二维自动化多通道检测平台设计与应用(2)
1.2 国内外研究现状 国外在二维高精度工作平台的研制上处于领先地位，尤其是日本和美国等技术强国。东京工业大学研制了一台纳米级定位工作台，采用直流电机作为驱动源，选用空气静压导轨支撑整个工作台，选择激光干涉仪作为反馈装置，使用PID（proportion、integral、derivative）双闭环控制 [3]。该工作台的体积比较大，不适合与实验仪器结合使用。法国贡比涅技术大学Mekid等人研制了一个高精工作台。该工作台的驱动方式是无刷直流电机摩擦驱动，依靠液体静压导轨支撑 [4]。由于该工作台采用摩擦驱动的方式，所以平台的承载力小，且存在磨损的现象[5]。加拿大麦克马斯特大学的M.A.Elberstawi等人研制出一个一维宏微双驱动定位平台，主要用于跟踪定位。该平台的微动部分采用压电陶瓷驱动，宏动部分采用直线电机驱动[6]。日本Kyocera公司生产了一台高速型X-Y精密定位装置，可用于电子扫描显微镜或探伤设备[7]。 源`自,优尔.文;论"文'网[www.youerw.com国内有关大学和研究所如哈尔滨工业大学、 浙江大学和长春光机所等对二维高精平台都有一定的研究。 武汉理工大学的陈珩针对砂轮修行机设计了二维工作台及其控制系统，该工作台具有良好的动态性能和较大的刚度[8]。东华大学的李冠志针对织物瑕疵检测设计了实时自动检测平台，该平台采用数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）技术实现实时自动检测，但是此平台主要通过采集图像进行检测，并不具备较高的位移精度[9]。在实验仪器的载物台方面，山东大学和四川大学分别设计了显微镜的自动载物台，二者设计的自动载物台都采用步进电机驱动的方式，并且都具有较好的调焦精度。但是二者设计的载物台的X、 Y方向的定位精度并不高，而 Z轴则具有良好的定位精度和重复定位精度[10,11]。以上所述的检测平台都是根据特定的检测需求设计的， 并不能广泛应用于其他领域。而且所述的检测平台在 X、Y轴上的位移精度都不高，无法满足实验所需的检测平台的要求。
1.3 研究意义及创新 本文将在现有的拉曼光谱仪的基础上，对其进行二次开发，设计出一个二维自动化多通道检测平台替代原有的实验检测平台。并根据实验的检测需求设计出一个可以控制二维检测平台按照既定轨道自动运作的软件程序，实现二维检测平台的精确移动，提高检测结果的精确度。该二维检测平台虽然是针对拉曼光谱仪开发，但是其硬件部分对于其他类似实验仪器（如显微镜）的检测平台同样适用，只需根据相关实验的需要改变其控制程序即可。利用二维自动化检测平台作为实验仪器的检测平台进行实验，可以省去部分人工操作的步骤，减少实验检测花费的时间，并且能通过程序控制实现精准定位进行检测，减少人为的实验误差。因此开展高效率和高精度的二维自动化多通道检测平台的研究，对于提高实验的精确性有积极意义。 目前，二维自动化检测平台的应用主要在工业领域，在检测类实验仪器方面很少使用。本文设计的二维自动化多通道检测平台能够与相关实验仪器结合使用，具有较高的位移精度，不仅提高实验结果的精确度，还可以减轻实验人员的工作量。 1.4 二维自动化多通道检测平台的总体规划 本文设计的二维自动化多通道检测平台主要是面向具有较高定位精度要求的实验仪器，因此该检测平台必须具备高定位精度的特点。在二维检测平台运行时，二维检测平台的振动可能会导致液体样品洒出检测孔，影响样品的检测结果，因此二维检测平台在运行时需要有较高的稳定性。 驱动系统和控制系统分别作为二维检测平台的执行系统和神经中枢构成了二维自动化检测平台的主体。其中，驱动系统主要包括步进电机及其驱动器、直线滚动导轨和滚珠丝杠副。控制系统由运动控制卡和控制程序组成。二维自动化多通道检测平台的设计流程图如图 1-1 所示。