CN108828876A - 用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法 - Google Patents

用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法。本发明提供一种相机系统，该相机系统包括：相机封壳；镜头，该镜头沿相机系统的光轴设置在相机封壳内或沿相机封壳设置；以及光学附件，该光学附件附连到相机封壳，其中，光学附件使用由至少一个磁性元件提供的磁性保持力来进行附连。本发明还涉及一种能够相对于机器视觉装置的镜头来定位至少一个照明元件的相机照明模块、一种用于对检查场成像的机器视觉系统及一种沿机器视觉装置的成像装置的相机轴线联接于所述机器视觉装置的表面的附加镜头装置。本发明可实现更快的拆卸和再装可减少相机装置的维护和停工时间，这可使使用相机系统的自动化制造、生产或检查线的停工时间更少。

Description

用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法
分案申请的相关信息
本申请是申请号为201310464394.1、申请日为2013年10月8日、发明名称为“用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及成像系统，并且更具体地涉及用于机器视觉系统的部件附连装置和相关系统以及方法。
背景技术
机器视觉系统可使用图像获取装置，诸如电子成像装置(例如，CMOS或CCD相机传感器),以获取物体的图像或设置在物体上经编码的符号，包括例如条形码、数据矩阵和其它符号。然后，使用识别算法来处理获取的图像，以使设置在该图像或符号内的图案解码，以获取关于图像或符号所附于的物体的数据。这些装置用在提供物体或货物的售价、监测和维持库存以及追踪行业零件的零售和制造环境。机器视觉系统可包括可用于调节或改变获取的图像的各种光学附件中的一个或多个。在一些情况下，光学附件可安装(例如，临时性固定)到机器视觉系统的各部分。
例如，通过机器视觉系统有效地获取和处理经编码的符号通常需要适当地照亮的包含符号的物体。有效的照明会需要定位在机器视觉系统上或附近的一种或多种类型的照明。
也可使用其它类型的光学附件。
发明内容
在一些方面，光学附件可包括相机照明模块，该照明模块能使至少一个照明元件相对于机器视觉装置的镜头定位。照明模块可包括：结构基部(例如，照明板)，该结构基部具有第一表面并包括沿第一表面设置的至少一个照明元件；至少一个安装元件，该至少一个安装元件从照明板的第二表面延伸；以及磁性元件，该磁性元件设置在至少一个安装元件中的一个的远端处。磁性元件可构造成(i)沿机器视觉装置的表面被接纳；以及(ii)产生适于将照明模块固定到机器视觉装置的表面的磁性保持力。
在一些方面，用于成像检测场的机器视觉系统可包括：相机装置，该相机装置包括限定相机轴线的外壳；镜头，该镜头沿相机轴线设置在外壳的镜头接纳部内；以及光学附件。光学附件可包括：具有第一表面的结构基部；从结构基部的第二表面延伸的至少一个安装元件；以及设置在至少一个安装元件中的一个的远端处的磁性元件。磁性元件可构造成(i)沿外壳的表面被接纳；以及(ii)产生适于将光学附件固定到外壳表面的磁性保持力。
在一些方面，光学附件可包括附加镜头装置，以沿机器视觉装置的成像装置的相机轴线联接于机器视觉装置的表面上。附加镜头装置可包括：镜头模块，该镜头模块构造成可移除地附连到成像装置的镜头；以及设置在镜头模块内或上的磁性元件，其中，磁性元件构造成产生磁性保持力来将镜头模块附连到机器视觉装置的表面。
在一些方面，相机系统可包括：相机封壳；镜头，该镜头沿相机系统的光轴设置在相机封壳内或沿相机封壳设置；以及光学附件，该光学附件附连到相机封壳，光学附件使用由至少一个磁性元件提供的磁性保持力来进行附连。
在一些方面，用于照明和成像检测场的机器视觉系统可包括：相机装置，该相机装置具有包含限定相机轴线的成像装置以及连接到成像装置的控制单元的外壳，该外壳沿相机轴线限定镜头接纳部；镜头，该镜头设置在镜头接纳部内；第一光学附件(例如，附加镜头装置)，该第一光学附件沿相机轴线联接于镜头；以及第二光学附件(例如，照明模块)，该第二光学附件联接于相机装置或附加镜头装置。附加镜头装置可包括：镜头模块，该镜头模块构造成可移除地附连到镜头；以及设置在镜头模块内或上的第一磁性元件，其中，第一磁性元件构造成产生磁性保持力来将镜头模块附连到成像装置的镜头。照明模块可包括：结构基部(例如，照明板)，该结构基部具有第一表面并包括沿第一表面设置的至少一个照明元件；至少一个安装元件，该至少一个安装元件从结构基部的第二表面延伸；以及第二磁性元件，该第二磁性元件设置在至少一个安装元件中的一个的远端处，其中，第二磁性元件构造成：(i)沿相机装置的部件的表面被接纳；以及(ii)产生适于将照明模块固定到相机装置的表面的磁性保持力。
在一些方面，一种沿机器视觉相机系统的成像装置的相机轴线安装光学附件(例如，附加镜头装置)的方法，其中，该机器视觉相机系统具有沿相机轴线设置在镜头接纳部内的镜头，所述方法可包括：将磁性元件设置在补充镜头装置内或上；使用由磁性元件提供的磁力来相对于相机轴线将补充镜头装置轴向联接于镜头；使补充镜头装置相对于设置在成像装置内的镜头对准；以及将补充镜头装置电气连接到机器视觉相机系统。
实施例可包括如下特征中的一个或多个。
在一些实施例中，光学附件还可包括限制光学附件相对于机器视觉装置的定向的对准特征。例如，至少一个安装元件可包括第一安装元件和第二安装元件，且对准特征可包括与第二安装元件的尺寸和/或形状不同的第一安装元件的尺寸和/或形状。
在一些实施例中，对准特征包括第一安装元件的具有第一横截面形状的远端以及第二安装元件的具有第二横截面形状的远端，其中，第一横截面形状构造成沿机器视觉装置的表面接纳于第一接纳部内，并构造成防止沿机器视觉装置的表面接纳于第二接纳部内，并且第二接纳部构造成接纳第二横截面形状。在一些情况下，第一横截面形状具有第一平均宽度，而第二横截面形状具有第二平均宽度，其中，第一平均宽度大于第二平均宽度，因而，第一安装元件的远端可接纳于第一接纳部内、而不是第二接纳部内。
在一些实施例中，至少一个安装元件包括至少两个安装元件，且对准特征包括关于光学附件(例如，照明模块)的中心轴线、两个相邻的安装元件之间的角间距之差。在一些情况下，至少两个安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，其中，角间距之差是i)关于光学附件的中心轴线的第一和第二安装元件之间的第一角间距与ii)关于中心轴线的第一和第二安装元件之间的第二角间距之间的差值，其中，第一角间距和第二角间距是绕中心轴线的整个圆周区域的不同区域，且第一角间距和第二角间距之间的差值限制了光学附件能附连到机器视觉相机装置的定向。
在一些实施例中，磁性元件包括第一磁体，而对准特征包括第一磁体相对于机器视觉装置的结构。在一些情况下，对准特征包括相对于设置在机器视觉系统上或内的第二磁体的磁极的结构的第一磁体的磁极的结构。
在一些实施例中，至少一个安装元件包括从结构基部的第二表面延伸的细长构件。在一些实施例中，一个或多个安装元件设置成相对于第二表面为非零角度(例如，大致垂直)。在一些实施例中，光学附件包括三个或更多个细长的安装元件。
在一些实施例中，光学附件可包括沿结构基部设置的第二磁性元件，该第二磁性元件构造成联接于另一(例如，第二)光学附件。在一些情况下，光学附件可包括磁性联接于结构基部的第二光学附件。
在一些实施例中，光学附件还包括电气联接于结构基部的电气附连元件，其中，电气附连元件构造成将至少一个照明元件电气连接到机器视觉装置的电源、控制装置或信号发生装置中的至少一个。在一些情况下，信号发生装置包括获取信号发生装置，诸如是设置在结构基部上的各种传感器中的任一个(例如，温度传感器)。
在一些实施例中，磁性元件包括铁磁元件，该铁磁元件构造成产生相对于沿相机装置或机器视觉系统的表面设置的磁体的磁性保持力。
在一些实施例中，机器视觉系统或光学附件可包括电气联接于结构基部的电气附连元件，其中，电气附连元件将光学附件或其部件(例如，照明板或镜头模块)电气连接到机器视觉装置的电源或控制装置中的至少一个。在一些实施例中，电气附连元件包括提供至结构基部的有线连接的电连接器。电连接器可构造成连接到机器视觉系统。例如，电气附连元件可包括沿至少一个安装元件中的一个的远端的电接触区域。电气接触区域可构造成在与匹配的电气接触表面接触时将光学附件(例如，至少一个照明元件)电气连接到电源或控制装置中的至少一个。在一些情况下，电气接触区域和磁性元件沿同一个安装元件的远端设置。在一些情况下，电气附连元件包括一个或多个弹性、可偏转连接销(例如，弹性加载的接触销)。在一些实施例中，磁性保持力将电气接触区域连接到匹配的电气接触表面。
在一些实施例中，光学附件包括相机镜头照明模块，而结构基部包括具有沿第一表面设置的至少一个照明元件的照明板。
在一些实施例中，镜头大致固定在镜头接纳部内。
在一些实施例中，外壳包括限定相机轴线的成像装置和连接到该成像装置的控制单元。
在一些实施例中，机器视觉装置的表面是绕镜头设置的铁磁保持元件的表面。
在一些实施例中，镜头模块包括可调节镜头，该可调节镜头构造成改变机器视觉装置的光学特征。例如，可调节镜头可包括可变调节镜头(例如，液态镜头装置)。
在一些实施例中，磁性元件构造成当镜头模块通过磁性保持力附连到镜头时，镜头模块沿相机轴线大致轴向固定，而镜头模块能绕相机轴线转动。
在一些实施例中，第二磁性元件沿镜头模块设置，其中，第二磁性元件构造成联接于光学附件。在一些情况下，第二光学附件磁性联接于镜头模块。
在一些实施例中，至少一个磁性元件是光学附件的部件。
在一些实施例中，光学附件包括限制光学附件相对于相机封壳的安装定向的对准特征或机构。
在一些实施例中，在设置于光学附件上的至少一个磁性元件的第一磁性元件与设置在镜头上的铁磁保持元件之间产生磁性保持力，并且在附连的构造下，第一磁性元件与铁磁保持元件间隔开。
在一些实施例中，使用由磁性元件提供的磁力来使附加镜头装置轴向联接于镜头包括将设置在附加镜头装置上或内的磁性元件定位到固定于镜头的铁磁保持元件(例如，保持环)。
在一些实施例中，方法还可包括调节补充镜头以改变机器视觉相机系统的焦距。
如文中所用，术语磁体意在指产生磁场的材料或物体。磁场包括吸引铁磁材料、诸如含铁材料(例如，铁)并吸引或排斥其它磁体的力。
永磁体通常是由磁化并产生其自身磁场的材料制成的物体。铁磁材料是能吸引到磁体并通常能被磁化的材料。铁磁材料的一些示例包括铁、镍、钴、稀土金属的一些合金以及一些天然存在的矿物质，诸如天然磁石。
铁磁材料可分成像退火铁的磁性“软”材料和磁性“硬”材料，该磁性“软”材料可磁化，但往往不会保持磁化，而磁性“硬”材料可保持磁化。永磁体通常由“硬”铁磁材料制成，诸如铝镍钴和铁磁，它们在制造过程中在强大磁场下受到专门处理，以使它们的内部微观晶体结构对准，从而使它们非常难以去磁。
磁体还可包括电磁体。电磁体通常包括电导体的线圈(例如，电线)，该电导体的线圈在电流经过电线时产生磁场。线圈在电流不再经过电线时停止产生磁场。在一些情况下，将线圈卷绕在诸如是钢的铁磁材料芯部周围，这加强了由线圈产生的磁场。
实施例可包括如下优点中的一个或多个。
在一些方面，使用磁力来快速和容易地联接于相机装置(例如，机器视觉系统)的光学附件(例如，照明模块或附加镜头装置)比一些其它光学附件更快和更方便地附连和移除，其它光学附件诸如是使用紧固件或其它更为复杂的附连方法来连接到相机的光学附件。可以实现这种优点，因为在一些情况下紧固件和其它附连方法会需要使用附加的工具来安装和移除。例如，当相机装置安装在难以触及的位置时，人员可通过如下方式来移除光学附件，即，从相机装置(例如，用一只手)简单地拉开光学附件，手动调节或改变镜头(例如，用另一只手)，例如以调节相机装置的焦距，然后将光学附件重新附连到相机装置。
通过能够更快和更容易地附连、移除并再次附连到相机装置，对相机装置进行工作的人员(例如，机械工)可更快地移除光学附件、调节相机镜头并重新安装光学附件。更快的拆卸和再装可减少相机装置的维护和停工时间，这可使使用相机系统的自动化制造、生产或检查线的停工时间更少。
在一些方面，具有如文中所述的附连或对准特征或机构的光学附件可有助于限制光学附件意外地以不正确的定向附连到相机装置。在一些情况下，例如，当光学附件是发光装置(例如，照明模块)时，限制照明模块的不期望的对准可有助于基于相机装置和相机装置进行成像的环境的需求沿照明场产生适当的照明环境。由此，可减少相机装置的修复或重造，并由此可以减少使用该相机装置的自动化制造、生产或检查线的停工时间。
附图说明
图1是示例性机器视觉系统的立体图。
图2是磁性连接到机器视觉系统的外壳的一部分的示例性照明模块的立体图。
图3是彼此脱开的图2的外壳和照明模块的分解立体图。
图4是磁性连接到另一机器视觉系统的外壳的一部分的另一示例性照明模块的分解立体图。
图5是具有磁性连接到机器视觉系统的镜头的附加镜头装置的机器视觉系统的立体图。
图6是安装到图5的机器视觉系统内的、图5的镜头的分解立体图。
图7是安装到图5的机器视觉系统内的、图5的镜头的立体图。
图8A和8B是连接到图7的镜头的、图5的附加镜头装置的顺序剖视图。
具体实施方式
在一些方面，机器视觉系统的一些部件可使用磁性连接元件来连接到机器视觉系统的相机装置并从该相机装置脱开，上述部件诸如是光学附件(例如，照明装置、相机聚焦系统(例如自动对焦镜头系统(例如，液态镜头系统))、相机保护装置(例如，保护镜头盖装置)、滤光器以及各种其它类型的光学附件)。
参照图1，在一些实施例中，机器视觉系统100包括外壳102、位于该外壳102内的成像传感器104(以虚线示出)以及沿外壳102的外表面设置的镜头系统(例如，可调镜头装置)106。成像传感器104限定与其大致垂直的光学轴线(例如，相机轴线)108。在使用过程中，成像传感器104能捕获(例如，电子解码)沿相机轴线108定位和在其附近定位的物体的图像。
镜头系统106连接到外壳102(例如，用紧固件连接，通过螺纹连接件直接连接或者以其它方式固定到外壳102)，并与相机轴线108大致对准。机器视觉系统100中的一个或多个部件、诸如是成像传感器104连接(例如，经由电缆110电气连接)到控制单元(例如，内部控制单元)112，该控制单元从成像传感器104接收数据，并为了处理而将数据解码。机器视觉系统100可(例如，经由有线连接件109电气连接)连接到用户界面装置111，以进行使用或处理。尽管所示机器视觉系统100通常计划用于固定的读取应用场合，但手持式相机系统或其它扫描装置可包括大致相似的部件，并且还可与文中所述的系统和方法一起使用。
机器视觉系统100可包括一个或多个光学附件或装置，诸如照明装置(例如，相机镜头照明模块)，以照亮镜头系统106前方的区域(例如，物体检测场)，以能够进行充分地观察和成像。特别是，相机镜头照明模块可沿相机轴线108照亮目标区域，以使得能够捕获位于该检测场内的物体的图像，以进行处理。下面进一步描述其它类型的光学附件的附连和使用。
例如，参照图2，在一些实施例中，光学附件(例如，相机照明模块)200可联接于相机系统的相机外壳202的一部分，而限定相机轴线108的相机镜头204设置在该部分内。照明模块200包括大致平坦结构基部(例如，照明板)206，该基部具有第一面向前方的表面，一个或多个照明元件208沿该表面设置。照明元件208可包括各种类型的发光装置中的任一种，诸如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)或其它合适的发光装置。尽管照明模块已描述为具有多个照明元件，但在一些实施例中，照明模块包括仅一个照明元件。在一些实施例中，大致平坦的结构基部不包括照明元件。
在一些实施例中，照明板206呈电路板(例如，印刷电路板)的形式，而照明元件208呈沿印刷电路板设置的表面安装的发光元件(例如，表面安装的LED)的形式。如所示，在一些实施例中，照明板206呈在中心区域内具有孔的大致圆形盘状电路板的形式。孔的尺寸和形状设计成允许相机镜头204通过照明板206内的孔来观察检测场。在一些实施例中，孔的直径为约1毫米到5毫米、并且大于镜头204的直径。例如，当镜头204呈M12尺寸镜头的形式时，该孔可具有约15到18毫米的直径。在另一示例中，当镜头204呈C口镜头的形式时，该孔可具有约35到约40毫米的直径。
参照图3，照明模块200包括至少一个(例如，在图3中所示的示例中为三个)安装元件210，安装元件从照明板206的第二面向后方的表面伸出，以使照明模块200可连接到相机外壳202。安装元件210从照明板206以相对于照明板206的第二面向后方的表面为非零的角度(例如，大致垂直的角度)从照明板206伸出。如所示，安装元件210通常彼此大致等间距(例如，关于中心轴线大致等角间距)绕照明板206间隔开。然而，在一些实施例中，安装元件可绕照明板设置成彼此间隔开不同的距离。安装元件210通常尺寸设计成具有这样的长度，该长度大到足以在安装时使照明板206间隔在相机镜头204前方(即，与相机镜头204相比，照明板离外壳202更远)。这种间距可有助于减少或限制检测场内的阴影，如果照明元件208在相机镜头204后方隔开，这种阴影会潜在地由相机镜头204来形成。
如图3中所示，在一些实施例中，安装元件210是具有大致圆形横截面形状的大致圆柱形、细长梁状的元件。为了简化起见，在图3中未示出相机系统和外壳的其它部分。然而，安装元件可具有其它横截面形状。例如，安装元件可具有的横截面形状包括其它弯曲形状(例如，长圆形、椭圆形或卵形)、多边形形状(例如，矩形、正方形、五边形、六边形或其它多边形形状)或者包括一个或多个曲边和/或直边组合的形状。
安装元件210绕照明板206间隔开，使得安装元件能接纳于沿相机外壳202形成的多个安装凹部212内。安装凹部212通常尺寸和形状类似于、但可略大于安装元件210的横截面尺寸以及形状。例如，如图3中所示，当使用大致圆形的安装元件210时，安装凹部212形成为尺寸设计成接纳安装元件210的大致圆形凹部。
安装元件210可通过任何合适的制造技术(例如，模制或机加工)来形成，并能由任何合适的材料制成，诸如金属、塑料、复合材料或这些材料的任何合适的组合。安装元件210可使用各种合适的连接技术或方法中的任一种来连接到照明板206，这些连接技术或方法包括使用紧固件(例如，螺钉或铆钉)来附连、使用粘结剂(例如，胶水或环氧物)来粘结、机械连结(例如，熔焊、钎焊或经由压配连接来附连)或以其它方式适当地连接。在一些实施例中，安装元件210和照明元件208形成为单体部件。
安装元件210中的至少一个包括保持元件，诸如是设置在安装元件210的远端(即，远离照明板206的端部)处的磁性元件(例如，磁体或铁磁元件)214。磁性元件214可通过各种合适的方法中的任一种来附连到安装元件210，这些方法包括紧固连接、粘结连接或压配连接。磁性元件214的尺寸和构造设计成磁性元件214磁性联接到在外壳202上或沿外壳202设置的邻接磁性接纳元件(例如，铁磁元件或磁体)216。例如，磁性接纳元件216可以是联接(例如，紧固、粘结或压配)于外壳202的铁磁元件。在一些实施例中，磁性接纳元件216形成为外壳202的一体部件。
磁性元件214构造成形成磁场，该磁场产生足以将照明模块200联接于外壳202的磁性保持力。例如，在一些实施例中，在磁性元件214和磁性接纳元件216之间形成的磁性保持力可以为约0.5磅力到约5磅力。
光学附件和机器视觉系统之间的磁性附连可以呈多种构造的形式。例如，如所示，在一些实施例中，设置在安装元件上的磁性元件可包括磁体，而外壳上的磁性接纳元件可包括构造成与该磁体形成磁力的铁磁元件。或者，在一些实施例中，设置在安装元件上的磁性元件可包括铁磁元件，而外壳上的磁性接纳元件可包括构造成与该铁磁元件形成磁力的磁体。或者，在一些实施例中，设置在安装元件上的磁性元件可包括磁体，而外壳上的磁性接纳元件也可包括磁体。两个磁体可设置成在彼此之间形成磁力。例如，磁体可设置成具有彼此面对的相反磁极(例如，一个磁体的磁性北极面向另一磁体的磁性南极)。
磁性元件214通常呈诸如稀土磁体的永磁体。在所示示例中，磁性元件是钕磁性元件。在一些实施例中，磁性元件包括复合永磁体(例如，陶质磁体、铁磁体、铝镍钴磁体或挠性磁体)。替代地或附加地，可采用诸如电磁体的其它类型的磁体。
在一些实施例中，照明模块200包括电气附连元件，以向光学附件提供电力，例如，以驱动和控制照明元件208。例如，参照图3，在一些实施例中，电气附连元件218呈设置在安装元件210中的一个的远端处的电连接器的形式。使电气附连元件218例如经由有线连接件(例如，线束)连接到照明元件208，该有线连接件设置在安装元件210内以到沿照明板206的导电区域，而照明元件208沿导电区域设置。使用电气附连元件218和照明板206的导电区域，电力可从相机系统分配和传输到照明元件208。例如，可将电气控制信号或获取信号、诸如从设置在照明板206上的传感器(例如，温度传感器)传来的那些信号、经由电气附连元件218在控制单元112和照明板206之间发送。特别是，电气附连元件218定尺寸为并构造成电气连接到沿外壳202设置的接纳电连接器220，该接纳电连接器电气连接到成像传感器104或控制单元112中的一个或多个。因此，一旦连接，照明模块200可通过相机系统来操作，以适当地操作照明元件208，从而基于使用了该相机系统的环境来产生期望的照明场。
在一些实施例中，电气附连元件218和接纳电连接器220呈具有一个或多个弹性可偏转电连接销222的电连接器的形式。在一些实施例中，可偏转电连接销包括向计划匹配的电接触面(例如，弹性加载)偏置的一个或多个销。通过使用可偏转电连接销222，可以建立电气附连元件218和接纳电连接器220之间的电连接，而两个连接器并不彼此一体连接(即，阳连接器不必插入并保持在阴连接器内)。例如，当电气附连元件218抵靠于或沿着具有可偏转电连接销222的接纳电连接器220放置时，可偏转电连接销222与沿电气附连元件218设置的匹配的电接触件224接触，并由电接触件224偏转，以建立期望的电气连接。通常，当将照明模块200安装到相机外壳202上时，磁性元件214提供磁性保持力，该磁性保持力将电气附连元件218临时性固定到接纳电连接器220，以使可偏转电连接销222偏转，并建立电气连接。
参照图3，电气附连元件218和磁性元件214可设置在同一安装元件210的远端处。通过使用具有围绕电气附连元件218的磁性元件214的这种类型的构造，当将照明模块200安装到相机外壳202上时，磁性元件214可有助于使电气附连元件218与接纳电连接器220对准，并因此还有助于使可偏转电连接销222与匹配的电接触件224对准。
如上讨论的，照明模块200通常可使用磁性元件214快速和容易地附连到相机外壳202。为了安装照明模块200，照明模块200可与外壳202对准(例如，沿相机轴线108中心对准)，以使电气附连元件214与接纳电连接器220对准，因此使安装元件210中的每个与合适的安装凹部212对准。一旦对准，就能使照明模块200简单地向外壳202移动并置于外壳202上。当置于外壳202上时，磁性元件214产生将照明模块200保持到外壳202的磁性保持力。如上讨论的那样，该保持力也有助于通过使电触片222与匹配的电接触件224偏转来建立电气连接。一旦连接，就可(例如，通过相机装置或控制单元)操作照明元件208，以沿相机轴线108照亮目标区域，因而，可捕获定位在检测场内的物体图像，以通过控制单元进行处理。
如下讨论的，在一些实施例中，光学附件可包括具有连接到(诸如，钎焊到)照明板的配线的电气连接件(例如，线束)。线束可使连接器构造成与机器视觉系统上的匹配的连接器配合。
光学附件的使用方法
通过采用光学附件(例如，照明模块200)，可建立机器视觉系统以进行使用，并且在使用过程中当期望时比一些其它照明模块更快和更容易地进行调节。例如，机器视觉系统可安装到位，因而，相机轴线108大致指向期望的检测场，诸如生产线的区域。在相机系统在位的情况下，镜头204可调节(例如，用手进行手动调节)成使相机系统适当地聚焦。一旦基于期望的检测场来适当地调节镜头204，照明模块200可置于相机外壳202上，并经由通过磁性元件214产生的磁性保持力来保持。如上讨论的那样，当将照明模块200安装到相机外壳202上时，磁性保持力还保持电气附连元件218抵靠于接纳电连接器220，以使可偏转电连接销222偏转，并且建立电气连接。一旦安装好，可对照明模块200供电，并将其操作成使照明元件208发射光，以照亮期望的检测场。
如果在使用过程中期望改变或调节镜头204(例如，由于检测场内的变化或者成像的物体变化)，可简单地移除照明模块200(例如，通过用手将照明模块200拉离外壳202)，镜头204可改变或调节，然后可重新安装照明模块200(例如，通过用手放回到外壳202上)。在不使用附加的工具或复杂的技术的情况下使相机系统快速改型的这种能力可有助于减少使用了该相机系统的环境的停工期，因此可有助于减少在这种调节过程中以其它方式产生的损失的操作时间。在一些情况下，当机器视觉系统位于难以触及的区域、例如当机器视觉系统位于自动化操作区域附近(例如，位于传送带上方六英尺)时，能仅用一只手来移除、调节和/或更换光学附件是有利的。
尽管已描述了一定实施例，但其它实施例也是可以的。
在一些实施例中，光学附件包括有助于限制光学附件相对于相机外壳的安装定向的对准特征。例如，在一些实施例中，对准特征包括将磁性元件设置成它的磁极限定光学附件能附连到外壳的定向。在一些实施例中，多于一个安装元件(例如，两个安装元件)包括磁性元件，且磁性元件设置成由于它们的磁极，使得光学附件能仅沿一个定向适当地附连到外壳。
例如，在一些实施例中，安装元件的位置可有助于限定可安装光学附件的定向。例如，参照图4，在一些实施例中，光学附件(例如，照明模块)300包括彼此间隔开或者与中心安装元件210隔开不同距离的安装元件210A、210B。如所示，第一安装元件210A关于照明模块300的中心轴线与安装元件210间隔开第一角度θ1，该安装元件210包括磁性元件214和电气附连元件218。然而，第二安装元件210A关于照明模块300的中心轴线与安装元件210间隔开不同的第二角度θ2。为了接纳照明模块300，外壳302包括第一安装凹部212A和第二安装凹部212B，它们分别相对于接纳电连接器220以第一角度θ1和第二角度θ2设置。在此构造中，由于安装元件210A,210B和安装凹部212A,212B的位置，照明模块300仅可沿一个定向相对于外壳302适当地安装。当不当对准时，如果安装元件中的一个与其未计划的安装凹部对准，则相邻的安装元件将意外地与外壳(即，并非计划的安装凹部)接触。
替代地或附加地，在一些实施例中，两个安装元件分别包括沿它们的远端设置的磁性元件，其中，两个磁性元件具有彼此相反的面向外的极性(例如，一个磁性元件的北极面向外，而另一个磁性元件的南极面向外)。为了接纳安装元件的两个磁性元件，相机系统(例如，外壳)可包括两个匹配的磁性接纳元件，这两个磁性接纳元件包括磁性元件，这些磁性元件也设置成它们具有面向外的相反极性，以当光学附件设置在期望的适当定向时可磁性地吸引设置在安装元件上的磁性元件。例如，通过使用该构造，如果光学附件以不正确的定向放置在外壳上，磁性元件的极性将通常使不当对准的各磁性元件彼此排斥，并且防止不正确地安装光学附件。
替代地或附加地，在一些实施例中，对准特征包括具有不同横截面形状或尺寸的安装元件和安装凹部。例如，在一些实施例中，光学附件包括具有不同横截面宽度(例如，平均直径)的至少两个安装元件，因而，安装元件仅能沿一个定向装入安装凹部。即，在相对于外壳不正确的定向下，安装元件中的至少一个具有太大以至于不能装入安装凹部内的直径，该安装凹部具有较小的直径以容纳具有较小直径的安装元件。
附加地或替代地，在一些实施例中，光学附件包括具有不同的横截面形状的至少两个安装元件。例如，光学附件可包括具有大致圆形横截面形状的一个安装元件，该安装元件的尺寸设计成接纳于大致圆形安装凹部内，并且光学附件可包括具有大致正方形横截面形状的一个安装元件，该安装元件的尺寸设计成接纳于大致正方形安装凹部内。因此，由于安装元件和安装凹部的形状不同，光学附件能仅沿一个定向适当地附连到外壳。尽管不同形状的安装元件已描述为圆形和正方形安装元件，任何两个适当不同形状的安装元件可用于限制安装定向。
附加地或替代地，在一些实施例中，光学附件包括第一安装元件和第二安装元件，第一安装元件包括磁性元件和电气附连元件，而第二安装元件接纳于安装凹部内。因此，基于沿外壳设置的安装凹部和接纳电连接器之间的结构差异，光学附件能仅沿一个定向进行适当地安装。
尽管光学附件已描述为具有细长的安装元件，这些安装元件起到支架的作用以使光学附件与外壳间隔开，但其它构造也是可以的。例如，在一些实施例中，安装元件呈梁状支架的形式，它们安装或以其它方式连接到相机外壳并从相机外壳延伸，而不是从结构基部伸出。在这种实施例中，结构基部能附连于安装元件(即，而不是结构基部和安装元件附连到外壳)。在一些实施例中，结构基部和外壳可包括一个或多个安装元件部，这些安装元件部分别从结构基部和外壳延伸，以使结构基部相对于相机外壳和相机镜头适当地间隔开。
尽管光学附件已描述和说明为具有三个安装元件，但光学附件可包括更多或更少的安装元件。例如，在一些实施例中，光学附件包括绕照明板间隔开的一个、两个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个安装元件。在一些实施例中，安装元件呈沿光学附件的表面设置的弧形(例如，环状)安装元件的形式。在一些实施例中，环状安装元件可以呈单个环状磁性元件的形式。
尽管安装凹部已大致描述为大致圆形以接纳大致圆形的安装元件，但其它构造也是可以的。例如，在一些实施例中，如果安装元件可具有不同的横截面形状，安装凹部通常具有相似的横截面形状，诸如是其它弯曲的形状(例如，长圆形、椭圆形或卵形)、多边形形状(例如，矩形、正方形、五边形、六边形或其它多边形形状)或者包括一个或多个曲边和/或直边组合的形状。例如，在一些实施例中，当使用具有大致正方形横截面形状的安装元件时，安装凹部也具有大致正方形横截面形状，以容纳安装元件。
尽管结构基部已描述为形成有中心孔的大致圆形的照明板(例如，电路板)，但其它尺寸和/或形状的照明板也是可以的。例如，在一些实施例中，结构基部具有不同的外部形状，诸如是其它弯曲形状(例如，长圆形、椭圆形或卵形)、多边形形状(例如，矩形、正方形、五边形、六边形或其它多边形形状)或者包括一个或多个曲边和/或直边组合的形状。
在一些实施例中，结构基部不包括用于观察检测场的相机镜头的孔。例如，结构基部可包括透明或半透明区域(例如，沿相机轴线的透明区域)，相机镜头可通过这些区域观察到检测场。
在一些实施例中，结构基部形成为绕相机镜头设置的多个段。例如，结构基部可由绕相机镜头设置(例如，在相机镜头的相对两侧)的一个或多个段构成。
尽管结构基部已大致描述为电路板，但其它构造也可以。在一些实施例中，结构基部包括封壳型装置，诸如是具有对照明元件供电的电连接件的塑料本体。
相机镜头附连装置
尽管利用磁性元件将一个或多个光学附件连接到机器视觉系统的上述系统和方法已大致描述和示出为在相机系统的照明模块上实施，但其它构造也可以。例如，诸如附加镜头装置(例如，能调节以改变相机系统的焦距的液态镜头装置)的其它光学附件可采用磁性保持元件附连到相机系统。
参照图5和6，在一些实施例中，机器视觉系统400包括外壳402、设置在外壳402内的成像传感器104以及光学附件(例如，附加镜头装置)404，该光学附件沿与成像传感器104大致垂直的相机轴线108设置在成像传感器104的镜头406上。镜头406沿外壳402的外表面固定到外壳402的凹部408内。镜头406可采用各种附连技术中的任一种来固定，这些附连技术包括经由螺纹连接件来紧固、使用粘结剂进行连接或者以其它方式连接(例如，焊接或一体模制到外壳402内)。参照图6，该图示出没有附加镜头装置404并从外壳402移去了镜头406的机器视觉系统400，镜头406包括保持元件(例如，铁磁保持环)407，该保持元件构造成与附加镜头装置404的磁性元件(例如，永磁体)412配合。例如，如下讨论的那样，在安装过程中，附加镜头装置404可放置到镜头406上，因而，磁性元件412可提供将附加镜头装置404固定到镜头406的保持环407的磁性保持力，由此将附加镜头装置404固定到外壳402。尽管镜头406已描述为包括保持环来与磁性元件配合，但镜头可包括其它形状和尺寸的保持元件，这些保持元件构造成磁性联接于磁性元件412。
附加镜头装置404包括镜头模块410、磁性元件412(还在图8A和8B中示出)以及线束414，该线束将镜头模块410电气连接到机器视觉相机系统400。例如，如图7中所示，线束414的连接器416可插入并连接到沿外壳402的正面设置的连接器插口418。连接器插口418可以电气连接到机器视觉相机系统400的内部电气部件或操作机器视觉相机系统400的控制单元。镜头模块410可包括调节或改变装置或部件的各种镜头中的任一种。在文中所示和所述的示例中，镜头模块410包括相机聚焦系统，诸如是自动对焦系统(例如，液态镜头系统)，该自动对焦系统可调节(例如，电子远程调节)以改变机器视觉相机系统400的焦距。
在一些实施例中，镜头模块410可附加地或替代地包括其它类型的光学附件或装置，诸如照明装置、相机聚焦系统(例如，自动对焦镜头系统(例如，液态镜头系统))、相机保护装置(例如，保护镜头盖装置)和滤光器。
磁性元件412的尺寸设计成并构造成磁性联接于沿镜头406设置的保持环407。例如，磁性元件412构造成形成磁场，该磁场产生足以将附加镜头装置404联接于外壳402的磁性保持力。例如，在一些实施例中，在磁性元件412和保持环407之间形成的磁性保持力可以为约0.5磅力到约5磅力。
磁性元件412通常呈常见的永磁体的形式，诸如复合永磁体(例如，陶质磁体、铁磁体、铝镍钴磁体或挠性磁体)。在所示的示例中，磁性元件是钕类磁性元件。替代地或附加地，还可使用其它类型的磁体，诸如其它永磁体(例如，稀土磁体或单分子磁体)或电磁体。
为了将镜头406和附加镜头装置404安装到外壳402上，先将镜头406紧固到外壳(例如，外壳402的凹部408内)。在所示的示例中，将镜头406螺纹固定到凹部408内。一旦固定到凹部408内，沿相机轴线108大致对准的镜头406的圆柱形部409从外壳402向外延伸，以支承和对准镜头模块410。然后，参照图8A和8B，使附加镜头装置410与镜头406对准，因而，附加镜头装置404的镜头接纳开口411定位在镜头406的圆柱形部409前面。一旦对准，附加镜头装置404可放置到镜头406上，因而，将圆柱形部409插入和容纳于镜头接纳开口411内，并且磁性元件412定位在保持环407附近，因而，在磁性元件412和保持环407之间产生磁性保持力。如图8B中所示，磁性元件412和保持环407不必在安装时彼此接触，只要它们充分接近以产生足够的磁性保持力即可。使磁性元件412和保持环407彼此间隔开可有助于减少例如由于镜头406或附加镜头装置410的长度变化而将附加镜头装置410不当地装配到镜头406上的可能性。例如，在一些情况下，磁性元件412和保持环407之间的间距可用于适应镜头406的长度的容差变化，该容差变化可达约0.5毫米。
一旦沿相机轴线108轴向磁性固定到镜头406，附加镜头装置404通常能绕相机轴线108转动。例如，在一些实施例中，附加镜头装置404绕相机轴线108转动，以根据将通过机器视觉相机系统400观察和成像的期望的检测场与镜头模块410对准。此外，附加镜头装置404可转动以使线束414和连接器416对准，因而，将连接器416插入连接器插口418内，以向附加镜头装置404供电以及提供控制信号，或者向机器视觉系统400发送信号(例如，测量信号，诸如液态镜头的膜应力信号)。
尽管光学附件和相机装置之间的电气连接已描述和示出为通过具有可偏转电气接触销的电连接件实现，但也可使用任何其它合适的电连接器来建立电气连接。例如，在一些实施例中，光学附件可包括其它各种类型的电连接器(例如，插头和插座型连接器、刀片型连接器、插座连接器(例如，注册的插座连接器)、USB型连接器、电源连接器、接线板型连接器或其它合适类型的连接器)。例如，电气附连元件可包括阳或阴型，并且外壳可包括相对的匹配的电连接器。
在一些实施例中，电气附连元件包括外部电连接器，该外部电连接器配线到结构基部(即，并且不设置在安装元件中的一个内或上)。通过使用这种单独的配线连接器，结构基部可附连到相机外壳(例如，通过使用磁性保持力)，然后配线连接器可连接到外壳内的邻接连接器(例如，插入设置在相机外壳内的匹配的连接器内)。
在一些实施例中，光学附件包括位于安装元件中的一个上的磁性元件，以将光学附件固定到外壳，并且还包括具有可偏转销连接器的连接器以及附加的磁性元件，以固定到这些可偏转销。
尽管光学附件(例如，补充装置镜头装置)已描述为电气连接到机器视觉相机系统以接收电源和控制，但其它构造也是可以的。例如，在一些实施例中，光学附件连接(例如，使用线束来电气连接)到位于机器视觉相机系统外的电源。在一些实施例中，光学附件可手动调节(例如，用手)，并且并不电气连接到机器视觉相机系统。
其它实施例也在如下权利要求书的范围和精神内。

Claims (18)

1.一种相机附件，其与机器视觉装置分开且可移除地连接到所述机器视觉装置，所述相机附件包括：
结构基部，所述结构基部限定第一表面和所述机器视觉装置可通过其观察视野的中央观察区域；
至少一个安装元件，所述至少一个安装元件从所述结构基部的第二表面延伸以与所述分开的机器视觉装置的表面配合；以及
磁性元件，所述磁性元件设置在所述至少一个安装元件中的一个的远端处，所述磁性元件产生将所述结构基部可移除地固定到所述分开的机器视觉装置的所述表面的磁性保持力。
2.根据权利要求1所述的相机附件，进一步包括限制所述相机附件相对于所述机器视觉装置的定向的对准特征。
3.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述至少一个安装元件包括第一安装元件和第二安装元件，且所述对准特征包括与第二安装元件的尺寸和/或形状不同的第一安装元件的尺寸和/或形状。
4.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述至少一个安装元件包括至少两个安装元件，且所述对准特征包括两个相邻的安装元件之间关于所述附件的中心轴线的角间距之差。
5.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述磁性元件包括第一磁体，且所述对准特征包括第一磁体相对于所述机器视觉装置的布置。
6.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述至少一个安装元件包括从所述第二表面延伸的细长构件。
7.根据权利要求1所述的相机附件，其进一步包括电气附连元件，其耦合到所述结构基部，所述电气附连元件将所述结构基部的所述第一表面上的所述至少一个照明元件电气连接到所述机器视觉装置的电源、控制装置或信号发生装置中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述磁性元件包括铁磁元件，所述铁磁元件产生相对于沿所述机器视觉装置的所述表面设置的磁体的磁性保持力。
9.根据权利要求7所述的相机附件，其中所述电气附连元件包括沿所述至少一个安装元件的远端的电气接触区域，所述电气接触区域在与匹配的电气接触表面接触时将所述光学附件电气连接到所述电源或所述控制装置中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的相机附件，其中所述电气附连元件包括一个或多个弹性的可偏转电气连接销。
11.根据权利要求9所述的相机附件，其中所述磁性保持力将所述电气接触区域连接到匹配的电气接触表面。
12.根据权利要求1所述的相机附件，进一步包括相机镜头照明模块，且所述结构基部包括照明板，所述照明板包括沿所述第一表面设置的至少一个照明元件。
13.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述机器视觉装置的所述表面包括绕所述镜头设置的铁磁保持元件的表面。
14.根据权利要求7所述的相机附件，其中当连接到电源时，所述电气附连元件提供电力以调节所述机器视觉装置的焦距。
15.根据权利要求1所述的相机附件，其中所述镜头包括可调节镜头，所述可调节镜头改变所述机器视觉装置的光学特征。
16.一种相机系统，包括：
相机封壳；
镜头，所述镜头沿所述相机系统的光学轴线设置在所述相机封壳内或沿所述相机封壳的前表面设置；以及
光学附件，所述光学附件沿所述相机封壳的所述前表面围绕所述镜头以可分开且可更换方式可移除地附连，所述对准特征附件使用由至少一个磁性元件提供的磁性保持力来进行附连且包括限制所述光学附件相对于所述相机封壳的安装定向的对准装置。
17.根据权利要求16所述的相机系统，其中所述至少一个磁性元件是所述光学附件的部件。
18.根据权利要求16所述的相机系统，其中在设置于所述光学附件上的所述至少一个磁性元件的第一磁性元件与设置在所述镜头上的铁磁保持元件之间产生所述磁性保持力，并且在附连的构造下，所述第一磁性元件与所述铁磁保持元件间隔开。
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