CN104180828A - 用于确定角度位置的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明用于确定角度位置的检测装置涉及一种检测装置。其目的是为了提供一种结构简单、成本低、检测精度高的用于确定角度位置的检测装置。本发明用于确定角度位置的检测装置，包括传感器板、四个光电池和光源，传感器板上开设有通孔，四个光电池两两一组以通孔中心线中心对称安装在传感器板上，待检测电机的电机轴穿过通孔，光源安装在电机轴的轴心线延长线上，其中电机轴端部固定安装有与传感器板平行的镂空透光片，镂空透光片开设有两个形状相同的扇形透光孔，两个扇形透光孔以电机轴轴心为圆心且以电机轴轴心中心对称分布，镂空透光片位于光电池与光源之间，两个透光孔分别与两两一组的光电池相对应，光电池为矩形。

Description

用于确定角度位置的检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别是涉及一种利用光电元件检测角度位置的装置。

背景技术

角度位置检测装置主要用来对旋转部件进行角度的精确测量，涉及大量工程应用。比如对摆动电机进行转子位置测量等。测角装置的实现方式有许多种，每种方式各有优缺点，需要针对不同应用特点选择不同的测角方式。随着激光振镜在工业制造、医疗美容和科研军事领域应用范围的不断扩大，作为激光振镜的核心组件“扫描电机”起到了越来越重要的作用。在扫描电机的实际使用过程中，角度位移传感器是一种利用电机轴的角度变化来检测镜片摆动位置，从而将位置信号采集到运算控制系统中的装置。

旋转变压器测角装置因为对磁场敏感而不适于某些工业环境，利用滑动变阻器测角也因为接触电阻及寿命问题不能在许多场合应用。而目前国内整个激光行业所使用的扫描电机，大多是采用电容式角度位移传感器，装配工艺复杂、体积大、抗温漂性能差、速度低、故障率高，并且蝴蝶形电容介质片具有不可忽略的转动惯量，当电机朝微型化发展时，成为电机速度的一个重要的制约因素，只能适合在中低端打标市场中使用，不能满足所有客户的运用需求。特别在高精度的光纤激光打标、小体积的医疗美容以及OCT眼科设备等应用领域，传统电容传感器因为重复定位精度低、抗干扰能力差等缺点，已越来越不能满足高端行业的需求。

欧美国家的扫描电机均采用专业定制的扇形结构光电池作为其位置检测装置，参见美国专利US5844673公开了一种确定旋转元件角度位置的检测装置，其中采用的四个扇形的光电池作为光源接收装置，光源与光电池之间设置有蝶形遮光片，蝶形遮光片安装在电机轴端部，当电机轴转动时带动遮光片旋转，随着遮光片旋转，光电池表面接收光线的区域面积发生线性变化，从而产生的输出电流也发生变化，根据光电池输出电流值可以检测到电机轴旋转的角度位置。这种检测装置需要定制特殊的扇形光电池，定制的成本较高，并且扇形的全相大小不能做的太宽，因为多余的暴露区域会产生不必要的系统噪音，因此对扇形光电池的加工和安装都提出了很高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、检测精度高的用于确定角度位置的检测装置。

本发明用于确定角度位置的检测装置，包括传感器板、四个光电池和光源，所述传感器板上开设有通孔，所述四个光电池两两一组以通孔中心线中心对称安装在传感器板上，待检测电机的电机轴穿过通孔，所述光源安装在电机轴的轴心线延长线上，其中所述电机轴端部固定安装有与传感器板平行的镂空透光片，所述镂空透光片开设有两个形状相同的扇形透光孔，两个所述扇形透光孔以电机轴轴心为圆心且以电机轴轴心中心对称分布，所述镂空透光片位于光电池与光源之间，两个所述透光孔分别与两两一组的光电池相对应，所述光电池为矩形。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述光电池采用方形PIN光探测器。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述镂空透光片与光电池之间的间距为0.3mm。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述镂空透光片的材料为合金钢片。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述光源为半导体发光二极管。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述电机轴通过轴承安装在电机壳内，所述传感器板固定安装在电机壳底部，所述光源安装在光电端盖内，所述光电端盖固定安装在电机壳底部，所述光源的引线焊接于传感器板上。

本发明用于确定角度位置的检测装置，其中所述光电端盖的材料为黑色工程塑料。

本发明用于确定角度位置的检测装置与现有技术不同之处在于本发明用于确定角度位置的检测装置在电机轴的端部安装镂空透光片，安装在传感器板上的光电池为普通的矩形，四个矩形光电池在镂空透光片后部形成对发光源选择性接收，仅在扇形光斑照射的部分激发电流，当光照密度为常数时，光电池的输出与其暴露在光照下的面积呈线性变化。当透光片随电机轴旋转时，会形成四个矩形光电池中的两个暴露更多的面积，而另外两个缩减相应面积。由于四片光电池对角并联，因此互为对角的光电池各形成一个传感器对，其中一个传感器对的输出增长时，另一个传感器对的输出会减小。两个传感器对的输出分别接至一个差分放大器的两个输入端，就会输出与电机轴角度呈线性变化的双极性电信号。由于本发明的检测装置采用的是普通的矩形光电池，节省了2/3的定制费用，并且安装简便，产能效益提高2倍以上，能应用于任何类型的扫描电机，并继续保持了工业制造行业高精度的打标性能和医疗科研等应用领域长时间工作的稳定性。

本发明用于确定角度位置的检测装置中镂空透光片紧贴光电池安装，与电机轴牢固装配为一体，保证高速旋转下镂空透光片不发生形变，并进一步降低透光片的厚度从而降低电机转动惯量。

下面结合附图对本发明的用于确定角度位置的检测装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明用于确定角度位置的检测装置的主视剖视图；

图2为本发明用于确定角度位置的检测装置中传感器板的仰视图；

图3为本发明用于确定角度位置的检测装置中镂空透光片的仰视图；

图4为本发明用于确定角度位置的检测装置中镂空透光片与光电池的位置示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明用于确定角度位置的检测装置包括传感器板1、四个方形的光电池9、10、11、12、镂空透光片3和光源6。传感器板1固定安装在电机壳2底部，传感器板1中心开设有通孔8。光电池9、10、11、12采用方形PIN光探测器，四个光电池9、10、11、12两两一组以通孔8中心线中心对称安装在传感器板1上，待检测电机的电机轴4通过轴承安装在电机壳2内，电机轴4的下端穿过通孔8。光源6采用半导体发光二极管，安装在光电端盖5内，光源6的引线7焊接于传感器板1上，光电端盖5的材料为黑色工程塑料，光电端盖5固定安装在电机壳2底部，光源6位于电机轴4的轴心线延长线上，保证光斑中光强分布为轴对称，以保证测角精度。电机轴4端部固定安装有与传感器板1平行的镂空透光片3，镂空透光片3与光电池9、10、11、12之间的间距为0.3mm。

如图3和图4所示，镂空透光片3开设有两个形状相同的扇形透光孔13，两个扇形透光孔13以电机轴4轴心为圆心且以电机轴4轴心中心对称分布，镂空透光片3位于光电池9、10、11、12与光源6之间，两个透光孔13分别与两两一组的光电池9、10、11、12相对应，镂空透光片3采用普通合金钢片冲压而成发黑处理，具有较好韧性和强度，镂空透光片3在随着电机轴4做±20度最大角度摆动时，扇形透光孔13的最大尺寸不超出光电池9、10、11、12的有效面积。

当电机轴4带动镂空透光片3转动时，光源6透过透光孔13在四个光电池9、10、11、12上形成四个扇形光斑，其中两个对角的光电池9、11上的光斑面积增大，另外两个对角的光电池10、12上的光斑面积减小，由于四片光电池9、10、11、12对角并联，因此互为对角的光电池9、10、11、12各形成一个传感器对，其中一个传感器对的输出增长时，另一个传感器对的输出会减小。两个传感器对的输出分别接至一个差分放大器的两个输入端，就会输出与电机轴4角度呈线性变化的双极性电信号，由此就可以测定电机轴4的角度位置。

本发明采用通用的方形PIN光探测器作为光电池，市场上可以直接采购，无需专门定制，大大降低了制作工艺和生产成本。本发明采用具有两个扇形透光孔的透光片，由普通合金钢片冲压而成，比塑料件具有更好的强度、精度和耐用性，确保光电池高精度的线性输出。本发明专利考虑到光电端盖只是用来固定半导体发光二极管的附件，无需太高的精度要求，所以采用工程黑塑料浇注一次成型，大大提高了生产效率，降低了生产制作成本。由于本发明采用独特的结构方式、常用的加工材料、简单的装配工艺，使得整个生产制造成本仅为国内外同类型产品的1/3。装配而成的扫描电机性能达到世界领先水平，精度、稳定性及可靠性与国际同类顶级产品相当。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于确定角度位置的检测装置，包括传感器板（1）、四个光电池（9、10、11、12）和光源（6），所述传感器板（1）上开设有通孔（8），所述四个光电池（9、10、11、12）两两一组以通孔（8）中心线中心对称安装在传感器板（1）上，待检测电机的电机轴（4）穿过通孔（8），所述光源（6）安装在电机轴（4）的轴心线延长线上，其特征在于：所述电机轴（4）端部固定安装有与传感器板（1）平行的镂空透光片（3），所述镂空透光片（3）开设有两个形状相同的扇形透光孔（13），两个所述扇形透光孔（13）以电机轴（4）轴心为圆心且以电机轴（4）轴心中心对称分布，所述镂空透光片（3）位于光电池（9、10、11、12）与光源（6）之间，两个所述透光孔（13）分别与两两一组的光电池（9、10、11、12）相对应，所述光电池（9、10、11、12）为矩形。

2.根据权利要求1所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述光电池（9、10、11、12）采用方形PIN光探测器。

3.根据权利要求1所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述镂空透光片（3）与光电池（9、10、11、12）之间的间距为0.3mm。

4.根据权利要求1所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述镂空透光片（3）的材料为合金钢片。

5.根据权利要求1所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述光源（6）为半导体发光二极管。

6.根据权利要求1至5之一所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述电机轴（4）通过轴承安装在电机壳（2）内，所述传感器板（1）固定安装在电机壳（2）底部，所述光源（6）安装在光电端盖（5）内，所述光电端盖（5）固定安装在电机壳（2）底部，所述光源（6）的引线（7）焊接于传感器板（1）上。

7.根据权利要求6所述的用于确定角度位置的检测装置，其特征在于：所述光电端盖（5）的材料为黑色工程塑料。