CN109048763B - 高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机及装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学领域，特别涉及一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机及装调方法。高清摄像头包括镜头座、感光器件以及待调镜头组件；装调机包括机架、镜头座定位工装、镜头夹爪组件、调焦机构以及物像探头机构；物像探头机构包括安装架以及物像探头，其中一个物像探头设置于感光器件的中心轴上其余的物像探头分布在中心轴四周，虚拟物像测试图由各个物像探头所产生的且在同一平面上的虚像组成；装调机还包括控制装置，能控制调焦机构移动以带动镜头夹爪组件对待调镜头组件在镜头座上的位置进行调整。本发明具有失真小、占用空间小的优点，保证高清摄像头和感光器件装配一致性好、品质高、速度快。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，特别涉及一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机及装调方法。
背景技术
现有摄像头的镜头组件与感光器件组件的装配，镜头对焦的对象主要有2种，1.镜头前方远处固定实物测试图。这种方式对焦的对象失真小，但占用地方大，焦距越短，幅面越大，生产车间面积很难满足。2.镜头前方放置凸透镜，凸透镜的后方产生虚像测试图。用虚像替代实物的方式占用地方小，但凸透镜要做很大，而且视场角有限，视场角越大虚像失真也越大。
由于高清摄像头对焦距非常灵敏，镜头也略有差异，要把画面的四周和中心图像都落到后焦面上，得到最清晰的图像非常困难，尤其广角镜头、鱼眼镜头等视场角大的摄像头，因此，装配效率低，产品一致性差，对人的技术和熟练度依赖性高，不利于产品品质的提高和成本的降低。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机及装调方法，该装调机及装调方法利用多个物像探头产生虚拟物像测试图像并利用调焦机构对待调镜头组件在镜头座上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合，以便待调镜头组件与镜头座进行点胶固定，不仅具有失真小、占用空间小的优点，而且克服了现有技术中实物测试图幅度无法任意扩大、用于产生虚像测试图的凸透镜视场角小等缺点，此外保证高清摄像头和感光器件装配一致性好、品质高、速度快。
方案(一)：
本发明是这样实现的：一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，所述高清摄像头包括镜头座、固定安装于镜头座底部的感光器件以及待安装于镜头座上方的待调镜头组件，其特征在于：所述装调机包括机架、设置于机架上且位于装调工位上的镜头座定位工装、用于夹持待调镜头组件的镜头夹爪组件、设置于机架和镜头夹爪组件之间的用于带动镜头夹爪组件移动以调整待调镜头组件相对镜头座位置的调焦机构以及设置于高清摄像头上方的用于为高清摄像头提供虚拟物像测试图的物像探头机构，所述物像探头机构包括安装架以及多个设置于安装架上的物像探头，其中一个所述物像探头设置于镜头座底部的感光器件的中心轴上且其余的物像探头以感光器件的中心轴为中心分布在感光器件的中心轴四周，各个物像探头的光轴与镜头座底部的感光器件的中心轴的夹角小于待调镜头组件最大视场角的一半且各个物像探头的光轴对准感光器件的中心，所述虚拟物像测试图由各个物像探头所产生的且在同一平面上的虚像组成，所述虚拟物像测试图所在平面与镜头座底部的感光器件的中心轴相垂直，所述装调机还包括分别与感光器件和调焦机构相连接的控制装置，所述控制装置能控制调焦机构移动以带动镜头夹爪组件对待调镜头组件在镜头座上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。
为了能调整各个物像探头所产生虚像的位置，所述物像探头包括支架、固设于支架上的套筒以及沿物像探头的光线入射方向依次设置于套筒内的物像镜头、分划板、匀光板、光源，所述物像探头还包括设置于套筒和分划板之间的用于调整分划板和物像镜头之间距离的物像调节步进电机。
为了方便调节物像探头的位置，所述安装架包括至少一个固设于机架上的弧形架，所述弧形架的圆心与感光器件的中心重合，所述物像探头固定安装于弧形架上且能沿弧形架移动进行位置调整以调整物像探头光轴与镜头座底部的感光器件的中心轴的夹角，所述物像探头机构还包括分别与各个物像探头中的光源和物像调节步进电机相连接以调整各个物像探头的物距和亮度的物像控制单元。
为了更好地夹持或松开待调镜头组件，所述镜头夹爪组件包括固定板以及滑动连接于固定板上的活动板，所述固定板上设有沿其长度方向延伸的滑槽，所述活动板滑动连接于滑槽内，所述固定板的一端固设于调焦机构上且另一端悬空伸入装调工位，所述滑槽伸入装调工位的一端和活动板之间设有用于夹持待调镜头组件的夹持孔，所述活动板沿固定板滑动时能使夹持孔变小进行夹持或变大松开夹持，所述镜头夹爪组件还包括设置于固定板和活动板之间的用于使夹持孔保持夹持状态的弹簧以及设置于固定板和活动板之间的用于使夹持孔变大松开夹持的松紧驱动件。
为了更好地带动镜头夹爪组件对待调镜头组件的位置进行调整，所述调焦机构包括设置于机架和镜头夹爪组件之间的用于带动镜头夹爪组件沿Z轴方向移动的Z轴升降平台、用于带动镜头夹爪组件进行摆动调节和升降调节的水平调节平台、用于带动镜头夹爪组件沿X轴和Y轴方向移动的XY轴滑台。
优选的，所述水平调节平台包括底板、设置于底板上方的调节板以及三组连接于底板和调节板之间的升降调节件。
优选的，每组升降调节件包括固设于底板上的步进电机以及连接于步进电机输出轴和调节板之间的千分尺。
为了进一步提高工作效率，所述装调机还包括滑动连接于机架上的工作台，所述装调机还包括滑动连接于机架上的工作台，所述镜头座定位工装的数量为多个且沿工作台的滑动方向依次排列设置在工作台上，所述装调机还包括设置于机架和工作台之间的用于带动工作台滑动以使各个镜头座定位工装移入或移出装调工位的滑动驱动件。
方案(二)：
一种利用装调机来对齐高清摄像头后焦面和光学中心进行装调的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①将镜头座安装在镜头座定位工装内，启动调焦机构将镜头夹爪组件移动至装调工位，将待调镜头组件放置于镜头座内并使镜头夹爪组件夹持住待调镜头组件；
②启动物像探头机构，使各个物像探头所产生的虚像位于与镜头座底部的感光器件的中心轴相垂直的同一平面上，形成虚拟物像测试图；
③所述虚拟物像测试图经过待调镜头组件后在镜头座底部的感光器件上形成虚拟物像测试图的图像，所述控制装置读取感光器件上的图像信息并驱动调焦机构移动以带动镜头夹爪组件对待调镜头组件在镜头座上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。
该方法还包括步骤：④将待调镜头组件与镜头座进行点胶固定。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机及装调方法，该装调机及装调方法利用多个物像探头产生虚拟物像测试图像并利用调焦机构对待调镜头组件在镜头座上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合，以便待调镜头组件与镜头座进行点胶固定，不仅具有失真小、占用空间小的优点，而且克服了现有技术中实物测试图幅度无法任意扩大、用于产生虚像测试图的凸透镜视场角小等缺点，此外保证高清摄像头和感光器件装配一致性好、品质高、速度快；
(2)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，每个物像探头均设有物像调节步进电机，能对分划板进行调节，保证每个物像探头产生的虚像在同一平面上并与高清摄像头的光轴相垂直，而且虚拟物像测试图可任意扩大，大大方便了广角镜头、鱼眼镜头等大视场角镜头的组装；
(3)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，设有物像控制单元，能控制每个物像探头的亮度和物距，能适用于各种不同规格的镜头，通用性强；
(4)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，设有弧形架，方便物像探头的调整，且弧形架的圆心与感光器件的中心重合，无论物像探头如何调整都能保证每个物像探头的光轴对准高清摄像头的物方主点，进一步提高了装调效率；
(5)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，调焦机构设有Z轴升降平台、水平调节平台和XY轴滑台，能多自由度地调节待调镜头组件的位置，确保高清摄像头的后焦面与感光器件的感光面高精度重合，高清摄像头的光轴与感光器件的中心高精度重合，以保证高清摄像头的成像质量；
(6)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，工作台上设有多个镜头定位工装，其中一个进行对焦装调时，其余的可进行通电初始化，不占用对焦装调时间，进一步提高了装配效率；
(7)本发明提供的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，结构设计合理，使用性能可靠，可大大降低装配不良率和对熟练技术工的依赖程度，易于推广应用。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机的三维结构示意图；
图2是图1中去除物像控制单元和控制装置的三维结构示意图；
图3是图2中A的局部放大示意图；
图4是图3中B的局部放大示意图；
图5是图1中调焦机构和镜头夹爪组件的三维结构示意图；
图6是物像探头的爆炸结构示意图；
图7是镜头座、待调镜头组件和镜头座定位工装的三维结构示意图。
图中符号说明：1-镜头座、2-待调镜头组件、3-机架、4-镜头座定位工装、5-调焦机构、51-Z轴升降平台、52-水平调节平台、521-底板、522-调节板、523-升降调节件、5231-步进电机、5232-千分尺、53-XY轴滑台、6-物像探头机构、61-物像探头、611-支架、612-套筒、613-物像镜头、614-分划板、615-匀光板、616-光源、617-物像调节步进电机、62-安装架、63-物像控制单元、7-镜头夹爪组件、71-固定板、711-夹持孔、72-活动板、73-弹簧、74-松紧驱动件、8-控制装置、9-工作台、10-滑动驱动件。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
具体实施方式(一)：
如图1－图7所示，为本发明提供的一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，所述高清摄像头包括镜头座1、固定安装于镜头座1底部的感光器件以及待安装于镜头座1上方的待调镜头组件2，其特征在于：所述装调机包括机架3、设置于机架3上且位于装调工位上的镜头座定位工装4、用于夹持待调镜头组件2的镜头夹爪组件7、设置于机架3和镜头夹爪组件7之间的用于带动镜头夹爪组件7移动以调整待调镜头组件2相对镜头座1位置的调焦机构5以及设置于高清摄像头上方的用于为高清摄像头提供虚拟物像测试图的物像探头机构6，所述物像探头机构6包括安装架62以及多个设置于安装架62上的物像探头61，其中一个所述物像探头61设置于镜头座1底部的感光器件的中心轴上且其余的物像探头61以感光器件的中心轴为中心分布在感光器件的中心轴四周，各个物像探头61的光轴与镜头座1底部的感光器件的中心轴的夹角小于待调镜头组件2最大视场角的一半且各个物像探头61的光轴对准感光器件的中心，所述虚拟物像测试图由各个物像探头61所产生的且在同一平面上的虚像组成，所述虚拟物像测试图所在平面与镜头座1底部的感光器件的中心轴相垂直，所述装调机还包括分别与感光器件和调焦机构5相连接的控制装置8，所述控制装置8能控制调焦机构5移动以带动镜头夹爪组件7对待调镜头组件2在镜头座1上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。控制装置8可采用可编程单片机。
如图6所示，为了能调整各个物像探头所产生虚像的位置，所述物像探头61包括支架611、固设于支架611上的套筒612以及沿物像探头61的光线入射方向依次设置于套筒612内的物像镜头613、分划板614、匀光板615、光源616，所述物像探头61还包括设置于套筒612和分划板614之间的用于调整分划板614和物像镜头613之间距离的物像调节步进电机617。
如图1-3所示，为了方便调节物像探头的位置，所述安装架62包括至少一个固设于机架3上的弧形架，所述弧形架的圆心与感光器件的中心重合，所述物像探头61固定安装于弧形架上且能沿弧形架移动进行位置调整以调整物像探头61光轴与镜头座1底部的感光器件的中心轴的夹角，所述物像探头机构6还包括分别与各个物像探头61中的光源616和物像调节步进电机617相连接以调整各个物像探头61的物距和亮度的物像控制单元63。物像控制单元63可采用可编程单片机。
如图5所示，为了更好地夹持或松开待调镜头组件，所述镜头夹爪组件7包括固定板71以及滑动连接于固定板71上的活动板72，所述固定板71上设有沿其长度方向延伸的滑槽，所述活动板72滑动连接于滑槽内，所述固定板71的一端固设于调焦机构5上且另一端悬空伸入装调工位，所述滑槽伸入装调工位的一端和活动板72之间设有用于夹持待调镜头组件2的夹持孔711，所述活动板72沿固定板71滑动时能使夹持孔711变小进行夹持或变大松开夹持，所述镜头夹爪组件7还包括设置于固定板71和活动板72之间的用于使夹持孔711保持夹持状态的弹簧73以及设置于固定板71和活动板72之间的用于使夹持孔711变大松开夹持的松紧驱动件74。在本实施例中，松紧驱动件74采用电磁吸盘，当然也可以采用气缸等其它方式。
如图5所示，为了更好地带动镜头夹爪组件对待调镜头组件的位置进行调整，所述调焦机构5包括设置于机架3和镜头夹爪组件7之间的用于带动镜头夹爪组件7沿Z轴方向移动的Z轴升降平台51、用于带动镜头夹爪组件7进行摆动调节和升降调节的水平调节平台52、用于带动镜头夹爪组件7沿X轴和Y轴方向移动的XY轴滑台53。本发明中的Z轴升降平台51、水平调节平台52、XY轴滑台53的上中下位置可随便调整，只需有这三个机构即可。在本实施例中，Z轴升降平台51采用Z轴位移升降滑台，如以下淘宝链接中所出售的产品：
https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.31.1abd3c80nV735d&id＝44507694825&ns＝1&abbucket＝8#detail，当然也可以采用其它的结构，如螺纹升降方式，齿轮齿条升降方式等等。在本实施例中，XY轴滑台53采用PT-XY50电动整体组合台，如以下淘宝链接中所出售的产品：
https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.155.502342b36SHy4O&id＝36369118717&ns＝1&；abbucket＝2#detail。
如图5所示，所述水平调节平台52包括底板521、设置于底板521上方的调节板522以及三组连接于底板521和调节板522之间的升降调节件523。
如图5所示，每组升降调节件523包括固设于底板521上的步进电机5231以及连接于步进电机5231输出轴和调节板522之间的千分尺5232。
如图1-3所示，为了进一步提高工作效率，所述装调机还包括滑动连接于机架3上的工作台9，所述镜头座定位工装4的数量为多个且沿工作台9的滑动方向依次排列设置在工作台9上，所述装调机还包括设置于机架3和工作台9之间的用于带动工作台9滑动以使各个镜头座定位工装4移入或移出装调工位的滑动驱动件10。
具体实施方式(二)：
一种利用装调机来对齐高清摄像头后焦面和光学中心进行装调的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①将镜头座1安装在镜头座定位工装4内，启动调焦机构5将镜头夹爪组件7移动至装调工位，将待调镜头组件2放置于镜头座1内并使镜头夹爪组件7夹持住待调镜头组件2；
②启动物像探头机构6，使各个物像探头61所产生的虚像位于与镜头座1底部的感光器件的中心轴相垂直的同一平面上，形成虚拟物像测试图；
③所述虚拟物像测试图经过待调镜头组件2后在镜头座1底部的感光器件上形成虚拟物像测试图的图像，所述控制装置8读取感光器件上的图像信息并驱动调焦机构5移动以带动镜头夹爪组件7对待调镜头组件2在镜头座1上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。
该方法还包括步骤：④将待调镜头组件2与镜头座1进行点胶固定。在本实施例中，待调镜头组件2调整到位后，在待调镜头组件2和镜头座1之间进行点胶，然后用UV光进行照射固化，当然也可以采用其它的固定方式。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，所述高清摄像头包括镜头座(1)、固定安装于镜头座(1)底部的感光器件以及待安装于镜头座(1)上方的待调镜头组件(2)，其特征在于：所述装调机包括机架(3)、设置于机架(3)上且位于装调工位上的镜头座定位工装(4)、用于夹持待调镜头组件(2)的镜头夹爪组件(7)、设置于机架(3)和镜头夹爪组件(7)之间的用于带动镜头夹爪组件(7)移动以调整待调镜头组件(2)相对镜头座(1)位置的调焦机构(5)以及设置于高清摄像头上方的用于为高清摄像头提供虚拟物像测试图的物像探头机构(6)，所述物像探头机构(6)包括安装架(62)以及多个设置于安装架(62)上的物像探头(61)，其中一个所述物像探头(61)设置于镜头座(1)底部的感光器件的中心轴上且其余的物像探头(61)以感光器件的中心轴为中心分布在感光器件的中心轴四周，各个物像探头(61)的光轴与镜头座(1)底部的感光器件的中心轴的夹角小于待调镜头组件(2)最大视场角的一半且各个物像探头(61)的光轴对准感光器件的中心，所述虚拟物像测试图由各个物像探头(61)所产生的且在同一平面上的虚像组成，所述虚拟物像测试图所在平面与镜头座(1)底部的感光器件的中心轴相垂直，所述装调机还包括分别与感光器件和调焦机构(5)相连接的控制装置(8)，所述控制装置(8)能控制调焦机构(5)移动以带动镜头夹爪组件(7)对待调镜头组件(2)在镜头座(1)上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。
2.根据权利要求1所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述物像探头(61)包括支架(611)、固设于支架(611)上的套筒(612)以及沿物像探头(61)的光线入射方向依次设置于套筒(612)内的物像镜头(613)、分划板(614)、匀光板(615)、光源(616)，所述物像探头(61)还包括设置于套筒(612)和分划板(614)之间的用于调整分划板(614)和物像镜头(613)之间距离的物像调节步进电机(617)。
3.根据权利要求2所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述安装架(62)包括至少一个固设于机架(3)上的弧形架，所述弧形架的圆心与感光器件的中心重合，所述物像探头(61)固定安装于弧形架上且能沿弧形架移动进行位置调整以调整物像探头(61)光轴与镜头座(1)底部的感光器件的中心轴的夹角，所述物像探头机构(6)还包括分别与各个物像探头(61)中的光源(616)和物像调节步进电机(617)相连接以调整各个物像探头(61)的物距和亮度的物像控制单元(63)。
4.根据权利要求1所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述镜头夹爪组件(7)包括固定板(71)以及滑动连接于固定板(71)上的活动板(72)，所述固定板(71)上设有沿其长度方向延伸的滑槽，所述活动板(72)滑动连接于滑槽内，所述固定板(71)的一端固设于调焦机构(5)上且另一端悬空伸入装调工位，所述滑槽伸入装调工位的一端和活动板(72)之间设有用于夹持待调镜头组件(2)的夹持孔(711)，所述活动板(72)沿固定板(71)滑动时能使夹持孔(711)变小进行夹持或变大松开夹持，所述镜头夹爪组件(7)还包括设置于固定板(71)和活动板(72)之间的用于使夹持孔(711)保持夹持状态的弹簧(73)以及设置于固定板(71)和活动板(72)之间的用于使夹持孔(711)变大松开夹持的松紧驱动件(74)。
5.根据权利要求1所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述调焦机构(5)包括设置于机架(3)和镜头夹爪组件(7)之间的用于带动镜头夹爪组件(7)沿Z轴方向移动的Z轴升降平台(51)、用于带动镜头夹爪组件(7)进行摆动调节和升降调节的水平调节平台(52)、用于带动镜头夹爪组件(7)沿X轴和Y轴方向移动的XY轴滑台(53)。
6.根据权利要求5所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述水平调节平台(52)包括底板(521)、设置于底板(521)上方的调节板(522)以及三组连接于底板(521)和调节板(522)之间的升降调节件(523)。
7.根据权利要求6所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：每组升降调节件(523)包括固设于底板(521)上的步进电机(5231)以及连接于步进电机(5231)输出轴和调节板(522)之间的千分尺(5232)。
8.根据权利要求1所述的高清摄像头自动对齐镜头与感光面的装调机，其特征在于：所述装调机还包括滑动连接于机架(3)上的工作台(9)，所述镜头座定位工装(4)的数量为多个且沿工作台(9)的滑动方向依次排列设置在工作台(9)上，所述装调机还包括设置于机架(3)和工作台(9)之间的用于带动工作台(9)滑动以使各个镜头座定位工装(4)移入或移出装调工位的滑动驱动件(10)。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的装调机来自动对齐镜头与感光面的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①将镜头座(1)安装在镜头座定位工装(4)内，启动调焦机构(5)将镜头夹爪组件(7)移动至装调工位，将待调镜头组件(2)放置于镜头座(1)内并使镜头夹爪组件(7)夹持住待调镜头组件(2)；
②启动物像探头机构(6)，使各个物像探头(61)所产生的虚像位于与镜头座(1)底部的感光器件的中心轴相垂直的同一平面上，形成虚拟物像测试图；
③所述虚拟物像测试图经过待调镜头组件(2)后在镜头座(1)底部的感光器件上形成虚拟物像测试图的图像，所述控制装置(8)读取感光器件上的图像信息并驱动调焦机构(5)移动以带动镜头夹爪组件(7)对待调镜头组件(2)在镜头座(1)上的位置进行调整直至感光器件所采集的虚拟物像测试图的图像达到最清晰且图像的中心与感光器件的中心重合。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：该方法还包括步骤：④将待调镜头组件(2)与镜头座(1)进行点胶固定。
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