專利名稱：用于光學(xué)儀器的窗刮器的制作方法
用于光學(xué)儀器的窗刮器相關(guān)申請的交叉引用本申請主張于2008年3月13日提交的美國臨時專利申請61/036333的權(quán)益，該 申請通過引用而整體上合并于此。
背景技術(shù)：
在經(jīng)歷粒子生長的結(jié)晶化或粒化過程中工作的光學(xué)儀器(例如但不限制于粒子 尺度特性測定掃描儀)，常由于粒子沉積在它們的外窗上而使它們的光學(xué)性能降低。這 種沉積經(jīng)常如此剛性地附著在窗上，以致于橡皮刮板和刷子型擦拭器不能從窗上除去粒子。因此，希望有替代方案來克服采用常規(guī)刷子型擦拭器和橡皮刮板所具有的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明內(nèi)容部分以簡化形式引入選定的一組構(gòu)思，所述構(gòu)思將在下文中在具體 實施方式部分中進一步予以說明。本發(fā)明內(nèi)容部分不意欲確定請求保護主題的關(guān)鍵特 征，也不意欲用來幫助確定所請求保護主題的范圍。本發(fā)明公開了一種用于設(shè)備的光學(xué)表面的刮器。所述刮器包括刀片，刀片具有 刀刃，刀片為剛性且不變形，以承受高剪應(yīng)力。所述刀片構(gòu)造成圍繞著與光學(xué)表面平行 的第一軸線旋轉(zhuǎn)，而且還構(gòu)造成相對于與光學(xué)表面垂直的第二軸線沿直線運動。這允許 所述剛性、不變形的刀片保持與光學(xué)表面接觸。此外，所述刀刃構(gòu)造成橫跨光學(xué)表面運 動，以將任何粘附在所述表面上的材料去除。例如，所述刮器可用于清潔儀器的光學(xué)表 面。所述刀刃構(gòu)造成具有三個自由度的運動，以保持與光學(xué)表面接觸并將存在于光 學(xué)表面上的材料或粒子去除。一個自由度的運動為刀片能圍繞著與光學(xué)表面平行的第一軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得 當(dāng)光學(xué)表面相對于該軸線偏斜時，所述刀刃能與所述表面接觸。旋轉(zhuǎn)的支點位于所述刀 片的所述刀刃上。一個自由度的運動為相對于光學(xué)表面向前和向后運動，其中刮器刀片被偏壓或 壓靠在光學(xué)表面上，從而使得當(dāng)光學(xué)表面相對于與光學(xué)表面平行且與第一軸線垂直的第 二軸線偏斜時，所述刀刃能與光學(xué)表面接觸。一個自由度的運動為橫跨光學(xué)表面的運動，其可為橫跨光學(xué)表面的旋轉(zhuǎn)或平 移，以及擺動。用于在表面相對于與光學(xué)表面平行的軸線偏斜時允許刀片旋轉(zhuǎn)來保持與光學(xué)表 面接觸的一個實施例包括將刀片放置在包括曲面的槽中，從而刀片的近側(cè)包括相配曲 面以允許在所述槽中旋轉(zhuǎn)。刀片可包括多個刮擦刀刃，其中，各刮擦刀刃由兩個會合到一起形成90度或小于90度角的連接面構(gòu)成。刮器刀片可具有兩個刀刃，以允許沿前后方向進行刮擦。樞轉(zhuǎn)軸在其一端處連接于驅(qū)動器。所述樞轉(zhuǎn)軸在其相對端上連接于支架。所述 樞轉(zhuǎn)軸構(gòu)造成施加力，從而使得刮器刀片被壓靠在光學(xué)表面上，以在任何在所述表面上 積聚的材料上產(chǎn)生高剪應(yīng)力。當(dāng)光學(xué)表面相對于豎直軸線偏斜時，所述樞轉(zhuǎn)軸允許第二 自由度的運動，以允許刀片沿著與光學(xué)表面相垂直的方向前后運動，來允許與光學(xué)表面 接觸。刮器刀片刀刃可由金屬、陶瓷或塑料制成。刮器刀片刀刃硬度低于光學(xué)表面， 以避免劃傷所述表面。因為刮器刀片刀刃為剛性，而且不能彎曲或順應(yīng)以保持與光學(xué)表面的平表面接 觸，從而按照需要進行操作，刮器刀片具有三個自由度。第一，刀片繞著與光學(xué)平面平 行的軸線旋轉(zhuǎn)，從而使得刀片刀刃可使自身與該表面對齊。第二，刮器刀片也能與垂直 于所述光學(xué)表面的軸線成一直線前后平移(即向著光學(xué)表面或者離開光學(xué)表面平移)。第 三，刮器刀片可橫跨光學(xué)表面運動，例如橫跨所述表面旋轉(zhuǎn)或平移。將所述軸連接于刀片的支架可具有用于將刀片插入的槽。所述槽包括曲面，刀 片的近側(cè)坐靠在所述曲面上，且所述刀片的近側(cè)包括相配曲面。這允許刮器刀片圍繞與 光學(xué)表面平行的支點的中心旋轉(zhuǎn)，即支點沿著刀片的刀刃。


參照結(jié)合附圖進行的以下詳細說明，本發(fā)明的前述方面和許多伴隨的優(yōu)點將得 到更好地理解，因此也將更易于認識到，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)儀器和窗刮器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的窗刮器的剖視圖的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的刮器刀片的一部分的俯視圖的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的刮器刀片的一部分的俯視圖的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的刮器刀片的一部分的俯視圖的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的刮器刀片的一部分的俯視圖的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的刮器刀片的一部分的俯視圖的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的儀器和窗刮器的示意圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的儀器和窗刮器的剖視圖的示意圖。
具體實施例方式盡管示出并說明了示范性實施例，但是將認識到的是，可在其中做出各種變化 而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明的實施例涉及用于窗(包括但不限制于窗的處理側(cè)光學(xué)表面)的刮器。當(dāng) 在此使用時，光學(xué)表面存在于光學(xué)儀器中但不必限制于光學(xué)儀器。窗可以為任意收集、吸引粒子或任何其它類型材料的表面或者粒子或任何其它 類型材料積聚于上的表面。例如，其中可采用本文所公開的窗刮器的實施例的應(yīng)用場合 包括粒子處理，例如在制藥領(lǐng)域中，其中粘接劑(例如纖維素和乳糖)可能積聚在儀器 上。然而，所公開窗刮器的其它應(yīng)用也是可行的，例如但不限制于在化學(xué)處理及制造和其它領(lǐng)域中所采用的任意的儀器、傳感器、設(shè)備以及表面。一般而言，任何要求將粒子 和/或材料從表面上去除的應(yīng)用場合為其中可采用所公開窗刮器的合適應(yīng)用場合。盡管 對代表性窗刮器的以下說明參考光學(xué)儀器進行，但是窗刮器并不因此僅限制于供這種應(yīng) 用場合使用。共同參照圖1和圖2，示出了一種代表性光學(xué)儀器100。出于簡要的原因，在此 未公開光學(xué)儀器100的具體細節(jié)。在一個特別實施例中，光學(xué)儀器100包括細長管106。 細長管106包括遠端108。儀器100的遠端108包括窗104。窗104在其遠側(cè)上具有光學(xué) 表面。儀器100的遠端108可定位在任意具有希望由儀器100測量的材料或條件的位置 內(nèi)。例如，儀器100的遠端108可插入到任意的管路、器皿、罐子、反應(yīng)器等中。在一 個特定實施例中，儀器100為粒子特性測定儀器，所述粒子特性測定儀器可對粒子的尺 寸、形狀、化學(xué)成分和濃度中的任意一種或更多種進行測量。在此使用的“光學(xué)表面” 指的是電磁輻射可傳輸透過的任意材料。例如，電磁輻射包括可見光、近紅外線、中紅 外線和遠紅外線。但是，光學(xué)表面的實施例不應(yīng)解釋為被限制于任意特定波長的電磁輻 射?？勺龀龃?04的光學(xué)表面可以包括但不限制于下列材料工業(yè)用藍寶石(二氧化 鋁晶體)、工業(yè)用鉆石、玻璃、石英、福斯拉(fosila)、表面硬化材料、鉆石包覆材料、 納米包覆材料、硅等。上述材料的共有特性在于能夠傳輸可由儀器100發(fā)射或接收的電 磁輻射形式。儀器100包括窗刮器102。窗刮器102包括樞轉(zhuǎn)軸114 ；刀片支架112，連接 于樞轉(zhuǎn)軸114的遠端；以及刮器刀片110，連接于刀片支架112的端部。樞轉(zhuǎn)軸124平 行于儀器100的縱軸線延伸，且可以處于儀器100的細長管106內(nèi)。應(yīng)理解，樞轉(zhuǎn)軸124 的近端(其未示出在圖1和圖2中)連接于驅(qū)動機構(gòu)。驅(qū)動機構(gòu)可對樞轉(zhuǎn)軸114施加擺 動運動。刀片支架112垂直于樞轉(zhuǎn)軸114的旋轉(zhuǎn)軸線連接在樞轉(zhuǎn)軸114的遠端處。刀片 支架112包括下端和上端。下端連接于樞轉(zhuǎn)軸114的遠端。刀片支架112的上端包括 刀片槽116。刀片槽116支撐刮器刀片110。刮器刀片110被允許在刀片槽116內(nèi)圍繞 著刀片樞軸118旋轉(zhuǎn)，如圖2的雙頭箭頭130所示。樞轉(zhuǎn)軸114沿著箭頭方向(表示為
“F” )施加力。因此，樞轉(zhuǎn)軸114將刮器刀片110推靠在窗104表面上，以產(chǎn)生通過刮 器刀片100的運動引起的作用在任何積聚于窗104表面上的材料上的高剪應(yīng)力，從而有效 地將這種積聚的材料去除。刮器刀片110或者最低限度地刮器刀片110的與窗104接觸的一部分(即刀刃) 由為剛性且在刮擦過程中一般不可變形的材料制成。適于刮器刀片110刀刃的材料包括 但不限制于金屬、陶瓷、剛性塑料等。刮器刀片Iio刀刃比窗104表面材料的硬度小，以 防止劃傷窗104表面。有利地，刮器刀片110刀刃承受得起去除粒子沉積所要求的高剪 切力。有利地，刮器刀片110刀刃足夠硬，從而與刮擦相關(guān)的摩擦基本不會太快地磨損 刮器刀片110的刮擦刀刃。優(yōu)選地，刮器刀片110刀刃還在一定程度上耐腐蝕。例如， 一種用于刮器刀片110的代表性材料包括不銹鋼，例如硬度達RC35的13-8不銹鋼。刮 器刀片110刀刃為剛性且由此不能彎曲或順應(yīng)，以保持與窗104的平表面接觸。為了按 照需要進行操作，刮器刀片110具有三個自由度。為發(fā)生刮擦動作，刮器刀片110能圍 繞與窗垂直的軸線來旋轉(zhuǎn)，或者在其它實施例中，刮器刀片110可構(gòu)造成沿著與窗104平行且與刮擦刀刃垂直的軸線平移。在所示出的實施例中，刮器刀片110豎直放置并由樞 轉(zhuǎn)軸114來旋轉(zhuǎn)。為了保持一個或多個刮擦刀刃平行于窗104，刮器刀片110能圍繞著相 對于窗104平行且水平的、并與刮擦刀刃垂直的軸線(即圍繞圖2所示的刀片樞軸118) 旋轉(zhuǎn)。如果窗相對于水平軸線偏斜，則這保持刀片110與窗接觸。刮器刀片110也能沿 著與窗104垂直的軸線(即沿力F的方向)向前或向后或者成一直線平移，以保持刀片 與窗104接觸。當(dāng)窗相對于豎直軸線偏斜時，這保持刀片110與窗接觸。在其它實施例 中，例如，當(dāng)窗刮器定位于窗104的側(cè)面時，刀片110于是將水平放置且將構(gòu)造成圍繞相 對于窗104平行且豎直的軸線旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，當(dāng)窗相對于該豎直軸線偏斜時，刀 片沿該豎直軸線的旋轉(zhuǎn)允許刀片保持與窗接觸。刀片也將構(gòu)造成與垂直于該表面的軸線 成一直線運動。當(dāng)窗相對于水平軸線偏斜時，施加在刀片上以沿向前方向壓靠在窗上的 力允許刀片保持與窗接觸。因此，為了使刀片保持與光學(xué)表面接觸，需要兩個自由度的 運動，包括刀片圍繞著與光學(xué)表面平行的支點的旋轉(zhuǎn)和沿著與垂直于光學(xué)表面的軸線成 一直線的方向的運動例如向前和向后運動。所述第三個自由度的運動為刀片提供了橫跨 該表面的運動。除了采用直刀片刀刃，刀片刀刃可為弧形、凹形或凸形，以與光學(xué)表面的形狀 相配。在一個優(yōu)選實施例中，刮器刀片110能圍繞刀片樞軸118旋轉(zhuǎn)，刮器刀片110裝 配到刀片支架112內(nèi)的槽116中。槽116垂直于窗104并平行于樞轉(zhuǎn)軸114的軸線。刮 器刀片110的后邊緣和槽116的前側(cè)可具有相配半徑，所述相配半徑允許刮器刀片110在 刀片樞軸118處圍繞該半徑的中心旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)允許一個或多個刮擦刀刃將它們自身 平行于窗104對齊。另外，刮器刀片110旋轉(zhuǎn)的中心定位在窗104表面處。這導(dǎo)致刮器 刀片110旋轉(zhuǎn)和槽116及刮器刀片110沿樞轉(zhuǎn)軸114平移之間的關(guān)聯(lián)最小。這也使保持 刮擦刀刃平行于窗104所需的力最小。盡管刀片樞軸的這種布置是有利的，但是允許圍 繞著基本平行于窗表面且與刮器刀片的運動方向共線的軸線來進行樞轉(zhuǎn)運動的任何其它 布置(包括機械樞轉(zhuǎn)軸、撓曲裝配座(flexure mounts)等)也可以是合適的。在一個實施例中，刮器刀片110具有顯著比它的厚度大的寬度和長度。由長度 和寬度形成的平面定向成垂直于窗104表面。刮器刀片110的薄遠端面與窗104接觸。 圖3為刮器刀片110的俯視圖的一部分的示意圖，示出了該薄面的構(gòu)型。在圖3中，刮 器刀片110的刮擦刀刃用附圖標記120a和122a表示。在刮器刀片110的所述薄面上形成 的刮擦刀刃120a和122a垂直于刮擦方向，且是銳利的。圖3示出了兩個刮擦刀刃120a 和122a，從而使得在擺動運動的向前和向后階段上都執(zhí)行刮擦動作。銳利刮擦刀刃的其它實施例示出在圖4、圖5、圖6和圖7中。圖4和圖5示出 了在刮器刀片的面處的兩個銳利刮擦刀刃120b、122b、120c和122c，而圖6和圖7示出 了單個銳利刮擦刀刃120d和120e。圖6和圖7的刮擦刀刃可用在沿單方向行進的刮器刀 片上。圖3、圖4和圖5所示的刮擦刀刃可用在沿單個方向行進的窗刮器102上；然而， 當(dāng)一個刮擦刀刃確定為鈍化或不工作時(例如通過注意到光傳輸能力降低)，窗刮器102 可自動地反向以使用第二刮擦刀刃。一般而言，圖3至圖7所示的刮擦刀刃通過兩個成 90度或小于90度的連接面來形成。圖8和圖9是整個儀器100和窗刮器的示意圖。如上所述，儀器設(shè)計和類型不影響本發(fā)明的窗刮器，而是僅示出用于示例說明窗刮器如何可被使用的一個代表性實施 例。示出了完整的窗刮器，包括樞轉(zhuǎn)軸114，樞轉(zhuǎn)軸114在近端處連接于殼體130內(nèi)的驅(qū) 動器132上。驅(qū)動器132將擺動運動賦予樞轉(zhuǎn)軸，樞轉(zhuǎn)軸又使支架112和刀片110橫跨 窗104表面運動。樞轉(zhuǎn)軸還構(gòu)造成沿著與窗104垂直的方向向前或向后運動，由此允許 刀片110保持與窗104接觸。為此，樞轉(zhuǎn)軸114裝配有合適的軸承，以支持旋轉(zhuǎn)以及軸 的沿直線運動。樞轉(zhuǎn)軸可被向前偏壓(例如利用彈簧)，從而使得刀片110施加壓力在窗 104表面上。盡管已示出并說明了窗刮器102的一個代表性實施例，但是將認識到的是，各 種變型都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如在此公開的窗刮器102適于用在或針對希望將粘附 粒子和/或材料清除的光學(xué)或其它的表面上。此外，與待刮擦的窗104相關(guān)的刮器刀片 110的運動可采用各種實現(xiàn)方式中的任一方式。在擺動運動中，刮器刀片110可旋轉(zhuǎn)通過 弧的一個扇形。替代地，刮器刀片110可連接于導(dǎo)軌或軌道，也在擺動運動中，所述導(dǎo) 軌或軌道使刮器刀片110沿直線橫跨窗104平移。作為另一替代方案，刮器刀片110可 連接于樞轉(zhuǎn)軸，其中，樞轉(zhuǎn)軸以連續(xù)或周期方式旋轉(zhuǎn)，進行完全360度旋轉(zhuǎn)。此外，多 于一個的刮器刀片110可設(shè)置在單個刀片支架112上，或者替代地，可設(shè)置多個刀片支架 112，其中在各刀片支架112上帶有單個刮器刀片110。因此，刮器刀片110可構(gòu)造成對 多于一個的窗進行刮擦。從上面的說明中，容易清楚得到諸多其它修改。在其它實施例中，窗刮器102的操作可通過指示刮擦窗104何時需要刮擦的裝置 來控制。例如，通過利用傳感器測量穿過窗104的光傳輸能力，可設(shè)定致動窗刮器102 以去除所粘附的材料的預(yù)定極限，由此使光傳輸能力恢復(fù)到正常工作范圍。如果窗刮器 102用于帶有測量能力的光學(xué)儀器，則可設(shè)置指示何時窗刮器102處于工作的裝置，這時 使來自光學(xué)儀器的測量讀數(shù)被放棄或被不視為精確讀數(shù)。還可設(shè)置如下的裝置當(dāng)刮擦 操作完成時，該裝置由此指示儀器測量讀數(shù)再次指示精確操作狀態(tài)。確定何時窗刮器102 處于工作的裝置(作為測量儀器讀數(shù)的切斷裝置)可包括連接于致動器的位置傳感器、運 動傳感器或安培計。在另外的其它實施例中，用于將超音速能量傳送給刮器刀片110的裝置可幫助 將堅韌粘附的粒子或材料從窗104表面上去除。盡管以上示出并說明了示范性實施例，但是應(yīng)認識到的是，可在其中做出各種 變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)表面的刮器，包括刀片，具有刀刃，所述刀片為剛性且不變形，其中，所述刀刃構(gòu)造成圍繞著與所述 光學(xué)表面平行的軸線旋轉(zhuǎn)且構(gòu)造成沿著與所述光學(xué)表面垂直的方向運動并被推靠在所述 表面上；以及驅(qū)動器，用于使所述刀片橫跨所述表面運動。
2.如權(quán)利要求1所述的刮器，其中，所述刀片構(gòu)造成為圍繞著處于所述刀片的所述刀 刃上的支點旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的刮器，其中，所述刀刃由形成90度或小于90度角的連接表面 形成。
4.如權(quán)利要求1所述的刮器，其中，所述刀片包括多個刮擦刀刃。
5.如權(quán)利要求1所述的刮器，其中，所述刀片構(gòu)造成進行擺動。
6.如權(quán)利要求1所述的刮器，其中，刀片刀刃由金屬、陶瓷或剛性塑料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的刮器，還包括支架，所述支架包括槽，所述刀片在所述槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的刮器，其中，所述槽包括曲面，所述刀片的近側(cè)坐靠在所述曲 面上，且所述刀片的所述近側(cè)包括相配的曲面。
9.如權(quán)利要求1所述的刮器，還包括樞轉(zhuǎn)軸和支架，其中，所述樞轉(zhuǎn)軸的遠端連接于 所述支架，而所述支架保持所述刀片。
10.一種儀器，包括如權(quán)利要求1-9中任一項所述的刮器。
11.如權(quán)利要求10所述的儀器，還包括粒子分析儀。
12.如權(quán)利要求11所述的儀器，其中，所述儀器可分析粒子的尺寸、形狀、化學(xué)成分 和濃度中的一種或更多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于設(shè)備的光學(xué)表面的刮器。所述刮器包括刀片，所述刀片具有刀刃，其為剛性且不變形，以承受高剪應(yīng)力。所述刀片構(gòu)造成圍繞著與光學(xué)表面平行的第一軸線旋轉(zhuǎn)，而且還構(gòu)造成相對于與光學(xué)表面垂直的第二軸線成直線運動。這允許所述剛性、不變形刀片保持與光學(xué)表面接觸。此外，所述刀刃構(gòu)造成橫跨光學(xué)表面運動，以將任何粘附在所述表面上的材料去除。例如，所述刮器可用于清潔儀器的光學(xué)表面。
文檔編號G02B23/24GK102016689SQ200980115978
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者C·J·科爾尼利厄斯, E·門敦卡, O·哈曼, R·E·拉維古約爾, R·貝克爾 申請人:梅特勒-托利多自動化學(xué)股份有限公司