CN210297863U - 一种高集成度的工业智能相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高集成度的工业智能相机，包括：相机本体，所述相机本体内安装有CMOS板，所述CMOS板连接在FPGA控制板上，所述FPGA控制板兼具图像处理器及FPGA处理功能，其特征在于，所述相机本体的前端可拆卸安装有光源模块，所述光源模块的中央开设有供相机镜头贯穿的通孔，所述通孔的旁侧设有测距模块，所述测距模块与于所述FPGA控制板信号连通，所述光源模块包括排布有灯珠的光源板，所述光源板与所述FPGA控制板通过接插口连接，所述FPGA控制板的一对或两对对角上还设有可视激光灯，所述可视激光灯的开关及闪烁频率、所述光源板上每个灯珠的开关及亮度、所述测距模块的开关均经由所述FPGA控制板进行调节控制。该产品体积小，功能齐全且运行效率高。

Description

一种高集成度的工业智能相机

技术领域

本实用新型属于嵌入式机器视觉技术领域，涉及一种高集成度的工业智能相机。

背景技术

工业智能相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。工业智能相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。因此，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

目前虽有将工业相机和工控电脑集成于一体的工业智能相机，但仍存在一些不足。例如，现有的工业智能相机一般需配备光源，通过线缆与光源连接，使用不便；且无法直接确定被拍摄目标是否已进入镜头视野中，每次需通过外接显示屏观察进行定位，特别是在被拍摄物体尺寸不一致而仅仅需要拍摄个别尺寸的目标物时，不仅无法进行选择性拍摄，而且需要不断调节焦距来实现拍摄，从而增加了不必要的时间与经济成本。同时，现有使用Intel CPU处理器的工业相机机身体积较大，无法适用于需要小型工业智能相机的工作环境。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种高集成度的工业智能相机，该相机集成有可调节光源，采用十字激光对检测范围定位，同时还可通过测距模块获取测距相关参数并对拍摄目标进行选择性拍摄，具有运行效率高的优势。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高集成度的工业智能相机，包括：相机本体，所述相机本体内安装有CMOS板，所述CMOS板连接在FPGA控制板上，所述FPGA控制板兼具图像处理器及FPGA处理功能，其特征在于，所述相机本体的前端可拆卸安装有光源模块，所述光源模块的中央开设有供相机镜头贯穿的通孔，所述通孔的旁侧设有测距模块，所述测距模块与于所述FPGA控制板信号连通，所述光源模块包括排布有灯珠的光源板，所述光源板与所述FPGA控制板通过接插口连接，所述FPGA控制板的一对或两对对角上还设有可视激光灯，所述可视激光灯的开关及闪烁频率、所述光源板上每个灯珠的开关及亮度、所述测距模块的开关均经由所述FPGA控制板进行调节控制。

本技术方案使得本工业相机无需外接光源，其自带的光源模块由FPGA控制板根据实际环境和需求控制补光，更加灵活；同时本工业相机可以通过可视激光灯对需要拍摄画面进行定位，无需每次需通过外接显示屏观察进行定位。

优选地，所述光源模块还包括灯罩和柔光板，所述光源板安装于灯罩内，所述柔光板安装于灯罩光源出口侧。

本优化方案带来的优化效果是使灯光均匀照射，减少检测物体反光。

优选地，所述光源模块平行于端面的横截面呈十字形，所述测距模块接设于所述光源板上。

更优选地，所述光源板上的灯珠按照3环12路排布，共48颗灯珠。

优选地，所述光源模块平行于端面的横截面呈长条形，所述光源板对称分布于横向上的两端，所述光源板可通过旋转螺丝调节偏转角度，所述测距模块固定于所述相机本体前端端面上，接设于所述FPGA控制板。

优选地，所述光源模块采用可视光或红外光作为光源。

优选地，所述可视激光灯的灯光为十字型。

优选地，所述可视激光灯的灯光为L型，灯光L的90度角均朝向所述FPGA控制板中心。

优选地，所述相机本体上还外接有移动终端，所述移动终端用于显示采集的图像及相关参数并为使用者提供操作入口。

本实用新型的有益效果如下：

(1)使用安装于相机本体上的光源模块给被拍摄物体打光，不需要通过电线电缆额外接设光源，且光源模块为可拆卸安装，根据使用需求可更换不同类型的光源模块，使得成像质量更高，光源分为多路灯光，单路及单个灯珠均可调节(开关及亮度)，从而能够适应更多环境补光或消除反光。

(2)采用可视激光灯对拍摄范围进行粗略定位，即使在相机未外接显示器时亦能辅助定位实现准确拍摄。

(3)在光源模块上集成有单个或多个测距模块，通过测距传感器不仅可以测量相机与拍摄面的垂直距离，测量被拍摄物体的前进速度及尺寸，而且，可以预先设定需要拍摄物体的高度/宽度以及相应的焦距，只有当满足预设条件的物体经过时，才启动拍摄，既能够实现快速自动对焦，且大大减少了不必要的算法损耗。

(4)本实用新型所述相机的CPU核心板虽然选用集成Intel CPU处理器，但机身体积小，约为普通采用Intel CPU处理器相机体积的0.15倍。

附图说明

图1为本实用新型一种智能工业相机的结构爆炸图。

图2为本实用新型一种智能工业相机采用M12镜头无光源模块时结构示意图。

图3为本实用新型一种智能工业相机采用C型镜头无光源模块时结构示意图。

图4为图3侧视图。

图5为本实用新型一种智能工业相机的环形光源模块结构示意图。

图6为本实用新型一种智能工业相机完整结构示意图。

图7为图6俯视图。

图8为本实用新型一种智能工业相机的环形plus光源模块结构示意图。

图9为本实用新型一种智能工业相机另一完整结构示意图。

图10为本实用新型一种智能工业相机的长条形光源模块结构示意图。

图11为本实用新型一种智能工业相机另一完整结构示意图。

图12为图11俯视图。

其中：

1—M2-6螺丝，2—柔光板，3—测距模块，4—M2-6铜螺柱，5—光源板，6—灯罩，7—M1.6-6螺丝，8—M12镜头，9—FPGA控制板，10—相机顶盖，11—灯珠，12—激光灯，13—M2-4螺丝，14—CMOS板，15—CPU接口板，16—C型镜头，17—CPU核心板，18—连接铜柱，19—相机底壳，20—螺纹孔，21—HDMI接口，22—USB接口，23—按键，24—MicroUSB3.0接口，25—加高接插件，26—指示灯，27、散热齿，28、旋转螺丝。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

为便于描述，参照附图，以镜头/外接光源所在方向(此时可看作将产品竖直放置)为“上”，与其相对的另一方向为“下”，而当产品水平放置时，则可以“左”、“右”等方向予以描述，并非用于对本实用新型的限制。

实施例

本实用新型的一种智能工业相机如图1至图4所示，包括：相机本体，相机本体内安装有CMOS板14，CMOS板14连接在FPGA控制板9上，FPGA控制板9兼具图像处理器及FPGA处理功能。相机本体前端可拆卸安装有光源模块，光源模块的中央开设有供相机镜头贯穿的通孔，通孔的旁侧设有测距模块3，测距模块3与FPGA控制板9信号连通，光源模块包括排布有灯珠11的光源板5，光源板5与FPGA控制板9通过接插口连接，FPGA控制板9的一对或两对对角上还设有可视激光灯12，可视激光灯12的开关及闪烁频率、光源板5上每个灯珠11的开关及亮度、测距模块3的开关均经由FPGA控制板9进行调节控制。现具体说明如下：

相机本体包括相机顶盖10、相机底壳19以及容置于相机顶盖10和相机底壳19闭合形成的空间内部的CMOS板14、FPGA控制板9、CPU接口板15和CPU核心板17。可选用M2-4螺丝13将FPGA控制板9固定于相机顶盖10内部。在该FPGA控制板9的一对或两对对角上设有可视激光灯12，出射激光形状为十字形或“L”形，可选择直径4MM，长度8MM的激光灯，通过激光形成的拍摄框可以对拍摄范围进行定位，这样，即使在无外接显示屏时，也能保证被拍摄物体位于拍摄范围内被拍摄。

结合图2和图6所示，CMOS板14可通过引脚接口实现与下方FPGA控制板9之间的信号接通，FPGA控制板9可通过引脚接口实现与下方CPU接口板15之间的信号接通。FPGA控制板9上还设有蜂鸣器，以及用于控制相机光源、指示灯26和输入按键23的接点。CPU接口板15可提供外部接口，包括用于连接显示屏的HDMI接口21，用于连接鼠标、键盘、U盘等的USB接口22，用于为相机提供电源以及内部信号的传输的Micro USB3.0接口24(自定义I/O)，以及相机指示灯26和输入按键23，以上接口/接点的设置均可采用现有常规技术手段实现，在此不做赘述。相机本体上还可外接有移动终端，移动终端用于显示采集的图像及相关参数并为使用者提供操作入口。相机自带CPU核心板17，移动终端可以是平板或手机，在移动终端上可以看到拍摄的图像，并根据实际要求和成像情况来调节各种参数，如曝光时间等。移动终端可通过USB接口22与相机相连。其中，HDMI接口21和USB接口22优选设于机身同一侧面，此时方便外接标准触摸屏显示器，HDMI接口21可外接显示屏，USB接口22可供电和传输触摸信号。

CPU接口板15可通过连接铜柱18固定于下方的CPU核心板17上，连接铜柱18可选用M2-6螺丝和M2-8尼龙柱。CPU接口板15和CPU核心板17之间可通过接插件(例如可以采用现有的50pin板对板连接器)接通信号。CPU核心板17优选设计为圆角正方形的集成Intel CPU处理器，以提供图像处理和数据分析的相关程序，程序控制方式与现有外接PC控制方式相同，本领域技术人员可根据实际需要对程序功能进行设计与调整后由厂家制作，以上通过本领域常规技术手段即可实现，在此不做赘述。

本申请中，FPGA控制板9、CPU接口板15和CPU核心板17的平行于板面的横截面大小相同或相近且均为圆角矩形，CMOS板14的尺寸不大于FPGA控制板9的尺寸。在此基础上安装好顶盖和底壳后，相机整体外形美观、便于携带。

为了在拍摄时有适合的光源，相机本体的前端可拆卸安装有光源模块，可用来给被拍摄物体打光或消除反光，使得成像质量更高。

结合图5、图6和图7所示，光源模块平行于端面的横截面呈十字形，十字形的横向长度等于竖向长度，光源板上的灯珠按照3环12路排布共48颗灯珠，光源板照射出的光分为3环12路灯光，每路均可单独调节开关与亮度，从而能适应更多环境补光或消除反光。这种情况下，测距模块3固定安装在光源板上，测距模块3通过光源板与FPGA控制板信号连通。此时，该工业相机适配M12镜头8和C型镜头16。

结合图8和图9所示，光源模块平行于端面的横截面呈十字形，同上述的光源模块，但其横截面尺寸大于机身横截面尺寸，例如，此时光源模块的横截面尺寸为65MM*65MM，机身的长宽可设计为52MM*50MM，此时该工业相机同时适配M12镜头8和C型镜头16。这种情况下，测距模块3固定安装在光源板上，测距模块3通过光源板与FPGA控制板信号连通。

或者，结合图10、图11和图12所示，光源模块平行于端面的横截面呈长条形，光源板对称分布于横向上的两端，如同双翼，此时灯罩6称为翼形灯罩。光源板可通过旋转螺丝28固定在灯罩内侧，且光源板可通过设于灯罩外侧的旋转螺丝28调节偏转角度。光源板照射出的光分为横向两路灯光，每路均可单独调节开关与亮度，同时，光源可以从对称两边照射被拍摄的物体，使得被拍摄的物体没有阴影，且可根据实际情况调整光源板的倾斜角度，更加灵活的补光或消除反光。这种情况下，测距模块3固定安装在FPGA控制板上且与之信号连通。此时该工业相机同时适配M12镜头8和C型镜头16。

因此，可以通过更换光源模块选择不同的补光效果和适配镜头。

对于光源板5上灯珠11的数量、排布与电路控制，通过现有常规技术手段便可实现，在此不做赘述。灯珠可采用可视光灯珠，也可选用红外光灯珠，以满足不同环境下的补光和消除反光。

本实用新型中优选用加高接插件25连接FPGA控制板9与光源板5，该接插件可选择24pin连接器，可设计为用电路板连接，电路板上方用塑料排母，避免与机壳导电，下方垫高排针与FPGA控制板9连接，也可采用其他公知技术手段，只要能接通光源板5和FPGA控制板9的信号即可。

光源模块还包括灯罩6和柔光板2。光源板5设于灯罩6内部，同时，为了使灯光均匀照射，减少检测物体反光，可使用M2-6螺丝1与M2-6铜螺柱4(上端)将柔光板2(材质可选用磨砂亚克力材质)固定于灯罩6的光源出口侧。本实用新型中，M2-6铜螺柱4的下端可将光源板5固定于灯罩6内，灯罩6则可采用M1.6-6螺丝7固定于相机顶盖10上，灯罩6同时可固定镜头与光源板5的距离，此时机身的长宽高可设计为52MM*50MM*60.4MM(普通常用的工业相机长宽高为126MM*66MM*113.2MM)，未外接光源的一种智能工业相机如图3所示，机身的长宽高可设计为52MM*50MM*49.3MM。当然，灯罩也可以做成更多尺寸，在此仅为举例。

为便于调节相机拍摄焦距，在镜头的旁侧可设有单个或多个测距模块3，具体可采用测距传感器，可用于测量相机与拍摄面的垂直距离。镜头在对焦过程中，测距模块3可迅速定位镜头与拍摄面的垂直距离，同时检测出待拍摄物体的宽度及其移动速度，镜头根据测距模块3测量数据产生快速、稳定且准确的聚焦。

柔光板2、光源板5以及灯罩6平行于端面的横截面优选大小相同的十字形，以便于相机顶盖10中可视激光灯12的安装。在相机顶盖10上还设有螺纹孔20，作为侧安装预留孔。相机底壳19上还设有指示灯26，可设置不同颜色用于指示相机的不同状态。相机底壳19上还设有散热齿27，以用于CPU核心板17散热。本实用新型优选采用M1.6-23螺丝20固定相机顶盖10与相机底壳19。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高集成度的工业智能相机，包括：相机本体，所述相机本体内安装有CMOS板，所述CMOS板连接在FPGA控制板上，所述FPGA控制板兼具图像处理器及FPGA处理功能，其特征在于，所述相机本体的前端可拆卸安装有光源模块，所述光源模块的中央开设有供相机镜头贯穿的通孔，所述通孔的旁侧设有测距模块，所述测距模块与所述FPGA控制板信号连通，所述光源模块包括排布有灯珠的光源板，所述光源板与所述FPGA控制板通过接插口连接，所述FPGA控制板的一对或两对对角边缘处还设有可视激光灯，所述可视激光灯的开关及闪烁频率、所述光源板上每个灯珠的开关及亮度、所述测距模块的开关均经由所述FPGA控制板进行调节控制。

2.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述光源模块还包括灯罩和柔光板，所述光源板安装于灯罩内，所述柔光板安装于灯罩光源出口侧。

3.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述光源模块平行于所述相机本体前端端面的横截面呈十字形，所述测距模块接设于所述光源板上。

4.根据权利要求3所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述光源板上的灯珠按照3环12路排布，共48颗灯珠。

5.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述光源模块平行于所述相机本体前端端面的横截面呈长条形，所述光源板对称分布于横向上的两端，所述光源板通过旋转螺丝调节偏转角度，所述测距模块固定于所述相机本体前端端面上，接设于所述FPGA控制板上。

6.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述光源模块采用可视光或红外光作为光源。

7.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述可视激光灯的灯光为十字形。

8.根据权利要求1所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述可视激光灯的灯光为“L”形，灯光L的90度角均朝向所述FPGA控制板中心。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种高集成度的工业智能相机，其特征在于，所述相机本体上还外接有移动终端，所述移动终端用于显示采集的图像及相关参数并为使用者提供操作入口。

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