一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，包括FPGA控制主板、开关电源模块、二维运动机构、夹具、支架、光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺包括两个，分别设置在支架的X、Y轴方向上，所述光栅传感器设置在二维运动机构上，所述二维运动机构带动光栅传感器进行X、Y轴方向上的运动，开关电源模块向FPGA控制主板和二维运动机构提供电源。本实用新型专利技术采用光栅传感器作为位置反馈装置，对快速扫描造成的定位精度下降进行实时硬件补偿，避免了后端算法补偿带来的额外延时；采用FPGA作为控制主板的主芯片，凭借其输入输出引脚丰富、具有倍频功能、程序并行运行等特点，真正实现了快速扫描，在提高太赫兹成像速度的同时，保证了成像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置
本技术涉及一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置。
技术介绍
太赫兹成像技术可以分为连续波成像技术和脉冲成像技术，相比而言连续波成像技术具有成像时间短、成像质量好、成本低、操作方便等优点，具有很高的实用价值。在当前的太赫兹连续波成像技术中，主要围绕成像质量和扫描速度两个方面进行关键技术研究。阵列成像虽然能够快速成像，但是由于受阵列像素的限制，无法获得高质量的太赫兹图像；扫描成像是获得高质量太赫兹成像的技术，但是扫描速度的限制使其成像时间太长。现有的太赫兹成像快速扫描装置只是单纯的提高电机运行速度，不可避免的带来了定位精度下降的问题。虽然可以采用后期算法补偿的方式，在一定程度上消除定位不准对成像质量的影响。但是额外的算法处理增加了系统复杂度，延长了图像处理时间，与快速扫描的目的背道而驰。另外，现有的太赫兹成像快速扫描装置一般采用单片机或者ARM作为控制器，凭借其外设丰富、结构简单、拥有多种电机驱动例程等优点，可以较快的完成扫描装置的研发。但是低成本的单片机、ARM的时钟速度较慢，并且采用结构化编程语言，驱动电机的脉冲周期会比较长，无法真正实现电机的快速驱动。如果为了提高电机运行速度，一味的减小电机脉冲细分数，则进一步恶化了扫描装置的定位精度，牺牲了成像质量。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，本技术采用光栅传感器作为位置反馈装置，对快速扫描造成的定位精度下降进行实时硬件补偿，避免了后端算法补偿带来的额外延时。采用FPGA作为扫描装置的控制器，凭借其输入输出引脚丰富、具有倍频功能、程序并行运行等特点，真正实现了快速扫描，在提高太赫兹成像速度的同时，保证了成像质量。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，包括FPGA控制主板、开关电源模块、二维运动机构、支架、光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺包括两个，分别设置在支架的X、Y轴方向上，所述光栅传感器设置在二维运动机构上，所述二维运动机构带动光栅传感器进行X、Y轴方向上的运动，使光栅传感器上的线纹与光栅尺上的线纹产生相对运动；所述FPGA控制主板包括依次连接的FPGA主芯片、隔离器和光栅传感器解码器，光栅传感器解码器通过光栅传感器接口与光栅传感器连接，接收光栅传感器的X、Y轴两路正交脉冲信号，进行计数，并传送给FPGA主芯片；开关电源模块向FPGA控制主板和二维运动机构提供电源。所述二维运动机构包括X轴运动机构和Y轴运动机构，所述X轴运动机构和Y轴运动机构均设置有光栅传感器。所述二维运动机构上设置有夹具，夹具同时固定在X轴传动机构和Y轴传动机构上，随X轴电机和Y轴电机的运动做二维移动。所述X轴运动机构包括X轴电机驱动器、X轴电机和X轴传动机构，其中，所述X轴电机驱动器驱动X轴电机工作，所述X轴电机带动X轴传动机构沿X轴方向运动。所述Y轴运动机构包括Y轴电机驱动器、Y轴电机和Y轴传动机构，其中，所述Y轴电机驱动器驱动Y轴电机工作，所述Y轴电机带动Y轴传动机构沿Y轴方向运动。所述光栅尺包括X轴光栅尺和Y轴光栅尺，其中所述X轴光栅尺设置在X轴传动机构旁边，设置在支架上，所述Y轴光栅尺设置在Y轴传动机构旁边，设置在支架上。所述光栅传感器包括X轴光栅传感器和Y轴光栅传感器，X轴光栅传感器紧贴X轴光栅尺并与X轴传动机构固定在一起，随X轴电机运动而作水平移动；Y轴光栅传感器紧贴Y轴光栅尺并与Y轴传动机构固定在一起，随Y轴电机运动而作垂直移动。所述FPGA控制主板通过三路信号线与X轴电机驱动器连接，包括脉冲信号线、方向信号线和使能信号线；FPGA控制主板输出三路信号线与Y轴电机驱动器连接，包括脉冲信号线、方向信号线和使能信号线。所述开关电源模块使用220V交流电作为输入，输出两路220V交流电源分别给X轴电机和Y轴电机供电，输出两路12V直流电源分别给X轴电机驱动器和Y轴电机驱动器供电，输出1路5V直流电源和1路3.3V直流电源给FPGA控制主板供电。所述使能信号线的使能信号为高电平，方向信号为低电平并且脉冲信号正常时，X轴电机驱动器和Y轴电机驱动器分别向X轴电机和Y轴电机输出正向相位差120度的三相交流信号，X轴电机通过X轴传动机构使夹具水平向右运动，Y轴电机通过Y轴传动机构使夹具垂直向上运动。所述使能信号线的使能信号为高电平，方向信号为高电平并且脉冲信号正常时，X轴电机驱动器和Y轴电机驱动器分别向X轴电机和Y轴电机输出反向相位差120度的三相交流信号，X轴电机通过X轴传动机构使夹具水平向左运动，Y轴电机通过Y轴传动机构使夹具垂直向下运动。本技术的有益效果为：本技术采用光栅传感器作为位置反馈装置，FPGA主芯片读取光栅传感器解码器的数字量获得当前夹具的准确位置，对驱动电机的脉冲信号进行补偿，使夹具的定位精度不受扫描速度的影响，解决了快速扫描时精度下降的问题。本技术采用FPGA作为控制主板的主芯片，凭借其输入输出引脚丰富、具有倍频功能、程序并行运行等特点，真正实现了快速扫描，在提高太赫兹成像速度的同时，保证了成像质量；本技术采用光栅传感器作为位置反馈装置，对快速扫描造成的定位精度下降进行实时硬件补偿，避免了后端算法补偿带来的额外延时。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的FPGA控制主板原理图示意图；图3为本技术的电机驱动时序图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。本技术采用光栅传感器作为位置反馈装置，对快速扫描造成的定位精度下降进行实时硬件补偿，避免了后端算法补偿带来的额外延时。采用FPGA作为扫描装置的控制器，凭借其输入输出引脚丰富、具有倍频功能、程序并行运行等特点，真正实现了快速扫描，在提高太赫兹成像速度的同时，保证了成像质量。本技术由X轴电机、Y轴电机、X轴传动机构、Y轴传动机构、X轴光栅尺、Y轴光栅尺、X轴光栅传感器、Y轴光栅传感器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、夹具、支架、FPGA控制主板和开关电源模块构成，结构图如图1所示。X轴电机与X轴传动机构固定在一起并安装在支架上作为水平轴。X轴光栅尺紧贴X轴传动机构并安装在支架上。X轴光栅传感器紧贴X轴光栅尺并与X轴传动机构固定在一起，随X轴电机运动而作水平移动。Y轴电机与Y轴传动机构固定在一起并安装在支架上作为垂直轴。Y轴光栅尺紧贴Y轴传动机构并安装在支架上。Y轴光栅传感器紧贴Y轴光栅尺并与Y轴传动机构固定在一起，随Y轴电机运动而作垂直移动。夹具同时固定在X轴传动机构和Y轴传动机构上，随X轴电机和Y轴电机的运动做二维移动。FPGA控制主板输出3路信号线与X轴电机驱动器连接，包括脉冲信号线、方向信号线和使能信号线；FPGA控制主板输出3路信号线与Y轴电机驱动器连接，包括脉冲信号线、方向信号线和使能信号线。X轴电机驱动器输出三相交流信号线与X轴电机连接；Y轴电机驱动器输出三相交流信号线与Y轴电机连接。X轴光栅传感器输出3路信号线，包括2路正交计数脉冲信号线和1路中心点脉冲信号线，与FPGA控制主板连接；Y轴光栅传感器输出3路信号线，包括2路正交计数脉冲信号线和1路中心点脉冲信号线，与FPG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，其特征是：包括FPGA控制主板、开关电源模块、二维运动机构、支架、光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺包括两个，分别设置在支架的X、Y轴方向上，所述光栅传感器设置在二维运动机构上，所述二维运动机构带动光栅传感器进行X、Y轴方向上的运动，使光栅传感器上的线纹与光栅尺上的线纹产生相对运动；所述FPGA控制主板包括依次连接的FPGA主芯片、隔离器和光栅传感器解码器，光栅传感器解码器通过光栅传感器接口与光栅传感器连接，接收光栅传感器的X、Y轴两路正交脉冲信号，进行计数，并传送给FPGA主芯片；开关电源模块向FPGA控制主板和二维运动机构提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，其特征是：包括FPGA控制主板、开关电源模块、二维运动机构、支架、光栅尺和光栅传感器，所述光栅尺包括两个，分别设置在支架的X、Y轴方向上，所述光栅传感器设置在二维运动机构上，所述二维运动机构带动光栅传感器进行X、Y轴方向上的运动，使光栅传感器上的线纹与光栅尺上的线纹产生相对运动；所述FPGA控制主板包括依次连接的FPGA主芯片、隔离器和光栅传感器解码器，光栅传感器解码器通过光栅传感器接口与光栅传感器连接，接收光栅传感器的X、Y轴两路正交脉冲信号，进行计数，并传送给FPGA主芯片；开关电源模块向FPGA控制主板和二维运动机构提供电源。2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，其特征是：所述二维运动机构包括X轴运动机构和Y轴运动机构，所述X轴运动机构和Y轴运动机构均设置有光栅传感器。3.如权利要求2所述的一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，其特征是：所述二维运动机构上设置有夹具，夹具同时固定在X轴传动机构和Y轴传动机构上，随X轴电机和Y轴电机的运动做二维移动。4.如权利要求2所述的一种基于FPGA的太赫兹成像快速扫描装置，其特征是：所述X轴运动机构包括X轴电机驱动器、X轴电机和X轴传动机构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠民，常天英，杨传法，张延波，孙忠琳，张献生，刘陵玉，李珂，崔洪亮，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37