專利名稱：點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片點(diǎn)樣儀，尤其是涉及一種生物芯片點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)及控制方法，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)樣針定位的精確控制。
背景技術(shù)：
生物芯片技術(shù)的應(yīng)用一方面為疾病的診斷和治療、新藥開發(fā)、分子生物學(xué)、司法鑒定、食品衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域帶來一場(chǎng)革命，生物芯片的出現(xiàn)為人類提供了能夠?qū)€(gè)體生物信息進(jìn)行高速、并行采集和分析的強(qiáng)有力的技術(shù)手段，與此同時(shí)，生物芯片技術(shù)的發(fā)展催生了在該產(chǎn)業(yè)鏈中扮演重要角色的生物芯片點(diǎn)樣技術(shù)的不斷發(fā)展。目前點(diǎn)樣儀廣泛用于生物芯片的制備，現(xiàn)有的點(diǎn)樣儀還存在以下不足
I、規(guī)整度不足。規(guī)整度即微陣列上各點(diǎn)所在行列的對(duì)齊程度，是一個(gè)很重要的指標(biāo)，因?yàn)樗鼪Q定從微陣列圖像中提取數(shù)據(jù)的難易程度，當(dāng)基片表面及制備環(huán)境達(dá)到要求時(shí)，影響其規(guī)整度的主要因素就是點(diǎn)樣儀的精度。目前多數(shù)的點(diǎn)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(huì)有所降低，因此這對(duì)于高質(zhì)量的微陣列制備是不夠的。2、無反饋或者是單反饋點(diǎn)樣針定位控制系統(tǒng)。目前大多數(shù)的點(diǎn)樣儀采用的都是無反饋的步進(jìn)電機(jī)，定位精度差，失步明顯；也有使用單反饋的伺服電機(jī)模塊，依靠伺服電機(jī)可以一定程度上提高點(diǎn)樣針的定位精度，但是存在對(duì)機(jī)械裝配精度要求高、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)圈數(shù)同運(yùn)行位移之間的換算誤差、重復(fù)定位精度差、伺服電機(jī)的編碼器易丟脈沖等問題，并且伺服控制單元的編碼器只能間接的依靠脈沖數(shù)來?yè)Q算實(shí)際位移，存在理論上的定位位置與實(shí)際定位位置的差異，這種差異在機(jī)械上很難克服，限制了單反饋系統(tǒng)的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人針對(duì)上述的問題，進(jìn)行了研究改進(jìn)，提供一種點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)及控制方法，提高點(diǎn)樣儀點(diǎn)樣針的定位精度，提高點(diǎn)樣基片微陣列的規(guī)整度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種生物芯片點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)，包括內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)及外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)點(diǎn)樣針定位的X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，X向伺服電機(jī)連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Y向伺服電機(jī)連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)的軸端分別設(shè)有編碼器，編碼器連接內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X向光柵尺、X向光柵讀數(shù)頭及連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Y向光柵尺、Y
向光柵讀數(shù)頭，X向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭連接外環(huán)控制系統(tǒng)；所述編碼器檢測(cè)X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)并反饋至內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)；X向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭檢測(cè)點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置信號(hào)并反饋至外環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成外環(huán)反饋信號(hào)，內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)及外環(huán)反饋信號(hào)共同構(gòu)成雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)。一種生物芯片點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)的控制方法，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的編碼器檢測(cè)的X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)以脈沖數(shù)的方式反饋給內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，由內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)將反饋的脈沖數(shù)與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的內(nèi)環(huán)設(shè)定值作差值計(jì)算，差值如為零，則輸出定位完成信號(hào)；差值如不為零，則內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算出需要校正的補(bǔ)償脈沖數(shù)值并發(fā)送給X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)校正點(diǎn)樣針的位置，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)再次作差值計(jì)算，直至差值為零并輸出定位完成信號(hào)；接收到內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的定位完成信號(hào)后，外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的X向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭將點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置值反饋給外環(huán)控制系統(tǒng)，由外環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置值與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的外環(huán)設(shè)定值作比較并計(jì)算出點(diǎn)樣針的位置誤差值，如果該位置誤差值超出設(shè)定的位置公差范圍，利用外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的反饋信號(hào)計(jì)算出需要的補(bǔ)償值，將該補(bǔ)償值轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)發(fā)送給內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)重新校正定位點(diǎn)樣針，如果該位置誤差值在設(shè)定的位置公差范圍之內(nèi)，點(diǎn)樣針定位完成。本發(fā)明的技術(shù)效果在于
本發(fā)明公開的一種點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)及控制方法，由內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)作點(diǎn)樣針的初步定位校正，由外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)樣針定位作校正補(bǔ)償，消除了點(diǎn)樣針的定位誤差，提高點(diǎn)樣儀點(diǎn)樣針的定位精度，提高點(diǎn)樣基片微陣列的規(guī)整度，點(diǎn)樣效果的歸一性較好；同時(shí)，雙閉環(huán)反饋定位控制確保定位判斷的成功，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖I所示，點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)包括內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)及外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)I及Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2，由X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)I及Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)點(diǎn)樣針作X向及Y向的運(yùn)動(dòng),并定位確定點(diǎn)樣針相對(duì)于點(diǎn)樣基片的位置，X向伺服電機(jī)3連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)1，Y向伺服電機(jī)4連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2，X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4的軸端分別設(shè)有編碼器(未在圖中畫出)，X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4軸端的編碼器連接內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)。外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的X向光柵尺5、X向光柵讀數(shù)頭6及連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的Y向光柵尺7、Y向光柵讀數(shù)頭8，X向光柵尺5的設(shè)置方向平行于X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)I的運(yùn)動(dòng)方向，Y向光柵尺7設(shè)置方向平行于Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)方向，X向光柵讀數(shù)頭6及Y向光柵讀數(shù)頭8作為外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的定位反饋傳感器，X向光柵讀數(shù)頭6及Y向光柵讀數(shù)頭8連接外環(huán)控制系統(tǒng)。編碼器檢測(cè)X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)反饋至內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)；X向光柵讀數(shù)頭6及Y向光柵讀數(shù)頭8檢測(cè)點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置信號(hào)并反饋至外環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成外環(huán)反饋信號(hào)，內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)及外環(huán)反饋信號(hào)共同構(gòu)成一個(gè)雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)及外環(huán)控制系統(tǒng)均由各自的硬件及軟件構(gòu)成，按現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)制造。如圖2所示，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)在點(diǎn)樣針定位校正過程中，編碼器作為內(nèi)環(huán)反饋的傳感器，其所檢測(cè)到的X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)以脈沖數(shù)的方式反饋給內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)將反饋回來的脈沖數(shù)作運(yùn)算，再與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的內(nèi)環(huán)設(shè)定值(脈沖數(shù))作硬件差值計(jì)算，差值如為零，則輸出定位完成信號(hào)至外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)；差值如不為零，則由內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算出需要校正的補(bǔ)償脈沖數(shù)值并發(fā)送給X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4的伺服驅(qū)動(dòng)器，X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4旋轉(zhuǎn)作位置脈沖補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，編碼器再次將位置信號(hào)以脈沖數(shù)的方式反饋給內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)再次作上述的差值運(yùn)算，如果差值 這零，則輸出定位完成信號(hào)，否則再一次作反饋補(bǔ)償，直至脈沖數(shù)值與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的內(nèi)環(huán)設(shè)定值的差值為零。內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)在定位校正過程中的反饋的信號(hào)均為間接代表點(diǎn)樣針位移的X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的脈沖數(shù)，并不是直接獲取真實(shí)點(diǎn)樣針的定位坐標(biāo)，但內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)可以將編碼器反饋回來的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)在內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)中通過硬件的方式與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的內(nèi)環(huán)設(shè)定值作比較，并將差值直接發(fā)送至X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)X向伺服電機(jī)3及Y向伺服電機(jī)4作定位補(bǔ)償。當(dāng)接收到內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)定位完成的信號(hào)，外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)開始工作，X向光柵讀數(shù)頭6及Y向光柵讀數(shù)頭8將點(diǎn)樣針的實(shí)際定位位置信號(hào)傳送給外環(huán)控制系統(tǒng)，夕卜環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)過對(duì)信號(hào)的硬件解析，最終獲取到點(diǎn)樣針實(shí)際位置數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的外環(huán)設(shè)定值作比較，如果差值在設(shè)定的公差范圍之內(nèi)，則定位成功；如果差值在設(shè)定的公差范圍之外，外環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)奈灰?，并將該位移轉(zhuǎn)化為完成補(bǔ)償所需要的脈沖數(shù)，發(fā)送給內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)，由內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)樣針作定位校正；內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)定位校正完成之后，外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)再次檢測(cè)點(diǎn)樣針的實(shí)際定位位置，夕卜環(huán)控制系統(tǒng)判定在公差范圍內(nèi)則定位成功，反之重復(fù)以上過程，外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)計(jì)算出補(bǔ)償值后再次發(fā)送給內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)，直至點(diǎn)樣針的實(shí)際定位位置在設(shè)定的公差范圍之內(nèi)，點(diǎn)樣針定位完成。在實(shí)際點(diǎn)樣針定位校正過程中，經(jīng)過兩次外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)檢測(cè)、運(yùn)算并經(jīng)內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)校正之后，點(diǎn)樣針能夠得到一個(gè)準(zhǔn)確的定位精度，定位隨即完成，但是假如外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)檢測(cè)并計(jì)算出的點(diǎn)樣針實(shí)際的定位位置誤差超出設(shè)定公差范圍，則還需要進(jìn)行第三次甚至更多次的由內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)作定位校正補(bǔ)償。內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)及外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)在點(diǎn)樣針的一次定位過程中，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的內(nèi)環(huán)設(shè)定值與外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的外環(huán)設(shè)定值的理論值相同，內(nèi)環(huán)設(shè)定值的單位是脈沖數(shù)，而外環(huán)設(shè)定值為實(shí)際的尺寸，兩者代表同一個(gè)含義，可以相互轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種生物芯片點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)，其特征在于包括內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)及外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)點(diǎn)樣針定位的X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，X向伺服電機(jī)連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Y向伺服電機(jī)連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)的軸端分別設(shè)有編碼器，編碼器連接內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)；外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)包括連接X向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X向光柵尺、X向光柵讀數(shù)頭及連接Y向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Y向光柵尺、Y向光柵讀數(shù)頭，X向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭連接外環(huán)控制系統(tǒng)；所述編碼器檢測(cè)X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)并反饋至內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)；χ向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭檢測(cè)點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置信號(hào)并反饋至外環(huán)控制系統(tǒng)，構(gòu)成外環(huán)反饋信號(hào)，內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)及外環(huán)反饋信號(hào)共同構(gòu)成雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)。
2.—種權(quán)利要求I所述的生物芯片點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的編碼器檢測(cè)的X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)信號(hào)以脈沖數(shù)的方式反饋給內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，由內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)將反饋的脈沖數(shù)與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置 的內(nèi)環(huán)設(shè)定值作差值計(jì)算，差值如為零，則輸出定位完成信號(hào)；差值如不為零，則內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算出需要校正的補(bǔ)償脈沖數(shù)值并發(fā)送給X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)X向伺服電機(jī)及Y向伺服電機(jī)校正點(diǎn)樣針的位置，內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)再次作差值計(jì)算，直至差值為零并輸出定位完成信號(hào)；接收到內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的定位完成信號(hào)后，外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的X向光柵讀數(shù)頭及Y向光柵讀數(shù)頭將點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置值反饋給外環(huán)控制系統(tǒng)，由外環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)樣針?biāo)诘膶?shí)際定位位置值與點(diǎn)樣針目標(biāo)位置的外環(huán)設(shè)定值作比較并計(jì)算出點(diǎn)樣針的位置誤差值，如果該位置誤差值超出設(shè)定的位置公差范圍，利用外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)的反饋信號(hào)計(jì)算出需要的補(bǔ)償值，將該補(bǔ)償值轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)發(fā)送給內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)重新校正定位點(diǎn)樣針，如果該位置誤差值在設(shè)定的位置公差范圍之內(nèi)，點(diǎn)樣針定位完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)樣儀的雙閉環(huán)反饋定位控制系統(tǒng)及控制方法，由內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)及外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)構(gòu)成，由內(nèi)環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)作點(diǎn)樣針的初步定位校正，由外環(huán)反饋補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)樣針定位作校正補(bǔ)償，消除了點(diǎn)樣針的定位誤差，提高點(diǎn)樣儀點(diǎn)樣針的定位精度，提高點(diǎn)樣基片微陣列的規(guī)整度，點(diǎn)樣效果的歸一性較好；同時(shí)，雙閉環(huán)反饋定位控制確保定位判斷的成功，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性。
文檔編號(hào)G05B19/414GK102637018SQ20121010110
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者戴良, 王振宇, 魏顯東 申請(qǐng)人:無錫國(guó)盛精密模具有限公司