一種旋轉積分球的製作方法

2023-12-01 14:59:21

專利名稱：一種旋轉積分球的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光輻射測量領域，具體涉及一種旋轉積分球。
背景技術：
積分球又稱為光通球，是一個中空的，內壁塗一層平整的漫反射材料的完整球殼，其典型的功能就是收集光，收集的光被用作一個散射光源或作為測量用。積分球以其操作方便、速度快、設備簡單、準確度高等優點，而廣泛應用於光源生產、照明工程和科學研究等領域。IES LM-79-08《固態照明產品批准的電氣和光度測量方法》推薦4 π和2 π兩種測量幾何來實現光源或燈具的光學性能測量。對於4π測量幾何，光源或燈具放置在球心，稱為「球心測量」，適用於所有光型分布、尺寸較小的照明產品；2π測量幾何在積壁上開口(目前一般有球壁正側面和頂部開口兩種方式)，光線從球壁開口處射入積分球內測量，稱為「球壁測量」，僅適用於前射光、尺寸較大的光源。此外，由於測量姿態影響著照明產品的光電性能，LM-79還要求在2 π測量幾何下，照明產品的測量姿態必須與其實際使用時的姿態一致，一方面，隨著人們多樣化照明條件的需求，出現了多種不同實際使用姿態的照明產品，常用的兩種積分球開口方式已經不能滿足測試要求；另一方面，為了保證積分球的測量精度，積分球的開口又不能太多，不可能在任意位置開口。為解決上述問題，公開號為CN202133466U的專利公開了一種繞過球心軸線的旋轉積分球，該技術方案雖然可以滿足燈具在任意實際狀態下的測量要求，但是在實際使用中，仍明顯存在以下不足首先，2π測量幾何時，積分球裝載上待測燈具後，待測燈具的質量使得積分球的重心偏離球心，機械結構不穩定，從而不利於積分球旋轉；其次，由於該技術方案的旋轉軸過球心，因此積分球旋轉到任意位置，球體底面離支撐部件的距離都恆定不變，當裝載燈具的採樣開口轉到球體底部時，支撐部件需足夠高，才能保證燈具不撞擊支撐部件，這樣就增大了積分球的整體高度，不方便操作；再次，積分球上會有若干接線引出，如光纜、探頭接線、供電線等，旋轉軸帶動球殼轉動時，接線隨球殼轉動，會存在繞線問題，長此以往，接線容易折斷，不僅影響積分球的使用，甚至容易會出現因導線斷裂所導致的損壞設備以及人身安全等問題。

實用新型內容針對上述現有技術的不足，本實用新型旨在提供一種易於實現平穩轉動和高精度測量的旋轉積分球。本實用新型所述的一種旋轉積分球是通過以下技術方案實現的。一種旋轉積分球，包括具有高反射性內表面的空心球殼和用以支撐空心球殼的支撐機構，在空心球殼上設置採樣開口，其特徵在於，包括旋轉軸和轉動機構，所述的旋轉軸所在的軸線偏離空心球殼的球心設置，所述的旋轉軸設置在空心球殼和轉動機構之間，並直接或間接地與空心球殼和轉動機構均相連接。[0007]本實用新型公開的旋轉積分球,空心球殼與旋轉軸連接，旋轉軸與轉動機構連接，從而轉動機構通過帶動旋轉軸旋轉，實現積分球的轉動；由於偏離球心的旋轉軸更接近球殼重心位置，易於實現積分球的平穩轉動，整個球體機械結構穩定，可實現積分球在任意位置的精確定位，測量精度高。此外，由於旋轉軸 偏離球心設置，積分球旋轉時，球體底面離支撐部件的距離不斷變化，當裝載燈具的採樣開口轉到球體底部時，球體底面離支撐部件的距離最大。這裡將積分球的平面視圖範圍定義為-90°、90°，將採樣開口位於左側且其中心軸線為水平軸線的位置定義為積分球的0°位置，積分球沿旋轉軸順時針旋轉90°為+90°，反之，逆時針旋轉90°為-90°，圖I給出了本實施例中積分球分別位於0°、土45°和±90°的情況。當球體順時針旋轉(即0° — +45° — +90° )時，球體底面離支撐機構底座的距離逐漸減小，+90°時距離最小，但由於裝載燈具的採樣開口位於積分球頂部，不需要為其預留空間，而且此時，裝載燈具的高度較低，整個系統較為穩定；而當球體逆時針旋轉(即0° — -45° — -90° )時，球體底面離支撐機構底座的距離逐漸增大，-90°時距離最大，此時裝載燈具的採樣開口位於積分球底部，恰好為待測燈具預留了更大的空間，相比於現有技術，在支撐機構具有相同高度的條件下，本技術方案給2 π測量幾何下的待測燈具預留了更大的空間，可實現更大體積的燈具的測量。本實用新型還可以通過以下技術方案進一步限定作為優選，所述的旋轉軸向空心球殼上採樣開口所在的側邊偏離球心；或者所述的旋轉軸所在的軸線經過積分球的重心。在2π測量幾何時，空心球殼上採樣開口的一邊會設置大尺寸的待測燈具，待測燈具自身的質量，使整個積分球的重心會向採樣開口的一邊偏移，為此，旋轉軸也相應地向積分球體重心方向偏移，以保證球體旋轉的平穩性和球體的精確定位。作為優選，所述的旋轉軸為空心轉軸，在空心球殼與空心轉軸的連接點及其附近位置設一個或者一個以上探測接口，從探測接口引出的接線均穿過空心轉軸、並與相應的裝置連接。這裡的探測接口包括光纖接口和溫度探頭接口，如引出的光纖連接光譜儀、溫度探頭連接溫控裝置等。積分球旋轉時，積分球上所有的接線均與旋轉軸同軸同步轉動，有效避免了球體旋轉時的繞線問題，解決了由於接線斷裂而引起的系列問題。需要注意的是，探測接口應儘可能地靠近旋轉軸，以便儘可能地縮短從球殼到空心轉軸之間的距離，減小旋轉接線的長度，避免繞線。此外，如上所述，旋轉軸的一側與轉動機構相連，從該側引線相對困難，因此上述的探測接口一般設置在與轉動機構相對的另一側。作為優選,還包括傳動機構,所述傳動機構設置在旋轉軸和轉動機構之間，並與旋轉軸和轉動機構均相連接。所述的轉動機構與傳動機構連接，傳動機構與旋轉軸連接，轉動機構轉動時通過傳動機構帶動旋轉軸旋轉。所述的轉動機構為電機或電動按鈕或者轉動手柄或其它裝置；所述的傳動機構為減速器，或者齒輪和鏈條，或者皮帶或皮帶輪或其它裝置。總之，轉動機構和傳動機構相配合以帶動旋轉軸轉動。此外，還包括控制轉動機構的控制器，所述的控制器與轉動機構電連接，從而實現積分球旋轉位置的精確定位。作為優選，所述的支撐機構包括兩根豎直支撐杆和底座，所述的空心球殼由固定半球和活動半組成，活動半球可繞其中一個豎直支撐杆旋轉，以實現積分球的開合，這種設置方式待測燈具可設置在球內，實現4π測量幾何；同時也可在積分球上設置採樣開口實現2π測量幾何。所述的空心球殼也可以是一個整體，這種設置方式可通過積分球上的採樣開口實現2 π測量幾何。作為優選，在空心球殼內設置第一燈杆和第二燈杆，第一燈杆和第二燈杆均位於過球心的軸線上、且朝向相反，所述的過球心的軸線與採樣開口的中心軸線相互垂直。在利用本實用新型的技術方案實現4 π測量幾何時，可靈活選擇不同的燈杆，測量方式靈活。以圖I中的積分球的0°位置為例，採樣開口的中心位於過球心的水平軸線上，第一燈杆和第二燈杆均位於 過球心的垂直軸線上，第一燈杆位於積分球0°位置的頂部，方向朝下；第二燈杆位於積分球0°位置的底部，方向朝上。綜上所述，本實用新型通過設置偏離球體的旋轉軸，使旋轉軸更接近球體重心位置，不僅保證積分球轉動平穩，實現球體在任意位置的精確定位，測量精度高；而且還能夠在燈具位於球體底部時，為2 π測量幾何下的燈具預留更大的空間，可測量的燈具尺寸更大；此外，所有的接線均與轉軸同軸旋轉，避免了繞線問題，解決了由於接線斷裂而引起的系列問題。

附圖I是本實用新型的旋轉積分球分別位於0°、±45°和±90°的情況；附圖2是實施例I的一種立體圖；附圖3是實施例I的另一種立體圖及其局部爆炸圖；附圖4是實施例I的正視圖；附圖5是實施例I的剖面圖。I-空心球殼；1-1-固定半球；1-2-活動半球；2_支撐機構；2-1-豎直支撐杆；2-2-底座；3_採樣開口 ；4_旋轉軸；5_轉動機構；6_空心球殼的球心；7_傳動機構；8_燈杆；8-1_第一燈杆；8-2_第二燈杆；9_控制器；10-刻度盤；11-待測燈具；12-轉軸連接板；13-探測接口 ； 13-1-光纖接口 ； 13-2-溫度探頭接口。
具體實施方式
實施例I本實用新型公開了一種旋轉積分球，既可以實現2 π測量幾何，也可以實現4π測量幾何。如圖2-5所示，該技術方案包括由固定半球1-1和活動半球1-2組成的空心球殼1，用以支撐積分球的支撐機構2，這裡的支撐機構2包括兩根豎直支撐杆2-1和底座2-2，固定半球1-1與其中一個豎直支撐杆直接或間接地固定連接，活動半球1-2繞另外一根豎直支撐杆旋轉，以實現積分球的開合，底座2-2用以支撐積分球體；在空心球殼I上設有供
231測量幾何的採樣開口 3，採樣開口 3的中心在過球心6的軸線上。本實施例中的轉動機構5為電機，傳動機構7為減速器，減速器7設置在旋轉軸4和電機5之間，並與旋轉軸4和電機5均相連接；旋轉軸4設置在空心球殼I和電機5之間，並與空心球殼I和電機5均相連接，在旋轉軸4和空心球殼I之間還設置了轉軸連接板12，旋轉軸4與轉軸連接板12連接。由於旋轉軸4所在的軸線偏離空心球殼I的球心6設置，並向空心球殼I上採樣開口 3所在的側邊偏離球心，使旋轉軸4接近球體重心。本實施例中，旋轉軸4實際偏離空心球殼的距離為100mm。實際工作時，將待測燈具11安裝在積分球的採樣開口 3上，電機5與傳動機構7帶動旋轉軸4轉動，偏置的旋轉軸4帶動積分球體轉動。一方面保證球體旋轉的平穩性，另一方面為空心球殼I位於-90°時，為採樣開口 3和燈具預留更大的空間，保證燈具能夠安全通過球體底部，不發生碰撞和阻礙球體運動等情況。這裡的旋轉軸4為空心轉軸，在空心球殼I與旋轉軸4的連接點及其附近位置多個探測接口 13，這裡的探測接口 13包括光纖接口 13-1和溫度探頭接口 13-2，探測接口 13分別與相應的裝置連接，如引出的光纖接線連接光譜儀、溫度探頭連接溫控裝置等。上述探測接口 13均靠近旋轉軸4，以便儘可能地縮短從球殼到空心轉軸之間的距離，減小旋轉接線的長度，使積分球上所有的接線均與旋轉軸4同軸同步轉動，有效避免了球體旋轉時的繞線問題，解決了由於接線斷裂而引起的系列問題。本實施例中還包括控制轉動機構的控制器9，控制器9與電機5電連接，控制器9通過控制電機5，從而實現積分球旋轉位置的精確定位，這裡的控制器9可以是控制箱，通過刻度盤10來顯示積分球所在的角度位置，或者是配置PC軟體的上位機，通過上位機精確控制角度。 在空心球殼I的內部設置第一燈杆8-1和第二燈杆8-2，兩者均位於過球心的軸線上、且朝向相反。圖5是積分球0°位置的剖面圖，採樣開口 3的中心位於過球心6的水平軸線上，第一燈杆8-1和第二燈杆8-2均位於過球心6的垂直軸線上，第一燈杆8-1位於積分球0°位置的頂部，方向朝下；第二燈杆8-2位於積分球0°位置的底部，方向朝上。在利用該技術方案實現4 π測量幾何時，可靈活選擇不同的燈杆，測量方式靈活。
權利要求1.一種旋轉積分球，包括具有高反射性內表面的空心球殼(I)和用以支撐空心球殼(I)的支撐機構(2)，在空心球殼(I)上設置採樣開口(3)，其特徵在於，包括旋轉軸(4)和轉動機構(5)，所述的旋轉軸(4)所在的軸線偏離空心球殼(I)的球心(6)設置，所述的旋轉軸⑷設置在空心球殼⑴和轉動機構(5)之間，並直接或間接地與空心球殼⑴和轉動機構(5)均相連接。
2.如權利要求I所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，所述的旋轉軸(4)向空心球殼(I)上採樣開口(3)所在的側邊偏離球心；或者所述的旋轉軸(4)所在的軸線經過積分球重心。
3.如權利要求I或2所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，所述的旋轉軸(4)為空心轉軸，在空心球殼(I)與空心轉軸(4)的連接點及其附近位置設置一個或者多個探測接口(13)，從探測接口(13)引出的接線均穿過空心轉軸、並與相應的裝置連接。
4.如權利要求I所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，所述的支撐機構(2)包括兩根豎直支撐杆(2-1)和底座(2-2)，所述的空心球殼(I)由固定半球(1-1)和活動半球(1-2)組成，活動半球(1-2)可繞其中一個豎直支撐杆旋轉。
5.如權利要求I所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，還包括傳動機構(7)，所述傳動機構(7)設置在旋轉軸(4)和轉動機構(5)之間，並與旋轉軸(4)和轉動機構(5)均相連接。
6.如權利要求5所述的一種旋轉積分球,其特徵在於,所述的轉動機構(5)為電機或電動按鈕或轉動手柄；所述的傳動機構(7)為減速器，或齒輪和鏈條，或皮帶和皮帶輪。
7.如權利要求I所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，在空心球殼(I)內設置第一燈杆(8-1)和第二燈杆(8-2)，第一燈杆(8-1)和第二燈杆(8-2)均位於過球心(6)的軸線上、且朝向相反，所述的過球心(6)的軸線與採樣開口(3)的中心軸線相互垂直。
8.如權利要求I所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，包括控制轉動機構(5)的控制器(9)，所述的控制器(9)與轉動機構(5)電連接。
9.如權利要求3所述的一種旋轉積分球，其特徵在於，所述的探測接口(13)包括光纖接口(13-1)和溫度探頭接口(13-2)。
專利摘要本實用新型公開了一種旋轉積分球，包括空心球殼、旋轉軸和轉動機構，通過設置偏離空心球殼球心的旋轉軸，使旋轉軸接近球體重心，不僅能保證積分球平穩轉動，易於實現球體在任意位置的精確定位，測量準確度高；而且還能夠為2π測量幾何下的待測燈具預留了更大的空間，可測量燈具的尺寸更大；同時還避免了繞線問題，解決了由於接線斷裂而引起的系列問題。
文檔編號G01J1/04GK202676284SQ20122029764
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者潘建根, 龐標, 王偉 申請人:杭州遠方光電信息股份有限公司