阅读说明：本技术 一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置和方法 (Piezoelectric driving self-adjusting parallel testing device and method for visual imaging feedback ) 是由 曹宁 沈斐玲 何文斌 费致根 都金光 段留洋 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于微纳技术领域,公开了一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置和方法。该装置包括装夹装置、第一图像检测装置和第二图像检测装置；装夹装置底面上设有两个对称设置的第一垂直压电伸缩杆和两个对称设置的第二垂直压电伸缩杆；第一垂直压电伸缩杆底部转动连接有水平旋转装置,水平旋转装置上均匀布设有多个水平压电伸缩杆,水平压电伸缩杆伸缩端设有用于放置测试器件的器件夹持装置；第一图像检测装置通过支撑杆固定在显微镜载物台上方,第二图像检测装置固定在显微镜载物台上,第二图像检测装置的视野中心水平线与载物台上表面平齐。本发明测试装置能实现多个器件并行测试,省时省力,效率高,而且压电驱动自动调整,调整精度高。(The invention belongs to the technical field of micro-nano technology, and discloses a piezoelectric driving self-adjusting parallel test device and method for visual imaging feedback. The device comprises a clamping device, a first image detection device and a second image detection device; the bottom surface of the clamping device is provided with two first vertical piezoelectric telescopic rods which are symmetrically arranged and two second vertical piezoelectric telescopic rods which are symmetrically arranged; the bottom of the first vertical piezoelectric telescopic rod is rotatably connected with a horizontal rotating device, a plurality of horizontal piezoelectric telescopic rods are uniformly distributed on the horizontal rotating device, and the telescopic ends of the horizontal piezoelectric telescopic rods are provided with device clamping devices for placing test devices; the first image detection device is fixed above the microscope objective table through the supporting rod, the second image detection device is fixed on the microscope objective table, and the horizontal line of the center of the visual field of the second image detection device is flush with the upper surface of the objective table. The testing device can realize the parallel testing of a plurality of devices, saves time and labor, has high efficiency, and has automatic adjustment of piezoelectric drive and high adjustment precision.)

一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置和方法

技术领域

本发明属于微纳技术及微纳测试领域，具体公开了一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置和方法。

背景技术

随着人们对微观世界探索的需求不断扩大，光学显微镜作为主要的仪器载体被广泛应用于微米亚微米级对象的研究和探索。通常，将单个器件放置在光学显微镜的载物台上，利用显微镜图像观察器件上的被测试对象以此达到实时成像和性能测试的目的，借助光学显微镜的微纳米对象的器件测试在水平空间和自由度等方面都具备较大的优势。然而，当器件需更换时一般采用手工法，易导致器件人为损坏，费时费力且增加成本。当测试环境和器件的被研究对象发生变化后，一般根据测试放大倍数的需要转换光学显微镜的物镜，此时物镜最低端面至载物台的垂直空间会随之发生变化，通常采用目测法判断垂直空间的高度，因此无法准确获取垂直空间的高度数据，此易导致器件无法快速放置到载物台上的合适位置。而且，由于光学显微镜的成像范围有限，当对放置在载物台上的器件进行手工移动位置时，极易导致被研究对象超出光学显微镜的视野范围，更无法满足对器件水平位置进行准确定位和移位的特殊研究场合需要。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置和方法。

本发明提供了一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，包括装夹装置、第一图像检测装置和第二图像检测装置；装夹装置用于安装在显微镜的物镜上，所述装夹装置的底面上设有两个对称设置的第一垂直压电伸缩杆和两个对称设置的第二垂直压电伸缩杆；第一垂直压电伸缩杆的底部转动连接有水平旋转装置，水平旋转装置上均匀布设有多个水平压电伸缩杆，水平压电伸缩杆的伸缩端设有用于放置测试器件的器件夹持装置；第二垂直压电伸缩杆的底部设有底座；所述第一图像检测装置通过支撑杆固定在显微镜载物台上方，支撑杆的顶端与第一图像检测装置连接，支撑杆的底端与载物台固定连接，所述支撑杆为压电伸缩杆；所述第二图像检测装置固定在显微镜载物台上，第二图像检测装置的视野中心水平线与载物台上表面平齐。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述器件夹持装置与水平压电伸缩杆设置在同一水平面上，器件夹持装置的底面与水平压电伸缩杆的底面平齐。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述第二图像检测装置通过固定座固定在显微镜的载物台上，所述固定座由支撑板和连接杆组成，支撑板的一端固定在载物台侧面上，连接杆的上端与第二图像检测装置连接，连接杆的下端与支撑板固定连接，第二图像检测装置设置在压电伸缩杆的上端。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述水平旋转装置上均匀布设有4个水平压电伸缩杆。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述连接杆为压电伸缩杆。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述图像检测装置为视觉传感器。

本发明中压电伸缩杆是采用压电材料（如压电陶瓷）制备而成，对压电伸缩杆施加电压，压电伸缩杆可沿杆的长度方向伸缩。

根据上述的视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，优选地，所述视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置还包括控制器，所述控制器与装夹装置、第一垂直压电伸缩杆、第二垂直压电伸缩杆、水平旋转装置、水平压电伸缩杆、第一图像检测装置、第二图像检测装置、支撑杆、连接杆电连接。

本发明还提供了一种利用上述视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置进行测试的方法，包括以下步骤：

（1）将需测试的器件放置在器件夹持装置上，将第一垂直压电伸缩杆、第二垂直压电伸缩杆均缩短至最小高度，然后将装夹装置安装在显微镜的目标物镜上；

（2）调节第二垂直压电伸缩杆伸长，当第二图像检测装置检测到底座的下表面与载物台接触时，第二垂直压电伸缩杆停止伸长，控制装夹装置从物镜上分离，视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置在第二垂直压电伸缩杆、底座的支撑作用下放置在显微镜的载物台上；

（3）调节支撑杆，使支撑杆缩短至最小高度，此时，第一图像检测装置的视野中心水平线位于载物台的上方，然后调节第一垂直压电伸缩杆伸长，当第一图像检测装置检测到器件夹持装置底面与其视野中心线平齐时，第一垂直压电伸缩杆停止伸长；

（4）调节水平旋转装置转动，将器件夹持装置上需要测试的目标器件旋转至显微镜的可见视野内；调节与待测试目标器件的器件夹持装置连接的水平压电伸缩杆，使待测试目标器件移动至显微镜的视野中央，然后采用显微镜对视野中央的待测试目标器件进行测试；测试过程中根据需要，调节水平压电伸缩杆，改变目标器件在物镜下的位置，使目标器件需测试的部位位于视野范围内；

（5）当目标器件测试完成后，重复步骤（4）操作，将下一个待测试的目标器件旋转至显微镜的视野中央进行测试，直至所有器件夹持装置上放置的器件完成测试。

根据上述的方法，优选地，步骤（3）中，将支撑杆缩短至最小高度前，先调节支撑杆，使第一图像检测装置的视野中心水平线与目标物镜的底面平齐，然后再将支撑杆缩短至最小高度，根据支撑杆的缩短距离得到目标物镜底面以下的垂直工作空间高度，达到利用压电驱动支撑杆准确定位显微镜目标物镜底面以下的垂直工作空间高度的目的。根据目标物镜底面以下的垂直工作空间高度，可以控制对焦过程镜筒在竖直方向上的移动距离。

根据上述的方法，优选地，步骤（5）中，所有器件夹持装置上放置的器件完成测试后，将装夹装置重新装夹在显微镜的目标物镜上。

与现有技术相比，本发明取得的技术效果为：

（1）本发明视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置通过调节水平旋转装置，可快速在不同的测试器件之间进行切换，实现多个器件的并行测试，减少了不必要的重复更换器件和对焦的操作，省时省力，提高了工作效率，解决了现有显微镜测试器件手工更换时存在的器件易损坏、费时费力、成本高、效率低等问题。

（2）本发明的测试装置通过水平压电伸缩杆的伸缩调节，可实现测试器件在物镜下的水平位置精准调整，根据测试需要使目标器件需测试的部位位于视野范围内，不需要手动移动测试器件，观察更精确，使用更方便。

（3）本发明的测试装置通过第一图像检测装置通过视觉成像反馈可准确定位第一垂直压电伸缩杆的伸缩长度，避免第一压电伸缩杆伸长过程中与载物台发生碰撞，导致器件损坏；第二图像检测装置通过视觉成像反馈可以准确对底座进行定位，便于控制第二垂直压电伸缩杆的伸长，并将视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置放置在显微镜载物台上。

（4）本发明在采用测试装置进行测试前，可先调节支撑杆，使第一图像检测装置的视野中心水平线与目标物镜的底面平齐，然后再将支撑杆缩短至最小高度，根据支撑杆的缩短距离得到目标物镜底面以下的垂直工作空间高度，达到利用压电驱动支撑杆准确定位显微镜目标物镜底面以下的垂直工作空间高度的目的；根据目标物镜底面以下的垂直工作空间高度，可以控制对焦过程镜筒在竖直方向上的移动距离。

（5）本发明测试装置的装夹装置可以安装在显微镜物镜的圆形外表面上，能够达到同步跟随物镜转换的目的；而且，在实际使用过程中可以根据测试需要，分别在显微镜的每个物镜圆形外侧面上均安装本发明的测试装置，当一个物镜上下方的测试器件测试完成后，可以旋转光学显微镜的下一个目标物镜至工作位置处，可达到对光学显微镜不同目标物镜上的器件进行并行测试的目的。

（6）本发明测试装置中第一垂直压电伸缩杆、第二垂直压电伸缩杆、支撑杆、连接杆均利用压电驱动自动调整，调整精度高。

附图说明

图1为本发明视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置的结构示意图。

图2为利用本发明视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置进行测试的方法流程图。

图中：1为装夹装置，2为第一垂直压电伸缩杆，3为水平旋转装置，4为水平压电伸缩杆，5为器件夹持装置，6为支撑杆，7为第一图像检测装置，8为第二压电伸缩杆，9为底座，10为第二图像检测装置，11为连接杆，12为支撑板，13为物镜，14为载物台。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。

实施例1：

一种视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置，如图1所示，包括装夹装置1、第一图像检测装置7和第二图像检测装置10；装夹装置1用于安装在显微镜的物镜13上，装夹装置1的底面上设有两个对称设置的第一垂直压电伸缩杆2和两个对称设置的第二垂直压电伸缩杆8；第一垂直压电伸缩杆2的底部转动连接有水平旋转装置3，水平旋转装置3上均匀布设有四个水平压电伸缩杆4，水平压电伸缩杆4的伸缩端设有用于放置测试器件的器件夹持装置5；第二垂直压电伸缩杆8的底部设有底座9。第一图像检测装置7通过支撑杆6固定在显微镜载物台14上方，支撑杆6的顶端与第一图像检测装置7连接，支撑杆6的底端与载物台14固定连接，支撑杆6为压电伸缩杆。

第二图像检测装置10通过固定座固定在显微镜的载物台14上，固定座由支撑板12和连接杆11组成，支撑板12的一端固定在载物台14侧面上，支撑杆11的下端与支撑板12固定连接，第二图像检测装置10设置在连接杆11的上端。

实施例2：

实施例2的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：

器件夹持装置5与水平压电伸缩杆4设置在同一水平面上，器件夹持装置5的底面与水平压电伸缩杆4的底面平齐；所述压电伸缩杆11为压电伸缩杆。

实施例3：

实施例3的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：

水平旋转装置3上均匀布设有六个水平压电伸缩杆4（图未画出）。

实施例4：

实施例4的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：

水平旋转装置3上均匀布设有两个水平压电伸缩杆4（图未画出）。

实施例5：

实施例5的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：

水平旋转装置3上均匀布设有八个水平压电伸缩杆4（图未画出）。

实施例6：

一种利用实施例1所述视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置进行测试的方法，如图2所示，包括以下步骤：

（1）将需测试的器件放置在器件夹持装置5上，将第一垂直压电伸缩杆1、第二垂直压电伸缩杆8均缩短至最小高度，然后将装夹装置1安装在显微镜的目标物镜13上。

（2）调节第二垂直压电伸缩杆8伸长，当第二图像检测装置10检测到底座9的下表面与载物台14上表面接触时，第二垂直压电伸缩杆8停止伸长，控制装夹装置2从物镜13上分离，视觉成像反馈的压电驱动自调整并行测试装置在第二垂直压电伸缩杆8、底座9的支撑作用下放置在显微镜的载物台14上。

（3）调节支撑杆6，使支撑杆6缩短至最小高度，此时，第一图像检测装置7的视野中心水平线位于载物台14的上方，然后调节第一垂直压电伸缩杆2伸长，当第一图像检测装置7检测到器件夹持装置5底面与其视野中心线平齐时，第一垂直压电伸缩杆2停止伸长。

（4）调节水平旋转装置3转动，将器件夹持装置5上需要测试的目标器件旋转至显微镜的可见视野内；调节与放置待测试目标器件的器件夹持装置5连接的水平压电伸缩杆4，使待测试的目标器件移动至显微镜的视野中央，然后采用显微镜对视野中央的待测试目标器件进行测试；测试过程中根据需要，调节水平压电伸缩杆4，改变目标器件在物镜13下的位置，使目标器件需测试的部位位于视野范围内。

（5）当目标器件测试完成后，重复步骤（4）操作，将下一个待测试的目标器件旋转至显微镜的视野中央进行测试，直至所有器件夹持装置上放置的器件完成测试，然后将装夹装置1重新装夹在显微镜的目标物镜13上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。