[发明专利]全自由度调节的扫描装置及运动建模方法及控制方法

说明书

本发明公开了一种全自由度调节的扫描装置及运动建模方法及控制方法，属于光学与精密机械领域。所述运动建模方法包括步骤S1、获得待扫描样品目标位置相对初始位置在六个自由度的改变量；步骤S2、计算产生所述六个自由度的改变量需要各金属球的位移；步骤S3、计算各金属球的位移沿对应直线导轨方向以及Z轴方向的投影，从而获得六个线性促动器的位移。本发明能够实现高精度、多模式扫描目的，结构紧凑，通过选配合适的促动器，可动态调节扫描速度与扫描范围。

技术领域

本发明涉及光学与精密机械领域，尤其涉及一种全自由度调节的扫描装置及运动建模方法及控制方法。

背景技术

在光学与精密机械领域，特别是在显微成像领域，精密扫描器件有着广泛的应用。在显微成像领域，为获取组织三维完整信息，需要采用点扫描成像或者线扫描成像方式，通过平台移动带动样本，进行遍历扫描/栅格扫描，捕获单个平面信息；然后平台带动样品沿z轴提升，重复前一步骤，继续获取不同深度的平面信息；如此重复，直至获取组织完整三维信息。传统的三维扫描平台体积过大，往往无法集成到商业显微镜中。对于一些特殊的应用场景，比如只对离散的几个感兴趣区域(Region of interest,ROI)进行信息获取，则只需要对关心区域进行扫描。常规的光学扫描装置比如多面镜扫描(Polygon mirror)和共振扫描(Resonant scanner)，只能进行遍历扫描，无法满足需求。振镜(Galvanometer)可在平面上进行随机扫描，但扫描速度较慢。声光偏转器(Acousto-optic deflector)和电光偏转器(Electro-optical deflector)虽能进行快速随机扫描，但扫描范围非常有限。当对样品空间离散的几个区域进行不同角度的扫描时，需要通过一个具有六个自由度的扫描器件来实现。PI公司的六杆联动六轴平台可以实现全自由度的扫描，但是其价格较为昂贵，而且其一般基于直线电机驱动，无法实现快速扫描。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种全自由度调节的扫描装置及运动建模方法及控制方法，能够实现高精度、多模式扫描目的，结构紧凑，通过选配合适的促动器，可动态调节扫描速度与扫描范围。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种全自由度调节的扫描装置，包括顶盖和底座，所述顶盖的一面设置有三个耐磨损的金属球，所述顶盖的另一面安装待扫描样品，所述底座上设置有可拆卸的提供一维直线运动的三组线性促动器，三组所述线性促动器呈三角形分布在底座上，每组中的两个所述线性促动器之间设置有直线导轨，所述直线导轨安装在底座上，在所述直线导轨上设置有采用耐磨损材料制作的可滑动的两个斜面零件，每一对斜面零件构成一个V型槽，三个所述金属球放置在对应的V型槽中，通过六个线性促动器带动斜面零件沿着直线导轨运动，以改变V型槽的开口大小以及位置从而改变顶盖的空间位置。

其中，三组所述线性促动器呈正三角形分布在底座上。

其中，所述斜面零件的斜面端用于构成V型槽，所述斜面零件的另一端与所述线性促动器接触连接。

一种全自由度调节的扫描装置的运动建模方法，包括：

步骤S1、获得待扫描样品目标位置相对初始位置在六个自由度的改变量；

步骤S2、计算产生所述六个自由度的改变量需要各金属球的位移；

步骤S3、计算各金属球的位移沿对应直线导轨方向以及Z轴方向的投影，从而获得六个线性促动器的位移。

其中，所述步骤S1中的六个自由度改变量，记为x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z；

所述步骤S2，包括：

步骤S21、计算角度旋转θ_x，θ_y，θ_z导致的金属球的位置变化，变化前位置为a,b,c，变化后位置为a',b',c'；