點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法
2023-10-17 10:07:59
專利名稱：點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種生物晶片點樣儀，尤其是涉及一種生物晶片點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法，用於實現點樣針定位的精確控制。
背景技術：
生物晶片技術的應用一方面為疾病的診斷和治療、新藥開發、分子生物學、司法鑑定、食品衛生和環境監測等領域帶來一場革命，生物晶片的出現為人類提供了能夠對個體生物信息進行高速、並行採集和分析的強有力的技術手段，與此同時，生物晶片技術的發展催生了在該產業鏈中扮演重要角色的生物晶片點樣技術的不斷發展。目前點樣儀廣泛用於生物晶片的製備，現有的點樣儀還存在以下不足
I、規整度不足。規整度即微陣列上各點所在行列的對齊程度，是一個很重要的指標，因為它決定從微陣列圖像中提取數據的難易程度，當基片表面及製備環境達到要求時，影響其規整度的主要因素就是點樣儀的精度。目前多數的點樣儀的定位精度為±10um，但加上其他因素的影響，例如基片放置，定位精度將會有所降低，因此這對於高質量的微陣列製備是不夠的。2、無反饋或者是單反饋點樣針定位控制系統。目前大多數的點樣儀採用的都是無反饋的步進電機，定位精度差，失步明顯；也有使用單反饋的伺服電機模塊，依靠伺服電機可以一定程度上提高點樣針的定位精度，但是存在對機械裝配精度要求高、傳動機構中旋轉圈數同運行位移之間的換算誤差、重複定位精度差、伺服電機的編碼器易丟脈衝等問題，並且伺服控制單元的編碼器只能間接的依靠脈衝數來換算實際位移，存在理論上的定位位置與實際定位位置的差異，這種差異在機械上很難克服，限制了單反饋系統的定位精度。
發明內容
本申請人針對上述的問題，進行了研究改進，提供一種點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法，提高點樣儀點樣針的定位精度，提高點樣基片微陣列的規整度。為了解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案
一種生物晶片點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統，包括內環反饋補償系統及外環反饋補償系統，內環反饋補償系統包括驅動點樣針定位的X向運動機構、Y向運動機構及內環控制系統，X向伺服電機連接X向運動機構，Y向伺服電機連接Y向運動機構，X向伺服電機及Y向伺服電機的軸端分別設有編碼器，編碼器連接內環控制系統；外環反饋補償系統包括連接X向運動機構的X向光柵尺、X向光柵讀數頭及連接Y向運動機構的Y向光柵尺、Y
向光柵讀數頭，X向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭連接外環控制系統；所述編碼器檢測X向伺服電機及Y向伺服電機旋轉圈數信號並反饋至內環控制系統，構成內環反饋信號；X向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭檢測點樣針所在的實際定位位置信號並反饋至外環控制系統，構成外環反饋信號，內環反饋信號及外環反饋信號共同構成雙閉環的控制系統。一種生物晶片點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統的控制方法，內環反饋補償系統的編碼器檢測的X向伺服電機及Y向伺服電機旋轉圈數信號以脈衝數的方式反饋給內環控制系統，由內環控制系統將反饋的脈衝數與點樣針目標位置的內環設定值作差值計算，差值如為零，則輸出定位完成信號；差值如不為零，則內環控制系統計算出需要校正的補償脈衝數值並發送給X向伺服電機及Y向伺服電機的伺服驅動器，驅動X向伺服電機及Y向伺服電機校正點樣針的位置，內環反饋補償系統再次作差值計算，直至差值為零並輸出定位完成信號；接收到內環反饋補償系統的定位完成信號後，外環反饋補償系統的X向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭將點樣針所在的實際定位位置值反饋給外環控制系統，由外環控制系統對點樣針所在的實際定位位置值與點樣針目標位置的外環設定值作比較並計算出點樣針的位置誤差值，如果該位置誤差值超出設定的位置公差範圍，利用外環反饋補償系統的反饋信號計算出需要的補償值，將該補償值轉化為脈衝數發送給內環反饋補償系統重新校正定位點樣針，如果該位置誤差值在設定的位置公差範圍之內，點樣針定位完成。本發明的技術效果在於
本發明公開的一種點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法，由內環反饋補償系統作點樣針的初步定位校正，由外環反饋補償系統對點樣針定位作校正補償，消除了點樣針的定位誤差，提高點樣儀點樣針的定位精度，提高點樣基片微陣列的規整度，點樣效果的歸一性較好；同時，雙閉環反饋定位控制確保定位判斷的成功，提高了系統的運行穩定性、可靠性。
圖I為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的控制方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。如圖I所示，點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統包括內環反饋補償系統及外環反饋補償系統，內環反饋補償系統包括X向運動機構I及Y向運動機構2，由X向運動機構I及Y向運動機構2驅動點樣針作X向及Y向的運動,並定位確定點樣針相對於點樣基片的位置，X向伺服電機3連接X向運動機構1，Y向伺服電機4連接Y向運動機構2，X向伺服電機3及Y向伺服電機4的軸端分別設有編碼器(未在圖中畫出)，X向伺服電機3及Y向伺服電機4軸端的編碼器連接內環控制系統。外環反饋補償系統包括連接X向運動機構I的X向光柵尺5、X向光柵讀數頭6及連接Y向運動機構2的Y向光柵尺7、Y向光柵讀數頭8，X向光柵尺5的設置方向平行於X向運動機構I的運動方向，Y向光柵尺7設置方向平行於Y向運動機構2的運動方向，X向光柵讀數頭6及Y向光柵讀數頭8作為外環反饋補償系統的定位反饋傳感器，X向光柵讀數頭6及Y向光柵讀數頭8連接外環控制系統。編碼器檢測X向伺服電機3及Y向伺服電機4旋轉圈數信號反饋至內環控制系統，構成內環反饋信號；X向光柵讀數頭6及Y向光柵讀數頭8檢測點樣針所在的實際定位位置信號並反饋至外環控制系統，構成外環反饋信號，內環反饋信號及外環反饋信號共同構成一個雙閉環的控制系統，內環控制系統及外環控制系統均由各自的硬體及軟體構成，按現有技術設計計製造。如圖2所示，內環反饋補償系統在點樣針定位校正過程中，編碼器作為內環反饋的傳感器，其所檢測到的X向伺服電機3及Y向伺服電機4旋轉圈數信號以脈衝數的方式反饋給內環控制系統，內環控制系統將反饋回來的脈衝數作運算，再與點樣針目標位置的內環設定值(脈衝數)作硬體差值計算，差值如為零，則輸出定位完成信號至外環反饋補償系統；差值如不為零，則由內環控制系統計算出需要校正的補償脈衝數值並發送給X向伺服電機3及Y向伺服電機4的伺服驅動器，X向伺服電機3及Y向伺服電機4旋轉作位置脈衝補償，旋轉結束後，編碼器再次將位置信號以脈衝數的方式反饋給內環控制系統，內環控制系統再次作上述的差值運算，如果差值 這零，則輸出定位完成信號，否則再一次作反饋補償，直至脈衝數值與點樣針目標位置的內環設定值的差值為零。內環反饋補償系統在定位校正過程中的反饋的信號均為間接代表點樣針位移的X向伺服電機3及Y向伺服電機4旋轉圈數的脈衝數，並不是直接獲取真實點樣針的定位坐標，但內環反饋補償系統可以將編碼器反饋回來的旋轉脈衝數在內環控制系統中通過硬體的方式與點樣針目標位置的內環設定值作比較，並將差值直接發送至X向伺服電機3及Y向伺服電機4的伺服驅動器，驅動X向伺服電機3及Y向伺服電機4作定位補償。當接收到內環反饋補償系統定位完成的信號，外環反饋補償系統開始工作，X向光柵讀數頭6及Y向光柵讀數頭8將點樣針的實際定位位置信號傳送給外環控制系統，夕卜環控制系統經過對信號的硬體解析，最終獲取到點樣針實際位置數據，該數據與點樣針目標位置的外環設定值作比較，如果差值在設定的公差範圍之內，則定位成功；如果差值在設定的公差範圍之外，外環控制系統計算出需要補償的位移，並將該位移轉化為完成補償所需要的脈衝數，發送給內環反饋補償系統，由內環反饋補償系統對點樣針作定位校正；內環反饋補償系統定位校正完成之後，外環反饋補償系統再次檢測點樣針的實際定位位置，夕卜環控制系統判定在公差範圍內則定位成功，反之重複以上過程，外環反饋補償系統計算出補償值後再次發送給內環反饋補償系統，直至點樣針的實際定位位置在設定的公差範圍之內，點樣針定位完成。在實際點樣針定位校正過程中，經過兩次外環反饋補償系統檢測、運算並經內環反饋補償系統校正之後，點樣針能夠得到一個準確的定位精度，定位隨即完成，但是假如外環反饋補償系統檢測並計算出的點樣針實際的定位位置誤差超出設定公差範圍，則還需要進行第三次甚至更多次的由內環反饋補償系統作定位校正補償。內環反饋補償系統及外環反饋補償系統在點樣針的一次定位過程中，內環反饋補償系統的點樣針目標位置的內環設定值與外環反饋補償系統點樣針目標位置的外環設定值的理論值相同，內環設定值的單位是脈衝數，而外環設定值為實際的尺寸，兩者代表同一個含義，可以相互轉換。
權利要求
1.一種生物晶片點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統，其特徵在於包括內環反饋補償系統及外環反饋補償系統，內環反饋補償系統包括驅動點樣針定位的X向運動機構、Y向運動機構及內環控制系統，X向伺服電機連接X向運動機構，Y向伺服電機連接Y向運動機構，X向伺服電機及Y向伺服電機的軸端分別設有編碼器，編碼器連接內環控制系統；外環反饋補償系統包括連接X向運動機構的X向光柵尺、X向光柵讀數頭及連接Y向運動機構的Y向光柵尺、Y向光柵讀數頭，X向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭連接外環控制系統；所述編碼器檢測X向伺服電機及Y向伺服電機旋轉圈數信號並反饋至內環控制系統，構成內環反饋信號；χ向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭檢測點樣針所在的實際定位位置信號並反饋至外環控制系統，構成外環反饋信號，內環反饋信號及外環反饋信號共同構成雙閉環的控制系統。
2.—種權利要求I所述的生物晶片點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統的控制方法，其特徵在於內環反饋補償系統的編碼器檢測的X向伺服電機及Y向伺服電機旋轉圈數信號以脈衝數的方式反饋給內環控制系統，由內環控制系統將反饋的脈衝數與點樣針目標位置 的內環設定值作差值計算，差值如為零，則輸出定位完成信號；差值如不為零，則內環控制系統計算出需要校正的補償脈衝數值並發送給X向伺服電機及Y向伺服電機的伺服驅動器，驅動X向伺服電機及Y向伺服電機校正點樣針的位置，內環反饋補償系統再次作差值計算，直至差值為零並輸出定位完成信號；接收到內環反饋補償系統的定位完成信號後，外環反饋補償系統的X向光柵讀數頭及Y向光柵讀數頭將點樣針所在的實際定位位置值反饋給外環控制系統，由外環控制系統對點樣針所在的實際定位位置值與點樣針目標位置的外環設定值作比較並計算出點樣針的位置誤差值，如果該位置誤差值超出設定的位置公差範圍，利用外環反饋補償系統的反饋信號計算出需要的補償值，將該補償值轉化為脈衝數發送給內環反饋補償系統重新校正定位點樣針，如果該位置誤差值在設定的位置公差範圍之內，點樣針定位完成。
全文摘要
本發明涉及一種點樣儀的雙閉環反饋定位控制系統及控制方法，由內環反饋補償系統及外環反饋補償系統構成，由內環反饋補償系統作點樣針的初步定位校正，由外環反饋補償系統對點樣針定位作校正補償，消除了點樣針的定位誤差，提高點樣儀點樣針的定位精度，提高點樣基片微陣列的規整度，點樣效果的歸一性較好；同時，雙閉環反饋定位控制確保定位判斷的成功，提高了系統的運行穩定性、可靠性。
文檔編號G05B19/414GK102637018SQ20121010110
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者戴良, 王振宇, 魏顯東 申請人:無錫國盛精密模具有限公司