一種確定角度位置的測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用光電元件檢測(cè)角度位置的裝置。其目的是為了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)精度高的一種確定角度位置的測(cè)量裝置。本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個(gè)光電池和光源，所述傳感器板上開(kāi)設(shè)有通孔，所述四個(gè)光電池兩兩一組以通孔中心線中心對(duì)稱安裝在傳感器板上，待檢測(cè)電機(jī)的電機(jī)軸穿過(guò)通孔，所述光源安裝在電機(jī)軸的軸心線延長(zhǎng)線上，所述遮光片分為兩個(gè)扇形遮板，兩個(gè)所述扇形遮板以電機(jī)軸軸心為圓心且以電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸心中心對(duì)稱分布，所述遮光片位于光電池與光源之間，所述四個(gè)光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大于所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
【專利說(shuō)明】一種確定角度位置的測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，特別是涉及一種利用光電元件檢測(cè)角度位置的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]角度位置檢測(cè)裝置主要用來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行角度的精確測(cè)量，涉及大量工程應(yīng)用。比如對(duì)擺動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置測(cè)量等。測(cè)角裝置的實(shí)現(xiàn)方式有許多種，每種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要針對(duì)不同應(yīng)用特點(diǎn)選擇不同的測(cè)角方式。隨著激光振鏡在工業(yè)制造、醫(yī)療美容和科研軍事領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，作為激光振鏡的核心組件“掃描電機(jī)”起到了越來(lái)越重要的作用。在掃描電機(jī)的實(shí)際使用過(guò)程中，角度位移傳感器是一種利用電機(jī)軸的角度變化來(lái)檢測(cè)鏡片擺動(dòng)位置，從而將位置信號(hào)采集到運(yùn)算控制系統(tǒng)中的裝置。
[0003]旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)角裝置因?yàn)閷?duì)磁場(chǎng)敏感而不適于某些工業(yè)環(huán)境，利用滑動(dòng)變阻器測(cè)角也因?yàn)榻佑|電阻及壽命問(wèn)題不能在許多場(chǎng)合應(yīng)用。而目前國(guó)內(nèi)整個(gè)激光行業(yè)所使用的掃描電機(jī)，大多是采用電容式角度位移傳感器，裝配工藝復(fù)雜、體積大、抗溫漂性能差、速度低、故障率高，并且蝴蝶形電容介質(zhì)片具有不可忽略的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)電機(jī)朝微型化發(fā)展時(shí)，成為電機(jī)速度的一個(gè)重要的制約因素，只能適合在中低端打標(biāo)市場(chǎng)中使用，不能滿足所有客戶的運(yùn)用需求。特別在高精度的光纖激光打標(biāo)、小體積的醫(yī)療美容以及OCT眼科設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)電容傳感器因?yàn)橹貜?fù)定位精度低、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，已越來(lái)越不能滿足高端行業(yè)的需求。
[0004]歐美國(guó)家的掃描電機(jī)均采用專業(yè)定制的扇形結(jié)構(gòu)光電池作為其位置檢測(cè)裝置，參見(jiàn)美國(guó)專利US5844673公開(kāi)了一種確定旋轉(zhuǎn)元件角度位置的檢測(cè)裝置，其中采用的四個(gè)扇形的光電池作為光源接收裝置，光源與光電池之間設(shè)置有蝶形遮光片，蝶形遮光片安裝在電機(jī)軸端部，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)遮光片旋轉(zhuǎn)，隨著遮光片旋轉(zhuǎn)，光電池表面接收光線的區(qū)域面積發(fā)生線性變化，從而產(chǎn)生的輸出電流也發(fā)生變化，根據(jù)光電池輸出電流值可以檢測(cè)到電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的角度位置。這種檢測(cè)裝置需要定制特殊的扇形光電池，定制的成本較高，并且扇形的全相大小不能做的太寬，因?yàn)槎嘤嗟谋┞秴^(qū)域會(huì)產(chǎn)生不必要的系統(tǒng)噪音，因此對(duì)扇形光電池的加工和安裝都提出了很高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)精度高的一種確定角度位置的測(cè)量裝置。
[0006]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個(gè)光電池和光源，所述傳感器板上開(kāi)設(shè)有通孔，所述四個(gè)光電池兩兩一組以通孔中心線中心對(duì)稱安裝在傳感器板上，待檢測(cè)電機(jī)的電機(jī)軸穿過(guò)通孔，所述光源安裝在電機(jī)軸的軸心線延長(zhǎng)線上，所述遮光片分為兩個(gè)扇形遮板，兩個(gè)所述扇形遮板以電機(jī)軸軸心為圓心且以電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸心中心對(duì)稱分布，所述遮光片位于光電池與光源之間，所述四個(gè)光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大于所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
[0007]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述光源安裝在光電端蓋內(nèi)，所述光電端蓋固定安裝在電機(jī)殼底部，所述光源的引線焊接于傳感器板上；所述光電端蓋光源發(fā)射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大于(R_r)/H，其中R為遮光片的扇形遮片外沿的直徑，r為光源的直徑，H為光源與光電池的垂直距離。
[0008]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述光電端蓋的材料為黑色工程塑料。
[0009]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述光電池采用四象限光敏二極管。
[0010]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述遮光片與光電傳感器之間的距離為 0.2mm ?0.4mm。
[0011]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述遮光片的材料為合金鋼片。
[0012]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其中所述電機(jī)軸通過(guò)軸承安裝在電機(jī)殼內(nèi)，所述傳感器板固定安裝在電機(jī)殼底部。
[0013]本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于:其一，本發(fā)明對(duì)安裝在傳感器板上的光電池的形狀進(jìn)行了改變，本發(fā)明的光電池改變?yōu)槠胀ǖ木匦?；其二，本發(fā)明對(duì)光源的投射范圍進(jìn)行了限定，本發(fā)明使用的光源投射在光電池上的光斑直徑控制為不大于所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。首先從本發(fā)明技術(shù)效果來(lái)講:由于將光斑大小控制在遮光片的扇形遮片外沿的直徑范圍內(nèi)，故即便光電池變?yōu)榱似胀ǖ木匦危趯?shí)際檢測(cè)時(shí)，光電池暴露在光照范圍內(nèi)的部分仍然呈線性變化，不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)噪音，或產(chǎn)生的系統(tǒng)噪音在允許的范圍內(nèi)，繼續(xù)保持了工業(yè)制造行業(yè)高精度的打標(biāo)性能和醫(yī)療科研等應(yīng)用領(lǐng)域長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性。其次從本發(fā)明的技術(shù)難度上來(lái)講:一方面，本發(fā)明采用的普通的矩形光電池在加工難度上較現(xiàn)有的扇形光電池容易很多，且安裝難度上也有很大降低；另一方面，將光斑大小控制在遮光片的扇形遮片外沿的直徑范圍內(nèi)的技術(shù)也是很容易實(shí)現(xiàn)的。最后，從本發(fā)明的生產(chǎn)成本來(lái)講:由于本發(fā)明的檢測(cè)裝置采用的是普通的矩形光電池，節(jié)省了 2/3的生產(chǎn)費(fèi)用。
[0014]本發(fā)明將光斑大小控制在遮光片的扇形遮片外沿的直徑范圍內(nèi)是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的:光電端蓋光源發(fā)射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大于(R_r)/H，其中R為遮光片的扇形遮片外沿的直徑，r為光源的直徑，H為光源與光電池的垂直距離，由于光電端蓋為注塑成型的，所以，很容易計(jì)算出光電端蓋的形狀參數(shù)，相較于扇形光電池的技術(shù)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)難度，提高了工作效率。
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置作進(jìn)一步說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置的主視剖視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置中傳感器板的仰視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置中遮光片的仰視圖；
[0019]圖4為本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置中光源投射在光電池上的光斑位置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明一種確定角度位置的測(cè)量裝置包括傳感器板1、合金鋼片材質(zhì)遮光片3、四個(gè)矩形光電池9、10、11、12和一個(gè)光源6。傳感器板I上開(kāi)設(shè)有通孔8，光電池9、10、11、12采用四象限光敏二極管，四個(gè)光電池9、10、11、12兩兩一組以通孔8中心線中心對(duì)稱安裝在傳感器板I上，傳感器板I固定安裝在電機(jī)殼2底部。待檢測(cè)電機(jī)的電機(jī)軸4穿過(guò)通孔8通過(guò)軸承安裝在電機(jī)殼2內(nèi)，光源6安裝在電機(jī)軸4的軸心線延長(zhǎng)線上。遮光片3分為兩個(gè)扇形遮板，兩個(gè)扇形遮板以電機(jī)軸4軸心為圓心且以電機(jī)軸4軸心中心對(duì)稱分布，遮光片3位于光電池9、10、11、12與光源6之間,遮光片3與光電池9、10、
11、12之間的距離為0.2mm?0.4mm。光源6安裝在黑色工程塑料材質(zhì)的光電端蓋5內(nèi)，光電端蓋5固定安裝在電機(jī)殼2底部,光源6的引線7焊接于傳感器板I上；光電端蓋5光源發(fā)射孔51為錐形孔，且該錐形孔錐度不大于(R_r) /H，其中R為遮光片3的扇形遮片外沿的直徑，H為光源6與光電池9、10、11、12的垂直距離，由此參數(shù)關(guān)系可以得知，如圖4所示，光源6投射在光電池9、10、11、12上的光斑13直徑不大于遮光片3的扇形遮片外沿的直徑。
[0021]當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，光源6透過(guò)光源發(fā)射孔51在四個(gè)光電池9、10、11、12上形成一個(gè)光斑13，且該光斑13的直徑小于遮光片3的外沿直徑，隨著電機(jī)軸4帶動(dòng)遮光片3轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)對(duì)角的光電池9、11上的光斑面積增大,另外兩個(gè)對(duì)角的光電池10、12上的光斑面積減小，由于四片光電池9、10、11、12對(duì)角并聯(lián)，因此互為對(duì)角的光電池9、10、11、12各形成一個(gè)傳感器對(duì)，其中一個(gè)傳感器對(duì)的輸出增長(zhǎng)時(shí)，另一個(gè)傳感器對(duì)的輸出會(huì)減小。兩個(gè)傳感器對(duì)的輸出分別接至一個(gè)差分放大器的兩個(gè)輸入端，就會(huì)輸出與電機(jī)軸4角度呈線性變化的雙極性電信號(hào)，由此就可以測(cè)定電機(jī)軸4的角度位置。
[0022]本發(fā)明的光源發(fā)射孔51為錐形孔，且該錐形孔錐度不大于(R_r)/H，其中R為遮光片3的扇形遮片外沿的直徑，r為光源6的直徑，H為光源6與光電池9、10、11、12的垂直距離，由于光電端蓋5為注塑成型的，所以，很容易計(jì)算出光電端蓋5的形狀參數(shù)，相較于扇形光電池的技術(shù)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)難度，提高了工作效率?；诠庠?投射光斑13大小控制在遮光片3的扇形遮片外沿的直徑范圍內(nèi)，將安裝在傳感器板I上的光電池9、10、11、12的形狀設(shè)置為普通的矩形，其在加工難度上較現(xiàn)有的扇形光電池容易很多，且安裝難度上也有很大降低；而且在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，光電池9、10、11、12暴露在光照范圍內(nèi)的部分仍然呈線性變化，不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)噪音，或產(chǎn)生的系統(tǒng)噪音在允許的范圍內(nèi)，繼續(xù)保持了工業(yè)制造行業(yè)高精度的打標(biāo)性能和醫(yī)療科研等應(yīng)用領(lǐng)域長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性。
[0023]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種確定角度位置的測(cè)量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個(gè)光電池和光源，所述傳感器板上開(kāi)設(shè)有通孔，所述四個(gè)光電池兩兩一組以通孔中心線中心對(duì)稱安裝在傳感器板上，待檢測(cè)電機(jī)的電機(jī)軸穿過(guò)通孔，所述光源安裝在電機(jī)軸的軸心線延長(zhǎng)線上，所述遮光片分為兩個(gè)扇形遮板，兩個(gè)所述扇形遮板以電機(jī)軸軸心為圓心且以電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸心中心對(duì)稱分布，所述遮光片位于光電池與光源之間，其特征在于:所述四個(gè)光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大于所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述光源安裝在光電端蓋內(nèi)，所述光電端蓋固定安裝在電機(jī)殼底部，所述光源的引線焊接于傳感器板上；所述光電端蓋光源發(fā)射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大于(R_r)/H，其中R為遮光片的扇形遮片外沿的直徑，r為光源的直徑，H為光源與光電池的垂直距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述光電端蓋的材料為黑色工程塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述光電池采用四象限光敏二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述遮光片與光電傳感器之間的距離為0.2mm?0.4臟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述遮光片的材料為合金鋼片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的一種確定角度位置的測(cè)量裝置，其特征在于:所述電機(jī)軸通過(guò)軸承安裝在電機(jī)殼內(nèi)，所述傳感器板固定安裝在電機(jī)殼底部。
【文檔編號(hào)】G01D5/347GK104330100SQ201410609585
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】周雙留, 劉曉東 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江金海創(chuàng)科技有限公司