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CN113720445A - 基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法 - Google Patents

基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法 Download PDF

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CN113720445A CN202110805200.4A CN202110805200A CN113720445A CN 113720445 A CN113720445 A CN 113720445A CN 202110805200 A CN202110805200 A CN 202110805200A CN 113720445 A CN113720445 A CN 113720445A
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Abstract

本发明实施例提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，属于光度计技术领域。该基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构包括光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器；所述直流电机固定在所述丝杆支架上，所述直流电机通过所述联轴器带动所述丝杆转动；所述丝杆与所述丝母滑块配合移动；控制器、直流电机和编码器均与伺服驱动器连接；编码器还与控制器连接，控制器用于读取编码器反馈的位置信号；丝母滑块与光栅座连接，丝杆与联轴器连接。本申请可以满足光谱快速扫描的需要、能够有效实现波长移动精度为0.02nm且提高光谱扫描速度。

Description

基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法
技术领域
本发明涉及光度计技术领域，具体而言，涉及一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法。
背景技术
目前现有的光度计中丝杆是由步进电机驱动，然而由于步进电机转速较低、转速越高扭矩越小，在波长快速移动的情况下，会出现丝杆抱死问题。限制了光栅控制机构中滑块的移动速度和精度，难以满足光谱快速扫描的需要。
因此，如何克服上述问题是目前亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，其能够改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其包括光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器；所述直流电机固定在所述丝杆支架上，所述直流电机通过所述联轴器带动所述丝杆转动；所述丝杆与所述丝母滑块配合移动，所述丝杆与所述联轴器连接；所述控制器、所述直流电机和所述编码器均与所述伺服驱动器连接；所述编码器还与所述控制器连接，所述控制器用于读取所述编码器反馈的位置信号；所述丝母滑块与所述光栅座连接。
在一可能的实施例中，上述直流电机为直流无刷电机。
在一可能的实施例中，上述编码器为1000线编码器。
在一可能的实施例中，上述编码器包括编码器信号线，所述编码器信号线反馈给所述伺服驱动器的同时也反馈给所述控制器，以形成双反馈控制。
在一可能的实施例中，上述联轴器为柔性联轴器。
在一可能的实施例中，上述丝杆的螺距为1毫米，其中，所述丝母滑块移动1毫米对应光栅的波长移动为20纳米，所述丝母滑块移动1毫米需要所述丝杆转动360度，所述丝杆转动360度对应所述编码器为1000个脉冲信号，一个所述脉冲信号对应的波长移动精度为0.02纳米。
在一可能的实施例中，上述伺服驱动器型号为ACS306。
在一可能的实施例中，上述控制器的型号为STM32F103ZET6。
在一可能的实施例中，上述光栅座上设有臂杆；所述丝母滑块与所述臂杆连接；其中，所述丝母滑块通过所述臂杆带动光栅转动。
第二方面，本发明提供一种驱动方法，所述驱动方法用于驱动如第一方面任意一项所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，所述驱动方法包括：所述控制器向所述伺服驱动器发送脉冲信号和转向信号；所述伺服驱动器根据所述脉冲信号和所述转向信号控制所述直流电机带动所述丝杆转动；所述编码器在所述丝杆转动时反馈位置信号至所述伺服驱动器和所述控制器；所述控制器解码所述位置信号得到所述丝母滑块的位置信息，以便于根据所述位置信息控制光栅转动。
上述本发明提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，通过设置光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器，从而通过所述编码器调节丝母滑块的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机结合编码器驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构的结构示意图；
图2为图1所示的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构的电路结构示意图；
图3为图1所示的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构中的光栅座的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种驱动方法的流程示意图。
附图标记：
100-基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构；110-光栅座；120-直流电机；130-编码器；140-联轴器；150-丝杆支架；160-丝杆；170-丝母滑块；180-伺服驱动器；190-控制器；111-臂杆；113-固定件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图3，本实施例提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，其包括光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母滑块170、伺服驱动器180和控制器190。
其中，所述光栅座110与所述丝母滑块170连接。
可选地，所述光栅座110上设有臂杆111；所述臂杆111的一端与所述丝母滑块170固定连接，所述臂杆111的另一端与所述光栅座110连接。其中，所述丝母滑块170通过所述臂杆111带动光栅(图中未示)转动。
可选地，臂杆111通过固定件113固定在光栅座110上。
可选地，臂杆111与光栅座110连接处设有滑孔，以便于臂杆111进行伸缩运动，从而带动光栅座110移动，进而带动光栅座110内的光栅(图中未示)转动。
也就是说，由于丝母滑块170在丝杆140的带动下进行滑动，通过自身的滑动来通过臂杆111带动光栅转动。
应理解，光栅可以属于该基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，也可以属于外部结构，即该基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100用于驱动该光栅。在此，不作具体限定。
其中，所述直流电机120固定在所述丝杆支架150上，所述直流电机120通过所述联轴器140带动所述丝杆160转动。
可选地，所述直流电机120为直流无刷电机。
可选地，所述直流电机120的额定电压24VDC，额定转速3000转/分钟，额定转矩0.125牛米，所述直流电机120的动力线包括U、V、W三根导线，所述直流电机120通过直流电机动力线连接至伺服驱动器180。
可选地，所述直流电机120为高速直流电机。
其中，编码器130用于反馈位置信号至所述伺服驱动器180的同时也反馈给所述控制器190，以形成双反馈控制。
可选地，编码器130为1000线编码器。
可选地，所述编码器130包括编码器信号线，编码器信号线包括电源VCC、地GND、信号EA+、信号EA-、信号EB+、信号EB-六根导线。所述编码器130通过所述编码器信号线反馈位置信号给所述伺服驱动器180的同时也反馈给所述控制器190，以形成双反馈控制。
可选地，所述联轴器140为柔性联轴器。直流电机120固定在丝杆支架150上，以通过柔性联轴器与丝杆160进行连接。
其中，所述丝杆160与所述丝母滑块170配合移动(例如，紧密配合)，也就是说，丝母滑块170是安装在丝杆160上，且可以在丝杆160上移动(或滑动)。
可选地，所述丝杆160的螺距为1毫米，其中，所述丝母滑块170移动1毫米对应光栅的波长移动为20纳米，所述丝母滑块170移动1毫米需要所述丝杆160转动360度，所述丝杆160转动360度对应所述编码器130为1000个脉冲信号，一个所述脉冲信号对应的波长移动精度为0.02纳米。
可选地，所述丝杆160为螺纹丝杆。
当然，在实际使用中，丝杆160也可以选择非螺纹丝杆，在此，不作具体限定。
可选地，所述伺服驱动器型号为ACS306。
应理解，上述型号仅为示例，而非限定。
其中，所述控制器190、所述直流电机120和所述编码器130均与所述伺服驱动器180连接。所述编码器130还与所述控制器190连接，所述控制器190用于读取所述编码器130反馈的位置信号。
可选地，所述控制器190可以是MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)。
可选地，所述控制器190的型号为STM32F103ZET6。
可选地，所述控制器190包括转动方向控制线、转动步数控制线、使能控制线和工作状态检测线共4组信号。
作为一种实现方式，所述控制器190包括控制端口和检测端口，所述检测端口与编码器130连接，控制端口与所述伺服驱动器180连接。
可选地，所述控制端口包括转动方向控制、转动步数控制、使能控制、工作状态检测。
在上述实现过程中，本实施例提供的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，通过设置光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母滑块170、伺服驱动器180和控制器190，从而通过所述编码器130调节丝母滑块170的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机120结合编码器130驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器130位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。进一步地，本申请通过采用了高速直流电机120和编码器130双重反馈的控制方式，满足了高精度仪器的需求，提高了产品性能。
请参照图4所示，本申请实施例还提供一种驱动方法，所述驱动方法用于驱动如上述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，所述驱动方法包括：
步骤S201，所述控制器向所述伺服驱动器发送脉冲信号和转向信号。
作为一种实现方式，控制器通过转动方向控制线、转动步数控制线、使能控制线和工作状态检测线等信号线向所述伺服驱动器发送脉冲信号和转向信号。
步骤S202，所述伺服驱动器根据所述脉冲信号和所述转向信号控制所述直流电机带动所述丝杆转动。
作为一种实施方式，伺服驱动器在接收到所述脉冲信号和所述转向信号后，解析所述脉冲信号和所述转向信号后，通过U、V、W三根动力线控制所述直流电机带动所述丝杆转动。
步骤S203，所述编码器在所述丝杆转动时反馈位置信号至所述伺服驱动器和所述控制器。
应理解，位置信号为编码后的信号。
作为一种实现方式，所述编码器通过信号EA+、信号EA-、信号EB+、信号EB-将位置信号编码后发送至伺服驱动器，并同时基于信号EA+、信号EA-、信号EB+、信号EB-将该编码后的位置信号也发送至控制器，以形成双反馈控制。
步骤S204，所述控制器解码所述位置信号得到所述丝母滑块的位置信息，以便于根据所述位置信息控制光栅转动。
综上所述，本发明提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，通过设置光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母滑块170、伺服驱动器180和控制器190，从而通过所述编码器130调节丝母滑块170的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机120结合编码器130驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器130位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，包括：
光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器；
所述直流电机固定在所述丝杆支架上，所述直流电机通过所述联轴器带动所述丝杆转动；
所述丝杆与所述丝母滑块配合移动，所述丝杆与所述联轴器连接；
所述控制器、所述直流电机和所述编码器均与所述伺服驱动器连接；
所述编码器还与所述控制器连接，所述控制器用于读取所述编码器反馈的位置信号；
所述丝母滑块与所述光栅座连接。
2.根据权利要求1所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述直流电机为直流无刷电机。
3.根据权利要求2所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述编码器为1000线编码器。
4.根据权利要求3所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述编码器包括编码器信号线，所述编码器信号线反馈给所述伺服驱动器的同时也反馈给所述控制器，以形成双反馈控制。
5.根据权利要求1所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述联轴器为柔性联轴器。
6.根据权利要求3所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述丝杆的螺距为1毫米，其中，所述丝母滑块移动1毫米对应光栅的波长移动为20纳米，所述丝母滑块移动1毫米需要所述丝杆转动360度，所述丝杆转动360度对应所述编码器为1000个脉冲信号，一个所述脉冲信号对应的波长移动精度为0.02纳米。
7.根据权利要求1所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述伺服驱动器型号为ACS306。
8.根据权利要求1所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述控制器的型号为STM32F103ZET6。
9.根据权利要求6所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其特征在于，所述光栅座上设有臂杆；
所述臂杆与所述丝母滑块连接；
其中，所述丝母滑块通过所述臂杆带动光栅转动。
10.一种驱动方法，其特征在于，所述驱动方法用于驱动如权利要求1-9任意一项所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，所述驱动方法包括：
所述控制器向所述伺服驱动器发送脉冲信号和转向信号；
所述伺服驱动器根据所述脉冲信号和所述转向信号控制所述直流电机带动所述丝杆转动；
所述编码器在所述丝杆转动时反馈位置信号至所述伺服驱动器和所述控制器；
所述控制器解码所述位置信号得到所述丝母滑块的位置信息，以便于根据所述位置信息控制光栅转动。
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