一种旋转限位自动检测装置及其操作方法.pdf

本发明涉及一种电动和手动双模式的旋转限位自动检测装置。包括：转子，电子限位器，和机械限位器。转子上固定有中轴；第一电子限位挡片；第二电子限位挡片；机械限位挡块；第一中位挡片；第二中位挡片。电子限位器包括：PCB板，第一叉型传感器，第二叉型传感器。本发明旋转限位自动检测装置设计科学，结构简单，易于生产，成本低；通过机械限位挡块实现手动旋转时限位，机械限位挡块被机械限制器挡住，控制物理可转的最大角度；通过电子限位挡片实现在步进电机控制转子转动时限位。本发明还提供一种旋转限位自动检测装置的操作方法。

权利要求书
1.  一种旋转限位自动检测装置，包括：
转子(1)、与该转子(1)位置相对固定的电子限位器(2)、与该转子(1)和该电子限位器(2)的位置相对固定的机械限位器(3)；
转子(1)的特征在于，包括：中轴(11)；固定在中轴(11)上的第一电子限位挡片(12)；固定在中轴(11)上的与第一电子限位挡片(12)同轴且在轴向上有偏差的第二电子限位挡片(13)；固定在中轴(11)上与第一电子限位挡片(12)、第二电子限位挡片(13)同轴且在轴向上有偏差的机械限位挡块(14)；固定在中轴(11)上的第一中位挡片(15)；固定在中轴(11)上的第二中位挡片(16)。

2.  根据权利要求1所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述第一中位挡片(15)和第一电子限位挡片(12)在与轴垂直的第一平面(P1)上；
所述第二中位挡片(16)和第二电子限位挡片(13)在与轴垂直的第二平面(P2)上；
所述第一中位挡片(15)和所述第二中位挡片(16)在与轴平行的同一竖直线上。

3.  根据权利要求1所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述机械限位挡块(14)与机械限位器(3)在与轴垂直的第三平面(P3)上，且机械限位挡块(14)与机械限位器(3)位于过轴的两个相对位置上；机械限位挡块(14)与机械限位器(3)间距小于机械限位挡块(14)的径向厚度。

4.  根据权利要求2所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述电子限位器(2)包括：
PCB板(21)；
在与轴垂直的第一平面(P1)上的第一叉型传感器(22)；
在与轴垂直的第二平面(P2)上的第二叉型传感器(23)。

5.  根据权利要求4所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述第一叉型传感器(22)、第二叉型传感器(23)在平行于轴线的同一竖直线上。

6.  根据权利要求4所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于:
所述第一电子限位挡片(12)、第二电子限位挡片(13)的宽度，以及第一中位挡片(15)、第二中位挡片(16)的宽度和所述电子限位器(2)的间距配合设置，第一电子限位挡片(12)在旋转过程中通过第一叉型传感器(22)，遮挡第一叉型传感器(22)光源；且第二电子限位挡片(13)在旋转过程中通过第二叉型传感器(23)，遮挡第二叉型传感器(23)光源；第一中位挡片(15)在旋转过程中通过第一叉型传感器(22)，遮挡第一叉型传感器(22)光源；且第二中位挡片(16)在旋转过程中通过第二叉型传感器(23)，遮挡第二叉型传感器(23)光源。

7.  根据权利要求6所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述第一中位挡片(15)和第二中位挡片(16)的宽度为最小可以挡住叉型传感器光源的宽度。

8.  根据权利要求6所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述第一电子限位挡片(12)、第二电子限位挡片(13)的宽度被设置为当机械限位挡块(14)与机械限位器(3)发生物理碰撞时，第一电子限位挡片(12)通过第一叉型传感器(22)，遮挡第一叉型传感器(22)光源，或者第二电子限位挡片(13)通过第二叉型传感器(23)，遮挡第二叉型传感器(23)光源。

9.  根据权利要求6所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
当所述第一中位挡片(15)和所述第二中位挡片(16)旋转到所述第一叉型传感器(22)和所述第二叉型传感器(23)位置时，该转子(1)处于中间位置,这时所述机械限位挡块(14)的第一边缘(14a)与机械限位器(3)的第一边缘(3a)形成的圆心角α1，与所述机械限位挡块(14)的第二边缘(14b)与机械限位器(3)的第二边缘(3b)形成的圆心角α2相等，且α1和α2是从中间位置手动转动的最大角度。

10.  根据权利要求1或2所述的旋转限位自动检测装置，其特征在于：
所述第一中位挡片(15)的第一边缘(15a)和第一电子限位挡片(12)的第一边缘(12a)形成的圆心角β1，与所述第二中位挡片(16)的第二边缘(16b)和第二电子限位挡片(13)的第二边缘(13b)的形成圆心角β2相等，且β1和β2是从中间位置电动转动的最大角度。

说明书一种旋转限位自动检测装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及旋转限位检测装置，特别是涉及一种电动和手动双模式的旋转限位自动检测装置及其操作方法。
背景技术
旋转机构的限位在电子摄像头、电子显示屏领域中经常使用，目前限位器主要分为两类：机械式调节限位和电子式调节限位。为了实现对旋转机械的自动化控制，需要采用旋转检测装置来实时检测旋转主轴的旋转状态，并将旋转主轴的各项参数传输到控制系统。
现有技术一般采用磁性编码器作为旋转检测器，利用磁性检测旋转部件的旋转角度。这种检测器包括具有周期的凹凸部件，如齿轮，一般需要高精度地加工。
发明内容
本发明设计了一种旋转限位自动检测装置，其目的在于提供一种既被电机带动而旋转同时又能手动控制转动的转轴的旋转限位自动检测装置。在通过步进电机进行电动驱动情况下可以基于基准位置精确地确定转动的角度，但是当手动转动之后相对于基准位置的角度改变需要自动校准基准位置后才能确定旋转角度。
为了实现上述目的，本发明采用了以下方案：
一种旋转限位自动检测装置，包括：转子；与该转子位置相对固定的电子限位器；与该转子和该电子限位器的位置相对固定的机械限位器。转子的特征在于，包括：中轴；固定在中轴上的第一电子限位挡片；固定在中轴上的与第一电子限位挡片同轴且在轴向上有偏差的第二电子限位挡片；固定在中轴上与第一电子限位挡片、第二电子限位挡片同轴且在轴向上有偏差的机械限位挡块；固定在中轴上的第一中位挡片；固定在中轴上的第二中位挡片。
进一步，所述第一中位挡片和第一电子限位挡片在与轴垂直的同一平面上；第二中位挡片和第二电子限位挡片在与轴垂直的同一平面上；上述第一中位挡片和上述第二中位挡片在同一竖直线上。
进一步，所述机械限位挡块与机械限位器在与轴垂直的同一平面上，且机械限位挡块与机械限位器位于过轴的两个相对位置上；机械限位挡块与机械限位器间距小于机械限位挡块的厚度。
进一步，所述电子限位器包括：PCB板；与第一电子限位挡片在与轴垂直的同一平面上的第一叉型传感器；与第二电子限位挡片在与轴垂直的同一平面上的第二叉型传感器；
进一步，所述第一叉型传感器、第二叉型传感器在同一竖直线上。
进一步，所述第一电子限位挡片、第二电子限位挡片的宽度和上述电子限位器的间距配合设置，第一电子限位挡片在旋转过程中通过第一叉型传感器，遮挡第一叉型传感器光源，且第二电子限位挡片在旋转过程中通过第二叉型传感器，遮挡第二叉型传感器光源，第一中位挡片在旋转过程中通过第一叉型传感器，遮挡第一叉型传感器光源，且第二中位挡片在旋转过程中通过第二叉型传感器，遮挡第二叉型传感器光源。
进一步，第一中位挡片和第二中位挡片的宽度为最小可以挡住叉型传感器光源的宽度。
进一步，第一电子限位挡片、第二电子限位挡片的宽度需要保证在机械限位挡块与机械限位器发生物理碰撞时，第一电子限位挡片通过第一叉型传感器，遮挡第一叉型传感器光源，或者第二电子限位挡片通过第二叉型传感器，遮挡第二叉型传感器光源。
进一步，上述机械限位挡块的边缘与机械限位器的边缘的圆心角，是从中间位置手动转动的最大角度。
进一步，上述第一中位挡片的边缘和第一电子限位挡片的边缘的圆心角，与上述第二中位挡片的边缘和第二电子限位挡片的边缘的圆心角相等，是从中间位置自动转动的最大角度。
进一步，从中间位置手动转动的最大角度，大于从中间位置电动转动的最大角度，保证在电动转动到最大角度时，机械限位挡块没有与机械限位器物理碰撞。
本发明还提供一种对上述旋转限位自动检测装置进行操作的方法，其特征在于：
所述转子被手动转动后初次通过步进电机带动进行电动转动时，所述转子先回到中间位置，再通过步进电机计算转子转动角度。
进一步，当第一电子限位挡片通过第一叉型传感器，并遮挡第一叉型传感器光源时，阻止向第一方向电动驱动所述转子，但允许向与第一方向相反的第二方向电动驱动所述转子；
当第二电子限位挡片通过第二叉型传感器，并遮挡第二叉型传感器光源时，阻止向与所述第二方向电动驱动所述转子，但允许向所述第一方向电动驱动所述转子。
进一步当所述转子自动校准中间位置时，先电动驱动所述转子向着预定方向转动，如果所述转子转动到第一叉型传感器和第二叉型传感器被同时遮挡的位置时，停止转子的转动并将当前位置记录为中间位置；
如果所述转子转动到第一叉型传感器或第二叉型传感器被遮挡而另一个叉型传感器未被遮挡的状态时，向相反方向转动所述转子直到第一叉型传感器和第二叉型传感器被同时遮挡的位置，停止转子的转动并将当前位置记录为中间位置。
该旋转限位自动检测装置具有以下有益效果：
(1)本发明旋转限位自动检测装置设计科学，结构简单，易于生产，成本低。
(2)通过机械限位挡块实现手动旋转时限位，机械限位挡块被机械限制器挡住，控制物理可转的最大角度；
(3)通过电子限位挡片实现在步进电机控制转子转动时限位。
附图说明
本发明的这些目的、特征及优点以及其他目的、特征及优点能够从附图所表示的本发明的优选的实施方式的详细的说明变得更加明确。
图1是本发明旋转限位自动检测装置的立体结构示意图。
图2是本发明旋转限位自动检测装置的转子的立体结构示意图。
图3是本发明旋转限位自动检测装置的电子限位器的立体结构示意图。
图4A是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的剖面图。
图4B是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的俯视图。
图4C和图4D是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的剖面图的角度说明。
图5是本发明旋转限位自动检测装置电子限位器2检测到中轴朝一个方向电子旋转至该方向的最大角度。
图6是本发明旋转限位自动检测装置机械限位器3检测到中轴朝一个方向机械旋转至该方向的最大角度。
图7是本发明旋转限位自动检测装置电子限位器2检测到中轴朝另一个方向电子旋转至该方向的最大角度。
图8是本发明旋转限位自动检测装置机械限位器3检测到中轴朝另一个方向机械旋转至该方向的最大角度。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对相同的部件标注相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当改变比例尺。
图1是本发明旋转限位自动检测装置的立体结构示意图。包括：转子1；与该转子1位置相对固定的电子限位器2；与该转子1和该电子限位器2的位置相对固定的机械限位器3。
图2是本发明旋转限位自动检测装置的转子1的立体结构示意图。包括：转子1的特征在于，包括：中轴11；固定在中轴11上的第一电子限位挡片12；固定在中轴11上的与第一电子限位挡片12同轴且在轴向上有偏差的第二电子限位挡片13；固定在中轴11上与第一电子限位挡片12、第二电子限位挡片13同轴且在轴向上有偏差的机械限位挡块14；固定在中轴11上的第一中位挡片15；固定在中轴11上的第二中位挡片16。
上述第一中位挡片15和第一电子限位挡片12在与轴垂直的同一平面P1上；上述第二中位挡片16和第二电子限位挡片13在与轴垂直的同一平面P2上；上述第一中位挡片15和上述第二中位挡片16在与轴平行的同一竖直线上。
上述机械限位挡块14与机械限位器3在与轴垂直的同一平面P3上，且机械限位挡块14与机械限位器3位于过轴的两个相对位置上；机械限位挡块14与机械限 位器3间距小于机械限位挡块14的径向厚度。
中轴11上设计有多个螺钉孔11a，用来传动中轴11上方旋转物体，比如电子屏幕。中轴11既可以通过步进电机控制转动来带动上方物体旋转，也可以通过手动调节带动上方物体旋转。
图3是本发明旋转限位自动检测装置的电子限位器2的立体结构示意图。包括：PCB板21；与第一电子限位挡片12在与轴垂直的同一平面P1上的第一叉型传感器22；与第二电子限位挡片13在与轴垂直的同一平面P2上的第二叉型传感器23；其中所述第一叉型传感器22、第二叉型传感器23在同一竖直线上。所述传感器可以由上至下发射光源，上方是发射点，下方是接收点；或者反之亦然。所述传感器具有两个状态：一个状态是光源未被遮挡，状态为0；另一个状态是光源被遮挡，状态为1。两个传感器组合有4个状态：0/0,0/1,1/0,1/1。
上述第一电子限位挡片12、第二电子限位挡片13的宽度和上述电子限位器2的间距配合设置，第一电子限位挡片12在旋转过程中通过第一叉型传感器22，遮挡第一叉型传感器22光源，且第二电子限位挡片13在旋转过程中通过第二叉型传感器23，遮挡第二叉型传感器23光源，第一中位挡片15在旋转过程中通过第一叉型传感器22，遮挡第一叉型传感器22光源，且第二中位挡片16在旋转过程中通过第二叉型传感器23，遮挡第二叉型传感器23光源。
上述第一中位挡片15和第二中位挡片16的宽度为最小可以挡住叉型传感器光源的宽度。在角度计算中可以忽略第一中位挡片15和第二中位挡片16的宽度所占的圆心角大小。
上述第一电子限位挡片12、第二电子限位挡片13的宽度需要保证在机械限位挡块14与机械限位器3发生物理碰撞时，第一电子限位挡片12通过第一叉型传感器22，遮挡第一叉型传感器22光源，或者第二电子限位挡片13通过第二叉型传感器23，遮挡第二叉型传感器23光源。
图4A是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的剖面图。图4B是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的俯视图。当中轴11旋转至中间位置时，第一中位挡片15和第二中位挡片16分别转至第一叉型传感器22和第二叉型传感器23，两个传感器的光源均被遮挡，两个传感器组合状态为1/1，PCB板21识别判断中轴位置为中间位置。由于第一中位挡片15和第二中位挡片16在同一竖直线上，在俯视图中第一中位挡片15和第二中位挡片16 重合。
当需要所述转子1自动校准中间位置时，先电动驱动所述转子1向着预定方向转动，如果所述转子转动到第一叉型传感器22和第二叉型传感器23被同时遮挡的位置时，可以判断它们是同时被第一中位挡片15和第二中位挡片16挡住的，这时停止转子的转动并将当前位置记录为中间位置；
如果所述转子1转动到第一叉型传感器22或第二叉型传感器23被遮挡而另一个叉型传感器未被遮挡的状态时，这表明转子1已经转动到电动驱动的最大转动角度，这时停止电动驱动转子的转动，并且向相反方向电动驱动所述转子1直到第一叉型传感器22和第二叉型传感器23被同时遮挡的位置，停止转子的转动并将当前位置记录为中间位置。
图4C和图4D是本发明旋转限位自动检测装置检测到旋转至中间位置时的剖面图的角度说明。上述机械限位挡块14的边缘14a与机械限位器3的边缘3a的圆心角α1，与上述机械限位挡块14的边缘14b与机械限位器3的边缘3b的圆心角α2相等，且α1和α2是从中间位置手动转动的最大角度。上述第一中位挡片15的边缘15a和第一电子限位挡片12的边缘12a的圆心角β1，与上述第二中位挡片16的边缘16b和第二电子限位挡片13的边缘13b的圆心角β2相等，且β1和β2是从中间位置电驱动电动转动的最大角度。
图5是本发明旋转限位自动检测装置电子限位器2检测到中轴朝一个方向电子旋转至该方向的最大角度。当步进电机控制中轴11朝一个方向旋转至某一角度时，第二电子限位挡片13旋转至第二叉型传感器23处，第二叉型传感器23的光源刚刚开始被第二电子限位挡片13遮挡；同时第一电子限位挡片12还未到达第一叉型传感器22处，第一叉型传感器22的光源没有被第一电子限位挡片12遮挡，传感器的组合状态为0/1，PCB板21识别判断中轴位置为该旋转方向的最大角度β2，并停止转动，防止其继续电动地在这个方向上旋转，但可以电子控制其在相反方向旋转。此时，机械限位挡块14还未到达机械限位器3处，也就是说，还没有到达机械旋转的最大角度。在一个实施例中，该角度为140度。由于第一叉型传感器22和第二叉型传感器23在同一竖直线上，在俯视图中第一叉型传感器22和第二叉型传感器23重合。
图6是本发明旋转限位自动检测装置机械限位器3检测到中轴朝一个方向机械旋转至该方向的最大角度。当手动调节中轴11朝一个方向旋转至某一角度时， 机械限位挡块14到达机械限位器3处，机械限位挡块14被机械限位器3挡住，中轴11相对于中间位置旋转至物理可转的最大角度α2，也就是说，到达机械旋转的最大角度。在一个实施例中，该角度为150度。
图7是本发明旋转限位自动检测装置电子限位器2检测到中轴朝另一个方向电子旋转至该方向的最大角度。当步进电机控制中轴11朝另一个方向旋转至某一角度时，第一电子限位挡片12刚刚旋转至第一叉型传感器22处，第一叉型传感器22的光源刚好被第一电子限位挡片12遮挡；同时第二电子限位挡片13还未到达第二叉型传感器23处，第二叉型传感器23的光源没有被第二电子限位挡片13遮挡，传感器的组合状态为1/0，PCB板21识别判断中轴位置为该旋转方向的最大角度β1，并且停止向这个方向继续旋转，但可以电子控制其在相反方向旋转。此时，机械限位挡块14还未到达机械限位器3处，也就是说，还没有到达机械旋转的最大角度。在一个实施例中，该角度为140度。
图8是本发明旋转限位自动检测装置机械限位器3检测到中轴朝另一个方向机械旋转至该方向的最大角度。当手动调节中轴11朝另一个方向旋转至某一角度时，机械限位挡块14到达机械限位器3处，机械限位挡块14被机械限位器3挡住，中轴11旋转至物理可转的最大角度，也就是说，到达机械旋转的最大角度α1。在一个实施例中，该角度为150度。
图6和图8中示出，从中间位置手动转动的最大角度α1和α2，大于从中间位置电动转动的最大角度β1和β2，保证在电动转动到最大角度时，机械限位挡块14没有与机械限位器3物理碰撞。本发明可以避免在电动转动到手动转动允许的最大角度，也就是避免在机械限位挡块14与机械限位器3物理碰撞之后，步进电机空转的损伤。
在一个实施例中，转子1电动转动时，随时可以更改为手动转动。
在一个实施例中，转子1被手动转动至最大角度后，改用电动转动。此时第一电子限位挡片12或第二电子限位挡片13的宽度仍然能遮挡第一叉型传感器22或第二叉型传感器23的光源，传感器的组合状态可以判断出转子1位置，初次通过步进电机带动进行电动转动时，转子1先回到中间位置，再通过步进电机计算转子1转动角度。
在一个实施例中，转子1被手动转动，但是没有至最大角度时，改用电动转动。此时传感器的组合状态没有办法判断出转子1位置。初次通过步进电机带动 进行电动转动时，转子1先朝一个方向转动到该方向上最大的电动转动角度，再回到中间位置，继续通过步进电机计算转子1转动角度。
这样可以在手动转动破坏步进电机的定位基准时快速地进行自动校准恢复电动驱动的方向定位，本发明的这一优点可以应用于例如监控设备这样需要旋转定位的机械结构上。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，但从业人员当然能够不脱离本发明的范围进行上述改变及种种其他改变、省略、追加。