一种镜头对焦装置
技术领域
本申请涉及监测技术领域，具体而言，涉及一种镜头对焦装置。
背景技术
目前，激光三角立体传感器镜头对焦流程复杂、对焦耗时长，为成像系统对焦带来极大的困难。
发明内容
本申请实施例提供一种镜头对焦装置，以改善现有三角立体传感器测量对焦困难的问题。
本申请实施例提供一种镜头对焦装置，包括底座、激光三角立体传感器主体和对焦辅助机构。激光三角立体传感器主体包括安装架、线激光器、图像传感器和镜头，线激光器、图像传感器和镜头均安装于安装架上，安装架可活动地安装于底座。对焦辅助机构设于底座，激光三角立体传感器主体相对底座移动能够使线激光器发出的面激光所在平面与对焦辅助机构上的参考面重合，从而使参考面与镜头的焦平面重合。
上述技术方案中，通过移动激光三角立体传感器主体，并以对焦辅助机构上的参考面为参考即能实现激光三角立体传感器主体上的镜头的焦平面与参考面重合，实现镜头对焦，其操作简单，能够减少镜头本身调焦的幅度和调焦次数，并且通过设置激光三角立体传感器主体在底座上的不同的移动量，使得该镜头对焦装置能够适应不同的测试距离，通用性好。
另外，本申请实施例的镜头对焦装置还具有如下附加的技术特征：
在本申请的一些实施例中，底座包括一级滑轨、二级滑轨和底板；一级滑轨固定于底板，二级滑轨可移动地设于一级滑轨，安装架可移动地设于二级滑轨；安装架相对二级滑轨移动能够使激光三角立体传感器主体靠近或远离对焦辅助机构，以使镜头的焦平面相对参考面移动；二级滑轨相对一级滑轨移动能够使得线激光器发射的面激光所在平面靠近或远离参考面。
上述技术方案中，当安装架相对二级滑轨移动时镜头的焦平面能够相对参考面移动以使焦平面位于参考面上的不同位置，使得能够使得参考面上不同位置位于镜头的中心，使得参考面上不同位置能够在图像传感器上清晰成像，即安装架在二级滑轨上移动能够使得激光三角立体传感器主体对参考面上的不同位置进行测量和不同距离的测量。
在本申请的一些实施例中，对焦辅助机构包括设于底板的支撑背板和激光调平背板，参考面为支撑背板的上表面；激光调平背板可拆卸地连接于支撑背板上，激光调平背板设于线激光器的面激光出射路径上，二级滑轨相对一级滑轨移动够使面激光投射至激光调平背板上；镜头能够使投射至激光调平板上的激光在图像传感器上成像。
上述技术方案中，二级滑轨相对一级滑轨移动能够使面激光投射至激光调平板上，并且镜头能够使投射至激光调平背板上的激光在图像传感器上成像，以使得不可见的激光可视化，能够为镜头对焦提供可视化参考，便于对焦。
在本申请的一些实施例中，支撑背板可转动地设于底板，支撑背板相对底板转动能够使面激光所在平面平行于参考面。
上述技术方案中，支撑背板转动连接于底板上，通过支撑背板相对底板转动能够使得面激光所在平面平行于参考面，以弥补线激光器与安装架之间存在的安装误差，以使对焦更为准确。
在本申请的一些实施例中，对焦辅助机构包括激光调平立柱，激光调平立柱可拆卸地设于支撑背板上，支撑背板相对底座转动能够使面激光投射激光调平立柱上。
上述技术方案中，支撑背板相对底板转动能够使得面激光投射至调平立柱上，使得不可见的面激光可视化，能够为镜头对焦提供可视化参考，便于对焦。
在本申请的一些实施例中，对焦辅助机构包括三个激光调平立柱，三个激光调平立柱呈三角布置；支撑背板相对底座转动能够使面激光投射至三个激光调平立柱上的投射位置距离支撑背板的距离相同。
上述技术方案中，三点确定一个平面，面激光投射在呈三角布置的三个激光调平立柱上的投射位置距离支撑背板的上表面的距离相同则说明面激光所在的平面与支撑背板的上表面平行，三个激光调平立柱呈三角布置为在调整面激光所在平面与参考面平行的过程中提供可视化参考，便于在使面激光与参考面重合之前，先将面激光所在平面和参考面调至平行。
在本申请的一些实施例中，每个激光调平立柱上设有刻度尺。
上述技术方案中，每个激光调平立柱上设有刻度尺，便于确定面激光在激光调平立柱上的投射高度，并对比面激光在各个激光调平立柱上的投射高度位置。
在本申请的一些实施例中，激光三角立体传感器主体还包括用于将线激光器和安装架锁定或者解锁的锁定件；当锁定件将安装架和线激光器解锁，线激光器能够相对安装架绕自身轴线转动以使所述线激光器的面激光投射至激光调平背板上的激光线与镜头的水平参考线平行。
上述技术方案中，由于线激光器在安装过程中不一定能够保证线激光器出射的面激光所在平面相对参考面的角度，因此锁定件将线激光器和安装架解锁后，能够相对安装架绕自身轴线转动，以调整面激光所在平面的角度，直至面激光投射至激光调平背板上的激光线与镜头的水平参考线平行，有助于镜头对焦且为镜头对焦的其他操作提供参考。
在本申请的一些实施例中，对焦辅助机构还包括分辨率测试卡，分辨率测试卡放置于支撑背板上，激光三角立体传感器主体相对底座移动能够使得分辨率测试卡在图像传感器上成像。
上述技术方案中，分辨率测试卡的设置便于在对焦完成后调整镜头的分辨率，以使在图像传感器上的成像更为清晰，使得测量质量更高。
在本申请的一些实施例中，镜头对焦装置还包括为分辨率测试卡提供光照的光源，光源设于底座上。
上述技术方案中，光源的设置使得分辨率测试卡始终能够被镜头识别，避免出现因没有光源照射，即使镜头已经调整至相当的分辨率图像传感器上依然不能清晰成像的情况。
在本申请的一些实施例中，支撑背板为玻璃板；光源位于支撑背板的背侧。
上述技术方案中，支撑背板为玻璃板，光源位于支撑背板的背侧通过玻璃板照射至分辨率测试卡上，不仅能够为分辨率测试卡提供稳定的、不被遮挡的光照，将光源设置在支撑背板的背侧还能减小整个镜头对焦装置的结构。
在本申请的一些实施例中，镜头为移轴镜头。
上述技术方案中，移轴镜头通过改变图像传感器与镜头平面的夹角，使物方焦平面与激光平面重合，能大幅提高激光三角立体传感器的可测量范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的镜头对焦装置组装后的示意图；
图2为分辨率测试卡的示意图；
图3为在地砖铺贴机器人上使用该镜头对焦装置。
图标：100-镜头对焦装置；10-底座；11-一级滑轨；12-二级滑轨；13-底板；14-转动平台；141-卡槽；20-激光三角立体传感器主体；21-安装架；211-安装孔；22-线激光器；221-面激光；23-图像传感器；24-镜头；25-控制电路板；30-对焦辅助机构；31-支撑背板；311-参考面；32-激光调平背板；33-激光调平立柱；34-分辨率测试卡；341-对称轴；342-分辨率条；35-光源；200-机器人工装；300-待贴地砖；400-地面；A-竖向；B-水平方向；C-转动平台的转动轴线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例
如图1所示，本申请实施例提供一种镜头对焦装置100，镜头对焦装置100包括底座10、激光三角立体传感器主体20和对焦辅助机构30。其中，激光三角立体传感器主体20包括安装架21、线激光器22、图像传感器23和镜头24，线激光器22、图像传感器23和镜头24均安装于安装架21上，安装架21可活动地安装于底座10。对焦辅助机构30设于底座10，激光三角立体传感器主体20相对底座10移动能够使线激光器22发出的面激光221所在平面与对焦辅助机构30上的参考面311重合，从而使参考面311与镜头24的焦平面重合。通过移动激光三角立体传感器主体20，并与对焦辅助机构30上的参考面311为参考即能实现激光三角立体传感器主体20上的镜头24的焦平面与参考面311重合，实现镜头24对焦，其操作简单，能够减少镜头24本身调焦的幅度和调焦次数，并且通过设置激光三角立体传感器主体20在底座10上的不同的移动量，使得该镜头对焦装置100能够适应不同的测试距离，通用性好。
需要说明的是，线激光器22是指经过光学整形后出射面激光221,并能够在其出射方向上的物体上投射出激光线的激光器。因此，线激光器22可以包括多个线激光单元，每个线激光单元出射的线激光位于同一平面形成面激光221。当然，也可以用面激光器代替线激光器。
在本实施例中，镜头24为移轴镜头。图像传感器23为二维图像传感器23，移轴镜头是一种通过改变图像传感器23与镜头平面的夹角，使物方焦平面与激光平面重合的镜头，能大幅提高激光三角立体传感器主体20的可测量范围。在其他实施例中，根据需要，镜头24也可以选用其他普通的镜头。
在本实施例中，底座10包括一级滑轨11、二级滑轨12和底板13；一级滑轨11固定于底板13，二级滑轨12可移动地设于一级滑轨11，安装架21可移动地设于二级滑轨12；安装架21相对二级滑轨12移动能够使激光三角立体传感器主体20靠近或远离对焦辅助机构30，以使镜头24的焦平面相对参考面311移动；二级滑轨12相对一级滑轨11移动能够使得线激光器22发射的面激光221所在平面靠近或远离参考面311。对焦辅助机构30安装于底板13上。
在本实施例中，一级滑轨11竖向A延伸，二级滑轨12可相对一级滑轨11沿竖向A移动，二级滑轨12相对一级滑轨11竖向移动使得设于二级滑轨12上的激光三角立体传感器主体20沿竖向A移动，从而使得线激光器22出射的面激光221所在平面在竖向A上靠近或者远离参考面，当二级滑轨12移动至面激光221所在平面与参考面311共面后，即实现了面激光221所在平面与参考面311重合。二级滑轨12沿水平方向B延伸，安装架21可相对二级滑轨12沿水平方向B移动。一级滑轨11设于底板13的上表面。一级滑轨11和二级滑轨12的行程设置不同，使得激光三角立体传感器能够适用不同的测量范围和测量环境。
在本实施例中，对焦辅助机构30包括设于底板13的支撑背板31和激光调平背板32，参考面311为支撑背板31的上表面；激光调平背板32可拆卸地连接于支撑背板31上，激光调平背板32设于线激光器22的面激光221出射路径上，二级滑轨12相对一级滑轨11移动够使面激光221投射至激光调平背板32上；镜头24能够使投射至激光调平背板32上的激光在图像传感器23上成像。
线激光器22出射的面激光221是不可见的激光平面，当二级滑轨12相对一级滑轨11沿竖向A移动能够带动设于二级滑轨12上的激光三角立体传感器主体20沿竖向A移动，从而使得线激光器22竖向A移动，直至线激光器22出射的面激光221能够投射在激光调平背板32上，当面激光221投射在激光调平背板32上时，在激光调平背板32上出现沿垂直面激光221的出射方向延伸的可视的激光线，以使得不可见的激光可视化，通过粗调镜头24能使得该可视的激光线在图像传感器23上成像，能够为镜头24对焦提供可视化参考，便于对焦。
在本实施例中，激光三角立体传感器主体20还包括用于将线激光器22和安装架21锁定或者解锁的锁定件。镜头24自身具有水平参考线和竖直参考线，当锁定件将安装架21和线激光器22解锁，线激光器22能够相对安装架21绕自身轴线转动以使所述线激光器22的面激光221投射至激光调平背板32上的激光线与镜头24的水平参考线平行。锁定件可以是螺钉、螺栓、卡扣等多中形式，在本实施例中，锁定件为旋紧螺钉。
由于线激光器22在安装过程中不一定能够保证线激光器22出射的面激光221所在平面相对参考面311的角度，因此不能保证面激光221投射至激光调平背板32上形成的激光线相对镜头24的水平参考线的角度，当通过粗调镜头24使得面激光221投射在激光调平背板32上形成的激光线在图像传感器23上成像后，使锁定件将线激光器22和安装架21解锁，线激光器22能够相对安装架21绕自身轴线转动，以调整面激光221所在平面的角度，直至面激光221投射至激光调平背板32上的激光线与镜头24的水平参考线平行，有助于镜头24对焦且为镜头24对焦的其他操作提供参考。
在本实施例中，安装架21上设有安装线激光器22的安装孔211，线激光器22设于安装孔211安装孔211内，理想状态下，线激光器22的轴线与安装孔211的轴线应该是平行的，但是由于装配误差，可能存在线激光器22的轴线与安装孔211的轴线不平行。因此，在本实施例中，底板13上设有转动平台14，转动平台14能够相对底板13绕水平面上垂直面激光221出射方向的一轴线转动，该轴线即为转动平台的转动轴线C，转动平台14上设有卡槽141，支撑背板31的一边缘卡持与卡槽141内，转动平台14相对底板13转动使得支撑背板31相对底板13转动，支撑背板31相对底板13转动能够使面激光221所在平面平行于参考面311。支撑背板31转动连接于底板13上，通过支撑背板31相对底板13转动能够使得面激光221所在平面平行于参考面311，以弥补线激光器22与安装架21之间存在的安装误差，以使对焦更为准确。
在本实施例中，对焦辅助机构30还包括激光调平立柱33，激光调平立柱33可拆卸地设于支撑背板31上，支撑背板31相对底座10转动能够使面激光221投射激光调平立柱33上。其中，对焦辅助机构30包括三个激光调平立柱33，三个激光调平立柱33呈三角布置；支撑背板31相对底座10转动能够使面激光221投射至三个激光调平立柱33上的投射位置距离支撑背板31的距离相同。
支撑背板31相对底板13转动能够使得面激光221投射至激光调平立柱33上，使得不可见的面激光221可视化，能够为镜头24对焦提供可视化参考，便于对焦。三点确定一个平面，面激光221投射在呈三角布置的三个激光调平立柱33上的投射位置距离支撑背板31的上表面的距离相同则说明面激光221所在的平面与支撑背板31的上表面平行，三个激光调平立柱33呈三角布置为在调整面激光221所在平面与参考面311平行的过程中提供可视化参考，便于在使面激光221与参考面311重合之前，先将面激光221所在平面和参考面311调至平行。并且在通过转动支撑背板31使得面激光221在三个激光调平立柱33上的投射位置至支撑背板31的上表面的距离相同时，也纠正了线激光器22的轴线和安装孔211的轴线由于装配误差或者制造误差等原因导致不平行的缺陷，减少或者避免出现视轴偏差。
当面激光221在三个激光调平立柱33上的投射位置均在各个激光调平立柱33与支撑背板31的交界处，则面激光221所在平面与支撑背板31的上表面(即参考面311)重合。
在一些实施例中，激光调平立柱33也可以是其他个数，比如，激光调平立柱33为两个，两个激光调平立柱33和激光调平背板32呈三角布置，也能实现三个激光调平立柱33的功能。
在本实施例中，每个激光调平立柱33上设有刻度尺，便于确定面激光221在激光调平立柱33上的投射高度，并对比面激光221在各个激光调平立柱33上的投射高度位置。其中，各个激光调平立柱33与支撑背板31的上表面的连接位置为对应的激光调平立柱33上的刻度尺的起点或者终点位置。
在本实施例中，对焦辅助机构30还包括分辨率测试卡34，分辨率测试卡34放置于支撑背板31上，实际是上放置于参考面311上，激光三角立体传感器主体20相对底座10移动能够使得分辨率测试卡34在图像传感器23上成像。通过对镜头24本身调焦能够调整分辨率测试卡34在图像传感器23上成像的清晰度。分辨率测试卡34的设置便于在对焦完成后调整镜头24的分辨率，以使在图像传感器23上的成像更为清晰，使得测量质量更高。如图2所示，分辨率测试卡34为轴对称设计，在本实施例中，当分辨率测试卡34放置于支撑背板31上时，分辨率测试卡34的对称轴沿二级滑轨12的延伸方向延伸，分辨率测试卡34的对称轴341的两侧设有多个棋盘格，每个棋盘格内设有多个不同的大小的分辨率条342，分辨率的样式参考USAF1951分辨率测试卡34。棋盘格每格分布大小不同的分辨率条342，沿对称轴341的延伸方向，越靠近镜头24的位置每个棋盘格中的分辨率条数量越少且越靠近镜头24的位置分辨率条的尺寸越大(图中箭头所指的方向即为逐渐靠近镜头24的方向)，以适配移轴成像中视野内不同区域的光学分辨率不一致的现象。分辨率条342的递减程度，可根据移轴成像系统设计的移轴倾角，镜头24光轴与待测物体平面夹角，二维图像传感器23像元尺寸，镜头24焦距和镜头24视野等参数进行具体设计。每列分辨率条的尺寸相对镜头24由近至远依次递增，以适配镜头24(Modulation Transfer Function，调制传递函数)从中央区域往边缘减少的特性，其递增程度同样可以根据镜头24具体的MTF曲线设计。设有分辨率条的棋盘格以分辨率测试卡34的对称轴341左右对称分布，以保证镜头24左右两端可以同时清晰成像。
在一些光照条件不好的环境下，无论镜头24的是否调整至合适的分辨率，由于光照原因分辨率测试卡34依然不能在图像传感器23上清晰成像。因此，在本实施例中，镜头对焦装置100还包括为分辨率测试卡34提供光照的光源35，光源35设于底座10上。光源35的设置使得分辨率测试卡34始终能够被镜头24识别，避免出现因没有光源35照射，即使镜头24已经调整至相当的分辨率图像传感器23上依然不能清晰成像的情况。在本实施例中，光源35为单色面阵光源35。在其他实施例中，根据环境特性和支撑背板31的特性，光源35也可以选用其他形式的光源35。
在本实施例中，支撑背板31为玻璃板；光源35位于支撑背板31的背侧。光源35位于支撑背板31的背侧通过玻璃板照射至分辨率测试卡34上，不仅能够为分辨率测试卡34提供稳定的、不被遮挡的光照，将光源35设置在支撑背板31的背侧还能减小整个镜头对焦装置100的结构。该光源35的主波长与所用激光器波长差不超过10nm。
当面激光221所在平面与参考面311重合后，安装架21相对二级滑轨12水平移动能够使得镜头24的焦平面相对参考面311移动以使焦平面位于参考面311上的不同位置，使得能够使得参考面311上不同位置位于镜头24的中心，使得参考面311上不同位置能够在图像传感器23上清晰成像，即安装架21在二级滑轨12上移动能够使得激光三角立体传感器主体20对参考面311上的不同位置进行测量和不同距离的测量。
在本实施例中，激光三角立体传感器主体20还包括控制电路板25，控制电路板25安装于安装架21并与图像传感器23、镜头24电连接，控制电路板25用于控制线激光器22的亮灭和图像传感器23进行图像信息的获取。
需要说明的是，本实施例中涉及的竖向A和水平方向B是相对而言的，当整个镜头对焦装置100的布置方向发生改变后，则竖向A和水平方向B的定义则会发生改变，比如，当将图1中的整个镜头对焦装置100顺时针或者逆时针旋转90°后，则旋转后的镜头对焦装置100的竖向A为旋转前的镜头对焦装置100的水平方向B，旋转后的镜头对焦装置100的水平方向B为旋转前的镜头对焦装置100的竖向A。
本申请实施例还提供一种镜头24对焦方法，镜头24对焦方法包括以下操作步骤：
步骤1：将激光三角立体传感器主体20安装于二级滑轨12。
步骤2：将激光调平背板32安装于玻璃支撑背板31上，点亮线激光器22，调节二级滑轨12相对一级滑轨11竖向A移动，使面激光221投射于激光调平背板32上。
步骤3：打开图像传感器23，粗调镜头24使面激光221投射在激光调平背板32上的激光线在图像传感器23上成像。
步骤4：使锁定件将安装架21与线激光器22解锁，旋转线激光器22，使面激光221投射在激光调平背板32上的激光线与镜头24的水平参考线平行，再通过锁定件将线激光器22锁定于安装架21上，并拆下激光调平背板32。
步骤5：安装三个激光调平立柱33，使玻璃支撑背板31相对底板13转动，改变玻璃支撑背板31的倾斜角度，令面激光221投射于三个调平立柱的相同高度处。由于线激光器22的装配误差会导致面激光221所在平面与安装孔211的轴线不平行(即产生视轴偏差)，通过保证面激光221投射于三个调平立柱的相同高度，可补偿线激光器22的视轴偏差，使每套装配的激光三角立体传感器主体20发射的面激光221所在平面与移轴成像系统的焦平面重合；
步骤6：使得二级滑轨12相对一级滑轨11竖向A移动，将面激光221在各个激光调平立柱33上投射的位置调整至激光调平立柱33与玻璃支撑背板31的接合处，并拆下激光调平立柱33；
步骤7：将专用分辨率测试卡34放置于玻璃支撑背板31上，打开光源35，调节激光三角立体传感器主体20相对二级滑轨12水平移动，以专用分辨率测试卡34的中央分辨率条区域处于图像中心为标准，将激光三角立体传感器主体20移动至理想工作距离；
步骤8：调整镜头24的伸缩量，尽量使专用分辨率测试卡34上的各个分辨率条清晰成像(优先保证图像中央位置)，完成调焦。
实际工程中，通过地砖铺贴机器人进行地砖铺贴，在机器人工装200进行铺贴前，需要对地面400进行检测以确定符合铺贴条件。由于机器人工装结构紧凑且与地面400之间的距离限定，不能直接将相机安装正对地,400的位置进行检测，如图3所示，需要在机器人工装侧边安装移轴镜头相机以实现倾斜拍摄，大视野清晰成像的检测需求。实际应用时，将对焦辅助机构30置于铺贴地面400，按照本申请实施例中的方法进行移轴镜头对焦，移轴镜头(或者激光三角立体传感器主体20)根据机器人安装时的结构参数进行设计，同时调整的滑轨(是指一级滑轨11和二级滑轨12，必要时更换不同量程的一级滑轨11和二级滑轨12，以使)进行适配，完成移轴镜头的对焦工作，若是移轴镜头(或激光三角立体传感器主体20)观测到地面400复合铺贴要求，则机器人工装200抓取待贴地砖300铺贴至地面400。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
