CN102016689B - 用于光学仪器的窗刮器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于设备的光学表面的刮器。所述刮器包括刀片，所述刀片具有刀刃，其为刚性且不变形，以承受高剪应力。所述刀片构造成围绕着与光学表面平行的第一轴线旋转，而且还构造成相对于与光学表面垂直的第二轴线成直线运动。这允许所述刚性、不变形刀片保持与光学表面接触。此外，所述刀刃构造成横跨光学表面运动，以将任何粘附在所述表面上的材料去除。例如，所述刮器可用于清洁仪器的光学表面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张于2008年3月13日提交的美国临时专利申请61/036333的权益，该申请通过引用而整体上合并于此。
背景技术
在经历粒子生长的结晶化或粒化过程中工作的光学仪器(例如但不限制于粒子尺度特性测定扫描仪)，常由于粒子沉积在它们的外窗上而使它们的光学性能降低。这种沉积经常如此刚性地附着在窗上，以致于橡皮刮板和刷子型擦拭器不能从窗上除去粒子。
因此，希望有替代方案来克服采用常规刷子型擦拭器和橡皮刮板所具有的问题。
发明内容
本发明内容部分以简化形式引入选定的一组构思，所述构思将在下文中在具体实施方式部分中进一步予以说明。本发明内容部分不意欲确定请求保护主题的关键特征，也不意欲用来帮助确定所请求保护主题的范围。
本发明公开了一种用于设备的光学表面的刮器。所述刮器包括刀片，刀片具有刀刃，刀片为刚性且不变形，以承受高剪应力。所述刀片构造成围绕着与光学表面平行的第一轴线旋转，而且还构造成相对于与光学表面垂直的第二轴线沿直线运动。这允许所述刚性、不变形的刀片保持与光学表面接触。此外，所述刀刃构造成横跨光学表面运动，以将任何粘附在所述表面上的材料去除。例如，所述刮器可用于清洁仪器的光学表面。
所述刀刃构造成具有三个自由度的运动，以保持与光学表面接触并将存在于光学表面上的材料或粒子去除。
一个自由度的运动为刀片能围绕着与光学表面平行的第一轴线旋转，从而使得当光学表面相对于该轴线偏斜时，所述刀刃能与所述表面接触。旋转的支点位于所述刀片的所述刀刃上。
一个自由度的运动为相对于光学表面向前和向后运动，其中刮器刀片被偏压或压靠在光学表面上，从而使得当光学表面相对于与光学表面平行且与第一轴线垂直的第二轴线偏斜时，所述刀刃能与光学表面接触。
一个自由度的运动为横跨光学表面的运动，其可为横跨光学表面的旋转或平移，以及摆动。
用于在表面相对于与光学表面平行的轴线偏斜时允许刀片旋转来保持与光学表面接触的一个实施例包括：将刀片放置在包括曲面的槽中，从而刀片的近侧包括相配曲面以允许在所述槽中旋转。
刀片可包括多个刮擦刀刃，其中，各刮擦刀刃由两个会合到一起形成90度或小于90度角的连接面构成。刮器刀片可具有两个刀刃，以允许沿前后方向进行刮擦。
枢转轴在其一端处连接于驱动器。所述枢转轴在其相对端上连接于支架。所述枢转轴构造成施加力，从而使得刮器刀片被压靠在光学表面上，以在任何在所述表面上积聚的材料上产生高剪应力。当光学表面相对于竖直轴线偏斜时，所述枢转轴允许第二自由度的运动，以允许刀片沿着与光学表面相垂直的方向前后运动，来允许与光学表面接触。
刮器刀片刀刃可由金属、陶瓷或塑料制成。刮器刀片刀刃硬度低于光学表面，以避免划伤所述表面。
因为刮器刀片刀刃为刚性，而且不能弯曲或顺应以保持与光学表面的平表面接触，从而按照需要进行操作，刮器刀片具有三个自由度。第一，刀片绕着与光学平面平行的轴线旋转，从而使得刀片刀刃可使自身与该表面对齐。第二，刮器刀片也能与垂直于所述光学表面的轴线成一直线前后平移(即向着光学表面或者离开光学表面平移)。第三，刮器刀片可横跨光学表面运动，例如横跨所述表面旋转或平移。
将所述轴连接于刀片的支架可具有用于将刀片插入的槽。所述槽包括曲面，刀片的近侧坐靠在所述曲面上，且所述刀片的近侧包括相配曲面。这允许刮器刀片围绕与光学表面平行的支点的中心旋转，即支点沿着刀片的刀刃。
因此，根据本发明，提供了一种用于光学表面的刮器，包括：
刀片，具有刀刃，所述刀片为刚性且不变形，其中，所述刀刃构造成围绕着与所述光学表面平行的轴线旋转且构造成沿着与所述光学表面垂直的方向运动并被推靠在所述表面上；以及
驱动器，用于使所述刀片横跨所述表面运动，
其中，所述刀片构造成为围绕着处于所述刀片的所述刀刃上的支点旋转，
其中，所述刮器还包括支架，所述支架包括槽，所述刀片在所述槽内旋转，
其中，所述槽包括曲面，所述刀片的近侧坐靠在所述曲面上，且所述刀片的所述近侧包括相配的曲面。
可选地，所述刀刃由形成90度或小于90度角的连接表面形成。
可选地，所述刀片包括多个刮擦刀刃。
可选地，所述刀片构造成进行摆动。
可选地，刀片刀刃由金属、陶瓷或刚性塑料制成。
可选地，所述刮器还包括枢转轴，其中，所述枢转轴的远端连接于所述支架，而所述支架保持所述刀片。
根据本发明，还提供了一种仪器，包括如上所述的刮器。
可选地，所述仪器还包括粒子分析仪。
可选地，所述仪器可分析粒子的尺寸、形状、化学成分和浓度中的一种或更多种。
附图说明
参照结合附图进行的以下详细说明，本发明的前述方面和许多伴随的优点将得到更好地理解，因此也将更易于认识到，在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的光学仪器和窗刮器的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的窗刮器的剖视图的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的刮器刀片的一部分的俯视图的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的刮器刀片的一部分的俯视图的示意图；
图5是根据本发明一个实施例的刮器刀片的一部分的俯视图的示意图；
图6是根据本发明一个实施例的刮器刀片的一部分的俯视图的示意图；
图7是根据本发明一个实施例的刮器刀片的一部分的俯视图的示意图；
图8是根据本发明一个实施例的仪器和窗刮器的示意图；以及
图9是根据本发明一个实施例的仪器和窗刮器的剖视图的示意图。
具体实施方式
尽管示出并说明了示范性实施例，但是将认识到的是，可在其中做出各种变化而不脱离本发明的精神和范围。
本发明的实施例涉及用于窗(包括但不限制于窗的处理侧光学表面)的刮器。当在此使用时，光学表面存在于光学仪器中但不必限制于光学仪器。
窗可以为任意收集、吸引粒子或任何其它类型材料的表面或者粒子或任何其它类型材料积聚于上的表面。例如，其中可采用本文所公开的窗刮器的实施例的应用场合包括粒子处理，例如在制药领域中，其中粘接剂(例如纤维素和乳糖)可能积聚在仪器上。然而，所公开窗刮器的其它应用也是可行的，例如但不限制于在化学处理及制造和其它领域中所采用的任意的仪器、传感器、设备以及表面。一般而言，任何要求将粒子和/或材料从表面上去除的应用场合为其中可采用所公开窗刮器的合适应用场合。尽管对代表性窗刮器的以下说明参考光学仪器进行，但是窗刮器并不因此仅限制于供这种应用场合使用。
共同参照图1和图2，示出了一种代表性光学仪器100。出于简要的原因，在此未公开光学仪器100的具体细节。在一个特别实施例中，光学仪器100包括细长管106。细长管106包括远端108。仪器100的远端108包括窗104。窗104在其远侧上具有光学表面。仪器100的远端108可定位在任意具有希望由仪器100测量的材料或条件的位置内。例如，仪器100的远端108可插入到任意的管路、器皿、罐子、反应器等中。在一个特定实施例中，仪器100为粒子特性测定仪器，所述粒子特性测定仪器可对粒子的尺寸、形状、化学成分和浓度中的任意一种或更多种进行测量。在此使用的“光学表面”指的是电磁辐射可传输透过的任意材料。例如，电磁辐射包括可见光、近红外线、中红外线和远红外线。但是，光学表面的实施例不应解释为被限制于任意特定波长的电磁辐射。
可做出窗104的光学表面可以包括但不限制于下列材料：工业用蓝宝石(二氧化铝晶体)、工业用钻石、玻璃、石英、福斯拉(fusila)、表面硬化材料、钻石包覆材料、纳米包覆材料、硅等。上述材料的共有特性在于能够传输可由仪器100发射或接收的电磁辐射形式。
仪器100包括窗刮器102。窗刮器102包括：枢转轴114；刀片支架112，连接于枢转轴114的远端；以及刮器刀片110，连接于刀片支架112的端部。枢转轴114平行于仪器100的纵轴线延伸，且可以处于仪器100的细长管106内。应理解，枢转轴114的近端(其未示出在图1和图2中)连接于驱动机构。驱动机构可对枢转轴114施加摆动运动。刀片支架112垂直于枢转轴114的旋转轴线连接在枢转轴114的远端处。刀片支架112包括下端和上端。下端连接于枢转轴114的远端。刀片支架112的上端包括刀片槽116。刀片槽116支撑刮器刀片110。刮器刀片110被允许在刀片槽116内围绕着刀片枢轴118旋转，如图2的双头箭头130所示。枢转轴114沿着箭头方向(表示为“F”)施加力。因此，枢转轴114将刮器刀片110推靠在窗104表面上，以产生通过刮器刀片100的运动引起的作用在任何积聚于窗104表面上的材料上的高剪应力，从而有效地将这种积聚的材料去除。
刮器刀片110或者最低限度地刮器刀片110的与窗104接触的一部分(即刀刃)由为刚性且在刮擦过程中一般不可变形的材料制成。适于刮器刀片110刀刃的材料包括但不限制于金属、陶瓷、刚性塑料等。刮器刀片110刀刃比窗104表面材料的硬度小，以防止划伤窗104表面。有利地，刮器刀片110刀刃承受得起去除粒子沉积所要求的高剪切力。有利地，刮器刀片110刀刃足够硬，从而与刮擦相关的摩擦基本不会太快地磨损刮器刀片110的刮擦刀刃。优选地，刮器刀片110刀刃还在一定程度上耐腐蚀。例如，一种用于刮器刀片110的代表性材料包括不锈钢，例如硬度达RC35的13-8不锈钢。刮器刀片110刀刃为刚性且由此不能弯曲或顺应，以保持与窗104的平表面接触。为了按照需要进行操作，刮器刀片110具有三个自由度。为发生刮擦动作，刮器刀片110能围绕与窗垂直的轴线来旋转，或者在其它实施例中，刮器刀片110可构造成沿着与窗104平行且与刮擦刀刃垂直的轴线平移。在所示出的实施例中，刮器刀片110竖直放置并由枢转轴114来旋转。为了保持一个或多个刮擦刀刃平行于窗104，刮器刀片110能围绕着相对于窗104平行且水平的、并与刮擦刀刃垂直的轴线(即围绕图2所示的刀片枢轴118)旋转。如果窗相对于水平轴线偏斜，则这保持刀片110与窗接触。刮器刀片110也能沿着与窗104垂直的轴线(即沿力F的方向)向前或向后或者成一直线平移，以保持刀片与窗104接触。当窗相对于竖直轴线偏斜时，这保持刀片110与窗接触。在其它实施例中，例如，当窗刮器定位于窗104的侧面时，刀片110于是将水平放置且将构造成围绕相对于窗104平行且竖直的轴线旋转。在这种情况下，当窗相对于该竖直轴线偏斜时，刀片沿该竖直轴线的旋转允许刀片保持与窗接触。刀片也将构造成与垂直于该表面的轴线成一直线运动。当窗相对于水平轴线偏斜时，施加在刀片上以沿向前方向压靠在窗上的力允许刀片保持与窗接触。因此，为了使刀片保持与光学表面接触，需要两个自由度的运动，包括刀片围绕着与光学表面平行的支点的旋转和沿着与垂直于光学表面的轴线成一直线的方向的运动例如向前和向后运动。所述第三个自由度的运动为刀片提供了横跨该表面的运动。
除了采用直刀片刀刃，刀片刀刃可为弧形、凹形或凸形，以与光学表面的形状相配。
在一个优选实施例中，刮器刀片110能围绕刀片枢轴118旋转，刮器刀片110装配到刀片支架112内的槽116中。槽116垂直于窗104并平行于枢转轴114的轴线。刮器刀片110的后边缘和槽116的前侧可具有相配半径，所述相配半径允许刮器刀片110在刀片枢轴118处围绕该半径的中心旋转。这种旋转允许一个或多个刮擦刀刃将它们自身平行于窗104对齐。另外，刮器刀片110旋转的中心定位在窗104表面处。这导致刮器刀片110旋转和槽116及刮器刀片110沿枢转轴114平移之间的关联最小。这也使保持刮擦刀刃平行于窗104所需的力最小。尽管刀片枢轴的这种布置是有利的，但是允许围绕着基本平行于窗表面且与刮器刀片的运动方向共线的轴线来进行枢转运动的任何其它布置(包括机械枢转轴、挠曲装配座(flexure mounts)等)也可以是合适的。
在一个实施例中，刮器刀片110具有显著比它的厚度大的宽度和长度。由长度和宽度形成的平面定向成垂直于窗104表面。刮器刀片110的薄远端面与窗104接触。图3为刮器刀片110的俯视图的一部分的示意图，示出了该薄面的构型。在图3中，刮器刀片110的刮擦刀刃用附图标记120a和122a表示。在刮器刀片110的所述薄面上形成的刮擦刀刃120a和122a垂直于刮擦方向，且是锐利的。图3示出了两个刮擦刀刃120a和122a，从而使得在摆动运动的向前和向后阶段上都执行刮擦动作。
锐利刮擦刀刃的其它实施例示出在图4、图5、图6和图7中。图4和图5示出了在刮器刀片的面处的两个锐利刮擦刀刃120b、122b、120c和122c，而图6和图7示出了单个锐利刮擦刀刃120d和120e。
图6和图7的刮擦刀刃可用在沿单方向行进的刮器刀片上。图3、图4和图5所示的刮擦刀刃可用在沿单个方向行进的窗刮器102上；然而，当一个刮擦刀刃确定为钝化或不工作时(例如通过注意到光传输能力降低)，窗刮器102可自动地反向以使用第二刮擦刀刃。一般而言，图3至图7所示的刮擦刀刃通过两个成90度或小于90度的连接面来形成。
图8和图9是整个仪器100和窗刮器的示意图。如上所述，仪器设计和类型不影响本发明的窗刮器，而是仅示出用于示例说明窗刮器如何可被使用的一个代表性实施例。示出了完整的窗刮器，包括枢转轴114，枢转轴114在近端处连接于壳体130内的驱动器132上。驱动器132将摆动运动赋予枢转轴，枢转轴又使支架112和刀片110横跨窗104表面运动。枢转轴还构造成沿着与窗104垂直的方向向前或向后运动，由此允许刀片110保持与窗104接触。为此，枢转轴114装配有合适的轴承，以支持旋转以及轴的沿直线运动。枢转轴可被向前偏压(例如利用弹簧)，从而使得刀片110施加压力在窗104表面上。
尽管已示出并说明了窗刮器102的一个代表性实施例，但是将认识到的是，各种变型都包含在本发明的范围内。如在此公开的窗刮器102适于用在或针对希望将粘附粒子和/或材料清除的光学或其它的表面上。此外，与待刮擦的窗104相关的刮器刀片110的运动可采用各种实现方式中的任一方式。在摆动运动中，刮器刀片110可旋转通过弧的一个扇形。替代地，刮器刀片110可连接于导轨或轨道，也在摆动运动中，所述导轨或轨道使刮器刀片110沿直线横跨窗104平移。作为另一替代方案，刮器刀片110可连接于枢转轴，其中，枢转轴以连续或周期方式旋转，进行完全360度旋转。此外，多于一个的刮器刀片110可设置在单个刀片支架112上，或者替代地，可设置多个刀片支架112，其中在各刀片支架112上带有单个刮器刀片110。因此，刮器刀片110可构造成对多于一个的窗进行刮擦。从上面的说明中，容易清楚得到诸多其它修改。
在其它实施例中，窗刮器102的操作可通过指示刮擦窗104何时需要刮擦的装置来控制。例如，通过利用传感器测量穿过窗104的光传输能力，可设定致动窗刮器102以去除所粘附的材料的预定极限，由此使光传输能力恢复到正常工作范围。如果窗刮器102用于带有测量能力的光学仪器，则可设置指示何时窗刮器102处于工作的装置，这时使来自光学仪器的测量读数被放弃或被不视为精确读数。还可设置如下的装置：当刮擦操作完成时，该装置由此指示仪器测量读数再次指示精确操作状态。确定何时窗刮器102处于工作的装置(作为测量仪器读数的切断装置)可包括连接于致动器的位置传感器、运动传感器或安培计。
在另外的其它实施例中，用于将超音速能量传送给刮器刀片110的装置可帮助将坚韧粘附的粒子或材料从窗104表面上去除。
尽管以上示出并说明了示范性实施例，但是应认识到的是，可在其中做出各种变化而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于光学表面的刮器，包括：
刀片，具有刀刃，所述刀片为刚性且不变形，其中，所述刀刃构造成围绕着与所述光学表面平行的轴线旋转且构造成沿着与所述光学表面垂直的方向运动并被推靠在所述表面上；以及
驱动器，用于使所述刀片横跨所述表面运动，
其中，所述刀片构造成为围绕着处于所述刀片的所述刀刃上的支点旋转，
其中，所述刮器还包括支架，所述支架包括槽，所述刀片在所述槽内旋转，
其中，所述槽包括曲面，所述刀片的近侧坐靠在所述曲面上，且所述刀片的所述近侧包括相配的曲面。
2.如权利要求1所述的刮器，其中，所述刀刃由形成90度或小于90度角的连接表面形成。
3.如权利要求1所述的刮器，其中，所述刀片包括多个刮擦刀刃。
4.如权利要求1所述的刮器，其中，所述刀片构造成进行摆动。
5.如权利要求1所述的刮器，其中，刀片刀刃由金属、陶瓷或刚性塑料制成。
6.如权利要求1所述的刮器，还包括枢转轴，其中，所述枢转轴的远端连接于所述支架，而所述支架保持所述刀片。
7.一种仪器，包括如权利要求1-6中任一项所述的刮器。
8.如权利要求7所述的仪器，还包括粒子分析仪。
9.如权利要求8所述的仪器，其中，所述仪器可分析粒子的尺寸、形状、化学成分和浓度中的一种或更多种。
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