一种数字闭环扫描摆镜控制系统的制作方法

1.本发明涉及扫描系统技术领域，尤其涉及一种数字闭环扫描摆镜控制系统。


背景技术：

2.随着电力电子技术、计算机技术、微电子技术、传感器技术等技术的发展,运动控制已经成为一门新兴的、必不可少的综合性学科。摆动扫描控制系统作为运动控制系统的一种形式,在激光测距仪、摆动式红外地球敏感器等航天领域得到广泛的应用，其中在光学成像系统中，光机扫描机构是一个重要的子机构，该子机构通过驱动和控制摆镜进行一定的机械线性摆动，实现对物体的扫描，最终配合探测器进行光学成像。
3.现有技术中，扫描系统占据重要的地位，扫描系统是光机扫描机构接收中探测器接收物体光学信息通道的第一个环节，它通常起到反射物体光学信号和扩大视场范围的作用，它的工作效果直接影响到探测器的成像效果，因此要想探测器得到较高的成像效果，必须实现对扫描摆镜运动的精确控制，目前，国外普遍采用有限转角电机闭环控制系统，常用的高精度位置传感器有光电码盘、电容传感器等，通过反馈技术来提高整个扫描摆镜系统的性能，提高控制的精度和可靠性，因此需要一种数字闭环扫描摆镜控制系统来满足人们的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种数字闭环扫描摆镜控制系统，以解决上述背景技术中提出的提高整个扫描摆镜系统的性能，提高控制的精度和可靠性的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数字闭环扫描摆镜控制系统，包括主机、通讯模块、fpga主控制器、驱动机构、扫描组件，所述通讯模块分别连接在主机和fpga主控制器上，fpga主控制器安装在驱动机构上，驱动机构连接在扫描组件上，扫描组件连接在fpga主控制器上。
6.优选的，所述通讯模块上固定安装有固定夹板，固定夹板上活动安装有活动夹板，固定夹板和活动夹板上均转动安装有活动杆，两个活动杆上转动安装有同一个连接杆，活动夹板上滑动安装有活动按钮，活动按钮上固定安装有弧形夹板。
7.优选的，所述固定板上固定安装有滑杆，滑杆的一端贯穿另一个固定板，滑杆上活动套接有固定弹簧，固定弹簧的两端分别固定安装在两个固定板上。
8.优选的，所述活动杆的两端均开设有旋转孔，两个旋转孔内均转动安装有旋转轴，两个旋转轴分别固定安装在连接杆和相应的活动夹板上。
9.优选的，所述固定夹板和活动夹板相互靠近的一侧均开设有弧形槽，位于同一侧的两个弧形槽相适配。
10.优选的，所述活动按钮上活动套接有定位弹簧，定位弹簧的两端分被固定安装在活动按钮和活动夹板上。
11.优选的，所述扫描组件包括电机、扫描摆镜、光栅传感器，光栅传感器的精度不小
于0.8urad。
12.本发明的有益效果是：
13.本发明中，采用fpga作为主控制器，不仅可以对低速少量数据进行处理，也可以对高速大量数据进行处理，使得该系统能够适用于多种数据量级的场合。
14.本发明中，整套扫描控制系统实现了数据闭环控制，能够实现扫描摆镜运动的精确控制，同时当出系统出现部分故障时，主机可以直接通过预先制定好的故障处理指令来对部分故障进行处理，极大程度的提高了该系统的智能性和自动化性，适应性更强。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种数字闭环扫描摆镜控制系统的流程示意图；
16.图2为本发明提出的一种数字闭环扫描摆镜控制系统的通讯模块结构示意图；
17.图3为本发明提出的一种数字闭环扫描摆镜控制系统的侧视结构示意图；
18.图4为本发明提出的一种数字闭环扫描摆镜控制系统的图3中a部分的结构示意图。
19.图中：1、主机；2、通讯模块；3、fpga主控制器；4、驱动机构；5、扫描组件；6、固定夹板；7、活动夹板；8、活动杆；9、连接杆；10、活动按钮；11、弧形夹板；12、弧形槽；13、固定板；14、滑杆；15、固定弹簧；16、旋转孔；17、旋转轴；18、定位弹簧。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.参照图1-4，一种数字闭环扫描摆镜控制系统，包括主机1、通讯模块2、fpga主控制器3、驱动机构4、扫描组件5，其特征在于：所述通讯模块2分别连接在主机1和fpga主控制器3上，fpga主控制器3安装在驱动机构4上，驱动机构4连接在扫描组件5上，扫描组件5连接在fpga主控制器3上。
22.参照图1-4，本发明中，通讯模块2上固定安装有固定夹板6，固定夹板6上活动安装有活动夹板7，固定夹板6和活动夹板7上均转动安装有活动杆8，两个活动杆8上转动安装有同一个连接杆9，活动夹板7上滑动安装有活动按钮10，活动按钮10上固定安装有弧形夹板11，在使用通讯模块2时，首先需要移动活动夹板7，活动夹板7在移动的过程中，两侧弧形槽12将会相互远离，此时可将导线连接，由于活动夹板7移动时会拉伸固定弹簧15，从而在松开活动夹板7后，可以通过固定弹簧15将其复位，在需要单独处理某一根导线时，直接移动活动按钮10，使得活动按钮10带动弧形夹板11移动，从而可以将导线释放，活动按钮10在移动的过程中拉伸定位弹簧18，进而可以在松开活动按钮10，通过定位弹簧18将活动按钮10拉回原位。
23.参照图1-4，本发明中，固定板13上固定安装有滑杆14，滑杆14的一端贯穿另一个固定板13，滑杆14上活动套接有固定弹簧15，固定弹簧15的两端分别固定安装在两个固定板13上，由于活动夹板7移动时会拉伸固定弹簧15，从而在松开活动夹板7后，可以通过固定弹簧15将其复位。
24.参照图1-4，本发明中，活动杆8的两端均开设有旋转孔16，两个旋转孔16内均转动
安装有旋转轴17，两个旋转轴17分别固定安装在连接杆9和相应的活动夹板7上，移动活动夹板7，活动夹板7在移动的过程中，两侧弧形槽12将会相互远离。
25.参照图1-4，本发明中，固定夹板6和活动夹板7相互靠近的一侧均开设有弧形槽12，位于同一侧的两个弧形槽12相适配，两侧弧形槽12将会相互远离，此时可将导线连接，反之固定。
26.参照图1-4，本发明中，活动按钮10上活动套接有定位弹簧18，定位弹簧18的两端分被固定安装在活动按钮10和活动夹板7上，活动按钮10在移动的过程中拉伸定位弹簧18，进而可以在松开活动按钮10，通过定位弹簧18将活动按钮10拉回原位。
27.参照图1-4，本发明中，扫描组件5包括电机、扫描摆镜、光栅传感器，光栅传感器的精度不小于0.8urad。
28.本发明工作原理：
29.用于主机1和fpga主控制器3之间的通信，优选地，通信模块选用rs-485通讯接口，通过预先制定好的通信协议来对摆扫运动过程进行通信传递，同时主控制器也通过rs-485通讯接口将运动状态反馈给主机，实现闭环。因此，当扫描摆镜在运动过程中出现故障，主机会及时接收到系统所反馈的故障信息，做出相应的故障处理，极大程度的避免了系统出现损坏的情况。fpga主控制器3与驱动机构4连接，用于发送控制命令至驱动机构4，具体地，选用fpga作为主控制器，不仅可以对低速少量数据进行处理，也可以对高速大量数据进行处理，使得该系统能够适用于多种数据量级的场合。fpga主控制器3为整个系统进行数据的采集、处理、通信以及控制，确保整个系统能够顺利进行，同时，fpga主控制器3具有一定耐低温性能，以便系统适应较为恶劣的工作环境。驱动机构4与扫描组件5连接，用于驱动扫描组件5进行摆扫运动，具体地，扫描组件5包括电机、扫描摆镜、光栅传感器，更为具体地，所述扫描摆镜、和所述光栅传感器、所述电机共转轴设置，进一步具体地，扫描摆镜、电机上安装在转轴轴线两侧，光栅传感器安装在转轴轴线方向，扫描摆镜、光栅传感器随电机在驱动机构的驱动下进行摆扫运动，作为优选地，电机选用音圈电机，可以迅速响应控制器，同时音圈电机能提供较大力矩，实现带动摆镜实现精确扫描运动。同时为了提高系统的稳定性，所选取的音圈电机在满足所需力矩后，其最大扭矩对应的电流值应越小。扫描电镜用于反射物体的光学信号，光栅传感器用于测量摆扫过程中的位置信息。扫描组件5与fpga主控制器3连接，用于传送摆扫位置信息至fpga主控制器3，具体地，采用光栅传感器来进行运动角度测量，通过读取光栅传感器的刻度，从而实现其对角度位置、角速度的精确测量，同时将测量的数据实时发送给fpga主控制器3。优选地，为实现精确测量，光栅传感器的精度不小于0.8urad，若低于该值则会导致整个系统的精确性降低。fpga主控制器3根据位置信息对摆扫运动进行位置调整，具体地，fpga主控制器3对接收到的进行角度位置的解算、运动方向的判断，根据解算结果对摆扫位置进行微调。
30.当控制系统进行工作时，主机1通过通讯模块2发送通信指令至fpga主控制器3，fpga主控制器3下达摆扫运动指令至驱动机构4，驱动机构4根据收到的指令，驱动扫描组件进行摆扫运动，具体地为，驱动机构驱动电机摆动，且带动同转轴的扫描摆镜及光栅传感器进行摆扫运动，同时光栅传感器实时记录摆扫位置信息并传送至fpga主控制器3，fpga主控制器3对接收到的进行角度位置的解算、运动方向的判断，根据解算结果对摆扫位置进行微调，发送微调后的摆扫运动指令至驱动机构4，重复上述过程，形成闭环。当扫描摆镜在运动
过程中出现故障，fpga主控制器3将故障信息通过通讯模块2反馈至主机1，主机1做出相应的故障处理，极大程度的避免了系统出现损坏的情况
31.在使用通讯模块2时，首先需要移动活动夹板7，活动夹板7在移动的过程中，两侧弧形槽12将会相互远离，此时可将导线连接，由于活动夹板7移动时会拉伸固定弹簧15，从而在松开活动夹板7后，可以通过固定弹簧15将其复位，在需要单独处理某一根导线时，直接移动活动按钮10，使得活动按钮10带动弧形夹板11移动，从而可以将导线释放，活动按钮10在移动的过程中拉伸定位弹簧18，进而可以在松开活动按钮10，通过定位弹簧18将活动按钮10拉回原位。
32.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。