本發(fā)明屬于超聲電機調(diào)焦領(lǐng)域，具體地說，涉及一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法。

背景技術(shù)：

1、超聲電機調(diào)焦是一種利用超聲波振動特性來驅(qū)動光學(xué)鏡頭移動，實現(xiàn)精確調(diào)焦的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的機械螺紋結(jié)構(gòu)，超聲電機調(diào)焦具有高精度、高速度和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于顯微鏡、攝像頭、望遠鏡等需要高精度調(diào)焦的光學(xué)系統(tǒng)中。

2、超聲電機由定子和轉(zhuǎn)子組成，其中定子包含壓電陶瓷片。當(dāng)高頻電壓加在壓電陶瓷片上時，陶瓷片會產(chǎn)生超聲波振動，這些振動通過摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或線性移動。鏡頭固定在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子的移動直接驅(qū)動鏡頭的移動，從而實現(xiàn)調(diào)焦功能。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，調(diào)焦系統(tǒng)往往缺乏智能預(yù)測和優(yōu)化功能，無法根據(jù)歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和實時的操作條件進行動態(tài)調(diào)整。這種缺乏智能化的調(diào)焦方式導(dǎo)致系統(tǒng)在不同環(huán)境和操作條件下難以適應(yīng)變化，無法提供最佳的調(diào)焦參數(shù)，進而使調(diào)焦過程效率低下，調(diào)焦時間過長。此外，由于沒有根據(jù)實時反饋進行優(yōu)化，調(diào)焦精度也難以達到高要求，導(dǎo)致圖像質(zhì)量和系統(tǒng)性能不穩(wěn)定，尤其在復(fù)雜和多變的環(huán)境中表現(xiàn)尤為明顯。

4、有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

3、一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，通過超聲電機的振動特性和反饋控制機制，實現(xiàn)鏡頭的自動化調(diào)焦，包括以下步驟：

4、安裝超聲電機及其驅(qū)動控制電路，將鏡頭固定在超聲電機的轉(zhuǎn)子上并設(shè)定超聲電機的驅(qū)動頻率和電壓，配置反饋傳感器；

5、啟動超聲電機，通過反饋傳感器獲取鏡頭位置和焦點信息，實時生成電機驅(qū)動信號；

6、基于歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和當(dāng)前操作條件，預(yù)測最佳調(diào)焦參數(shù)，并對生成電機驅(qū)動信號和誤差進行調(diào)整；

7、達到預(yù)設(shè)焦點后，停止電機運行，最后鎖定鏡頭位置，由此完成了對鏡頭的調(diào)焦并記錄當(dāng)前驅(qū)動參數(shù)，以便下次調(diào)焦時參考。

8、可選的，啟動超聲電機，通過反饋傳感器獲取鏡頭位置和焦點信息，實時生成電機驅(qū)動信號的步驟為：

9、將反饋傳感器輸出的信號s(t)轉(zhuǎn)換為電壓信號vs(t)：

10、vs(t)＝ks·s(t)，ks為傳感器的靈敏度系數(shù)；

11、將實時位置和預(yù)設(shè)目標(biāo)位置；進行比較，計算出位置誤差e(t)

12、e(t)＝sd-s(t)，sd為預(yù)設(shè)目標(biāo)位置；

13、使用pid控制器生成控制信號u(t)：

14、其中，kp、ki和kd分別為比例、積分和微分系數(shù)；

15、將控制信號u(t)轉(zhuǎn)換為超聲電機的驅(qū)動信號vd(t)：

16、vd(t)＝kd·u(t)，kd為驅(qū)動電路的增益系數(shù)。

17、可選的，基于歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和當(dāng)前操作條件，預(yù)測最佳調(diào)焦參數(shù)，并對生成電機驅(qū)動信號和誤差進行調(diào)整的步驟為：

18、收集歷史調(diào)焦過程中的驅(qū)動信號、鏡頭位置、環(huán)境光強度和溫度數(shù)據(jù)并使用公式對歷史數(shù)據(jù)進行歸一化，其中，dhn為歸一化后的歷史數(shù)據(jù)集，xi為數(shù)據(jù)集中的第i個數(shù)據(jù)點，xmax為數(shù)據(jù)集中最大值，xmin為數(shù)據(jù)集中最小值；

19、使用公式計算調(diào)焦參數(shù)與驅(qū)動信號之間的映射關(guān)系，其中θ為模型參數(shù)，l為損失函數(shù)，f(xi；θ)為預(yù)測模型的輸出，yi為真實值；

20、在調(diào)焦過程中，實時輸入當(dāng)前操作條件(如當(dāng)前驅(qū)動信號、鏡頭位置、環(huán)境光強度和溫度等)到訓(xùn)練好的模型中，得到最佳調(diào)焦參數(shù)；

21、根據(jù)預(yù)測的最佳調(diào)焦參數(shù)，調(diào)整超聲電機的驅(qū)動信號vpred(t)，其表達式為：為預(yù)測的最佳調(diào)焦參數(shù)。

22、可選的，還包括：使用溫度傳感器實時監(jiān)測超聲電機的工作溫度，檢測溫度的變化量，并與溫度閾值進行比較，根據(jù)溫度變化量計算補償信號，以調(diào)整驅(qū)動信號參數(shù)，將溫度補償信號疊加到原驅(qū)動信號上，以調(diào)整驅(qū)動信號參數(shù)，得到調(diào)整后的驅(qū)動信號vd，new(t)。

23、可選的，在調(diào)焦過程中，根據(jù)優(yōu)先級選擇最終的驅(qū)動信號當(dāng)前溫度超過溫度閾值，則優(yōu)先使用調(diào)整后的驅(qū)動信號vd，new(t)，當(dāng)前溫度不超過溫度閾值，則優(yōu)先使用預(yù)測的驅(qū)動信號vpred(t)，若溫度和預(yù)測驅(qū)動信號均無問題，則使用誤差補償后的驅(qū)動信號vd(t)。

24、可選的，超聲電機接收到驅(qū)動信號、調(diào)整后的驅(qū)動信號、預(yù)測驅(qū)動信號其中一種，并根據(jù)對應(yīng)的信號產(chǎn)生相應(yīng)的機械振動，調(diào)整鏡頭的位置，其中，在獲取到驅(qū)動信號、調(diào)整后的驅(qū)動信號、預(yù)測驅(qū)動信號后會和預(yù)設(shè)的位置進行比對，若位置和預(yù)設(shè)位置不同則重復(fù)使電機產(chǎn)生相應(yīng)的機械振動，直到誤差收斂到零或在允許范圍內(nèi)。

25、可選的，達到預(yù)設(shè)焦點后，停止電機運行，最后鎖定鏡頭位置，由此完成了對鏡頭的調(diào)焦并記錄當(dāng)前驅(qū)動參數(shù)，以便下次調(diào)焦時參考的步驟為：

26、通過反饋傳感器持續(xù)監(jiān)測鏡頭的位置，實時計算當(dāng)前鏡頭位置與預(yù)設(shè)焦點位置的誤差，當(dāng)位置誤差在允許范圍內(nèi)時，認(rèn)為達到了預(yù)設(shè)焦點位置；一旦檢測到鏡頭位置達到預(yù)設(shè)焦點位置，立即停止超聲電機的運行，切斷電機的驅(qū)動信號；記錄當(dāng)前的驅(qū)動參數(shù)，包括驅(qū)動頻率、驅(qū)動電壓和停止電機運行時的時間點信息。

27、可選的，在電機停止后會統(tǒng)計此次調(diào)焦所使用的能耗。

28、采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果，當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以下所述的所有優(yōu)點：

29、通過安裝超聲電機及其驅(qū)動控制電路，將鏡頭固定在超聲電機的轉(zhuǎn)子上，并設(shè)定驅(qū)動頻率和電壓，配置反饋傳感器，啟動超聲電機，利用反饋傳感器實時獲取鏡頭位置和焦點信息生成電機驅(qū)動信號，基于歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和當(dāng)前操作條件預(yù)測最佳調(diào)焦參數(shù)并調(diào)整生成的電機驅(qū)動信號和誤差，達到預(yù)設(shè)焦點后停止電機運行并鎖定鏡頭位置，完成調(diào)焦并記錄當(dāng)前驅(qū)動參數(shù)，確保高精度自動調(diào)焦、智能預(yù)測和優(yōu)化、節(jié)約能源、延長設(shè)備壽命、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和自動化控制，實現(xiàn)無螺牙超聲電機調(diào)焦系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和精確運行。

30、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步詳細的描述。

技術(shù)特征：

1.一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，通過超聲電機的振動特性和反饋控制機制，實現(xiàn)鏡頭的自動化調(diào)焦，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，啟動超聲電機，通過反饋傳感器獲取鏡頭位置和焦點信息，實時生成電機驅(qū)動信號的步驟為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，基于歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和當(dāng)前操作條件，預(yù)測最佳調(diào)焦參數(shù)，并對生成電機驅(qū)動信號和誤差進行調(diào)整的步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，還包括：使用溫度傳感器實時監(jiān)測超聲電機的工作溫度，檢測溫度的變化量，并與溫度閾值進行比較，根據(jù)溫度變化量計算補償信號，以調(diào)整驅(qū)動信號參數(shù)，將溫度補償信號疊加到原驅(qū)動信號上，以調(diào)整驅(qū)動信號參數(shù)，得到調(diào)整后的驅(qū)動信號vd，new(t)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，在調(diào)焦過程中，根據(jù)優(yōu)先級選擇最終的驅(qū)動信號當(dāng)前溫度超過溫度閾值，則優(yōu)先使用調(diào)整后的驅(qū)動信號vd，new(t)，當(dāng)前溫度不超過溫度閾值，則優(yōu)先使用預(yù)測的驅(qū)動信號vpred(t)，若溫度和預(yù)測驅(qū)動信號均無問題，則使用誤差補償后的驅(qū)動信號vd(t)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，超聲電機接收到驅(qū)動信號、調(diào)整后的驅(qū)動信號、預(yù)測驅(qū)動信號其中一種，并根據(jù)對應(yīng)的信號產(chǎn)生相應(yīng)的機械振動，調(diào)整鏡頭的位置，其中，在獲取得到驅(qū)動信號、調(diào)整后的驅(qū)動信號、預(yù)測驅(qū)動信號后會和預(yù)設(shè)的位置進行比對，若位置和預(yù)設(shè)位置不同則重復(fù)使電機產(chǎn)生相應(yīng)的機械振動，直到誤差收斂到零或在允許范圍內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，達到預(yù)設(shè)焦點后，停止電機運行，最后鎖定鏡頭位置，由此完成了對鏡頭的調(diào)焦并記錄當(dāng)前驅(qū)動參數(shù)，以便下次調(diào)焦時參考的步驟為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，其特征在于，在電機停止后會統(tǒng)計此次調(diào)焦所使用的能耗。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無螺牙超聲電機調(diào)焦方法，涉及超聲電機調(diào)焦技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過超聲電機的振動特性和反饋控制機制，實現(xiàn)鏡頭的自動化調(diào)焦。且通過安裝超聲電機及其驅(qū)動控制電路，將鏡頭固定在超聲電機的轉(zhuǎn)子上，并設(shè)定驅(qū)動頻率和電壓，配置反饋傳感器，啟動超聲電機，利用反饋傳感器實時獲取鏡頭位置和焦點信息生成電機驅(qū)動信號，基于歷史調(diào)焦數(shù)據(jù)和當(dāng)前操作條件預(yù)測最佳調(diào)焦參數(shù)并調(diào)整生成的電機驅(qū)動信號和誤差，達到預(yù)設(shè)焦點后停止電機運行并鎖定鏡頭位置，完成調(diào)焦并記錄當(dāng)前驅(qū)動參數(shù)，確保高精度自動調(diào)焦、智能預(yù)測和優(yōu)化、節(jié)約能源、延長設(shè)備壽命、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和自動化控制，實現(xiàn)無螺牙超聲電機調(diào)焦系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和精確運行。

技術(shù)研發(fā)人員：羅小寶,熊志,李波濤
受保護的技術(shù)使用者：南昌同興達精密光電有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10