基于紧凑设计理念的槽型光电传感器外观设计研究

基于紧凑设计理念的槽型光电传感器外观设计研究

黄文奇 龚雪松 邓义风

深圳市华怡丰科技有限公司 广东 深圳  邮编 518000

摘要：随着社会科学技术发展，光电传感器被广泛应用到日常生活的自动化控制系统之中。为了提升经济效益，基于紧凑设计理念设计的槽型光电传感器不仅外观精巧紧致，不占空间，而且结构简单、操作性强。本文对槽型光电传感器的外观进行优化设计，并获得专利。现对槽型光电传感器的外观设计思路和设计方法进行分析，以为光电传感器的外形优化设计提供更多思路。

关键词：紧凑设计；槽型光电传感器；外观设计

1 引言

在我们的日常生活中，光电传感器被广泛引用到工作和生活中，如公路上的汽车测速系统、公共场所的感应门、大型印刷机中就都应用到了光电传感器。其工作原理是光电器件中的发射器用来发射信号，而接收器则负责接收信号。一但信号被光线阻隔，传感器就会快速做出预设的指令动作，这个过程也是光电传感器将接收到的光信号迅速转化为电信号的过程。随着智能技术的发展，光电传感器在生活和工作中的应用愈发常见。

本文所设计的槽型光电传感器是基于紧凑设计理念而进行。在一些环境下，被检测的物体对于光电传感器的体积和所占空间要求较高，因此基于紧凑设计理念的槽型光电传感器设计就很有必要。本文结合小型光电传感器的应用条件和需求，从紧凑高效的理念出发对其外观进行设计，希望所设计的槽型光电传感器能更好地应用到某些特定条件中。

2 槽型光电传感器的设计思路

槽型光电传感器的外观设计，是基于U型开关的设计思路。即采用极简和高效的理念，在U型槽的两端分别安装信号接收器和信号发射器。槽型光电传感器的外观设计不同于对射式光电传感器对于距离有较高的要求，也不同于反射式光电传感器需要反光板将光线反射给接收器。因此，其所占体积较小，呈现结构简单，操作简便高效的理念。

本文所设计的槽型光电传感器，在外观上由红外光发射器和红外光接收器组合而成，槽宽取决于检测物体的大小，并决定检测信号的强弱。在工作时，以接收器的显示状态检测物体的有无。

3 基于紧凑设计理念的槽型光电传感器外观设计

3.1外观造型的设计

图1是所设计槽型光电传感器的主视图。槽型的左侧面为发射器，右侧面为接收器。如果槽型位置被物体所遮挡，则接收不到红外光信号，接收器就会做出相应的动作。从图1所设计的外观可见，整体长为14.2mm，宽为26.2mm，槽型对应的两个面距离约为5mm，高度为8.5mm，槽型两侧的厚度约为4mm，安装孔设计在槽型外壳的左侧，长度约为2.5mm，宽度为13.6mm，整体减少了槽型光电传感器的体积，减少所占位置，达到紧致简约的设计效果。从图2左视图可见，主体厚度为7mm，安装孔厚度约7mm，安装孔独立且边缘光整，便于安装。

图1 所设计槽型光电传感器主视图               图2 所设计槽型光电传感器左视图

图3的俯视图则更为直观和清晰地展示了设计。从图3可见，在槽型的两侧分别设计了箭头，箭头均为指向下侧，指向清晰明确，主要用于辨别发射器和接收器。从设计中可见，槽型下凹约为8.5mm，槽面呈现5mm*7mm大小。在设计中应关注凹槽面应光滑无飞边无毛刺，且与两个对立的槽面在外沿上完全衔接。图4则展示了光电传感器的仰视图。下侧圆孔为杆把的圆口连接。从俯视图可见，整个设计十分简单，充分应用了紧凑简约的设计理念。同时在设计和应用上也充分应用了工学理念，即基于经济高效的设计，实现了最大限度的便利和效益。

图3 所设计槽型光电传感器俯视图        图4 所设计槽型光电传感器仰视图

图5和图6则展示了槽型光电传感器的整体设计图。从图5可见，槽型光电传感器的整体实物除了下面的衔接口和直径约为5mm的线槽之外，整个槽型的外观看起来类似一个大写的字母U，两个对立面相对较小，U型的底座较长较宽，厚度则与上面的对立面一致。在槽型中间有一个4mm*4mm的正方凹面，作为工作状态指示灯，用于信号显示。如果槽型光电传感器正常工作，那么该正方形内部的信号灯则正常频次闪烁。如果传感器障碍，则信号灯不闪烁或非正常频次闪烁。如此，工作人员通过该方形孔的信号灯就可以初步判断传感器的工作状态。

在外观的颜色配置上，如图6所示，槽型的颜色设计为黑色，为了增加视觉冲击对比，槽型底座底面为黑色，衔接口为紫色，实现整体的设计外观大气好看，且对各个部分进行颜色区分，有利于提高视觉成效。

图5 所设计槽型光电传感器立体图1       图6 所设计槽型光电传感器立体图2

3.2外观材质的选择

光电传感器是精密度较高的传感装置，尽管其原理相对简单，但对于外观中发射器与接收器的槽宽，安装孔之间的距离以及材质等要求却相对较高。在当前的很多槽型光电传感器中，为了降低用料成本，其所用材料多为ABS、PBT等工程塑料材质，并对其通过注射模工艺制造。但由于选材便宜及注模工艺粗糙，如图7所示，光电传感器外壳在注塑成型后往往会存在翘曲变形、表面缩印、飞边等问题。翘曲使传感器安装底面不再是一平面，也改变了发射器与接收器安装孔之间的相对位置。有些在常温环境下能正常工作的产品，经高温高湿等可靠性试验，外壳发生翘曲变形而导致无法正常工作。

图7 翘曲变形后的槽型光电传感器外壳

基于此，本文对槽型光电传感器外观的选材采用稳定性更高的PC。PC材质硬度较高，耐磨度非常出色，同时还拥有自润滑的特性，将其作为外观材质应用到槽型光电传感器，可以减少设备热变或温度大幅降低而导致的变形、飞边的问题，提高槽型光电传感器的精度和耐用度。同时PC材质的可塑性较强，在热塑过程中能够根据设计做出更加具有精准度和难度的外形。因此，将PC材质作为槽型光电传感器外观的主要材料，不仅成型后稳定性强，在生产过程中也更加具有可塑性。

3.3外观设计的总结

综合上述整个设计的思路和理念，本文对槽型光电传感器的设计是基于简单简约的设计理念。通过对槽型光电传感器的功能进行集约整合，实现外观上的紧凑设计。所设计出的产品实物整体体积较小，结构简单，操作简便。紧凑化的设计使得在外壳上的塑材投入降到最低。选用性质性能更为稳定的PC材质，减少外壳飞边、翘曲的问题，同时可塑性更强，更适用于一些外形更加精致的传感器。整个设计充分考虑到了经济成本、外形美观、应用便捷和社会价值。

4 基于紧凑设计理念的槽型光电传感器应用场景

槽型光电开关在工业生产自动化控制领域中的应用非常广泛，能够有效提高生产效率和质量，降低生产成本，提高生产线的安全性等。

1. 检测物体的存在或缺失：通过发射红外线或激光束，当物体经过光束被遮挡时，能够及时地检测到物体的存在或缺失，并向控制系统发送信号，以便实现自动化控制。
2. 实现计数和测量：通过计算物体通过光束的次数来实现计数和测量物体的速度、长度等参数。如公路、无人搬运车、车间物料传送以及机场的传输带等场景，槽型光电传感器还被应用于检测物体运行速度。
3. 检测物体的属性 ：通过检测物体对光的反射、漫反射和透过性等特性，实现检测物体的形状、颜色、材质等特征。如在一些食品生产企业，则通过槽型光电传感器光的折射变化检测不同原材料标记和液位，准确地测量液体在容器中的位置，从而实现各种配料的精准投入。
4. 控制警报系统：当槽型光电开关监测到物体时，还可以触发控制警报系统，例如将产品推出生产线时的自动警报系统。

5结语

数字化时代下，光电传感器更加广泛地应用于各种数控系统中，已经成为我们工作和生活中重要的一种技术设备支撑。光电传感器应用于不同场景，对于其外观有不同的要求。而槽型光电传感器的设计灵感源于在通过U型槽面的两个对立面实现红外光线的发射和接收，适用于空间受到限制，对于传感器要求精巧精致的场景。

本文所设计的槽型光电传感器外观已经获得专利认证，在设计上实现了结构简单、操作安全的效果。且除了外观设计，本文还对设计外壳的塑材进行了探讨，以实现在确保质量，减少飞边、翘曲情况的前提下，如何降低塑材投入成本，控制生产成本，提高经济效益。综上，本文所设计的槽型光电传感器可以通过注塑工艺实现规模生产，具有可以推广的价值。

参考文献

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[2]黄俊.基于PWM及槽型光电传感器的测速与调控系统[J].电子设计工程，2018，26（01）：157-160+165.

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[4]翁建华.槽型与反射型光电传感器外壳的设计与制造[J].机械工程师，2013（11）：10-12.

作者简介：黄文奇，男，1988.9-，汉族，大专学历，高级结构工程师，研究方向：机电工程