本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的光電傳感器和根據(jù)權(quán)利要求28的用于制造光電傳感器的方法。
背景技術(shù)：
1、最先進的光電傳感器通常具有鋁型材，其中布置有至少一個光學(xué)模塊。光學(xué)模塊包括確保光電傳感器功能的部件。除了印刷電路板上的發(fā)射和/或接收元件之外，用于印刷電路板的支撐體——也稱為管——通常是光學(xué)模塊的一部分。取決于設(shè)計，光學(xué)模塊可以附加地包括光圈和透鏡組裝件，這些組裝件優(yōu)選附接到支撐體。鋁型材沿著一個縱向側(cè)面具有一個或多個開口。光學(xué)模塊以使得光學(xué)模塊的發(fā)射或接收元件指向具有開口的縱向側(cè)面這樣的方式布置在鋁型材中。提供將被附接到鋁型材作為保護屏的塑料條，它對于光學(xué)模塊發(fā)射的波長是透明的。保護屏可以永久地或可拆卸地附接到鋁型材。然而，兩種不同材料的最終連接形成了機械弱點，并且在光電傳感器的生產(chǎn)中要求附加的步驟。同時，連接必須密封如此好以保護光學(xué)模塊免受飛濺。
2、光學(xué)模塊使用型材內(nèi)部上在型材縱向方向上延伸的導(dǎo)向裝置布置在鋁型材中。光學(xué)模塊的相對元件可以插入到這些導(dǎo)向裝置中，在光學(xué)模塊和鋁型材之間創(chuàng)建形狀配合和/或壓力配合連接。利用這種類型的連接，必須做出關(guān)于是優(yōu)先考慮易于組裝還是高度抗振動和抗沖擊的決定。然而，這兩個要求是矛盾的。
3、代替鋁型材，型材也可以由諸如塑料之類的不同材料制成。如同對于鋁型材來說，對于塑料型材而言與光學(xué)模塊進行連接的方式是相同的，并且因此，關(guān)于這種連接抵抗振動和沖擊移動的穩(wěn)定性，它存在與對于鋁型材而言相同的問題。
4、us2013/292554a1示出了一種具有光學(xué)模塊的光柵，該光柵被設(shè)計成制造成本低廉并且易于安裝。光學(xué)模塊被設(shè)計成以u形型材安裝。它具有用于將光學(xué)模塊精確定位在殼體內(nèi)的突出元件。此外，光學(xué)模塊可以具有用于將光學(xué)模塊緊固在殼體內(nèi)的緊固件。緊固件優(yōu)選被設(shè)計成卡扣式元件。緊固件可以牢固地附接到殼體。為該目的，使用了粘接、超聲波焊接或螺釘緊固。
5、ep?1?770?414?a1描述了一種具有多個光發(fā)射器或光接收器模塊的光電子裝置，所述多個光發(fā)射器或光接收器模塊借助于柔性印刷電路板彼此電連接，并且與管或透鏡體相關(guān)聯(lián)。光發(fā)射器或光接收器模塊直接附接到它們所分配到的管或透鏡體，并且柔性光導(dǎo)直接緊固到光發(fā)射器或光接收器模塊。提供塑料殼體以容納光發(fā)射器或光接收器模塊，其使用卡扣配合元件附接到管。此外，光發(fā)射器或光接收器模塊可以借助于焊接連接連接到相應(yīng)分配的管或透鏡體。管可以安裝在殼體中，其中殼體具有用于該目的的凹槽，管可以經(jīng)由該凹槽固定。
6、從專利ep2730952a1已知，個體殼體模塊可以被組合以從統(tǒng)一的、短的基礎(chǔ)模塊構(gòu)建具有不同保護場高度的光柵。該變型的缺點是，每個連接點都包含必須密封以防止環(huán)境影響的電氣轉(zhuǎn)換。此外，該連接的機械穩(wěn)定性是有限的，這就是為什么僅有幾個殼體模塊可以被組合，并且以這種方式構(gòu)建的光柵的最大保護區(qū)域高度是有限的。
7、從專利us2014/346318已知，配備有間隔體的印刷電路板可以與管針孔孔徑對準，使得光電子部件(led/透鏡)的軸與針孔孔徑的軸精確匹配。然后，印刷電路板可以借助于間隔體元件和管之間的激光焊接連接固定就位。該變型的缺點是，對于光柵中的每個光束，光電子部件必須與對應(yīng)的針孔光圈對準，并通過激光焊接固定就位。這是非常耗時和昂貴的。此外，每個光束要求兩個距離元件，這是激光焊接連接所需要的。這也導(dǎo)致高制造成本。
8、任務(wù)
9、因此，本發(fā)明的目的是提出一種替代的光電傳感器、特別是光柵，其具有將光學(xué)模塊連接到殼體的簡單且成本有效的方式，其具有增強的抗振動和抗沖擊，并且可以在光學(xué)模塊和殼體上具有最小機械應(yīng)力的情況下被制造。此外，殼體的密封應(yīng)該盡可能有效。
10、描述
11、該問題通過具有權(quán)利要求1的特征的光電傳感器來解決。
12、光電傳感器、特別是光柵，其包括細長的殼體和布置在殼體中的光學(xué)模塊。發(fā)射和/或接收元件彼此以一距離布置在光學(xué)模塊上，并且光學(xué)模塊經(jīng)由接觸點連接到殼體，其中接觸點是平坦的。光學(xué)模塊和殼體由塑料制成。至少一些接觸點被設(shè)計成焊接連接，其中殼體被焊接到光學(xué)模塊。殼體和光學(xué)模塊之間的焊接連接通過激光透射焊接形成。
13、殼體用于保護光電傳感器的光學(xué)模塊免受外部影響，并用作穩(wěn)定元件。焊接連接在殼體和其內(nèi)部的光學(xué)模塊之間提供了牢固的連接。這樣做的優(yōu)點是，首先通過將光學(xué)模塊插入殼體來定位光學(xué)模塊，并且然后在第二步驟中將光學(xué)模塊牢固地連接到殼體。
14、這不僅簡化了組裝過程，而且還在光電傳感器的兩個部件之間創(chuàng)建了牢固的連接，顯著增強了其對振動和沖擊的抵抗。
15、殼體可以被描述為器具殼體，因為它用于容納光學(xué)模塊，使得光學(xué)模塊完全被殼體包圍。因此，意圖是光學(xué)模塊在外圍方向上被殼體完全包圍。
16、由于部件在接觸點接觸，因此兩個部件之一的溫度方面的增加將引起另一個部件也變熱。在該過程中，材料在輻照點的溫度被升高到其熔化溫度。結(jié)果，兩個部件的材料在被輻照的接觸點熔化，并且在冷卻之后，形成永久的接合。在這種情況下，該過程被稱為激光透射焊接。
17、與超聲波焊接方法相比，激光透射焊接具有能量可以無接觸地施加到焊接點的優(yōu)點。從外部用激光射束輻照接觸點足以創(chuàng)建牢固的焊接連接。相比之下，在超聲波焊接方法中，意圖用于該目的的超聲焊極用于生成與待焊接部件接觸的超聲波。因此，待焊接的部件，即接合伙伴，在焊接過程期間承受高的接合力。相反，在激光透射焊接的情況下，用于在部件之間創(chuàng)建連接或者用于焊接兩個部件的能量被無接觸地引入。
18、非接觸連接的優(yōu)點是沒有外部壓力施加到接頭。這也允許被焊接的接觸點不提供吸收超聲波焊接超聲焊極的接合力的可能性，或者位于封閉系統(tǒng)中。此外，不存在由于施加的接合力而使待接合的部分偏離對準的風(fēng)險。
19、殼體的簡單設(shè)計和光電傳感器主要部件的塑料使用保持了制造成本低。獲取塑料的成本相對低。
20、在優(yōu)選實施例中，至少在接觸點的區(qū)域中，要么殼體對紅外線是透明的并且光學(xué)模塊吸收紅外線，要么殼體吸收紅外線并且光學(xué)模塊對紅外線是透明的。接觸點產(chǎn)生于殼體和光學(xué)模塊之間的接觸點或接觸表面。如果兩個部件中的一個在接觸點區(qū)域中吸收紅外線，當(dāng)用紅外激光射束輻照接觸點時，這將導(dǎo)致局部溫度增加。在制造過程中，這走得很遠以至于塑料材料在輻照點熔化。
21、有利地，光學(xué)模塊和殼體的接觸點各自包括相互相容的塑料，特別是熱塑性塑料，甚至更優(yōu)選是聚碳酸酯。在本發(fā)明的上下文中，“相容的”意指塑料可以通過激光焊接彼此接合。通過熔化兩個部件的塑料材料，可以創(chuàng)建特別有抗性的焊接連接。如果使用相同的塑料材料，則由于相同的溫度膨脹系數(shù)，光學(xué)模塊和殼體將在焊接過程期間以及還隨后的操作期間經(jīng)歷相同的熱膨脹，使得不由于溫度膨脹而在焊接點中產(chǎn)生應(yīng)力。
22、在另外的優(yōu)選實施例中，兩個部件中的至少一個的塑料材料在光學(xué)模塊與殼體的意圖接觸點處與紅外線吸收添加劑混合。紅外吸收材料遍及塑料均勻分布。將塑料與這樣的添加劑混合消除了在已經(jīng)制造部件之后的附加步驟的需要，因為添加劑已經(jīng)在接觸點處整合到塑料中。
23、在另一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)模塊包括支撐體，其上布置有具有發(fā)射和接收元件的印刷電路板。因此，發(fā)射和接收元件被布置在印刷電路板上，其中支撐體作為光學(xué)模塊的部件，除其他事物之外尤其具有保持印刷電路板的任務(wù)。印刷電路板可以以形狀配合或力配合的方式連接到支撐體。還可想到的是，印刷電路板布置在幾個支撐體上。
24、支撐體和殼體有利地由相容的熱塑性塑料制成。因此，可以在殼體和支撐體之間形成焊接連接。在該設(shè)計中，支撐體是光學(xué)模塊的部分，由與殼體相容的熱塑性材料制成。殼體和支撐體之間的焊接連接允許使用模塊化光學(xué)模塊設(shè)計。可以被包括作為光學(xué)模塊的部件的其他組裝件可以具有其他功能，而不必滿足由相容塑料制成的要求。
25、這樣另外的組裝件尤其可以包括透鏡組裝件或光圈組裝件。優(yōu)選，透鏡和/或孔徑組裝件提供在與發(fā)射或接收元件相對的支撐體上。透鏡組裝件尤其包括其功能是分散或集中入射或出射射束的透鏡。光圈組裝件用于限制發(fā)射元件發(fā)射或接收元件接收的光量。光圈組裝件確保安全光柵的分辨率。安全光柵的分辨率確定了最小可檢測對象的大小。由于光學(xué)模塊可以包括孔徑和透鏡組裝件，因此光學(xué)模塊和殼體之間的焊接連接也可以通過孔徑和/或透鏡組裝件來進行。
26、可想到的是，在前面接觸的兩個支撐體經(jīng)由透鏡或光圈組裝件連接。例如，光圈組裝件可以在面向支撐體的一側(cè)具有定位凸耳，該定位凸耳可以豎直插入到提供在兩個支撐體上的凹陷中。
27、優(yōu)選，至少支撐體和殼體由聚碳酸酯制成。聚碳酸酯比諸如pmma之類的替代塑料具有更高的沖擊強度。
28、發(fā)射元件包括發(fā)光二極管和接收元件包括光電二極管是有用的。發(fā)光二極管和光電二極管廣泛可用。
29、殼體優(yōu)選為柱形形狀，特別是圓柱形形狀。圓柱形殼體端部的表面是環(huán)形的，并且圓柱形殼體的內(nèi)壁由圓柱形表面形成，因此允許過盈配合來封閉圓柱形殼體端部的開口。
30、殼體優(yōu)選具有封閉的橫截面。這意味著殼體在圓周方向上在兩個部件或半成品之間沒有接頭或過渡。替代地，也可以說殼體的橫向面是一體的。這消除了對密封元件的需要，并增加了殼體的穩(wěn)定性。
31、具有封閉橫截面的殼體的設(shè)計與通過激光透射焊接在殼體和光學(xué)模塊之間創(chuàng)建連接相組合導(dǎo)致熱量的受控引入以形成焊接連接。激光透射焊接使得將光學(xué)模塊焊接到殼體成為可能，其中使用了在所有側(cè)面上都封閉的殼體。利用另一焊接方法，諸如超聲波焊接方法，將必需開放式殼體(u形型材)。這是因為在超聲波焊接中，能量經(jīng)由振動傳遞，并且待焊接的部件必須牢固地夾緊。由于光學(xué)模塊不能被夾緊在封閉的殼體中，因此光學(xué)模塊將在超聲波焊接期間振動。這進而排除了受控引入熱量以在殼體和光學(xué)模塊之間形成焊接連接。出于該原因，通過激光透射焊接在殼體和光學(xué)模塊之間形成焊接連接不能簡單地由超聲波焊接替換。此外，封閉的殼體消除了在兩個殼體部件之間的另外的連接點的需要，否則這將必須以其他方式被連接和密封。
32、在另外的優(yōu)選實施例中，殼體包括細長的基體，該基體形成用于光學(xué)模塊的容納空間，其中在縱向側(cè)面上具有至少一個開口和封閉該開口的保護屏。這是上述圓柱形殼體的替代設(shè)計。光學(xué)模塊可以通過縱向側(cè)面上的開口或者通過縱向端部上的開口被插入。細長基體和保護屏之間的連接既可以是固定的，即不可分離的，也可以是可拆卸的。保護屏被設(shè)計為允許光電傳感器的發(fā)射和接收元件的電磁輻射通過。
33、基體優(yōu)選為在一個縱向側(cè)面上具有開口的u形型材。u形型材的特征在于穩(wěn)定的形式與低材料成本和大容量的組合。這使得它成為用作殼體基體的良好選擇。此外，u形型材簡化了光學(xué)模塊的組裝，因為它在一個縱向側(cè)面上是打開的。
34、保護屏有利地在邊緣焊接到基體，優(yōu)選通過激光透射焊接。焊接連接在基體和保護屏之間創(chuàng)建了強連接，并且優(yōu)選在保護屏邊緣的這些部件之間形成防水密封，以滿足ipx5、ipx7和ipx9k保護評級。此外，激光透射焊接可以幫助增加生產(chǎn)速度，并且同時降低制造成本，例如通過消除對諸如o形環(huán)、粘合劑、膠帶等之類的附加密封元件的需要。
35、在另一個優(yōu)選實施例中，端蓋附接到殼體的兩個開口縱向端部。端蓋用于封閉在縱向端部的開口。
36、端蓋有利地至少部分由紅外吸收塑料制成。因此，端蓋也可以借助于激光透射焊接連接到殼體或光學(xué)模塊。因此，殼體的內(nèi)部是防濺的。端蓋優(yōu)選牢固地附接到殼體和/或光學(xué)模塊。材料鎖定連接在端蓋和殼體或光學(xué)模塊之間創(chuàng)建了穩(wěn)健的連接。端蓋和殼體和/或光學(xué)模塊之間的材料接合優(yōu)選通過激光透射焊接產(chǎn)生。端蓋有利地借助于激光透射焊接附接到殼體或光學(xué)模塊。對于端蓋和殼體或光學(xué)模塊之間的激光透射焊接，端蓋、殼體或光學(xué)模塊必須至少在接觸表面吸收紅外線。
37、另一個優(yōu)點是，激光焊接方法也可以用于圍繞殼體的整個周邊形成焊接連接，包括在殼體的前側(cè)。對于光柵來說，幾乎2米的長度是常見的。利用這樣的尺寸，將不可能測量通過部件的超聲波焊接連接的接合力，或者僅在很大努力的情況下有可能。
38、端蓋封閉傳感器殼體上彼此相對的兩個開口。優(yōu)選，端蓋和殼體之間的連接——尤其是焊接——形成密封。可想到的是，端蓋具有伸入殼體內(nèi)部的環(huán)形肩部，并且其外徑對應(yīng)于殼體的內(nèi)徑。這允許端蓋在整個周邊上連接到殼體，從而創(chuàng)建焊接連接，確保針對水飛濺的保護。這種類型的連接具有不必需殼體和端蓋之間的附加密封的優(yōu)點。因此，建議的焊接連接防止?jié)駳鉂B透，尤其是如果光電傳感器在使用期間暴露于不同的溫度。這種類型的連接也適合用于諸如ip69k之類的更高的進水保護等級。
39、在另一個優(yōu)選實施例中，兩個或更多個光學(xué)模塊可以在前面彼此耦合。這具有可以制造具有不同保護場高度的傳感器組裝件的優(yōu)點。因此，傳感器殼體可以是單個光學(xué)模塊長度的幾倍。
40、優(yōu)選，殼體中所有光學(xué)模塊的發(fā)射和/或接收元件指向圓柱形殼體的相同徑向方向。對于光柵，重要的是光電傳感器的所有射束完全平行，以確保光柵可以盡可能好地被對準。
41、在另一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)模塊在一個縱向端部具有第一插入式連接，并且在相對的縱向端部具有第二插入式連接，其中第一和第二插入式連接可以彼此耦合。重要的是，兩個光學(xué)模塊之間的插入式連接確保盡可能小間隙地精確相互對準，并且光學(xué)模塊不能圍繞它們的縱軸扭曲，使得光學(xué)模塊的射束軸平行對準。
42、優(yōu)選，第一插入式連接被設(shè)計成插頭(陽)，并且第二插入式連接被設(shè)計成插座(陰)。插頭和插座式連接是耦合兩個或更多個光學(xué)模塊的可靠且成本有效的方式。
43、端蓋優(yōu)選具有插入式連接，該插入式連接可以耦合到端部光學(xué)模塊的插入式連接。這防止了光學(xué)模塊和相鄰端蓋之間圍繞殼體縱軸的相對旋轉(zhuǎn)。由于端蓋與光學(xué)模塊的耦合，因此光學(xué)模塊的對準可以在焊接之前通過轉(zhuǎn)動耦合的端蓋來實行。端蓋可以例如具有定位標記，該定位標記限定了光學(xué)模塊在機器支架中的焊接位置，或者利用該定位標記，專家可以容易地通過光學(xué)方式確定光學(xué)模塊的正確焊接位置。
44、在另一個優(yōu)選實施例中，光電傳感器包括用于將光電傳感器緊固到基板的安裝組裝件。安裝組裝件有利地通過激光透射焊接連接到光電傳感器的殼體，這進而導(dǎo)致低生產(chǎn)成本。
45、本發(fā)明的另一方面涉及一種光電傳感器，特別是光柵，其具有細長的殼體和布置在其中的至少兩個光學(xué)模塊。光電傳感器的特征在于，光學(xué)模塊可以在前端借助于插入式連接彼此耦合，光學(xué)模塊在第一縱向端部具有插頭，并且在第二端部具有插座。以第一光學(xué)模塊的插頭可以插入第二光學(xué)模塊的插座中從而防止光學(xué)模塊圍繞縱向軸的相對旋轉(zhuǎn)這樣的方式將光學(xué)模塊的插頭和插座形狀和位置確定。兩個光學(xué)模塊之間的這種類型的插入式連接確保了這些光學(xué)模塊在耦合之后總是以相同的方式對準。
46、本發(fā)明的另一方面涉及一種用于制造光電傳感器的方法，該光電傳感器包括細長殼體和光學(xué)模塊，其中光學(xué)模塊插入殼體中，在殼體中對準，并且然后通過激光透射焊接接合到殼體。發(fā)射和/或接收元件布置在光學(xué)模塊上，并且光電傳感器優(yōu)選用于形成光柵。理想地，細長殼體在至少一個縱向端部具有開口，光學(xué)模塊可以通過該開口插入殼體中。光學(xué)模塊在殼體中對準，使得光學(xué)模塊上的發(fā)射和/或接收元件指向期望的方向。為了使用激光透射焊接，光學(xué)模塊必須與殼體接觸。殼體和光學(xué)模塊之間的接觸點用作焊接點。
47、殼體至少在一個縱向端部具有開口。光學(xué)模塊優(yōu)選通過殼體的開口縱向端部插入。通過使用打開的縱向端部，不存在對于殼體中另外開口的需要，這確保了殼體更大的尺寸穩(wěn)定性。
48、在殼體縱向端部的開口形成盡可能小的表面，并且由于其在殼體端部的位置，可以相對容易地關(guān)閉。優(yōu)選，在光學(xué)模塊已經(jīng)插入殼體之后，在殼體縱向端部的開口用端蓋封閉。
49、端蓋應(yīng)該密封殼體，以保護內(nèi)部的光學(xué)模塊免受外部環(huán)境的影響。端蓋可以焊接到殼體或光學(xué)模塊，優(yōu)選使用激光透射焊接。端蓋和殼體之間的焊接連接形成密封，消除了對于單獨密封部件的需要。這允許端蓋以與光學(xué)模塊已經(jīng)連接到殼體相同的方式連接到殼體或光學(xué)模塊，因此簡化了生產(chǎn)過程并降低了成本。
50、將光學(xué)模塊插入殼體后，必須確保光學(xué)模塊位于殼體中心。為此，可以使用光學(xué)模塊上的支撐臂。光學(xué)模塊優(yōu)選具有支撐臂，該支撐臂當(dāng)被插入殼體時，與殼體接觸并且將光學(xué)模塊置于殼體中心。
技術(shù)實現(xiàn)思路