一種燈絲定位系統、燈絲定位方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械工程與自動化領域，具體涉及一種燈絲定位系統、燈絲定位方法及應用。
【背景技術】
[0002]電子顯微鏡作為微觀形貌觀察的有力工具，可以用來觀察和分析材料的形貌、組織和結構。它正越來越迅速、廣泛地應用于冶金、礦物、化工、醫藥、生物、生物醫學、食品、納米材料等領域。電子顯微鏡主要包括透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。透射電子顯微鏡(TEM)用聚焦電子束作照明源，使用對電子束透明的薄膜樣品，以透過試樣的透射電子束或衍射電子束所形成的的圖像來分析試樣內部的顯微組織結構。掃描電子顯微鏡是利用二次電子反射的高能電子束在試樣上掃描，激發出各種物理信息。通過對這些信息的接收、放大和顯示成像，獲得測試樣品表面二維結構形貌的觀察。
[0003]顯微鏡的整個電子光學部分完全置于鏡筒之內，自上而下順序排列著電子槍、聚光鏡、物鏡、中間鏡、投影鏡、觀察室、熒光屏、CCD等裝置。其中由電子槍、聚光鏡等裝置組成的照明系統為成像系統提供一束亮度高、相干性好的照明光源。電子槍有陰極、控制極(柵極)和陽極構成。在真空中高壓加熱后從陰極發射的電子獲得較高的動能，形成定向高速電子流(電子束)。在一定范圍內，燈絲電流越大，燈絲溫度越高，發射的電子越多，燈絲表面蒸發越快。因而燈絲有一定壽命，如鎢燈絲一般是一百多個小時。這就需要經常更換燈絲。
[0004]更換燈絲時，對燈絲的位置也有非常嚴格的限定。1、燈絲的尖端要求必須位于電子槍的中心位置。如果燈絲的位置偏移，很容易導致燈絲亮度偏暗，操作者需要通過增加偏壓或電流來提高亮度，進而造成燈絲損傷。2、燈絲的發射束流與燈絲的加熱電流和燈絲高度有關，安裝位置越高，燈絲達到飽和點的工作溫度就越低，燈絲表面蒸發得也就越慢，燈絲的損耗越小。目前更換燈絲完全依靠手工，不僅浪費了儀器管理人員的大量時間，而且調節柵帽時，人工視覺差異也可能導致燈絲安裝位置的不同，這將會在不同程度上影響顯微鏡成像的使用質量。
[0005]CN 102354647 A公開了一種延長掃描電子顯微鏡燈絲壽命的裝置，包括有220V交流源、直流電源模塊，時序組合開關裝置，220V交流源供電至直流電源模塊、掃描電子顯微鏡的機械泵，時序組合開關裝置包括延時時間可調繼電器、高壓干簧繼電器、真空探測器高壓BNC。該發明延長了掃描燈絲的使用壽命。但目前國內外還沒有電子顯微鏡更換燈絲的設備或相關產品。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決現有技術完全依靠手工調節燈絲，燈絲安裝位置不準確，導致顯微鏡成像在不同程度上受影響的問題。
[0007]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]一方面，本發明提供了一種燈絲定位系統，所述系統包括定位模塊和檢測模塊；其中，所述定位模塊用于燈絲的固定，所述檢測模塊E用于燈絲位置圖像的監測。
[0009]本發明中，所述檢測模塊能實時監測燈絲位置，再根據燈絲實時圖像對定位模塊進行調節，從而使燈絲調節至準確的位置。
[0010]優選地，所述的定位模塊包括燈絲定位裝置和固定燈絲定位裝置的固定裝置。
[0011]優選地，所述燈絲的固定為將燈絲定位裝置放置在固定裝置中，進行固定。
[0012]優選地，所述燈絲定位裝置為儀器自帶的燈絲定位裝置，所述儀器自帶為顯微鏡等儀器本身配備的固定燈絲的定位裝置，所述定位裝置頂端具有一個圓孔，圓孔的圓心作為燈絲定位裝置的中心。
[0013]優選地，所述固定裝置主要由金屬材料和/或高分子材料制備得到。
[0014]作為優選技術方案，所述系統還包括調節模塊、驅動模塊和控制模塊；
[0015]其中，所述控制模塊接收所述檢測模塊的信號并控制所述驅動模塊，所述驅動模塊驅動所述調節模塊，所述調節模塊調節所述定位模塊中的燈絲定位裝置。
[0016]優選地，所述調節模塊裝有燈絲調節工具。
[0017]本發明中，所述燈絲調節工具可以是內六角扳手。
[0018]優選地，所述驅動模塊包括電機和驅動器，所述驅動器驅動所述電機，所述電機控制所述調節模塊。
[0019]本發明中，電機不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅動電源(步進電動機驅動器)。控制器發送信號給驅動器，所述驅動器接收所述信號并驅動電機運轉，控制器每發一個脈沖信號，通過驅動器就使電機旋轉一個步距角，也就是說電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比，所以控制步進脈沖信號的頻率，就可以對電機精確調速；控制步進脈沖的個數，就可以對電機精確定位。
[0020]優選地，所述電機為步進電機或伺服電機，所述電機的調節精度為〈100 μπι，例如可以是 0.01 μ m、0.1 μ m、0.2 μ m、0.5 μ m、0.6 μ m、0.8 μ m、I μ m、2 μ m、5 μ m、10 μ m、12 μ m、15 μ m、20 μ m、30 μ m、40 μ m、50 μ m、60 μ m、70 μ m、80 μ m、90 μ m 或 100 μ m0
[0021]優選地，所述調節模塊與所述驅動模塊通過卡口、焊接或粘接的方式固定。
[0022]優選地，所述控制模塊包括控制器和主控電腦。
[0023]優選地，所述主控電腦連接所述檢測模塊和所述控制器，所述控制器控制所述驅動器。
[0024]優選地，所述主控電腦通過集成控制軟件進行燈絲位置圖像檢測和處理、燈絲位置圖像識別和燈絲位置調節動作指令的下達。
[0025]優選地，所述集成控制軟件包括進行燈絲位置圖像檢測和處理的軟件、進行燈絲位置圖像識別的軟件和進行燈絲位置調節動作指令下達的軟件。
[0026]優選地，所述燈絲位置圖像檢測和處理為將采集到的燈絲位置圖像信息轉化為計算機可識別的信息，能實現所述圖像檢測和處理功能的軟件均可實現本發明。
[0027]優選地，所述燈絲位置圖像識別為通過燈絲位置圖像灰度來識別燈絲尖的位置及燈絲定位裝置中心，以此計算出燈絲位置圖像上燈絲尖與燈絲定位裝置中心之間的距離，再用標定的方法將上述距離轉換為實際的驅動距離，能實現所述圖像識別功能的軟件均可實現本發明。
[0028]本發明中，所述標定的方法為本領域公知的方法。
[0029]優選地，所述燈絲位置調節動作指令下達為計算控制電機的軸數、軸距、轉動的角度和進給步數，并下達調節動作指令，能實現所述燈絲位置調節動作指令下達的軟件均可實現本發明；
[0030]電機進給步數=實際的驅動距離/電機步長。
[0031]本發明中，主控電腦接收檢測模塊檢測的燈絲位置的圖像，集成控制軟件對燈絲位置圖像進行檢測和處理，再進行識別，并下達燈絲位置調節動作指令，控制器接收該指令后發送信號給驅動器，所述驅動器接收所述信號并驅動電機運轉，調整燈絲的位置，最終使燈絲尖達到燈絲定位裝置中心位置，完成燈絲定位。
[0032]第二方面，本發明提供了一種采用如第一方面所述的燈絲定位系統進行燈絲定位的方法，所述方法包括以下步驟:
[0033](I)定位模塊固定燈絲；
[0034](2)通過所述的檢測模塊E對燈絲位置進行實時監測，通過檢測模塊顯示的圖像觀察燈絲位置，手動逐步調節燈絲至燈絲定位裝置中心，實現燈絲定位。
[0035]優選地，步驟(I)所述的固定燈絲為將燈絲固定定位裝置放置在燈絲更換定位系統的定位固定裝置中，進行固定。
[0036]第三方面，本發明提供了一種采用如第一方面所述的燈絲定位系統進行燈絲定位的方法，所述方法包括以下步驟:
[0037](I)定位模塊固定燈絲；
[0038](2)通過所述的檢測模塊對燈絲的位置進行實時監測，監測得到的燈絲位置圖像顯示在主控電腦上，通過集成控制軟件進行燈絲位置圖像檢測和處理，以及燈絲位置圖像識別后，得到實際的驅動距離；
[0039](3)根據步驟(2)得到的實際的驅動距離，通過驅動模塊手動調節電機的步進，調節模塊調節燈絲的位置至燈絲定位裝置中心，實現燈絲定位。
[0040]優選地，所述手動調節電機的步進通過得到的實際的驅動距離手動調節電機的步進，肉眼觀察圖像，直至燈絲移動到燈絲定位裝置中心。
[0041]優選地，所述手動調節電機的步進為:通過集成控制軟件的燈絲位置調節動作指令下達的軟件進行計算電機的軸數、軸距、轉動的角度和進給步數，再根據上述參數手動調節電機，直至燈絲移動到燈絲定位裝置中心；
[0042]電機進給步數=實際的驅動距離/電機步長。
[0043]優選地，步驟(I)所述的固定燈絲為將燈絲固定定位裝置放置在燈絲更換定位系統的定位固定裝置中，進行固定。
[0044]第四方面，本發明提供了一種采用如第一方面所述的燈絲更換定位系統進行更換燈絲定位的方法，所述方法包括以下步驟:
[0045](I)定位模塊固定燈絲；
[0046](2)通過所述的檢測模塊E對燈絲的位置進行實時監測，監測得到的燈絲位置圖像顯示在主