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Antriebe

Präzise Schrittmotoren für ein UV-Belichtungsgerät

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Das Phototherapiegerät wird zum Bestrahlen von Hautkrankheiten eingesetzt. Selbst auf kleinste Bewegungen des Patienten reagiert das Gerät, so dass keine gesunde Haut bestrahlt wird. Die äußerst präzise Positionierung erfolgt über leistungsstarke Schrittmotoren. Dazu kommt die hohe Laufruhe.

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Bild 1 | Phototherapiegerät: Dank hochpräziser Schrittmotoren reagiert das Gerät selbst auf kleinste Bewegungen des Patienten, so dass keine gesunde Haut bestrahlt wird.
Bild 1 | Phototherapiegerät: Dank hochpräziser Schrittmotoren reagiert das Gerät selbst auf kleinste Bewegungen des Patienten, so dass keine gesunde Haut bestrahlt wird.
(Bild: Lüllau Engineering)

Bei der Entwicklung des UV-Bestrahlungsgeräts Skintrek PT5 der Lüllau Engineering stand von Anfang an fest: Der Belichtungskopf muss jeder noch so kleinen Bewegung folgen können. Alle Körperteile lassen sich so leicht therapieren, ohne dass der Patient neu positioniert werden muss (Bild 1). Realisiert wurde diese vierdimensionale Beweglichkeit mit hochpräziser Schrittmotorentechnologie.

So befinden sich im Gerät insgesamt sieben Nanotec-Schrittmotoren unterschiedlicher Größe und Leistung plus die entsprechenden Steuerungen. Primär wurden „Plug & Drive“-Motoren verwendet, also Schrittmotoren, die sowohl die Steuerung als auch den Encoder in ihrem Gehäuse integrieren. Somit benötigt man nur noch die Versorgungs- und Schnittstellenkabel, Motor- und Encoderleitungen sind integriert.

In der Traverse (Y2-Achse), in der der Belichtungskopf untergebracht ist, befindet sich ein Motor PD4-N6018 mit einem Flanschmaß von 60 mm und einer Länge von 113 mm und 3,54 Nm Haltemoment. Er fungiert hier als Schwenkantrieb, der die Belichtungs-traverse auf jede Seite um 20° drehen kann (Bild 2). Das zusätzliche Schwenken der Belichtungseinheit ist nötig, um exakter die seitlichen Körperbereiche zu erfassen.

Präzise Positionierung

Zwei weitere Antriebe regeln die Verstellung der gesamten Belichtungseinheit (Y1-Achse) um einen Drehpunkt auf Höhe der Liegefläche, damit der Belichtungskopf sämtliche, auch seitliche Körperbereiche erfassen kann. Die beiden Motoren sind synchron geschalten, laufen aber durch ihre integrierten Steuerungen völlig autonom.

In der Quertraverse ist als zentraler Bestandteil der Belichtungskopf untergebracht. Dort sitzen die UV-Lichtquelle, eine Farbfilter-Scheibe, der Lichtmodulator und eine Kamera.

Die kontinuierlichen Strahlen einer UV-Lichtquelle werden zunächst durch einen Kollimator gebündelt und je nach Bedarf und Einstellung so gefiltert, dass entweder nur UVA-Strahlen mit einem Spektrum von 320 bis 400 nm auf den digitalen Lichtmodulator gelangen – oder UVB-Strahlen mit einem Spektrum von 300 bis 320 nm. Dort wird der kontinuierliche Lichtstrahl in etwa 800.000 Einzelstrahlen beziehungsweise Pixelstrahlen digitalisiert. Die auf die Hautoberfläche projizierten Pixel haben eine Größe von 0,14 x 0,14 mm.

Es gibt nur wenig Bauraum

Auf der Datenbasis einer Bilderkennung in Kombination mit einer Dosisberechnung werden nur die Pixelstrahlen eingeschaltet, die auf erkrankte Hautflächen treffen. Zur digitalen Modulation der Pixelstrahlen kommt die DLP-Technologie von Texas Instruments zum Einsatz.

Zwischen Lichtquelle und Lichtmodulator befindet sich ein Farbfilter. Je nach zu behandelnder Hautkrankheit positioniert die integrierte Farbfilter-Scheibe ein Farbspektrum für die Belichtung. Die Positionierung erfolgt mit ST2018-Schrittmotoren, die über einen selbst entwickelten externen Controller gesteuert werden. Hier war die Anforderung vor allem ein geringer Bauraum.

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