CN107452578B - 一种灯丝定位系统及灯丝定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灯丝定位系统及灯丝定位方法，用以解决现有灯丝定位效率低、精度低的问题。本发明公开的灯丝定位系统包括底板、第一定位调节机构和第二定位调节机构；第一定位调节机构用于对灯丝座在底板上的位置进行调节定位，以使不同型号的灯丝座均能固定在底板上；第二定位调节机构用于对灯丝进行定位调节；检测模块，用于采集并显示所述灯丝尖和所述灯丝座的位置信息，所述第一定位调节机构和所述第二定位调节机构根据所述位置信息对应调节所述灯丝座和所述灯丝尖的位置。本发明公开的灯丝定位系统及采用该灯丝定位系统的灯丝定位方法，在适用于不同类型的灯丝的定位的同时，提高了传统灯丝定位的精度和效率。

Description

一种灯丝定位系统及灯丝定位方法

技术领域

本发明涉及机械工程与自动化领域，尤其涉及一种灯丝定位系统及灯丝定位方法。

背景技术

电子显微镜作为微观形貌观察的有力工具，正越来越迅速、广泛地应用于冶金、矿物、化工、医药、生物、生物医学、食品、纳米材料等领域。电子显微镜主要包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜。透射电子显微镜(TEM)用聚焦电子束作照明源，使用对电子束透明的薄膜样品，以透过试样的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析试样内部的显微组织结构。扫描电子显微镜是利用二次电子反射的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接收、放大和显示成像，获得测试样品表面二维结构形貌的观察。

显微镜的整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、CCD等装置。其中由电子枪、聚光镜等装置组成的照明系统为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源。电子枪由阴极、控制极(栅极)和阳极构成。在真空中高压加热后从阴极发射的电子获得较高的动能，形成定向高速电子流(电子束)。在一定范围内，灯丝电流越大，灯丝温度越高，发射的电子越多，灯丝表面蒸发越快。因而灯丝有一定寿命，如钨灯丝一般是100-150小时，六硼化镧灯丝大于1000小时，六硼化铈灯丝1500左右。这就需要经常更换灯丝。

更换电子显微镜灯丝时，对灯丝的位置也有非常严格的限定：灯丝的尖端要求必须位于电子枪的中心位置。如果灯丝的位置偏移，很容易导致灯丝亮度偏暗，操作人员需要通过增加偏压或电流来提高亮度，进而造成灯丝损伤。目前更换灯丝完全依靠手工，不仅浪费了仪器管理人员的大量时间，而且调节时，由于灯丝尖与栅帽孔中心不在同一平面，因此人工视觉差异可能导致灯丝安装位置的偏差，这将会在不同程度上影响显微镜成像的使用质量。同时，由于生产厂家的差异和灯丝类型的差异，不同的电子显微镜灯丝具有不同灯丝定位座和灯丝底座，在对不同类型灯丝进行定位时需要采用不同的固定安装模块进行灯丝的安装和调节，费时费力，且效率低下，在造成资源浪费的同时，也难以保证定位的精度。

发明内容

本发明提供一种灯丝定位系统及灯丝定位方法，以实现对不同类型电镜灯丝的精确、高效定位。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种灯丝定位系统，包括底板、第一定位调节机构和第二定位调节机构；

所述底板上设置有用以固定灯丝的灯丝座，所述第一定位调节机构安装在所述底板上，用以调节所述灯丝座在所述底板上的位置；

所述定位座具有第一定位中心，所述第二定位调节机构用于调节所述灯丝，使所述灯丝位于所述第一定位中心；

检测模块，用于采集并显示所述灯丝的灯丝尖和所述灯丝座的位置信息，所述第一定位调节机构和所述第二定位调节机构根据所述位置信息对应调节所述灯丝座和所述灯丝的位置。

本发明提供的灯丝定位系统，通过第一定位调节机构，可以适用于不同类型电镜灯丝的定位，避免了对不同类型灯丝定位时，需要重新配置灯丝固定装置的麻烦，提高了灯丝定位的效率；同时，通过检测模块对灯丝尖和灯丝座的图像位置检测和显示，避免了传统手动灯丝定位过程中，肉眼直接观测灯丝尖相对第一定位中心位置的视觉误差，提高了灯丝定位的精度，延长了灯丝寿命；而且手动调节与仪器检测协同工作，使灯丝定位更为方便，减轻了仪器管理人员的劳动强度和劳动时间。

优选地，所述底板具有第二定位中心，所述第一定位调节机构调节所述灯丝座，使所述灯丝座的轴线穿过所述第二定位中心；所述第一定位中心位于所述第二定位中心正上方。第二定位中心的确定，使各种类型的灯丝座均有一个固定的定位点，方便了整个系统对灯丝的定位调节。

优选地，所述第一定位调节机构包括多个定位杆，所述多个定位杆以所述第二定位中心为圆心呈放射状均匀分布；所述定位杆能沿靠近或远离所述第二定位中心的方向移动，以使所述定位杆的端部与所述灯丝座抵接以固定所述灯丝座。该种调节机构结构简单，在调节时，仅需要使定位杆沿靠近或远离第二定位中心的方向移动就能实现较为精确的定位和固定作用。

优选地，所述第一定位调节机构包括多个丝杆螺母组件，螺母固定于所述底板，丝杆与所述螺母配合形成所述定位杆。

优选地，所述灯丝座包括灯丝底座和灯丝定位座，所述灯丝定位座安装在所述灯丝底座上，所述灯丝安装在所述灯丝定位座上。由于灯丝定位座因灯丝型号和生产厂家差异而形状各异，难以直接在底板上进行直接定位安装，而灯丝底座虽随灯丝的型号不同而不同，但其下端均为圆柱形，因此容易实现在底板的安装定位。

优选地，所述灯丝定位座上端面具有栅帽孔，所述栅帽孔的中心为所述第一定位中心。灯丝定位座为电镜自带的灯丝定位元件，电子束经栅帽孔照射在测试样品上，采用灯丝定位座对灯丝进行定位，定位好的灯丝可直接安装在电镜中，即实现了灯丝尖位于电子枪中心位置的要求，不需要再重新进行安装定位。

优选地，所述第二定位调节机构包括内六角扳手，用于调节所述灯丝与所述灯丝定位座的连接螺丝，以调整所述灯丝尖的位置。连接螺丝在拧紧固定时，由于各个螺丝拧紧力的差异，灯丝尖的位置会偏离第一定位中心的正上方，采用内六角扳手调节连接螺丝较为方便，可以通过扳手拧紧或放松连接螺丝，即可调整灯丝尖的位置。

优选地，所述检测模块包括图像采集模块和图像显示模块，所述图像采集模块用于采集所述灯丝尖和所述灯丝座的位置图像信息；所述图像显示模块与所述图像采集模块连接，用于显示所述位置图像信息。图像显示模块可以和图像采集模块合二为一，即图像采集装置同时具备图像显示的功能，两者也可以是不同设备，以方便对采集的位置图像信息进行进一步处理。

优选地，所述图像采集模块位于所述第二定位中心的正上方，可以减小因图像采集模块的采集中心偏离第二定位中心而导致的灯丝尖和灯丝定位座的位置图像误差，提高图像采集的精度，进而提高定位精度。

优选地，所述图像显示模块为电脑终端，所述电脑终端接收并处理所述位置图像信息，所述位置图像信息包括位置图像和所述位置图像中所述灯丝尖与所述第一定位中心的距离信息。电脑终端对信息处理能力较强，能对位置图像信息进行各种方式的处理和呈现，且能较为方便地实现人机互动。位置图像的显示有利于操作人员直观地对灯丝尖相对第一定位中心的位置进行观察，进而有选择性的改变每一步调节的精度。距离信息可以进一步避免肉眼观测时的视觉误差，使系统实现更精确的灯丝定位。

优选地，所述检测模块通过所述位置图像灰度识别所述灯丝尖和所述第一定位中心的位置，并计算所述灯丝尖在所述灯丝座上端面的正投影与所述第一定位中心的距离。

优选地，所述检测模块还包括压力传感器，所述压力传感器固定于所述定位杆朝向所述灯丝座的端面，并与所述图像显示模块连接，所述图像显示模块显示检测的压力值。压力传感器用于检测定位杆是否与灯丝座相抵接，且可根据压力值的大小，判断各根定位杆与灯丝座抵接的程度，从而减小了调节定位杆时可能导致的各定位杆移动距离误差，提高了灯丝座定位的精度，进而提高了灯丝定位的精度。

优选地，还包括驱动组件，所述驱动组件与所述第一定位调节机构和所述第二定位调节机构相连，用于驱动所述第一定位调节机构和/或所述第二定位调节机构进行调节工作。驱动组件在系统中的引入，可降低手动调节第一定位调节机构或第二定位调节机构的调节误差，提高灯丝定位精度，同时降低管理人员的劳动强度和节约管理人员的灯丝调节时间。

优选地，所述驱动组件包括第一驱动组件，所述第一驱动组件与所述第一定位调节机构连接，用于驱动所述第一定位调节机构工作，以调整所述灯丝座的轴线位置。单独设置驱动第一定位调节机构的驱动组件，避免驱动组件故障时，第一定位调节机构和第二定位调节机构均无法驱动，提高系统的可靠性。

优选地，所述第一驱动组件包括第一电机或液压缸，两种驱动装置均较为常见，不用额外进行驱动装置的设计，降低系统成本。

优选地，所述驱动组件还包括第二驱动组件，所述第二驱动组件与所述第二定位调节机构连接，用于驱动所述第二定位调节机构工作，以调整所述灯丝尖的位置。单独设置驱动第一定位调节机构的驱动组件和驱动第二定位调节机构的驱动组件，避免采用同一驱动组件同时驱动第一定位调节机构和第二定位调节机构，降低了系统调控的复杂度。

优选地，所述第二驱动组件包括第二电机。

优选地，所述第二电机为步进电机或伺服电机。步进电机或伺服电机能通过控制脉冲个数控制角位移量，从而得到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；再者，当失去驱动信号时，可以及时停止，反应极快，保证了驱动调控的精度。

优选地，所述第二电机的调节精度小于100μm，以实现对灯丝的精细调节，保证灯丝定位的精度。

优选地，还包括控制组件，所述控制组件分别与所述检测模块和所述驱动组件电连接，所述控制组件接收所述检测模块发送的所述位置信息，并控制所述驱动组件驱动所述第一定位调节机构和/或第二定位调节机构工作。控制组件在系统中的引入，可以实现系统全自动地进行灯丝定位，最大限度地避免手动调节可能导致的定位误差，提高定位精度，同时，能较大程度地减轻管理人员的劳动强度，节约系统管理时间。

优选地，所述控制组件包括控制器和驱动器；所述控制器连接所述电脑终端，接收所述电脑终端下达的调节指令和调节参数，并发送信号给所述驱动器；所述驱动器分别与所述驱动组件及所述控制器相连，所述驱动器接收所述信号并驱动所述驱动组件运动。通过控制器发送控制信号给驱动器，可实现对电机的精确控制：控制器每发出一个脉冲信号，通过驱动器就使电机旋转一个步距角，因此电机的转速与脉冲信号的频率成正比，所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以实现对电机的精确定位。

优选地，所述调节指令包括灯丝调节指令和/或灯丝座调节指令；所述灯丝调节指令用以调节固定所述灯丝尖相对第一定位中心的位置；所述灯丝座调节指令用以调节所述灯丝座相对第二定位中心的位置，并固定所述灯丝底座。不同调节指令的下达可以使灯丝座定位调节和灯丝定位调节均能采用全自动地方式进行。

优选地，所述调节参数包括电机的轴数、轴距、转动的角度和进给步数。该些参数可以控制电机对灯丝进行精确的调节。

本发明还提供了一种灯丝定位方法，通过手动调节的方式实现灯丝定位，包括以下步骤：

将灯丝座和灯丝分别安装在底板和灯丝座上；

检测模块显示所述灯丝座和所述灯丝的位置信息；

根据所述位置信息，手动驱动第一定位调节机构调整所述灯丝座的位置，使所述灯丝座固定在所述底板上；

根据所述位置信息，手动驱动第二定位调节机构调整所述灯丝，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

本发明提供的手动灯丝定位方法通过采用检测模块提供的位置信息，包括位置图像信息和位置距离信息，避免了传统手动灯丝定位中，因肉眼直接观测灯丝尖和灯丝定位座的相对位置而出现的视觉误差，提高了灯丝定位的精度，延长了灯丝寿命，使灯丝调节更为方便快捷，降低了灯丝调节所需的劳动时间和劳动强度，同时，能适用于不同类型灯丝的定位。

本发明还提供了一种灯丝定位方法，通过半自动调节的方式实现灯丝定位，包括以下步骤：

将灯丝座和灯丝分别安装在底板和灯丝座上；

检测模块显示所述灯丝座和所述灯丝的位置信息；

根据所述位置信息，手动驱动所述驱动组件，使所述驱动组件驱动第一定位调节机构调整所述灯丝座的位置，使所述灯丝座的轴线通过所述第二定位中心；

根据所述位置信息，手动驱动所述驱动组件，使所述驱动组件驱动所述第二定位调节机构调整所述灯丝，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心正上方。

本发明提供的半自动灯丝定位方法，通过手动驱动驱动组件，使驱动组件驱动第一定位调节机构和第二定位调节机构进行调节动作，避免了手动直接驱动调节机构产生的误差，使灯丝定位更为准确。

本发明还提供了一种灯丝定位方法，通过系统全自动调节的方式实现灯丝定位，包括以下步骤：

将灯丝座和灯丝分别安装在底板和灯丝座上；

检测模块显示所述灯丝座和所述灯丝的位置信息；

根据所述位置信息，电脑终端计算调节参数并下达调节指令；

控制组件接收所述调节指令和调节参数；

驱动所述驱动组件，使所述组件驱动所述第一定位调节机构和第二定位调节机构工作，使所述灯丝座的轴线穿过所述第二定位中心、所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

本发明提供的全自动灯丝定位方法，通过控制组件控制第一定位调节机构和第二定位调节机构，使机械驱动与检测装置协同作用，最大限度地减少了人为因素的影响，使灯丝定位更加精准，同时大幅度地降低了仪器管理人员进行灯丝定位的劳动强度和劳动时间，提高了仪器工作效率。

优选地，所述位置信息包括灯丝尖与第一定位中心的位置图像信息和距离信息，以及所述灯丝座的轴线相对第二定位中心的距离信息，利用所述位置信息，可以有效地对灯丝座定位和灯丝定位过程进行实时监测和反馈，保证了灯丝座定位和灯丝定位的准确性。

本发明的有益效果为：

(1)适用于不同类型的灯丝的定位，避免了对不同类型灯丝进行定位时，需重新配置灯丝固定装置的麻烦，提高了灯丝定位的效率。

(2)采用检测模块对灯丝和灯丝座的图像进行检测，避免了肉眼直接观测灯丝位置导致的视觉误差，提高了灯丝定位的精度，进而提高了电镜成像质量，延长了灯丝寿命。

(3)避免了传统人工灯丝定位时，仪器管理人员直接肉眼观察细微灯丝尖与栅帽孔中心的间距而对视力造成的损伤，使灯丝定位更为方便快捷，降低了仪器管理人员的劳动强度和劳动时间，提高了仪器工作效率。

(4)同时该系统的使用减少了购置预对中电镜灯丝的数量，极大节约了电镜运行的费用。

附图说明

图1是本发明提供的灯丝定位系统的示意图；

图2是本发明提供的第一定位调节机构的示意图；

图中标号如下：

11-底板；12-第一定位调节机构；121-定位杆；13-第二定位调节机构；14-第二定位中心；

2-灯丝座；21-灯丝底座；22-灯丝定位座；

3-灯丝；

41-图像检测模块；42-图像显示模块；

5-驱动组件；51-第一驱动组件；52-第二驱动组件；

6-控制组件；61-驱动器；62-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例1

如图1和2所示，本发明实施例1提供了一种灯丝定位系统，包括底板11、第一定位调节机构12、第二定位调节机构13、检测模块、驱动组件5和控制组件6。底板11用于固定第一定位调节机构及灯丝座2；第一定位调节机构12用于对不同型号的灯丝座2进行定位和固定，第二调节机构13用于对不同型号灯丝3的定位调节，进而使本灯丝定位系统适用于不同型号的灯丝3的定位；检测模块用以检测调节灯丝3和灯丝座2所需的参数；驱动组件5用以驱动第一定位调节机构12和第二定位调节机构13进行调节动作；控制组件6控制驱动组件5的动作执行。

具体而言，底板11具有第二定位中心14，第一定位调节机构12安装在底板11上。第一定位调节机构12包括多个定位杆121，且多个定位杆121以第二定位中心14为圆心呈放射状均匀分布。定位杆121连接在底板11上，且能沿靠近或远离第二定位中心14的方向移动，以使第一定位调节机构12根据不同的灯丝座2的型号进行调节，使灯丝座2的中心轴线穿过第二定位中心14，并依靠定位杆121端部与灯丝座2抵接实现对灯丝座2的固定。

定位杆121的移动可以通过多种传动机构实现。例如，第一定位调节机构12可以为多个丝杆螺母组件，螺母固定于底板11，丝杆与螺母配合形成定位杆121，正反旋转丝杠时，可以带动定位杆121往复移动，从而调整灯丝座2的位置并固定。第一定位调节机构12还可以为其他可以实现上述调节定位功能的其他结构，例如可以通过气缸、液压缸等实现定位杆121的移动，且为使定位更加精确，定位杆121的数量至少为三个。

灯丝座2包括灯丝底座21和灯丝定位座22，灯丝底座21安装在上述底板11上，且灯丝底座21的轴线穿过第二定位中心14，灯丝定位座22安装在灯丝底座21上，灯丝3通过至少一个连接螺丝安装在灯丝定位座22上。上述灯丝定位座22和灯丝底座21为与所选灯丝3相配的灯丝3定位件和固定件，且灯丝定位座22为电镜自带的灯丝3的定位件，灯丝定位座22的上端面具有栅帽孔，栅帽孔的中心为第一定位中心，电子枪发射的电子束经栅帽孔照射测试样品，因此，调节灯丝3的目的在于使灯丝3的灯丝尖位于电子枪的中心位置，即使灯丝尖位于第一定位中心。

第二定位调节机构13，用于调节灯丝3以实现灯丝3的定位。第二定位调节机构13包括内六角扳手，用于调节灯丝3与灯丝定位座22的连接螺丝，通过拧紧或放松连接螺丝，调整固定灯丝尖的位置，达到灯丝3定位的目的。

检测模块用于采集并显示灯丝尖和灯丝座2的位置信息。检测模块包括图像采集模块41和图像显示模块42，图像采集模块41位于第二定位中心14的正上方，用于采集灯丝尖和灯丝座2的位置图像信息；图像显示模块42与图像采集模块41连接，用于显示位置图像信息。

在进行灯丝3更换时，由于电镜使用的灯丝3的型号和生产厂家不同，电镜灯丝3具有不同的形状，与灯丝3相配的灯丝定位座22和灯丝底座21也具有差异，如不同的灯丝底座21具有不同的底端直径，第一定位调节机构12可以对不同直径的灯丝底座21进行调节定位，从而本发明中灯丝定位系统适用于多种类型的电镜灯丝3。由于图像采集模块41设置于第二定位中心14正上方，灯丝底座21的轴线通过第二定位中心14，因此，灯丝3和灯丝定位座22位于图像检测模块的检测中心，减小了图像采集模块41对灯丝3的灯丝尖与第一定位中心的相对位置的检测误差，从而提高了定位精度，且避免了因更换灯丝3的形状不同，需要重新配置灯丝底座21的固定装置和重新调节检测中心的麻烦，降低了因传统灯丝底座21无固定定位中心而导致的定位误差。同时，图像显示模块42的设置可以使灯丝3与灯丝定位座22的相对位置图像进行清晰的、放大式的显示以及对灯丝尖和第一定位中心的距离信息显示，使系统在采取手动模式进行灯丝3定位调节时，避免传统灯丝3调节过程中，仅依靠肉眼观察灯丝尖位置而产生的视觉误差，提高了手动调节灯丝3的定位精度。

驱动组件5用于驱动第一定位调节机构12和/或第二定位调节机构13进行调节工作，其包括第一驱动组件51和第二驱动组件52。第一驱动组件51与第一定位调节机构12连接，用于驱动第一定位调节机构12，以调整灯丝座2的轴线位置。第一驱动组件51可以包括第一电机或液压缸。第二驱动组件52通过联轴器、卡口、焊接或粘接等方式与第二调节机构相连，用以驱动第二调节机构进行调节动作，以调整灯丝尖的位置。第二驱动组件52可以包括第二电机，第二电机为步进电机或伺服电机，以实现对电机转动的精确控制，进而实现对灯丝3调节的精确定位。由于灯丝尖与第一定位中心的误差本身较小，为提高灯丝3定位调节精度，第二电机的调节精度小于100μm，例如，可以是0.01μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、0.6μm、0.8μm、1μm、2μm、5μm、10μm、12μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。为使系统对驱动组件5进行统一控制，第一驱动组件51和第二驱动组件52均为步进电机，以实现对灯丝3和灯丝座2的精确控制定位，提高灯丝座2和灯丝3的定位精度。

驱动组件5的设置可以使系统以半自动的方式实现对灯丝3和灯丝座2的定位调节。例如，在进行灯丝3调节的时候，可以采用观测图像显示模块42显示的位置图像信息和距离信息，手动调节第二电机的步进，使第二电机驱动第二定位调节机构13调节螺丝，直至图像中灯丝尖与第一定位中心重合。在进行灯丝座2定位调节时，手动驱动第一电机，使第一电机驱动第一定位调节机构12进行调节动作，第一定位调节机构12实现多根定位杆121同时移动，直至多根定位杆121的末端均与灯丝底座21抵接，即实现灯丝底座21的定位。半自动灯丝3和灯丝座2定位方法的实现，可以减轻人工调节的工作量并减少调节时间，同时提高了灯丝3定位的精度。

上述图像显示模块42可以为电脑终端，电脑终端与图像采集模块41连接，接收灯丝3和灯丝定位座22的位置图像信息，并将位置图像信息进行检测与处理，即将位置图像信息转化为计算机可识别的形式，进而进行位置图像识别及调节参数计算。位置图像识别为通过图像灰度识别图像上灯丝尖和第一定位中心的位置，继而计算出灯丝尖与第一定位中心之间的距离，再用标定的方法将上述距离转换为实际的驱动距离，进而计算灯丝3调节的参数。所述标定的方法为本领域公知的方法，不再赘述。调节参数包括电机的轴数、轴距、转动的角度和进给步数，电机进给步数＝实际的驱动距离/第一电机步长，在灯丝3定位调节过程中，可根据计算出的调节参数手动调节第一电机的步进从而实现半自动灯丝3定位。

电脑终端还可以进行调节指令的下达，上述电脑终端对位置图像检测与处理、位置图像识别和调节指令下达均通过集成控制软件进行。集成控制软件包括灯丝3位置图像检测和处理的软件、进行灯丝3位置图像识别的软件、进行灯丝3位置调节指令下达的软件及进行灯丝座2调节指令下达的软件。

检测模块还包括传感器组件，传感器组件固定于定位杆121朝向灯丝座2的端面，用以检测各根定位杆121是否与灯丝座2相抵接。传感器组件与电脑终端连接并将检测信号实时传送至电脑终端，电脑终端接收检测信号并显示测量值。传感器组件可以为距离传感器、压力传感器等，优选为压力传感器，压力传感器仅在定位杆121与灯丝座2抵接时产生压力数值，控制较为方便。

控制组件6包括控制器62和驱动器61。由于电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源，即步进电机驱动器61。控制器62分别与驱动器61和终端相连，控制器62接收电脑终端下达的调节命令和调节参数，并发送信号给驱动器61。驱动器61分别与第一电机和第二电机相连，驱动器61接收控制器62发出的信号并驱动第一电机或第二电机运转。控制器62每发出一个脉冲信号，通过驱动器61就使电机旋转一个步距角，因此电机的转述与脉冲信号的频率成正比，所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以实现对电机的精确定位。

控制组件6可使系统实现对灯丝座2和灯丝3的全自动调节。在进行灯丝座2调节时，电脑终端接收传感器组件传递的检测信息，即多个压力传感器的压力值，当至少一个压力值小于预定值时，电脑终端发送灯丝座2调节指令；控制器62接收指令并向驱动器61发送脉冲信号；驱动器61接收信号并驱动第一电机转动；第一电机带动第一定位调节机构12，使多根定位杆121同时向靠近第二定位中心14的方向移动，并且可以控制各定位杆121的移动距离，从而使灯丝座2的轴线穿过第二定位中心14，直至所有压力传感器检测的压力值均不小于预定值时，完成对灯丝座2的定位调节动作，即实现对灯丝座2的定位固定。在进行灯丝3调节时，图像采集模块41采集灯丝3和灯丝定位座22的位置图像信息并传送给电脑终端；电脑终端接收位置图像信息并进行位置图像信息检测和处理、灯丝3图像位置识别及灯丝3调节指令下达；控制器62接收调节指令和调节参数，并发送信号给驱动器61；驱动器61接收信号并驱动第二电机运转；第二电机带动第二定位调节装置进行调节动作，最终使灯丝3的灯丝尖位位于第一定位中心，完成灯丝3定位。

实施例2

本发明实施例2提供了一种灯丝定位方法，通过手动调节实现灯丝3的定位，包括以下步骤：

步骤1：将灯丝座2和灯丝3分别安装在底板11和灯丝座2上；

对于选定的、需要更换的灯丝3，根据灯丝3类型选择合适的灯丝座2，灯丝座2包括电镜自带的灯丝定位座22和灯丝底座21。灯丝3通过四个连接螺丝安装在灯丝定位座22上，灯丝定位座22安装在灯丝底座21上，灯丝底座21放置在底板11上。

步骤2：检测模块显示灯丝座2和灯丝3的位置信息；

检测模块可以包括图像采集模块41、图像显示模块42和压力传感器。图像采集模块41用于采集灯丝座2和灯丝3的位置图像信息；图像显示模块42用于显示上述位置图像信息，当图像显示模块42为电脑终端时，电脑终端还可以计算图像上灯丝尖与第一定位中心的距离信息；压力传感器用于检测各定位杆121与灯丝座2的抵接关系，并将检测压力值传送到电脑终端进行显示。因此，上述位置信息包括灯丝尖和灯丝座2的位置图像、灯丝尖和第一定位中心在同一正投影面上的实际距离以及灯丝座2的轴线相对第二定位中心14的距离信息，即各压力传感器的压力值。

步骤3：根据位置信息，手动驱动第一定位调节机构12调整所述灯丝座2的位置；

根据位置信息中的各压力传感器的压力值，手动交替驱动各定位杆121沿靠近第二定位中心14的方向移动，在手动驱动的过程中，实时观测各压力值的变化，当各压力值均大于预设值时，表明各定位杆121均与灯丝座2相抵接。当各压力值相同时，表明各定位杆121与灯丝座2的抵接状态相同，即灯丝座2的轴线穿过第二定位中心14位置，即完成灯丝座2的定位调节。

步骤4：根据所述位置信息，手动驱动第二定位调节机构13调整所述灯丝3，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

根据位置信息中的灯丝尖和灯丝座2的位置图像、灯丝尖和第一定位中心在同一正投影面上的实际距离，手动交替调节连接螺丝，通过拧紧和放松连接螺丝调节灯丝尖的位置，使灯丝尖位于第一定位中心。

本实施例2提供的手动灯丝定位方法，避免了传统手动灯丝3定位中，因肉眼直接观测灯丝尖和灯丝定位座22的相对位置而出现的视觉误差，提高了灯丝3定位的精度。同时，能适用于不同类型灯丝3的定位。

实施例3

本发明实施例3提供了一种灯丝定位方法，通过半自动的方式实现灯丝3定位，步骤大致与实施例2相同，与实施例2不同的是，步骤3和步骤4通过驱动组件驱动第一定位调节机构和/或第二定位调节机构工作，具体为：

步骤3：手动驱动所述驱动组件5，使所述驱动组件5驱动第一定位调节机构12调整所述灯丝座2的位置，使所述灯丝座2的轴线通过第二定位中心14；

根据位置信息中的各压力传感器的压力值，手动驱动第一驱动组件51，具体地，驱动第一电机，使第一电机带动各定位杆121同时移动，当各压力值均大于预设值时，停止驱动第一电机，即实现灯丝座2的定位和固定，且灯丝座2的轴线穿过第二定位中心14。

步骤4：据所述位置信息，手动驱动所述驱动组件5，使所述驱动组件5驱动所述第二定位调节机构13调整所述灯丝3，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

根据位置信息中的灯丝尖和灯丝座2的位置图像、灯丝尖和第一定位中心在同一正投影面上的实际距离，手动驱动第二电机，使第二电机带动第二定位调节机构13进行灯丝3定位调节。或根据电脑终端根据灯丝尖与第一定位中心之间的实际距离，计算第二电机实际的驱动距离，获取第二电机的步进数，根据计算的步进数，手动调节第二电机的步进，使第二电机驱动第二定位调节机构13进行灯丝3的定位调节，使灯丝3的灯丝尖位于第一定位中心。

本实施例3提供的半自动灯丝定位方法，避免了手动直接驱动调节机构产生的误差，使灯丝3定位更为准确，同时，降低了管理人员的工作量。

实施例4

本实施例4提供了一种全自动灯丝定位方法，步骤1和步骤2与实施例2相同，与实施例2不同的是，步骤2的后续步骤通过控制组件控制驱动组件运动，以带动第一定位调节机12和/或第二定位调节机构13工作，具体为：

步骤3：根据所述位置信息，电脑终端计算调节参数并下达调节指令；

所述位置信息与实施例2中位置信息相同，不再赘述。电脑终端根据位置信息中灯丝尖与第一定位中心的距离，用标定的方法将上述距离转化为实际的驱动距离，并计算用于调节灯丝3的调节参数。调节参数包括第一电机的轴数、轴距、转动的角度和进给步数，且第一电机进给步数＝实际的驱动距离/第一电机步长。根据计算的调节参数，下达灯丝3调节指令；根据各压力传感器检测的压力值，当至少有一个压力传感器的压力值低于预设值时，下达灯丝座2调节指令。

步骤4：控制器组件6接收所述调节指令和调节参数；

控制器62接收电脑终端发出的调节指令和调节参数，并发送信号给驱动器61。驱动器61根据调节指令类型，选择向第一电机发送脉冲信号或向第二电机发送脉冲信号，以驱动第一电机或第二电机。

步骤5：驱动器61驱动所述驱动组件5，使组件驱动5驱动第一定位调节机构12和第二定位调节机构13工作，使灯丝座2的轴线通过所述第二定位中心14、灯丝尖位于所述第一定位中心。

当步骤4中调节指令为灯丝座2调节指令时，控制器62驱动第一电机，第一电机驱动第一定位调节机构12进行调节动作，带动多根定位杆121同时移动，直至各压力传感器的压力值均大于预设值时，电脑终端不再发出灯丝座2调节指令，停止驱动第一电机，即完成灯丝座2的定位，使灯丝座2的轴线穿过第二定位中心14；

当步骤4中调节指令为灯丝3调节指令时，控制器62驱动第二电机，使第二电机根据调节参数驱动第二定位调节机构13进行调节动作，调节灯丝尖位于第一定位中心，即完成灯丝3定位。

本发明实施例4提供的全自动灯丝定位方法，采用机械驱动和实时检测协同工作，系统原理简单，最大限度地避免了灯丝3定位调节过程中人为因素的影响，提高了灯丝3定位的精度，提高了成像质量，延长了灯丝3寿命，使仪器更为有效地工作。同时降低了仪器管理人员的劳动强度，节约了仪器管理的时间。不仅有利于科研工作中成像研究的进行，而且保证了灯丝3和电镜使用质量，提高了广大仪器用户的效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (25)

1.一种灯丝定位系统，其特征在于，包括：

底板(11)、第一定位调节机构(12)和第二定位调节机构(13)；

所述底板(11)上设置有用以固定灯丝(3)的灯丝座(2)，所述第一定位调节机构(12)安装在所述底板(11)上，用以调节所述灯丝座(2)在所述底板(11)上的位置；

所述灯丝座(2)具有第一定位中心，所述第二定位调节机构(13)用于调节所述灯丝(3)，使所述灯丝(3)的灯丝尖位于所述第一定位中心；

检测模块，用于采集并显示所述灯丝(3)的灯丝尖和所述灯丝座(2)的位置信息，所述第一定位调节机构(12)和所述第二定位调节机构(13)根据所述位置信息对应调节所述灯丝座(2)和所述灯丝的位置；

所述底板(11)具有第二定位中心(14)，所述第一定位调节机构(12)调节所述灯丝座(2)，使所述灯丝座(2)的轴线穿过所述第二定位中心(14)；

所述第一定位调节机构(12)包括多个定位杆(121)，所述多个定位杆(121)以所述第二定位中心(14)为圆心呈放射状分布；所述定位杆(121)能沿靠近或远离所述第二定位中心(14)的方向移动，以使所述定位杆(121)的端部与所述灯丝座(2)抵接以固定所述灯丝座(2)。

2.如权利要求1所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第一定位调节机构(12)包括多个丝杆螺母组件，螺母固定于所述底板(11)，丝杆与所述螺母配合形成所述定位杆(121)。

3.如权利要求1所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述灯丝座(2)包括灯丝底座(21)和灯丝定位座(22)，所述灯丝定位座(22)安装在所述灯丝底座(21)上，所述灯丝(3)安装在所述灯丝定位座(22)上。

4.如权利要求3所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述灯丝定位座(22)的上端面具有栅帽孔，所述栅帽孔的中心为所述第一定位中心。

5.如权利要求4所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第二定位调节机构(13)包括内六角扳手，用于调节所述灯丝(3)与所述灯丝定位座(22)的连接螺丝，以调整所述灯丝尖的位置。

6.如权利要求3-5中任一项所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述检测模块包括图像采集模块(41)和图像显示模块(42)，所述图像采集模块(41)用于采集所述灯丝尖和所述灯丝座(2)的位置图像信息；所述图像显示模块(42)与所述图像采集模块(41)连接，用于显示所述位置图像信息。

7.如权利要求6所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述图像采集模块(41)位于所述第二定位中心(14)的正上方。

8.如权利要求6所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述图像显示模块(42)为电脑终端，所述电脑终端接收并处理所述位置图像信息，所述位置图像信息包括位置图像和所述灯丝尖与所述第一定位中心的距离信息。

9.如权利要求8所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述检测模块通过所述位置图像灰度识别所述灯丝尖和所述第一定位中心的位置，并计算所述灯丝尖在所述灯丝座上端面的正投影与所述第一定位中心的距离。

10.如权利要求8所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述检测模块还包括压力传感器，所述压力传感器固定于所述定位杆(121)朝向所述灯丝座(2)的端面，并与所述图像显示模块(42)连接，所述图像显示模块(42)显示检测的压力值。

11.如权利要求10所述的灯丝定位系统，其特征在于，还包括驱动组件(5)，所述驱动组件(5)与所述第一定位调节机构(12)和所述第二定位调节机构(13)相连接，用于驱动所述第一定位调节机构(12)和/或所述第二定位调节机构(13)进行调节工作。

12.如权利要求11所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述驱动组件(5)包括第一驱动组件(51)，所述第一驱动组件(51)与所述第一定位调节机构(12)连接，用于驱动所述第一定位调节机构(12)工作，以调整所述灯丝座(2)的位置。

13.如权利要求12所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第一驱动组件(51)包括第一电机或液压缸。

14.如权利要求12所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述驱动组件(5)还包括第二驱动组件(52)，所述第二驱动组件(52)与所述第二定位调节机构(13)连接，用于驱动所述第二定位调节机构(13)工作，以调整所述灯丝尖的位置。

15.如权利要求14所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第二驱动组件(52)包括第二电机。

16.如权利要求15所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第二电机为步进电机或伺服电机。

17.如权利要求15所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述第二电机的调节精度小于100μm。

18.如权利要求12所述灯丝定位系统，其特征在于，还包括控制组件(6)，所述控制组件(6)分别与所述检测模块和所述驱动组件(5)电连接，所述控制组件(6)接收所述检测模块发送的所述位置信息，并控制所述驱动组件(5)驱动所述第一定位调节机构(12)和/或第二定位调节机构(13)工作。

19.如权利要求18所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述控制组件(6)包括控制器(62)和驱动器(61)；

所述控制器(62)连接所述电脑终端，接收所述电脑终端下达的调节指令和调节参数，并发送信号给所述驱动器(61)；

所述驱动器(61)分别与所述驱动组件(5)及所述控制器(62)相连，所述驱动器(61)接收所述信号并驱动所述驱动组件(5)运动。

20.如权利要求19所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述调节指令包括灯丝调节指令和/或灯丝座调节指令；

所述灯丝调节指令用以调节所述灯丝尖相对第一定位中心的位置；

所述灯丝座调节指令用以调节所述灯丝底座(21)相对第二定位中心(14)的位置，并固定所述灯丝底座(21)。

21.如权利要求20所述的灯丝定位系统，其特征在于，所述调节参数包括电机的轴数、轴距、转动的角度和进给步数。

22.一种应用于如权利要求1-21任一项所述的灯丝定位系统的灯丝定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

将灯丝座(2)和灯丝(3)分别安装在底板(11)和灯丝座(2)上；

检测模块显示所述灯丝座(2)和所述灯丝(3)的位置信息；

根据所述位置信息，手动驱动第一定位调节机构(12)调整所述灯丝座(2)的位置，使所述灯丝座(2)固定在所述底板(11)；

根据所述位置信息，手动驱动第二定位调节机构(13)调整所述灯丝(3)，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

23.一种应用于如权利要求11-21任一项所述的灯丝定位系统的灯丝定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

将灯丝座(2)和灯丝(3)分别安装在底板(11)和灯丝座(2)上；

检测模块显示所述灯丝座(2)和所述灯丝(3)的位置信息；

根据所述位置信息，手动驱动所述驱动组件(5)，使所述驱动组件(5)驱动第一定位调节机构(12)调整所述灯丝座(2)的位置，使所述灯丝座(2)的轴线穿过所述第二定位中心(14)；

根据所述位置信息，手动驱动所述驱动组件(5)，使所述驱动组件(5)驱动所述第二定位调节机构(13)调整所述灯丝(3)，使所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

24.一种应用于如权利要求18-21任一项所述的灯丝定位系统的灯丝定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

将灯丝座(2)和灯丝(3)分别安装在底板(11)和灯丝座(2)上；

检测模块显示所述灯丝座(2)和所述灯丝(3)的位置信息；

根据所述位置信息，电脑终端计算调节参数并下达调节指令；

控制组件(6)接收所述调节指令和调节参数；

驱动所述驱动组件(5)，使所述驱动组件(5)驱动所述第一定位调节机构(12)和第二定位调节机构(13)工作，使所述灯丝座(2)的轴线穿过所述第二定位中心(14)、所述灯丝尖位于所述第一定位中心。

25.如权利要求24所述的灯丝定位方法，其特征在于，所述位置信息包括灯丝尖与第一定位中心的位置图像信息和距离信息，以及所述灯丝座(2)的轴线相对第二定位中心(14)的距离信息。