專利名稱：主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光信號測量待測對象的物理、化學等特征的掃描 裝置，特別涉及一種利用漫反射光信號對待測對象的水份、成分、顏 色、距離、溫度等物理和化學特征進行測量的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描 器。
背景技術(shù)：
目前，在漫反射測量技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外知名的探測儀器大都采用 以下兩種方案第一，靜態(tài)單點式探測這種方案采用靜止的光路對 物料進行抽樣式監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果有顯著的局部性特點，對其它某一范 圍的突變不能進行有效的反映，這往往會影響整批產(chǎn)品的合格率，另 外由于光源是靜態(tài)的，散熱效果也不太理想；第二，被動掃描式探測 這種方案一般用在成像領(lǐng)域，掃描部分是一單獨的掃描鏡，大都利用 自然光信號對目標進行分析，沒有獨立的光源，當需某一特殊波段的 強光信號時，該掃描結(jié)構(gòu)未免會有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)問題是要提供一種實現(xiàn)全方位覆蓋式掃描的主動 式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器。首先它不僅能對待測對象進行全方位覆蓋式掃 描，還可以根據(jù)不同的探測要求更換發(fā)射光源；其次由于光源直接放 在掃描器上，大大縮短了光程、減少了過渡光學元件，因此提高了光 能利用率和儀器信噪比。另外光源和散熱塊隨掃描接收鏡一起轉(zhuǎn)動， 這種結(jié)構(gòu)集機械散熱和氣流交換散熱于一體，解決了由光源溫度過高帶來的系列問題，使工作環(huán)境更為穩(wěn)定。
為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡 掃描器， 一可控電機固定于電機固定架上，整個掃描器可通過電機固 定架與所生產(chǎn)儀器的機械結(jié)構(gòu)固定； 一機械編碼盤和后平衡塊通過定 位銷和電機軸的銷孔固定于電機軸的后端， 一滑環(huán)模塊的轉(zhuǎn)子部分通 過絕緣軸套與電機軸緊密配合，外加止動螺釘止動，滑環(huán)模塊的定子 部分通過滑環(huán)固定架與電機外殼的前端面固定， 一前平衡塊套在前端 的電機軸上通過定位鍵與電機軸的鍵槽配合，外加軸向止動螺釘止 動； 一掃描接收鏡通過45°連接塊與電機軸連接，45°連接塊與掃描接 收鏡共同設(shè)有一垂直通孔， 一光源模塊的準直鏡筒插入該通孔中并固 定于45°連接塊上，通過45°連接塊與電機軸連接，且掃描接收鏡反 射面中心在光源模塊的主軸上，光源隨掃描接收鏡在電機控制下轉(zhuǎn) 動，實現(xiàn)主動式覆蓋型掃描。
所述的掃描接收鏡為橢圓平面反射鏡，鏡面與電機軸的夾角為 45°公差為±0.2°。為保證45°掃描接收鏡角度的精確性，在與電機軸 連接時采用面與面相接。為了使后光路接收信號的均勻性，掃描接收 鏡采用橢圓平面反射鏡，反射面中心必需與聚光鏡、光源、光欄、準 直鏡的中心共軸。
所述光源模塊包括聚光鏡、光源、光欄和準直鏡，在所述光源的 引腳上裝有散熱塊，在掃描器工作時使機械散熱和氣流交換散熱相結(jié) 合，散熱效果大大提高，有效地控制了掃描器的工作溫度。在光學方 面，采用由聚光鏡、光源、光欄、準直透鏡和45°掃描接收鏡組成的 共軸光路。相對離軸光路系統(tǒng)，由于共軸式光路系統(tǒng)占用空間小、結(jié) 構(gòu)簡單，可以減輕機械方面給電機帶來的負載，便于動平衡的校正， 聚光鏡的加入使得光能利用率大大提高，該光路中光欄的位置和準直透鏡的焦距的選擇尤為重要，合理的設(shè)計可有效控制出射光斑大小， 使得出射光斑更具均勻性和規(guī)律性。在這種結(jié)構(gòu)下光源發(fā)出的光透過 光欄經(jīng)準直透鏡準直后透過掃描接收鏡的中心孔到達探測對象，經(jīng)探 測對象吸收后的漫反射光返回掃描接收鏡并經(jīng)其反射給后光路和探 測系統(tǒng)。
所述滑環(huán)模塊的轉(zhuǎn)子部分是導電銅軸與絕緣軸套的緊配合、絕緣 軸套與電機軸緊配后用緊定螺絲固定，其中導電銅軸與光源模塊的光
源連接；所述滑環(huán)模塊的定子部分是由壓簧、碳刷和滑環(huán)固定架形成， 其中碳刷通過導線與電源連接。
在光源的供電方面，采用常見的碳刷接觸式供電即滑環(huán)模塊，固 定部分采用碳刷，轉(zhuǎn)動部分采用導電銅軸。為保證供電的穩(wěn)定性，采 用上下左右四面壓簧推壓碳刷式供電，上下左右對稱的四對碳刷并聯(lián) 入電源電路，有效避免了由電機軸擾動帶來的接觸不良問題。同時采 用恒流源作為電源，避免了碳刷接觸導電銅軸時電阻的變化帶來的電 流波動，使得在旋轉(zhuǎn)過程中光源發(fā)光的更加穩(wěn)定。
在電機轉(zhuǎn)動的角度位置控制方面，在電機軸后端加機械編碼盤和 光耦，以便準確判斷信息的來源，對探測不同位置對象的信息進行輸 出。
本發(fā)明的優(yōu)越功效在于
1) 實現(xiàn)全方位覆蓋式掃描，打破了傳統(tǒng)的工業(yè)用在線探測儀器探 測目標的局限性；
2) 短光程、少光學元件使得本發(fā)明的光能利用率和信噪比大大提 高；
3) 本發(fā)明能根據(jù)不同的要求更換光源，有效改進了傳統(tǒng)掃描器的 被動分析特征；
64) 本發(fā)明使機械散熱和氣流交換散熱相接合有效控制了工作溫 度，較靜態(tài)光源在散熱功能方面大大改善。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1的剖視圖3為本發(fā)明的光源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的滑環(huán)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖5為圖4的剖視圖中標號說明
l一機械編碼盤；2—電機固定架;
3—滑環(huán)模塊；
301—滑環(huán)固定架；302—導電銅軸;
303—絕緣軸套；304—壓簧；
305—碳刷；306—導線；
4"~45°連接塊；
5—光源模塊；
501—聚光鏡；502—光源；
503—光欄；504—準直透鏡;
505—準直鏡筒；506—散熱塊；
6—后平衡塊；7—電機；
8—前平衡塊；9一掃描接收鏡;
IO—電機軸；ll一定位銷；
12—定位鍵；13—銷孔；
14—鍵槽。15—止動螺釘。
具體實施例方式
請參閱附圖所示，對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供了一種主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器， 一可控電機7固定于電機固定架2上， 一機械編碼盤1和后平衡塊6 通過定位銷11和電機軸的銷孔13固定于電機軸10的后端， 一滑環(huán) 模塊3通過滑環(huán)固定架301與電機軸10前端面連接，前平衡塊8套 在前端的電機軸上通過定位鍵12與電機軸的鍵槽14配合，外加軸向 止動螺釘15止動； 一掃描接收鏡9通過45°連接塊4與電機軸10連 接，45°連接塊4與掃描接收鏡9共同設(shè)有一垂直通 L， 一光源模塊5 的準直鏡筒505插入該通孔中并固定于45°連接塊4上，通過45°連 接塊4與電機軸10連接，且掃描接收鏡9反射面中心在光源模塊5 的中心軸上，光源隨掃描接收鏡9在電機7控制下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)主動式 覆蓋型掃描。
所述的掃描接收鏡9為橢圓平面反射鏡，掃描接收鏡9與電機軸 10通過45°連接塊4連接，電機軸10的連接端面應(yīng)與45°連接塊4 的接觸面完全吻合，配合后掃描接收鏡9的鏡面與電機軸的夾角公差 應(yīng)為45° ±0.2° ，如圖2所示，角度誤差較大時會引起后光路接收 光斑的穩(wěn)定性。為保證45°掃描接收鏡9角度的精確性，在與電機軸 10連接時采用面與面相接。為了保證后光路接收信號的均勻性，掃 描接收鏡9釆用橢圓平面反射鏡，反射面中心必需與聚光鏡501、光 源502、光欄503、準直透鏡504的中心共軸。本發(fā)明中橢圓型掃描 接收鏡9尤為重要，它決定者整個掃描器的測量功能，根據(jù)測量光譜 的分布，橢圓型掃描接收鏡9的鏡面選用不同膜系，其基底材料和鍍 膜材料的選擇對儀器的信噪比和穩(wěn)定性有較大的影響。由于掃描接收 鏡9是轉(zhuǎn)動部件，所以基底材料要選擇機械強度大且不易變形的材料，電機轉(zhuǎn)速不高時可選鋁合金或其它合金，電機轉(zhuǎn)速在一千轉(zhuǎn)左右 可選擇鑄鎂合金，如果基底材料是鋁鏡或其它的軟質(zhì)材料時可先化學 方法鍍一層鎳磷合金，鍍膜之前要先進行光學拋光。鍍膜材料的選擇 要根據(jù)儀器工作的光譜范圍，如果工作在可見和紅外波段，可選用銀 膜，工作在紫外、可見、紅外可選用鋁膜，工作在紅外要求不高時可 用電鍍鉻膜，遠紫外可用鉑膜和銦膜。如果對反射率要求較高可選用 電介質(zhì)多層高反射膜。
如圖3所示，所述光源模塊5包括聚光鏡501、光源502、光欄 503和準直透鏡504，在所述光源502的引腳上裝有散熱塊506，使 機械散熱和氣流交換散熱相結(jié)合，散熱效果大大提高，有效地控制了 掃描器的工作溫度。在光學方面，采用由聚光鏡501、光源502、光 欄503、準直透鏡504和45°掃描接收鏡9組成的共軸光路。相對離 軸光路系統(tǒng)，由于共軸式光路系統(tǒng)占用空間小、結(jié)構(gòu)簡單，可以減輕 機械方面給電機帶來的負載，便于動平衡的校正，聚光鏡501的加入 使得光能利用率大大提高，該光路中光欄503的位置和準直透鏡504 的焦距的選擇尤為重要，合理的設(shè)計可有效控制出射光斑大小，使得 出射光斑更具均勻性和規(guī)律性。在這種結(jié)構(gòu)下光源502發(fā)出的光透過 光欄503經(jīng)準直透鏡504準直后透過掃描接收鏡9的中心孔到達探測 對象，經(jīng)探測對象吸收后的漫反射光返回掃描接收鏡9并經(jīng)其反射給 后光路和探測系統(tǒng)。
所述光源模塊5為模塊類結(jié)構(gòu)，便于拆裝和更換。安裝該模塊時， 聚光鏡501可以直接用膠水固定，準直鏡504 —般通過準直鏡筒近準 直鏡504端的螺紋固定于光源模塊的主體結(jié)構(gòu)上。光源的固定也可以 采用模塊化固定，本發(fā)明為光源設(shè)計了一種外殼，光源通過外殼與光 源模塊的主體機構(gòu)固定。光欄可以是獨立結(jié)構(gòu)，也可以和光源模塊的主體結(jié)構(gòu)一體。準直鏡和聚光鏡及光欄的同心度通過各自的外直徑保
證。安裝完畢后要保證聚光鏡501、光源502、光欄503、準直透鏡 504的中心和掃描接收鏡9的反射面中心在同一條直線上，即共軸。 準直透鏡504光學參數(shù)和光欄503的尺寸及位置會影響出射光斑的質(zhì) 量，該掃描器要保證出射光斑繞光軸的旋轉(zhuǎn)對稱度和均勻度。
如圖4、圖5所示，所述滑環(huán)模塊3的轉(zhuǎn)子部分是導電銅軸302、 絕緣軸套303;所述滑環(huán)模塊3的定子部分是由壓簧304、碳刷305 和滑環(huán)固定架301形成。
所述滑環(huán)模塊3為模塊類結(jié)構(gòu)，便于拆裝和更換。安裝該模塊時， 首先將導電銅軸302與絕緣軸套303緊配在一起，然后將絕緣軸套 303與電機軸10配合，導電同軸302、絕緣軸套303、電機軸10配 合時用止動螺釘止動構(gòu)成轉(zhuǎn)子部分。壓簧304、碳刷305及滑環(huán)固定 架301形成定子部分。定子部分的碳刷305通過導線306與外界電源 相連，轉(zhuǎn)子部分的導電同軸302與光源502相連，滑環(huán)模塊3通過滑 環(huán)固定架301與電機7固定。在滑環(huán)模塊3中導電同軸302 —般用導 電性較好的Tl、 T2、 TU1、 TU2、 TAgO. 1，為了減小碳刷305與導電 同軸銅302之間的接觸電阻，本發(fā)明采用上下左右對稱結(jié)構(gòu)共四對壓 簧304和碳刷305。
在光源502的供電方面，采用常見的碳刷305接觸式供電，固定 部分采用碳刷305，轉(zhuǎn)動部分采用導電銅軸302。為保證供電的穩(wěn)定 性，采用上下左右四面壓簧304推壓碳刷305式供電，上下左右對稱 的四對碳刷305并聯(lián)入電源電路，有效避免了由電機軸擾動帶來的接 觸不良問題。同時采用恒流源作為電源，避免了碳刷305接觸導電銅 軸302時電阻的變化帶來的電流波動，使得在旋轉(zhuǎn)過程中光源發(fā)光的 更加穩(wěn)定。
10在電機轉(zhuǎn)動的角度位置控制方面，在電機軸io后端加機械編碼
盤1和光耦，以便準確判斷信息的來源，對探測不同位置對象的信息 進行輸出。
各類器件安裝完畢后，首先將掃描器固定于動平衡機上，通過調(diào)
節(jié)前平衡塊8和后平衡快6使得掃描器在特定的轉(zhuǎn)速下達到動平衡要 求。動平衡調(diào)試完畢后，掃描器方可正常工作，動平衡的校準精度直 接影響電機軸10的擾動程度和整機的振動程度。
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器是一種應(yīng)用范圍較 廣的掃描器，因為其掃描接收鏡9是平面鏡，不存在光學像差，所以 與其匹配的后光學系統(tǒng)的設(shè)計具有相對的獨立性，除了距離之外基本 不存在其它的耦合參數(shù)，較為常用韻與其耦合的后光學系統(tǒng)有牛頓望 遠鏡系統(tǒng)、伽利略望遠鏡系統(tǒng)、卡塞格林望遠鏡系統(tǒng)等。
由主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器和后光學結(jié)構(gòu)組合起來的系統(tǒng)稱為 光機掃描探測系統(tǒng)，可以用來檢測小麥、大豆等糧食作物和煙葉、茶 葉等經(jīng)濟作物以及鋼鐵、玻璃、紡線、木屑等工業(yè)原料的顏色、形狀、 水份、成分等物理和化學特性，通過選用不同的后光學系統(tǒng)和和不同 譜段的光學探測器可以定性或定量的對目標的上述物理及化學特征 進行分析。
主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器總的一般工作方式有兩種， 一種是靜態(tài) 觀測式掃描，用在動態(tài)的生產(chǎn)線上，掃描器位置固定，物料相對掃描 器平動， 一般用在煙草、木屑、鋼鐵、玻璃等待測對象的傳送帶上方， 傳送帶的平動與掃描器的轉(zhuǎn)動形成覆蓋式掃描；另外一種是動態(tài)觀測 式掃描，用于測量靜止的大范圍目標，掃描器位于移動設(shè)備上，掃描 器的轉(zhuǎn)動與移動設(shè)備的平動相結(jié)合實現(xiàn)覆蓋式掃描。
ii
權(quán)利要求
1、一種主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于一可控電機固定于電機固定架上，一機械編碼盤和后平衡塊通過銷子固定于電機軸的后端，一滑環(huán)模塊通過滑環(huán)固定架與電機軸前端面連接，前平衡塊在前端的電機軸上通過定位鍵與電機軸的鍵槽配合，用軸向止動螺釘固定；一掃描接收鏡通過45°連接塊與電機軸連接，45°連接塊與掃描接收鏡共同設(shè)有一垂直通孔，一光源模塊的準直鏡筒插入該通孔中并固定于45°連接塊上，通過45°連接塊與電機軸連接，且掃描接收鏡反射面中心在光源模塊的中心軸上，光源隨掃描接收鏡在電機控制下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)主動式覆蓋型掃描。
2、 按權(quán)利要求1所述的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于 所述光源模塊固定于電機軸上，與掃描鏡一起在電機的控制下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了光源轉(zhuǎn)動。
3、 按權(quán)利要求1所述的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于 所述光源模塊包括聚光鏡、光源、光欄和準直鏡，在所述光源的引腳上裝有散熱塊，光源在掃描接收鏡的后方，光束透過掃描接收鏡 的中心孔直接到達探測對象。
4、 按權(quán)利要求1所述的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于所述的掃描接收鏡為橢圓平面反射鏡，鏡面與電機軸的夾角為45°公差為±0. 2°。
5、 按權(quán)利要求1所述的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于所述滑環(huán)模塊的轉(zhuǎn)子部分是導電銅軸與絕緣軸套的緊配合，絕緣 軸套與電機軸的緊配后用止動螺釘構(gòu)固定，其中導電銅軸與光源模塊的光源連接；所述滑環(huán)模塊的定子部分是由壓簧、碳刷和滑環(huán)固定架形成，其中碳刷通過導線與電源連接。
6、按權(quán)利要求4所述的主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，其特征在于: 所述的滑環(huán)模塊采用四對上下左右對稱結(jié)構(gòu)的壓簧和碳刷，光源供電采用壓簧推壓碳刷供電方式，上下左右對稱的四對碳刷并聯(lián)入電源電路。
全文摘要
一種主動式旋轉(zhuǎn)平面鏡掃描器，一可控電機固定于電機固定架上，一機械編碼盤和后平衡塊通過銷子固定于電機軸的后端，一滑環(huán)模塊通過滑環(huán)固定架與電機軸前端連接，前平衡塊在前端的電機軸上通過定位鍵與電機軸的鍵槽配合，外加軸向止動螺釘止動，一掃描接收鏡通過45°連接塊與電機軸連接，45°連接塊與掃描接收鏡共同設(shè)有一垂直通孔，一光源模塊的準直鏡筒插入該通孔中，通過45°連接塊與電機軸連接，且掃描接收鏡反射面中心在光源模塊的中心軸上，光源隨掃描接收鏡在電機控制下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)主動式覆蓋型掃描。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)全方位覆蓋式掃描；提高了光能利用率；使機械散熱和氣流散熱相接合有效控制了工作溫度。
文檔編號G02B26/10GK101551520SQ200910051189
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者杰 何, 劉成廣, 周言木, 李伶俐, 趙新會 申請人:上海英雷紅外水份系統(tǒng)科技有限公司