CN103558865B - 一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重离子单粒子试验样品的布局与移动控制方法及系统。属于核物理试验领域。现有试验中控制软件操作不便且可能出现人为失误。本发明所述的方法及系统首先与样品平台控制器进行通讯；然后获取并显示所述样品平台的状态，监测所述样品平台的操作命令，再根据操作命令执行不同的操作：根据移动命令，对样品平台进行多轴统一控制移动；根据编辑坐标命令，对样品的坐标进行编辑；根据生成布局命令，按照样品布局方法生成样品布局及自动运行到样品辐照位置。采用本发明所述的方法不仅能快捷地对样品平台进行移动控制，还可以灵活的添加或修改样品坐标位置、自动生成样品布局以及在样品布局上进行直观操作，达到简化试验操作流程、提高试验效率的目的。

Description

一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法及系统

技术领域

本发明属于核物理试验领域，具体涉及一种重离子单粒子试验样品的布局与移动控制方法及系统。

背景技术

目前在重离子单粒子效应专用辐照装置中位移平台较多，其相应的控制软件操作不便；而且对于大批量用户单粒子效应试验，样品位置坐标均由人为记录和输入，操作繁琐并且可能出现人为失误。因此，需要基于重离子单粒子效应专用辐照装置提供一种样品布局与移动控制的方法及系统，不仅能快捷地对样品平台进行移动控制，还可以灵活的添加或修改样品坐标位置、自动生成样品布局以及在样品布局上进行直观操作，达到简化试验操作流程、提高试验效率的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法及系统。该方法及系统能够实现样品位置的快速、准确定位，样品坐标的灵活添加、修改，样品布局的生成以及样品位置的自动运行。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，包括以下步骤：

(1)串口虚拟仪器与样品平台控制器进行通讯，若通讯成功则进行下一步，若通讯失败则提示通讯失败；

(2)获取并显示所述样品平台的状态；监测所述样品平台的操作命令，所述的操作命令若为移动命令则执行步骤(3)，若为编辑坐标命令则执行步骤(4)，若为生成布局命令则执行步骤(5)；

(3)根据所述的移动命令，对样品平台进行多轴统一控制移动；

(4)根据所述的编辑坐标命令，对样品的坐标进行编辑；所述的编辑包括添加和修改；

(5)根据所述的生成布局命令，按照样品布局方法生成样品布局及所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

进一步，所述方法选取Labview开发环境进行编程设计，每个样品对应一个样品编号；步骤(1)中，所述的与样品平台控制器进行通讯通过Labview中的串口虚拟仪器实现。

进一步，所述的移动命令包括目标移动命令和增量移动命令。

进一步，步骤(3)中，实现目标移动命令的具体方式为：计算X、Y各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器执行；实现增量移动命令的具体方式为：将上下左右四个方向的移动命令转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，再将相应指令发送给样品平台控制器执行。

进一步，步骤(4)中，对样品的坐标进行编辑的具体方式为：设置样品坐标文件以字符串存储样品编号和位置坐标信息，通过对该字符串进行添加或修改，实现对样品的坐标的添加或修改。

进一步，步骤(5)中所述的样品布局方法包括以下步骤：

a)建立多个具有不同控件编号并覆盖样品平台极限位置的控件，每个控件对应一个位置区间；

b)统计样品总数，采用循环结构依次判别每个样品落入的位置区间，将每个样品编号与该样品所落位置区间对应的控件编号进行绑定，并在多个样品落入同一位置区间时将该多个样品进行移位；

c)通过控制步骤a)中建立的所有控件生成样品的布局及所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

进一步，步骤b)中所述的移位是指将所述的落入同一位置区间的多个样品分别重新分布在合适的邻近位置区间。

进一步，步骤c)中，所述的控制步骤a)中建立的所有控件是指：使步骤b)中绑定了样品编号的控件编号对应的控件得以显示，使未与任何样品编号绑定的控件编号对应的控件隐藏。

再进一步，通过步骤c)生成样品的布局后，以查询方式扫描步骤a)中建立的所有控件，当发现某控件按下时，首先获取该控件的控件编号，然后读取与该控件编号绑定的样品编号及样品的坐标，将该样品的坐标作为X、Y各轴的目标坐标位置进行移动，移动完成后将所述的某控件恢复，实现所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

更进一步，样品平台移动过程中，计算X、Y各轴移动进度，并进行进度显示。

一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统，包括：

样品平台控制器，用于控制样品平台；

通讯模块，用于与样品平台控制器进行通讯，将样品平台的状态发送给状态显示模块，以及接收手动控制模块和自动运行模块的命令；所述的样品平台控制器负责控制样品平台；

状态显示模块，用于从通讯模块获取样品平台的状态并进行显示，并将所述的样品平台的坐标发送给器件坐标模块；

手动控制模块，用于向通讯模块发送样品平台的移动命令；

器件坐标模块，用于对样品的坐标进行编辑，并向自动运行模块提供样品的坐标；

自动运行模块，用于按照样品布局方法，根据器件坐标模块提供的样品的坐标，生成样品布局。

进一步，所述的手动控制模块包括两个独立的单元：

目标移动单元，用于计算X、Y各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器执行；

增量移动单元，用于将上下左右四个方向的移动命令转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，再将相应指令发送给样品平台控制器执行。

进一步，所述的自动运行模块还用于生成样品布局后，通过向通讯模块发送命令以实现所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

本发明的效果在于：采用本发明所述的方法及系统，通过实现多轴统一控制并提供目标和增量两种移动方式灵活切换及移动进度显示，实现了样品位置的快速、准确定位，增加移动进程可视度；通过实现样品坐标的灵活添加、修改，增加了试验的灵活性；通过实现样品布局的生成，增强了观察和验证样品位置的直观性和整体性；通过直接点击样品布局上的器件编号实现样品自动接受辐照，避免了人为误操作，提高了试验效率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统的结构图；

图2是本发明具体实施方式中一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法的流程图；

图3是本发明具体实施方式中样品平台自动化控制系统手动设置界面图；

图4是本发明具体实施方式中样品平台自动化控制系统自动运行界面图；

图5是本发明具体实施方式中某一象限空间的控件编号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1所示，是本发明具体实施方式中一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统，包括：

样品平台控制器10，用于控制样品平台；

通讯模块11，用于与样品平台控制器10进行通讯，将样品平台的状态发送给状态显示模块12，以及接收手动控制模块13和自动运行模块15的命令；

状态显示模块12，用于从通讯模块11获取样品平台的状态并进行显示，并将所述的样品平台的坐标发送给器件坐标模块14；

手动控制模块13，用于向通讯模块11发送样品平台的移动命令；

该模块包括两个独立的单元：

目标移动单元，用于计算X、Y各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器10执行；

增量移动单元，用于将上下左右四个方向的移动命令转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，再将相应指令发送给样品平台控制器10执行。

器件坐标模块14，用于对样品的坐标进行编辑，并向自动运行模块15提供样品的坐标；

自动运行模块15，用于按照样品布局方法，根据器件坐标模块14提供的样品的坐标，生成样品布局。

优选的，自动运行模块15还用于生成样品布局后，通过向通讯模块11发送命令以实现自动运行到样品辐照位置。

如图2所示，本发明具体实施方式中一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，包括以下步骤：

S21：与样品平台控制器通讯，若通讯成功则进行下一步，若通讯失败则提示检查；

本实施方式选取Labview开发环境进行编程设计，Labview采用可视化编程方式，将复杂的语言编程简化为可视化数据流编程，图标表示功能模块，图标间的连线表示数据传输。因此，在该平台上进行编程设计类似于画数据流程图，而且其查错和调试都很方便。

具体的，在编程时使每个样品平台对应一个样品平台编号，启动程序，采用Labview中的串口虚拟仪器VI(VirtualInstrument)与样品平台控制器进行串口通讯，若通讯成功则进行下一步，若通讯失败则提示检查，之后再次进行通讯。

图3示出了本发明具体实施方式中样品平台自动化控制系统手动设置界面图，在该界面上点击“平台ON”即开始启动程序进行通讯。

S22：获取并显示所述样品平台的状态；监测所述样品平台的操作命令，根据不同的操作命令执行不同的操作；

通过步骤S21建立了与样品平台控制器的通讯后，从样品平台控制器读取当前样品平台的位置信息，获取样品平台的状态，并显示在状态栏，如图3所示，上方以X、Y值显示了样品平台的当前坐标。优选的，用“平台ON”按钮的颜色表征当前的通讯状态，绿色表示通讯正常，红色表示通讯异常，以监测通讯过程中可能发生的掉线或其它错误。

状态显示完毕后，监测所述样品平台的操作命令，操作命令若为移动命令则执行步骤S23，若为编辑坐标命令则执行步骤S24，若为生成布局命令则执行步骤S25。

如图3所示，前面板操作即代表了操作命令，由于本实施方式中移动命令包括目标移动命令和增量移动命令，因此，图3中对应地给出了“目标方式”和“增量方式”两种移动方式，对样品平台进行多轴统一控制移动。系统可根据目标点的位置判定更加可靠的移动方式(X、Y各轴运动先后顺序)。具体的判定方法为：判定哪个轴更接近极限位置，如果下一步该轴离极限位置更近，则先移动另一轴；否则先移动该轴。“目标方式”和“增量方式”的切换采用事件结构完成，采用的判定事件为“鼠标点击在相应的数据输入框”，这样不仅能满足灵活操作平台的要求，还可以避免手动切换两种方式可能引起的误操作。因此，先对输入框内的值进行改变，再按下“开始运行”按钮，即发出了相应的移动命令。优选的，还增加了“速度设置”和“限位设置”按钮，分别用来设置X、Y各轴移动的速度，以及X、Y各轴移动的边界限制位置，使各轴移动变得更为可靠。

类似的，设置“添加器件”按钮，按下该按钮后即可对坐标进行添加和保存，并在坐标列表中显示，实现了编辑坐标命令，

生成布局命令则需要通过点击图3中的“生成布局”来实现，再在图4中进行观察，具体在步骤S25中进行详述。

优选的，除上述命令外，还可以根据需要进行编程，添加相应的按钮及输入框等，实现更加丰富的功能。

S23：根据所述的移动命令，对样品平台进行多轴统一控制移动；

具体的，实现目标移动命令的具体方式为：计算各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器执行；实现增量移动命令的具体方式为：采用更加直观地视图，设置“上、下、左、右”四个方向，当鼠标点击在某一方向的数据输入框时，将相应的上下左右四个方向的信息转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，即样品平台控制指令中的“X、Y”轴和“+、-”位移量，再将相应指令发送给样品平台控制器执行。

优选的，为了增强可观察性，可以根据位移平台的参数、位移量和速度对移动进度进行计算，在运行过程中循环调用，并以进度条的形式显示在状态栏。

S24：根据所述的编辑坐标命令，对样品平台的坐标进行编辑；所述的编辑包括添加和修改；

为实现编辑坐标命令，设置样品坐标文件以字符串存储样品编号和位置坐标信息，通过对该字符串进行添加或修改，实现对样品的坐标的添加或修改。由于每个样品对应一个样品编号，当点击“添加器件”时，程序自动获取目前的样品编号和样品坐标，将其按照指定的格式添加在字符串的末端；而想要修改时，直接修改字符串中对应样品编号的样品坐标即可，程序在下一次循环中将对字符串进行更新。

样品坐标涵义：实验时将样品平台移动到相应的坐标，此时束流正好可以入射到该样品中心位置，此时的样品平台X,Y轴位置即相应的样品坐标。样品坐标需要实验前通过定位确定。

优选的，程序还设置文件浏览功能，可以直接打开已经存储的样品坐标文件并显示其中的信息，同样可进行添加、修改。

S25：根据所述的生成布局命令，按照样品布局方法生成样品布局。

具体的，所述的样品布局方法包括以下步骤：

a)建立多个具有不同控件编号并覆盖样品平台极限位置的控件，每个控件对应一个位置区间；

b)统计样品总数，采用循环结构依次判别每个样品落入的位置区间，将每个样品编号与该样品所落位置区间对应的控件编号进行绑定，并在多个样品落入同一位置区间时将该多个样品进行移位；

其中，所述的移位是指将所述的落入同一位置区间的多个样品分别重新分布在合适的邻近位置区间，可以通过Labview的公式节点实现。

c)通过控制步骤a)中建立的所有控件生成样品的布局及实现自动运行到样品辐照位置。

所述的控制步骤a)中建立的所有控件是指：使步骤b)中绑定了样品编号的控件编号对应的控件得以显示，使未与任何样品编号绑定的控件编号对应的控件隐藏。

图4是本发明具体实施方式中样品平台自动化控制系统自动运行界面图，在这里可以看到最终形成的样品布局。

下面具体的详述步骤S25所述样品布局方法的一个实施例。

因为Labview不支持动态添加控件的功能，为了解决此技术问题，程序预先建立了100个控件用于样品的排布与操作。这100个控件(编号为1-100)分为四组，每组为5×5阵列，分别对应坐标区间的四个象限。每一象限内根据样品平台的极限位置和控件维数对位置范围进行细分，最终每一个控件都可对应一个小的位置区间。如图5所示，是其中某一象限空间的控件编号示意图。当点击图3中的“生成布局”按钮时，程序首先对总样品数进行统计，然后采用循环结构依次对每一个样品进行“排布”。这一“排布”过程实际是对样品位置的逐次判别，即先判断属于哪一象限，再判断对应该象限中的控件编号。“排布”完成后将样品的编号、坐标信息与相应的控件编号信息进行绑定。然而，在重离子单粒子效应试验中，器件并非均匀有序排布，可能在同一控件位置区间对应多个样品位置，造成显示不全，因此对于这种情况，需要在“排布”过程中插入控件“移位”过程，将这多个样品分别重新分布在合适的邻近位置区间，即重新定义它们的控件编号。“移位”算法通过Labview的公式节点实现，可以分别对各个象限执行，这样只要样品不是特别集中，都可以完整的将所有样品布局图显示出来。以图5所示的象限为例，程序首先将所有处于该象限的样品筛选出来，假如共有4个，控件编号分别为：5、10、10、20，将它们按照X轴坐标排序；然后依次统计位于5个X轴小区间的样品数，分别为：4、0、0、0、0，如果某一小区间超过5个样品，换Y轴排序，否则在每一个X小区间上将样品按照Y轴坐标排序；最后判断每一X小区间上是否有控件编号相同的样品，如果没有，换下一象限，否则按照Y坐标顺序将它们重新排布在此X小区间上，本实施例中第一个X小区间有两个样品控件编号相同，都为10，则按照Y坐标顺序重新排布后为5、10、15、20。经过了以上“移位”和“排布”的过程后，最终通过调用属性节点，控制绑定了样品编号的控件编号对应的控件进行显示，未与任何样品编号绑定的控件编号对应的控件进行隐藏，达到生成样品布局的目的。

进一步，在生成样品的布局后，以查询方式扫描整个控件阵列，当发现某一编号的控件按下时，首先获取该控件的控件编号，然后读取与该控件编号绑定的样品编号、样品坐标，将样品编号赋给相应控件的显示文本，样品坐标作为X、Y各轴的目标位置进行移位。移动过程中X、Y各轴进度仍由进度条显示，移动完成后将原控件恢复，优选的，还可以调用控件属性节点“闪烁”，即可以闪烁形式指示当前所处的样品位置，之后的操作均按照此流程循环。

控件本身有控件编号，这是它的固有属性，是不变的；10*10的控件阵列也是不变的；样品总数需≤100；样品编号和样品坐标信息是从器件坐标模块获得的，在判定好位置区间后，赋给相应的控件，并在控件界面上显示样品编号，便于直观操作；只有赋予了样品编号和坐标信息的控件才能显示，其余隐藏，显示的控件代表相应的样品位置，点击控件，则可将样品平台移动到控件中绑定的样品坐标(也就是目标位置)，即自动运行到样品辐照位置。

本实施例中，位移平台和样品平台是同一概念，样品和器件是同一概念。样品是固定在样品架上的，而样品架与样品平台是一体的，样品平台移动时可带动样品架和其上的样品移动。

通过本实施方式可以看出，采用本发明所述的方法及系统，通过实现多轴统一控制并提供目标和增量两种移动方式灵活切换及移动进度显示，实现了样品位置的快速、准确定位，增加移动进程可视度；通过实现样品坐标的灵活添加、修改，增加了试验的灵活性；通过实现样品布局的生成，增强了观察和验证样品位置的直观性和整体性；通过直接点击样品布局上的器件编号实现样品自动接受辐照，并以闪烁形式显示，避免了人为误操作、增加了辐照期间可视度、提高了试验效率。

本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (12)

1.一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，包括以下步骤：

(1)串口虚拟仪器与样品平台控制器进行通讯，若通讯成功则进行下一步，若通讯失败则提示通讯失败；

(2)获取并显示所述样品平台的状态；监测所述样品平台的操作命令，所述的操作命令若为移动命令则执行步骤(3)，若为编辑坐标命令则执行步骤(4)，若为生成布局命令则执行步骤(5)；

(3)根据所述的移动命令，对样品平台进行多轴统一控制移动；

(4)根据所述的编辑坐标命令，对样品的坐标进行编辑；所述的编辑包括添加和修改；

(5)根据所述的生成布局命令，按照样品布局方法生成样品布局及所述样品平台自动运行到样品辐照位置；

所述方法选取Labview开发环境进行编程设计，每个样品对应一个样品编号；步骤(1)中，所述的与样品平台控制器进行通讯通过Labview中的串口虚拟仪器实现。

2.如权利要求1所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于：所述的移动命令包括目标移动命令和增量移动命令。

3.如权利要求2所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，步骤(3)中，实现目标移动命令的具体方式为：计算X、Y各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器执行；实现增量移动命令的具体方式为：将上下左右四个方向的移动命令转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，再将相应指令发送给样品平台控制器执行。

4.如权利要求1所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，步骤(4)中，对样品的坐标进行编辑的具体方式为：设置样品坐标文件以字符串存储样品编号和位置坐标信息，通过对该字符串进行添加或修改，实现对样品的坐标的添加或修改。

5.如权利要求4所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述的样品布局方法包括以下步骤：

a)建立多个具有不同控件编号并覆盖样品平台极限位置的控件，每个控件对应一个位置区间；

b)统计样品总数，采用循环结构依次判别每个样品落入的位置区间，将每个样品编号与该样品所落位置区间对应的控件编号进行绑定，并在多个样品落入同一位置区间时将该多个样品进行移位；

c)通过控制步骤a)中建立的所有控件生成样品的布局及所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

6.如权利要求5所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于：步骤b)中所述的移位是指将所述的落入同一位置区间的多个样品分别重新分布在合适的邻近位置区间。

7.如权利要求5至6任一所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，步骤c)中，所述的控制步骤a)中建立的所有控件是指：使步骤b)中绑定了样品编号的控件编号对应的控件得以显示，使未与任何样品编号绑定的控件编号对应的控件隐藏。

8.如权利要求5至6任一所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，通过步骤c)生成样品的布局后，以查询方式扫描步骤a)中建立的所有控件，当发现某控件按下时，首先获取该控件的控件编号，然后读取与该控件编号绑定的样品编号及样品的坐标，将该样品的坐标作为X、Y各轴的目标坐标位置进行移动，移动完成后将所述的某控件恢复，实现所述样品平台自动运行到样品辐照位置。

9.如权利要求1所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制方法，其特征在于，样品平台移动过程中，计算X、Y各轴移动进度，并进行进度显示。

10.一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统，包括：

样品平台控制器，用于控制样品平台；

通讯模块，用于与样品平台控制器进行通讯，将样品平台的状态发送给状态显示模块，以及接收手动控制模块和自动运行模块的命令；所述的样品平台控制器负责控制样品平台；

状态显示模块，用于从通讯模块获取样品平台的状态并进行显示，并将所述的样品平台的坐标发送给器件坐标模块；

手动控制模块，用于向通讯模块发送样品平台的移动命令；

器件坐标模块，用于对样品的坐标进行编辑，并向自动运行模块提供样品的坐标；

自动运行模块，用于按照样品布局方法，根据器件坐标模块提供的样品的坐标，生成样品布局。

11.如权利要求10所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统，其特征在于，所述的手动控制模块包括两个独立的单元：

目标移动单元，用于计算X、Y各轴的目标坐标位置与目前坐标位置的差值，转换为步进电机需要走的步数，再将相应指令发送给样品平台控制器执行；

增量移动单元，用于将上下左右四个方向的移动命令转换为样品平台控制器对应的坐标轴和位移，再将相应指令发送给样品平台控制器执行。

12.如权利要求10所述的一种重离子单粒子试验样品布局与移动控制系统，其特征在于，所述的自动运行模块还用于生成样品布局后，通过向通讯模块发送命令以实现所述样品平台自动运行到样品辐照位置。