. Reikiamas instrumentas naudojamas mokslo tikslams, todėl jo
valdymas turi būti kuo labiau prieinamas ir nesudėtingas, kad patys mokslo darbuotojai galėtų diegti
naujus valdymo algoritmus ir funkcijas. Dėl šių priežasčių priimtas sprendimas patiems pasigaminti
tokį mikroskopą, atitinkantį visus reikiamus poreikius.
Komerciškai parduodami įrenginiai turi savo gamintojo nustatytas charakteristikas, tokias
kaip tikslumas ar poslinkių pasikartojamumas. Visos gaminamo mikroskopo detalės, su
pozicionavimo erdvėje funkcija, yra aukščiausios klasės komponentai. Tokių atskirų komponentų ar
mazgų charakteristikos yra žinomos. Tačiau kaip veiks surinktas vientisas įrenginys, kaip vienalytė
sistema, darant prielaidas iš žinomų charakteristikų, tiksliai pasakyti negalima. Dėl šios priežasties,
remiantis tarptautiniais ISO standartais, reikia atlikti eksperimentinį tyrimą ir nustatyti mikroskopo
pozicionavimų pakartojamumą bei tikslumą.
Tyrimas skirtas išnagrinėti naujai sukurtam mikromanipuliatoriui, kuris pritaikytas
mikroskopui pozicionuoti. Dėl spartaus technologijų vystymosi ir plataus jų pritaikymo spektro
mikropozicionavimo sistemų paklausa didėja, todėl pasirinktas darbo objektas yra
mikromanipuliatorius, sukurtas iš aukščiausio tikslumo komponentų, kurio tiksli konstrukcija siekia
užtikrinti maksimaliai precizinį mikroskopo valdymą. Tokio tikslumo reikia, nes šis
mikromanipuliatorius yra sukurtas tirti mielių ir kitokius biologinius mėginius. Šie mėginiai bus
tiriami optiniu mikroskopu bei elektrodu. Mielių dydis gali siekti nuo 3–4 µm, o didžiausios gali
būti iki 40 µm todėl mikromanipuliatoriui yra keliami aukščiausi tikslumo reikalavimai.
Problema. Rinkoje esantys įrenginiai nepakankamai atitinka mokslinių darbų vykdytojų
specifinius poreikius. Siekiant užpildyti esamą funkcionalumo spragą sukurtas naujas įrenginys,
tačiau trūksta išsamios informacijos apie jo...