France

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.

Anbieter zum Thema

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.

Die gesamte Belichtungseinheit lässt sich individuell in der Traverse vor und zurück bewegen (X-Achse) und in der Höhe verstellen (Z-Achse). Für die X-Achse mit einem Haltemoment-Bedarf von 0,4 Nm hat man sich aus Gründen einer durchgängigen Antriebsarchitektur ebenfalls für einen PD4-N5918-Motor entschieden.

Besonders leise Motoren

Die Höheneinstellung erfolgt mit zwei ST4118-Schrittmotoren und der externen SMCI47-Steuerung, kombiniert mit einer Linearführung. Die Positionierung erfolgt mit Hilfe einer feldorientierten Regelung mit Sinus-Kommutierung, auch Closed-Loop genannt. Dadurch laufen die Motoren mit echter Torque-Kontrolle, hochpräzise und resonanzarm. Schrittfehler werden während der Fahrt kompensiert und Lastwinkelfehler innerhalb eines Vollschritts korrigiert.

Zur automatischen Erkennung der erkrankten Haut ist in dem Belichtungskopf eine Kamera eingebaut. Die Bilddaten der Kamera werden in einem Rechner so verarbeitet, dass die Läsionen konturgenau belichtet werden können. Die vierdimensionale Bewegungsmöglichkeit der gesamten Bestrahlungseinheit ermöglicht eine punktgenaue Therapie. Bei der Belichtung mit der Skintrek-Technologie braucht der Patient nicht fixiert zu werden: Kleine Bewegungen werden durch die Kamera erfasst und die UV-Belichtung automatisch, in Bruchteilen einer Sekunde, angepasst. So ist gewährleistet, dass bei Bewegung des Patienten keine gesunde Haut mit UV-Licht bestrahlt wird.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Die therapeutisch notwendige Strahlendosis kann vom Arzt am Phototherapiegerät frei eingestellt werden. Während der Therapie wird die Leistung des Geräts automatisch geregelt und die applizierte Dosis genau berechnet. Ist sie erreicht, schaltet die Belichtung automatisch aus. Darüber hinaus kann der Arzt Dosisprofile einstellen, die es ermöglichen, am Rand der Läsionen eine kontinuierlich abnehmende UV-Lichtdosis zu applizieren.

Nanotec Electronic GmbH & Co. KG,

D-85622 Feldkirchen,

www.nanotec.de

(ID:37970480)