一種確定角度位置的測量裝置製造方法

2023-05-13 20:35:26

一種確定角度位置的測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用光電元件檢測角度位置的裝置。其目的是為了提供一種結構簡單、成本低、檢測精度高的一種確定角度位置的測量裝置。本發明一種確定角度位置的測量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個光電池和光源，所述傳感器板上開設有通孔，所述四個光電池兩兩一組以通孔中心線中心對稱安裝在傳感器板上，待檢測電機的電機軸穿過通孔，所述光源安裝在電機軸的軸心線延長線上，所述遮光片分為兩個扇形遮板，兩個所述扇形遮板以電機軸軸心為圓心且以電機轉軸軸心中心對稱分布，所述遮光片位於光電池與光源之間，所述四個光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大於所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
【專利說明】一種確定角度位置的測量裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢測裝置，特別是涉及一種利用光電元件檢測角度位置的裝置。

【背景技術】
[0002]角度位置檢測裝置主要用來對旋轉部件進行角度的精確測量，涉及大量工程應用。比如對擺動電機進行轉子位置測量等。測角裝置的實現方式有許多種，每種方式各有優缺點，需要針對不同應用特點選擇不同的測角方式。隨著雷射振鏡在工業製造、醫療美容和科研軍事領域應用範圍的不斷擴大，作為雷射振鏡的核心組件「掃描電機」起到了越來越重要的作用。在掃描電機的實際使用過程中，角度位移傳感器是一種利用電機軸的角度變化來檢測鏡片擺動位置，從而將位置信號採集到運算控制系統中的裝置。
[0003]旋轉變壓器測角裝置因為對磁場敏感而不適於某些工業環境，利用滑動變阻器測角也因為接觸電阻及壽命問題不能在許多場合應用。而目前國內整個雷射行業所使用的掃描電機，大多是採用電容式角度位移傳感器，裝配工藝複雜、體積大、抗溫漂性能差、速度低、故障率高，並且蝴蝶形電容介質片具有不可忽略的轉動慣量，當電機朝微型化發展時，成為電機速度的一個重要的制約因素，只能適合在中低端打標市場中使用，不能滿足所有客戶的運用需求。特別在高精度的光纖雷射打標、小體積的醫療美容以及OCT眼科設備等應用領域，傳統電容傳感器因為重複定位精度低、抗幹擾能力差等缺點，已越來越不能滿足高端行業的需求。
[0004]歐美國家的掃描電機均採用專業定製的扇形結構光電池作為其位置檢測裝置，參見美國專利US5844673公開了一種確定旋轉元件角度位置的檢測裝置，其中採用的四個扇形的光電池作為光源接收裝置，光源與光電池之間設置有蝶形遮光片，蝶形遮光片安裝在電機軸端部，當電機軸轉動時帶動遮光片旋轉，隨著遮光片旋轉，光電池表面接收光線的區域面積發生線性變化，從而產生的輸出電流也發生變化，根據光電池輸出電流值可以檢測到電機軸旋轉的角度位置。這種檢測裝置需要定製特殊的扇形光電池，定製的成本較高，並且扇形的全相大小不能做的太寬，因為多餘的暴露區域會產生不必要的系統噪音，因此對扇形光電池的加工和安裝都提出了很高的要求。


【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本低、檢測精度高的一種確定角度位置的測量裝置。
[0006]本發明一種確定角度位置的測量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個光電池和光源，所述傳感器板上開設有通孔，所述四個光電池兩兩一組以通孔中心線中心對稱安裝在傳感器板上，待檢測電機的電機軸穿過通孔，所述光源安裝在電機軸的軸心線延長線上，所述遮光片分為兩個扇形遮板，兩個所述扇形遮板以電機軸軸心為圓心且以電機轉軸軸心中心對稱分布，所述遮光片位於光電池與光源之間，所述四個光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大於所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
[0007]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述光源安裝在光電端蓋內，所述光電端蓋固定安裝在電機殼底部，所述光源的引線焊接於傳感器板上；所述光電端蓋光源發射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大於(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]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述光電端蓋的材料為黑色工程塑料。
[0009]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述光電池採用四象限光敏二極體。
[0010]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述遮光片與光電傳感器之間的距離為 0.2mm ?0.4mm。
[0011]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述遮光片的材料為合金鋼片。
[0012]本發明一種確定角度位置的測量裝置，其中所述電機軸通過軸承安裝在電機殼內，所述傳感器板固定安裝在電機殼底部。
[0013]本發明一種確定角度位置的測量裝置與現有技術不同之處在於:其一，本發明對安裝在傳感器板上的光電池的形狀進行了改變，本發明的光電池改變為普通的矩形；其二，本發明對光源的投射範圍進行了限定，本發明使用的光源投射在光電池上的光斑直徑控制為不大於所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。首先從本發明技術效果來講:由於將光斑大小控制在遮光片的扇形遮片外沿的直徑範圍內，故即便光電池變為了普通的矩形，在實際檢測時，光電池暴露在光照範圍內的部分仍然呈線性變化，不會產生系統噪音，或產生的系統噪音在允許的範圍內，繼續保持了工業製造行業高精度的打標性能和醫療科研等應用領域長時間工作的穩定性。其次從本發明的技術難度上來講:一方面，本發明採用的普通的矩形光電池在加工難度上較現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範圍內的技術也是很容易實現的。最後，從本發明的生產成本來講:由於本發明的檢測裝置採用的是普通的矩形光電池，節省了 2/3的生產費用。
[0014]本發明將光斑大小控制在遮光片的扇形遮片外沿的直徑範圍內是通過如下方式實現的:光電端蓋光源發射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大於(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，由於光電端蓋為注塑成型的，所以，很容易計算出光電端蓋的形狀參數，相較於扇形光電池的技術，節約了生產成本，降低了生產難度，提高了工作效率。
[0015]下面結合附圖對本發明一種確定角度位置的測量裝置作進一步說明。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0020]如圖1、圖2、圖3所示，本發明一種確定角度位置的測量裝置包括傳感器板1、合金鋼片材質遮光片3、四個矩形光電池9、10、11、12和一個光源6。傳感器板I上開設有通孔8，光電池9、10、11、12採用四象限光敏二極體，四個光電池9、10、11、12兩兩一組以通孔8中心線中心對稱安裝在傳感器板I上，傳感器板I固定安裝在電機殼2底部。待檢測電機的電機軸4穿過通孔8通過軸承安裝在電機殼2內，光源6安裝在電機軸4的軸心線延長線上。遮光片3分為兩個扇形遮板，兩個扇形遮板以電機軸4軸心為圓心且以電機軸4軸心中心對稱分布，遮光片3位於光電池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的光電端蓋5內，光電端蓋5固定安裝在電機殼2底部,光源6的引線7焊接於傳感器板I上；光電端蓋5光源發射孔51為錐形孔，且該錐形孔錐度不大於(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，由此參數關係可以得知，如圖4所示，光源6投射在光電池9、10、11、12上的光斑13直徑不大於遮光片3的扇形遮片外沿的直徑。
[0021]當啟動電機時，光源6透過光源發射孔51在四個光電池9、10、11、12上形成一個光斑13，且該光斑13的直徑小於遮光片3的外沿直徑，隨著電機軸4帶動遮光片3轉動，兩個對角的光電池9、11上的光斑面積增大,另外兩個對角的光電池10、12上的光斑面積減小，由於四片光電池9、10、11、12對角並聯，因此互為對角的光電池9、10、11、12各形成一個傳感器對，其中一個傳感器對的輸出增長時，另一個傳感器對的輸出會減小。兩個傳感器對的輸出分別接至一個差分放大器的兩個輸入端，就會輸出與電機軸4角度呈線性變化的雙極性電信號，由此就可以測定電機軸4的角度位置。
[0022]本發明的光源發射孔51為錐形孔，且該錐形孔錐度不大於(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，由於光電端蓋5為注塑成型的，所以，很容易計算出光電端蓋5的形狀參數，相較於扇形光電池的技術，節約了生產成本，降低了生產難度，提高了工作效率。基於光源6投射光斑13大小控制在遮光片3的扇形遮片外沿的直徑範圍內，將安裝在傳感器板I上的光電池9、10、11、12的形狀設置為普通的矩形，其在加工難度上較現有的扇形光電池容易很多，且安裝難度上也有很大降低；而且在實際檢測時，光電池9、10、11、12暴露在光照範圍內的部分仍然呈線性變化，不會產生系統噪音，或產生的系統噪音在允許的範圍內，繼續保持了工業製造行業高精度的打標性能和醫療科研等應用領域長時間工作的穩定性。
[0023]以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種確定角度位置的測量裝置，包括傳感器板、遮光片、四個光電池和光源，所述傳感器板上開設有通孔，所述四個光電池兩兩一組以通孔中心線中心對稱安裝在傳感器板上，待檢測電機的電機軸穿過通孔，所述光源安裝在電機軸的軸心線延長線上，所述遮光片分為兩個扇形遮板，兩個所述扇形遮板以電機軸軸心為圓心且以電機轉軸軸心中心對稱分布，所述遮光片位於光電池與光源之間，其特徵在於:所述四個光電池均為矩形，所述光源投射在光電池上的光斑直徑不大於所述遮光片的扇形遮片外沿的直徑。
2.根據權利要求1所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述光源安裝在光電端蓋內，所述光電端蓋固定安裝在電機殼底部，所述光源的引線焊接於傳感器板上；所述光電端蓋光源發射孔為錐形孔，且該錐形孔錐度不大於(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.根據權利要求2所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述光電端蓋的材料為黑色工程塑料。
4.根據權利要求1所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述光電池採用四象限光敏二極體。
5.根據權利要求1所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述遮光片與光電傳感器之間的距離為0.2mm?0.4臟。
6.根據權利要求1所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述遮光片的材料為合金鋼片。
7.根據權利要求1至6之一所述的一種確定角度位置的測量裝置，其特徵在於:所述電機軸通過軸承安裝在電機殼內，所述傳感器板固定安裝在電機殼底部。
【文檔編號】G01D5/347GK104330100SQ201410609585
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】周雙留, 劉曉東 申請人:鎮江金海創科技有限公司