一种步进电机的自动校准方法、装置和成像系统技术领域
本申请属于应用步进电机的四维超声成像领域，尤其涉及一种步进电机的自动校
准方法、装置和成像系统。
背景技术
随着超声成像技术的发展，4D(four dimension，4维)超声成像开始应用。4D超声
技术就是采用3D(3维)超声图像加上时间维度参数，该技术能够实时获取三维图像，超越了
传统超声的限制。
目前国内外四维超声成像系统所采用的容积探头，主要还是以步进电机驱动探
头、通过扇形摆动扫描目标空间区域的机械扇扫探头。采用这种机械扇扫探头的成像系统，
在探头超声波发射驱动之外，需要一个驱动探头来回扫描的步进马达控制系统。超声系统
在控制探头发射和接收超声波的同时，还要通过马达控制系统来控制探头持续的往复运
动，从而可以在不同角度的切面上获取二维图像，并且用来合成三维图像。
探头的往复运动通常有以下几个阶段：正向加速区、正向匀速区、正向减速区、反
向加速区、反向匀速区、反向减速区。
探头在匀速区(正向匀速区和反向匀速区)采集的二维数据被用来合成三维图像。
现有技术方案一般是控制探头进行连续扫描二维图像，同时控制探头按照上述六个阶段进
行持续的摆动，系统通过判断探头摆动时所处的位置来截取匀速区采集的二维图像。
当前4D超声探头内的步进电机一般采用无码盘，但是，步进电机如果转度过快，会
造成加速区间丢步，减速区间过冲(即在期望的停止位置无法完全停住)，因此会造成成像
的匀速运动区间探头的摆动角度发生偏移，造成成像扭曲失真。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种步进电机的自动校准方法、装置和成像系
统，当步进电机在加速丢步减速过冲时，对其进行校准，以使得探头在匀速运动区间的摆动
角度保持稳定。
一种步进电机的自动校准方法，包括：
获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第一补偿步
数；
基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或过冲进行补
偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设区域进行图
像采集。
上述的方法，优选的，所述获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计
步值之前，还包括：
获取探头在匀速区的预设步数和预设运动速度；
依据所述预设步数以及所述预设速度，计算得到驱动所述步进电机的脉冲参数；
依据所述脉冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探头往复运动。
上述的方法，优选的，所述依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得
到下一周期的第一补偿步数，具体包括：
获取上一周期计算得到的第二补偿步数，所述第二补偿步数用于在本周期的预设
区对步进电机的运行步数进行补偿；
依据所述第二补偿步数、所述实际计步值以及所述预设步数，计算得到第一补偿
步数。
上述的方法，优选的，基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的
丢步和/或过冲进行补偿，包括：
当所述步进电机的速度达到所述预设速度时，控制所述步进电机驱动探头采用所
述第二补偿步数在匀速区运行。
上述的方法，优选的，获取探头达到匀速区的中心点时实际计步值，包括：
当接收中心点反馈信号时，判定所述探头达到匀速区的中心点；
获取所述探头达到匀速区的中心点时的实际计步值。
一种步进电机的自动校准装置，包括：
获取单元，用于获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
计算单元，用于依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期
的第一补偿步数；
补偿单元，用于基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步
和/或过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在
预设区域进行图像采集。
上述的装置，优选的，还包括预处理单元，用于：
获取探头在匀速区的预设步数和预设运动速度；依据所述预设步数以及所述预设
速度，计算得到驱动所述步进电机的脉冲参数；
依据所述脉冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探头往复运动。
上述的装置，优选的，所述计算单元，具体用于：
获取上一周期计算得到的第二补偿步数，所述第二补偿步数用于在本周期的预设
区对步进电机的运行步数进行补偿；
依据所述第二补偿步数、所述实际计步值以及所述预设步数，计算得到补偿步数。
上述的装置，优选的，补偿单元具体用于：
当所述步进电机的速度达到所述预设速度时，控制所述步进电机驱动探头采用所
述第二补偿步数在匀速区运行。
一种成像系统，包括：
超声探头，用于发射超声波，并接收遇到阻碍物反射的超声波；
超声发射驱动器，用于驱动所述超声探头发射超声波；
步进电机，用于驱动探头往复运动；
步进电机驱动器，用于驱动所述步进电机运行；
如上述任一项所述的步进电机的自动校准装置，所述自动校准装置通过所述步进
电机驱动器控制所述步进电机运行
图像处理器，用于依据所述超声探头接收到的超声波生成图像。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种步进电机的自动
校准方法，包括：获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；依据所述实际
计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第一补偿步数；基于上一周期计算得
到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进
入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设区域进行图像采集。采用该方法，通过对当
前周期内探头达到匀速区的中心点时的实际计步值进行获取，并基于该实际计步值与预设
步数，可以得到当前周期该步进电机在加速区造成的丢步和减速区造成的过冲等导致的步
数误差，进而在下一周期中基于该补偿步数控制探头的运动步数，而采用该步数误差在下
一周期进行步数补偿，即可解决无码盘的步进电机在快速转动过程中出现的角度偏移的问
题，保证探头在匀速区内的运动位置与期望一致，维持其在预设的区域进行图像采集，不发
生角度偏移，并且，能够在保证探头在匀速区内运动准确度的前提下，提高步进电机在匀速
区的速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例，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
提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例1的流程图；
图2为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例2的流程图；
图3为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例3的流程图；
图4为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例4的流程图；
图5为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例5的流程图；
图6为本申请提供的一种步进电机的自动校准装置实施例的结构示意图；
图7为本申请提供的一种步进电机的自动校准装置实施例的另一结构示意图；
图8为本申请提供的一种成像系统实施例的结构示意图；
图9为本申请提供的一种成像系统的使用场景的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
首先，对本申请中涉及的几个名词进行解释。
4D超声成像：传统超声显示人体内部的二维图像。4D超声成像技术通过电机控制
探头扇形摆动，将多个二维图像合成三维的立体图形。在此基础上对图形图像进行实时动
态更新，添加时间特性，得到超声四维成像。
步进电机：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在
非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载
变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一
个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉
冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电
机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
如图1所示的，为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例1的流程图，
该方法包括以下步骤：
步骤S101：获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
需要说明的是，4D超声探头一般只在探头摆动的中间位置设有反馈信号，用来提
示控制系统探头处于中间位置。
则，本实施例中，基于该探头达到匀速区得到中间点(即中间位置)时，对步进电机
的步数进行获取，以确定在该匀速区的一半位置，该步进电机的实际步数。
需要说明的是，该预设匀速区的中心点是指运动开始前设定的中心点，其与具体
运动过程中发生丢步和过冲导致的偏移的中心点之间有偏差。
具体实施中，可以通过设置步数计数器记录该步进电机的步数，步进电机前进一
步，则该步数计数器记录数值加一。
具体实施中，该探头可以为从正向起点达到正向匀速区也可为从反向起点达到反
向匀速区，一个周期中只有一次获取实际计步值即可。本申请中，是以从正向起点达到正向
匀速区为例进行说明，当然，不限制该获取实际计步值的时刻为从正向起点达到正向匀速
区。
需要说明的是，为提高计数的准确度，该步进电机的运动状态切换时，该步数计数
器的数值清零。
步骤S102：依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第
一补偿步数；
需要说明的是，当步进电机运行速度较快时，容易出现加速区丢步和减速区过冲
的问题，导致实际步数与预设的步数之间有差别，进而导致探头在匀速区的摆动角度发生
偏移。所以，基于该探头在匀速区的实际步数(即实际计步值)与预设步数，计算第一补偿步
数，并使得在下一周期中，探头依据该第一补偿步数运动，以实现补偿该丢步和过冲导致的
探头的摆动角度偏移。
需要说明的是，该第一补偿步数为下一周期中该探头在匀速区要走的步数。
需要说明的是，后续实施例中会对该计算过程进行详细说明，本实施例中不做详
述。
步骤S103：基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或
过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设
区域进行图像采集。
需要说明的是，任一周期中计算得到的补偿步数，用于在下一周期中进行补偿，相
应的，在某一周期中进行补偿的步数，是上一周期计算得到的补偿步数。因此，在上一周期
计算得到该步进电机的第二补偿步数时，采用该第二补偿步数对该步进电机在加速区(正
向加速区和反向加速区)的丢步和减速区(正向减速区和反向减速区)的过冲进行补偿，使
得步进电机在快速转动过程中出现的角度偏移的问题得到解决。
需要说明的是，由于基于该补偿能够保证步进电机在快速转动过程中不会出现角
度偏移，则能够在保证探头在匀速区内运动准确度的前提下，大幅提高步进电机在匀速区
的速度。
具体实施中，为保证补偿精确度，可以在探头的往复运动过程中每个周期的特定
区进行补偿，例如，可以在探头达到加速区的结束时刻进行补偿。
需要说明的是，具体实施中，当处于往复运动的第一个周期时，其并不存在上一周
期，则其并不需对步进电机进行补偿。
需要说明的是，后续实施例中会对该补偿过程进行详细解释，本实施例中不做详
述。
综上，本实施例提供的一种步进电机的自动校准方法，通过对当前周期内探头达
到匀速区的中心点时的实际计步值进行获取，并基于该实际计步值与预设步数，可以得到
当前周期该步进电机在加速区造成的丢步和减速区造成的过冲等导致的步数误差，进而在
下一周期中基于该补偿步数控制探头的运动步数，而采用该步数误差在下一周期进行步数
补偿，即可解决无码盘的步进电机在快速转动过程中出现的角度偏移的问题，保证探头在
匀速区内的运动位置与期望一致，维持其在预设的区域进行图像采集，不发生角度偏移，并
且，能够在保证探头在匀速区内运动准确度的前提下，提高步进电机在匀速区的速度。
如图2所示的，为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例2的流程图，
该方法包括以下步骤：
步骤201：获取探头在匀速区的预设步数和预设运动速度；
具体的，探头在匀速区的预设步数和预设运动速度，可以为用户通过上位机设置，
则在实施过程中，通过对上位机设置的内容进行读取即可。
具体实施中，上位机中设置的可以为探头在匀速区的摆动角度(angle)和速度
(speed)。
需要说明的是，该摆动角度表征了探头在匀速区中在步进电机的驱动下运动的步
数，即该摆动角度与预设步数对应。
步骤202：依据所述预设步数以及所述预设速度，计算得到驱动所述步进电机的脉
冲参数；
具体实施中，该探头是基于步进电机的驱动实现往复运动，而该驱动电机是基于
脉冲的驱动一步一步运行，进而驱动探头运动。
具体的，基于该探头在匀速区的预设步数和预设运动速度，可以计算得到驱动该
步进电机的脉冲的参数，如脉冲个数、每步对应的脉冲的长度等。
需要说明的是，该速度(Speed)为探头匀速区域摆动角速度，单位为度/秒，通过
speed算出步进电机各区间每步时长。
需要说明的是，由于该探头的往复运动包括：正向加速区、正向匀速区、正向减速
区、反向加速区、反向匀速区、反向减速区，则探头的加速区中的速度是从0逐渐上升至速度
(Speed)，则相应的，该计算得到的脉冲参数也可以包含在加速区(正向加速区和反向加速
区)、减速区(正向减速区和反向减速区)对应的脉冲参数。
步骤203：依据所述脉冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探头往复
运动；
其中，当得到驱动该步进电机所需的脉冲参数后，依据该脉冲参数生成脉冲实现
驱动该步进电机运行，进而使得该步进电机驱动探头往复运动。
需要说明的是，基于该脉冲参数控制步进电机运行过程中，由于步进电机的运动
速度很快，在加速区会出现丢步、在减速区会出现过冲的问题，在后续步骤中探头达到匀速
区后，依据本周期的丢步过冲分析得到补偿步数，并进行补偿。
步骤S204：获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
步骤S205：依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第
一补偿步数；
步骤S206：基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或
过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设
区域进行图像采集。
其中，步骤S204-206与实施例1中的步骤S101-103一致，本实施例中不做赘述。
综上，本实施例中提供的一种步进电机的自动校准方法中，还包括：获取探头在匀
速区的预设步数和预设运动速度；依据所述预设步数以及所述预设速度，计算得到驱动所
述步进电机的脉冲参数；依据所述脉冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探
头往复运动。采用该方法，通过获取的探头在匀速区的预设步数和预设运动速度，计算得到
驱动步进电机的脉冲参数，进而实现生成脉冲控制步进电机运行，使得该步进电机驱动探
头往复运动。
如图3所示的，为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例3的流程图，
该方法包括以下步骤：
步骤S301：获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
其中，步骤S301与实施例1中的步骤S101一致，本实施例中不做赘述。
步骤S302：获取上一周期计算得到的第二补偿步数；
需要说明的是，本申请中方案中，由于计算每一周期的补偿步数时，均结合上一周
期的第二补偿步数进行计算，使得每次的计算过程均与上一周期的补偿过程相关，这使得
每次的计算均是受到之前的若干次计算的影响，即该计算补偿步数的过程是在前面多次计
算过程的不停累加、不断修正的过程，实现补偿的结果准确度较高。
具体的，获取上一周期计算得到的第二补偿步数，该第二补偿步数用于在本周期
的预设区对步进电机的运行步数进行补偿。
步骤S303：依据所述第二补偿步数、所述实际计步值以及所述预设步数，计算得到
补偿步数；
其中，该预设步数是预计探头在该匀速区的所需步数，基于实际计步值、预设步数
以及该第二补偿步数，可以得到当前周期发生的过冲和/或丢步对应的补偿步数。
根据实际使用经验总结，在往复运动过程中，相对于在正向运动过程中，该中心点
向结束点位置偏移小于一步的距离。
在本实施例中，检测探头到达的中心点位置为固定的，相应的在往复运动的正向
运动过程中，该检测探头的位置位于实际中心点靠近起始点的一侧且不到一步的位置，而
探头到达实际中心点的步数为预设步数/2，即检测探头达到的预设匀速区的中心点与正向
摆动起始端距离在(预设步数/2-1)与(预设步数/2)之间；相应的，反向运动过程中，该检测
探头的位置位于实际中心点靠近结束点的一侧且不到一步的位置，而探头到达实际中心点
的步数为预设步数/2，检测探头达到的预设匀速区的中心点与负向摆动起始端距离在(预
设步数/2)与(预设步数/2+1)之间。所以，检测到预设匀速区的中心点是在两步之间，该正
向匀速区中，到达预设匀速区的中心点预计所需步数为该预设步数/2；在反向匀速区中，到
达预设匀速区的中心点预计所需步数为预设步数/2+1。
本实施例中，用于下轮补偿的第一补偿步数＝用于本轮补偿的第二补偿步数+本
轮的偏差值。
其中，实际计步数-预设步数/2(正向)以及实际计步数-(预设步数/2+1)(负向)可
以认为是一个实际运动步数和期望运动步数的偏差值(正负皆有可能)。
相应的，用于下轮补偿的第一补偿步数＝用于本轮补偿的第二补偿步数+实际计
步数-预设步数/2(正向)；
用于下轮补偿的第一补偿步数＝用于本轮补偿的第二补偿步数+实际计步数-(预
设步数/2+1)负向。
所以，第n轮补偿步数＝第1轮补偿步数(值为0)+第1轮偏差值+第2轮偏差值+…+
第(n-1)轮偏差值。
因此，可以认为计算补偿步数的过程是一个偏差值不断累加的过程，也是一个自
身值根据偏差值不断修正的过程。
需要说明的是，具体实施中，还可对计算得到的补偿步数进行验证，如将该补偿步
数与上一邻近周期的第二补偿步数做比较，如果其与第二补偿步数的差较大，则放弃本次
计算得到的补偿步数，直接采用上一周期的第二补偿步数。
步骤S304：基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或
过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设
区域进行图像采集。
其中，步骤S304与实施例1中的步骤S103一致，本实施例中不做赘述。
综上，本实施例中提供的一种步进电机的自动校准方法中，该依据所述实际计步
值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第一补偿步数，具体包括：获取上一周期
计算得到的第二补偿步数，所述第二补偿步数用于在本周期的预设区对步进电机的运行步
数进行补偿；依据所述第二补偿步数、所述实际计步值以及所述预设步数，计算得到第一补
偿步数。采用该方法，计算每一周期的补偿步数时，结合上一周期的第二补偿步数与当前周
期的实际计步值以及预设步数进行计算，计算补偿步数是在探头的往复运动的各个周期不
停累加、不断修正，补偿的结果准确度较高。
如图4所示的，为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例4的流程图，
该方法包括以下步骤：
步骤401：获取探头在匀速区的预设步数和预设运动速度；
步骤402：依据所述预设步数以及所述预设速度，计算得到驱动所述步进电机的脉
冲参数；
步骤403：依据所述脉冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探头往复
运动；
步骤S404：获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步值；
步骤S405：依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第
一补偿步数；
其中，步骤S401-405与实施例2中的步骤S201-205一致，本实施例中不做赘述。
步骤S406：当所述步进电机的速度达到所述预设速度时，控制所述步进电机驱动
探头采用上一周期计算得到的第二补偿步数在匀速区运行。
具体实施中，采用步进电机的速度达到预设速度，即该探头的运动从加速区加速
到最大速度时，即探头完成加速区时，执行对该步进电机的步数补偿。
具体的，控制该步进电机驱动探头采用上一周期计算得到的第二补偿步数在完成
加速区之后、进入匀速区之前对该步进电机的丢步和/或过冲进行补偿，以使得该探头在进
入匀速区后，采用该第二补偿步数进行运动与中心点的距离与期望一致。
具体的，该补偿区域的运动方式为：以匀速运动区域的运动速度，运动第二补偿步
的步数然后进入匀速区域。
需要说明的是，该第二补偿步数可以与该预设步数相同，也可不相同，本申请中不
对补偿步数的具体数据做限制。
其中，该步进电机达到预设速度可以为从正向加速达到该预设速度，也可以为反
向加速达到预设速度。
但是，为保证补偿精度，对步数的补偿需要定期执行，且分别针对正向运动和反向
运动进行补偿，即该探头的往复运动的每周期进行补偿的时机相同，如，分别在正向加速达
到该预设速度时即达到正向匀速区前进行补偿，和在反向加速达到预设速度时即达到反向
匀速区前进行补偿。
具体实施中，可以将该补偿操作单独划分一个区——补偿区，则进行补偿的探头
的往复运动可以包括：正向加速区、正向补偿区、正向匀速区、正向减速区、反向加速区、反
向补偿区、反向匀速区、反向减速区。
需要说明的是，一个运动周期在正向加速区和反向加速区之后分别进行补偿一
次，但每个周期内针对下一周期计算补偿步数的过程仅进行一次，即每个周期进行两次补
偿过程和一次计算过程。
综上，本实施例中提供的一种步进电机的自动校准方法中，该基于上一周期计算
得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或过冲进行补偿，包括：当所述步进电机的
速度达到所述预设速度时，控制所述步进电机驱动探头采用所述第二补偿步数在匀速区运
行。采用该方法，在该步进电机达到预设速度时，探头完成加速区，此时对步进电机进行步
数补偿，实现驱动探头采用该补偿步数在匀速区运行，在进入匀速区之前，采用上一周期计
算得到的第二补偿步数对该补偿电机进行补偿，使得本周期中探头在匀速区间的摆动角度
维持，成像清晰。
如图5所示的，为本申请提供的一种步进电机的自动校准方法实施例5的流程图，
该方法包括以下步骤：
步骤501：当接收中心点反馈信号时，判定所述探头达到匀速区的中心点；
步骤502：获取所述探头达到匀速区的中心点时的实际计步值；
具体实施中，4D超声探头在探头摆动的中间位置设有反馈信号，用来提示控制系
统探头处于中间位置。
则，本实施例中，该探头达到匀速区得到中间点(即中间位置)时反馈，基于接收到
该反馈信号，确定该探头达到匀速区的中心点，进而实现对步进电机的步数进行获取，以确
定在该匀速区的一半位置，该步进电机的实际步数。
需要说明的是，本实施例中，采用现有结构功能，只需基于探头已有的功能触发获
取步数计数器的计数值的操作，无需对现有的结构进行改动。
步骤S503：依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到下一周期的第
一补偿步数；
步骤S504：基于上一周期计算得到的第二补偿步数对所述步进电机的丢步和/或
过冲进行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设
区域进行图像采集。
其中，步骤S503-504与实施例1中的步骤S101-103一致，本实施例中不做赘述。
综上，本实施例中提供的一种步进电机的自动校准方法中，该获取探头达到匀速
区的中心点时实际计步值，包括：当接收中心点反馈信号时，判定所述探头达到匀速区的中
心点；获取所述探头达到匀速区的中心点时的实际计步值。采用该方法，采用探头现有功能
触发获取步数计数器的计数值的操作，无需对现有的结构进行改动。
上述本发明提供的实施例中详细描述了一种步进电机的自动校准方法，对于本发
明的步进电机的自动校准方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还提供了一种步进
电机的自动校准装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。
图6所示的为本申请提供的一种步进电机的自动校准装置实施例的结构示意图，
该装置可以包括以下结构：获取单元601、计算单元602和补偿单元603；
其中，获取单元601，用于获取当前周期探头达到预设匀速区的中心点时实际计步
值；
其中，计算单元602，用于依据所述实际计步值、预设步数以及预设算法，计算得到
补偿步数；
其中，补偿单元603，用于基于所述补偿步数对所述步进电机的丢步和/或过冲进
行补偿，以实现当所述步进电机进入匀速区时，所述步进电机驱动探头维持在预设区域进
行图像采集。
图7所示的为本申请提供的一种步进电机的自动校准装置实施例的另一结构示意
图，该装置可以包括以下结构：获取单元701、计算单元702、补偿单元703和预处理单元704；
其中，该预处理单元704，用于获取探头在匀速区的预设步数和预设运动速度；依
据所述预设步数以及所述预设速度，计算得到驱动所述步进电机的脉冲参数；依据所述脉
冲参数控制步进电机运行，使得所述步进电机驱动探头往复运动。
优选的，所述计算单元，具体用于：获取上一周期计算得到的第二补偿步数，所述
第二补偿步数用于在本周期的预设区对步进电机的运行步数进行补偿；依据所述第二补偿
步数、所述实际计步值以及所述预设步数，计算得到补偿步数。
优选的，补偿单元具体用于：当所述步进电机的速度达到所述预设速度时，控制所
述步进电机驱动探头采用所述第二补偿步数在匀速区运行。
优选的，获取单元用于当接收中心点反馈信号时，判定所述探头达到匀速区的中
心点；获取所述探头达到匀速区的中心点时的实际计步值。
综上，本实施例提供的一种步进电机的自动校准装置，通过对当前周期内探头达
到匀速区的中心点时的实际计步值进行获取，并基于该实际计步值与预设步数，可以得到
当前周期该步进电机在加速区造成的丢步和减速区造成的过冲等导致的步数误差，而采用
该步数误差进行步数补偿，即可解决无码盘的步进电机在快速转动过程中出现的角度偏移
的问题，保证探头在匀速区内的运动位置与期望一致，维持其在预设的区域进行图像采集，
不发生角度偏移，并且能够在保证探头在匀速区内运动准确度的前提下，提高步进电机在
匀速区的速度。
上述本发明提供的实施例中详细描述了一种步进电机的自动校准装置，对于本发
明的步进电机的自动校准装置可应用于多种形式的系统实现，因此本发明还提供了一种应
用该自动校准装置的成像系统，下面给出具体的实施例进行详细说明。
图8所示的为本申请提供的一种成像系统实施例的结构示意图，该装置可以包括
以下结构：超声探头801、超声发射驱动器802、步进电机803、步进电机驱动器804、自动校准
装置805和图像处理器806；
其中，该超声探头801，用于发射超声波，并接收遇到阻碍物反射的超声波；
其中，该超声发射驱动器802，用于驱动所述超声探头发射超声波；
其中，该步进电机803，用于驱动探头往复运动；
其中，该步进电机驱动器804，用于驱动所述步进电机运行；
其中，该自动校准装置805，所述自动校准装置通过所述步进电机驱动器控制所述
步进电机运行。
具体实施中，该自动校准装置可以采用功能芯片实现，如FPGA(Field-
Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)
需要说明的是，该自动校准装置的结构功能参见前述的步进电机的自动校准装
置，本实施例中不做详述。
其中，该图像处理器806，用于依据所述超声探头接收到的超声波生成图像。
综上，本实施例提供的一种成像系统，自动校准装置能够对步进电机在加速区造
成的丢步和减速区造成的过冲进行步数补偿，即可解决无码盘的步进电机在快速转动过程
中出现的角度偏移的问题，保证探头在匀速区内的运动位置与期望一致，维持其在预设的
区域进行图像采集，不发生角度偏移，使得图像处理器能够得到清晰的图像，并且能够在保
证探头在匀速区内运动准确度的前提下，提高步进电机在匀速区的速度。
本申请中还提供了一种该成像系统的具体使用场景的流程，其流程图如图9所示。
其中，该自动校准装置采用FPGA，具体型号为Xilinx(xc7z035ffg900-1)，步进电
机驱动器采用TI(DRV8711)，探头采用apex V6-2。
整个控制系统实现方案如下，其中Step1～5为运动准备阶段A，Step6～Step13为
运动阶段B。
Step1：系统上电；
Step2：FPGA对步进电机驱动器初始化；
Step3：FPGA从上位机读取探头匀速运动区的摆动角度angle和速度speed，并进行
相关驱动步进电机所需脉冲的计算；
其中，该摆动角度angle和速度speed由用户通过上位机设置；该摆动角度angle与
匀速运动区的预计步数相同。
Step4：步进电机以最小速度运动寻找中心点；
具体的，步进电机以最小速度正向运动，当运行步数超过预期最大步数，则改为反
向运动，直到找到中心点。
Step5：反向运动到起始位置；
具体的，以中心点为起点，反向运动加速区步数+angle/2,到达运动的起始位置。
因为该中心点对应匀速区域的一半位置处，相应的，其对应摆动角度angle的一
半，由于从中心点为起点反向运动到起始位置处，需要相应的运动该与该正向运动加速区
对称的反向运动加速区以及该angle的一半之和。
Step6：正向加速运动；
具体的，运动速动从0逐渐上升到设定值speed。
Step7：FPGA对步进电机进行正向补偿丢步和过冲；
具体的，控制步进电机的运动步数采用补偿步数addstep，本周期内其值为n，初值
为0，运动速度speed。
Step8：正向匀速运动，过中点时，FPGA计算下一周期的补偿步数；
运动速度speed，运动步数取决于angle值(超声系统在该区间采集图像)
需要说明的是，探头摆动过中心点时，记录下中心点反馈信号到来时的step_
counter的值n1，并与期望的运动步数n0做比较，结合上一周期计算得到的补偿步数n，计算
得到下一周期的补偿步数addstep值n’。
该step_counter为步数计数器，步进电机每前进1步，数值加1，且在运动状态切换
时重置为0。
Step9：正向减速运动；
具体的，运动速度从speed逐渐下降到0。
Step10：反向加速运动；
具体的，运动速动从0逐渐上升到speed。
Step11：反向补偿丢步和过冲；
具体的，控制步进电机的运动步数采用补偿步数addstep，本周期内其值为n，初值
为0，运动速度speed。
Step12：反向匀速运动；
Step13：反向减速运动；
重复step6～step12，探头进行连续往复摆动。
基于上述应用场景得到结果：控制系统加减速区间采用关于时间的线性加减速。
在没加反馈自校准功能的系统中，当探头匀速运动区间的速度达到150度/s以上
时，丢步和过冲现象开始出现，超过200度/s后，丢步过冲现象对匀速区域的影响已经很明
显，误差超过2步。
在加入反馈自校准功能的系统中，当探头匀速运动区间的速度达到500度/s时，系
统在匀速区间的实际位移与期望位移误差控制在1步之内。对于apex V6-2这款探头，在匀
速运动区域，电机行进1步探头的转动角度约0.1704545度。该误差在4D成像软件的允许范
围之内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置
而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。
对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。