專利名稱：一種四自由度可調的工業攝像機裝夾機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于機器視覺系統的外圍設備領域，具體地說，本發明是一種工業檢測系統中圖像采集所用工業攝像機安裝、定位與位置調整所用的機械機構。
背景技術：
機器視覺是一項包括數字圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、電光源照明技術、光學成像技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術等技術的一項綜合技術。這些技術在機器視覺中是并列關系，相互協調應用才能構成一個成功的機器視覺系統。攝像機的裝夾與固定裝置是一套機械機構，只是屬于機器視覺外圍的設備領域，其主要功能除了裝夾與固定攝像機位置外，主要是與攝像機鏡頭相配合來獲得需要的視場范圍、俯仰角度、光照效果、物距等圖像采集參數。
工業檢測用攝像機主要用于采集生產線上產品圖像并在工業計算機中進行處理以獲取產品質量信息。應用于工業和民用監控領域的攝像機因為對監控對象的精確尺寸要求不高，因此多采用面陣攝像機，安裝方式則采用簡單固定或云臺安裝方式。
與工業和民用監控攝像機不同，工業檢測對檢測對象尺寸精度要求很高，尤其是對高速生產線上產品進行圖像采集時，多采用線陣攝像機。因為工業生產線在運行過程中一般都會產生比較大的震動，而線陣攝像機要求在工作過程中保持很高程度的穩定性，因此，工業檢測用攝像機的安裝與固定，不僅要求能夠保證攝像機位置的穩定性，還應該具有一定程度的抗震動性。
在工業圖像檢測中，照明也是決定圖像采集質量的一個關鍵因素，因為后續計算機圖像處理對圖像的明暗、炫光、反光、色度等參數都十分敏感，而照明效果則決定著這些參數的好壞。照明光路的設計是照明效果的保證，而攝像機的安裝與定位也同樣是照明光路中的一部分。攝像機位置的高低能改變光照的強度并影響采集圖像的明暗度，俯仰角度的改變能輕易的改變圖像采集時的炫光與反射光并影響到圖像色度。
因此攝像機的裝夾裝置配合攝像機鏡頭一起，不但能夠保證攝像機采集時的精確定位與穩定的采集精度，而且決定著攝像機的物距、視場范圍、俯仰角度、而且直接影響檢測裝置抗震動性和所采集圖像的光照效果和色度偏差。

發明內容
本發明的目的在于提供一種四自由度可調的工業攝像機裝夾機構。該機械不僅能夠方便可靠地在三個平移方向和一個旋轉方向對攝像機位置和俯仰角度進行調整，而且能夠保證攝像機在不同位置都保持牢固的安裝與夾緊，同時要能夠有效地消除由于工作環境對攝像機造成的震動，保持攝像機能夠穩定地工作和精確地采集圖像。
本發明提供的一種四自由度可調的工業攝像機裝夾機構，其特征在于框架上開有供攝像機鏡頭穿過的圓孔，其左、右兩側各安裝有一個支撐軸，支撐軸通過軸承與U形座相連接，框架可繞支撐軸在U形座的槽形空間轉動；在框架和U形座之間安裝有兩根拉伸彈簧，拉伸彈簧一端固定在U形座的側板上，另一端固定在框架下方兩側的支撐座上；直角支撐固定在U形架的一邊側板的下部，撥塊固定在框架的一側，調節螺釘安裝在直角支撐上，調節螺釘上端頂在撥塊上；在撥塊與直角支撐之間加有導軌片，導軌片上端通過鎖緊螺栓與撥塊相連接，下端通過導軌片的導向槽和導向螺栓與直角支撐連接；U形座與底板之間設有二組螺栓，一組用于緊固連接U形座與底板，另一組的一端通過螺紋連接穿過U形座后頂在底板的表面；底板通過固定螺栓安裝在攝像機箱體壁上的滑槽中，底板上固定螺栓的安裝孔為上下長圓孔。
具體而言，本發明具有以下技術特點(1)在水平方向左右平移自由度和垂直方向上下平移自由度上，本機構采用螺栓與滑槽相配合的方式實現相機位置調節，并采用螺母鎖緊的方式鎖定調整位置，操作簡單方便。
(2)在水平方向前后平移自由度上，本機構采用四個調節螺桿與底板螺紋相配合的絲杠螺母形式調節方式進行位置調節，采用螺紋調節方法簡單，并可獲得較高的位置精度，同時四個螺桿分別調節還可以起到調整底板垂直方向垂直度的功能。
(3)在繞水平軸的旋轉自由度上，本機構采用兩端滾子軸承支撐的框架，通過螺栓與攝像機聯結為一體，設計調整機構來調節框架繞軸旋轉角度，從而調節攝像機的俯仰角度以減少采集對象的炫光及反光影響，提高采集圖像質量和獲得好的照明效果。
(4)為了平衡攝像機角度調節造成的偏心力，使攝像機在各個位置都保持受力穩定，在本機構中安裝有兩根拉伸彈簧，拉伸彈簧使與框架相聯結的撥塊在任一可調整的角度上都能夠壓緊在調節螺釘上，同時也可吸收攝像機受到的震動力，避免震動造成采集圖像抖動。
(5)本發明整體結構緊湊輕巧，調整機構調節靈便，便于操作。


圖1為本發明機構的結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1的右視圖。
具體實現方式下面結合附圖和實例對本發明做進一步的詳細說明。
攝像機豎直放置在方形的框架11上，鏡頭穿過框架11中間的圓孔，機身通過左右兩側各兩個螺栓10與框架11相連接，框架11左右兩側通過銷釘各安裝有一個短支撐軸8，短支撐軸8通過軸承支撐與U形座3相連接，框架11可以繞短支撐軸8在U形座3的槽形空間轉動，用來調節攝像機的俯仰角度。
為了平衡攝像機由于俯仰角度調節而造成的偏心力，在框架11和U形座3之間安裝兩根拉伸彈簧2，彈簧兩端的固定柱1一端固定在U形座側板上，另一端固定在框架11下方兩側的支撐座7上，用來保持撥塊12總能壓在調節螺釘16上，并且可在一定程度上吸收攝像機工作過程中的震動。
為了對攝像機角度進行準確的調整，在U形座3和框架11之間設計了一個調整機構直角支撐15通過兩個螺栓固定在U形架3的一邊側板的下部，撥塊12通過螺栓固定在方形框架11上，調節螺釘16安裝在直角支撐15上，螺釘上端頂在撥塊12的下表面上，旋轉調節螺釘16可以在一定范圍內頂著撥塊12帶動框架11在一定范圍內旋轉。為了在俯仰角度調整到位后鎖緊位置，在撥塊12與直角支撐15之間加一導軌片13，導軌片13上端通過鎖緊螺栓14與撥塊相12連接，下端通過一個弧形的導向槽和導向螺栓17與直角支撐15連接。調整過程中旋松鎖緊螺栓14和導向螺栓17，調整到位后再旋緊鎖定位置。
U形座3與底板9之間共有8個螺栓相連接，分為兩組，一組為緊固螺栓組5，用來緊固連接U形座3與底板9；另一組為調整螺栓組6，其一端通過螺紋連接穿過U形座3后頂在底板9的表面，通過絲杠螺母的原理來調節U形座3在水平方向前后平移的自由度。
底板9是通過四個固定螺栓4安裝在相機箱箱體壁上的導軌滑槽(附圖中無對應說明)中，通過固定螺栓4在滑槽中左右移動來實現攝像機在水平方向左右平移的自由度。底板9上為固定螺栓4的安裝孔設計為上下長圓孔，固定螺栓4在長圓孔中上下可以調節位置，用來實現攝像機在豎直方向上下平移的自由度。
上述各部件可以全部采用鋁合金和不銹鋼材料加工而成，本發明整體結構緊湊輕巧，調整機構調節靈便，便于操作。
各個自由度具體調整方法(1)水平方向左右平移調整該自由度的調整主要通過底板9與相機箱箱體之間的固定螺栓4在箱體壁上的導軌滑槽中左右平移來實現，調整到位后擰緊螺母即可。
(2)垂直方向上下平移調整該自由度的調整主要通過固定螺栓4在底板9上的垂直方向長圓孔中上下移動來實現，調整到位后擰緊螺母即可。
(3)水平方向前后平移調整該自由度的調整主要通過調整螺栓組6和緊固螺栓組5的配合來實現。首先調節調整螺栓組6來確定U形座與底板的前后方向間隙大小，然后通過緊固螺栓組5來固定U形座與底板的聯結。
(4)繞左右水平軸旋轉調整首先旋松導軌片鎖緊螺栓14和導向螺栓17，然后旋轉調節螺釘16來推動撥塊12帶動框架11和攝像機調整俯仰角度，可調整角度大小由導軌片13上導軌槽弧長決定。在調整攝像機俯仰角度時，拉伸拉簧2的拉力會自動使撥塊12壓緊在調節螺釘16上。當俯仰角度調整到要求位置后，旋緊鎖緊螺栓14和導向螺栓17即可。
本領域一般技術人員根據上述機構結構描述，也可以通過采用其它多種具體實施方式
實現本發明。
權利要求
1.一種四自由度可調的工業攝像機裝夾機構，其特征在于框架(11)上開有供攝像機鏡頭穿過的圓孔，其左、右兩側各安裝有一個支撐軸(8)，支撐軸(8)通過軸承與U形座(3)相連接，框架(11)可繞支撐軸(8)在U形座(3)的槽形空間轉動；在框架(11)和U形座(3)之間安裝有兩根拉伸彈簧(2)，拉伸彈簧(2)一端固定在U形座(3)的側板上，另一端固定在框架(11)下方兩側的支撐座(7)上；直角支撐(15)固定在U形座(3)的一邊側板的下部，撥塊(12)固定在框架(11)的一側，調節螺釘(16)安裝在直角支撐(15)上，調節螺釘(16)上端頂在撥塊(12)上；在撥塊(12)與直角支撐(15)之間加有導軌片(13)，導軌片(13)上端通過鎖緊螺栓(14)與撥塊(12)相連接，下端通過導軌片的導向槽和導向螺栓(17)與直角支撐(15)連接；U形座(3)與底板(9)之間設有二組螺栓(5、6)，一組用于緊固連接U形座(3)與底板(9)，另一組的一端通過螺紋連接穿過U形座(3)后頂在底板(9)的表面；底板(9)通過固定螺栓(4)安裝在攝像機箱體壁上的導軌滑槽中，底板(9)上固定螺栓(4)的安裝孔為上下長圓孔。
全文摘要
本發明公開了一種四自由度可調的工業攝像機裝夾機構，其特征在于攝像機安裝在方形的框架上，鏡頭穿過框架中間圓孔；框架可繞左、右兩側通過軸承與U形座相連接的支撐軸轉動；在框架下方兩側的支撐座和U形座側板之間安裝有兩根拉伸彈簧；在固定于U形座一邊側板下部的直角支撐上裝有一個調節螺釘，調節螺釘上端頂在固定在框架一側的撥塊上；撥塊通過鎖緊螺栓與導軌片上端相連接，直角支撐通過導向螺栓和導向槽與導軌片下端連接；U形座與底板之間設有二組螺栓，一組用于緊固連接U形座與底板，另一組的一端通過螺紋連接穿過U形座后頂在底板的表面；底板通過固定螺栓安裝在攝像機箱體壁上的導軌滑槽中，底板上固定螺栓的安裝孔為上下長圓孔。
文檔編號H04N5/225GK1797171SQ20041006139
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月20日 優先權日2004年12月20日
發明者陳幼平, 余文勇, 尚會超, 謝經明, 艾武, 張洋 申請人:華中科技大學