CN114079711A - 线阵相机激光补光共线调整装置和调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线阵相机激光补光共线调整装置和调整方法。该线阵相机激光补光共线调整装置包括固定底板(3)、激光器(1)、线阵相机(2)、第一调整组件和第二调整组件，第一调整组件和第二调整组件安装在固定底板(3)上，激光器(1)安装在第一调整组件上，线阵相机(2)安装在第二调整组件上，第一调整组件能够调整激光器(1)的高度，第二调整组件能够调整线阵相机(2)的俯仰角度和旋转角度。根据本发明的线阵相机激光补光共线调整装置，能够保证线阵相机与激光补光线型中心完全共线，避免造成图像边缘补光不充分以及成像不合格问题的发生。

Description

线阵相机激光补光共线调整装置和调整方法

技术领域

本发明涉及结构物表面状况检测技术领域，特别涉及一种线阵相机激光补光共线调整装置和调整方法。

背景技术

线阵相机是一种采用线性图像传感器的工业相机。线阵相机采集宽度方向有1-2个像素，而采集扫描方向却有2K，4K，8K像素。当前，4K，8K线阵相机已广泛应用于结构物表面状况检测领域。在结构物表面状况检测，尤其是沿一定方向有非常长的距离时，线阵相机的优势非常明显。比如道路、隧道、列车、流水线等。在这样的应用环境下，线阵相机可以利用指定方向上的DMI信号输入作为扫描触发条件，自动生成检测目标物的连续图像。

在上述检测领域，常用的补光方法有LED补光技术和激光补光技术。两者相比，LED补光方案，光能量不集中，发热量大，需要体积庞大的散热系统，因此市场上的LED补光设备外形尺寸都很大；而激光补光类产品能量集中，集成度高，一般都能在正常工作距离形成稳定的一字线光带，例如，通过更换不同光学棱镜，就可以形成40°～100°视场角的一字线光带，因此在结构物表面状况检测设备中，大量采用激光补光技术。

在进行结构物表面状况检测时，经常出现环境光线无法满足线阵相机全天候的高清晰图像采集条件要求，因此一般需要为线阵相机增加主动照明设备。目前主要采用的激光补光技术，由于线阵相机的采集线平面和一字线激光投射面安装误差，无法达到采集线平面/激光投射面的绝对水平，设备安装时也很难实现理想状态下两者共面。通常设备安装完毕后，容易出现激光投射出的一字线与线阵相机的采集线在视场范围内成交叉或平行分离状态，两个平面无法有效重叠。

在对线阵相机和一字线激光进行共线调整时，目前技术常采用的步骤为：先调平一字线激光并在目标面标出激光投射一字线线型，再通过不断调整线阵相机机械位置，使相机采集线完全处于激光投射一字线范围内，以达到两者共线的目的。传统调整方法通常采用在相机安装板或一字线激光安装板下方增加垫片来进行共线调整，这种调整装置操作误差大，精度难以控制，在实际应用中较难达到线阵相机采集线与一字线激光投射线中心共线。

例如：2m的工作距离，线阵相机采集到的目标物分辨率为1-2mm，一字线激光形成的线型宽度约为5mm，按以上共线调整办法很难判定相机的采集线完全处于激光投射一字线区域的中心。在道路、隧道表面检测过程中，车辆行驶中的颠簸会造成检测设备工作距离变化，导致线阵相机与激光补光线型中心不完全共线，造成图像边缘补光不充分以及成像不合格问题的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种线阵相机激光补光共线调整装置和调整方法，能够保证线阵相机与激光补光线型中心完全共线，避免造成图像边缘补光不充分以及成像不合格问题的发生。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种线阵相机激光补光共线调整装置，包括固定底板、激光器、线阵相机、第一调整组件和第二调整组件，第一调整组件和第二调整组件安装在固定底板上，激光器安装在第一调整组件上，线阵相机安装在第二调整组件上，第一调整组件能够调整激光器的高度，第二调整组件能够调整线阵相机的俯仰角度和旋转角度。

本发明的线阵相机激光补光共线调整装置，能够利用第一调整组件调整激光器的高度，利用第二调整组件调整线阵相机的俯仰角度和旋转角度，因此可以通过对激光器和线阵相机的调节，采用较简单的步骤就能够实现对于激光器和线阵相机的共线调整，实现相机采集图像质量的大幅优化，保证线阵相机与激光补光线型中心完全共线，避免造成图像边缘补光不充分以及成像不合格问题的发生。

附图说明

图1示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的立体结构示意图；

图2示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的第一调整组件的立体结构示意图；

图3示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的第二调整组件的侧视结构示意图；

图4示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的俯仰调节组件的局部放大结构图；

图5示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的第二调整组件的后视结构示意图；

图6示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置的第二调整组件的分解结构示意图；

图7至图9示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调整装置在线阵相机旋转调节过程中的随动环板运动过程图；

图10示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调节方法的中心位置交叉示意图；

图11示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调节方法的初步共线示意图；

图12示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调节方法的激光笔辅助打点示意图；

图13示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调节方法的微调共线最终结果示意图；

图14示出了本发明实施例的线阵相机激光补光共线调节方法调整后，1-3m工作距离共线保持情况；

图15是使用本发明的线阵相机激光补光共线调节方法后线阵相机夜晚所采集的图像。

图中附图标记：1、激光器；2、线阵相机；3、固定底板；4、高度调节板；5、压紧结构；6、固定槽；7、导槽；8、导轨；9、限位结构；10、立板；11、压紧螺钉；12、第二调整基座；13、旋转环板；14、弧形槽；15、第一耳座；16、第一调节螺杆；17、安装座；18、调节螺母；19、压缩弹簧；20、扩展侧板；21、导向槽；22、第一调节螺栓；23、第二耳座；24、第二调节螺杆；25、安装孔；26、随动环板；27、限位螺钉；28、垫片；29、第一调整基座；30、铰接件。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1至图15所示，根据本发明的实施例，线阵相机激光补光共线调整装置包括固定底板3、激光器1、线阵相机2、第一调整组件和第二调整组件，第一调整组件和第二调整组件安装在固定底板3上，激光器1安装在第一调整组件上，线阵相机2安装在第二调整组件上，第一调整组件能够调整激光器1的高度，第二调整组件能够调整线阵相机2的俯仰角度和旋转角度。

本发明的线阵相机激光补光共线调整装置，能够利用第一调整组件调整激光器1的高度，利用第二调整组件调整线阵相机2的俯仰角度和旋转角度，因此可以通过对激光器1和线阵相机2的调节，采用较简单的步骤就能够实现对于激光器1和线阵相机2的共线调整，实现相机采集图像质量的大幅优化，保证线阵相机与激光补光线型中心完全共线，避免造成图像边缘补光不充分以及成像不合格问题的发生。

第一调整组件包括第一调整基座29、高度调节板4和压紧结构5，第一调整基座29固定在固定底板3上，高度调节板4高度能够调节地安装在第一调整基座29上，压紧结构5安装在高度调节板4上，并与高度调节板4之间形成固定激光器1的固定槽6。在本实施例中，压紧结构5例如为半压环，半压环的两端设置有压板，半压环两端的压板通过压紧螺钉11固定安装在高度调节板4的顶部。在高度调节板4的顶部设置有半圆形槽，半压环也具有半圆形槽，高度调节板4上的半圆形槽与半压环上的半圆形槽相配合，形成圆形的固定槽6，激光器安装固定在该固定槽6内。

激光器1为一字线激光器，一字线激光器可以绕Z轴调节投射出一字线角度，一字线激光调平后使用压紧螺钉11锁紧半压环和一字线激光器。

第一调整基座29与高度调节板4之间形成滑动导向结构，滑动导向结构上设置有用于对高度调节板4的滑动位置进行限位的限位结构9。

第一调整基座29的两个相对侧分别设置有立板10，立板10的相对侧设置有沿上下方向延伸的导槽7，高度调节板4对应于立板10的侧面设置有导轨8，导轨8滑动设置在导槽7内，立板10上设置有限位槽，限位结构9包括锁紧螺钉，锁紧螺钉从限位槽的外侧经限位槽固定安装在高度调节板4上，并能够锁紧高度调节板4的位置。

在需要调节激光器1的高度时，可以首先松开锁紧螺钉，然后控制高度调节板4相对于立板10进行滑动，当高度调节板4滑动到所需位置时，可以拧紧锁紧螺钉，使得锁紧螺钉的螺栓头能够压紧在立板10上，从而将高度调节板4固定在该位置，使得激光器1能够保持在所需位置。

第二调节组件包括第二调整基座12、旋转环板13和旋转调节组件，旋转环板13通过旋转调节组件能够转动地安装在第二调整基座12上，线阵相机2安装在旋转环板13上。

由于线阵相机2安装在旋转环板13上，因此，当调节旋转环板13相对于第二调整基座12的转动位置时，也相应实现了对于线阵相机2的旋转调节，可以方便调节线阵相机2与激光器1的共线。

第二调整基座12上设置有弧形槽14，旋转环板13上设置有第一耳座15，第一耳座15伸出弧形槽14外，并能够沿着弧形槽14的导向滑动，旋转调节组件的驱动端与第一耳座15连接。由于旋转环板13相对于第二调整基座12的转动为绕旋转环板13的中心玄幻，因此，在第二调整基座12上设置弧形槽14，并使得旋转环板13上的第一耳座15伸出该弧形槽14外，就可以在进行线阵相机2的旋转调节的过程中，避免弧形槽14对于线阵相机2的旋转调节造成阻碍，保证了线阵相机2旋转调节的有效性和调节效率。

在本实施例中，第一耳座15包括有滑动孔，旋转调节组件包括第一调节螺杆16，第二调整基座12上设置有安装座17，第一调节螺杆16与安装座17螺接，第一调节螺杆16的端部穿过滑动孔，第一调节螺杆16穿出滑动孔的部分设置有调节螺母18，第一耳座15与安装座17之间设置有压缩弹簧19。

由于安装座17上的孔采用了光孔形成滑动孔，因此不会对第一调节螺杆16在第一耳座15上的滑动造成阻碍，在需要调节线阵相机2的旋转角度时，只需要调整调节螺母18在第一调节螺杆16上的轴向锁紧位置，在压缩弹簧的弹力作用下，就可以实现对第一耳座15的周向转动调节，进而通过第一耳座15实现对于旋转环板13的旋转角度的调节。

第二调整基座12对应位置开弧形长槽孔，使用锁紧螺丝与旋转环板13固定，旋转环板13的第一耳座15上设竖向长槽孔，压缩弹簧19置于第一耳座15上的耳板固定块和旋转环板13之间，中间加垫片28，调整调节螺母18使压缩弹簧19保持一定弹力。配合线阵相机调整基座弧形长槽孔和旋转环板13上的导向块，拧动第一调节螺杆16推动旋转环板13转动实现相机旋转调节。

第二调节组件还包括俯仰调节组件，俯仰调节组件用于调节线阵相机2的俯仰角度。

旋转环板13上设置有两个扩展侧板20，两个扩展侧板20相对设置，线阵相机2安装在两个扩展侧板20之间，扩展侧板20上设置有导向槽21，线阵相机2的顶部通过第一调节螺栓22安装在导向槽21内，线阵相机2的底部通过铰接件30铰接在扩展侧板20上，线阵相机2的顶部还设置有第二耳座23，俯仰调节组件与第二耳座23连接。铰接件30例如为铰轴或者螺杆。

由于线阵相机2的顶部活动设置在扩展侧板20上，底部通过铰接件30铰接在扩展侧板20上，因此使得线阵相机2能够相对于扩展侧板20绕铰接轴转动，可以实现对线阵相机2的俯仰角度的调节。当调节完成之后，可以通过第一调节螺栓22与线阵相机2之间的螺接关系使得第一调节螺栓22压紧在扩展侧板20上，实现对线阵相机2的俯仰位置的固定。

在其中一个实施例中，俯仰调节组件包括第二调节螺杆24，第二调节螺杆24的一端固定在旋转环板13上，第二调节螺杆24的另一端能够滑动地穿设在第二耳座23上，第二调节螺杆24穿出第二耳座23的部分设置有调节螺母18，第二耳座23与旋转环板13之间设置有压缩弹簧19。在本实施例中，由于俯仰调节组件设置在旋转环板13上，因此使得俯仰调节组件与旋转环板13一同转动，两者之间不存在转动干涉问题，使得线阵相机的俯仰调节和旋转调节相互不会干涉，方便进行线阵相机的俯仰角度调节和旋转角度调节。

在另外一个实施例中，第二耳座23上设置有安装孔25，安装孔25内设置有随动环板26，随动环板26包括有条形孔，随动环板26能够转动地安装在安装孔25内，俯仰调节组件包括第二调节螺杆24，第二调节螺杆24的一端从随动环板26穿出，第二调节螺杆24穿出第二耳座23的部分设置有调节螺母18，第二耳座23与旋转环板13之间设置有压缩弹簧19，第二调节螺杆24的另一端安装在第二调整基座12上。在本实施例中，由于俯仰调节组件的第二调节螺杆24安装在第二调整基座12上，因此不会随旋转环板13一同转动，如此一来，就容易对旋转环板13的转动造成阻碍。为了解决这一问题，本申请增加了随动环板26，第二耳座23上的安装孔25为台阶孔，随动环板26为台阶板，该台阶板安装在台阶孔内，并由台阶孔形成止挡，在台阶孔的大孔端周侧，第二耳座23上还设置有限位螺钉27，限位螺钉27为至少两个，并相对于台阶孔的中心对称，能够在随动环板26的外侧形成阻挡，使得随动环板26保持在安装孔25内，不会从安装孔25内脱出。

由于随动环板26上有条形孔，且能够相对于第二耳座23发生转动，而第二调节螺杆24穿设在条形孔内，因此，当旋转环板13转动时，第二调节螺杆24会在条形孔内滑动，同时随动环板26会发生转动，使得第二调节螺杆24能够随着旋转环板13转动位置的不同而调整在随动环板26内的位置，避免第二调节螺杆24对于旋转环板13的转动造成阻碍，保证对于线阵相机2的旋转角度的顺利调节。

在本实施例中，俯仰调整组件还包括垫片，第二调整基座12上的对应位置开螺纹孔，旋转环板13的对应位置开弧形长槽孔，线阵相机顶部的第二耳座23设随动环板26，压缩弹簧19置于旋转环板13和相机顶部的第二耳座23之间，弹簧两端加垫片28，调整调节螺母18使压缩弹簧保持一定弹力，配合相机扩展侧板20上的第一调节螺栓22以及铰接件30，拧动第一调节螺杆16螺推动线阵相机顶部的第二耳座23实现线阵相机的俯仰调节。

根据本发明的实施例，一种上述的线阵相机激光补光共线调整装置的线阵相机激光补光共线调整方法包括：开启激光器1；将一字线激光投射线调平；调整线阵相机2的中心与激光器1的中心高度基本重合；调整线阵相机2的俯仰角度和旋转角度，使得线阵相机2采集线与激光补光完全共线。

调整线阵相机2的俯仰角度和旋转角度，使得线阵相机2采集线与激光补光完全共线的步骤包括：在目标平面找出激光投射一字线轮廓；调整线阵相机2的俯仰角度，使采集到的图像中间位置出现亮光带；旋转调节线阵相机2，使线阵相机2采集到的图像全场逐渐明亮；调弱激光器1，对激光投射一字线线型的两端中心位置使用激光打点；继续旋转调节线阵相机2角度，使采集到的图像两端同时出现细光柱，完成线阵相机2采集线与激光补光的完全共线。

通过本申请的上述方法，能够实现线阵相机2和激光器1的共线调整，达到不受工作距离变化影响共线调整的效果，调节快速准确。

与现有技术相比，本发明的改进之处如下：

1、本发明所述的线阵相机激光补光共线调整方法原理清晰、方法简单，调整方便。

2、本发明所述的线阵相机激光补光共线调整方法适合绝大多数线阵相机和一字线激光补光激光的共线调整。

3、本发明所述共线调整方法操作简捷，效率高，简单两步即可实现相机采集图像质量的大幅优化，达到现有共线调整的效果；完成最后一步即可实现线阵相机和激光补光的中心共线，达到不受工作距离变化影响共线调整的效果。

4、本发明所述方法可以使用本发明所述共线调整装置在实验室或现场共线调整，不受使用环境影响。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，包括固定底板(3)、激光器(1)、线阵相机(2)、第一调整组件和第二调整组件，所述第一调整组件和第二调整组件安装在所述固定底板(3)上，所述激光器(1)安装在所述第一调整组件上，所述线阵相机(2)安装在所述第二调整组件上，所述第一调整组件能够调整所述激光器(1)的高度，所述第二调整组件能够调整所述线阵相机(2)的俯仰角度和旋转角度。

2.根据权利要求1所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第一调整组件包括第一调整基座(29)、高度调节板(4)和压紧结构(5)，所述第一调整基座(29)固定在所述固定底板(3)上，所述高度调节板(4)高度能够调节地安装在所述第一调整基座(29)上，所述压紧结构(5)安装在所述高度调节板(4)上，并与所述高度调节板(4)之间形成固定所述激光器(1)的固定槽(6)。

3.根据权利要求2所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第一调整基座(29)与所述高度调节板(4)之间形成滑动导向结构，所述滑动导向结构上设置有用于对所述高度调节板(4)的滑动位置进行限位的限位结构(9)。

4.根据权利要求3所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第一调整基座(29)的两个相对侧分别设置有立板(10)，所述立板(10)的相对侧设置有沿上下方向延伸的导槽(7)，所述高度调节板(4)对应于所述立板(10)的侧面设置有导轨(8)，所述导轨(8)滑动设置在所述导槽(7)内，所述立板(10)上设置有限位槽，所述限位结构(9)包括锁紧螺钉，所述锁紧螺钉从所述限位槽的外侧经所述限位槽固定安装在所述高度调节板(4)上，并能够锁紧所述高度调节板(4)的位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第二调节组件包括第二调整基座(12)、旋转环板(13)和旋转调节组件，所述旋转环板(13)通过所述旋转调节组件能够转动地安装在所述第二调整基座(12)上，所述线阵相机(2)安装在所述旋转环板(13)上。

6.根据权利要求5所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第二调整基座(12)上设置有弧形槽(14)，所述旋转环板(13)上设置有第一耳座(15)，所述第一耳座(15)伸出所述弧形槽(14)外，并能够沿着所述弧形槽(14)的导向滑动，所述旋转调节组件的驱动端与所述第一耳座(15)连接。

7.根据权利要求6所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第一耳座(15)包括有滑动孔，所述旋转调节组件包括第一调节螺杆(16)，所述第二调整基座(12)上设置有安装座(17)，所述第一调节螺杆(16)与所述安装座(17)螺接，所述第一调节螺杆(16)的端部穿过所述滑动孔，所述第一调节螺杆(16)穿出所述滑动孔的部分设置有调节螺母(18)，所述第一耳座(15)与所述安装座(17)之间设置有压缩弹簧(19)。

8.根据权利要求5所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第二调节组件还包括俯仰调节组件，所述俯仰调节组件用于调节所述线阵相机(2)的俯仰角度。

9.根据权利要求8所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述旋转环板(13)上设置有两个扩展侧板(20)，两个所述扩展侧板(20)相对设置，所述线阵相机(2)安装在两个所述扩展侧板(20)之间，所述扩展侧板(20)上设置有导向槽(21)，所述线阵相机(2)的顶部通过第一调节螺栓(22)安装在所述导向槽(21)内，所述线阵相机(2)的底部通过铰接件(30)铰接在所述扩展侧板(20)上，所述线阵相机(2)的顶部还设置有第二耳座(23)，所述俯仰调节组件与所述第二耳座(23)连接。

10.根据权利要求9所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述俯仰调节组件包括第二调节螺杆(24)，所述第二调节螺杆(24)的一端固定在所述旋转环板(13)上，所述第二调节螺杆(24)的另一端能够滑动地穿设在所述第二耳座(23)上，所述第二调节螺杆(24)穿出所述第二耳座(23)的部分设置有调节螺母(18)，所述第二耳座(23)与所述旋转环板(13)之间设置有压缩弹簧(19)。

11.根据权利要求9所述的线阵相机激光补光共线调整装置，其特征在于，所述第二耳座(23)上设置有安装孔(25)，所述安装孔(25)内设置有随动环板(26)，所述随动环板(26)包括有条形孔，所述随动环板(26)能够转动地安装在所述安装孔(25)内，所述俯仰调节组件包括第二调节螺杆(24)，所述第二调节螺杆(24)的一端从所述随动环板(26)穿出，所述第二调节螺杆(24)穿出所述第二耳座(23)的部分设置有调节螺母(18)，所述第二耳座(23)与所述旋转环板(13)之间设置有压缩弹簧(19)，所述第二调节螺杆(24)的另一端安装在所述第二调整基座(12)上。

12.一种如权利要求1至11中任一项所述的线阵相机激光补光共线调整方法，其特征在于，包括：

开启激光器(1)；

将一字线激光投射线调平；

调整线阵相机(2)的中心与激光器(1)的中心高度基本重合；

调整线阵相机(2)的俯仰角度和旋转角度，使得线阵相机(2)采集线与激光补光完全共线。

13.根据权利要求12所述的线阵相机激光补光共线调整方法，其特征在于，调整线阵相机(2)的俯仰角度和旋转角度，使得线阵相机(2)采集线与激光补光完全共线的步骤包括：

在目标平面找出激光投射一字线轮廓；

调整线阵相机(2)的俯仰角度，使采集到的图像中间位置出现亮光带；

旋转调节线阵相机(2)，使线阵相机(2)采集到的图像全场逐渐明亮；

调弱激光器(1)，对激光投射一字线线型的两端中心位置使用激光打点；

继续旋转调节线阵相机(2)角度，使采集到的图像两端同时出现细光柱，完成线阵相机(2)采集线与激光补光的完全共线。

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