一种两边位置可控的狭缝装置的制作方法

本实用新型涉及光学仪器领域，具体涉及一种两边位置可控的狭缝装置。

背景技术：

在光学仪器应用技术领域，狭缝指由一对隔板在光通路上形成的缝隙，它决定了入射光束光通量的大小。如果光学仪器要求出射光通量能根据需要进行调节，可调狭缝可以控制出射光束光通量。

狭缝开口的平行性、对称性、开闭的均匀性、狭缝宽度对狭缝的性能有重要的影响。目前的狭缝主要有以下几类：1.固定宽度狭缝。此类狭缝结构简单、成本低，狭缝宽度不可调节。2.采用丝杆调节狭缝宽度的单向或双向可调式狭缝。3.采用楔形滑块推动狭缝的两个刀片横向运动从而实现狭缝的宽度双向可调的调节方式。这种结构的缺点是狭缝开启精度较低、开口的对称性不高，并且在调节过程中两刀片稳定性较差，容易出现爬行、断续、卡死等现象。4.利用弹性铰链结构实现狭缝宽度双向调节。已有技术是中国科学技术大学于2009年度申请的实用新型专利，申请号为200910116537.3，实用新型名称为“缝宽可调节的小型精密狭缝装置”。缺点是弹性铰链体结构复杂，并且加工工艺性不好。

技术实现要素：

针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种两边位置可控的狭缝装置,能有效的解决上述问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种两边位置可控的狭缝装置，所述的狭缝装置包括基体、导轨、左狭缝刀片组件、右狭缝刀片组件、刀片位移相对作用组件和控制器；所述导轨、刀片位移相对作用组件及控制模块安装于基体上，左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件可沿导轨移动。

进一步的，所述基体的上侧安装有导轨，导轨上安装有沿导轨滑动的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件设置有用于刀片组件位移的相对作用组件；所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件或相对作用组件与控制器信号连接；所述的左狭缝刀片组件和/或右狭缝刀片组件上安装有用于校准的对刀器，所述对刀器与控制器信号连接。

进一步的，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件或相对作用组件，以及对刀器与控制器电气相连；所述的控制器中设置有状态机、存储器、运算器、电源输入端口和信号输入输出部分；所述的信号输入输出部分采用有线输入端口，或无线数据收发模块。

进一步的，所述的对刀器设置有两个探头，所述的两个探头分别固定在左狭缝刀片组件和/或右狭缝刀片组件上；当两个探头分别固定在左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件上时，所述的两个探头用于检测两个刀片的参考零点位置；当两个探头同时固定在左狭缝刀片组件或右狭缝刀片组件上时，所述的两个探头中的一个用于检测刀片的参考零点位置，另一个用于检测另一刀片相对的零缝宽位置。

进一步的，所述对刀器的探头采用对刀电极，或基于应变的压力传感器或薄膜压力传感器的压力检测探针；所述对刀器的探头采用对刀电极时，对刀电极与基体、以及狭缝对到组件之间进行绝缘处理。当对刀器的探头采用电极时，校准件也采用电极；则电极和校准件导体接触，产生校准信号。

进一步的，所述的相对作用组件采用直线电机的定子，左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中与直线电机定子的衔接处设置有直线电机动子。

进一步的，所述的相对作用组件采用旋转电机以及与旋转电机连接的丝杆，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中设有作用于丝杠，并随着丝杠的转动而移动的固定螺母；构成丝杆螺母副。

进一步的，相对作用组件采用固定丝杆，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中与固定丝杆的连接处设有作用于固定丝杠的可旋转螺母，构成丝杆螺母副。可旋转螺母与旋转电机的转子固定连接或一体成型。

进一步的，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件之间，以及左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件与固定件之间设置有压簧和/或拉簧；或每一狭缝刀片组件都采用双螺母和压簧，来消除丝杆和螺母之间的间隙。

进一步的，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中采用双螺母和压/拉簧；或者左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中的螺母采用预紧的丝杆螺母组件；它们之间没有间隙。

进一步的，所述的旋转电机采用开环步进电机组件，或闭环步进组件，或伺服电机组件，或超声电机组件。

进一步的，步进电机组件，采用在电机轴上安装增量或者绝对编码器的开环或闭环步进电机组件。

进一步的，所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件中设有制动装置。以保证在断电或调节完成后，装置断电或缝位置和宽度不需要调节时，刀片组件位置固定不变。

一种两边可控狭缝装置的控制方法,通过相对作用组件分别控制左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件的运行轨迹和位置，可以控制所要形成的狭缝的宽度和狭缝中心的位置；其特征在于：具体的步骤如下：

步骤一：可选择的对狭缝装置进行校正的操作；

步骤二：设定狭缝装置的宽度；

步骤三：根据设定的狭缝宽度，调控左狭缝刀片和右狭缝刀片运行，在狭缝装置的中心位置处形成对称的狭缝。

进一步的，步骤二所述的设定狭缝装置的宽度，是通过外接控制设备设定狭缝装置的宽度，在通过控制器的信号输入端口传送给控制器。

进一步的，步骤三所述的左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件运行方式为：通过控制器控制相对作用组件或左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件运动，带动左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件做相对运动，从而带动左狭缝刀片和右狭缝刀片向狭缝装置的中心位置靠拢。

一种两边位置可控狭缝装置的校正方法，所述的两个探头分别固定在左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件上时，刀片组件的校正方法是：控制左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件做相互远离的运动，往两侧靠边运行，直至对刀探头接触参考零点校准面，对刀探头形成零点参考的信号，记录左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件的零点参考位置。

一种两边位置可控狭缝装置的校正方法，所述的两个探头同时固定在左狭缝刀片组件或右狭缝刀片组件上时，刀片组件的校正方法是：

步骤1：控制左狭缝刀片组件或右狭缝刀片组件做远离另一狭缝刀片组件运动，向其相对应的靠边一侧运行，直到对刀探头接触参考零点校准面，对刀探头形成零点参考的信号，记录该刀片的零点参考位置；

步骤2：读取控制器中设定的狭缝中间位置，控制装有探头的左狭缝刀片组件或右狭缝刀片组件运行到中间位置，再控制另一个狭缝刀片组件向中间运行，直到产生零缝宽信号时，停止另一个狭缝刀片组件的运行，记录该刀片的零缝宽位置。

本实用新型中所述的左和右不是绝对的，只是为了叙述方便。

有益效果

本实用新型提出的一种两边位置可控的狭缝装置,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）通过左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件的设置，以及左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件均与刀片位移相对作用组件的相对作用，并通过刀片位移相对作用组件的作用带动左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件在轨道上左右移动，从而实现左狭缝刀片和右狭缝刀片都能独立调整位置；左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件或相对作用组件与控制器信号连接，以实现狭缝宽度和中心位置同时独立可调，可以实现缝宽和中心位置的数字化控制。

（2）通过对刀探头的设置，以及对刀探头与控制器连接，实现校准自动化；对左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件进行校准，可消除因失步、干扰、磨损和位移计量累积误差等因素造成的缝宽和中心位置的位置。

（3）控制器的信号输入部分采用有线输入端口，或无线数据收发模块；通过有线数据线或无线数据传输模块，将狭缝装置与上位机-计算机连接，使得狭缝装置的狭缝宽度可以通过上位机控制，有效提高自动化程度。

（4）本技术方案中的狭缝装置无手动调节部件，易于装置小型化和全封闭的设备中。

（5）采用步进电机时，步进电机和编码器的配合，再加上配合丝杠导程的设置，步进电机的步距角为1.8度，电机旋转一周需要360/1.8=200个脉冲，可设置电机驱动器细分数为4，则电机旋转一周需要200×4=800个脉冲，又因为步进电机丝杆导程为1毫米，根据导程/脉冲个数=一个脉冲的线位移，所以一个脉冲的线位移为1.25微米。步进电机的操作精度可以达到微米级别；使得本狭缝装置的精度高，更加可靠。

附图说明

图1是本实用新型中实施例1的整体结构示意图。

图2是本实用新型中实施例1的控制器连接示意图。

图3是本实用新型中实施例2的整体结构示意图。

图4是本实用新型中实施例3的整体结构示意图。

图5是本实用新型中实施例4的整体结构示意图。

图6是实施例4中的直线电机结构图。

图7是图6中a-a的剖视图。

图8是实施例4中的磁栅尺结构示意图。

图9是实施例4中的控制器连接示意图。

图10是实施例5中控制方法的具体流程示意图。

附件中的标记：1.基体、2.导轨、3-1.左狭缝刀片组件、3-2.右狭缝刀片组件、4-1.固定丝杠、4-2.旋转丝杠、4-3.磁轴、5-1.左支架、5-2.右支架、6-1.左电机、6-2.右电机、6-3.左电机动子、6-4.右电机动子、7-.对刀器、7-1.对刀探头、7-2.对刀探头、8-1.电缆、8-2.电缆、8-3.电缆、8-4.磁栅尺读头通信电缆、8-5.磁栅尺读头通信电缆、9.控制模块、10.接口、11-1.压簧、11-2.压簧、13.磁栅尺基体、14.磁栅尺、15-1.磁栅尺读头、15-2.磁栅尺读头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种两边位置可控的狭缝装置,所述的狭缝装置包括基体1、导轨2、左狭缝刀片组件3-1、右狭缝刀片组件3-2、刀片位移相对作用组件和控制器9；所述导轨2、刀片位移相对作用组件及控制器9安装于基体1上，左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2可沿导轨2移动；所述的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2或相对作用组件与控制器9信号连接。控制器9中包含电机驱动器。

基体1的顶面固定安装有导轨2，在本实施例中，所述的导轨2采用mgn7导轨2；位于导轨2的两端，在基体1的顶面固定连接有5-1左支架和右支架5-2。所述的导轨2上安装有沿导轨2左右移动的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2；所述的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2分别包括安装在导轨2上并沿导轨2滑动的左滑块和右滑块，左滑块的顶部通过紧固件固定或焊接固定或一体成型有左狭缝刀片，右滑块的顶部通过紧固件固定或焊接固定或一体成型有右狭缝刀片；左滑块和右滑块的顶部连接有用于刀片组件位移的相对作用组件；在本实施例中，所述的相对作用组件采用的是固定丝杠4-1，固定丝杠4-1的两端固定安装在5-1左支架和右支架5-2上。

左滑块和右滑块的顶部分别固定连接旋转角度可控的电机6-1和6-2，在本实施例中，转角度可控的电机采用20bygh混合式贯通步进电机。步进电机驱动器自带有编码器，可以通过编码进行距离的测量计算。

在电机6-1和6-2的中心处，其转子中设置有可旋转螺母，步距角为1.8度。电机旋转一周需要360/1.8=200个脉冲，可设置电机驱动器细分数为4，则电机旋转一周需要200*4=800个脉冲，又因为步进电机丝杆导程为1毫米，根据导程/脉冲个数=一个脉冲的线位移，得到一个脉冲的线位移为1.25微米。

可旋转螺母作用在固定丝杠4-1上，可旋转螺母的螺距为1毫米，即固定丝杠4-1导程为1毫米时；所述的电机6-1和6-2采用四细分驱动，刀片位移分辨率为1.25微米。左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2在步进电机6-1和6-2和固定丝杠4-1的驱动下，可沿导轨2左右移动。

在右狭缝刀片与右电机之间安装有用于校准的对刀器7；所述对刀器7的探头7-1和7-2采用对刀电极，对刀电极7-1和7-2与基体1、以及右狭缝对刀组件3-2之间进行绝缘处理；对刀器7设置有两个探头7-1和7-2，所述的两个探头7-1和7-2分别安装在对刀器7的左右两侧，两个探头7-1和7-2中的一个用于检测刀片的参考零点位置，另一个用于检测另一刀片相对的零缝宽位置。当对刀器7的探头7-1和7-2和校准件导体接触，产生校准信号。

左滑块和右滑块的顶部分别固定连接的旋转角度可控的电机6-1和6-2；即左旋转电机6-1和右旋转电机6-2，以及对刀器7与控制器9电气相连；控制器9中设置有状态机、存储器、运算器、电源输入端口和信号输入输出部分；所述的信号输入输出部分采用有线输入端口10，或无线数据收发模块。在本实施例中，控制器采用型号为stc89c52rc的控制器。若采用无线数据收发模块时，无线数据收发模块采用hc-05型蓝牙模块。

如图2所示，在本实施例中，左旋转电机6-1和右旋转电机6-2，以及对刀器7通过电缆8-1、8-2、8-3与控制器9信号连接；控制器9中包括用于控制的单片机芯片mcu，与上位机或计算机连接的interface端口10，与对刀器连接的对刀模块zero，与步进电机驱动器连接的driver1和driver2，以及与步进电机驱动器连接的motor1和motor2步进电机信号。

zero是由对刀模块产生的零点信号和零缝宽信号，interface是端口10，driver1和driver2是步进电机驱动器，motor1和motor2是步进电机。

工作原理：本狭缝装置主要用于产生指定狭缝，在上位机输入狭缝数据，设定狭缝的中心位置和狭缝宽度，通过端口将数据输给控制器；控制器接收到数据后，计算出左、右狭缝刀片移动组件的位移量，并控制左、右电机运行，使左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件运动到指定位置。

本实用新型中所述的左和右不是绝对的，只是为了叙述方便。

实施例2：

实施例1在实施时，发现左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件在运行时，出现螺母空转的现象；这是由于采用非滚珠丝杆螺母，存在间隙所引起的缺陷。

因此实用新型人在实施例1的基础上做了改进；以此减小螺母与丝杆之间的间隙；从而达到减小或消除螺母与丝杠之间的间隙问题。

如图3所示，在位于左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2之间的固定丝杠4-1上，以及右狭缝刀片组件3-2与右支架5-2之间设置有压簧11-1和11-2；采用压簧时，压簧11-1和11-2自由状态时的长度略大于相应的间距最大值，两端自然接触，采用拉簧时，3-1、3-2及5-2上设有拉簧连接孔。

或每一狭缝刀片组件都采用双螺母和压簧，来消除固定丝杆和螺母之间的间隙。

本实施例中其他的部件，以及各部件的位置关系和连接关系，以及控制与校准方法均与实施例1中的相同，此处不再多做重复的阐述。

实施例3

如图4所示，一种两边位置可控的狭缝装置,所述的狭缝装置包括基体1，基体1的顶面固定安装有导轨2，在本实施例中，所述的导轨2采用mgn7导轨；位于导轨2的两端，在基体1的顶面分别固定连接有左旋转电机6-1和右旋转电机6-2；左旋转电机6-1和右旋转电机6-2的输出端分别传动连接有丝杠4-2。丝杠4-2和电机轴可以是一体的，也可以通过连轴器进行连接。

所述的导轨2上安装有沿导轨2左右移动的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2；所述的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2分别包括安装在导轨2上并沿导轨2滑动的左滑块和右滑块，左滑块的一侧通过紧固件固定或焊接固定或一体成型有左狭缝刀片，右滑块的一侧通过紧固件固定或焊接固定或一体成型有右狭缝刀片；左滑块和右滑块的上侧连接有相对作用组件；在本实施例中，所述的相对作用组件采用的是与电机输出端连接的可旋转丝杠4-2。左滑块和右滑块的中部设置有与丝杠4-2相互作用的贯穿孔，贯穿孔内设置有与丝杠相匹配的螺纹；或贯穿孔内安装有与滑块固定连接的固定螺母，固定螺母中设置有与丝杠相匹配的螺纹。所述左旋转电机的丝杠贯穿左滑块的贯穿孔后与右滑块上的中空孔衔接，所述中空孔的内壁为光滑面；所述右旋转电机6-2的丝杠4-2贯穿右滑块的贯穿孔后继续向左衍生，右丝杠4-2的长度大于导轨2二分之一的长度。左滑块和右滑块能随着丝杠4-2的转动沿着导轨2左移或右移。

为了防止步进电机6-1和6-2失步，本实施例中的电机6-1和6-2选择有两种方案，方案一是采用闭环步进电机，方案二是采用伺服电机，它们都采用1000线光电编码器，其步距角为0.36度。丝杠的导程（即两螺母之间的距离）为0.5毫米时，刀片位移分辨率为0.5微米。

本实施例中采用两个拉簧11-1和11-2来消除丝杠螺母的间隙。所述的两个拉簧11-1和11-2分别设置在左支架5-1与左滑块内的固定螺母之间，以及设置在右支架5-2和右滑块内的固定螺母之间。

本实施例中其他的部件，以及各部件的位置关系和连接关系，以及控制与校准方法均与实施例1中的相同，此处不再多做重复的阐述。

实施例4

如图5示，一种两边位置可控的狭缝装置,所述的狭缝装置包括基体1，基体1的顶面固定安装有直线导轨2，在本实施例中，所述的导轨2采用mgn7导轨；位于导轨2的两端，在基体1的顶面分别固定连接有左支架5-1和右支架5-2；所述的导轨2上安装有沿导2轨左右移动的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2；所述的左狭缝刀片组件3-1和右狭缝刀片组件3-2分别包括安装在导轨2上并沿导轨2滑动的左滑块和右滑块，左滑块的顶部焊接固定或一体成型有左狭缝刀片，右滑块的顶部焊接固定或一体成型有右狭缝刀片；左滑块和右滑块的顶部连接有用于刀片组件位移的相对作用组件；在本实施例中，所述的相对作用组件采用的是磁轴4-3，磁轴4-3的两端安装在左支架5-1和右支架5-2上。

如图6和图7所示，左滑块和右滑块的顶部分别固定连接左直线电机和右直线电机，所述的左直线电机和右直线电机内设置有贯穿的孔，孔内设置有电机动子6-3和6-4，所述的电机动子6-3和6-4作用于磁轴4-3上，所述的电机动子6-3和6-4通过电缆8-1和8-2与控制器9连接；左滑块和右滑块在电机动子6-3和6-4的驱动下，可以沿导轨2滑动。

如图8所示，位于导轨2的另一侧，在基体1的顶面固定安装有磁栅尺基体13，磁栅尺基体13上安装有磁栅尺14，所述的磁栅尺14上安装有可沿磁栅尺14滑动的磁栅尺读头15-1和15-2，所述的磁栅尺读头15-1和15-2与直线电机的电机动子6-3和6-4磁连接。磁栅尺读头15-1和15-2通过磁栅尺读头通信电缆8-4和8-5与控制器9信号连接。

磁栅尺读头15-1和15-2采用as5311核片构成，as5311和磁栅尺14及微处理器9之间的关系分别如图6至图8所示。从图中可以看出，由as5311和相应的磁栅尺14构成的位移测量系统分辨率可达2/4096毫米=0.489微米。磁栅尺14、磁栅尺读头15-1与直线电机动子6-1或构磁栅尺读头15-2与直线电机动子6-2构成一个精确的闭环位置控制系统。

本实施例中，控制器9的结构框图如图9所示。其中，两片as5311构成磁栅尺读头15-1和15-2。电机的驱动及位移的伺服控制方法可以采用公知的驱动与控制方案。本实施例并未对其做任何改进，此处不再多做重复的阐述。

本实施例中其他的部件，以及各部件的位置关系和连接关系，以及控制与校准方法均与实施例1中的相同，此处不再多做重复的阐述。

实施例5

一种两边可控狭缝装置的控制方法,通过相对作用组件分别控制左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件的运行位置，可以控制所要形成的狭缝的宽度和狭缝中心的位置；其特征在于：具体的步骤如下：

步骤一：可选择的对狭缝装置进行校正的操作；校正这一步骤只有在需求时使用，一般在首次使用时或连续使用3-5天校正一次。

步骤二：设定狭缝装置的宽度：通过外接控制设备设定狭缝的中心位置和狭缝装置的宽度，在通过控制器的信号输入端口传送给控制器。

步骤三：控制器接收到数据后，根据设定的狭缝的中心位置和狭缝宽度，计算出左、右狭缝刀片移动组件的位移量，调控左狭缝刀片和右狭缝刀片运行，在狭缝装置的中心位置处形成对称的狭缝；

控制器控制左电机和右电机运行做相对运动，带动左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件做相对运动，从而带动左狭缝刀片和右狭缝刀片向狭缝装置的中心位置靠拢。

为了消除因失步、干扰、丝杠副磨损和位移计量累积误差等因素造成的缝宽和中心的位置，可以利用对刀器7对本装置的参考零点及零缝宽进行校准。

一种两边位置可控狭缝装置的校正方法，所述的两个探头同时固定在左狭缝刀片组件或右狭缝刀片组件上时，刀片组件的校正方法是：

步骤1：控制右狭缝刀片组件想右侧运动，直到对刀探头接触右支架的内侧壁，即为参考零点校准面；右侧的对刀探头形成零点参考的信号，记录该刀片的零点参考位置；

步骤2：读取控制器中接收到的设定的校定狭缝中间位置相对于参考零点的距离，控制右狭缝刀片组件运行到中间位置的参考零点，再控制左狭缝刀片组件向中间运行，直到探头和左狭缝刀片组件产生零缝宽信号时，停止另一个狭缝刀片组件的运行，记录该刀片的零缝宽位置。记录左狭缝刀片组件和右狭缝刀片组件位置为0，宽度为0。