一种共聚焦显微镜针孔定位控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光扫描共聚焦显微镜的针孔定位步进电机控制方法，具体涉及以针孔定位精度为主并兼顾定位效率的步进电机控制方法。
【背景技术】
[0002]激光扫描共聚焦显微镜(LaserScanning Confocal Microscopy，LSCM)是研宄亚微米细微结构的有效技术手段，它是国内外从事生物医学和材料科学研宄的科技工作者必备的大型科研仪器。在LSCM中，采用精密针孔滤波技术，使得只有处于焦平面位置上的信息能够被探测，最大限度地抑制了非聚焦平面的杂散光，具有很高的成像分辨率和信噪比。
[0003]在激光扫描共聚焦显微镜光学系统中，由于存在大量需要实时切换的光学器件并且光学器件间存在装调误差，因此在不同光学器件切换后入射激光在针孔面上的位置可能存在漂移，从而需要实时调节针孔在针孔面上的位置，使得入射激光光斑与针孔精确重合。通常采用二维电动机构对针孔进行二维实时调节，针孔的定位精度直接影响成像分辨率和信噪比，因此电动机构中电机的控制精度很重要。受限于共聚焦扫描头的空间尺寸，采用尺寸较大的光电编码器和伺服电机实现精确闭环控制的方案无法实现，一般只能采用尺寸较小的光电开关和步进电机实现开环控制，开环控制的精度由提供原点位置的光电开关的重复定位精度及步进电机的运动精度决定。
[0004]现有产品一般采用下述方式控制步进电机的运动，步进电机控制器接收到上位机发送的针孔目的位置坐标指令后，根据针孔当前位置坐标及目的位置坐标计算出相对位置坐标，将相对位置坐标值转换成步进电机运动的步数，即相对步数，然后控制步进电机从当前位置直接运动至目的位置，这种方式存在两个缺点，一方面在步进电机反向运动的情况下会因为运动机构的螺纹间隙导致定位误差偏大；另一方面虽然步进电机不用每次复位(只需要上电的时候复位一次)，但因为步进电机控制器的指令顺序执行特点，一个时刻只能一个电机运动，这样只有一个电机运动完成后另一个电机才能运动，导致针孔定位速度较慢，定位效率低。
[0005]现有产品针孔电机运动方式如下:
[0006]I)上位机发送针孔目的位置坐标指令给针孔步进电机控制器，控制器计算针孔目的位置坐标与当前位置坐标的差值，设目的位置坐标:(Xd, Yd)，当前位置坐标:(Xe，Yc)，差值坐标:(dX，dY)，关系如下:dX = Xd-Xc，dY = Yd-Yc ；
[0007]2)控制器判断dX，dY正负，如果dX >= 0，设置控制针孔水平方向运动的电机顺时针转动，针孔水平正向运动，反之电机逆时针转动，针孔水平反向运动；如果dY >= 0，设置控制针孔竖直方向运动的电机顺时针转动，针孔竖直正向运动，反之电机逆时针转动，针孔竖直反向运动；
[0008]3)控制器设置水平方向电机的运行步数为f (|dX|)，竖直方向电机的运行步数为f (I dY I)，函数f是针孔坐标值与电机步数的转换函数；
[0009]4)控制器启动水平方向电机运动，等到水平方向电机运动完成后启动竖直方向电机运动，等到竖直方向电机运动完成后，保存目的位置坐标为当前位置坐标，整个控制过程结束。
【发明内容】
[0010]为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可行的精确、快速控制共聚焦显微镜针孔定位的方法，旨消除针孔反向运动时运动机构的螺纹间隙带来的定位误差，并解决现有技术中定位速度较慢，定位效率低的问题。
[0011]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0012]一种共聚焦显微镜针孔定位控制方法，控制针孔水平运动的电机设为电机X，用于提供水平方向原点的光电开关设为光电开关X ;控制针孔竖直运动的电机设为Y，用于提供竖直方向原点的光电开关设为光电开关Y ;针孔当前位置绝对坐标值设为(Xe，Yc)，目的位置绝对坐标值设为(Xd，Yd)，针孔坐标值与电机步数的转换函数设为f，绝对坐标值是以计步原点为参考，包括以下控制流程:
[0013]I)上位机发送针孔目的位置坐标指令给步进电机控制器，控制器计算针孔目的位置坐标与当前位置坐标的差值:dx = Xd-Xc，dY = Yd-Yc ；
[0014]2)控制器创建两个电机控制任务A和B，分别处理电机X和电机Y的运动，有以下四种情况:
[0015]a) dX > = 0，dY > = O:任务A控制电机X直接顺时针转动f (dX)步；任务B控制电机Y直接顺时针转动f (dY)步；
[0016]b) dX > = 0，dY < O:任务A控制电机X直接顺时针转动f (dX)步；任务B控制电机Y先逆时针转动复位至物理原点，再顺时针转动至计步原点开始计步，从计步原点开始顺时针转动f(Yd)步；
[0017]c) dX < 0，dY > = O:任务A控制电机X先逆时针转动复位至物理原点，再顺时针转动至计步原点开始计步，从计步原点开始顺时针转动f (Xd)步；任务B控制电机Y直接顺时针转动f(dY)步；
[0018]d) dX < 0，dY < O:任务A控制电机X先逆时针转动复位至物理原点，再顺时针转动至计步原点开始计步，从计步原点开始顺时针转动f (Xd)步；任务B控制电机Y也是先逆时针转动复位至物理原点，再顺时针转动至计步原点开始计步，从计步原点开始顺时针转动 f (Yd)步 5 ;
[0019]3)上述任务A和任务B同时启动执行，任务A在针孔水平方向到位后更新Xe，使Xe = Xd ;任务B在针孔竖直方向到位后更新Yc，使Yc = Yd ;
[0020]4)控制器一条指令处理结束，等待下一条上位机指令。
[0021]优选的是，所述的共聚焦显微镜针孔定位控制方法，其中，所述电机物理原点表示电机反向运动复位至光电开关刚好触发的位置再运行S/2步，S是光电开关触发区长度对应的电机步数。
[0022]优选的是，所述的共聚焦显微镜针孔定位控制方法，其中，所述电机计步原点表示电机从物理原点位置正向运动至光电开关刚好不触发的位置。
[0023]本发明的有益效果:1)本发明将针孔电机的物理原点和计步原点分开并配合相应的控制策略，消除了针孔反向运动时运动机构的螺纹间隙带来的定位误差，提高了针孔定位精度；2)在电机控制器中移植精简的实时操作系统以实现多电机同时工作，创建两个可以并行执行的任务，一个任务用于控制水平方向电机运动，另一个任务用于控制竖直方向电机运动，这样两个电机可以同时运动，针孔定位快速，大大提高了针孔定位效率。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一实施例所述的共聚焦显微镜针孔定位控制方法中两个电机的位置不意图；
[0025]图2为本发明一实施例所述的共聚焦显微镜针孔定位控制方法中dX >= 0，dY >=O时，两个电机的工作情况；
[0026]图3为本发明一实施例所述的共聚焦显微镜针孔定位控制方法中d