CN100547477C - 一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构，其特征在于：摄像机安装在方形的框架上，镜头穿过框架中间圆孔；框架可绕左、右两侧通过轴承与U形座相连接的支撑轴转动；在框架下方两侧的支撑座和U形座侧板之间安装有两根拉伸弹簧；在固定于U形座一边侧板下部的直角支撑上装有一个调节螺钉，调节螺钉上端顶在固定在框架一侧的拨块上；拨块通过锁紧螺栓与导轨片上端相连接，直角支撑通过导向螺栓和导向槽与导轨片下端连接；U形座与底板之间设有二组螺栓，一组用于紧固连接U形座与底板，另一组的一端通过螺纹连接穿过U形座后顶在底板的表面；底板通过固定螺栓安装在摄像机箱体壁上的导轨滑槽中，底板上固定螺栓的安装孔为上下长圆孔。

Description

一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构

技术领域

本发明属于机器视觉系统的外围设备领域，具体地说，本发明是一种工业检测系统中图像采集所用工业摄像机安装、定位与位置调整所用的机械机构。

背景技术

机器视觉是一项包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、电光源照明技术、光学成像技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等技术的一项综合技术。这些技术在机器视觉中是并列关系，相互协调应用才能构成一个成功的机器视觉系统。摄像机的装夹与固定装置是一套机械机构，只是属于机器视觉外围的设备领域，其主要功能除了装夹与固定摄像机位置外，主要是与摄像机镜头相配合来获得需要的视场范围、俯仰角度、光照效果、物距等图像采集参数。

工业检测用摄像机主要用于采集生产线上产品图像并在工业计算机中进行处理以获取产品质量信息。应用于工业和民用监控领域的摄像机因为对监控对象的精确尺寸要求不高，因此多采用面阵摄像机，安装方式则采用简单固定或云台安装方式。

与工业和民用监控摄像机不同，工业检测对检测对象尺寸精度要求很高，尤其是对高速生产线上产品进行图像采集时，多采用线阵摄像机。因为工业生产线在运行过程中一般都会产生比较大的震动，而线阵摄像机要求在工作过程中保持很高程度的稳定性，因此，工业检测用摄像机的安装与固定，不仅要求能够保证摄像机位置的稳定性，还应该具有一定程度的抗震动性。

在工业图像检测中，照明也是决定图像采集质量的一个关键因素，因为后续计算机图像处理对图像的明暗、炫光、反光、色度等参数都十分敏感，而照明效果则决定着这些参数的好坏。照明光路的设计是照明效果的保证，而摄像机的安装与定位也同样是照明光路中的一部分。摄像机位置的高低能改变光照的强度并影响采集图像的明暗度，俯仰角度的改变能轻易的改变图像采集时的炫光与反射光并影响到图像色度。

因此摄像机的装夹装置配合摄像机镜头一起，不但能够保证摄像机采集时的精确定位与稳定的采集精度，而且决定着摄像机的物距、视场范围、俯仰角度、而且直接影响检测装置抗震动性和所采集图像的光照效果和色度偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构。该机械不仅能够方便可靠地在三个平移方向和一个旋转方向对摄像机位置和俯仰角度进行调整，而且能够保证摄像机在不同位置都保持牢固的安装与夹紧，同时要能够有效地消除由于工作环境对摄像机造成的震动，保持摄像机能够稳定地工作和精确地采集图像。

本发明提供的一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构，其特征在于：框架上开有供摄像机镜头穿过的圆孔，其左、右两侧各安装有一个支撑轴，支撑轴通过轴承与U形座相连接，框架可绕支撑轴在U形座的槽形空间转动；在框架和U形座之间安装有两根拉伸弹簧，拉伸弹簧一端固定在U形座的侧板上，另一端固定在框架下方两侧的支撑座上；直角支撑固定在U形架的一边侧板的下部，拨块固定在框架的一侧，调节螺钉安装在直角支撑上，调节螺钉上端顶在拨块上；在拨块与直角支撑之间加有导轨片，导轨片上端通过锁紧螺栓与拨块相连接，下端通过导轨片的导向槽和导向螺栓与直角支撑连接；U形座与底板之间设有二组螺栓，一组用于紧固连接U形座与底板，另一组的一端通过螺纹连接穿过U形座后顶在底板的表面；底板通过固定螺栓安装在摄像机箱体壁上的滑槽中，底板上固定螺栓的安装孔为上下长圆孔。

具体而言，本发明具有以下技术特点：

(1)在水平方向左右平移自由度和垂直方向上下平移自由度上，本机构采用螺栓与滑槽相配合的方式实现相机位置调节，并采用螺母锁紧的方式锁定调整位置，操作简单方便。

(2)在水平方向前后平移自由度上，本机构采用四个调节螺杆与底板螺纹相配合的丝杠螺母形式调节方式进行位置调节，采用螺纹调节方法简单，并可获得较高的位置精度，同时四个螺杆分别调节还可以起到调整底板垂直方向垂直度的功能。

(3)在绕水平轴的旋转自由度上，本机构采用两端滚子轴承支撑的框架，通过螺栓与摄像机联结为一体，设计调整机构来调节框架绕轴旋转角度，从而调节摄像机的俯仰角度以减少采集对象的炫光及反光影响，提高采集图像质量和获得好的照明效果。

(4)为了平衡摄像机角度调节造成的偏心力，使摄像机在各个位置都保持受力稳定，在本机构中安装有两根拉伸弹簧，拉伸弹簧使与框架相联结的拨块在任一可调整的角度上都能够压紧在调节螺钉上，同时也可吸收摄像机受到的震动力，避免震动造成采集图像抖动。

(5)本发明整体结构紧凑轻巧，调整机构调节灵便，便于操作。

附图说明

图1为本发明机构的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的右视图。

具体实现方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的详细说明。

摄像机竖直放置在方形的框架11上，镜头穿过框架11中间的圆孔，机身通过左右两侧各两个螺栓10与框架11相连接，框架11左右两侧通过销钉各安装有一个短支撑轴8，短支撑轴8通过轴承支撑与U形座3相连接，框架11可以绕短支撑轴8在U形座3的槽形空间转动，用来调节摄像机的俯仰角度。

为了平衡摄像机由于俯仰角度调节而造成的偏心力，在框架11和U形座3之间安装两根拉伸弹簧2，弹簧两端的固定柱1一端固定在U形座侧板上，另一端固定在框架11下方两侧的支撑座7上，用来保持拨块12总能压在调节螺钉16上，并且可在一定程度上吸收摄像机工作过程中的震动。

为了对摄像机角度进行准确的调整，在U形座3和框架11之间设计了一个调整机构：直角支撑15通过两个螺栓固定在U形架3的一边侧板的下部，拨块12通过螺栓固定在方形框架11上，调节螺钉16安装在直角支撑15上，螺钉上端顶在拨块12的下表面上，旋转调节螺钉16可以在一定范围内顶着拨块12带动框架11在一定范围内旋转。为了在俯仰角度调整到位后锁紧位置，在拨块12与直角支撑15之间加一导轨片13，导轨片13上端通过锁紧螺栓14与拨块12相连接，下端通过一个弧形的导向槽和导向螺栓17与直角支撑15连接。调整过程中旋松锁紧螺栓14和导向螺栓17，调整到位后再旋紧锁定位置。

U形座3与底板9之间共有8个螺栓相连接，分为两组，一组为紧固螺栓组5，用来紧固连接U形座3与底板9；另一组为调整螺栓组6，其一端通过螺纹连接穿过U形座3后顶在底板9的表面，通过丝杠螺母的原理来调节U形座3在水平方向前后平移的自由度。

底板9是通过四个固定螺栓4安装在相机箱箱体壁上的导轨滑槽(附图中无对应说明)中，通过固定螺栓4在滑槽中左右移动来实现摄像机在水平方向左右平移的自由度。底板9上为固定螺栓4的安装孔设计为上下长圆孔，固定螺栓4在长圆孔中上下可以调节位置，用来实现摄像机在竖直方向上下平移的自由度。

上述各部件可以全部采用铝合金和不锈钢材料加工而成，本发明整体结构紧凑轻巧，调整机构调节灵便，便于操作。

各个自由度具体调整方法：

(1)水平方向左右平移调整

该自由度的调整主要通过底板9与相机箱箱体之间的固定螺栓4在箱体壁上的导轨滑槽中左右平移来实现，调整到位后拧紧螺母即可。

(2)垂直方向上下平移调整

该自由度的调整主要通过固定螺栓4在底板9上的垂直方向长圆孔中上下移动来实现，调整到位后拧紧螺母即可。

(3)水平方向前后平移调整

该自由度的调整主要通过调整螺栓组6和紧固螺栓组5的配合来实现。首先调节调整螺栓组6来确定U形座与底板的前后方向间隙大小，然后通过紧固螺栓组5来固定U形座与底板的联结。

(4)绕左右水平轴旋转调整

首先旋松导轨片锁紧螺栓14和导向螺栓17，然后旋转调节螺钉16来推动拨块12带动框架11和摄像机调整俯仰角度，可调整角度大小由导轨片13上导轨槽弧长决定。在调整摄像机俯仰角度时，拉伸拉簧2的拉力会自动使拨块12压紧在调节螺钉16上。当俯仰角度调整到要求位置后，旋紧锁紧螺栓14和导向螺栓17即可。

本领域一般技术人员根据上述机构结构描述，也可以通过采用其它多种具体实施方式实现本发明。

Claims (1)

1、一种四自由度可调的工业摄像机装夹机构，其特征在于：框架(11)上开有供摄像机镜头穿过的圆孔，其左、右两侧各安装有一个支撑轴(8)，支撑轴(8)通过轴承与U形座(3)相连接，框架(11)可绕支撑轴(8)在U形座(3)的槽形空间转动；在框架(11)和U形座(3)之间安装有两根拉伸弹簧(2)，拉伸弹簧(2)一端固定在U形座(3)的侧板上，另一端固定在框架(11)下方相应侧的支撑座(7)上；直角支撑(15)固定在U形座(3)的一边侧板的下部，拨块(12)固定在框架(11)与直角支撑(15)相同的一侧，调节螺钉(16)安装在直角支撑(15)上，调节螺钉(16)上端顶在拨块(12)上；在拨块(12)与直角支撑(15)之间加有导轨片(13)，导轨片(13)上端通过锁紧螺栓(14)与拨块(12)相连接，下端通过导轨片的导向槽和导向螺栓(17)与直角支撑(15)连接；U形座(3)与底板(9)之间设有二组螺栓(5、6)，一组用于紧固连接U形座(3)与底板(9)，另一组的一端通过螺纹连接穿过U形座(3)后顶在底板(9)的表面；底板(9)通过固定螺栓(4)安装在摄像机箱体壁上的导轨滑槽中，底板(9)上固定螺栓(4)的安装孔为上下长圆孔。

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