专利名称：点样仪的双闭环反馈定位控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种生物芯片点样仪，尤其是涉及一种生物芯片点样仪的双闭环反馈定位控制系统及控制方法，用于实现点样针定位的精确控制。
背景技术：
生物芯片技术的应用一方面为疾病的诊断和治疗、新药开发、分子生物学、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域带来一场革命，生物芯片的出现为人类提供了能够对个体生物信息进行高速、并行采集和分析的强有力的技术手段，与此同时，生物芯片技术的发展催生了在该产业链中扮演重要角色的生物芯片点样技术的不断发展。目前点样仪广泛用于生物芯片的制备，现有的点样仪还存在以下不足
I、规整度不足。规整度即微阵列上各点所在行列的对齐程度，是一个很重要的指标，因为它决定从微阵列图像中提取数据的难易程度，当基片表面及制备环境达到要求时，影响其规整度的主要因素就是点样仪的精度。目前多数的点样仪的定位精度为±10um，但加上其他因素的影响，例如基片放置，定位精度将会有所降低，因此这对于高质量的微阵列制备是不够的。2、无反馈或者是单反馈点样针定位控制系统。目前大多数的点样仪采用的都是无反馈的步进电机，定位精度差，失步明显；也有使用单反馈的伺服电机模块，依靠伺服电机可以一定程度上提高点样针的定位精度，但是存在对机械装配精度要求高、传动机构中旋转圈数同运行位移之间的换算误差、重复定位精度差、伺服电机的编码器易丢脉冲等问题，并且伺服控制单元的编码器只能间接的依靠脉冲数来换算实际位移，存在理论上的定位位置与实际定位位置的差异，这种差异在机械上很难克服，限制了单反馈系统的定位精度。
发明内容
本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种点样仪的双闭环反馈定位控制系统及控制方法，提高点样仪点样针的定位精度，提高点样基片微阵列的规整度。为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案
一种生物芯片点样仪的双闭环反馈定位控制系统，包括内环反馈补偿系统及外环反馈补偿系统，内环反馈补偿系统包括驱动点样针定位的X向运动机构、Y向运动机构及内环控制系统，X向伺服电机连接X向运动机构，Y向伺服电机连接Y向运动机构，X向伺服电机及Y向伺服电机的轴端分别设有编码器，编码器连接内环控制系统；外环反馈补偿系统包括连接X向运动机构的X向光栅尺、X向光栅读数头及连接Y向运动机构的Y向光栅尺、Y
向光栅读数头，X向光栅读数头及Y向光栅读数头连接外环控制系统；所述编码器检测X向伺服电机及Y向伺服电机旋转圈数信号并反馈至内环控制系统，构成内环反馈信号；X向光栅读数头及Y向光栅读数头检测点样针所在的实际定位位置信号并反馈至外环控制系统，构成外环反馈信号，内环反馈信号及外环反馈信号共同构成双闭环的控制系统。一种生物芯片点样仪的双闭环反馈定位控制系统的控制方法，内环反馈补偿系统的编码器检测的X向伺服电机及Y向伺服电机旋转圈数信号以脉冲数的方式反馈给内环控制系统，由内环控制系统将反馈的脉冲数与点样针目标位置的内环设定值作差值计算，差值如为零，则输出定位完成信号；差值如不为零，则内环控制系统计算出需要校正的补偿脉冲数值并发送给X向伺服电机及Y向伺服电机的伺服驱动器，驱动X向伺服电机及Y向伺服电机校正点样针的位置，内环反馈补偿系统再次作差值计算，直至差值为零并输出定位完成信号；接收到内环反馈补偿系统的定位完成信号后，外环反馈补偿系统的X向光栅读数头及Y向光栅读数头将点样针所在的实际定位位置值反馈给外环控制系统，由外环控制系统对点样针所在的实际定位位置值与点样针目标位置的外环设定值作比较并计算出点样针的位置误差值，如果该位置误差值超出设定的位置公差范围，利用外环反馈补偿系统的反馈信号计算出需要的补偿值，将该补偿值转化为脉冲数发送给内环反馈补偿系统重新校正定位点样针，如果该位置误差值在设定的位置公差范围之内，点样针定位完成。本发明的技术效果在于
本发明公开的一种点样仪的双闭环反馈定位控制系统及控制方法，由内环反馈补偿系统作点样针的初步定位校正，由外环反馈补偿系统对点样针定位作校正补偿，消除了点样针的定位误差，提高点样仪点样针的定位精度，提高点样基片微阵列的规整度，点样效果的归一性较好；同时，双闭环反馈定位控制确保定位判断的成功，提高了系统的运行稳定性、可靠性。
图I为本发明的结构示意图。图2为本发明的控制方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。如图I所示，点样仪的双闭环反馈定位控制系统包括内环反馈补偿系统及外环反馈补偿系统，内环反馈补偿系统包括X向运动机构I及Y向运动机构2，由X向运动机构I及Y向运动机构2驱动点样针作X向及Y向的运动,并定位确定点样针相对于点样基片的位置，X向伺服电机3连接X向运动机构1，Y向伺服电机4连接Y向运动机构2，X向伺服电机3及Y向伺服电机4的轴端分别设有编码器(未在图中画出)，X向伺服电机3及Y向伺服电机4轴端的编码器连接内环控制系统。外环反馈补偿系统包括连接X向运动机构I的X向光栅尺5、X向光栅读数头6及连接Y向运动机构2的Y向光栅尺7、Y向光栅读数头8，X向光栅尺5的设置方向平行于X向运动机构I的运动方向，Y向光栅尺7设置方向平行于Y向运动机构2的运动方向，X向光栅读数头6及Y向光栅读数头8作为外环反馈补偿系统的定位反馈传感器，X向光栅读数头6及Y向光栅读数头8连接外环控制系统。编码器检测X向伺服电机3及Y向伺服电机4旋转圈数信号反馈至内环控制系统，构成内环反馈信号；X向光栅读数头6及Y向光栅读数头8检测点样针所在的实际定位位置信号并反馈至外环控制系统，构成外环反馈信号，内环反馈信号及外环反馈信号共同构成一个双闭环的控制系统，内环控制系统及外环控制系统均由各自的硬件及软件构成，按现有技术设计计制造。如图2所示，内环反馈补偿系统在点样针定位校正过程中，编码器作为内环反馈的传感器，其所检测到的X向伺服电机3及Y向伺服电机4旋转圈数信号以脉冲数的方式反馈给内环控制系统，内环控制系统将反馈回来的脉冲数作运算，再与点样针目标位置的内环设定值(脉冲数)作硬件差值计算，差值如为零，则输出定位完成信号至外环反馈补偿系统；差值如不为零，则由内环控制系统计算出需要校正的补偿脉冲数值并发送给X向伺服电机3及Y向伺服电机4的伺服驱动器，X向伺服电机3及Y向伺服电机4旋转作位置脉冲补偿，旋转结束后，编码器再次将位置信号以脉冲数的方式反馈给内环控制系统，内环控制系统再次作上述的差值运算，如果差值 这零，则输出定位完成信号，否则再一次作反馈补偿，直至脉冲数值与点样针目标位置的内环设定值的差值为零。内环反馈补偿系统在定位校正过程中的反馈的信号均为间接代表点样针位移的X向伺服电机3及Y向伺服电机4旋转圈数的脉冲数，并不是直接获取真实点样针的定位坐标，但内环反馈补偿系统可以将编码器反馈回来的旋转脉冲数在内环控制系统中通过硬件的方式与点样针目标位置的内环设定值作比较，并将差值直接发送至X向伺服电机3及Y向伺服电机4的伺服驱动器，驱动X向伺服电机3及Y向伺服电机4作定位补偿。当接收到内环反馈补偿系统定位完成的信号，外环反馈补偿系统开始工作，X向光栅读数头6及Y向光栅读数头8将点样针的实际定位位置信号传送给外环控制系统，夕卜环控制系统经过对信号的硬件解析，最终获取到点样针实际位置数据，该数据与点样针目标位置的外环设定值作比较，如果差值在设定的公差范围之内，则定位成功；如果差值在设定的公差范围之外，外环控制系统计算出需要补偿的位移，并将该位移转化为完成补偿所需要的脉冲数，发送给内环反馈补偿系统，由内环反馈补偿系统对点样针作定位校正；内环反馈补偿系统定位校正完成之后，外环反馈补偿系统再次检测点样针的实际定位位置，夕卜环控制系统判定在公差范围内则定位成功，反之重复以上过程，外环反馈补偿系统计算出补偿值后再次发送给内环反馈补偿系统，直至点样针的实际定位位置在设定的公差范围之内，点样针定位完成。在实际点样针定位校正过程中，经过两次外环反馈补偿系统检测、运算并经内环反馈补偿系统校正之后，点样针能够得到一个准确的定位精度，定位随即完成，但是假如外环反馈补偿系统检测并计算出的点样针实际的定位位置误差超出设定公差范围，则还需要进行第三次甚至更多次的由内环反馈补偿系统作定位校正补偿。内环反馈补偿系统及外环反馈补偿系统在点样针的一次定位过程中，内环反馈补偿系统的点样针目标位置的内环设定值与外环反馈补偿系统点样针目标位置的外环设定值的理论值相同，内环设定值的单位是脉冲数，而外环设定值为实际的尺寸，两者代表同一个含义，可以相互转换。
权利要求
1.一种生物芯片点样仪的双闭环反馈定位控制系统，其特征在于包括内环反馈补偿系统及外环反馈补偿系统，内环反馈补偿系统包括驱动点样针定位的X向运动机构、Y向运动机构及内环控制系统，X向伺服电机连接X向运动机构，Y向伺服电机连接Y向运动机构，X向伺服电机及Y向伺服电机的轴端分别设有编码器，编码器连接内环控制系统；外环反馈补偿系统包括连接X向运动机构的X向光栅尺、X向光栅读数头及连接Y向运动机构的Y向光栅尺、Y向光栅读数头，X向光栅读数头及Y向光栅读数头连接外环控制系统；所述编码器检测X向伺服电机及Y向伺服电机旋转圈数信号并反馈至内环控制系统，构成内环反馈信号；χ向光栅读数头及Y向光栅读数头检测点样针所在的实际定位位置信号并反馈至外环控制系统，构成外环反馈信号，内环反馈信号及外环反馈信号共同构成双闭环的控制系统。
2.—种权利要求I所述的生物芯片点样仪的双闭环反馈定位控制系统的控制方法，其特征在于内环反馈补偿系统的编码器检测的X向伺服电机及Y向伺服电机旋转圈数信号以脉冲数的方式反馈给内环控制系统，由内环控制系统将反馈的脉冲数与点样针目标位置 的内环设定值作差值计算，差值如为零，则输出定位完成信号；差值如不为零，则内环控制系统计算出需要校正的补偿脉冲数值并发送给X向伺服电机及Y向伺服电机的伺服驱动器，驱动X向伺服电机及Y向伺服电机校正点样针的位置，内环反馈补偿系统再次作差值计算，直至差值为零并输出定位完成信号；接收到内环反馈补偿系统的定位完成信号后，外环反馈补偿系统的X向光栅读数头及Y向光栅读数头将点样针所在的实际定位位置值反馈给外环控制系统，由外环控制系统对点样针所在的实际定位位置值与点样针目标位置的外环设定值作比较并计算出点样针的位置误差值，如果该位置误差值超出设定的位置公差范围，利用外环反馈补偿系统的反馈信号计算出需要的补偿值，将该补偿值转化为脉冲数发送给内环反馈补偿系统重新校正定位点样针，如果该位置误差值在设定的位置公差范围之内，点样针定位完成。
全文摘要
本发明涉及一种点样仪的双闭环反馈定位控制系统及控制方法，由内环反馈补偿系统及外环反馈补偿系统构成，由内环反馈补偿系统作点样针的初步定位校正，由外环反馈补偿系统对点样针定位作校正补偿，消除了点样针的定位误差，提高点样仪点样针的定位精度，提高点样基片微阵列的规整度，点样效果的归一性较好；同时，双闭环反馈定位控制确保定位判断的成功，提高了系统的运行稳定性、可靠性。
文档编号G05B19/414GK102637018SQ20121010110
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者戴良, 王振宇, 魏显东 申请人:无锡国盛精密模具有限公司