用於掃描電機的位置探測器改進結構以及該掃描電機的製作方法

2024-02-29 20:31:15

專利名稱：用於掃描電機的位置探測器改進結構以及該掃描電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射加工領域，尤其涉及一種用於掃描電機的位置探測器改進結 構以及該掃描電機。
背景技術：
目前，隨著的製造和加工自動化程度不斷提高，空間位置的精確測量已經成為加 工和製造高精度產品的先決條件。在雷射加工領域需要對雷射光束的軌跡進行精密控制。 光學掃描電機就應用於這一領域。掃描電機有一個可旋轉的軸，在轉軸上安裝有一個反射 鏡，當雷射光束照射到反射鏡時，通過電機轉動轉軸就可以改變反射光的出射軌跡。把兩個 這樣的掃描電機組合起來就能夠實現一種雷射的二維反射。通過對光束軌跡的精密控制， 能夠精確的確定轉軸當前的角度。但是，當轉軸的角度偏離設定的角度時，控制裝置無法進 行校正。現有的確定轉軸偏離角度的設備主要由位置探測器來承擔，其能夠輸出當前轉軸 控制的信號值。但這種位置探測器存在結構設計缺陷，如使用中，光電傳感器本身無法避 免的會產生漂移，掃描電機的精度、重複性以及穩定性等受到很大的制約。產生上述現象的 原因在於光電傳感器無法在恆定的溫度下工作，長此以往，導致其性能不穩定。現有位置探測器通常使用光源直接照射光探測器的方案，為實現探測目的，光源 會與光探測器產生一定的距離，不僅需要大範圍的布線，而且導致位置探測器的深度增加， 結構不夠緊湊；此外，現有的位置探測器光源通過反射裝置照射光探測器的方案，由於反射 裝置結構設計不合理，無法產生均一性的漫反射，影響掃描電機的性能和穩定性。

實用新型內容本實用新型實施例所要解決的技術問題在於，提供一種用於掃描電機的位置探測 器改進結構以及該掃描電機，其可以保持位置探測器在恆定的溫度下工作，改進後的光電 傳感器能夠達到更高的角解析度和更小的漂移，性能與精度得到提升。為了解決上述技術問題，本實用新型實施例提供了一種用於掃描電機的位置探測 器改進結構，包括用於對所述掃描電機的轉子的轉動位置進行探測的光電傳感器、用於固 定所述光電傳感器的固持體、密封體以及端蓋，所述光電傳感器固定設置在所述固持體、所 述密封體以及所述端蓋相互固持圍擋形成的密封空間中，所述密封空間中具有一可加熱升 溫的加熱裝置；所述光電傳感器包括光源、擋光片、可輸出測量所述擋光片位置信號的光探測器 以及反光裝置，所述反光裝置置於可反射所述光源發出的光線於所述光探測器的所述密封 空間中。所述固持體呈中空的環形盤狀，所述固持體環狀側壁上開設環槽，所述加熱裝置 置放在所述環槽中。所述反光裝置的一側具有可對所述光源發射的光線產生漫反射效果的弧面。[0010] 所述密封體是具有開口端的中空筒狀結構，所述反光裝置位於所述擋光片的一側
設置在所述密封體中空腔體的底部。 優選的，所述密封體腔體的內部塗有反光材料層。所述固持體中部設有自其表面延展凸設的凸臺；所述密封空間是所述密封體開口端內側壁的壁面卡持固定在所述凸臺的環狀外 壁上，且所述端蓋抵頂固定所述密封體形成的。所述光源和所述光探測器堆疊貼設在所述位置探測器具有的電路板上；所述電路 板和所述反光裝置分別位於所述擋光板的兩側。所述光探測器輸出的所述擋光片的位置信號和經所述反光裝置反射到所述光探 測器上光線的光強度與所述擋光片的角位置保持線性關係。優選的，所述加熱裝置包括電熱絲。實施本實用新型實施例還公開了一種掃描電機，包括上述的位置探測器的改進結 構。實施本實用新型實施例的用於掃描電機的位置探測器改進結構以及該掃描電機， 由於位置探測器包括加熱裝置，其容置在固持體的環狀側壁上開設的環槽中，在加熱裝置 的加熱作用下，固持體、密封體以及端蓋相互固持圍擋形成的密封空間可迅速達到某一恆 定溫度，光電傳感器可迅速進入工作狀態，提升工作性能。此外，由於設置具有弧面以及使 用漫反射材料製成的反光裝置，使得光探測器不受光源與反射裝置間的誤差，或反射裝置 與光探測器之間安裝誤差的影響，並且能夠降低掃描電機對光源的質量要求。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前 提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型實施例用於掃描電機的位置探測器的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例用於掃描電機的位置探測器的截面局部剖視結構示意 圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型作進一步地詳細描述。結合參見圖1、圖2所示，本實用新型實施例的用於掃描電機的位置探測器1的改 進結構包括用於對所述掃描電機的轉子3的轉動位置進行探測的光電傳感器12、用於固定 所述光電傳感器12的固持體14、密封體16以及端蓋17，所述光電傳感器12固定設置在所 述固持體14、所述密封體16以及所述端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間中。光電傳感器12可以對掃描電機的轉子的轉動位置進行探測，其包括光源122、擋 光片124、可輸出測量所述擋光片124位置信號的光探測器126以及反光裝置128，其中，光 源122和光探測器126堆疊貼設在所述位置探測器具有的電路板7上，本實施例子中，光源122設置為兩個，分別位於固定裝配所述光探測器126的中心軸的兩側，且對稱分布，多個 光源可以保證發出光線強度均勻的光線，擋光片124位於位置探測器1具有的電路板7靠 近所述光源122的一側，其固定裝設在掃描電機轉子3的端部，掃描電機的轉子3帶動所述 擋光片124旋轉時，擋光片124可以對所述光探測器126產生均勻遮擋的效果。可以理解的是，光源122在具體實施中的數量並不確定，可以是一個也可以是多 個，並不限定。優選的，光源122使用發光二極體。可輸出測量所述擋光片124位置信號的光探測器126包括由蓋板1261遮擋光電 池1262所形成的光敏元件1263，其中，蓋板1261位於所述光源122靠近所述擋光片124 — 側相對的另一側，即蓋板1261位於光電池1262的一側且更靠近於光源122，蓋板1261呈盤 狀，其表面開設對稱其裝配中心軸的呈扇形排布的環狀通孔12611 ；光電池1262呈條狀，分 別裝設在蓋板1261 —側具有通孔12611的位置上，可以理解的是，光電池1262的面積略大 於蓋板1261所開設的呈扇形排布的環狀通孔12611的面積，這樣，蓋板1261遮擋了部分光 電池1262分別形成了與所述蓋板1261開設通孔12611形狀相當的光敏元件12631、光敏元 件12632、光敏元件12633以及光敏元件12634。其他實施方式中，光敏元件1263也可以是蓋板1261遮擋光電池1262所形成光探 測器126形式外的其他形式，如將光敏元件1263直接製成呈扇形排布的環形，這樣，光探測 器126輸出測量所述擋光片124的位置信號將與擋光片124呈線性關係；光電池1262的形 狀並不限定，可以是除方形外的其他形狀，如圓形，只要滿足光電池1262的面積略大於蓋 板1261所開設的呈扇形排布的環狀通孔12611的面積即可，本實施例中，光電池1262為兩 組，每組光電池1262所形成的光敏元件間具有空隙，其在掃描電機的轉子3中心軸線方向 上對稱的排布，這樣的位置排布，使得其所形成的光敏元件1263被擋光片124遮蓋時，可以 產生相同的變化量，此外，也可使用多塊光電池1262，如六塊、八塊等等，這樣光探測器126 將輸出放大了的所述擋光片124的位置信號，信號的處理速度也將變快，從而提升光探測 器126的運行性能。值得說明的是，為避免光探測器126輸出測量所述擋光片124的位置信號對於因 受熱影響和安裝誤差引起的輻射光強度的變化不敏感，具體實施中，可以將具有相同覆蓋 範圍的兩個相對的光敏元件1263相加，例如，光敏元件12631和光敏元件12633的輸出相 加，光敏元件12632和光敏元件12634相加，產生兩個信號和，然後在將兩個信號和相減，這 個信號差與擋光片124的位置呈線性關係，即得到的信號差值為當前轉軸3的測量信號。同時，也可將上述所有光敏元件1263的輸出信號和相加，這樣，光源的強度與這 個信號和相對應，能夠對由於老化或是熱影響產生的發熱光強度變化進行補償。蓋板1261的表面可設多個功用不同的開孔，例如，其中部的圓孔12612。反光裝置128設置在擋光片124靠近所述光源122 —側相對的另一側所述開口密 封體16腔體的底部位置，其裝配中心軸線位於掃描電機轉子3的轉動中心軸線上，反光裝 置128的一側具有弧面，其可對光源122發射的光線產生漫反射，光源122發出的光線能夠 直接照射到反光裝置128上，並被反光裝置128反射到光探測器126上。具體實施中，反光 裝置128使用可以滿足漫反射條件的反射材料製成，例如，聚四氟乙烯，其設置的弧面以及 使用的反射材料可以較佳的實現漫反射的條件從而達到對光探測器126有效照射區域均 勻照射的目的，經反光裝置128反射到光探測器126表面的光的光強度的均一性對光探測
5器126輸出測量所述擋光片124的位置信號與待探測的擋光片124的位置將保持很好的線 性關係，此外，具有弧面的反光裝置128能夠降低對光源的質量要求。具體實施中，設置弧面以及使用漫反射材料製成的反光裝置128，使得光探測器 126不受光源122與反射裝置128間的誤差，或反射裝置128與光探測器126之間安裝誤差 的影響，具體的，光源122可以更貼近光探測器126，通過信號線或電源線能夠直接同時連 接光探測器126和光源122而不需要大範圍的布線，光源122與反射裝置128間可以設置 較淺的深度，不會增加整個位置探測器1前端的高度，結構更加緊湊。電路板7呈狹長板狀，其固定設置在固持體14 一側面上，其分別貫通設置用於置 放光源122的第一通孔72以及用於掃描電機轉子3穿過的第二通孔74，光源122置放在第 一通孔72中和光探測器126被緊湊的固定在電路板7的一端，掃描電機轉子3能夠通過第 二通孔74穿過電路板7，優選的，電路板7上具有若干用於連接固定的定位孔(未圖示)。固持體14呈中空的環形盤狀，其一端的環轉側壁卡持固定在掃描電機相應的卡 槽(圖未示)中，固持體14的中部開設用於掃描電機轉子3通過的通孔141，其中部具有自 其表面延展凸設的凸臺142，其中，密封體16開口端內側壁壁面密封卡持固定在凸臺142的 環狀外壁上，端蓋17位於掃描電機的端部將密封體16相抵頂固定。固持體14、密封體16 以及端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間能夠將光探測器126封裝起來，使其免於受到灰 塵以及水的破壞。本實用新型實施例的用於掃描電機的位置探測器1還包括加熱裝置18，所述加熱 裝置18由所述固持體14相固持。具體的，固持體14的環狀側壁上開設可容置加熱裝置18的環槽143，具體實施中， 環槽143的此寸和位置並不限定，主要滿足加熱裝置18可固持在固持體14且在其與密封 體16以及端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間中即可。優選的，加熱裝置18為電熱絲。密封體16是一端具有開口的中空筒狀結構，反光裝置128設置在密封體16腔體 的底部位置，其裝配中心軸線位於掃描電機轉子3的轉動中心軸線上，密封體16腔體的內 部塗有反光材料層，光源122照射到密封體16內壁壁面時，光線可進行漫反射。具體裝配過程中，可先用蓋板1261遮擋光電池1262形成光探測器126，在將光探 測器126與光源122印製在電路板7上，掃描電機轉子3穿過電路板7中部開設的第二通孔 74穿過電路板7，並通過電路板7上具有的定位孔將電路板7固定在固持體14上，具體的， 可使用銷釘連接，將電熱絲置放在固持體14具有的環槽143中，並完成相應的電路連接；緊 接著，通過螺釘及銷釘將裝配了電路板7的固持體14固定在掃描電機相應的卡槽中，完成 固持體14的固定，相對電路板7開設第二通孔74 一端的另一端具有若干通孔(未圖示)， 這些通孔(未圖示)可用於光電傳感器12的其它電連接。完成上述裝配過程後，將反射裝置128置放在密封體16的底部，並將反射裝置128 具有弧狀表面的一側朝向密封體16的開口端放置，然後，將密封體16開口端內側壁壁面密 封卡持固定在固持體14 一側具有的凸臺142的環狀外壁上，同時，端蓋17將密封體16相 抵頂固定在掃描電機的端部，至此，光電傳感器12密封在固持體14、密封體16以及端蓋17 相互固持圍擋形成的密封空間中。本實用新型實施例的用於掃描電機的位置探測器1的改進結構在具體實施時，由於固持體14具有的環槽143中置放加熱裝置18，如電熱絲，在電熱絲的加熱作用下，固持體 14、密封體16以及端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間可迅速達到某一恆定溫度，光電傳 感器12可迅速進入工作狀態，光電傳感器12具有的光源122向反光裝置18發射光源，由 於反光裝置128的一側具有弧面，其可對光源122發射的光線產生漫反射，光源122發出的 光線能夠直接照射到反光裝置128上，並被反光裝置128反射到光探測器126具有的光敏 元件1263上，且光線均勻；擋光片124在掃描電機轉子3的轉動下旋轉，光敏元件12631、 光敏元件12632、光敏元件12633以及光敏元件12634在擋光片128的作用下有效的接收光 線的面積或增加或減小，但反光裝置128反射的總的光照強度與每個光敏元件1263的有效 接受面積均和擋光片128的角位置有關，當光敏元件1263和擋光片124調節對稱時，兩組 光電池1262間的覆蓋面積是相等的，即單個光敏元件1263輸出的所述擋光片124的位置 信號與照射到其表面的總的光照強度是成比例的，因此，光探測器126輸出的擋光片124的 位置信號與光敏元件1263未被擋光片124遮擋的面積相關，因此，光敏元件1263輸出的所 述擋光片124的位置信號與擋光片124相對轉子3的角位置成比例關係，具體的，可以將具 有相同覆蓋範圍的兩個相對的光敏元件1263相加，例如，光敏元件12631和光敏元件12633 的輸出相加，光敏元件12632和光敏元件12634相加，產生兩個信號和，然後在將兩個信號 和相減，這個信號差與擋光片124的位置呈線性關係，即得到的信號差值為當前轉軸3的測 量信號；同時，也可將上述所有光敏元件1263的輸出信號和相加，這樣，光源的強度與這個 信號和相對應，能夠對由於老化或是熱影響產生的發熱光強度變化進行補償，以減小漂移。本使用新型還公開了一種掃描電機，包括位置探測器1、定子以及轉子3，所述轉 子3相對於定子轉動，所述位置探測器1可對所述轉子3的轉動進行位置探測，所述位置探 測器1包括用於對所述掃描電機的轉子3的轉動位置進行探測的光電傳感器12、用於固定 所述光電傳感器12的固持體14、密封體16以及端蓋17，所述光電傳感器12固定設置在所 述固持體14、所述密封體16以及所述端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間中，具體實施方 式與位置探測器1的實施方式相同，不再贅述。實用新型實施例用於掃描電機的位置探測器改進結構以及該掃描電機，由於位置 探測器包括加熱裝置18，其容置在固持體14的環狀側壁上開設的環槽143中，在加熱裝置 18的加熱作用下，固持體14、密封體16以及端蓋17相互固持圍擋形成的密封空間可迅速 達到某一恆定溫度，光電傳感器12可迅速進入工作狀態，提升工作性能。此外，由於設置具 有弧面以及使用漫反射材料製成的反光裝置128，使得光探測器126不受光源122與反射裝 置128間的誤差，或反射裝置128與光探測器126之間安裝誤差的影響，並且能夠降低掃描 電機對光源122的質量要求。以上所揭露的僅為本實用新型一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用 新型之權利範圍，因此依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的 範圍。
權利要求一種用於掃描電機的位置探測器的改進結構，包括用於對所述掃描電機的轉子的轉動位置進行探測的光電傳感器、用於固定所述光電傳感器的固持體、密封體以及端蓋，所述光電傳感器固定設置在所述固持體、所述密封體以及所述端蓋相互固持圍擋形成的密封空間中，其特徵在於，所述密封空間中具有一可加熱升溫的加熱裝置；所述光電傳感器包括光源、擋光片、可輸出測量所述擋光片位置信號的光探測器以及反光裝置，所述反光裝置置於可反射所述光源發出的光線於所述光探測器的所述密封空間中。
2.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於所述固 持體呈中空的環形盤狀，所述固持體環狀側壁上開設環槽，所述加熱裝置置放在所述環槽 中。
3.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於所述反 光裝置的一側具有可對所述光源發射的光線產生漫反射效果的弧面。
4.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於，所述密 封體是具有開口端的中空筒狀結構，所述反光裝置位於所述擋光片的一側設置在所述密封 體中空腔體的底部。
5.如權利要求4所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於，所述密 封體腔體的內部塗有反光材料層。
6.如權利要求4所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於，所述固 持體中部設有自其表面延展凸設的凸臺；所述密封空間是所述密封體開口端內側壁的壁面卡持固定在所述凸臺的環狀外壁上， 且所述端蓋抵頂固定在所述密封體上形成的。
7.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於所述光 源和所述光探測器堆疊貼設在所述位置探測器具有的電路板上；所述電路板和所述反光裝 置分別位於所述擋光板的兩側。
8.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於所述光 探測器輸出的所述擋光片的位置信號和經所述反光裝置反射到所述光探測器上光線的光 強度與所述擋光片的角位置保持線性關係。
9.如權利要求1所述的用於掃描電機的位置探測器的改進結構，其特徵在於所述加 熱裝置包括電熱絲。
10.一種掃描電機，其特徵在於所述掃描電機包括如權利要求1至9任一項所述的位 置探測器的改進結構。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種位置探測器，包括光電傳感器、固持體、密封體以及端蓋，所述光電傳感器固定設置在所述固持體、所述密封體以及所述端蓋相互固持圍擋形成的密封空間中，所述密封空間中具有一可加熱升溫的加熱裝置；所述光電傳感器包括光源、擋光片、可輸出測量所述擋光片位置信號的光探測器以及反光裝置，所述反光裝置置於可反射所述光源發出的光線於所述光探測器的所述密封空間中。本實用新型實施例還公開了一種掃描電機。採用本實用新型實施例的用於掃描電機的位置探測器改進結構以及該掃描電機，其可以保持位置探測器在恆定的溫度下工作，改進後的光電傳感器能夠達到更高的角解析度和更小的漂移，性能與精度得到提升。
文檔編號G01B11/26GK201653383SQ20102016413
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者張佔穩 申請人:張佔穩