CN106990647A - 一种工业摄像机位姿调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器视觉技术领域，并公开了一种工业摄像机位姿调整装置，包括支撑板、齿轮轴、主动锥齿轮和四轴调节机构，所述齿轮轴安装在所述支撑板上，并且该齿轮轴上安装所述主动锥齿轮；所述四轴调节机构包括从动锥齿轮、滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构；所述三轴旋转调节机构包括旋转轴支架、第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节。本发明通过圆锥齿轮传动机构、滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构，可以使工业摄像机实现四个自由度的调整，调节方便而且灵活，工业摄像机具有较大的调整范围，且通过三轴旋转调节装置可以对工业摄像机的姿态进行三自由度的旋转调整，可满足多目视觉中对工业摄像机最优姿态调整的需求。

Description

一种工业摄像机位姿调整装置

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种工业摄像机位姿调整装置。

背景技术

随着工业自动化、智能化的发展，在诸多工业实际应用中，机器视觉因其可以快速、高效完成缺陷检测、目标识别、物体定位、三维重建等任务，在食品、电子制造、汽车制造、化工等领域得到广泛应用。

目前，单目视觉因其在缺陷检测、目标识别、物体定位等方面的技术成熟、稳定性高而得到广泛应用。在三维重建中，单目视觉需要从多个已知位置与姿态对被测物体拍照并从拍摄的图像序列中求解得到被测物体的三维坐标，这使被测物体的三维坐标测量精确受到工业摄像机姿态调整装置运动精度、遮挡等的影响，且实时性差。双目视觉通过左右两个工业摄像机获取物体位置信息时，可以根据左右视差来判断物体的相对深度，从而得到被测物体的三维坐标，但双目视觉容易误检测，测量公共视场有限，对于盲区部分无法完成测量。多目视觉技术的基本原理与双目视觉测量类似，不同的是多目视觉增加了一台或多台工业摄像机以提供冗余的被测物体信息，使拍摄场景范围增大，可减少双目视觉的盲区也降低了双目视觉的误检测几率。

在双目视觉系统和多目视觉系统中，为了实现对不同被测物体的最优检测，在系统实现过程中需根据被测物体调整多个工业摄像机之间的相对位置关系。现有的工业摄像机姿态调整结构的自由度多为二自由度和三自由度，且主要用于双目视觉系统以实现两个工业摄像机的位置和姿态的调整。在多目视觉系统，现有的工业摄像机位置和姿态调整结构难以使工业摄像机的位置和姿态及多个工业摄像机之间的相对位置关系满足需求，因此现有的工业摄像机姿态调整结构难以满足多目视觉系统中对工业摄像机位置和姿态调整的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种工业摄像机位姿调整装置，可以解决多目视觉系统中工业摄像机位置和姿态及多个工业摄像机相对位置关系调整的问题，以获得对被测物体的最优检测，提高立体视觉的检测精度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，包括支撑板、齿轮轴、主动锥齿轮和四轴调节机构，其中，

所述齿轮轴安装在所述支撑板上，并且该齿轮轴上安装所述主动锥齿轮；

所述四轴调节机构包括从动锥齿轮、滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合，所述滚珠丝杠机构安装在所述支撑板上，并且所述滚珠丝杠机构的丝杠与所述从动齿轮固定连接，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母连接所述三轴旋转调节机构；

所述三轴旋转调节机构包括旋转轴支架、第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述旋转轴支架安装在所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母上，所述第一旋转关节通过旋转轴安装在所述旋转轴支架上，并且所述旋转轴与所述滚珠丝杠机构的丝杠平行，所述第二旋转关节通过第一铰轴铰接在所述第一旋转关节上，所述第三旋转关节用于安装工业摄像机并且该第三旋转关节通过第二铰轴铰接在所述第二旋转关节上，所述旋转轴、第一铰轴和第二铰轴分别平行于X轴、Y轴和Z轴，并且所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

优选地，所述四轴调节机构设置有多个，并且它们环绕所述齿轮轴设置，每个所述四轴调节机构的从动锥齿轮均与所述主动锥齿轮啮合。

优选地，所述滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构分别位于所述支撑板的两侧。

优选地，所述旋转轴穿过所述旋转轴支架，并且所述旋转轴上设置有限位凸台，所述限位凸台上设置有弧形孔，所述旋转轴支架上设置有螺纹孔，螺栓从弧形孔处穿过所述限位凸台后伸入所述旋转轴支架上的螺纹孔内，以用于限制所述旋转轴的位置。

优选地，所述齿轮轴上设置有制动件支撑座，所述制动件支撑座上安装有制动装置，所述制动装置包括第一限位臂和第二限位臂，所述第一限位臂和第二限位臂通过第三铰轴铰接在一起；

所述第一限位臂通过第四铰轴铰接有第一中间支臂，所述第二限位臂通过第五铰轴铰接有第二中间支臂，所述第二中间支臂和第一中间支臂通过第六铰轴铰接在一起；

所述第一中间支臂和第二中间支臂之间设置有扭转弹簧并且所述扭转弹簧穿装在所述第六铰轴上，所述第二限位臂远离所述第一限位臂的一端伸入所述主动锥齿轮的其中一个齿槽内。

优选地，所述第一旋转关节上并排设置有多个第一卡槽，所述第二旋转关节上设置有多个第一卡台，所述第一卡台卡入所述第一卡槽内，第一铰轴穿过所有的第一卡台，从而将所述第一旋转关节和第二旋转关节铰接在一起。

优选地，第一中间支座将所述第二旋转关节与所述第一旋转关节连接在一起，所述第一中间支座与所述第二旋转关节固定连接并且该第一中间支座上设置有多个弧形孔，所述第一旋转关节在对应于每个弧形孔的位置分别设置有一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第一旋转关节上的螺纹孔内，从而将所述第一中间支座和第一旋转关节固定连接在一起；

所述第一旋转关节靠近所述第一中间支座的一端设置有内螺纹，所述第一铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第一旋转关节后连接在第一旋转关节的内螺纹上。

优选地，所述第二旋转关节上并排设置有多个第二卡槽，所述第三旋转关节上设置有多个第二卡台，所述第二卡台卡入所述第二卡槽内，第二铰轴穿过所有的第二卡台，从而将所述第二旋转关节和第三旋转关节铰接在一起。

优选地，第二中间支座将所述第三旋转关节与所述第二旋转关节连接在一起，所述第二中间支座与所述第三旋转关节固定连接并且该第二中间支座上设置有多个弧形孔，所述第二旋转关节在对应于每个弧形孔的位置分别设置有一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第二旋转关节上的螺纹孔内，从而将所述第二中间支座和第二旋转关节固定连接在一起；

所述第二旋转关节靠近所述第二中间支座的一端设置有内螺纹，所述第二铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第二旋转关节后连接在第二旋转关节的内螺纹上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)通过圆锥齿轮传动机构、滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构，可以使工业摄像机实现四个自由度的调整(滚珠丝杠机构调整直线移动，三轴旋转调节机构调整绕三个轴的转动)，调节方便而且灵活；

2)多个工业摄像机之间的相对位置关系可实现同步调整：通过主动锥齿轮和多个四轴调节机构的配合，可以使多个工业摄像机之间的相对位置关系实现同步调整，从而保证多个工业摄像机具有相似的视野范围，这有助于提高立体视觉的测量精度和减少视觉盲区；

3)工业摄像机姿态的调整范围大：安装在第三旋转关节上的工业摄像机具有较大的调整范围，且通过三轴旋转调节装置可以对工业摄像机的姿态进行三自由度的旋转调整，可满足多目视觉中对工业摄像机最优姿态调整的需求；

4)多种措施保证工业摄像机位姿调整后的严格静止状态：制动装置可以保证在完成工业摄像机的位置调整之后限制主动锥齿轮的位置，从而使工业摄像机的位置不会因外界作用力的干扰而发生变动；三轴旋转调节装置设置了螺栓来锁定旋转轴和铰轴，锁定相应的结构以保证在完成工业摄像机姿态调整后，工业摄像机的姿态不因外界作用力的干扰而产生变动。

附图说明

图1是本发明上安装工业摄像机的立体示意图；

图2是三轴旋转调节机构上安装工业摄像机的立体示意图；

图3是本发明中制动装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，一种工业摄像机位姿调整装置，包括支撑板1、齿轮轴2、主动锥齿轮3和四轴调节机构4，其中，

所述齿轮轴2安装在所述支撑板1上，并且该齿轮轴2上安装所述主动锥齿轮3；

所述四轴调节机构4包括从动锥齿轮40、滚珠丝杠机构41和三轴旋转调节机构42，所述从动锥齿轮40与所述主动锥齿轮3啮合，所述滚珠丝杠机构41安装在所述支撑板1上，并且所述滚珠丝杠机构41的丝杠与所述从动齿轮固定连接，所述滚珠丝杠机构41的滚珠螺母连接所述三轴旋转调节机构42；

所述三轴旋转调节机构42包括旋转轴支架421、第一旋转关节422、第二旋转关节423和第三旋转关节424，所述旋转轴支架421安装在所述滚珠丝杠机构41的滚珠螺母上，所述第一旋转关节422通过旋转轴425安装在所述旋转轴支架421上，并且所述旋转轴425与所述滚珠丝杠机构41的丝杠平行，所述第二旋转关节423通过第一铰轴426铰接在所述第一旋转关节422上，所述第三旋转关节424用于安装工业摄像机7并且该第三旋转关节424通过第二铰轴427铰接在所述第二旋转关节423上，所述旋转轴425、第一铰轴426和第二铰轴427分别平行于X轴、Y轴和Z轴，并且所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

进一步，所述四轴调节机构4设置有多个，并且它们环绕所述齿轮轴2设置，每个所述四轴调节机构4的从动锥齿轮40均与所述主动锥齿轮3啮合。

进一步，所述滚珠丝杠机构41和三轴旋转调节机构42分别位于所述支撑板1的两侧。

进一步，所述旋转轴425穿过所述旋转轴支架421，并且所述旋转轴425上设置有限位凸台428，所述限位凸台428上设置有弧形孔429，所述旋转轴支架421上设置有螺纹孔，螺栓从弧形孔429处穿过所述限位凸台428后伸入所述旋转轴支架421上的螺纹孔内，以用于限制所述旋转轴425的位置。

进一步，所述齿轮轴2上设置有制动件支撑座5，所述制动件支撑座5上安装有制动装置6，所述制动装置6包括第一限位臂61和第二限位臂62，所述第一限位臂61和第二限位臂62通过第三铰轴64铰接在一起；

所述第一限位臂61通过第四铰轴65铰接有第一中间支臂66，所述第二限位臂62通过第五铰轴67铰接有第二中间支臂68，所述第二中间支臂68和第一中间支臂66通过第六铰轴69铰接在一起；

所述第一中间支臂66和第二中间支臂68之间设置有扭转弹簧63并且所述扭转弹簧63穿装在所述第六铰轴69上，所述第二限位臂62远离所述第一限位臂61的一端伸入所述主动锥齿轮3的其中一个齿槽内。

进一步，所述第一旋转关节422上并排设置有多个第一卡槽，所述第二旋转关节423上设置有多个第一卡台430，所述第一卡台430卡入所述第一卡槽内，第一铰轴426穿过所有的第一卡台430，从而将所述第一旋转关节422和第二旋转关节423铰接在一起。

进一步，第一中间支座431将所述第二旋转关节423与所述第一旋转关节422连接在一起，所述第一中间支座431与所述第二旋转关节423固定连接并且该第一中间支座431上设置有多个弧形孔，所述第一旋转关节422在对应于每个弧形孔的位置分别设置有一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第一旋转关节422上的螺纹孔内，从而将所述第一中间支座431和第一旋转关节422固定连接在一起；

所述第一旋转关节422靠近所述第一中间支座431的一端设置有内螺纹，所述第一铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第一旋转关节422后连接在第一旋转关节422的内螺纹上。

进一步，所述第二旋转关节423上并排设置有多个第二卡槽，所述第三旋转关节424上设置有多个第二卡台432，所述第二卡台432卡入所述第二卡槽内，第二铰轴427穿过所有的第二卡台432，从而将所述第二旋转关节423和第三旋转关节424铰接在一起。

进一步，第二中间支座433将所述第三旋转关节424与所述第二旋转关节423连接在一起，所述第二中间支座433与所述第三旋转关节424固定连接并且该第二中间支座433上设置有多个弧形孔，所述第二旋转关节423在对应于每个弧形孔的位置分别设置有一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第二旋转关节423上的螺纹孔内，从而将所述第二中间支座433和第二旋转关节423固定连接在一起；

所述第二旋转关节423靠近所述第二中间支座433的一端设置有内螺纹，所述第二铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第二旋转关节423后连接在第二旋转关节423的内螺纹上。

本发明可以用于多个工业摄像机7的位姿的同时调整，譬如可以调整如图1所示的三个工业摄像机7之间的相对位置及每个工业摄像机7的姿态，工作原理如下：

1)多个工业摄像机7之间相对位置的调整

采用电机驱动主动锥齿轮3或人工转动主动锥齿轮3，进而使从动锥齿轮40转动，从动锥齿轮40的转动通过联轴器带动滚珠丝杠机构的丝杠的转动，从而使滚珠螺母沿丝杠的轴向产生移动，滚珠螺母沿丝杠的轴向移动带动与滚珠螺母通过螺栓连接的滑块在导轨上产生移动，滚珠螺母通过滑块连接旋转轴支架421，因此滑块的移动带动与滑块通过螺栓连接的旋转轴支架421沿导轨纵向的移动，进而带动三轴旋转调节机构沿导轨纵向的移动，实现三个工业摄像机7之间相对位置的调整。

2)工业摄像机7姿态调整

工业摄像机7姿态的调整需要依次转动第一旋转关节422、第二旋转关节423和第三旋转关节424。首先，通过旋转轴425转动，则第一旋转关节422也转动，使工业摄像机7绕旋转轴425的轴线旋转一定角度，完成第一旋转关节422的调整后，通过穿过弧形孔429的螺栓锁紧旋转轴425，以防第一旋转关节422在外力作用发生微小转动。

然后，将第二旋转关节423绕第一铰轴426的轴线转动一定角度，然后拧紧第一铰轴426，旋转第三旋转关节424，使工业摄像机7绕第二铰轴427的轴线转动一定角度，完成调整后拧紧第二铰轴427，以防止第三旋转关节424与第二旋转关节423在外力干扰下产生微小转动，这样就即实现了工业摄像机7的姿态调整。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，包括支撑板、齿轮轴、主动锥齿轮和四轴调节机构，其中，

所述齿轮轴安装在所述支撑板上，并且该齿轮轴上安装所述主动锥齿轮；

所述四轴调节机构包括从动锥齿轮、滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合，所述滚珠丝杠机构安装在所述支撑板上，并且所述滚珠丝杠机构的丝杠与所述从动齿轮固定连接，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母连接所述三轴旋转调节机构；

所述三轴旋转调节机构包括旋转轴支架、第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节，所述旋转轴支架安装在所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母上，所述第一旋转关节通过旋转轴安装在所述旋转轴支架上，并且所述旋转轴与所述滚珠丝杠机构的丝杠平行，所述第二旋转关节通过第一铰轴铰接在所述第一旋转关节上，所述第三旋转关节用于安装工业摄像机并且该第三旋转关节通过第二铰轴铰接在所述第二旋转关节上，所述旋转轴、第一铰轴和第二铰轴分别平行于X轴、Y轴和Z轴，并且所述X轴、Y轴和Z轴共同构成笛卡尔坐标系。

2.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述四轴调节机构设置有多个，并且它们环绕所述齿轮轴设置，每个所述四轴调节机构的从动锥齿轮均与所述主动锥齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述滚珠丝杠机构和三轴旋转调节机构分别位于所述支撑板的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述旋转轴穿过所述旋转轴支架，并且所述旋转轴上设置有限位凸台，所述限位凸台上设置有弧形孔，所述旋转轴支架上设置有螺纹孔，螺栓从弧形孔处穿过所述限位凸台后伸入所述旋转轴支架上的螺纹孔内。

5.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述齿轮轴上设置有制动件支撑座，所述制动件支撑座上安装有制动装置，所述制动装置包括第一限位臂和第二限位臂，所述第一限位臂和第二限位臂通过第三铰轴铰接在一起；

所述第一限位臂通过第四铰轴铰接有第一中间支臂，所述第二限位臂通过第五铰轴铰接有第二中间支臂，所述第二中间支臂和第一中间支臂通过第六铰轴铰接在一起；

所述第一中间支臂和第二中间支臂之间设置有扭转弹簧并且所述扭转弹簧穿装在所述第六铰轴上，所述第二限位臂远离所述第一限位臂的一端伸入所述主动锥齿轮的其中一个齿槽内。

6.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述第一旋转关节上并排设置有多个第一卡槽，所述第二旋转关节上设置有多个第一卡台，所述第一卡台卡入所述第一卡槽内，第一铰轴穿过所有的第一卡台，从而将所述第一旋转关节和第二旋转关节铰接在一起。

7.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，第一中间支座将所述第二旋转关节与所述第一旋转关节连接在一起，所述第一中间支座与所述第二旋转关节固定连接并且该第一中间支座上设置有多个弧形孔，所述第一旋转关节在对应于每个弧形孔的位置分别设置一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第一旋转关节上的螺纹孔内，从而将所述第一中间支座和第一旋转关节固定连接在一起；

所述第一旋转关节靠近所述第一中间支座的一端设置有内螺纹，所述第一铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第一旋转关节后连接在第一旋转关节的内螺纹上。

8.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，所述第二旋转关节上并排设置有多个第二卡槽，所述第三旋转关节上设置有多个第二卡台，所述第二卡台卡入所述第二卡槽内，第二铰轴穿过所有的第二卡台，从而将所述第二旋转关节和第三旋转关节铰接在一起。

9.根据权利要求1所述的一种工业摄像机位姿调整装置，其特征在于，第二中间支座将所述第三旋转关节与所述第二旋转关节连接在一起，所述第二中间支座与所述第三旋转关节固定连接并且该第二中间支座上设置有多个弧形孔，所述第二旋转关节在对应于每个弧形孔的位置分别设置有一螺纹孔，螺钉穿过弧形孔后伸入第二旋转关节上的螺纹孔内，从而将所述第二中间支座和第二旋转关节固定连接在一起；

所述第二旋转关节靠近所述第二中间支座的一端设置有内螺纹，所述第二铰轴的一端设置有外螺纹并且这一端伸入所述第二旋转关节后连接在第二旋转关节的内螺纹上。