CN207965348U - 一种用于激光扫描成像仪的xyz三轴直线运动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，包括底座、固定在底座上的Y轴运动机构、安装在Y轴运动机构上的X轴运动机构以及安装与X轴运动机构上的Z轴运动机构，Z轴运动机构上安装有光学模块，X轴运动机构的一侧设有用于安装电线的拖链，拖链的一端与光学模块连接，另一端与扫描成像仪内的电路板连接，拖链随Z轴运动机构沿X轴运动机构往复运动。本实用新型的有益效果是可同时实现光学模块在XYZ三轴上稳定移动，扫描速度快，定位精准。

Description

一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统

技术领域

本实用新型涉及空间直线运动技术领域，具体涉及一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统。

背景技术

光学显微成像技术由于其无损、高分辨、应用简单等优点在近年来受到越来越多的研究人员的关注。显微成像已成为生物学尤其是神经学科学研究者中的重要技术，但其成像视场小，荧光通道切换繁琐。激光扫描成像仪可以进行大面积扫描，荧光通道自动切换。

目前，激光扫描成像仪的光学模块多采用步进电机驱动，这种方式存在一定缺陷：1、刚性不足，驱动的稳定性较差，无法精准定位，影响光学系统扫描成像的效果；2、运动速度慢，导致光学系统扫描速度慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，可实现光学模块在XYZ三轴上的空间移动，稳定性好，扫描速度快，定位精准，光学系统扫描成像效果好。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，包括底座、固定在所述底座上的Y轴运动机构、安装在所述Y轴运动机构上的X轴运动机构以及安装与所述X轴运动机构上的Z轴运动机构，所述Z轴运动机构上安装有光学模块，所述X轴运动机构的一侧设有用于安装电线的拖链，所述拖链的一端与所述光学模块连接，另一端与扫描成像仪内的电路板连接，所述拖链随所述Z轴运动机构沿所述X轴运动机构往复运动。

本实用新型的有益效果是：通过Z轴运动机构带动光学模块在Z轴方向上上下移动进行聚焦，通过X轴运动机构实现Z轴运动机构和光学模块在X轴方向上往复移动并进行扫描，通过Y轴运动机构实现X轴运动机构、Z轴运动机构以及光学模块在Y轴方向上往复移动以便于光学模块扫描成像；电线安装在拖链内以避免光学模块在移动过程中电线发生折弯，延长电线的使用寿命，保证设备正常运行。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述Y轴运动机构包括所述底座上平行间隔设置的两个固定板，每个所述固定板上安装有Y轴导轨，每个Y轴导轨上设有Y轴滑块，两个所述Y轴导轨之间相对设有两个Y轴固定座，两个所述Y轴固定座分别设置在靠近所述Y轴导轨两端的位置，两个所述Y轴固定座之间通过Y轴丝杠连接，所述Y轴丝杠的一端与其中一个所述Y轴固定座转动连接且其另一端贯穿另一个所述Y轴固定座后与安装于所述底座上的Y轴步进电机连接。

采用上述进一步方案的有益效果是通过控制装置控制Y轴步进电机正转或反转，Y轴步进电机带动Y轴丝杠转动，Y轴步进电机将其转动转变为Y轴丝杠螺母的直线运动，实现X轴运动机构在Y轴方向上往复移动。

进一步，所述Y轴运动机构还包括两个分别设置在靠近所述Y轴导轨两端的Y轴光电开关。

采用上述进一步方案的有益效果是Y轴光电开关与控制装置电连接，通过Y轴光电开关对X轴运动机构、Z轴运动机构以及光学模块在Y轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开Y轴步进电机，X轴运动机构、Z轴运动机构以及光学模块停止移动，避免Z轴运动机构移动过度而碰撞Y轴固定座，影响设备使用寿命。

进一步，所述X轴运动机构包括底部与两个所述Y轴滑块以及Y轴丝杠螺母连接的安装槽，所述安装槽内安装有直线电机，所述安装槽上设有两个X轴导轨，所述X轴导轨上设有X轴滑块且其底部与所述直线电机的动子连接，所述安装槽的一侧设有光栅尺，所述X轴滑块上竖直设置有两个与所述光栅尺配合的指示板。

采用上述进一步方案的有益效果是直线电机和光栅尺均与控制装置电连接，通过控制装置控制直线电机正转或反转，直线电机带动X轴滑块、Z轴运动机构以及光学模块在X轴方向上往复移动，相比于步进电机，直线电机运动速度快，加速度可调节。通过光栅尺可精准反馈光学模块的位移并将对应位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开直线电机，Z轴运动机构停止移动，精准定位。

进一步，所述安装槽的两端各自安装有两个缓冲器，所述安装槽的一侧靠近两端的位置各设有一个X轴光电开关。

采用上述进一步方案的有益效果是X轴光电开关与控制装置电连接，通过X轴光电开关对Z轴运动机构在X轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开直线电机，Z轴运动机构停止移动，避免Z轴运动机构移动过度而碰撞安装槽，影响设备使用寿命；当X轴光电开关无法正常工作且Z轴运动机构的移动无法控制时，两个缓冲器可有效减小Z轴运动机构对安装槽的冲击力，保护设备，延长其使用寿命。

进一步，所述Z轴运动机构包括安装在所述X轴滑块上的L形安装架，所述安装架竖直部位上竖直设置有两个Z轴导轨，每个所述Z轴导轨上至少安装有一个Z轴滑块，两个所述Z轴导轨之间安装有Z轴丝杠，所述Z轴丝杠的上端与所述安装架上的Z轴固定座转动连接，所述Z轴丝杠的下端通过同步带与所述安装架底部的Z轴步进电机传动连接，所述Z轴导轨的一侧设有用于固定所述光学模块的固定架，所述固定架与所述Z轴滑块和Z轴丝杠螺母连接。

采用上述进一步方案的有益效果是通过控制装置控制Z轴步进电机正转或反转，Z轴步进电机通过同步带带动Z轴丝杠转动，固定架随着Z轴丝杠螺母沿着Z轴导轨在Z轴方向上上下移动，实现光学模块上下移动进行聚焦。

进一步，所述Z轴导轨的上下端各设有一个Z轴光电开关。

采用上述进一步方案的有益效果是Z轴光电开关与控制装置电连接，通过Z轴光电开关对光学模块在Z轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开Z轴步进电机，光学模块停止移动，避免光学模块移动过度与设备发生碰撞，影响设备使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中Y轴运动机构的结构示意图；

图3为本实用新型中X轴运动机构的结构示意图；

图4为本实用新型中X轴运动机构的结构分解示意图；

图5为本实用新型中Z轴运动机构的结构示意图；

图6为本实用新型中Z轴运动机构的结构分解示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、底座，2、Y轴运动机构，21、固定板，22、Y轴导轨，23、Y轴滑块，24、Y轴固定座，25、Y轴丝杠，26、Y轴步进电机，27、Y轴光电开关，28、Y轴丝杠螺母，3、X轴运动机构，31、安装槽，32、直线电机，33、X轴导轨，34、X轴滑块，35、光栅尺，36、指示板，37、缓冲器，38、X轴光电开关，4、Z轴运动机构，41、安装架，42、Z轴导轨，43、Z轴滑块，44、Z轴丝杠，45、Z轴固定座，46、同步带，47、Z轴步进电机，48、固定架，49、Z轴丝杠螺母，5、拖链。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，包括底座1、固定在底座1上的Y轴运动机构2、安装在Y轴运动机构2上的X轴运动机构3以及安装与X轴运动机构3上的Z轴运动机构4，Z轴运动机构4上安装有光学模块。工作时，通过Z轴运动机构4带动光学模块在Z轴方向上上下移动进行聚焦，通过X轴运动机构3实现Z轴运动机构4和光学模块在X轴方向上往复移动并进行扫描，通过Y轴运动机构2实现X轴运动机构3、Z轴运动机构4以及光学模块在Y轴方向上往复移动以便于光学模块扫描成像。其中，X轴运动机构3的一侧设有用于安装电线的拖链5，拖链5的一端与光学模块连接，另一端与扫描成像仪内的电路板连接，拖链5随Z轴运动机构4沿X轴运动机构3往复运动；电线安装在拖链5内，拖链5可避免光学模块在往复移动过程中电线反复折弯，延长电线的使用寿命，保证设备正常运行。

如图2所示，本实用新型中，Y轴运动机构2包括底座1上平行间隔设置的两个固定板21，每个固定板21上安装有Y轴导轨22，每个Y轴导轨22上设有Y轴滑块23，两个Y轴导轨22之间相对设有两个Y轴固定座24，两个Y轴固定座24分别设置在靠近Y轴导轨22两端的位置，两个Y轴固定座24之间通过Y轴丝杠25连接，Y轴丝杠25的一端与其中一个Y轴固定座24转动连接且其另一端贯穿另一个Y轴固定座24后与安装于底座1上的Y轴步进电机26连接，Y轴步进电机26与控制装置电连接。工作时，控制装置控制Y轴步进电机26正转或反转，Y轴步进电机26带动Y轴丝杠25转动，Y轴步进电机26将其转动转变为Y轴丝杠螺母28的直线运动从而实现X轴运动机构3在Y轴方向上往复移动。此处Y轴步进电机26采用高精度步进电机，配合4mm导程的Y轴丝杠25传动，经过控制装置细分后可实现亚微米步进，另外丝杠及导轨均为刚性连接滚珠传动，摩擦系数低，结构稳定性高，实现光学模块稳定移动，保证光学成像效果。

优选的，本实用新型中，Y轴运动机构2还包括两个分别设置在靠近Y轴导轨22两端的Y轴光电开关27，Y轴光电开关27与控制装置电连接，通过Y轴光电开关27对X轴运动机构3、Z轴运动机构4以及光学模块在Y轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开Y轴步进电机26，X轴运动机构3、Z轴运动机构4以及光学模块停止移动，避免Z轴运动机构4移动过度而碰撞Y轴固定座24，影响设备使用寿命。

除上述结构外，底座1上还设有两个对X轴运动机构3进行机械定位的机械定位机构，例如定位柱，两个机械定位机构分别位于Y轴导轨22的两端。当Y轴光电开关27被挡住无法正常工作或损坏时，机械定位机构对X轴运动机构3在Y轴方向上的移动进行定位，对机械定位机构实行双重保护，延长设备的使用寿命。

如图3和图4所示，本实用新型中，X轴运动机构3包括底部与两个Y轴滑块23以及Y轴丝杠螺母28连接的安装槽31，安装槽31内安装有直线电机32，安装槽31上设有两个X轴导轨33，X轴导轨33上设有X轴滑块34且其底部与直线电机32的动子连接，安装槽31的一侧设有光栅尺35，X轴滑块34上竖直设置有两个与光栅尺35配合的指示板36，直线电机32和光栅尺35均与控制装置电连接。此处直线电机32的定子和动子是分离时结构，无机械摩擦，噪音小，维护成本低，使用寿命长。与普通电机相比，直线电机32无需中间传送装置，结构更加简单，传送效率更高，节约能耗。工作时，通过控制装置控制直线电机32正转或反转，直线电机32带动X轴滑块34、Z轴运动机构4以及光学模块在X轴方向上往复移动，通过光栅尺35可精准反馈光学模块的位移并将对应位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开直线电机32，Z轴运动机构4停止移动，此处系统控制分辨率可达1um，精准定位。

优选的，本实用新型中，安装槽31的两端各自安装有两个缓冲器37，安装槽31的一侧靠近两端的位置各设有一个X轴光电开关38，X轴光电开关38与控制装置电连接，通过X轴光电开关38对Z轴运动机构4在X轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开直线电机32，Z轴运动机构4停止移动，避免Z轴运动机构4移动过度而碰撞安装槽31，影响设备使用寿命；当X轴光电开关38无法正常工作且Z轴运动机构4的移动无法控制时，两个缓冲器37可有效减小Z轴运动机构4对安装槽31的冲击力，保护设备。

如图5和图6所示，本实用新型中，Z轴运动机构4包括安装在X轴滑块34上的L形安装架41，安装架41竖直部位上竖直设置有两个Z轴导轨42，每个Z轴导轨42上至少安装有一个Z轴滑块43，两个Z轴导轨42之间安装有Z轴丝杠44，Z轴丝杠44的上端与安装架41上的Z轴固定座45转动连接，Z轴丝杠44的下端通过同步带46与安装架41底部的Z轴步进电机47传动连接，Z轴步进电机47与控制装置电连接，Z轴导轨42的一侧设有用于固定光学模块的固定架48，固定架48与Z轴滑块43和Z轴丝杠螺母49连接。工作时，通过控制装置控制Z轴步进电机47正转或反转，Z轴步进电机47通过同步带46带动Z轴丝杠44转动，固定架48随着Z轴丝杠螺母49沿着Z轴导轨42在Z轴方向上上下移动，实现光学模块上下移动进行聚焦。Z轴运动机构4主要用于激光的对焦，需要较高的分辨率和精度，另外需要对焦后要有极高的稳定性，以防焦点位置的变化。为满足以上性能，Z轴运动机构4采用高精度步进电机，经过1mm导程的Z轴丝杠44和32倍的电子细分后，运动分辨率可达亚微米。而且采用1mm导程的Z轴丝杠44，螺纹升角仅为2.2度，配合Z轴步进电机47应用，可达到极好的自锁性能。另外，结构上把Z轴步进电机47和Z轴丝杠44并列布局，通过同步带46进行传动，使得结构更加紧凑，节约空间。

优选的，本实用新型中，Z轴导轨42的上下端各设有一个Z轴光电开关，Z轴光电开与控制装置电连接，通过Z轴光电开关对光学模块在Z轴方向上的移动进行定位并将对应的位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开Z轴步进电机47，光学模块停止移动，避免光学模块移动过度与设备发生碰撞，影响设备使用寿命。

本实用新型的工作原理如下：

工作时，首先，控制装置控制直线电机32正转或反转，直线电机32带动X轴滑块34、Z轴运动机构4以及光学模块在X轴方向上往复移动，完成X轴方向的扫描；在此过程中，光栅尺35可精准反馈光学模块的位移并将对应位移信号传送给控制装置，控制装置及时断开直线电机32，Z轴运动机构4和光学模块停止移动；其次，控制装置控制Y轴步进电机26正转或反转，Y轴步进电机26带动Y轴丝杠25转动，Y轴步进电机26将其转动转变为Y轴丝杠螺母28的直线运动从而实现X轴运动机构3、Z轴运动机构4以及光学模块在Y轴方向上往复移动，完成Y轴方向的扫描；然后，控制装置控制Z轴步进电机47正转或反转，Z轴步进电机47通过同步带46带动Z轴丝杠44转动，固定架48随着Z轴丝杠螺母49沿着Z轴导轨42在Z轴方向上上下移动，实现光学模块上下移动进行聚焦；最后，光学模块扫描成像。

与传统技术相比，本实用新型结构简单，可实现光学模块在XYZ三轴上的空间位移，光学模块移动的稳定性好，扫描速度快，成像效果好。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：包括底座(1)、固定在所述底座(1)上的Y轴运动机构(2)、安装在所述Y轴运动机构(2)上的X轴运动机构(3)以及安装与所述X轴运动机构(3)上的Z轴运动机构(4)，所述Z轴运动机构(4)上安装有光学模块，所述X轴运动机构(3)的一侧设有用于安装电线的拖链(5)，所述拖链(5)的一端与所述光学模块连接，另一端与扫描成像仪内的电路板连接，所述拖链(5)随所述Z轴运动机构(4)沿所述X轴运动机构(3)往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述Y轴运动机构(2)包括所述底座(1)上平行间隔设置的两个固定板(21)，每个所述固定板(21)上安装有Y轴导轨(22)，每个Y轴导轨(22)上设有Y轴滑块(23)，两个所述Y轴导轨(22)之间相对设有两个Y轴固定座(24)，两个所述Y轴固定座(24)分别设置在靠近所述Y轴导轨(22)两端的位置，两个所述Y轴固定座(24)之间通过Y轴丝杠(25)连接，所述Y轴丝杠(25)的一端与其中一个所述Y轴固定座(24)转动连接且其另一端贯穿另一个所述Y轴固定座(24)后与安装于所述底座(1)上的Y轴步进电机(26)连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述Y轴运动机构(2)还包括两个分别设置在靠近所述Y轴导轨(22)两端的Y轴光电开关(27)。

4.根据权利要求2所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述X轴运动机构(3)包括底部与两个所述Y轴滑块(23)以及Y轴丝杠螺母(28)连接的安装槽(31)，所述安装槽(31)内安装有直线电机(32)，所述安装槽(31)上设有两个X轴导轨(33)，所述X轴导轨(33)上设有X轴滑块(34)且其底部与所述直线电机(32)的动子连接，所述安装槽(31)的一侧设有光栅尺(35)，所述X轴滑块(34)上竖直设置有两个与所述光栅尺(35)配合的指示板(36)。

5.根据权利要求4所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述安装槽(31)的两端各自安装有两个缓冲器(37)，所述安装槽(31)的一侧靠近两端的位置各设有一个X轴光电开关(38)。

6.根据权利要求4所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述Z轴运动机构(4)包括安装在所述X轴滑块(34)上的安装架(41)，所述安装架(41)竖直部位上竖直设置有两个Z轴导轨(42)，每个所述Z轴导轨(42)上至少安装有一个Z轴滑块(43)，两个所述Z轴导轨(42)之间安装有Z轴丝杠(44)，所述Z轴丝杠(44)的上端与所述安装架(41)上的Z轴固定座(45)转动连接，所述Z轴丝杠(44)的下端通过同步带(46)与所述安装架(41)底部的Z轴步进电机(47)传动连接，所述Z轴导轨(42)的一侧设有用于固定所述光学模块的固定架(48)，所述固定架(48)与所述Z轴滑块(43)和Z轴丝杠螺母(49)连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于激光扫描成像仪的XYZ三轴直线运动系统，其特征在于：所述Z轴导轨(42)的上下端各设有一个Z轴光电开关。