CN87213106U

CN87213106U - 一种全十字弹簧支承电磁式扫描装置

Info

Publication number: CN87213106U
Application number: CN 87213106
Authority: CN
Inventors: 先武; 董大伟; 罗达立; 王家林
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1988-03-16

Abstract

本实用新型是一种使光束产生偏转来实现扫描的全十字弹簧支承电磁式扫描装置。装置的动块两端均用十字弹簧支承于定块上，克服了过去用扭力棒弹簧和滚动轴承支承所存在的摆角小，寿命短，娇气，成本高等缺点。装置的动块和定块分别由两个四分之一圆柱体绝缘粘接，实现了无刷引入驱动电流。装置的下部安有可按任意位置设置的永磁阻尼器，并带有开环补偿驱动电路。该装置可广泛用于测量、检测、图象获取和图象输出等应用领域。

Description

一种全十字弹簧支承电磁式扫描装置

本发明属于光学扫描装置。它通过使光束产生偏转来实现扫描，是特别适用于把扫描镜固定在一个可来回摆动的振子上，并由此来驱动扫描镜的扫描装置。

在本发明作出之前，利用信息来控制光束偏转扫描，以便能在具有光敏元件的扫描屏幕上记录信号或读出信号的扫描装置，已在文献US3，609，485、US3，624，574和US3，921，045中出现过。这些装置均主要由振子、定子、角速度传感器和滚动轴承支承构成，其中振子又是由扭力棒弹簧和扫描镜等组成。使用这些装置时，向驱动线圈中提供一锯齿波电流，便产生引起振动系统强迫振动的驱动转矩，从而进行扫描工作。这类装置的不足之处是：滚动轴承有接触摩擦，寿命短，娇气，容易出现卡死现象，对环境条件要求很高，对预紧力也有限制。且该类装置的扭力棒弹簧的摆角很小，抗横向干扰的能力也较差。针对上述缺陷，US4，370，019作了一些改进。改进后的装置将扭力棒的一端紧固于箱体上，另一端活动支承于十字曲挠轴承上，从而消除了振动结构和磁路的磁场效应所产生的扫描镜的倾斜，提高了扫描过程中的振动性能和扫描精度，使抗横向干扰的能力也有所增强。但该装置仍然存在着扫描摆角很小，十字曲挠轴承与扭力棒不易对中，扫描镜轴线侧向倾斜，使用寿命短，扫描精度仍不高等缺点。

本发明的主要目的是提供一种开环驱动、全十字弹簧支承并带有永磁阻尼器的电磁式扫描装置。该装置的主要特点是：结构简单、开环驱动、对环境的适应性强、使用不娇气、寿命长、抗横向干扰能力强、摆角大，并且可以按任意位置安装放置。本发明的扫描装置可以广泛应用于测量、检测、图象获取、图象记录等许多应用领域。

本发明提供的电磁式扫描装置主要由动子、定子、支承，驱动电路和永磁阻尼器等五部分组成。

从附图1～附图4中可以看到：

动子部分包括动块1，安装于动块上的座卡2a、2b，接片3a、3b，驱动线圈4，阻尼盘5，扫描镜支块6以及扫描镜7等部件。其中动块1是由两个尺寸相同凸凹相配的四分之一圆柱体零件1a、1b，用高强度、耐冲击、绝缘好的环氧树脂粘接而成。

定子部分由磁钢座8，永磁钢9a、9b，铁芯10，定块16等组成。其中磁钢座8和铁芯10采用电工纯铁制成。定块16由两个相同尺寸的凸凹相配的四分之一圆柱体零件16a、16b，用高强度、耐冲击、绝缘好的环氧树脂粘接而成。

支承部分主要有两对十字弹簧11a、11b，弹簧压板12，螺钉13，定位销22。其中每对十字弹簧由两片相互垂直交叉于中点的直长方条簧片构成，簧片的材料为恒弹性模量合金。

驱动电路由锯齿波电流发生器，脉冲电流发生器和加法器构成。

永磁阻尼器含有阻尼盘5，磁块支架17，磁块18，阻尼盒19a、19b，环20a、20b和导磁环21a、21b。导磁环由电工纯铁制成。

本发明的动块1的两端分别由十字弹簧11a、11b支承于定块16上。十字弹簧11a、11b的两端利用弹簧压板12压紧，定位销22定位，再用螺钉13紧固于动块1或定块16的径向侧面上。

为了保证每片簧片的有效长度相等，动块1、定块16和弹簧压板12的内侧面均加工为相同曲率半径的圆弧面。

为了使扫描镜7和阻尼盘5的摆动中心与十字弹簧支承的摆动中心相重合，扫描镜支块6和阻尼盘5的中心孔分别安置在座卡2a、2b的中心圆形顶尖上。

为了减少动块的偏心质量和转动惯量，在动块1上挖了Q₁、Q₂两个槽。

本发明的定子中的磁钢座8、永磁钢9a、9b，铁芯10形成一个磁场回路，通电的驱动线圈4在这一磁场中产生有规律的摆动运动，并由此带动扫描镜7摆动，实现扫描。

装置的驱动电流一路通过接线板14a，螺钉15a，定块16a，十字弹簧11a，动块1a传到驱动线圈4的一端；另一路驱动电流通过接线板14b，螺钉15b、定块16b，十字弹簧11b，动块1b传到驱动线圈4的另一端，从而构成一个回路。动块1和定块16分别由两个零件绝缘粘接而成，实现了转动部分无刷引入驱动电流。

本发明中的永磁阻尼器安装在扫描装置的下部。两个磁块支架17a、17b分别固定四个近似四分之一的圆柱形磁块18，且对每一支架，相邻两磁块在工作方向的磁极相反；而对上、下两支架的磁块，应保证异极相对。支架17a与上阻尼盒19a间采用过盈配合，使之在工作中没有相对转动；支架17b与下阻尼盒19b间采用动配合，以便在上、下两支架对应极性相异的情况下，能调节阻尼的大小。磁阻尼的大小主要通过调节空气间隙D来实现。

装置中的间隙E主要用于装配时的间隙调整。环20a，20b起锁紧作用，导磁环21a，21b用于构成磁场回路。

本装置采用了提高扫描线性精度的开环迭加法，见图5，它是在锯齿波电流31正、回程的起始处迭加一脉冲电流32来实现的。这一脉冲开环补偿电流33主要由锯齿波电流发生器，脉冲电流发生器以及加法器联合提供的。

本发明由于均采用十字弹簧支承，完全取消了滚动轴承和扭力棒，从而无轴承间的接触摩擦，无需润滑，也不存在使用中轴承卡死现象，对环境的清洁度要求不严，不娇气，寿命长，抗横向振动干扰的能力强，扫描精度高，扫描摆角较大。由于这种十字弹簧既是支承元件，又是弹性元件，故结构简单。十字弹簧中每个簧片两端采用螺钉紧固，具有可折性，维修也方便。十字弹簧的簧片选用恒弹性模量合金材料制成，使扫描装置的固有频率及扫描精度几乎不随温度变化。十字弹簧中各簧片的有效长度利用动块、定块和弹簧压板的合理装配来保证，无需调节便可满足精度要求。

扫描装置的动块和定块分别由两个另件绝缘粘接而成，解决了转动部分无刷引入驱动电流的问题，从而无摩擦、无磨损、无接触电阻、无接触电火花，工作可靠。

装置所用的开环补偿驱动电路，对扫描精度的提高有一定效果且易于实现、结构简单，成本低廉。

扫描装置的永磁阻尼器使得扫描装置可按任意位置安装放置，其振动特性也不易受温度的影响。

图6是利用专用实验台对本发明装置进行扫描线性精度的实测结果，N为测量点数，△t为测量值。该装置的固有频率为70H_z，最大工作频率可达30H_z，线性误差≤±0.7％，最大摆幅±15°。

附图说明

图1为本发明扫描装置的纵向剖视图，其中1a、1b——动块，2a、2b——座卡，3a、3b——接片，4——驱动线圈，5——阻尼盘，6——扫描镜支块，7——扫描镜，11a、11b——十字弹簧，14a、14b——接线板，15a、15b——螺钉，16a、16b——定块，17a、17b——支架，18——磁块，19a、19b——阻尼盒，20a、20b——环，21a、21b——导磁环。该图也作为说明书摘要的附图。

图2是图1中A－A′的横剖图，它示出了十字弹簧支承的结构及驱动磁路，其中：1——动块，4——驱动线圈，8——磁钢座，9a、9b——永磁钢，16——定块。

图3为全十字弹簧支承的透视图，它示出了其主要元件，其中：1a、1b——动块，11a、11b——十字弹簧，12——弹簧压板，13——螺钉，16a、16b——定块，22——定位销。

图4是扫描装置的侧剖视图，其中：4——驱动线圈，11a、11b——十字弹簧，12——弹簧压板，13——螺钉。

图5是提高扫描精度的开环补偿原理图，其中：31——锯齿波电流，32——脉冲电流，33——脉冲开环补偿电流。

图6为扫描装置的动态扫描线性误差曲线，其中：40、80、N——测量点数，100、200、△t——测量值。

图7为采用本发明的CD－1型字符识别机的扫描系统，其中：41——扫描装置，42——光电二极管列阵，43——光管，44——平面纸面，45——反射镜。

图8为采用本发明的激光记录仪，其中：51——激光管，52、53——扫描装置，54——光敏记录屏幕，55、56——待记录信号。

发明的实施：

图7是本发明所述的扫描装置的一个实施例。CD－1型字符识别机的输入部分主要是将平面纸面上的字符利用光学原理输入到计算机中，其光学扫描系统的横向宽幅采用本发明的扫描装置41，而另一维纵向窄幅扫描使用光电二极管列阵42。自光管43发出的光照射在待识别字符的平面纸面44上，经漫反射到反射镜45，由于扫描装置41的扫描作用以及扫描线阵的扫描依次地把每个字符输入给计算机。

图8是本发明所述扫描装置在激光记录仪上的一种应用。它主要是利用光学扫描原理，将待记录的信号扫描到光敏记录屏幕54上。其光学扫描系统B由两个相互垂直放置的本发明所述扫描装置52、53构成二维扫描系统，自激光管1产生的激光照射到扫描镜53、52上，由于扫描装置的扫描作用，使得输入给扫描装置的待记录信号55、56顺次扫过光敏记录屏幕54，利用屏幕54的光敏特性便可把待记录的信号（如曲线、字符、图象等）描绘出来。

Claims

1、一种电磁式扫描装置，由动块及安装于动块上的扫描镜、扫描镜支块、阻尼盘、驱动线圈、座卡、接片，定块及磁钢座、永磁钢、铁芯，驱动电路，阻尼器等组成，其特征在于：动块的两端均由十字弹簧支承于定块上，动块和定块分别由两个另件粘接而成，所用的驱动电路是由锯齿波电流发生器，脉冲电流发生器和加法器组成的脉冲开环补偿电路，扫描装置的下部安装有永磁阻尼器。

2、如权利要求1所述的扫描装置，每对十字弹簧由两片相互垂直交叉于中点的直长方条簧片构成，而簧片由恒弹性横量的合金材料制成。

3、如权利要求1所述的扫描装置，十字弹簧支承的每块簧片的两端用弹簧压板压紧、定位销定位，并用螺钉固定于动块和定块的径向侧面上。

4、如权利要求1所述的扫描装置，动块、定块和弹簧压板的内侧面均为相同曲率半径的圆弧面。

5、如权利要求1所述的扫描装置，动块和定块分别由两个凸凹相配的四分之一圆柱体零件绝缘粘接而成。

6、如权利要求5所述的扫描装置，其绝缘粘接材料为环氧树脂粘接剂。