TWI484143B - Separate photoelectric sensor with lock and alignment detection - Google Patents

Description

具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器

本發明係一種分離型光電感測器，尤指一種可偵測鎖固與對準狀態的分離型光電感測器。

現有光電開關使用的場所相當廣泛，例如石化工業、大宗食品業、飼料業、鋼鐵業、水泥業等需要存放大量原物料的工業場所，藉由光電開關偵測物料桶內物料的高度，再由與光電開關連接的控制系統轉換為存量以進行管控。

常見的光電開關係如美國發明專利權第6921911號「利用光電方式偵測容器中之液位高度的方法與裝置(Method and device for optically determining a filling level in liquid-filled containers)」，請參閱圖16所示，該光電偵測裝置80係設於物料桶的桶壁91上，其包含有一偵測頭81與一電路板82，該偵測頭81具有依序連接的多數個側壁面811與多數個反射面812、812’，該等側壁面811與該等反射面812或812’是以兩兩相對的方式漸次縮小而呈階梯狀，各對反射面812或812’分別對應一個液位高度，又最底端相接的兩個反射面812’是呈V形相 接，該電路板82包含有一光發射器821與一光感測器822，該光發射器821用以發出多數道光線，經各對反射面812的全反射後再由光感測器822接收，若偵測頭81的一部分浸入於溶液92中，則光發射器821發出的光線會於該對反射面812’產生折射而不會反射，該電路板82依據光感測器822接收之各道光線的光通量，判斷並輸出液位高度的感測結果，而可供使用者得知該物料桶內之溶液92的液位高低。

由上述可知，現有的光電開關或是前述光電偵測裝置80為維持光線反射路徑的準確性多是採用一體成型，以確保光線於各對反射面812、812’可達到全反射，因此欲裝設光電開關或光電偵測裝置80於物料桶時，偵測頭81與電路板82需一併裝設，若其中的偵測頭81或電路板82故障損壞，則需更換整個光電偵測裝置80；而當光電偵測裝置80是安裝於物料桶的側壁時，維修前需將物料桶中的溶液92降至安裝位置以下以避免溶液92由安裝偵測頭81的孔位溢出，而有成本增加與維修不易的問題。

若將光電偵測裝置80的偵測頭81與電路板82改為分離式設計，則容易因裝設位置不正確或光線反射路徑不易對準，降低光電偵測裝置80之光線反射路徑的準確性，而有偵測錯誤的問題。

如前揭所述，現有光電開關或光電偵測裝置係將偵測頭與電路板整合於一體，若其中的偵測頭或電路板故障損壞，則需更換整個光電開關或光電偵測裝置，而有成本增加與維修不易的問題，若將偵測頭與電路板分開設置，易因裝設位置不正確而降低光線反射路徑的準確性，而有偵測錯誤的問題，因此本發明主要目的在提供一具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，主要是將光學檢測頭與光電感測器分別模組化而可拆卸地相互結合，光電感測器設有偵測電路以偵測光學檢測頭與光電感測器之間是否確實鎖固與對準，藉由可分離的結構與鎖固狀態偵測，解決現有一體式之光電偵測裝置的偵測頭或電路板故障損壞時，維修不易與成本增加的問題，以及解決因裝設位置不正確或不易對準結合之偵測錯誤的問題。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，包含有：一光學檢測頭，其包含有一組以上的反射單元與一接合部，該組反射單元包含有兩相對的反射面，且兩反射面間呈一夾角；一光電感測器，其包含有一本體，本體的其中一端形成有一連接部，本體的內部設有一電路板，連接部的內部設有一光阻隔器，該連接部是與光學檢測頭的接合部透過 一結合件匹配連接，該電路板包含有一光發射單元、一光接收單元與一控制模組，該控制模組是分別與光發射單元以及光接收單元電連接，該光阻隔器、光發射單元以及光接收單元是設於連接部之朝向光學檢測頭之反射單元的一端，控制模組比對光發射單元之發光量與經反射單元反射至接收單元之入光量或是光阻隔器的位置，以判斷光學檢測頭與光電感測器是否鎖固與對準。

利用前述元件組成的具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該控制模組偵測光發射單元發出之發光量與經反射單元之反射面反射至光接收單元的入光量進行比對，當光學檢測頭與光電感測器準確結合鎖固或對準時，光阻隔器會增加或減少光接收單元的入光量，控制模組即可依據光接收單元之入光量與原有由反射單元反射之光線的入光量，比較入光量是否有增加或減少，以判斷光學檢測頭與光電感測器是否確實鎖固與對準，或是偵測光阻隔器是否位於設定的位置，以判斷光學檢測頭與光電感測器是否確實鎖固與對準，本發明之光學檢測頭與光電感測器可分別更換，並可由控制模組準確判斷是否正確結合鎖固與對準，以維持光線正確反射，解決現有光電偵測裝置之偵測頭或電路板故障損壞時，需更換整個偵測裝置所產生之成本增加與維修不易的問題，以及解決因裝設位置不正確與不易對準結合，產生之偵測錯誤的問題。

10‧‧‧光學檢測頭

11‧‧‧反射單元

111‧‧‧反射面

12‧‧‧接合部

121‧‧‧螺旋溝槽

122、122’‧‧‧凸肋

123‧‧‧凹槽

124‧‧‧嵌槽

20‧‧‧光電感測器

21‧‧‧本體

211‧‧‧開口

22‧‧‧外蓋

30‧‧‧連接部

31‧‧‧穿槽

32‧‧‧容置槽

321‧‧‧光學窗

33‧‧‧光阻隔器

331‧‧‧光學孔隙

332‧‧‧限位勾

34‧‧‧結合件

341、341’‧‧‧凸塊

35‧‧‧彈簧

36‧‧‧調光孔隙板

361‧‧‧調光孔隙片

37‧‧‧斜角凸塊

40‧‧‧電路板

41‧‧‧光發射單元

42‧‧‧光接收單元

43‧‧‧控制模組

44‧‧‧接觸開關

441‧‧‧接電片

51‧‧‧桶壁

52‧‧‧溶液

80‧‧‧光電偵測裝置

81‧‧‧偵測頭

811‧‧‧側壁面

812、812’‧‧‧反射面

82‧‧‧電路板

821‧‧‧光發射器

822‧‧‧光感測器

91‧‧‧桶壁

92‧‧‧溶液

圖1是本發明第一較佳實施例的分解圖。

圖2是本發明第一較佳實施例之鎖固前的動作示意圖。

圖3是本發明第一較佳實施例之鎖固後的動作示意圖。

圖4是本發明第一較佳實施例之全反射的光線路徑示意圖。

圖4A是本發明第一較佳實施例之折射的光線路徑示意圖。

圖5是本發明第二較佳實施例的部分立體圖。

圖6是本發明第二較佳實施例之光阻隔器的動作示意圖(一)。

圖7是本發明第二較佳實施例之光阻隔器的動作示意圖(二)。

圖8是本發明第三較佳實施例的部分分解圖。

圖9是本發明第三較佳實施例之調光孔隙片的開合動作示意圖。

圖10是本發明第四較佳實施例的部分分解圖。

圖11是本發明第四較佳實施例的剖面圖。

圖12是本發明第五較佳實施例的部分分解圖。

圖13是本發明第五較佳實施例的剖面圖。

圖14是本發明第六較佳實施例的部分分解圖。

圖15是本發明第六較佳實施例的剖面圖。

圖16是現有的光電偵測裝置的側視剖面圖。

關於本發明的第一較佳實施例，請參閱圖1、2所示，其包含有一光學檢測頭10與一光電感測器20，該光電感測器20係可拆卸地與光學檢測頭10連接。

該光學檢測頭10係呈圓筒狀，其包含有一組反射單元11與一接合部12，該反射單元11是設於光學檢測頭10的其中一端，其呈圓錐狀而剖面係呈兩個相對的V形反射面111，又兩反射面111間具有一夾角，該接合部12是位於光學檢測頭10之反射單元11另端的外側面，於本較佳實施例中，該接合部12係設有多道的外螺紋。

該光電感測器20包含有一本體21與一外蓋22，本體21是呈中空狀且其中一端形成有一開口211，開口211的外側設有匹配結合的外蓋22，本體21於相對外蓋22的另端則是向外側凸出而形成有一連接部30，該連接部30包含有以軸向設置的一穿槽31與兩容置槽32，於本較佳實施例中，該穿槽31是設於兩容置槽32間且其截面係呈長方形，該容置槽32的截面係呈圓形，又兩容置槽32與穿槽31間的兩壁面分別形成有一光學窗321(圖中未示)以供光線穿過，該穿槽31設有一片狀的光阻隔器33，本體21的內部設有一電路板40，該連接部30外側設有一結合件34，該結合件34具有多道內螺紋以與光學檢測頭10的接合部12匹配連接，該電路板40包含有一光發射單元41、一光接收單元42與一控制模組43，該控制模 組43是分別與光發射單元41以及光接收單元42電連接，該光發射單元41以及光接收單元42是分別穿設於各容置槽32中，使得光阻隔器33是設於光發射單元41與光接收單元42之間，光阻隔器33於朝向電路板40的一端為一後端，相對另端則為一前端，光阻隔器33的後端連接有一彈簧35以抵靠於穿槽31的底端，如圖2、3所示，當旋轉結合件34會使光電感測器20向光學檢測頭10移動，光阻隔器33的前端會抵靠於光學檢測頭10之接合部12的內緣，並使光阻隔器33向電路板40的方向移動且壓縮彈簧35，直到光電感測器20完全鎖固於光學檢測頭10上。

該光阻隔器33包含有有一光學孔隙(slot)331與二限位勾332，該光學孔隙331依照控制模組43的光線偵測方式而設於靠近光阻隔器33的前端或後端，以令光發射單元41發出的部分光線通過，該限位勾332是抵靠穿槽31的邊緣以限制光阻隔器33移動的距離與位置。

以下針對光學孔隙331是設於光阻隔器33的前端或後端兩種情形分別說明，當光學孔隙331是設於靠近光阻隔器33的前端，且光電感測器20與光學檢測頭10鎖固未完全時，光阻隔器33的前端會抵靠光學檢測頭10，光發射單元41與光接收單元42之間由光阻隔器33阻隔或遮蔽(如圖2所示 )；當光電感測器20持續向光學檢測頭10靠近時，並完全鎖固或對準於光學檢測頭10上時，光學孔隙331即位於光發射單元41與光接收單元42之間，光發射單元41發出的部分光線會由光學孔隙331通過並傳遞到光接收單元42(如圖3所示)。

如圖4、4A所示，當光學檢測頭10設於一物料桶的桶壁51且未接觸待測溶液52時，光發射單元41發出的光線會由反射單元11全反射至光接收單元42；當光學檢測頭10接觸待測溶液52時，光發射單元41發出的光線會向外折射(散射)，不會由反射單元11反射至光接收單元42，控制模組43控制光發射單元41發出光線並偵測光接收單元42接收的光線，若光接收單元42接收的入光量大於反射單元11反射的光量，代表有光線由光學窗321與光學孔隙331通過，控制模組43依據光線之入光量或受光強度，即可判斷光學檢測頭10與光電感測器20為鎖固與對準狀態。

反之，當前述光阻隔器33上的光學孔隙331是形成於接近後端處時(圖中未示)，當光電感測器20與光學檢測頭10鎖固未完全時，光發射單元41發出的部分光線會由光學孔隙331通過並傳遞到光接收單元42，因此光接收單元42除了由反射單元11反射的光線之外還有由光學孔隙331通過的光線；當光電感測器20完全鎖固與對 準於光學檢測頭10上時，光學孔隙331位於光發射單元41與光接收單元42的後端，光發射單元41與光接收單元42之間由光阻隔器33阻隔與遮蔽，光發射單元41發出的光線僅由反射單元11反射至光接收單元42，控制模組43依據光線之入光量，即可判斷光學檢測頭10與光電感測器20為鎖固與對準狀態。

關於本發明的第二較佳實施例，請參閱圖5至7所示，係於前述電路板40上設有一接觸開關44，該接觸開關44包含有兩接電片441，其依據光阻隔器33的位置而產生短路訊號(導通)或斷路訊號(不導通)，令控制模組43依照接觸開關44的狀態判斷光學檢測頭10與光電感測器20是否鎖固；如圖6、7之光阻隔器33的動作所示，該接觸開關44的兩個接電片441係呈C型且背對背相接觸，光阻隔器33向電路板40方向移動時，限位勾332會頂開兩相接觸的接電片441，而產生電性斷路，控制模組43由接觸開關44原本之短路訊號轉換為斷路訊號，而可判斷光學檢測頭10與光電感測器20之間為鎖固與對準狀態；該接觸開關44的接電片441亦可設為非相互接觸，而光阻隔器33的限位勾332則為導電材料製成或包覆有導電材料，光阻隔器33向電路板40方向移動時，限位勾332會接觸兩接電片441並產生電性短路，控制模組43由接觸開關44原本之斷路訊號轉換為短路訊號，而可判斷 光學檢測頭10與光電感測器20之間為鎖固與對準狀態。

關於本發明的第三較佳實施例，請參閱圖8、9所示，連接部30中的光阻隔器33是一調光孔隙板36，該調光孔隙板36是設於連接部30且位於光發射單元41與光接收單元42的前端，其包含有多個調光孔隙片361，當結合件34旋轉使連接部30向光學檢測頭10移動時，會推動各調光孔隙片361產生位移，使調光孔隙板36產生如圖9所示之類似相機鏡頭光圈的開合模式，藉此調變光發射單元41的發光量與光接收單元42的的入光量，當調光孔隙板36的各調光孔隙片361全開時，控制模組43判斷光學檢測頭10與光電感測器20之間為鎖固與對準狀態。

關於本發明的第四較佳實施例，請參閱圖10、11所示，該接合部12形成有複數道螺旋溝槽121，各螺旋溝槽121的尾端形成有一凸肋122與一凹槽123，結合件34的內側形成有對應凹槽123的複數個凸塊341，各凸塊341依據螺旋溝槽121的斜角而旋轉扣合於凹槽123，使得凸塊341在旋轉過程中，依照螺旋溝槽121導引，使結合件34漸次增加其鎖固應力。

關於本發明的第五較佳實施例，請參閱圖12、13所示，係與第四較佳實施例大致相同，該接合部12的各螺旋溝槽121的尾端形成有另一凸肋122’，結合件34 的內側形成有對應凸肋122、122’及凹槽123的一凸塊341’，各凸塊341’依據螺旋溝槽121的斜角而旋轉扣合於凹槽123，使得凸塊341’在旋轉過程中，依照螺旋溝槽121導引，使結合件34漸次增加其鎖固應力。

關於本發明的第六較佳實施例，請參閱圖14、15所示，係與第四較佳實施例大致相同，不同的是該接合部12係於其內側形成有複數個嵌槽124，光電感測器20之連接部30的外側形成有對應嵌槽124的斜角凸塊37，各斜角凸塊37係扣合並鎖固於嵌槽124中。

由上述可知，透過光阻隔器33或調光孔隙板36之光線變化可令控制模組43判斷光學檢測頭10與光電感測器20的鎖固狀態，又螺旋溝槽121與結合件34或是嵌槽124與斜角凸塊37，則可令使用者於安裝光學檢測頭10與光電感測器20時，進一步確保光學檢測頭10與光電感測器20的鎖固與對準狀態，藉此本發明之光學檢測頭10與光電感測器20可分別更換，並可準確判斷是否正確結合鎖固與對準，維持光線正確反射以達到正確感測待測溶液，解決現有光電偵測裝置之偵測頭或電路板故障損壞時，產生之成本增加與維修不易的問題，以及解決因裝設位置不正確與不易對準，而有偵測錯誤的問題。

10‧‧‧光學檢測頭

11‧‧‧反射單元

12‧‧‧接合部

20‧‧‧光電感測器

21‧‧‧本體

211‧‧‧開口

22‧‧‧外蓋

30‧‧‧連接部

31‧‧‧穿槽

32‧‧‧容置槽

33‧‧‧光阻隔器

331‧‧‧光學孔隙

332‧‧‧限位勾

34‧‧‧結合件

35‧‧‧彈簧

40‧‧‧電路板

41‧‧‧光發射單元

42‧‧‧光接收單元

43‧‧‧控制模組

Claims (13)

1. 一種具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，包含有：一光學檢測頭，其包含有一組以上的反射單元與一接合部，該組反射單元包含有兩相對的反射面，且兩反射面間呈一夾角；一光電感測器，其包含有一本體，本體的其中一端形成有一連接部，本體的內部設有一電路板，連接部的內部設有一光阻隔器，該連接部是與光學檢測頭的接合部透過一結合件匹配連接，該電路板包含有一光發射單元、一光接收單元與一控制模組，該控制模組是分別與光發射單元以及光接收單元電連接，該光阻隔器、光發射單元以及光接收單元是設連接部之朝向光學檢測頭之反射單元的一端，控制模組比對光發射單元之發光量與經反射單元反射至接收單元之入光量，以判斷光學檢測頭與光電感測器是否鎖固與對準。
2. 如請求項1所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該光阻隔器位於軸向設置之光發射單元與光接收單元之間，光阻隔器的前端處形成有一光學孔隙，光發射單元發出的部分光線由光學孔隙通過，控制模組依據光接收單元之入光量，判斷光學檢測頭與光電感測器為鎖固狀態。
3. 如請求項1所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該光阻隔器位於軸向設置之光發射單元與光接收單元之間，光阻隔器的後端處形成有一光學孔隙，光 發射單元發出的部分光線由光學孔隙通過，控制模組依據光接收單元之入光量判斷光學檢測頭與光電感測器為未鎖固狀態。
4. 如請求項1所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該光阻隔器是一調光孔隙板，且該調光孔隙板是位於軸向設置之光發射單元與光接收單元的前端，該調光孔隙板是由多個調光孔隙片組成，結合件令各調光孔隙片產生位移，光發射單元發出的光線由調光孔隙板通過並反射至光接收單元，控制模組依據光接收單元之入光量判斷光學檢測頭與光電感測器為鎖固狀態。
5. 如請求項1至4中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部形成有複數道螺旋溝槽，各螺旋溝槽的尾端形成有一凸肋與一凹槽，結合件的內側形成有對應凹槽的複數個凸塊，各凸塊依據螺旋溝槽的斜角旋轉扣合於各凹槽。
6. 如請求項1至4中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部的各螺旋溝槽的尾端形成有另一凸肋，結合件的內側形成有對應凸肋及凹槽的凸塊，各凸塊依據螺旋溝槽的斜角旋轉扣合於各凹槽。
7. 如請求項1至4中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部形成有複數個嵌槽，連接部的外側形成有對應嵌槽的斜角凸塊，各斜角凸塊扣合於嵌槽。
8. 一種具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，包含有： 一光學檢測頭，其包含有一組以上的反射單元與一接合部，該組反射單元包含有兩相對的反射面，且兩反射面間呈一夾角；一光電感測器，其包含有一本體，本體的其中一端形成有一連接部，本體的內部設有一電路板，連接部的內部設有一光阻隔器，該連接部是與光學檢測頭的接合部透過一結合件匹配連接，該電路板包含有一光發射單元、一光接收單元與一控制模組，該控制模組是分別與光發射單元以及光接收單元電連接，該光阻隔器、光發射單元以及光接收單元是設於連接部之朝向光學檢測頭之反射單元的一端，控制模組偵測光阻隔器的位置，以判斷光學檢測頭與光電感測器是否鎖固與對準。
9. 如請求項8所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該電路板上設有一接觸開關，該接觸開關依據光阻隔器的位置而產生短路訊號(導通)，控制模組依照接觸開關的短路訊號判斷光學檢測頭與光電感測器為鎖固狀態。
10. 如請求項8所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該電路板上設有一接觸開關，該接觸開關依據光阻隔器的位置而產生斷路訊號(不導通)，控制模組依照接觸開關的斷路訊號判斷光學檢測頭與光電感測器為鎖固狀態。
11. 如請求項8至10中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部形成有複數道螺旋溝槽，各螺旋溝槽的尾端形成有一凸肋與一凹槽，結合件 的內側形成有對應凹槽的複數個凸塊，各凸塊依據螺旋溝槽的斜角旋轉扣合於各凹槽。
12. 如請求項8至10中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部的各螺旋溝槽的尾端形成有另一凸肋，結合件的內側形成有對應凸肋及凹槽的凸塊，各凸塊依據螺旋溝槽的斜角旋轉扣合於各凹槽。
13. 如請求項8至10中任一項所述之具鎖固與對準狀態偵測的分離型光電感測器，該連接部形成有複數個嵌槽，連接部的外側形成有對應嵌槽的斜角凸塊，各斜角凸塊扣合於嵌槽。