CN103257438A - 一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置及其扫描方法 - Google Patents
一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置及其扫描方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置及其扫描方法,涉及电动平移台自动控制和电动平移台扫描领域。解决了显微镜在平面上进行扫描样本时,传统的人为操作无法完成局部扫描区域内精确定位的问题。该装置包括上位计算机和显微镜电动平移台;它还包括控制系统,控制系统与上位计算机通过RS232串行通讯口进行连接,控制系统的控制信号输出端与显微镜电动平移台的移动信号输入端连接;该装置的扫描方法由以下步骤实现:首先确定扫描区域位置,确定扫描原点;然后上位机通过控制系统控制显微镜电动平移台使其完成矩形扫描过程。本发明适用于对大范围和纳米级的小范围进行局部扫描。
Description
技术领域
本发明涉及电动平移台自动控制和电动平移台扫描领域。
背景技术
随着科学的发展,在许多微观领域,如医疗、生物、生命科学、遗传基因学、精密加工、微电子等研究领域,都需要对它们内部进行三维观察与处理。而光学显微术一直以来都被作为研究微观世界的重要课题,它的无破坏性显微观察对各种领域都很重要。近些年来随着激光技术的迅速发展,出现了激光共聚焦扫描显微镜,其自动聚焦的实现是通过共轭焦点技术,使光源、被照物和探测器处在彼此对应的共轭位置上,光源通过系统在样品上得到的会聚焦点与目镜的焦点相重合,形成共焦成像。如果观测样本被荧光标记了某种特异性物质在激发光条件下扫描,可以共焦成像。
共聚焦扫描显微镜在平面扫描样本时,确定最佳焦平面位置一般是通过人眼的经验知识,受主观因素影响多,缺乏客观标准。在观察生物或细胞显微标本时,有时候需要对某一微小区域进行观察,在这种结构复杂、变化微小的情况下显然人为操作是不够精确的。但是如果在观察显微标本的其中一小部分区域之前能够先通过人眼经验确定大概位置,再通过显微镜电动平移台的自动机械扫描来观察,将期望提高扫描位置的精确性。
发明内容
本发明为了解决显微镜在平面上进行扫描样本时,传统的人为操作无法完成局部扫描区域内精确定位的问题,提供了一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置及其扫描方法。
一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,它包括:上位计算机和显微镜电动平移台;它还包括控制系统,控制系统与上位计算机通过RS232串行通讯接口进行连接,控制系统的控制信号输出端与显微镜电动平移台的移动信号输入端连接;
所述上位计算机内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于将上位计算机的控制命令发送给控制系统的控制命令发送模块;
用于对控制系统发送的应答信息进行接收的应答信息接收模块;
用于对显微镜电动平移台的扫描参数进行设置的扫描参数设置模块;
用于输入扫描原点(X1,Y1)的扫描原点输入模块;
用于输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小的扫描区域设置模块。
上位计算机的控制模块还包括:
用于根据扫描区域获得Y轴方向采样点数y,并判断该采样点数y为奇数还是偶数的Y轴采样点数奇偶判断模块;
用于根据Y轴采样点数奇偶判断模块的判断结果,确定扫描总次数的扫描次数确定模块;
用于对循环扫描模块进行矩形区域扫描时的循环扫描次数进行计算的循环扫描次数计算模块;
用于根据循环扫描次数计算模块获得的扫描次数和扫描次数确定模块获得的扫描总次数控制扫描的扫描控制模块;
用于对完成矩形区域扫描所花费的时间进行显示的时间显示模块。
所述控制系统内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于对上位计算机发送的控制命令进行接收的控制命令接收模块;
用于将控制系统的应答信息发送给上位计算机的应答信息发送模块;
用于将显微镜电动平移台进行左右移动的X轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台进行向前移动的Y轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台返回初始位置的返回初始位置模块。
控制系统的控制模块还包括:
用于对扫描原点和扫描原点对顶角坐标进行存储的坐标存储模块;
用于对显微镜电动平移台所在坐标进行显示的坐标显示模块。
一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的扫描方法,是由以下步骤实现的:
步骤一、根据扫描区域的位置确定并输入扫描原点(X1,Y1),输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小;并将显微镜电动平移台放置在扫描原点上;
步骤二、在显微镜电动平移台对矩形区域进行扫描之前,Y轴采样点数奇偶判断模块对Y轴方向采集点数y为奇数还是偶数进行判断,循环扫描次数计算模块根据采集点数y的奇偶性计算循环扫描次数;
步骤四、通过位置坐标定位模块判断XR是否等于X2,是,显微镜电动平移台停止移动后执行步骤五;否,令i=i+1,返回执行步骤三;
步骤五、显微镜电动平移台4沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤六、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台是否移动一个步长的距离,是,执行步骤七;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤七、显微镜电动平移台从扫描原点沿X轴方向向左移动到XL处,在移动过程中 i的初始值为1;
步骤八、通过位置坐标定位模块判断XL是否等于X1,是,显微镜电动平移台停止移动后执行步骤九;否,i=i+1,返回执行步骤七;
步骤九、显微镜电动平移台沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤十、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台是否移动一个步长的距离,是,完成循环扫描的一个循环;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤十一、判断循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n是否等于扫描次数确定模块所确定的循环次数,当循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n与扫描次数确定模块所确定的循环次数相等时,执行步骤十二,否则,返回执行步骤三;
步骤十二、完成循环扫描后,当Y轴方向采集点数y为偶数时,显微镜电动平移台向右逐步移动到X轴方向的最右侧,再向Y轴方向向前移动一步,最后再向左逐步移动到X轴方向的最右侧,从而退出扫描区域,完成全部的扫描程序;
当Y轴方向采集点数y为奇数时,显微镜电动平移台向右逐步移动到X轴方向的最右侧,从而退出扫描区域,完成全部的扫描程序。
有益效果:本发明通过计算机控制显微镜电动平移台移动,输入相关的扫描参数后,电动平移台除了能够自动在实验要求的扫描区域内完成大范围的扫描,还能够根据需要对于实验生物样本某个纳米级的小范围进行局部扫描,且扫描过程中的每一个坐标点都能够实现精确定位。与传统的手工操作相比,提高了扫描位置的准确性。
附图说明
图1为一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的原理示意图;
图2为一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的扫描流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式,一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,它包括:上位计算机1和显微镜电动平移台4;它还包括控制系统3,控制系统3与上位计算机1通过RS232串行通讯接口2进行连接,控制系统3的控制信号输出端与显微镜电动平移台4的移动信号输入端连接;
所述上位计算机1内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于将上位计算机1的控制命令发送给控制系统3的控制命令发送模块;
用于对控制系统3发送的应答信息进行接收的应答信息接收模块;
用于对显微镜电动平移台4的扫描参数进行设置的扫描参数设置模块;
用于输入扫描原点(X1,Y1)的扫描原点输入模块;
用于输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小的扫描区域设置模块;
所述控制系统3内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于对上位计算机1发送的控制命令进行接收的控制命令接收模块;
用于将控制系统3的应答信息发送给上位计算机1的应答信息发送模块;
用于将显微镜电动平移台4进行左右移动的X轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台4进行向前移动的Y轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台4返回初始位置的返回初始位置模块。
工作原理:通过串行通讯接口设置模块对RS232串行通讯接口进行设置,使上位计算机1与控制系统3通过RS232串行通讯接口实现数据交互,上位计算机1向控制系统3发送控制命令,使显微镜电动平移台4在X轴方向和Y轴方向移动,并且能够使显微镜电动平移台4在扫描完成后能够回到初始位置;控制系统3向上位计算机1发送应答信息,对上位计算机1发送的命令进行及时反馈。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,所述控制命令包括扫描参数设置命令;控制显微镜电动平移台4移动方向的移动控制命令和停止扫描命令。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,所述应答信息包括控制系统3准备就绪信息和显微镜电动平移台4返回初始位置信息。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,所述扫描参数包括显微镜电动平移台4的移动速度、加速度、X轴方向和Y轴方向的移动实际步长和移动的最小步长。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,上位机1的控制模块中还包括:
用于根据扫描区域获得Y轴方向采样点数y,并判断该采样点数y为奇数还是偶数的Y轴采样点数奇偶判断模块;
用于根据Y轴采样点数奇偶判断模块的判断结果,确定扫描总次数的扫描次数确定模块;
用于对循环扫描模块进行矩形区域扫描时的循环扫描次数进行计算的循环扫描次数计算模块;
用于根据循环扫描次数计算模块获得的扫描次数和扫描次数确定模块获得的扫描总次数控制扫描的扫描控制模块;
用于对完成矩形区域扫描所花费的时间进行显示的时间显示模块。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,所述扫描次数确定模块进一步包括:
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,控制系统3的控制模块中还包括:
用于对扫描原点和扫描原点对顶角坐标进行存储的坐标存储模块;
用于对显微镜电动平移台4所在坐标进行显示的坐标显示模块。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式七所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的区别在于,控制系统3的控制模块中还包括用于在沿轴向扫描过程中判断显微镜电动平移台4是否到达指令中的位置坐标的位置坐标定位模块。
具体实施方式九、结合图2说明本具体实施方式,本具体实施方式与具体实施方式八所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的扫描方法,区别在于,所述扫描方法是由以下步骤实现的:
步骤一、根据扫描区域的位置确定并输入扫描原点(X1,Y1),输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小;并将显微镜电动平移台4放置在扫描原点上;
步骤二、在显微镜电动平移台4对矩形区域进行扫描之前,Y轴采样点数奇偶判断模块对Y轴方向采集点数y为奇数还是偶数进行判断,循环扫描次数计算模块根据采集点数y的奇偶性计算循环扫描次数;
步骤四、通过位置坐标定位模块判断XR是否等于X2,是,显微镜电动平移台4停止移动后执行步骤五;否,令i=i+1,返回执行步骤三;
步骤五、显微镜电动平移台4沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤六、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台4是否移动一个步长的距离,是,执行步骤七;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台4的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台4沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤七、显微镜电动平移台4从扫描原点沿X轴方向向左移动到XL处,在移动过程中 i的初始值为1;
步骤八、通过位置坐标定位模块判断XL是否等于X1,是,显微镜电动平移台4停止移动后执行步骤九;否,i=i+1,返回执行步骤七;
步骤九、显微镜电动平移台4沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤十、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台4是否移动一个步长的距离,是,完成循环扫描的一个循环;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台4的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台4沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤十一、判断循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n是否等于扫描次数确定模块所确定的循环次数,当循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n与扫描次数确定模块所确定的循环次数相等时,执行步骤十二,否则,返回执行步骤三;
步骤十二、完成循环扫描后,当Y轴方向采集点数y为偶数时,显微镜电动平移台4向右逐步移动到X轴方向的最右侧,再向Y轴方向向前移动一步,最后再向左逐步移动到X轴方向的最右侧,从而退出扫描区域,完成全部的扫描程序;
当Y轴方向采集点数y为奇数时,显微镜电动平移台4向右逐步移动到X轴方向的最右侧,从而退出扫描区域,完成全部的扫描程序。
Claims (9)
1.一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,它包括:上位计算机(1)和显微镜电动平移台(4);
其特征在于,它还包括控制系统(3),控制系统(3)与上位计算机(1)通过RS232串行通讯接口(2)进行连接,控制系统(3)的控制信号输出端与显微镜电动平移台(4)的移动信号输入端连接;
所述上位计算机(1)内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于将上位计算机(1)的控制命令发送给控制系统(3)的控制命令发送模块;
用于对控制系统(3)发送的应答信息进行接收的应答信息接收模块;
用于对显微镜电动平移台(4)的扫描参数进行设置的扫描参数设置模块;
用于输入扫描原点(X1,Y1)的扫描原点输入模块;
用于输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小的扫描区域设置模块;
所述控制系统(3)内嵌入有控制模块,该控制模块包括:
用于对上位计算机(1)发送的控制命令进行接收的控制命令接收模块;
用于将控制系统(3)的应答信息发送给上位计算机(1)的应答信息发送模块;
用于将显微镜电动平移台(4)进行左右移动的X轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台(4)进行向前移动的Y轴方向步进模块;
用于将显微镜电动平移台(4)返回初始位置的返回初始位置模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,所述控制命令包括扫描参数设置命令;控制显微镜电动平移台(4)移动方向的移动控制命令和停止扫描命令。
3.根据权利要求1所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,所述应答信息包括控制系统(3)准备就绪信息和显微镜电动平移台(4)返回初始位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,所述扫描参数包括显微镜电动平移台(4)的移动速度、加速度、X轴方向和Y轴方向的移动实际步长和移动的最小步长。
5.根据权利要求1所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,上位机(1)的控制模块中还包括:
用于根据扫描区域获得Y轴方向采样点数y,并判断该采样点数y为奇数还是偶数的Y轴采样点数奇偶判断模块;
用于根据Y轴采样点数奇偶判断模块的判断结果,确定扫描总次数的扫描次数确定模块;
用于对循环扫描模块进行矩形区域扫描时的循环扫描次数进行计算的循环扫描次数计算模块;
用于根据循环扫描次数计算模块获得的扫描次数和扫描次数确定模块获得的扫描总次数控制扫描的扫描控制模块;
用于对完成矩形区域扫描所花费的时间进行显示的时间显示模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,控制系统(3)的控制模块还包括:
用于对扫描原点和扫描原点对顶角坐标进行存储的坐标存储模块;
用于对显微镜电动平移台(4)所在坐标进行显示的坐标显示模块。
8.根据权利要求7所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置,其特征在于,控制系统(3)的控制模块还包括用于在沿轴向扫描过程中判断显微镜电动平移台(4)是否到达指令中的位置坐标的位置坐标定位模块。
9.根据权利要求8所述的一种基于自动控制电动平移台的平面二维矩形扫描装置的扫描方法,其特征在于,所述扫描方法是由以下步骤实现的:
步骤一、根据扫描区域的位置确定并输入扫描原点(X1,Y1),输入扫描原点对顶角坐标(X2,Y2)从而确定扫描区域大小;并将显微镜电动平移台(4)放置在扫描原点上;
步骤二、在显微镜电动平移台(4)对矩形区域进行扫描之前,Y轴采样点数奇偶判断模块对Y轴方向采集点数y为奇数还是偶数进行判断,循环扫描次数计算模块根据采集点数y的奇偶性计算循环扫描次数;
步骤四、通过位置坐标定位模块判断XR是否等于X2,是,显微镜电动平移台(4)停止移动后执行步骤五;否,令i=i+1,返回执行步骤三;
步骤五、显微镜电动平移台(4)沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤六、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台(4)是否移动一个步长的距离,是,执行步骤七;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台(4)的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台(4)沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤七、显微镜电动平移台(4)从扫描原点沿X轴方向向左移动到XL处,在移动过程中 i的初始值为1;
步骤八、通过位置坐标定位模块判断XL是否等于X1,是,显微镜电动平移台(4)停止移动后执行步骤九;否,i=i+1,返回执行步骤七;
步骤九、显微镜电动平移台(4)沿Y轴方向向上移动一个步长;
步骤十、通过位置坐标定位模块判断显微镜电动平移台(4)是否移动一个步长的距离,是,完成循环扫描的一个循环;否,位置坐标定位模块对显微镜电动平移台(4)的坐标进行修正,直至显微镜电动平移台(4)沿Y轴方向向上移动一个步长的距离;
步骤十一、判断循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n是否等于扫描次数确定模块所确定的循环次数,当循环扫描次数计算模块所计算的循环次数n与扫描次数确定模块所确定的循环次数相等时,执行步骤十二,否则,返回执行步骤三;
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