混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于放置被观测物的载物平台，尤其是涉及一种采用永磁同步直线电机和压电电机混合驱动的自动控制显微镜载物平台。
【背景技术】
[0002]随着科技水平的提高，显微镜越来越自动和智能化，对载物台的自动控制需求也逐步提高；传统采用伺服电机或步进电机的显微镜载物台因结构和驱动方式的原因(需要丝杆、螺母等)会产生较严重的回程误差，降低观测精度，影响使用效果。直驱的直线电机和压电电机有效的克服的空回误差，单独使用时也有各自的局限性。比如，直线电机运动平稳，动态性能好，但低电流时对外界扰动的抵抗能力较差。压电电机虽然有很好的抗干扰能力和断电自锁功能，但动态性能运动稳定性不如直线电机。本发明通过组合结构设计，将直线电机和压电电机的优点结合起来，使显微镜平台能在高速扫描的同时保持稳定性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种精度明显优于传统步进电机，直接驱动载物台运动，无需多余的机械结构，无回程差。同时，速度稳定性和抗干扰能力显著提高的永磁同步直线电机和压电电机混合驱动的自动控制显微镜载物平台。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下二种技术方案。
[0005]第一技术方案如下:
[0006]混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路；
[0007]所述载物台由上至下依次设有上滑块、中间板和底板；上滑块表面作为载物平面，上滑块与中间板通过上导轨连接构成沿Y轴方向的滑动配合，中间板与底板通过下导轨连接构成沿X轴方向的滑动配合；永磁同步直线电机的定子固定于中间板上，永磁同步直线电机的动子与上滑块连接；压电电机的定子固定于底板上，压电电机的动子与中间板连接；反馈装置设有第一编码器和第二编码器，第一编码器固定于中间板上，第二编码器固定于底板上，控制电路包括微处理器，第一编码器和第二编码器的位置检测信号传递至微处理器信号输入端，微处理器控制信号分别传递至压电电机和永磁同步直线电机。
[0008]所述微处理器可采用数字信号处理器(DSP)或者单片机等嵌入式控制器。
[0009]第二技术方案如下:
[0010]混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路；
[0011]所述载物台由上至下依次设有上滑块、中间板和底板；上滑块表面作为载物平面，上滑块与中间板通过上导轨连接构成沿Y轴方向的滑动配合，中间板与底板通过下导轨连接构成沿X轴方向的滑动配合；压电电机的定子固定于中间板上，压电电机的动子与上滑块连接；永磁同步直线电机的定子固定于底板上，永磁同步直线电机的动子与中间板连接；反馈装置设有第一编码器和第二编码器，第一编码器固定于中间板上，第二编码器固定于底板上，控制电路包括微处理器，第一编码器和第二编码器的位置检测信号传递至微处理器信号输入端，微处理器控制信号分别传递至压电电机和永磁同步直线电机。
[0012]所述微处理器可采用数字信号处理器(DSP)或者单片机等嵌入式控制器。
[0013]与现有技术比较，本发明有益效果如下:
[0014]压电电机和永磁直线电机都能够直接驱动平台进行直线运动，不需要丝杆和螺母，避免了机械的回程误差、省去机械部分的维护工作，保证更高的运动精度，同时降低了产品使用维护成本。相比于直线电机，压电电机能够在断电状态下迅速自锁并长时间保持在同一位置；直线电机具有更优越的运动性能，平台速度稳定性极高，运动平稳，抗干扰能力强。反馈装置包括编码器和光电限位器:编码器检测载物台的相对位置，由于编码器的精度较高，能够提高位置控制精度，重复定位精度优于1 μ m，最高分别率可达到0.005 μ m ;使用光电限位器监控X轴和Y轴两端，若载物台到达两端，则停止运动。为进一步提高系统安全性，还加入了机械限位，软件限位功能，形成3层限位保护。
[0015]本发明用于显微镜载物台系统工作时，上位机发出运动指令，送到控制电路。控制电路经过运算，生成控制信号。控制信号经过功率放大，驱动主电路的开关管，进一步控制压电电机和直线电机，平台随之进行X轴和Y运动。运动过程中，编码器检测载物台的位置，将位置信号反馈到控制电路，控制电路根据位置反馈信号修正控制信号，形成闭环控制，提高系统的控制精度。
[0016]由此可见，本发明通过改变驱动载物台上驱动电机，用永磁同步直线电机和压电电机代替步进电机，分别驱动平台进行X轴和Y轴运动，配合导轨和编码器位置检测实现平台的高精度控制。
[0017]显然，本发明具有如下优点:
[0018]1.压电电机和永磁同步直线电机控制精度优于传统步进电机；
[0019]2.压电电机和直线电机直接驱动载物台运动，无需多余的机械结构，无回程差；
[0020]3.压电电机具有断电自锁功能，并长时间保持在同一位置；
[0021]4.压电电机利用逆压电效应运动，空间中的电磁场不会对其造成干扰，电机本身也不会成为电磁骚扰源。
[0022]5.永磁同步直线电机具有更优越的运动性能，平台速度稳定性极高，运动平稳；
[0023]6.永磁同步直线电机功率密度大，相同体积限制下能够输出更大推力；
[0024]7.永磁同步直线电机的速度调节范围宽，载物台速度可达到lum/s至500mm/s。
[0025]8.永磁同步直线电机的运动结构之间摩擦小，系统维护成本降低，寿命延长。
[0026]9.在直线电机轴高速扫描的同时能保证压电轴的稳定性。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例1的分解结构示意图。
[0028]图2为本发明实施例1的装配结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]参见图1和2，本发明包括载物台、压电电机2、永磁同步直线电机3、反馈装置和控制电路；
[0031]所述载物台由上至下依次设有上滑块11、中间板12和底板13 ;上滑块11表面作为载物平面，上滑块11与中间板12通过上导轨14连接构成沿Y轴方向的滑动配合，中间板12与底板13通过下导轨15连接构成沿X轴方向的滑动配合；永磁同步直线电机3的定子固定于中间板12上，永磁同步直线电机3的动子与上滑块11连接；压电电机2的定子固定于底板13上，压电电机2的动子通过摩擦条6与中间板12连接；反馈装置设有第一编码器41和第二编码器42，第一编码器41固定于中间板12上，第二编码器42固定于底板13上，控制电路包括微处理器，第一编码器41和第二编码器42的位置检测信号传递至微处理器信号输入端，微处理器控制信号分别传递至压电电机2和永磁同步直线电机3。
[0032]所述微处理器采用数字信号处理器(DSP)(也可采用单片机等)嵌入式控制器。
[0033]实施例2
[0034]与实施例1类似，区别在于，将压电电机与永磁同步直线电机的安装位置交换。即压电电机安装在上部，永磁同步直线电机安装在下部。
【主权项】
1.混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，其特征在于，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路； 所述载物台由上至下依次设有上滑块、中间板和底板；上滑块表面作为载物平面，上滑块与中间板通过上导轨连接构成沿Y轴方向的滑动配合，中间板与底板通过下导轨连接构成沿X轴方向的滑动配合；永磁同步直线电机的定子固定于中间板上，永磁同步直线电机的动子与上滑块连接；压电电机的定子固定于底板上，压电电机的动子与中间板连接；反馈装置设有第一编码器、第二编码器，第一编码器固定于中间板上，第二编码器固定于底板上，控制电路包括微处理器，第一编码器和第二编码器的位置检测信号传递至微处理器信号输入端，微处理器控制信号分别传递至压电电机和永磁同步直线电机。2.如权利要求1所述混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，其特征在于，所述微处理器采用数字信号处理器(DSP)或单片机。3.混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，其特征在于，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路； 所述载物台由上至下依次设有上滑块、中间板和底板；上滑块表面作为载物平面，上滑块与中间板通过上导轨连接构成沿Y轴方向的滑动配合，中间板与底板通过下导轨连接构成沿X轴方向的滑动配合；压电电机的定子固定于中间板上，压电电机的动子与上滑块连接；永磁同步直线电机的定子固定于底板上，永磁同步直线电机的动子与中间板连接；反馈装置设有第一编码器和第二编码器，第一编码器固定于中间板上，第二编码器固定于底板上，控制电路包括微处理器，第一编码器和第二编码器的位置检测信号传递至微处理器信号输入端，微处理器控制信号分别传递至压电电机和永磁同步直线电机。4.如权利要求3所述混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，其特征在于，所述微处理器采用数字信号处理器(DSP)或单片机。
【专利摘要】混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，涉及用于放置被观测物的载物平台。方案一：混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路；方案二：混合电机驱动的自动控制显微镜载物平台，包括载物台、压电电机、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路。通过改变驱动载物台上驱动电机，用永磁同步直线电机和压电电机代替步进电机，分别驱动平台进行X轴和Y轴运动，配合导轨和编码器位置检测实现平台的高精度控制。
【IPC分类】G02B21/34
【公开号】CN105353502
【申请号】CN201510922680
【发明人】胡亦宁, 张家政, 黄种团
【申请人】海德星科技（厦门）有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月11日