Датчик гальванометрического сканатора Российский патент 2022 года по МПК G01B11/26 G01P3/36 G02B26/10 

Область техники

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно для измерения углового положения ротора гальванометрических сканаторов, используемых для лазерной маркировки и гравировки, также может использоваться для измерения углового положения объектов с ограниченным углом поворота.

Уровень техники

Известно устройство RU 2317523 С2 [1] для измерения углового положения ротора гальванометроческого сканатора (принято за прототип). Данное устройство позволяет преобразовывать механический угол поворота с высокой точностью при малых габаритах и низком моменте инерции подвижной части датчика (плоскопараллельная пластина), однако, это возможно при идеальном изготовлении и положении его элементов.

Раскрытие изобретения

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что светодиод, щелевая диафрагма, поворотное зеркало, апертурная диафрагма и линза объединены в блоке осветителя 1 (фиг. 1), который установлен на базовом элементе 2, закрепленном на исполнительном двигателе 3 через отверстия с цековкой 7 так, что располагается с одной стороны от плоскопараллельной пластины 4, установленной на роторе, а дифференциальный фотодиод 5 в оправке 6 с противоположной стороны, блок осветителя и оправка фотодиода фиксируются винтами 8 с цилиндрической головкой к базовому элементу.

Согласно п. 2 показан блок осветителя 1 (фиг. 2), где светодиод 9 установлен в пустотелом цилиндре 15 с одной стороны которого образована щель 10, выполняющая функцию щелевой диафрагмы, а пустотелый цилиндр 15 установлен в цилиндрическом отверстии 14 и зафиксирован винтом 16. Поворотное зеркало 11 установлено в месте пересечения цилиндрических отверстий 14 и 17, которое фиксируется клеем к корпусу блока осветителя. В цилиндрическом отверстии 17 образована апертурная диафрагма 12 вплотную к которой установлена линза 13, зафиксированная фланцем 18.

Данное решение позволяет максимально точно установить элементы датчика относительно друг друга и упростить юстировку путем ориентации блока осветителя относительно дифференциального фотодиода. Таким образом, возможно достичь предельной точности преобразования датчика, которая реализуется при идеальном расположении его элементов (см. фиг. 3), где показана нелинейность преобразования датчика в диапазоне углов ±15° механического перемещения величина, которой не превышает 0.1%. Кроме того, данная компоновка элементов датчика позволяет достичь температурной нестабильности датчика на уровне менее 50 ррт/°С.

В соответствии с п. 3 дифференциальный фотодиод установлен в оправке электирчески изолированно от нее, что снижает уровень помех, вносимых исполнительным двигателем.

Описание чертежей

На фиг. 1 показана установка элементов датчика на исполнительном двигателе гальванометрического сканатора, где 1 блок осветителя, 2 базовый элемент, 3 исполнительный двигатель, 4 плоскопараллельная пластина, 5 дифференциальный фотодиод, 6 оправка крепления дифференциального диода, 7 винты и отверстия с цековкой крепления базового элемента, 8 цилиндрические винты крепления блока осветителя и оправки дифференциального фотодиода.

На фиг. 2 показана компоновка блока осветителя, где 9 светодиод, 10 щелевая диафрагма, 11 поворотное зеркало, 12 апертурная диафрагма, 13 линза, 14 цилиндрическое отверстие, 15 пустотелый цилиндр, 16 винт фиксации пустотелого цилиндра со светодиодом, 17 цилиндрическое отверстие, 18 фланец фиксации линзы.

На фиг. 3 показана нелинейность функции преобразования датчика.

Осуществление изобретения

Конструктивно датчик выполнен в виде базового элемента 2, установленного на исполнительном двигателе гальванометрического сканатора 3 на котором закреплены блок осветителя 1 и дифференциальный фотодиод 5 в оправке 6, между ними на роторе исполнительного двигателя закреплена плоскопараллельная пластина 4.

Работает устройство следующим образом. Световой поток от светодиода 9 проходит последовательно через щелевую диафрагму 10, поворотное зеркало 11, апертурную диафрагму 12, линзу 13, плоскопараллельную пластину 4 и падает на дифференциальный фотодиод 5 в виде прямоугольного светового пятна, являющегося изображением щелевой диафрагмы. При повороте ротора исполнительного двигателя вместе с плоскопараллельной пластиной 4 световое пятно смещается по фоточувствительным площадкам дифференциального фотодиода на выходе которого возникает электрический ток пропорциональный угловому перемещению ротора.

1. Патент RU 2317523 С2, 20.02.2008 Бюл. №5.

Датчик гальванометрического сканатора включает блок осветителя, включающий светодиод, щелевую диафрагму, установленную в непосредственной близости от него, поворотное зеркало, апертурную диафрагму, линзу, а также ротор сканатора, установленный в исполнительном двигателе, плоскопараллельную пластину, закрепленную на роторе сканатора, и дифференциальный фотодиод с двумя фоточувствительными площадками. Блок осветителя установлен на базовом элементе, закрепленном на исполнительном двигателе через отверстия с цековкой с одной стороны от плоскопараллельной пластины. Дифференциальный фотодиод установлен в оправке с противоположной стороны. Блок осветителя и оправка фотодиода фиксируются винтами к базовому элементу. Технический результат – повышение точности преобразования датчика за счет повышения точности установки элементов точности и упрощения юстировки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Датчик гальванометрического сканатора, включающий светодиод, щелевую диафрагму, установленную в непосредственной близости от него, поворотное зеркало, установленное за щелевой диафрагмой, апертурную диафрагму, установленную за поворотным зеркалом, линзу, расположенную за апертурной диафрагмой, ротор сканатора, установленный в исполнительном двигателе, плоскопараллельную пластину, закрепленную на роторе сканатора и дифференциальный фотодиод с двумя фоточувствительными площадками в виде полуокружностей, разделенными зазором, установленный за плоскопараллельной пластиной, отличающийся тем, что светодиод, щелевая диафрагма, поворотное зеркало, апертурная диафрагма и линза объединены в блоке осветителя, который установлен на базовом элементе, закрепленном на исполнительном двигателе через отверстия с цековкой так, что располагается с одной стороны от плоскопараллельной пластины, установленной на роторе, а дифференциальный фотодиод в оправке с противоположной стороны, блок осветителя и оправка фотодиода фиксируются винтами с цилиндрической головкой к базовому элементу.

2. Датчик гальванометрического сканатора по п. 1, отличающийся тем, что в блоке осветителя сделаны цилиндрические сквозные отверстия под углом меньше 90°, светодиод установлен внутри пустотелого цилиндра, закрытого с одного торца, в котором образована щель, выполняющая функцию щелевой диафрагмы, а пустотелый цилиндр - в круглом цилиндрическом отверстии блока осветителя и фиксируется винтом, поворотное зеркало фиксируется на блоке осветителя с помощью клея на стороне пересечения цилиндрических сквозных отверстий, а с противоположной стороны свободного отверстия образована апертурная диафрагма, прилегая к которой установлена линза, зафиксированная с помощью фланца.

3. Датчик гальванометрического сканатора по п. 1, отличающийся тем, что дифференциальный фотодиод устанавливается в оправку электрически изолированно от нее.