Bachelor's Thesis

Microscope stage for holographic microscopy

Final Thesis 5.88 MB Appendix 1.7 MB

Author of thesis: Tomáš Pešek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Reviewer: Ing. Václav Šulc, Ph.D.

Abstract:

A tilting microscope stage enabling precise positioning of biological samples is required for a newly developed single-path holographic microscope. This thesis includes a review of currently available commercial solutions and, based on this analysis, presents an original design concept in two variants – a testing version and a final version. Using the SolidWorks software, a functional prototype of the first variant was designed, elaborated in detail, and subsequently physically realized. The prototype is based on a gimbal mechanism combined with piezoelectric actuators. Experimental measurements confirmed the correct functionality of the proposed kinematic chain and demonstrated high mechanical positioning repeatability characterized by a low sample standard deviation. The prototype testing results provide a verified theoretical and practical foundation for the future implementation of the final high-precision mechanism intended for routine laboratory operation.

Keywords:

microscope stage, holographic microscopy, piezoelectric actuator, gimbal, mechanical design, fine mechanics

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: - přesnost posuvu piezostolku - motorizovaný justážní šroub a vymezení vůlí - předepnutý závitový spoj - možné deformace stolku Student na otázky odpověděl. Výsledné hodnocení zohledňuje posudky práce.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Student se ve své práci zaměřil na návrh náklopného stolku pro holografický mikroskop, který umožňuje přesné úhlové nastavení vzorku pomocí kombinace piezoposuvů a motorizovaných šroubů. V průběhu řešení navrhl dvě koncepční uspořádání – jedno určené pro testování náklonu a druhé pro finální použití. Vybral vhodné mechanické komponenty stolku a pomocí programu SolidWorks vytvořil jeho 3D model i technickou dokumentaci.

Stolek následně sestavil a provedl jeho prvotní testování. Je zřejmé, že zvolil vhodné konstrukční řešení, které splnilo veškeré požadavky kladené na jeho funkčnost.

Práce je po formální stránce dobře zpracována, má logickou strukturu a přehledné grafické zpracování. Jazyková úroveň práce je dobrá a nevykazuje závažné formální ani stylistické nedostatky. Práce svým rozsahem, odbornou úrovní, způsobem zpracování i dosaženými výsledky splňuje požadavky standardně kladené na bakalářské práce v daném oboru.

Tomáš Pešek přistupoval k řešení bakalářské práce odpovědně a systematicky. Stanovené cíle splnil v plném rozsahu. Prokázal schopnost správně interpretovat zadání a na jeho základě navrhnout technicky funkční a promyšlené řešení. Díky svým konstrukčním dovednostem dokázal celý stolek navrhnout, sestavit a prakticky ověřit. Jako vedoucí práce hodnotím bakalářskou práci známkou velmi dobře (B).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Václav Šulc, Ph.D.

Na malé ploše je poměrně hezky vysvětlen princip kvantitatifní fázové mikroskopie, mezi které se holografická mikroskopie řadí. Je popsán princip pokročilé sestavy mimoosového přístroje vyvinutého na UFI a koncept jednocestného holografického mikroskopu, který v této době na ÚFI vzniká. Právě pro ten je v předložené práci navržena, vyrobena a sestavena mechanická sestava umožňující manipulaci s připravenou sadou vzorků, tzv. "wellplate", v pracovním prostoru mikroskopu.


Navržený koncept sestavy se skládá spojením motorizovaného translačního stolku umožňující pohyb v osách x-y a tzv. "gimbal" mechanismu umožňující náklon držáku vzorků okolo os x a y realizovaný dvojstupňovým řešením - přesným piezoaktuátorem a motorizovaným justážním šroubem. Tento systém je navržen tak, že střed otáčení mechanismu leží v rovině pozorovaných vzorků. Z důvodu testování a dostupnosti velkého a robustního translačního stolku v laboratoři byly navrženy dvě varianty: varianta A, kdy gimbal mechanismus leží na dostupném translačním stolku a varianta B, kdy dle rešerše vytipovaný translační stolek je osazen na gimbal mechanismu. Plně realizována a oživena byla varianta A, přičemž při zakoupení nového translačního stolku lze jednoduchou přestavbou realizovat finální variantu B. Přílohou práce je kompletní výrobní výkresová dokumentace celé sestavy mikroskopového stolku.


Předložená práce splnila všechny vytyčené cíle, avšak je poznamenaná mnoha obsahovými i formálními nedostatky. Chybí přehledné shrnutí stanovených a požadovaných parametrů navrhovaného systému, předně rozsah a přesnost translace i náklonu. Není vysvětleno, co je to "wellplate", byť je navrhované řešení přímo pro tento typ držáku vzorků. Chybí vysvětlení kinematiky "gimbal" mechanismu. V návrhu chybí schéma geometrie celého mechanismu, na kterém by byl celý návrh vysvětlen. Rozbor kinematiky náklonu v podkapitole 8.5 je principiálně špatně a směřuje na to jeden z dotazů. Oživení a testování stolku bylo provedeno, avšak očekával bych v závěru souhrn dosažených parametrů jako např. maximální rozsah translace a náklonu v jednotlivých osách a nejmenší dosažený krok.

Po formální stránce se objevují drobné chyby v textu. V průběhu práce se mění označení některých popisovaných funkčních částí (piezoaktuátory a ramena) a označení "vložka" je pak přiřazeno ke dvěma částem sestavy. V obrázku 6.1 jsou prohozeny schémata varianty A a B, což snižuje orientaci v koncepci a v obr. 6.2 pak chybí popisovaný obrázek schématu. V seznamu literatury se pak objevují části textu špatně vygenerované z prostředí TeX.

Realizovaným výsledkem práce je však velmi podařený a robustní mechanický systém pro manipulaci se vzorky, který je využitelný nejen pro zamýšlený mikroskop. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. V případě, že by se výrazně změnila výška vzorku (např. o 10 mm), jakým způsobem či konstrukčním řešením by bylo možné dosáhnout toho, aby rovina vzorku opět ležela ve středu otáčení gimbal mechanismu?
  2. Prosím, nakreslete kinematiku naklápěcího dvoustupňového mechanismu piezoaktuátoru a justačního šroubu přes "Páku 1" a "Páku-podložku" spojené "Planžetou" vůči středu otáčení.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová