[实用新型]一种基于微视觉全闭环可控的微纳定位系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及精密定位系统的技术领域，尤其是指一种基于微视觉全闭环可控的微纳定位系统。

背景技术

随着科技的不断发展，精密定位技术作为关键技术之一，在尖端工业和科学研究中越来越重要。与之相对应的精密定位系统，广泛应用在微型织造机械制造，半导体技术，超精密加工，生物工程，生命与医疗技术等领域中。作为精密定位系统中一个重要组成部分，微纳定位系统能够提供具有纳米级别分辨率的微米级步进位移。压电陶瓷驱动器具有分辨率高，响应快，体积小，推力大，无发热等优点。柔顺机构具有无滑动摩擦，不需润滑及分辨率高的优点。由压电陶瓷驱动的柔顺机构广泛应用于微纳定位系统。为了取得更好的定位精度和追踪精度，往往需要实现全平台的全闭环控制。常见的微纳定位系统采用电容传感器，激光干涉仪，激光位移传感器作为测量工具，提供反馈信号。目前将计算机微视觉系统作为测量工具用于微纳定位系统上还是很少的。

计算机微视觉系统是集光学显微镜、视觉成像和计算机视觉技术为一体的可实现实时、可视化检测的测量平台。微视觉系统的构成主要包括光学显微镜、光源、摄像机、图像采集卡、精密定位载物台等硬件以及图像处理软件。其原理是通过显微镜和成像设备(CCD摄像机、图像采集卡等)把被测对象的图像采集到计算机，接着运用图像处理技术、计算机视觉或人工智能等技术对采集到的图像进行处理、识别等操作，从而完成微视觉系统所要求的任务。计算机微视觉具有以下几个优点：非接触的测量；具备多自由度测量能力；高的分辨率。其中具有多自由度测量能力是将此应用于微纳定位系统最大的优势。这种微视觉系统在微观测量、成像等领域有着广泛的应用。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于微视觉全闭环可控的微纳定位系统，该系统结构紧凑、抗干扰能力强、具有高分辨率，能够实现对多自由度柔顺机构平台全闭环实时在线控制。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于微视觉全闭环可控的微纳定位系统，由精密定位系统和计算机微视觉系统两部分组成，所述精密定位系统由按顺序依次相接的第一计算机、dSPACE控制器板、压电陶瓷控制器、压电陶瓷驱动器组成，所述计算机微视觉系统由变焦显微系统、CCD相机、第二计算机、精密定位载物台、运动控制卡组成，其中所述计算机微视觉系统的第二计算机是通过RS232串口与dSPACE控制器板相连接，所述压电陶瓷控制器是通过数字模拟转换器DAC接口和模拟数字转换器ADC接口与dSPACE控制器板相连接，所述压电陶瓷驱动器用于连接驱动柔顺机构平台，所述柔顺机构平台放置在精密定位载物台上，所述精密定位载物台通过运动控制卡与第二计算机连接，所述CCD相机连接第二计算机，用于采集变焦显微系统。

所述dSPACE控制器板的型号为DS1104，集成有8个16位数字模拟转换器DAC接口、8个16位模拟数字转换器ADC接口、1个DigitalI/O接口、1个PWM接口、2个Inc接口、1个RS232串口接口和1个RS422/RS485接口。

所述压电陶瓷控制器为芯明天XE‐501压电陶瓷控制器，包含有电压放大模块。

所述压电陶瓷驱动器为芯明天PST 150/7/60VS12压电陶瓷驱动器，内置有电阻应变片式传感器SGS。

所述第一计算机为装有Control Desk和Matlab软件的计算机。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型采用了计算机微视觉系统测量动平台位姿，相比较激光位移传感器等传统传感器而言，具有多自由度测量能力，非接触的测量，高的分辨率等优点。另外，借助RS232串口通信，该微纳定位系统通过微视觉系统和dSPACE系统实现了对多自由度柔顺机构平台的全闭环在线控制，取得较高的定位精度。

附图说明

图1为本实用新型微纳定位系统的组成示意图。

图2为本实用新型压电陶瓷驱动器自适应控制示意图。

图3为本实用新型微纳定位系统全闭环控制示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步的说明。