TW201329510A - 於有限旋轉馬達系統中平衡鏡之系統及方法 - Google Patents

Abstract

於有限旋轉馬達系統中平衡一鏡之方法被揭示。該方法包含以下步驟：在該有限旋轉馬達系統之轉子軸桿上提供一鏡，使得該鏡最初是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面；及至少在該鏡之後側將至少一設有螺紋的配重螺絲調整至一位置，該鏡在此位置於該前側與後側之間變得平衡。

Description

於有限旋轉馬達系統中平衡鏡之系統及方法 優先權

本申請案主張2011年7月29日提出之美國臨時專利申請案第61/513,248號優先權，其係全部以引用的方式併入本文中。

本發明大致上有關掃描鏡系統中之振動縮減系統，且特別有關減少掃描鏡系統中之振動及不平衡，包含被使用於遍及一有限的角度範圍掃描雷射光束的有限旋轉馬達。

掃描鏡系統包含連續轉動馬達系統及有限旋轉馬達系統。連續轉動馬達系統譬如可包含連續地旋轉之轉動多邊形鏡，且有限旋轉馬達系統遍及一有限的旋轉角度範圍相互地旋轉一轉子。

某些先前技術掃描鏡系統中之平衡系統局部地關於用於被該掃描系統本身之零件所造成的無法避免之不平衡的校正。譬如，美國專利第7,316,356號揭示用於平衡鏡的鎢配重之使用，其中該配重被揭示以解釋藉由進動扭矩所造成之不平衡，該進動扭矩係藉由繞著二軸線轉動一旋轉器所建立。該配重係不可調整的。美國專利第4,756,586號揭示固定螺絲之使用，用於調整多邊形鏡之旋轉的平面，以致其可為垂直於該驅動軸桿，且另揭示平衡螺絲之 使用，該平衡螺絲被提供來校正藉由該固定螺絲所造成之不平衡。無任一參考案揭示精細地平衡一安裝在軸桿上之鏡，以負責製造中之瑕疵。

於典型之有限旋轉掃描器系統中，一鏡被安裝至有限旋轉馬達(例如電流計)之輸出軸桿，且該有限旋轉馬達被控制迴路所控制，該控制迴路企圖造成該馬達之轉子、且因此該鏡遵從具有任意地高保真度(high fidelity)之位置及速度命令波形。然而，在該保真度上有限制，該系統能以在該保真度遵從該命令。

譬如，該鏡在該系統內之加速被該馬達繞組中之電流的上昇之比率所限制。該位置精確性被該反饋方法之信號對噪音比所限制。該系統之頻寬(其係該系統在想要之高速度由位置A移至位置B，且接著在最短的可能時間中精確地安置在位置B的能力)主要被該移動零件中之振動所限制。該系統之頻寬將額定地是該移動結構中之第一扭轉共振。該鏡因此必須很迅速地在該馬達軸桿上來回旋轉於二角度位置之間，又保持很堅固的。不只這確實需要該鏡被由堅固的材料所製成，同時其重量必須保持足夠低，使由一停止位置移動該鏡所需之慣性係不太高。

因此，其慣常的是盡可能在該可容許之系統慣性的限制內造成該移動零件剛性及很好地平衡。既然該馬達抵達一指定加速度所需要之扭矩係直接地與該慣性成比例及係與該電流成比例(其上昇之比率係如上述地所限制)，其通常的情況是當該系統參數為特別之慣性被最佳化時，一 些零組件、一般該鏡係未如所需要地剛性及/或平衡，以抵達系統頻寬目標，甚至當由很高剛性對慣性材料所製成時。

此用於限制旋轉馬達之鏡必須因此被平衡(前後與左右兩者)，以致它們當移動時導入盡可能小之擺動。於某些應用中，額外之材料被加至該鏡的後側，以增加其剛性及/或平衡，但以額外之慣性、需要能夠驅動該額外之慣性的較大、更昂貴之馬達以及控制迴路為代價。譬如於一些應用中，此平衡已在該工業中藉由黏著少量之環氧基樹脂至該鏡的後側上所做成，以影響此平衡。然而，此一程序在所有應用中、諸如大規模製造應用中係不完全令人滿意的。

用於平衡鏡(左右)的其他技術包含呈相向固定螺絲之形式的配平重量之使用，該固定螺絲被接受於鏡之相向鑽孔中，使得該鏡於包含該固定螺絲之核心的平面中之任何不平衡可藉由一或兩固定螺絲之調整所校正，如於美國專利第6,972,885號中所揭示者。該固定螺絲被揭示為將接受於該鏡的外後側及橫側中之鑽孔中，但可為難以使用，以當該鏡係獨自很接近地被平衡時達成一完美之平衡。再者，如於美國專利第6,972,885號中所揭示者，該固定螺絲之使用不會達成前後平衡，且該固定螺絲加入重量(增加慣性)及可在該鏡之移動期間轉移。

因此，對於有限旋轉馬達系統有一需要，其提供改善之頻寬而不需要較大、更昂貴的馬達及伴隨的控制系統， 且特別地是，對於提供改善之鏡平衡而不會不利地影響鏡慣性有一需要。

依據一實施例，本發明提供於有限旋轉馬達系統中平衡一鏡之方法。該方法包括以下步驟：在該有限旋轉馬達系統之轉子軸桿上提供一鏡，使得該鏡最初是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面；及至少在該鏡之後側將至少一設有螺紋的配重螺絲調整至一位置，該鏡在此位置於該前側與後側之間變得平衡。

依據另一實施例，該方法包含以下步驟：在該有限旋轉馬達系統之轉子軸桿上提供一鏡；及調整彼此相對之設有螺紋的配重螺絲，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，以藉此在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。

依據另一實施例，本發明提供一使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該鏡包含在該鏡的後側上之至少一設有螺紋的配重螺絲，該螺絲係可由一向前位置調整至該鏡於該前側與後側之間變得平衡的位置，該鏡在該向前位置中是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面。

依據另一實施例，該鏡包含前反射面、後側、及轉 軸，其中該後側包含至少二設有螺紋的配重螺絲，每一螺絲被導引朝該轉軸。

依據另一實施例，本發明之鏡包含彼此相對之設有螺紋的配重螺絲，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，其中該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲係可調整的，以在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。

依據一實施例，本發明關於首先提供一用於有限旋轉馬達之鏡，其係稍微偏向於在該鏡的前側之方向中傾斜。用於前後平衡，一個以上之設有螺紋的配重螺絲被放置於該鏡之後側中。當該配重螺絲被一直轉動進入該鏡(朝該前側)時，該鏡保持偏向該前側，但當該一個以上的配重螺絲被轉出該鏡時，前後平衡點被獲得。

該左右平衡係使用一對相向之設有螺紋的配重螺絲所做成，該配重螺絲捕捉一於它們之間的鎢滾珠。該鎢滾珠最初係沿著該鏡之旋轉的中心線定位，以使增加的慣性減至最小。在該配重螺絲被調整至該個別平衡點之後，環氧基樹脂係施加至每一螺絲，以將每一螺絲鎖固在適當位置中，以致在使用於有限旋轉掃描系統中期間，每一配重螺絲於該鏡之移動期間保持固定不動。

圖1-6例如顯示本發明之實施例，其包含鏡10具有 一提供高反射表面的前側12、一後側14、及用於將該鏡耦接至有限旋轉馬達系統中之轉子軸桿的安裝結構16(直接地或經由耦接構件之任一者)。如圖3及4所示，該鏡之後側14包含一或二支設有螺紋的配重螺絲18，其被接受在該鏡的後側中之設有螺紋的開口內。如圖4所示，該後側可被塑形，以移除材料(例如提供如所示之蜂巢樣式)，以使該鏡減重，同時維持硬度。

如在圖4之20所概要地顯示，該鏡被設計成在該鏡之前側上相對於其轉軸22的質量M+稍微比在該鏡之後側上相對於該轉軸22的質量M-更大。此結果係當該鏡最初被安裝至轉子軸桿上時，該鏡將為有點不平衡的，即其企圖傾斜朝該鏡之前側。該設有螺紋的配重螺絲18最初被用螺紋鎖入其個別之開口，以致它們被定位成最靠近該鏡之前側。於該前側往後側的平衡期間，該設有螺紋的配重螺絲18被轉動(轉開)，使得它們在一遠離該鏡之前側的方向中移動。在此二支此配重螺絲18被使用，一配重螺絲可提供粗略之調整(例如該配重螺絲進一步遠離該安裝結構16)，而該另一配重螺絲提供較精細的調整。於另外實施例中，一配重螺絲可具有比該另一配重螺絲較精細之螺紋螺距。移動之範圍被設計成在該前側與後側之間提供一平衡點，其係於此調整期間所達成。於某些另外選擇實施例中，該螺絲可由該最遠的轉開位置被向前調整，直至一平衡點被達成。

該鏡10亦包含彼此相對之配重螺絲24，該配重螺絲 捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲24間之高密度元件26。該高密度元件可譬如為由鎢所形成之球體。該配重螺絲24係可調整的，以促使該高密度元件26於一方向中遠離該鏡範圍內的中心位置(例如，沿著該鏡之轉軸中心定位)朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡之前側往後側。此調整提供該鏡之左右(由左至右，如圖2所示)平衡。

配重螺絲之以下調整在上面被討論，諸如環氧基樹脂之少量黏著劑28可被塗至該配重螺絲之每一者的暴露部分，以於該鏡在有限旋轉馬達系統中之使用期間將它們鎖固在適當位置中。較佳地，藉由該環氧基樹脂所促成之重量係可忽略的。如果不可忽略，每一配重螺絲可於施加環氧基樹脂之前被極小量地朝內調整，以容納該環氧基樹脂之重量。

所安裝鏡是否平衡之評估可被以各種方式達成。於具有很低摩擦軸承之某些系統中，馬達30內之驅動器線圈可被移去，且該轉子可被安裝在該馬達之軸承內。該鏡10被耦接至鏡安裝單元16，其依序被耦接至該馬達30的轉子軸桿32。如在34所顯示，當該馬達被定位，使得該轉子軸桿32之轉軸大致上係與平地平行，鏡之較重的側面(前側或後側)將面朝下。相同地，如果該鏡的一橫側之質量(M+)比另一側之質量(M-)更多，則具有更多質量之側面將面朝下。如果兩組配重螺絲需要調整，該鏡將為相對於平地在一角度。該配重螺絲可如上面所討論地被 調整，直至當被允許獨立自由地旋轉(或不旋轉)時，該鏡在該轉子軸桿上呈現沒有偏好的旋轉位置。

參考圖8，被安裝之鏡平衡的評估亦可使用馬達40被施行，該馬達包含被安裝在壓敏式v形塊件上之軸承。該馬達係譬如藉由施加一驅動信號所驅動，如在46所顯示(或藉由施加一驅動皮帶至該轉子的暴露部分，並移除該驅動器線圈)。耦接至該馬達內之v形塊件的感測器將輸出信號50，其指示振動之數量且因此指示該系統中之不平衡。該配重可接著被調整，且接著被重測，直至該輸出信號50被減至最小。於某些實施例中，該處理器44甚至可提供關於哪一支配重螺絲需要被調整的資訊。

如圖9-14所示，依據本發明之另一實施例的鏡60可包含提供高反射表面的前側62、後側64、及用於將該鏡耦接至有限旋轉馬達系統中之轉子軸桿的安裝結構66。如圖9及10所示，該鏡的後側64包含二設有螺紋的配重螺絲68、69，其被接受在該鏡的後側中之設有螺紋的開口內。

如圖12之70所概要地顯示，該鏡被設計成在該鏡之前側上相對於其轉軸72的質量M+稍微比在該後側相對於該轉軸22的質量M-更大。此結果係當該鏡最初被安裝至轉子軸桿上時，該鏡將為有點不平衡的，即其企圖傾斜朝該鏡之前側。該設有螺紋的配重螺絲68、69最初被用螺紋鎖入其個別之開口，以致它們被定位成最靠近該鏡之前側。於前後平衡期間，該設有螺紋的配重螺絲68、69被 轉動(轉開)，使得它們在一遠離該鏡之前側的方向中移動。再者，該配重螺絲68、69可提供粗略之調整，使用一配重螺絲進一步遠離該安裝結構66，而該另一配重螺絲提供較精細的調整。再者，如所示，該粗略調整配重螺絲68可為大於該精細調整配重螺絲69。再者，於另外實施例中，一配重螺絲可具有比該另一配重螺絲較精細之螺紋螺距。移動之範圍被設計成在該前側與後側之間提供一平衡點，其係於此調整期間所達成。於某些另外選擇實施例中，該螺絲可由該最遠的轉開位置被向前調整，直至一平衡點被達成。

該鏡70亦包含彼此相對之配重螺絲74，該配重螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲74間之高密度元件76。該高密度元件可譬如為由鎢所形成之球體。該配重螺絲74係可調整的，以促使該高密度元件76於一方向中遠離該鏡範圍內的中心位置(例如，沿著該鏡之轉軸中心定位)朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡之前側往後側方向。此調整提供該鏡之左右(由左至右)平衡。

再者，該配重螺絲之以下調整在上面被討論，諸如環氧基樹脂之少量黏著劑78可被塗至該配重螺絲之每一者的暴露部分，以於該鏡在有限旋轉馬達系統中之使用期間將它們鎖固在適當位置中。再者，藉由該環氧基樹脂所促成之重量較佳地係可忽略的。如果不可忽略，每一配重螺絲可於施加環氧基樹脂之前被極小量地朝內調整，以容納 該環氧基樹脂之重量。

那些熟諳該技術者將了解極多修改及變化可對於該上面揭示之實施例被作成，而不會由本發明之精神及範圍脫離。

10‧‧‧鏡

12‧‧‧前側

14‧‧‧後側

16‧‧‧安裝結構

18‧‧‧配重螺絲

20‧‧‧質量

22‧‧‧轉軸

24‧‧‧配重螺絲

26‧‧‧高密度元件

28‧‧‧黏著劑

30‧‧‧馬達

32‧‧‧轉子軸桿

40‧‧‧馬達

44‧‧‧處理器

46‧‧‧驅動信號

50‧‧‧輸出信號

60‧‧‧鏡

62‧‧‧前側

64‧‧‧後側

66‧‧‧安裝結構

68‧‧‧配重螺絲

69‧‧‧配重螺絲

70‧‧‧質量

72‧‧‧轉軸

74‧‧‧配重螺絲

76‧‧‧高密度元件

78‧‧‧黏著劑

以下之敘述可參考所附圖面被進一步了解，其中：圖1顯示依據本發明之實施例的鏡之說明性概要俯視圖；圖2顯示圖1之鏡的說明性概要前視圖；圖3顯示圖1之鏡的說明性概要後視圖；圖4顯示圖3之鏡取自沿著其剖線4-4的說明性概要側面剖視圖；圖5顯示圖1之鏡的說明性概要側視圖；圖6顯示圖1之鏡取自沿著其剖線6-6的說明性概要剖視圖；圖7及8顯示供使用於依據本發明之各種實施例的平衡評估系統之說明性概要視圖；圖9顯示依據本發明之另一實施例的鏡之說明性概要俯視圖；圖10顯示圖9之鏡的說明性概要前視圖；圖11顯示圖9之鏡的說明性概要後視圖；圖12顯示圖11之鏡取自沿著其剖線11-11的說明性概要側面剖視圖； 圖13顯示圖9之鏡的說明性概要側視圖；圖14顯示圖13之鏡取自沿著其剖線14-14的說明性概要剖視圖。

該圖面僅只被顯示用於說明性目的。

10‧‧‧鏡

14‧‧‧後側

16‧‧‧安裝結構

18‧‧‧配重螺絲

Claims (20)

1. 一種於有限旋轉馬達系統中平衡一鏡之方法，該方法包括以下步驟：在該有限旋轉馬達系統之轉子軸桿上提供一鏡，使得該鏡最初是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面；及至少在該鏡之後側將至少一設有螺紋的配重螺絲調整至一位置，該鏡在此位置於該前側與後側之間變得平衡。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法另包含調整彼此相對之設有螺紋的配重螺絲之步驟，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，以藉此在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置而朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該高密度元件之形狀為球形。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法另包含將黏著劑施加至每一設有螺紋的配重螺絲之暴露部分的步驟。
5. 一種於有限旋轉馬達系統中平衡一鏡之方法，該方法包括以下步驟：在該有限旋轉馬達系統之轉子軸桿上提供一鏡；及調整彼此相對之設有螺紋的配重螺絲，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，以藉此 在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該鏡係設在該轉子軸桿上，使得該鏡最初是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面，且其中該方法另包含至少在該鏡之後側將至少一設有螺紋的配重螺絲調整至一位置之步驟，該鏡在此位置於該前側與後側之間變得平衡。
7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該高密度元件包含鎢。
8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該高密度元件之形狀為球形。
9. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該方法另包含將黏著劑施加至每一設有螺紋的配重螺絲之暴露部分的步驟。
10. 一種使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，該鏡包含在該鏡的後側上之至少一設有螺紋的配重螺絲，該螺絲係可由一向前位置調整至該鏡於該前側與後側之間變得平衡的位置，該鏡在該向前位置中是不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面。
11. 如申請專利範圍第10項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該鏡另包含彼此相對之設有螺紋的配重螺 絲，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，其中該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲係可調整的，以在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。
12. 如申請專利範圍第11項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該高密度元件包含鎢。
13. 如申請專利範圍第11項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該高密度元件之形狀為球形。
14. 如申請專利範圍第10項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該鏡包含在每一設有螺紋的配重螺絲之暴露部分上的黏著劑。
15. 一種使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，該鏡包括前反射面、後側、及轉軸，該後側包含至少二設有螺紋的配重螺絲，每一螺絲被導引朝該轉軸。
16. 一種使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，該鏡包括彼此相對之設有螺紋的配重螺絲，該螺絲捕捉該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲間之高密度元件，其中該彼此相對之設有螺紋的配重螺絲係可調整的，以在一方向中促使該高密度元件遠離在該鏡範圍內的中心位置朝向該鏡的一側，該方向大致上係橫向於該鏡的前側往後側之方向。
17. 如申請專利範圍第16項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該鏡另包含在該鏡的後側上之至少一設有螺紋的配重螺絲，該螺絲係可由一向前位置調整至該鏡於該 前側與後側之間變得平衡的位置，該鏡在該向前位置中係不平衡的，其中該鏡係稍微更偏向於傾斜至該鏡之前側，該前側包含該鏡的前反射面。
18. 如申請專利範圍第16項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該高密度元件包含鎢。
19. 如申請專利範圍第16項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該高密度元件之形狀為球形。
20. 如申請專利範圍第16項使用於有限旋轉馬達系統中之鏡，其中該鏡包含在每一設有螺紋的配重螺絲之暴露部分上的黏著劑。