CN106908448A - 一种多自由度可调式图像采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多自由度可调式图像采集装置，其支撑平台上分布有五组相同的移动执行机构，其中心线过支撑平台圆形点，且与水平方向夹角成多个夹角。移动执行机构由导轨、滑块、移动平台、丝杠和伺服电机构成，转动执行机构由回转驱动、调姿平台及伺服电机构成。本发明将多自由度执行机构应用于视觉采集领域中，形成了一套智能化程度较高的多自由度可调式图像采集装置，各数字相机及激光光源在移动及转动执行机构作用下，可根据被测物形状及车辆扰动单独调整其位置及姿态，解决了现有机器视觉技术在公路应用时的诸多技术难题。

Description

一种多自由度可调式图像采集装置
技术领域
本发明属于图像采集技术领域，涉及公路建筑物健康检测用车载式视觉检测装备，尤其是涉及一种智能化的多自由度可调式图像采集装置。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，最基本的优点是可以提高生产的灵活性和自动化程度，在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和自动化程度。
机器视觉应用于高速公路建筑物健康检测时，将图像采集系统安装于移动的车辆上，形成一套车载式快速采集系统。机器视觉技术的核心和关键是如何高质量的采集图像，这就要求被测物始终处于相机最佳拍摄范围内。高速公路建筑物结构复杂、不同结构物尺寸会有较大差别，因而每次检测前，必须根据被测物设计图纸对相机安装位置及焦距进行调节。一方面降低了系统的智能化程度，另一方面，车辆颠簸影响数字相机的调焦装置，对图像采集产生扰动。
综上所述，现有技术条件限制了机器视觉技术在公路智能检测中的应用，其根本原因在于缺乏一套智能化程度较高的自动化采集装置，无法根据被检测物特征及车辆扰动参数实时调节图像采集装置位置和姿态，致使获得的图像质量较差，影响后续图像处理与特征识别。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种多自由度可调式图像采集装置，包括：支撑平台、移动执行机构和转动执行机构，其中，
所述移动执行机构包括导轨、滑块、移动平台、丝杠和伺服电机；
所述转动执行机构包括回转驱动、调姿平台和伺服电机；
所述支撑平台上设置有用于安装直线导轨的螺纹孔，在每组导轨安装位置处均加工有定位槽；五组导轨均匀分布于支撑平台上，下表面与支撑平台上的定位槽过盈配合，通过螺栓固定于所述螺纹孔中，上表面均安装有沿导轨作直线运动的滑块；
所述移动平台上、下表面设置有螺纹安装孔，上表面与回转驱动固定环连接，下表面通过螺栓固定于所述两组滑块上，丝杠上端与所述移动平台内侧连接、下端连接步进电机实现移动平台沿导轨轴线做往复直线运动；
所述调姿平台上安装数字相机和高亮度激光光源，并且通过螺栓连接固定于所述回转驱动转动环上，在电机驱动作用下调姿平台绕支撑平台平面作转动运动。
优选的，相邻定位槽高度差为1～10mm。
优选的，所述导轨轴线与水平方向夹角分别为0°、45°、90°、135°、180°，采用双导轨结构形式，每组导轨由互相平行的两根直线导轨构成，其中心轴线之间的距离为150～300mm，导轨外部形状为燕尾形，材料为航空铝合金。
优选的，所述支撑平台为半圆形的铝合金板材，半径为500mm～1500mm、厚度为20mm～50mm。
优选的，所述移动平台和调姿平台材料为镁铝合金。
本发明提供了一种具有十个运动自由度的图像采集装置，各数字相机及激光光源在移动及转动执行机构作用下，可根据被测物形状及车辆扰动单独调整其位置及姿态。本发明突出优点是可根据被检测物不同形状及结构尺寸，实时调整相机安装位置，使被检测物始终处于相机最佳拍摄范围内。更为重要的是，在精密伺服控制算法作用下，多自由度可调式图像采集装置可补偿车辆由于外界扰动对数字相机的颠簸影响。本发明创新将多自由度驱动机构应用于机器视觉采集领域中，形成了一套智能化程度较高的自动化采集装置，解决了现有机器视觉技术在公路应用时的诸多技术难题。
附图说明
图1为本发明所提供的多自由度可调式图像采集装置的三维结构示意图。
图2为本发明所提供的多自由度可调式图像采集装置的的俯视平面示意图。
图3为支撑平台的结构示意图。
图4为移动平台的结构示意图。
图5为调姿平台的结构示意图。
附图标记说明：
1-支撑平台、2-导轨、3-滑块、4-移动平台、5-丝杠、6、伺服电机、7-回转驱动、8-调姿平台、9-伺服电机、10-图像采集设备。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明：
图1示出了本发明优选实施例中的一种多自由度可调式图像采集装置三维造型、图2示出了其俯视图，主要包括支撑平台1、移动执行机构和转动执行机构，其中移动执行机构由导轨2、滑块3、移动平台4、丝杠5和伺服电机6构成；转动执行机构由回转驱动7、调姿平台8和伺服电机9。
图3示出了支撑平台1的结构示意图，采用镁铝合金板材，半径为700mm、厚度为20mm。其中点o为圆心点，L1～L5分别为六组移动副的中心线，其与水平方向夹角分别为0°、45°、90°、135°、180°；S1～S5为导轨定位槽，定位槽结构尺寸为420mm×200mm的矩形，深度均为2mm，其长边与移动副中心线平行。螺纹孔位于定位槽内，螺纹孔尺寸为M6、相邻孔间隔为60mm、与移动副中心线的距离分别为75mm。选取导轨2型号为SEG-GD14NA、长度为420mm；丝杠3长度为450mm、直径为16mm、导程为2mm，其中丝杠3轴线与对应移动副中心线平行。
图4示出了移动平台4的结构示意图，采用镁铝合金板材，下端面通过螺纹孔k1与对应滑块3连接，上端面通过螺纹孔k2、k3与丝杠3、回转驱动7固定环连接，其中螺纹孔k1、k2、k3的尺寸分别为Ф6.5mm、Ф6.5mm、Ф8.5mm，回转驱动7型号为SE3。
图5示出了调姿平台8的结构示意图，采用镁铝合金板材，上端面通过螺纹孔k4与图像采集设备10连接，下端面通过螺纹孔k5与回转驱动7转动环连接，其中螺纹孔k4、k5的尺寸分别为Ф5.5mm、Ф6.5mm。
选取安装于回转驱动7处的伺服电机9型号为安川SGM7J-02AFC6S功率，额定功率200W、额定扭矩0.64Nm、额定转速3000rpm；安装于丝杠5处伺服电机6型号为SGM7J-02AFC7B，额定功率500W、额定扭矩1.32Nm、额定转速3000rpm。
本发明将多自由度执行机构应用于视觉采集领域中，形成了一套智能化程度较高的多自由度可调式图像采集装置，各数字相机及激光光源在移动及转动执行机构作用下，可根据被测物形状及车辆扰动单独调整其位置及姿态，解决了现有机器视觉技术在公路应用时的诸多技术难题。
可以理解的是，以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多自由度可调式图像采集装置，其特征在于，包括：支撑平台、移动执行机构和转动执行机构，其中，
所述移动执行机构包括导轨、滑块、移动平台、丝杠和伺服电机；
所述转动执行机构包括回转驱动、调姿平台和伺服电机；
所述支撑平台上设置有用于安装直线导轨的螺纹孔，在每组导轨安装位置处均加工有定位槽；五组导轨均匀分布于支撑平台上，下表面与支撑平台上的定位槽过盈配合，通过螺栓固定于所述螺纹孔中，上表面均安装有沿导轨作直线运动的滑块；
所述移动平台上、下表面设置有螺纹安装孔，上表面与回转驱动固定环连接，下表面通过螺栓固定于所述两组滑块上，丝杠上端与所述移动平台内侧连接、下端连接步进电机实现移动平台沿导轨轴线做往复直线运动；
所述调姿平台用于安装数字相机和高亮度激光光源，通过螺栓连接固定于所述回转驱动转动环上，在电机驱动作用下调姿平台绕支撑平台平面作转动运动。
2.根据权利要求1所述的多自由度可调式图像采集装置，其特征在于，相邻定位槽高度差为1～10mm。
3.根据权利要求2所述的多自由度可调式图像采集装置，其特征在于，所述导轨轴线与水平方向夹角分别为0°、45°、90°、135°、180°，采用双导轨结构形式，每组导轨由互相平行的两根直线导轨构成，其中心轴线之间的距离为150～300mm，导轨外部形状为燕尾形，材料为航空铝合金。
4.根据权利要求1或3所述的多自由度可调式图像采集装置，其特征在于，所述支撑平台为半圆形的铝合金板材，半径为500mm～1500mm、厚度为20mm～50mm。
5.根据权利要求4所述的多自由度可调式图像采集装置，其特征在于，所述移动平台和调姿平台材料为镁铝合金。
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