專利名稱：反射式光電開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域。
包裝、印刷自動(dòng)填料等的機(jī)械設(shè)備，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和包裝、印刷質(zhì)量，必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確定位和即時(shí)填料、封裝。在封裝材料上，如塑料薄膜、復(fù)合鋁箔、紙等上面印刷圖案、品名及色標(biāo)等。為了實(shí)現(xiàn)在印刷圖案上自動(dòng)地精確套色及即時(shí)進(jìn)料和封裝，需要依靠光電開關(guān)來控制包裝及印刷機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，這一自動(dòng)化工藝過程對(duì)光電開關(guān)具有以下嚴(yán)格的技術(shù)要求1.高穩(wěn)定性避免開機(jī)時(shí)因運(yùn)行過程中光源，電磁干擾，溫度(環(huán)境溫度在－30℃－50℃)，振動(dòng)(20g)等因素的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作；2.高靈敏度能對(duì)不同的色標(biāo)和背景進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分；3.高響應(yīng)速率達(dá)到10KHE。
目前，國內(nèi)一般采用單色光電開關(guān)，這種開關(guān)的顏色識(shí)別范圍小，而且頻率響應(yīng)達(dá)不到指標(biāo)，難以在要求嚴(yán)格的設(shè)備上使用。國外使用的雙色光電開關(guān)，雖能夠識(shí)別各種顏色標(biāo)記，但由于光路設(shè)計(jì)采用雙分束片系統(tǒng)，電子系統(tǒng)中的相關(guān)器采用模擬乘法器，因而存在光能量損失較大和動(dòng)態(tài)范圍小，線路復(fù)雜等缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的，是提供一種改進(jìn)的雙色光電開關(guān)——反射式光電開關(guān)。它對(duì)各種簡明的顏色標(biāo)記與不同背景有識(shí)別能力，靈敏度高，高響應(yīng)速率，抗電磁干擾，耐振動(dòng)以及在不同的環(huán)境溫度下不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作的高穩(wěn)定性。
反射式光電開關(guān)，是利用光對(duì)不同目標(biāo)顏色反射率不同的特性，來對(duì)不同顏色標(biāo)記進(jìn)行傳感的，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，給出不同電平信號(hào)，控制機(jī)械操作部分的動(dòng)作。
本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)采用分色片——分束片組合分光，使光能量利用效率較分束片——分束片組合提高一倍，增加了系統(tǒng)信噪比。電子學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)器中利用開關(guān)式乘法器，因而提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，且電子線路簡單，易調(diào)試。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型說明之。
附


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；附圖2是開關(guān)式乘法器的電路圖；附圖3是相關(guān)器輸出與 的關(guān)系；附圖4是本實(shí)用新型的外形圖。
圖1中1——分色片，2、3——發(fā)光二極管，4——準(zhǔn)直透鏡，5——分束片，6——發(fā)射透鏡，7——光欄，8——接收透鏡，9——探測器，10——前放，11——高通濾波器，12——放大器，13——開關(guān)乘法器，14——濾波器，15——比較器，16——功率驅(qū)動(dòng)器，17——方波發(fā)生器，18——移相器，K——開關(guān)。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是，在分色片1的兩邊，分別對(duì)稱放置發(fā)光二極管2和3，分色片1的上方依次是準(zhǔn)直透鏡4和分束片5，在分束片5的左前方放置有發(fā)射透鏡6，右方依次放置光欄7和接收透鏡8。接收透鏡8的聚焦點(diǎn)處是探測器9，探測器9與前放10串接，前放10再接一高通濾波器11，高通濾波器11再串接一放大器12，放大器12再與開關(guān)乘法器13和濾波器14串接。方波發(fā)生器17一頭與移相器18串接后，接到開關(guān)乘法器13上，另一頭通過開關(guān)K，與發(fā)光二極管2或3連接。
工作時(shí)，發(fā)光二極管2、3(紅色或黃色)經(jīng)方波發(fā)生器17調(diào)制后，光線經(jīng)分色片1分別反射或透射紅光或黃光，分色片1與光軸的安裝角度為30°～60°，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡4聚焦無窮遠(yuǎn)，再經(jīng)分束片5反射或透射到發(fā)射透鏡6上，由發(fā)射透鏡6聚焦到色標(biāo)上。由色標(biāo)反射回來的光束再經(jīng)發(fā)射透鏡6，分束片5，接收透鏡8到達(dá)探測器9，光欄7是控制光通量，保證色標(biāo)在9±2mm的距離范圍內(nèi)，電平輸出一定可準(zhǔn)確提供開關(guān)信號(hào)。
本實(shí)用新型的電路工作時(shí)探測器9得到的光信號(hào)經(jīng)前放10，高通濾波器11進(jìn)行放大和濾波后再跟一級(jí)放大器12，經(jīng)放大的信號(hào)加在開關(guān)乘法器13上。方波發(fā)生器17產(chǎn)生的200KH2的方波信號(hào)一方面去驅(qū)動(dòng)紅色發(fā)光二極管2或黃色發(fā)光二極管3，以產(chǎn)生調(diào)制光信號(hào)，另一方面作為參考信號(hào)經(jīng)移相器18進(jìn)行移相，以達(dá)到與放大器12輸出的信號(hào)同相位，并且也加在開關(guān)乘法器13上，開關(guān)乘法器13的輸出經(jīng)低通濾波器14進(jìn)行濾波。如果色標(biāo)顏色是淡顏色(與背景相比)，濾波器輸出正脈沖，反之輸出負(fù)脈沖，再經(jīng)比較器15和帶有短路保護(hù)器的功率驅(qū)動(dòng)器16，最后輸出的信號(hào)就是開關(guān)量了。
本實(shí)用新型電路中關(guān)鍵部件是相關(guān)器(
圖1中虛線框內(nèi))，它是由開關(guān)乘法器13和濾波器14組成的，電路圖見附圖2。相關(guān)器是一種完成被測信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)函數(shù)運(yùn)算的電子線路，即把待測信號(hào)中與參考信號(hào)同步的信號(hào)檢測出來，抑制與參考信號(hào)非同步的噪聲信號(hào)。相關(guān)器包括乘法器和積分器二部分，本實(shí)用新型的乘法器是采用線性好，動(dòng)態(tài)范圍大，電路簡單，易調(diào)試的開關(guān)乘法器，對(duì)于積分器來說，積分時(shí)間的長短，需根據(jù)測量對(duì)象的實(shí)際情況來決定，本實(shí)用新型采用Tr＞8TR(TR為參考信號(hào)周期)。
開關(guān)式乘法相關(guān)器的關(guān)鍵是模擬門開關(guān)電路，它們決定相關(guān)器的主要技術(shù)指標(biāo)，如動(dòng)態(tài)范圍、線性度、頻率范圍、輸入阻抗、零點(diǎn)漂移等。由于場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻小(0.1～1KΩ)，夾斷電阻大(在109Ω以上)，實(shí)際上已經(jīng)接近于理想開關(guān)的情況。因此，由場效應(yīng)管構(gòu)成的相關(guān)器對(duì)低電平信號(hào)可以認(rèn)為是非常理想的。
圖2為本光電開關(guān)采用的開關(guān)式乘法相關(guān)器電路原理圖。圖中RC為積分的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)測試時(shí)間t＞＞Ta時(shí)，有如下式V0＝－2R0VmACOS ／(πR1)
由此可知，相關(guān)輸出為直流電壓，其值比于輸入信號(hào)的基波振幅VmA，參考信號(hào)之間的相位差的余弦COS 成正比，為近似積分器的直流放大倍數(shù)，負(fù)號(hào)表示由反相輸入端輸入，而2／π為乘法器輸出直流分量的系數(shù)。當(dāng) 1＝0時(shí)，V0＝V01max＝－2R0VmA／(πR1) 1＝π／2時(shí)，V01＝V01min＝0 1＝π時(shí)，V01＝－V01｜ 0＝＋2R0VmA／(πR1)本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)1.靈敏度高，能對(duì)各種顏色標(biāo)記與背景(包括透明背景)進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分；2.響應(yīng)頻率高，達(dá)到10KH2，色標(biāo)移動(dòng)速度在40米／秒之內(nèi)均能響應(yīng)(假設(shè)色標(biāo)寬度在2mm，色標(biāo)之間間隔為2mm條件下)；3.穩(wěn)定性好，不受電磁干擾，振動(dòng)(20g)等因素的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作，環(huán)境溫度在－30°－50°之間，均能正常工作；4.根據(jù)色標(biāo)與背景的不同顏色，采用選擇波段開關(guān)，可以極方便地選用紅光、黃光或綠光；5.結(jié)構(gòu)小，安裝方便；6.可進(jìn)行正面和側(cè)面兩個(gè)方向上色標(biāo)識(shí)別的切換。
總之，本實(shí)用新型是一種對(duì)各種簡明的顏色標(biāo)記與不同背景(包括透明背景)有識(shí)別能力，且靈敏度高，抗電磁干擾，耐振動(dòng)以及可適應(yīng)不同環(huán)境溫度，有高穩(wěn)定性，能夠有效和可靠地在印刷、包裝以及一切需要利用顏色標(biāo)記作為自動(dòng)判斷并控制的自動(dòng)化設(shè)備上，能確保產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求1.一種反射式光電開關(guān)，其特征在于，在分色片的兩側(cè)，分別對(duì)稱放置二個(gè)發(fā)光二極管，分色片的上方依次是準(zhǔn)直透鏡和分束片，在分束片的左方放置發(fā)射透鏡，右方依次放置光欄和接收透鏡，在接收透鏡的聚焦點(diǎn)處是探測器，該探測器與前放串接，前放再接一高通濾波器，該高通濾波器再串接一放大器，該放大器再與開關(guān)乘法器和濾波器串接；方波發(fā)生器一頭與移相器串接后，接到開關(guān)乘法器上，另一頭通過開關(guān)，與二只發(fā)光二極管連接。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)，其特征在于，分色片與光軸的夾角為30°——60°。
專利摘要本實(shí)用新型屬光電子技術(shù)領(lǐng)域。
本實(shí)用新型涉及一種反射式光電開關(guān)，其特征在于，在分色片的兩側(cè)，分別對(duì)稱放置二個(gè)發(fā)光二極管、分色片的上方依次是準(zhǔn)直透鏡和分束片，在分束片的左方放置發(fā)射透鏡，右方依次放置光欄和接收透鏡，在接收透鏡的聚焦點(diǎn)處是探測器。電子學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)器中采用開關(guān)式乘法器，從而使光能量利用率大大提高，電子線路簡單易調(diào)，可廣泛應(yīng)用于對(duì)各種顏色標(biāo)記與不同背景的識(shí)別，而且靈敏度高，抗電磁干擾，耐振動(dòng)。
文檔編號(hào)G02B27/00GK2189318SQ94212928
公開日1995年2月8日 申請(qǐng)日期1994年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月23日
發(fā)明者汪宗輝, 汪元鈞, 劉書珍, 張運(yùn)杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所