CN105334610A - 永磁同步直线电机驱动的自动控制显微镜载物平台 - Google Patents

Abstract

永磁同步直线电机驱动的自动控制显微镜载物平台，涉及载物平台。包括载物台、永磁同步直线电机、反馈装置和控制电路；载物台由上至下依次设有上滑块、中间板和底板；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，中间板与底板连接构成沿X轴方向的滑动配合；第一永磁同步直线电机的定子固定于中间板上，第一永磁同步直线电机的动子与上滑块连接；第二永磁同步直线电机的定子固定于底板上，第二永磁同步直线电机的动子与中间板连接；反馈装置设有编码器，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，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永磁同步直线电机。

Description

永磁同步直线电机驱动的自动控制显微镜载物平台

技术领域

本发明涉及一种用于放置被观测物的载物平台，尤其是涉及一种永磁同步直线电机驱动的自动控制显微镜载物平台。

背景技术

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。

发明内容

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，速度稳定性显著提高的采用永磁同步直线电机驱动的自动控制显微镜载物平台。

本发明包括载物台、第一永磁同步直线电机、第二永磁同步直线电机、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；第一永磁同步直线电机的定子固定于中间板上，第一永磁同步直线电机的动子与上滑块连接；第二永磁同步直线电机的定子固定于底板上，第二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、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第一永磁同步直线电机和第二永磁同步直线电机。

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。

与现有技术比较，本发明有益效果如下：

永磁同步直线电机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。直线电机相比于步进电机，具有更优越的运动性能，平台速度稳定性极高，运动平稳,速度动态范围大，可从微米每秒到数百毫米每秒的速度范围内运动。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1μm，最高分辨率可达到0.005μm；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，还可在X轴和Y轴方向再加入机械限位件和软件限位功能，形成3层限位保护。

本发明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，对永磁同步直线电机进行矢量控制，平台随之进行X轴和Y轴运动。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。

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代替步进电机，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。

显然，本发明具有如下优点：

1.永磁同步直线电机控制精度优于传统步进电机；

2.永磁同步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；

3.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；

4.永磁同步直线电机的速度调节范围宽，载物台速度可达到1um/s至500mm/s。

5.运动结构之间摩擦小，系统维护成本降低，寿命延长。

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；

7.超薄的设计可以将平台整体厚度控制在30mm。

附图说明

图1为本发明实施例的分解结构示意图。

图2为本发明实施例的装配结构示意图。

具体实施方式

参见图1和2，本发明包括载物台、第一永磁同步直线电机2、第二永磁同步直线电机3、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；第一永磁同步直线电机2的定子固定于中间板12上，第一永磁同步直线电机2的动子与上滑块11连接。第二永磁同步直线电机3的定子固定于底板13上，第二永磁同步直线电机3的动子与中间板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第一永磁同步直线电机2和第二永磁同步直线电机3。

所述微处理器采用数字信号处理器(DSP)(也可为单片机等嵌入式控制器)。

Claims (2)

1.永磁同步直线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、第一永磁同步直线电机、第二永磁同步直线电机、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；第一永磁同步直线电机的定子固定于中间板上，第一永磁同步直线电机的动子与上滑块连接；第二永磁同步直线电机的定子固定于底板上，第二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、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第一永磁同步直线电机和第二永磁同步直线电机。

2.如权利要求1所述永磁同步直线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或单片机。