混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于放置被觀測物的載物平臺，尤其是涉及一種采用永磁同步直線電機和壓電電機混合驅動的自動控制顯微鏡載物平臺。
【背景技術】
[0002]隨著科技水平的提高，顯微鏡越來越自動和智能化，對載物臺的自動控制需求也逐步提高；傳統采用伺服電機或步進電機的顯微鏡載物臺因結構和驅動方式的原因(需要絲桿、螺母等)會產生較嚴重的回程誤差，降低觀測精度，影響使用效果。直驅的直線電機和壓電電機有效的克服的空回誤差，單獨使用時也有各自的局限性。比如，直線電機運動平穩，動態性能好，但低電流時對外界擾動的抵抗能力較差。壓電電機雖然有很好的抗干擾能力和斷電自鎖功能，但動態性能運動穩定性不如直線電機。本發明通過組合結構設計，將直線電機和壓電電機的優點結合起來，使顯微鏡平臺能在高速掃描的同時保持穩定性。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種精度明顯優于傳統步進電機，直接驅動載物臺運動，無需多余的機械結構，無回程差。同時，速度穩定性和抗干擾能力顯著提高的永磁同步直線電機和壓電電機混合驅動的自動控制顯微鏡載物平臺。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下二種技術方案。
[0005]第一技術方案如下:
[0006]混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路；
[0007]所述載物臺由上至下依次設有上滑塊、中間板和底板；上滑塊表面作為載物平面，上滑塊與中間板通過上導軌連接構成沿Y軸方向的滑動配合，中間板與底板通過下導軌連接構成沿X軸方向的滑動配合；永磁同步直線電機的定子固定于中間板上，永磁同步直線電機的動子與上滑塊連接；壓電電機的定子固定于底板上，壓電電機的動子與中間板連接；反饋裝置設有第一編碼器和第二編碼器，第一編碼器固定于中間板上，第二編碼器固定于底板上，控制電路包括微處理器，第一編碼器和第二編碼器的位置檢測信號傳遞至微處理器信號輸入端，微處理器控制信號分別傳遞至壓電電機和永磁同步直線電機。
[0008]所述微處理器可采用數字信號處理器(DSP)或者單片機等嵌入式控制器。
[0009]第二技術方案如下:
[0010]混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路；
[0011]所述載物臺由上至下依次設有上滑塊、中間板和底板；上滑塊表面作為載物平面，上滑塊與中間板通過上導軌連接構成沿Y軸方向的滑動配合，中間板與底板通過下導軌連接構成沿X軸方向的滑動配合；壓電電機的定子固定于中間板上，壓電電機的動子與上滑塊連接；永磁同步直線電機的定子固定于底板上，永磁同步直線電機的動子與中間板連接；反饋裝置設有第一編碼器和第二編碼器，第一編碼器固定于中間板上，第二編碼器固定于底板上，控制電路包括微處理器，第一編碼器和第二編碼器的位置檢測信號傳遞至微處理器信號輸入端，微處理器控制信號分別傳遞至壓電電機和永磁同步直線電機。
[0012]所述微處理器可采用數字信號處理器(DSP)或者單片機等嵌入式控制器。
[0013]與現有技術比較，本發明有益效果如下:
[0014]壓電電機和永磁直線電機都能夠直接驅動平臺進行直線運動，不需要絲桿和螺母，避免了機械的回程誤差、省去機械部分的維護工作，保證更高的運動精度，同時降低了產品使用維護成本。相比于直線電機，壓電電機能夠在斷電狀態下迅速自鎖并長時間保持在同一位置；直線電機具有更優越的運動性能，平臺速度穩定性極高，運動平穩，抗干擾能力強。反饋裝置包括編碼器和光電限位器:編碼器檢測載物臺的相對位置，由于編碼器的精度較高，能夠提高位置控制精度，重復定位精度優于1 μ m，最高分別率可達到0.005 μ m ;使用光電限位器監控X軸和Y軸兩端，若載物臺到達兩端，則停止運動。為進一步提高系統安全性，還加入了機械限位，軟件限位功能，形成3層限位保護。
[0015]本發明用于顯微鏡載物臺系統工作時，上位機發出運動指令，送到控制電路。控制電路經過運算，生成控制信號。控制信號經過功率放大，驅動主電路的開關管，進一步控制壓電電機和直線電機，平臺隨之進行X軸和Y運動。運動過程中，編碼器檢測載物臺的位置，將位置信號反饋到控制電路，控制電路根據位置反饋信號修正控制信號，形成閉環控制，提高系統的控制精度。
[0016]由此可見，本發明通過改變驅動載物臺上驅動電機，用永磁同步直線電機和壓電電機代替步進電機，分別驅動平臺進行X軸和Y軸運動，配合導軌和編碼器位置檢測實現平臺的高精度控制。
[0017]顯然，本發明具有如下優點:
[0018]1.壓電電機和永磁同步直線電機控制精度優于傳統步進電機；
[0019]2.壓電電機和直線電機直接驅動載物臺運動，無需多余的機械結構，無回程差；
[0020]3.壓電電機具有斷電自鎖功能，并長時間保持在同一位置；
[0021]4.壓電電機利用逆壓電效應運動，空間中的電磁場不會對其造成干擾，電機本身也不會成為電磁騷擾源。
[0022]5.永磁同步直線電機具有更優越的運動性能，平臺速度穩定性極高，運動平穩；
[0023]6.永磁同步直線電機功率密度大，相同體積限制下能夠輸出更大推力；
[0024]7.永磁同步直線電機的速度調節范圍寬，載物臺速度可達到lum/s至500mm/s。
[0025]8.永磁同步直線電機的運動結構之間摩擦小，系統維護成本降低，壽命延長。
[0026]9.在直線電機軸高速掃描的同時能保證壓電軸的穩定性。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例1的分解結構示意圖。
[0028]圖2為本發明實施例1的裝配結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]參見圖1和2，本發明包括載物臺、壓電電機2、永磁同步直線電機3、反饋裝置和控制電路；
[0031]所述載物臺由上至下依次設有上滑塊11、中間板12和底板13 ;上滑塊11表面作為載物平面，上滑塊11與中間板12通過上導軌14連接構成沿Y軸方向的滑動配合，中間板12與底板13通過下導軌15連接構成沿X軸方向的滑動配合；永磁同步直線電機3的定子固定于中間板12上，永磁同步直線電機3的動子與上滑塊11連接；壓電電機2的定子固定于底板13上，壓電電機2的動子通過摩擦條6與中間板12連接；反饋裝置設有第一編碼器41和第二編碼器42，第一編碼器41固定于中間板12上，第二編碼器42固定于底板13上，控制電路包括微處理器，第一編碼器41和第二編碼器42的位置檢測信號傳遞至微處理器信號輸入端，微處理器控制信號分別傳遞至壓電電機2和永磁同步直線電機3。
[0032]所述微處理器采用數字信號處理器(DSP)(也可采用單片機等)嵌入式控制器。
[0033]實施例2
[0034]與實施例1類似，區別在于，將壓電電機與永磁同步直線電機的安裝位置交換。即壓電電機安裝在上部，永磁同步直線電機安裝在下部。
【主權項】
1.混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，其特征在于，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路； 所述載物臺由上至下依次設有上滑塊、中間板和底板；上滑塊表面作為載物平面，上滑塊與中間板通過上導軌連接構成沿Y軸方向的滑動配合，中間板與底板通過下導軌連接構成沿X軸方向的滑動配合；永磁同步直線電機的定子固定于中間板上，永磁同步直線電機的動子與上滑塊連接；壓電電機的定子固定于底板上，壓電電機的動子與中間板連接；反饋裝置設有第一編碼器、第二編碼器，第一編碼器固定于中間板上，第二編碼器固定于底板上，控制電路包括微處理器，第一編碼器和第二編碼器的位置檢測信號傳遞至微處理器信號輸入端，微處理器控制信號分別傳遞至壓電電機和永磁同步直線電機。2.如權利要求1所述混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，其特征在于，所述微處理器采用數字信號處理器(DSP)或單片機。3.混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，其特征在于，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路； 所述載物臺由上至下依次設有上滑塊、中間板和底板；上滑塊表面作為載物平面，上滑塊與中間板通過上導軌連接構成沿Y軸方向的滑動配合，中間板與底板通過下導軌連接構成沿X軸方向的滑動配合；壓電電機的定子固定于中間板上，壓電電機的動子與上滑塊連接；永磁同步直線電機的定子固定于底板上，永磁同步直線電機的動子與中間板連接；反饋裝置設有第一編碼器和第二編碼器，第一編碼器固定于中間板上，第二編碼器固定于底板上，控制電路包括微處理器，第一編碼器和第二編碼器的位置檢測信號傳遞至微處理器信號輸入端，微處理器控制信號分別傳遞至壓電電機和永磁同步直線電機。4.如權利要求3所述混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，其特征在于，所述微處理器采用數字信號處理器(DSP)或單片機。
【專利摘要】混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，涉及用于放置被觀測物的載物平臺。方案一：混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路；方案二：混合電機驅動的自動控制顯微鏡載物平臺，包括載物臺、壓電電機、永磁同步直線電機、反饋裝置和控制電路。通過改變驅動載物臺上驅動電機，用永磁同步直線電機和壓電電機代替步進電機，分別驅動平臺進行X軸和Y軸運動，配合導軌和編碼器位置檢測實現平臺的高精度控制。
【IPC分類】G02B21/34
【公開號】CN105353502
【申請號】CN201510922680
【發明人】胡亦寧, 張家政, 黃種團
【申請人】海德星科技（廈門）有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月11日