CN112130401B - 可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器 - Google Patents

可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其由图像采集装置、光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置组成，图像采集装置包括镜头和相机，镜头具有光圈调节环和对焦调节环，相机设于镜头的正后方，光圈调节装置包括装于光圈调节环上的第一环状夹具和驱动第一环状夹具转动的第一驱动电机，对焦装置包括装于对焦调节环上的第二环状夹具和驱动第二环状夹具转动的第二驱动电机，镜片切换装置包括镜片切换轮盘和驱动镜片切换轮盘转动的第三驱动电机，镜片切换轮盘上沿周向均匀设有多片镜片，转动镜片切换轮盘使任一片镜片与镜头和相机的中心轴线在同一直线上；优点是无需较高操作技巧的操作人员，操作误差很小、速度快且稳。

Description

可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器
技术领域
本发明涉及一种视觉焊缝跟踪系统，尤其是涉及一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器。
背景技术
焊接技术是一种常用的热加工技术，其在汽车、造船、钢铁、焊管、冶金等重要行业中均有广泛应用，其技术水平反映了一个国家的工业制造水平。
近些年，焊接领域不断引入了各种视觉焊缝跟踪系统，极大地提升了焊接技术的自动化程度。视觉焊缝跟踪系统的核心部件是焊缝视觉传感器，传统的焊缝视觉传感器需要手动对焦、手动调节光圈以及手动切换镜片，然而这种手动处理方式存在以下几方面问题：1)操作难度大，要求现场操作人员需具备较高的操作技巧，从而增加了人工成本；2)手动处理方式的误差较大，会导致获取的图像不稳定，降低了视觉焊缝跟踪系统的可靠性；3)手动处理方式的速度不稳定，灵活性较差。因此，需要设计一种可进行自动对焦、自动调节光圈以及自动切换镜片的焊缝视觉传感器，使视觉焊缝跟踪系统能根据焊接现场状况，自动对焦、自动调节光圈大小和自动切换滤光镜片，从而降低视觉焊缝跟踪系统的使用难度，提高视觉焊缝跟踪系统的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其对焦、调节光圈和切换镜片无需具备较高操作技巧的操作人员，其对焦、调节光圈和切换镜片的误差很小、速度快且稳。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于由图像采集装置、光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置组成，所述的图像采集装置包括镜头和相机，所述的镜头具有光圈调节环、镜头筒和对焦调节环，所述的相机设置于所述的镜头的正后方，所述的相机的镜头座的中心轴线与所述的镜头的中心轴线在同一直线上，所述的光圈调节装置包括夹装于所述的光圈调节环上的第一环状夹具和用于驱动所述的第一环状夹具带动所述的光圈调节环转动的第一驱动电机，所述的对焦装置包括夹装于所述的对焦调节环上的第二环状夹具和用于驱动所述的第二环状夹具带动所述的对焦调节环转动的第二驱动电机，所述的镜片切换装置包括镜片切换轮盘和用于驱动所述的镜片切换轮盘转动的第三驱动电机，所述的镜片切换轮盘设置于所述的镜头与所述的相机之间，所述的镜片切换轮盘上沿周向均匀设置有多片不同用途的光学镜片，转动所述的镜片切换轮盘使任一片所述的光学镜片对准所述的镜头和所述的相机的镜头座且该所述的光学镜片的中心轴线与所述的镜头的中心轴线在同一直线上。
所述的光圈调节装置还包括第一电机齿轮，所述的第一驱动电机水平设置，所述的第一驱动电机的输出轴与所述的第一电机齿轮连接，所述的第一环状夹具由第一带齿开口环和第一无齿开口环组成，所述的第一带齿开口环的外环面呈齿轮结构，所述的第一无齿开口环的外环面为光面，所述的第一带齿开口环和所述的第一无齿开口环的内环面均为光面，所述的第一带齿开口环的第一端与所述的第一无齿开口环的第一端一体连接形成有一个与所述的光圈调节环相适配的第一内孔，所述的第一带齿开口环和所述的第一无齿开口环套于所述的光圈调节环上后通过第一紧固件连接所述的第一带齿开口环的第二端与所述的第一无齿开口环的第二端，使所述的第一环状夹具抱紧所述的光圈调节环，所述的第一带齿开口环的外环面上的齿轮结构与所述的第一电机齿轮啮合。在此，利用第一电机齿轮与第一带齿开口环的外环面上的齿轮结构啮合来实现第一驱动电机驱动第一环状夹具转动，第一环状夹具抱紧光圈调节环，带动光圈调节环转动进行调节；通过上紧第一紧固件可以减少第一内孔的周长，即可使第一环状夹具抱紧光圈调节环。
所述的光圈调节装置还包括第一限位组件，所述的第一限位组件由两个第一限位开关、第一限位接触点、第一限位环组成，所述的第一限位环为开口环，所述的第一限位环通过紧固件夹装于所述的光圈调节环上且位于所述的第一环状夹具的后方，第1个所述的第一限位开关设置于所述的第一环状夹具的正下方，第2个所述的第一限位开关设置于所述的第一限位环的正下方，所述的第一限位接触点设置于所述的第一带齿开口环的第一端上，所述的第一限位环具有一个第二限位接触点，所述的光圈调节环调节至最小值时所述的第一限位接触点刚好触发第1个所述的第一限位开关，所述的光圈调节环调节至最大值时所述的第二限位接触点刚好触发第2个所述的第一限位开关。为确保在光圈调节环调节至最小值时第一限位接触点刚好触发第1个第一限位开关，而在光圈调节环调节至最大值时第二限位接触点刚好触发第2个第一限位开关，需确定在安装第一环状夹具和第一限位环时第一限位接触点和第二限位接触点的位置，手动调节光圈调节环至最小值，将第一环状夹具套于光圈调节环上，使第一限位接触点刚好触发第1个第一限位开关时上紧第一紧固件，使第一驱动电机工作，使光圈调节环调节至最大值，使第二限位接触点刚好触发第2个第一限位开关，上紧用于紧固第一限位环的紧固件。
所述的对焦装置还包括第二电机齿轮，所述的第二驱动电机水平设置，所述的第二驱动电机的输出轴与所述的第二电机齿轮连接，所述的第二环状夹具由第二带齿开口环和第二无齿开口环组成，所述的第二带齿开口环的外环面呈齿轮结构，所述的第二无齿开口环的外环面为光面，所述的第二带齿开口环和所述的第二无齿开口环的内环面均为光面，所述的第二带齿开口环的第一端与所述的第二无齿开口环的第一端一体连接形成有一个与所述的对焦调节环相适配的第二内孔，所述的第二带齿开口环和所述的第二无齿开口环套于所述的对焦调节环上后通过第二紧固件连接所述的第二带齿开口环的第二端与所述的第二无齿开口环的第二端，使所述的第二环状夹具抱紧所述的对焦调节环，所述的第二带齿开口环的外环面上的齿轮结构与所述的第二电机齿轮啮合。在此，利用第二电机齿轮与第二带齿开口环的外环面上的齿轮结构啮合来实现第二驱动电机驱动第二环状夹具转动，第二环状夹具抱紧对焦调节环，带动对焦调节环转动进行调节；通过上紧第二紧固件可以减少第二内孔的周长，即可使第二环状夹具抱紧对焦调节环。
所述的对焦装置还包括第二限位组件，所述的第二限位组件由两个第二限位开关、第三限位接触点、第二限位环组成，所述的第二限位环为开口环，所述的第二限位环通过紧固件夹装于所述的对焦调节环上且位于所述的第二环状夹具的前方，第1个所述的第二限位开关设置于所述的第二限位环的正下方，第2个所述的第二限位开关设置于所述的第二环状夹具的正下方，所述的第三限位接触点设置于所述的第二带齿开口环的第一端上，所述的第二限位环具有一个第四限位接触点，所述的对焦调节环调节至最大值时所述的第三限位接触点刚好触发第2个所述的第二限位开关，所述的对焦调节环调节至最小值时所述的第四限位接触点刚好触发第1个所述的第二限位开关。为确保在对焦调节环调节至最小值时第四限位接触点刚好触发第1个第二限位开关，而在对焦调节环调节至最大值时第三限位接触点刚好触发第2个第二限位开关，需确定在安装第二环状夹具和第二限位环时第三限位接触点和第四限位接触点的位置，手动调节对焦调节环至最小值，将第二限位环套于对焦调节环上，使第四限位接触点刚好触发第1个第二限位开关时上紧用于紧固第二限位环的紧固件，使第二驱动电机工作，使对焦调节环调节至最大值，使第三限位接触点刚好触发第2个第二限位开关，上紧第二紧固件。
所述的镜头筒上连接有支架，所述的支架包括两个半圆环和支撑顶板，两个所述的半圆环上下对称套于所述的镜头筒上，两个所述的半圆环相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使两个所述的半圆环抱紧所述的镜头筒，位于上方的所述的半圆环的外环面的中部上向上延伸设置有凸起，所述的支撑顶板固定于所述的凸起上使所述的支撑顶板的下方形成有用于容纳所述的第一驱动电机和所述的第二驱动电机的容纳空间，所述的第一驱动电机和所述的第二驱动电机水平固定于所述的支撑顶板的底部上，且所述的第一驱动电机的输出轴朝向前方，所述的第二驱动电机的输出轴朝向后方。
所述的镜片切换装置还包括第三电机齿轮，所述的第三驱动电机水平设置，所述的第三驱动电机的输出轴与所述的第三电机齿轮连接，所述的镜片切换轮盘的外圆形面呈齿轮结构，所述的镜片切换轮盘的外圆形面上的齿轮结构与所述的第三电机齿轮啮合，所述的镜片切换轮盘上沿周向均匀开设有多个尺寸相同的镜片安装台阶通孔，每片所述的光学镜片安装于一个所述的镜片安装台阶通孔内。在此，利用第三电机齿轮与镜片切换轮盘的外圆形面上的齿轮结构啮合来实现第三驱动电机驱动镜片切换轮盘转动，进而实现光学镜片的切换。
所述的镜片切换装置还包括零位触发装置，所述的零位触发装置由安装于所述的镜片切换轮盘上的磁铁和位置固定不动的霍尔传感器组成，所述的磁铁所在位置作为所述的镜片切换轮盘的零位位置，所述的磁铁触发所述的霍尔传感器时产生零位信号。利用零位触发装置可方便地实现镜片切换轮盘的复位。
所述的支撑顶板的后端连接有前端支撑板，所述的前端支撑板的前端面上具有两个半圆开口环，两个所述的半圆开口环上下对称套于所述的镜头的后端端口上，两个所述的半圆开口环相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使所述的镜头的后端端口嵌装于所述的前端支撑板上，所述的镜片切换轮盘活动安装于所述的前端支撑板的后端面上。
所述的光圈调节环的初始位置为：所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具正向带动所述的光圈调节环转动，使所述的第一限位接触点触发第1个所述的第一限位开关；所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具反向带动所述的光圈调节环转动，使所述的第二限位接触点触发第2个所述的第一限位开关，记所述的第一驱动电机反向工作时的旋转步数为Amax；所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具正向带动所述的光圈调节环转动，所述的第一驱动电机旋转
Figure BDA0002682631090000051
步时所述的光圈调节环所处的位置为初始位置；其中，Amax为正整数，int()为取整函数；
所述的对焦调节环的初始位置为：所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具正向带动所述的对焦调节环转动，使所述的第四限位接触点触发第1个所述的第二限位开关；所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具反向带动所述的对焦调节环转动，使所述的第三限位接触点触发第2个所述的第二限位开关，记所述的第二驱动电机反向工作时的旋转步数为Bmax；所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具正向带动所述的对焦调节环转动，所述的第二驱动电机旋转
Figure BDA0002682631090000052
步时所述的对焦调节环所处的位置为初始位置；其中，Bmax为正整数，int()为取整函数；
所述的光学镜片的标定位置为：对于第n片光学镜片，其标定位置为pn，
Figure BDA0002682631090000053
其中，1≤n≤N，N表示所述的镜片切换轮盘上安装的光学镜片的总片数，在确定所述的镜片切换轮盘转动方向的前提下指定一片所述的光学镜片为第1片所述的光学镜片，并按所述的镜片切换轮盘转动的方向从第1片所述的光学镜片开始按序标号，n为第n片光学镜片的标号，Δn1表示所述的镜片切换轮盘处于零位位置后所述的第三驱动电机驱动所述的镜片切换轮盘转动、在第1片所述的光学镜片的中心轴线首次与所述的镜头的中心轴线在同一直线上时所述的第三驱动电机旋转的步数，Δn2表示所述的第三驱动电机旋转Δn1步的基础上继续驱动所述的镜片切换轮盘转动、在第1片所述的光学镜片的中心轴线第2次与所述的镜头的中心轴线在同一直线上时所述的第三驱动电机继续旋转的步数。在操作时先控制第三驱动电机驱动镜片切换轮盘处于零位位置；控制第三驱动电机驱动镜片切换轮盘转动(顺时针转动或逆时针转动，在实际操作时选定一个方向转动即可)，在第1片光学镜片的中心轴线首次与镜头的中心轴线在同一直线上时，第三驱动电机旋转了Δn1；控制第三驱动电机继续驱动镜片切换轮盘转动，在第1片光学镜片的中心轴线第2次与镜头的中心轴线在同一直线上时，第三驱动电机又旋转了Δn2，这样第n片光学镜片的标定位置为
Figure BDA0002682631090000061
在光学镜片的标定位置确定后上紧用于固定第一限位环的紧固件，即控制第一驱动电机使光圈调节环调节至最大值，在第二限位接触点刚好触发第2个第一限位开关时上紧用于固定第一限位环的紧固件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)该焊缝视觉传感器的对焦、调节光圈和切换镜片自动化完成，无需具备较高操作技巧的操作人员，降低了人工成本。
2)该焊缝视觉传感器的对焦、调节光圈和切换镜片能够做到高精度，误差很小，使得获取的图像稳定，大大提高了视觉焊缝跟踪系统的可靠性。
3)该焊缝视觉传感器完成对焦、调节光圈和切换镜片的速度稳定且快速，实时性高。
4)该焊缝视觉传感器可随时切换不同的光学镜片，可适应各种光线场合，提高了该焊缝视觉传感器的通用性和灵活性。
5)该焊缝视觉传感器中的光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置彼此独立，安装和维护极为方便。
6)该焊缝视觉传感器中的光圈调节装置、对焦装置可以适配不同规格的镜头，通用性强。
附图说明
图1为本发明的焊缝视觉传感器的结构示意图一；
图2为本发明的焊缝视觉传感器的结构示意图二；
图3为本发明的焊缝视觉传感器的结构示意图三；
图4为本发明的焊缝视觉传感器中的光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置的结构示意图一；
图5为本发明的焊缝视觉传感器中的光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置的结构示意图二；
图6为本发明的焊缝视觉传感器中的光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置的结构示意图三；
图7为本发明的焊缝视觉传感器中的图像采集装置中的镜头的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，如图所示，其由图像采集装置1、光圈调节装置2、对焦装置3和镜片切换装置4组成，图像采集装置1包括镜头11和相机12，镜头11具有光圈调节环111、镜头筒112和对焦调节环113，相机12设置于镜头11的正后方，相机12的镜头座121的中心轴线与镜头11的中心轴线在同一直线上，光圈调节装置2包括夹装于光圈调节环111上的第一环状夹具21和用于驱动第一环状夹具21带动光圈调节环111转动的第一驱动电机22，对焦装置3包括夹装于对焦调节环113上的第二环状夹具31和用于驱动第二环状夹具31带动对焦调节环113转动的第二驱动电机32，镜片切换装置4包括镜片切换轮盘41和用于驱动镜片切换轮盘41转动的第三驱动电机42，镜片切换轮盘41设置于镜头11与相机12之间，镜片切换轮盘41上沿周向均匀设置有多片不同用途的光学镜片43，转动镜片切换轮盘41使任一片光学镜片43对准镜头11和相机12的镜头座121且该光学镜片43的中心轴线与镜头11的中心轴线在同一直线上。
在本实施例中，光圈调节装置2还包括第一电机齿轮23，第一驱动电机22水平设置，第一驱动电机22的输出轴与第一电机齿轮23连接，第一环状夹具21由第一带齿开口环211和第一无齿开口环212组成，第一带齿开口环211的外环面呈齿轮结构，第一无齿开口环212的外环面为光面，第一带齿开口环211和第一无齿开口环212的内环面均为光面，第一带齿开口环211的第一端与第一无齿开口环212的第一端一体连接形成有一个与光圈调节环111相适配的第一内孔(图中未示出)，第一带齿开口环211和第一无齿开口环212套于光圈调节环111上后通过第一紧固件213连接第一带齿开口环211的第二端与第一无齿开口环212的第二端，使第一环状夹具21抱紧光圈调节环111，第一带齿开口环211的外环面上的齿轮结构与第一电机齿轮23啮合。在此，利用第一电机齿轮23与第一带齿开口环211的外环面上的齿轮结构啮合来实现第一驱动电机22驱动第一环状夹具21转动，第一环状夹具21抱紧光圈调节环111，带动光圈调节环111转动进行调节；通过上紧第一紧固件213可以减少第一内孔的周长，即可使第一环状夹具21抱紧光圈调节环111。
在本实施例中，光圈调节装置2还包括第一限位组件24，第一限位组件24由两个第一限位开关241、242、第一限位接触点243、第一限位环244组成，第一限位环244为开口环，第一限位环244通过紧固件夹装于光圈调节环111上且位于第一环状夹具21的后方，第1个第一限位开关241设置于第一环状夹具21的正下方，第2个第一限位开关242设置于第一限位环244的正下方，第一限位接触点243设置于第一带齿开口环211的第一端上，第一限位环244具有一个第二限位接触点245，光圈调节环111调节至最小值时第一限位接触点243刚好触发第1个第一限位开关241，光圈调节环111调节至最大值时第二限位接触点245刚好触发第2个第一限位开关242。为确保在光圈调节环111调节至最小值时第一限位接触点243刚好触发第1个第一限位开关241，而在光圈调节环111调节至最大值时第二限位接触点245刚好触发第2个第一限位开关242，需确定在安装第一环状夹具21和第一限位环244时第一限位接触点243和第二限位接触点245的位置，手动调节光圈调节环111至最小值，将第一环状夹具21套于光圈调节环111上，使第一限位接触点243刚好触发第1个第一限位开关241时上紧第一紧固件213，使第一驱动电机22工作，使光圈调节环111调节至最大值，使第二限位接触点245刚好触发第2个第一限位开关242，上紧用于紧固第一限位环244的紧固件。
在本实施例中，对焦装置3还包括第二电机齿轮33，第二驱动电机32水平设置，第二驱动电机32的输出轴与第二电机齿轮33连接，第二环状夹具31由第二带齿开口环311和第二无齿开口环312组成，第二带齿开口环311的外环面呈齿轮结构，第二无齿开口环312的外环面为光面，第二带齿开口环311和第二无齿开口环312的内环面均为光面，第二带齿开口环311的第一端与第二无齿开口环312的第一端一体连接形成有一个与对焦调节环113相适配的第二内孔(图中未示出)，第二带齿开口环311和第二无齿开口环312套于对焦调节环113上后通过第二紧固件313连接第二带齿开口环311的第二端与第二无齿开口环312的第二端，使第二环状夹具31抱紧对焦调节环113，第二带齿开口环311的外环面上的齿轮结构与第二电机齿轮33啮合。在此，利用第二电机齿轮33与第二带齿开口环311的外环面上的齿轮结构啮合来实现第二驱动电机32驱动第二环状夹具31转动，第二环状夹具31抱紧对焦调节环113，带动对焦调节环113转动进行调节；通过上紧第二紧固件313可以减少第二内孔的周长，即可使第二环状夹具31抱紧对焦调节环113。
在本实施例中，对焦装置3还包括第二限位组件34，第二限位组件34由两个第二限位开关341、342、第三限位接触点343、第二限位环344组成，第二限位环344为开口环，第二限位环344通过紧固件夹装于对焦调节环113上且位于第二环状夹具31的前方，第1个第二限位开关341设置于第二限位环344的正下方，第2个第二限位开关342设置于第二环状夹具31的正下方，第三限位接触点343设置于第二带齿开口环311的第一端上，第二限位环344具有一个第四限位接触点345，对焦调节环113调节至最大值时第三限位接触点343刚好触发第2个第二限位开关342，对焦调节环113调节至最小值时第四限位接触点345刚好触发第1个第二限位开关341。为确保在对焦调节环113调节至最小值时第四限位接触点345刚好触发第1个第二限位开关341，而在对焦调节环113调节至最大值时第三限位接触点343刚好触发第2个第二限位开关342，需确定在安装第二环状夹具31和第二限位环344时第三限位接触点343和第四限位接触点345的位置，手动调节对焦调节环113至最小值，将第二限位环344套于对焦调节环113上，使第四限位接触点345刚好触发第1个第二限位开关341时上紧用于紧固第二限位环344的紧固件，使第二驱动电机32工作，使对焦调节环113调节至最大值，使第三限位接触点343刚好触发第2个第二限位开关342，上紧第二紧固件313。
在本实施例中，镜头筒112上连接有支架5，支架5包括两个半圆环51和支撑顶板52，两个半圆环51上下对称套于镜头筒112上，两个半圆环51相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使两个半圆环51抱紧镜头筒112，位于上方的半圆环51的外环面的中部上向上延伸设置有凸起53，支撑顶板52固定于凸起53上使支撑顶板52的下方形成有用于容纳第一驱动电机22和第二驱动电机32的容纳空间54，第一驱动电机22和第二驱动电机32水平固定于支撑顶板52的底部上，且第一驱动电机22的输出轴朝向前方，第二驱动电机32的输出轴朝向后方。
在本实施例中，镜片切换装置4还包括第三电机齿轮44，第三驱动电机42水平设置，第三驱动电机42可固定于用于加装于整个焊缝视觉传感器外的外壳上，第三驱动电机42的输出轴与第三电机齿轮44连接，镜片切换轮盘41的外圆形面呈齿轮结构，镜片切换轮盘41的外圆形面上的齿轮结构与第三电机齿轮44啮合，镜片切换轮盘41上沿周向均匀开设有多个尺寸相同的镜片安装台阶通孔411，每片光学镜片43安装于一个镜片安装台阶通孔411内。在此，利用第三电机齿轮44与镜片切换轮盘41的外圆形面上的齿轮结构啮合来实现第三驱动电机42驱动镜片切换轮盘41转动，进而实现光学镜片43的切换。
在本实施例中，镜片切换装置4还包括零位触发装置45，零位触发装置45由安装于镜片切换轮盘41上的磁铁451和位置固定不动的霍尔传感器452组成，磁铁451所在位置作为镜片切换轮盘41的零位位置，磁铁451触发霍尔传感器452时产生零位信号。利用零位触发装置45可方便地实现镜片切换轮盘41的复位。
在本实施例中，支撑顶板52的后端连接有前端支撑板6，前端支撑板6的前端面上具有两个半圆开口环61，两个半圆开口环61上下对称套于镜头11的后端端口上，两个半圆开口环61相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使镜头11的后端端口嵌装于前端支撑板6上，镜片切换轮盘41活动安装于前端支撑板6的后端面上。
在本实施例中，光圈调节环111的初始位置为：第一驱动电机22驱动第一环状夹具21正向带动光圈调节环111转动，使第一限位接触点243触发第1个第一限位开关241；第一驱动电机22驱动第一环状夹具21反向带动光圈调节环111转动，使第二限位接触点245触发第2个第一限位开关242，记第一驱动电机22反向工作时的旋转步数为Amax；第一驱动电机22驱动第一环状夹具21正向带动光圈调节环111转动，第一驱动电机22旋转
Figure BDA0002682631090000101
步时光圈调节环111所处的位置为初始位置；其中，Amax为正整数，int()为取整函数。对焦调节环113的初始位置为：第二驱动电机32驱动第二环状夹具31正向带动对焦调节环113转动，使第四限位接触点345触发第1个第二限位开关341；第二驱动电机32驱动第二环状夹具31反向带动对焦调节环113转动，使第三限位接触点343触发第2个第二限位开关342，记第二驱动电机32反向工作时的旋转步数为Bmax；第二驱动电机32驱动第二环状夹具31正向带动对焦调节环113转动，第二驱动电机32旋转
Figure BDA0002682631090000102
步时对焦调节环113所处的位置为初始位置；其中，Bmax为正整数，int()为取整函数。光学镜片43的标定位置为：对于第n片光学镜片43，其标定位置为pn，
Figure BDA0002682631090000111
其中，1≤n≤N，N表示镜片切换轮盘41上安装的光学镜片43的总片数，在确定镜片切换轮盘41转动方向的前提下指定一片光学镜片43为第1片光学镜片43，并按镜片切换轮盘41转动的方向从第1片光学镜片开始按序标号，n为第n片光学镜片43的标号，Δn1表示镜片切换轮盘41处于零位位置后第三驱动电机42驱动镜片切换轮盘41转动、在第1片光学镜片43的中心轴线首次与镜头11的中心轴线在同一直线上时第三驱动电机42旋转的步数，Δn2表示第三驱动电机42旋转Δn1步的基础上继续驱动镜片切换轮盘41转动、在第1片光学镜片43的中心轴线第2次与镜头11的中心轴线在同一直线上时第三驱动电机42继续旋转的步数。在操作时先控制第三驱动电机42驱动镜片切换轮盘41处于零位位置；控制第三驱动电机42驱动镜片切换轮盘41转动(顺时针转动或逆时针转动，在实际操作时选定一个方向转动即可)，在第1片光学镜片43的中心轴线首次与镜头11的中心轴线在同一直线上时，第三驱动电机42旋转了Δn1；控制第三驱动电机42继续驱动镜片切换轮盘41转动，在第1片光学镜片43的中心轴线第2次与镜头11的中心轴线在同一直线上时，第三驱动电机42又旋转了Δn2，这样第n片光学镜片43的标定位置为
Figure BDA0002682631090000112
在光学镜片43的标定位置确定后上紧用于固定第一限位环244的紧固件，即控制第一驱动电机22使光圈调节环111调节至最大值，在第二限位接触点245刚好触发第2个第一限位开关242时上紧用于固定第一限位环244的紧固件。
在本实施例中，镜头11直接选用C口定焦镜头；相机12直接选用现有的工业相机；第一驱动电机22、第二驱动电机32和第三驱动电机42均采用现有的减速步进电机；光学镜片43可以为各种类型的减光片、滤光片和衰减片等；第一电机齿轮23、第二电机齿轮33和第三电机齿轮44均为普通齿轮；两个第一限位开关241、242和两个第二限位开关341、342均采用现有的限位开关；霍尔传感器452采用现有技术；控制第一驱动电机22实现自动调节光圈、控制第二驱动电机32实现自动对焦、控制第三驱动电机42实现镜片切换的控制过程均可通过现有的技术手段来实现。

Claims (9)

1.一种可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于由图像采集装置、光圈调节装置、对焦装置和镜片切换装置组成，所述的图像采集装置包括镜头和相机，所述的镜头具有光圈调节环、镜头筒和对焦调节环，所述的相机设置于所述的镜头的正后方，所述的相机的镜头座的中心轴线与所述的镜头的中心轴线在同一直线上，所述的光圈调节装置包括夹装于所述的光圈调节环上的第一环状夹具和用于驱动所述的第一环状夹具带动所述的光圈调节环转动的第一驱动电机，所述的对焦装置包括夹装于所述的对焦调节环上的第二环状夹具和用于驱动所述的第二环状夹具带动所述的对焦调节环转动的第二驱动电机，所述的镜片切换装置包括镜片切换轮盘和用于驱动所述的镜片切换轮盘转动的第三驱动电机，所述的镜片切换轮盘设置于所述的镜头与所述的相机之间，所述的镜片切换轮盘上沿周向均匀设置有多片不同用途的光学镜片，转动所述的镜片切换轮盘使任一片所述的光学镜片对准所述的镜头和所述的相机的镜头座且该所述的光学镜片的中心轴线与所述的镜头的中心轴线在同一直线上；
所述的镜头筒上连接有支架，所述的支架包括两个半圆环和支撑顶板，两个所述的半圆环上下对称套于所述的镜头筒上，两个所述的半圆环相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使两个所述的半圆环抱紧所述的镜头筒，位于上方的所述的半圆环的外环面的中部上向上延伸设置有凸起，所述的支撑顶板固定于所述的凸起上使所述的支撑顶板的下方形成有用于容纳所述的第一驱动电机和所述的第二驱动电机的容纳空间，所述的第一驱动电机和所述的第二驱动电机水平固定于所述的支撑顶板的底部上，且所述的第一驱动电机的输出轴朝向前方，所述的第二驱动电机的输出轴朝向后方。
2.根据权利要求1所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的光圈调节装置还包括第一电机齿轮，所述的第一驱动电机水平设置，所述的第一驱动电机的输出轴与所述的第一电机齿轮连接，所述的第一环状夹具由第一带齿开口环和第一无齿开口环组成，所述的第一带齿开口环的外环面呈齿轮结构，所述的第一无齿开口环的外环面为光面，所述的第一带齿开口环和所述的第一无齿开口环的内环面均为光面，所述的第一带齿开口环的第一端与所述的第一无齿开口环的第一端一体连接形成有一个与所述的光圈调节环相适配的第一内孔，所述的第一带齿开口环和所述的第一无齿开口环套于所述的光圈调节环上后通过第一紧固件连接所述的第一带齿开口环的第二端与所述的第一无齿开口环的第二端，使所述的第一环状夹具抱紧所述的光圈调节环，所述的第一带齿开口环的外环面上的齿轮结构与所述的第一电机齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的光圈调节装置还包括第一限位组件，所述的第一限位组件由两个第一限位开关、第一限位接触点、第一限位环组成，所述的第一限位环为开口环，所述的第一限位环通过紧固件夹装于所述的光圈调节环上且位于所述的第一环状夹具的后方，第1个所述的第一限位开关设置于所述的第一环状夹具的正下方，第2个所述的第一限位开关设置于所述的第一限位环的正下方，所述的第一限位接触点设置于所述的第一带齿开口环的第一端上，所述的第一限位环具有一个第二限位接触点，所述的光圈调节环调节至最小值时所述的第一限位接触点刚好触发第1个所述的第一限位开关，所述的光圈调节环调节至最大值时所述的第二限位接触点刚好触发第2个所述的第一限位开关。
4.根据权利要求3所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的对焦装置还包括第二电机齿轮，所述的第二驱动电机水平设置，所述的第二驱动电机的输出轴与所述的第二电机齿轮连接，所述的第二环状夹具由第二带齿开口环和第二无齿开口环组成，所述的第二带齿开口环的外环面呈齿轮结构，所述的第二无齿开口环的外环面为光面，所述的第二带齿开口环和所述的第二无齿开口环的内环面均为光面，所述的第二带齿开口环的第一端与所述的第二无齿开口环的第一端一体连接形成有一个与所述的对焦调节环相适配的第二内孔，所述的第二带齿开口环和所述的第二无齿开口环套于所述的对焦调节环上后通过第二紧固件连接所述的第二带齿开口环的第二端与所述的第二无齿开口环的第二端，使所述的第二环状夹具抱紧所述的对焦调节环，所述的第二带齿开口环的外环面上的齿轮结构与所述的第二电机齿轮啮合。
5.根据权利要求4所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的对焦装置还包括第二限位组件，所述的第二限位组件由两个第二限位开关、第三限位接触点、第二限位环组成，所述的第二限位环为开口环，所述的第二限位环通过紧固件夹装于所述的对焦调节环上且位于所述的第二环状夹具的前方，第1个所述的第二限位开关设置于所述的第二限位环的正下方，第2个所述的第二限位开关设置于所述的第二环状夹具的正下方，所述的第三限位接触点设置于所述的第二带齿开口环的第一端上，所述的第二限位环具有一个第四限位接触点，所述的对焦调节环调节至最大值时所述的第三限位接触点刚好触发第2个所述的第二限位开关，所述的对焦调节环调节至最小值时所述的第四限位接触点刚好触发第1个所述的第二限位开关。
6.根据权利要求1所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的镜片切换装置还包括第三电机齿轮，所述的第三驱动电机水平设置，所述的第三驱动电机的输出轴与所述的第三电机齿轮连接，所述的镜片切换轮盘的外圆形面呈齿轮结构，所述的镜片切换轮盘的外圆形面上的齿轮结构与所述的第三电机齿轮啮合，所述的镜片切换轮盘上沿周向均匀开设有多个尺寸相同的镜片安装台阶通孔，每片所述的光学镜片安装于一个所述的镜片安装台阶通孔内。
7.根据权利要求6所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的镜片切换装置还包括零位触发装置，所述的零位触发装置由安装于所述的镜片切换轮盘上的磁铁和位置固定不动的霍尔传感器组成，所述的磁铁所在位置作为所述的镜片切换轮盘的零位位置，所述的磁铁触发所述的霍尔传感器时产生零位信号。
8.根据权利要求7所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的支撑顶板的后端连接有前端支撑板，所述的前端支撑板的前端面上具有两个半圆开口环，两个所述的半圆开口环上下对称套于所述的镜头的后端端口上，两个所述的半圆开口环相对的端头之间通过夹紧螺丝连接，使所述的镜头的后端端口嵌装于所述的前端支撑板上，所述的镜片切换轮盘活动安装于所述的前端支撑板的后端面上。
9.根据权利要求5所述的可自动对焦、调节光圈和切换镜片的焊缝视觉传感器，其特征在于所述的光圈调节环的初始位置为：所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具正向带动所述的光圈调节环转动，使所述的第一限位接触点触发第1个所述的第一限位开关；所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具反向带动所述的光圈调节环转动，使所述的第二限位接触点触发第2个所述的第一限位开关，记所述的第一驱动电机反向工作时的旋转步数为Amax；所述的第一驱动电机驱动所述的第一环状夹具正向带动所述的光圈调节环转动，所述的第一驱动电机旋转
Figure FDA0003172512990000031
步时所述的光圈调节环所处的位置为初始位置；其中，Amax为正整数，int()为取整函数；
所述的对焦调节环的初始位置为：所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具正向带动所述的对焦调节环转动，使所述的第四限位接触点触发第1个所述的第二限位开关；所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具反向带动所述的对焦调节环转动，使所述的第三限位接触点触发第2个所述的第二限位开关，记所述的第二驱动电机反向工作时的旋转步数为Bmax；所述的第二驱动电机驱动所述的第二环状夹具正向带动所述的对焦调节环转动，所述的第二驱动电机旋转
Figure FDA0003172512990000041
步时所述的对焦调节环所处的位置为初始位置；其中，Bmax为正整数，int()为取整函数；
所述的光学镜片的标定位置为：对于第n片光学镜片，其标定位置为pn，
Figure FDA0003172512990000042
其中，1≤n≤N，N表示所述的镜片切换轮盘上安装的光学镜片的总片数，在确定所述的镜片切换轮盘转动方向的前提下指定一片所述的光学镜片为第1片所述的光学镜片，并按所述的镜片切换轮盘转动的方向从第1片所述的光学镜片开始按序标号，n为第n片光学镜片的标号，Δn1表示所述的镜片切换轮盘处于零位位置后所述的第三驱动电机驱动所述的镜片切换轮盘转动、在第1片所述的光学镜片的中心轴线首次与所述的镜头的中心轴线在同一直线上时所述的第三驱动电机旋转的步数，Δn2表示所述的第三驱动电机旋转Δn1步的基础上继续驱动所述的镜片切换轮盘转动、在第1片所述的光学镜片的中心轴线第2次与所述的镜头的中心轴线在同一直线上时所述的第三驱动电机继续旋转的步数。
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