高精度電動(dòng)掃描臺(tái)及控制方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種高精度電動(dòng)掃描臺(tái)及控制方法，包括：支撐底板、運(yùn)動(dòng)下板、運(yùn)動(dòng)上板、直線(xiàn)電機(jī)、光柵尺、限位開(kāi)關(guān)、電纜接插件、控制驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)兩個(gè)直線(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)上板和運(yùn)動(dòng)下板進(jìn)行XY掃描運(yùn)動(dòng)，并利用光柵尺進(jìn)行精確定位。高精度電動(dòng)掃描臺(tái)僅依靠I/O引腳的脈沖信號(hào)輸入和高低電平輸出實(shí)現(xiàn)電動(dòng)掃描臺(tái)的回零操作、加減速及勻速運(yùn)動(dòng)和插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)等操作控制以及指令執(zhí)行狀態(tài)反饋。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)響應(yīng)速度快、定位精度高，低速性能好，控制方便，可用于工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)掃描臺(tái)、顯微鏡掃描載物臺(tái)等自動(dòng)控制，尤其適用于高分辨率全自動(dòng)數(shù)字顯微鏡。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體地，涉及高精度電動(dòng)掃描臺(tái)及控制方法。
技術(shù)介紹
電動(dòng)掃描臺(tái)是實(shí)現(xiàn)平面掃描運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)部件，在工業(yè)檢測(cè)、顯微掃描領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上的兩軸掃描臺(tái)，多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)和絲杠傳動(dòng)的方式。由于步進(jìn)電機(jī)的精度局限性和絲杠傳動(dòng)的反向間隙，市面上的電動(dòng)掃描臺(tái)具有響應(yīng)速度慢，定位精度低等問(wèn)題。此外，還容易出現(xiàn)高速振動(dòng)、低速爬行、外形笨重等缺點(diǎn)。此外，盡管市場(chǎng)上的電動(dòng)掃描臺(tái)采用了CAN、RS232等通訊控制方式，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的通訊協(xié)議，但是實(shí)時(shí)性不佳，實(shí)用性不強(qiáng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種高精度電動(dòng)掃描臺(tái)及控制方法。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，包括：支撐底板、運(yùn)動(dòng)下板、運(yùn)動(dòng)上板以及直線(xiàn)磁軸電機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)下板設(shè)置在支撐底板上，所述運(yùn)動(dòng)上板位于運(yùn)動(dòng)下板上，所述運(yùn)動(dòng)下板和運(yùn)動(dòng)上板分別與一直線(xiàn)磁軸電機(jī)相連；且所述支撐底板上表面與運(yùn)動(dòng)下板下表面之間，以及運(yùn)動(dòng)下板上表面與運(yùn)動(dòng)上板下表面之間分別設(shè)置有匹配的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副。優(yōu)選地，所述滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副的安裝方式為層疊鑲嵌式結(jié)構(gòu)包括：固定組件和移動(dòng)組件，具體地，支撐底板的上表面嵌合有導(dǎo)軌副固定組件，則運(yùn)動(dòng)下板的下表面嵌合有相匹配的導(dǎo)軌副移動(dòng)組件；運(yùn)動(dòng)下板的上表面嵌合有導(dǎo)軌副固定組件，則運(yùn)動(dòng)上板的下表面嵌合有相匹配的導(dǎo)軌副移動(dòng)組件。優(yōu)選地，所述支撐底板上表面、運(yùn)動(dòng)下板下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副與運(yùn)動(dòng)下板上表面、運(yùn)動(dòng)上板下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。優(yōu)選地，還包括光柵讀頭和光柵尺，所述光柵尺分別鑲嵌在運(yùn)動(dòng)下板和運(yùn)動(dòng)上板的下表面的某一側(cè)，所述光柵讀頭鑲嵌在支撐底板的上表面并且與兩個(gè)光柵尺相對(duì)應(yīng)的位置處。優(yōu)選地，還包括電纜接插件，所述電纜接插件設(shè)置在支撐底板的某個(gè)側(cè)面上，并通過(guò)支撐底板上的走線(xiàn)槽與直線(xiàn)磁軸電機(jī)、光柵讀頭以及限位開(kāi)關(guān)相連。優(yōu)選地，還包括控制驅(qū)動(dòng)器，所述的控制驅(qū)動(dòng)器安裝有兩個(gè)與支撐底板上的電纜接插件相對(duì)應(yīng)的電纜接插件，其中的一個(gè)接插件用于連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)，另一個(gè)接插件用于連接信號(hào)線(xiàn)；所述控制驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)控制直線(xiàn)磁軸電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)下板和運(yùn)動(dòng)上板運(yùn)動(dòng)；通過(guò)信號(hào)線(xiàn)實(shí)時(shí)獲取光柵尺的讀數(shù)，并結(jié)合限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)下板和運(yùn)動(dòng)上板的定位。優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)下板的下表面的一側(cè)安裝了直線(xiàn)磁軸電機(jī)的磁軸動(dòng)子，運(yùn)動(dòng)下板下表面的另一側(cè)安裝了光柵尺；運(yùn)動(dòng)下板下表面的兩側(cè)分別嵌入一個(gè)導(dǎo)軌副移動(dòng)組件，所述導(dǎo)軌副移動(dòng)組件與支撐底板上表面所安裝的導(dǎo)軌副固定組件分別組成一對(duì)相互平行的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副。優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)上板的下表面一側(cè)安裝了直線(xiàn)磁軸電機(jī)的磁軸動(dòng)子，運(yùn)動(dòng)上板的下表面另一側(cè)安裝了光柵尺；運(yùn)動(dòng)上板下表面的兩側(cè)分別嵌入一個(gè)導(dǎo)軌副移動(dòng)組件，所述導(dǎo)軌副移動(dòng)組件與運(yùn)動(dòng)下板上表面所安裝的導(dǎo)軌副固定組件組成一對(duì)相互平行的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)的控制方法，僅僅依靠高精度電動(dòng)掃描臺(tái)的控制驅(qū)動(dòng)器的I/O引腳的脈沖發(fā)送和高/低電平反饋就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)下板、運(yùn)動(dòng)上板的操作控制和狀態(tài)反饋，包括：回零操作、加減速操作、勻速操作以及插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)操作以及指令執(zhí)行狀態(tài)。優(yōu)選地，通過(guò)給控制驅(qū)動(dòng)器的若干I/O引腳一個(gè)脈沖上升沿或下降沿，能夠使電動(dòng)掃描臺(tái)運(yùn)動(dòng)上板和運(yùn)動(dòng)下板執(zhí)行回零操作；通過(guò)檢測(cè)控制驅(qū)動(dòng)器的若干I/O引腳輸出的高/低電平，能夠獲取電動(dòng)掃描臺(tái)的運(yùn)動(dòng)上板和運(yùn)動(dòng)下板所處的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、空閑狀態(tài)以及指令執(zhí)行狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有如下的有益效果：1、本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)及控制方法采用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，克服了步進(jìn)電機(jī)的高低速性能缺陷，采用光柵尺全閉環(huán)反饋方式解決了絲杠傳動(dòng)精度低的問(wèn)題，采用鑲嵌式緊湊設(shè)計(jì)使得掃描臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加合理緊湊。2、本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)能夠響應(yīng)速度快、定位精度高，低速性能好，可用于工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)掃描臺(tái)、顯微鏡掃描載物臺(tái)等自動(dòng)控制，尤其適用于高分辨率全自動(dòng)數(shù)字顯微鏡。3、本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)的控制方法采用光柵尺全閉環(huán)控制，解決了絲杠傳動(dòng)精度低的問(wèn)題，完全依靠驅(qū)動(dòng)控制器I/O引腳的脈沖信號(hào)輸入和高低電平輸出實(shí)現(xiàn)電動(dòng)掃描臺(tái)的回零操作、加減速及勻速運(yùn)動(dòng)和插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)等操作，大大降低了控制的難度，便于使用者快捷的使用。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本專(zhuān)利技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為使用本專(zhuān)利技術(shù)提供的電動(dòng)掃描臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專(zhuān)利技術(shù)提供的電動(dòng)掃描臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專(zhuān)利技術(shù)中電動(dòng)掃描臺(tái)的驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：圖3中標(biāo)號(hào)1～9表示9個(gè)I/O引腳。圖中：1-支撐底板；2-運(yùn)動(dòng)下板；3-運(yùn)動(dòng)上板；4-滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副；5-電纜接插件。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本專(zhuān)利技術(shù)，但不以任何形式限制本專(zhuān)利技術(shù)。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)提供的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，包括：支撐底板1、運(yùn)動(dòng)下板2、運(yùn)動(dòng)上板3以及直線(xiàn)磁軸電機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)下板2設(shè)置在支撐底板1上，所述運(yùn)動(dòng)上板3位于運(yùn)動(dòng)下板2上，所述運(yùn)動(dòng)下板2和運(yùn)動(dòng)上板3分別與一直線(xiàn)磁軸電機(jī)相連；且所述支撐底板1上表面與運(yùn)動(dòng)下板2下表面之間，以及運(yùn)動(dòng)下板2上表面與運(yùn)動(dòng)上板3下表面之間分別設(shè)置有匹配的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副4。所述滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副4為層疊鑲嵌結(jié)構(gòu)包括：滾珠導(dǎo)軌和滾珠導(dǎo)軌滑塊，具體地，支撐底板1的上表面設(shè)置有滾珠導(dǎo)軌或者滾珠導(dǎo)軌滑塊，則運(yùn)動(dòng)下板2的下表面設(shè)置有相匹配的滾珠導(dǎo)軌滑塊或者滾珠導(dǎo)軌；運(yùn)動(dòng)下板2的上表面設(shè)置有滾珠導(dǎo)軌或者滾珠導(dǎo)軌滑塊，則運(yùn)動(dòng)上板2的下表面設(shè)置有相匹配的滾珠導(dǎo)軌滑塊或者滾珠導(dǎo)軌。所述支撐底板1上表面、運(yùn)動(dòng)下板2下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副4與運(yùn)動(dòng)下板2上表面、運(yùn)動(dòng)上板3下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副4的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。高精度電動(dòng)掃描臺(tái)還包括光柵讀頭和光柵尺，所述光柵尺分別設(shè)置在運(yùn)動(dòng)下板2和運(yùn)動(dòng)上板3的下表面的某一側(cè)，所述光柵讀頭設(shè)置在支撐底板1的上表面并且與兩個(gè)光柵尺相對(duì)應(yīng)的位置處。高精度電動(dòng)掃描臺(tái)還包括電纜接插件5，所述電纜接插件5設(shè)置在支撐底板1的某個(gè)側(cè)面上，并通過(guò)支撐底板1上的走線(xiàn)槽與直線(xiàn)磁軸電機(jī)、光柵讀頭以及限位開(kāi)關(guān)相連。高精度電動(dòng)掃描臺(tái)還包括控制驅(qū)動(dòng)器，所述的控制驅(qū)動(dòng)器安裝有兩個(gè)與支撐底板1上的電纜接插件5相對(duì)應(yīng)的電纜接插件，其中的一個(gè)接插件用于連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)，另一個(gè)接插件用于連接信號(hào)線(xiàn)；所述控制驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)控制直線(xiàn)磁軸電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)下板2和運(yùn)動(dòng)上板3運(yùn)動(dòng)；通過(guò)信號(hào)線(xiàn)實(shí)時(shí)獲取光柵尺的讀數(shù)并結(jié)合限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)下板2和運(yùn)動(dòng)上板3的定位。所述運(yùn)動(dòng)下板2的下表面的一側(cè)安裝了直線(xiàn)磁軸電機(jī)的磁軸動(dòng)子，運(yùn)動(dòng)下板2下表面的另一側(cè)安裝了光柵尺；運(yùn)動(dòng)下板2下表面的兩側(cè)分別嵌入一個(gè)滾珠導(dǎo)軌滑塊，所述滾珠導(dǎo)軌滑塊與支撐底板1上表面所安裝的滾珠導(dǎo)軌組成一對(duì)相互平行的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副4。所述運(yùn)動(dòng)上板3的下表面一側(cè)安裝了直線(xiàn)磁軸電機(jī)的磁軸動(dòng)子，運(yùn)動(dòng)上板3的下表面另一側(cè)安裝了光柵尺；運(yùn)動(dòng)上板3下表面的兩側(cè)分別嵌入一個(gè)滾珠導(dǎo)軌滑塊，所述滾珠導(dǎo)軌滑塊與運(yùn)動(dòng)下板2上表面所安裝本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，包括：支撐底板(1)、運(yùn)動(dòng)下板(2)、運(yùn)動(dòng)上板(3)以及直線(xiàn)磁軸電機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)下板(2)設(shè)置在支撐底板(1)上，所述運(yùn)動(dòng)上板(3)位于運(yùn)動(dòng)下板(2)上，所述運(yùn)動(dòng)下板(2)和運(yùn)動(dòng)上板(3)分別與一直線(xiàn)磁軸電機(jī)相連；且所述支撐底板(1)上表面與運(yùn)動(dòng)下板(2)下表面之間，以及運(yùn)動(dòng)下板(2)上表面與運(yùn)動(dòng)上板(3)下表面之間分別設(shè)置有匹配的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副(4)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，包括：支撐底板(1)、運(yùn)動(dòng)下板(2)、運(yùn)動(dòng)上板(3)以及直線(xiàn)磁軸電機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)下板(2)設(shè)置在支撐底板(1)上，所述運(yùn)動(dòng)上板(3)位于運(yùn)動(dòng)下板(2)上，所述運(yùn)動(dòng)下板(2)和運(yùn)動(dòng)上板(3)分別與一直線(xiàn)磁軸電機(jī)相連；且所述支撐底板(1)上表面與運(yùn)動(dòng)下板(2)下表面之間，以及運(yùn)動(dòng)下板(2)上表面與運(yùn)動(dòng)上板(3)下表面之間分別設(shè)置有匹配的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，所述滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副(4)的安裝方式為層疊鑲嵌式結(jié)構(gòu)包括：固定組件和移動(dòng)組件，具體地，支撐底板(1)的上表面嵌合有導(dǎo)軌副固定組件，則運(yùn)動(dòng)下板(2)的下表面嵌合有相匹配的導(dǎo)軌副移動(dòng)組件；運(yùn)動(dòng)下板(2)的上表面嵌合有導(dǎo)軌副固定組件，則運(yùn)動(dòng)上板(2)的下表面嵌合有相匹配的導(dǎo)軌副移動(dòng)組件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，所述支撐底板(1)上表面、運(yùn)動(dòng)下板(2)下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副(4)與運(yùn)動(dòng)下板(2)上表面、運(yùn)動(dòng)上板(3)下表面之間的滾動(dòng)/滑動(dòng)導(dǎo)軌副(4)的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，還包括光柵讀頭和光柵尺，所述光柵尺分別鑲嵌在運(yùn)動(dòng)下板(2)和運(yùn)動(dòng)上板(3)的下表面的某一側(cè)，所述光柵讀頭鑲嵌在支撐底板(1)的上表面并且與兩個(gè)光柵尺相對(duì)應(yīng)的位置處。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，還包括電纜接插件(5)，所述電纜接插件(5)設(shè)置在支撐底板(1)的某個(gè)側(cè)面上，并通過(guò)支撐底板(1)上的走線(xiàn)槽與直線(xiàn)磁軸電機(jī)、光柵讀頭以及限位開(kāi)關(guān)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高精度電動(dòng)掃描臺(tái)，其特征在于，還包括控制驅(qū)動(dòng)器，所述的控制驅(qū)動(dòng)器安裝有兩個(gè)與支撐底板(1)上的電纜接...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)新平，谷朝臣，吳開(kāi)杰，程昊，孫嘉偉，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31