双工位自动调焦机的制作方法

本发明属于相机调焦技术领域，更为具体地，涉及一种双工位自动调焦机。

背景技术：

现代相机的成像原理为凸透镜成像，根据凸透镜成像规律总存在一个最佳成像面使成像清晰，相机的传感器只有位于最佳成像面上，相机才能拍出清晰的图像。而由于加工工艺、制作精度以及搬运等各种原因的影响，可能导致相机的传感器偏离相机的最佳成像平面，造成相机成像模糊。因此在出厂前，需要对相机进行调焦，使相机的传感器位于最佳成像面上。

调焦的本质就是调节相机的镜头与传感器之间的距离，使传感器位于相机镜头的最佳成像面上。现有的双工位自动调焦机，一次上料两个相机，同时对两个相机的镜头进行对焦，极大提高了生产效率。其对焦流程为：在镜头被装上转盘后，启动双工位自动调焦机，转盘转进作业工位，位于作业工位上方的调焦爪在电机的带动下向下伸出并卡住摄像头，通过对镜头成像的分析，旋转调焦爪带动镜头旋转，调整镜头与传感器之间的距离，使传感器位于最佳成像面上，完成对焦。接着，调焦爪松开复位，转盘转出，摄像头取出，进行下一组镜头调焦。

但在该过程中仍然存在一些问题：首先，镜头在上料过程中存在误差，而该误差将会直接导致镜头无法停在正确的作业工位上，因此需要对上料工位进行标定；另一方面，在自动调焦过程中，需要调焦爪准确地卡住镜头，以带动镜头旋转，进而调整镜头与传感器的距离；但由于载物台为转盘，上料后需要旋转进入作业工位，而在这个过程中，转盘的旋转可能不满足180度的精度要求，存在一定的误差，而当误差累计到一定的程度，便会导致镜头偏离工作位置较远，而无法被调焦爪正确卡住，不仅会降低调焦的精度，还会损坏调焦爪。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种双工位自动调焦机，以解决无法正确地定位及无法及时对镜头位置误差进行补偿，进而降低对焦的精度以及损坏调焦爪的问题。

本发明提供的双工位自动调焦机，包括：机架、标定装置、相机、转盘、旋转驱动机构、激光发射器和移载机构；其中，旋转驱动机构固定在机架上且位于转盘的下方，用于驱动转盘旋转，转盘具有上料工位和作业工位；标定装置安装在转盘上，随着转盘旋转至上料工作位或作业工位；相机固定机架上且位于上料工位的正上方，用于对处于上料工位的标定装置进行拍照；移载机构固定在机架上，用于将激光发射器移动至上料工位的正上方；激光发射器用于向处于上料工位的标定装置发射激光。

此外，优选的结构是，标定装置包括箱体、c型槽导轨、c型滑块、标定杆和标定环；其中，c型槽导轨的数量为两条，分别通过固定螺钉固定在箱体的顶部两侧的上沿；c型滑块的数量为六个，分成两组滑动连接在两条c型槽导轨上，在每个c型滑块的顶部分别开设有锁紧孔，在锁紧孔内配合有锁紧螺钉，在每个c型滑块的下方固定有长度逐渐递减的支撑板，在每个支撑板上螺纹连接有横截面为边长等于标定杆直径的等腰直角三角形的反射板，每个反射板的斜面与水平面成45°夹角，在每个反射板的斜面上涂覆有反光层；标定杆的数量为六个，每个c型滑块的侧面凸出有一体结构的圆环，在每个c型滑块的侧面对应于圆环的位置开设有通孔，在圆环的外壁上开设有旋入紧固螺栓的紧固螺孔，标定杆的一端插入在通孔内，并通过紧固螺栓锁紧；标定环的数量为六个，分别螺纹连接在对应的标定杆的另一端。

另外，优选的结构是，机架为立方体框架结构，在立方体框架结构内从上至下依次固定有横梁、第一安装板和第二安装板，相机固定在横梁上。

此外，优选的结构是，旋转驱动机构包括伺服电机和转轴，伺服电机安装在第二安装板上，在转轴上套接有轴套，在轴套上套接有轴承，轴承安装在轴承座内，轴承座安装在第一安装板内，转轴的一端与通过联轴器与伺服电机的输出轴连接，转轴的另一端与转盘的底面固定连接。

再者，优选的结构是，移载机构包括x轴直线滑台、y轴直线滑台和z轴直线滑台，x轴直线滑台包括x轴直线导轨和在x轴直线导轨上滑动的x轴滑块，y轴直线滑台包括y轴直线导轨和在y轴直线导轨上滑动的y轴滑块，z轴直线滑台包括z轴直线导轨和在z轴直线导轨上滑动的z轴滑块，激光发射器固定在x轴滑块上，x轴直线导轨固定在y轴滑块上，y轴直线导轨固定在z轴滑块上，z轴直线导轨固定在机架上。

与现有技术相比，本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明可以正确标定上料后镜头是否达到正确的工作位置，同时由于标定装置的原理是由两个位置之间的映射关系来比较位置是否正确，因此无论是镜头在上料工位或作业工位出现误差，都可以用标定得到的位置关系来调整使其到达正确的位置，进而使对焦过程更加准确；

2、标定装置通过滑块的前后移动，配合标定杆的左右调节可实现标定环在一个水平面上的移动，使六个标定环可以方便快捷地呈现在相机的视野内，极大地提高工作效率；同时，通过移动激光发射器使激光通过标定环的中心，以此来确定镜头的位置，代替传统的通过人工来直接观察确定，减少因人为因素而产生的误差，提高标定的精度，而在确定激光是否通过标定中心时，通过反射板使竖直的不易被观察到的激光经反射后沿装置前端水平射出，使之十分容易被观测到，以此便利整个标定的过程。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的双工位自动调焦机的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的标定装置的结构示意图；

图3为图2的侧视图。

其中的附图标记包括：机架1、横梁1-1、第一安装板1-2、第二安装板1-3、标定装置2、箱体2-1、c型槽导轨2-2、c型滑块2-3、圆环2-3-1、紧固螺栓2-3-2、标定杆2-4、标定环2-5、支撑板2-6、固定螺栓2-6-1、反射板2-7、螺母2-7-1、固定螺钉2-8、锁紧螺钉2-9、相机3、转盘4、伺服电机5-1、转轴5-2、轴承座5-3、联轴器5-4、激光发射器6、固定板6-1、x轴直线导轨7-1-1、x轴滑块7-1-2、y轴直线导轨7-2-1、y轴滑块7-2-2、z轴直线导轨7-3-1、调焦电机8、调焦爪9。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的双工位自动调焦机的结构。

如图1所示，本发明实施例的双工位自动调焦机包括：机架1、标定装置2、相机3、转盘4、旋转驱动机构、激光发射器6和移载机构，机架1用于固定相机3、旋转驱动机构和移载机构；标定装置2固定在转盘3上，用于与激光发射器6配合进行镜头上料位置的标定；旋转驱动机构用于驱动转盘4转动，使标定装置2进入相机3的视野内；移载机构用于驱动激光发射器6沿x、y、z轴移动。

机架1为立方体框架结构，在立方体框架结构内从上至下依次固定有横梁1-1、第一安装板1-2、第二安装板1-3，相机3镜头朝下固定在横梁1-1上，用于对标定装置2进行拍照。

旋转驱动机构包括伺服电机5-1和转轴5-2，伺服电机5-1的固定端安装在第二安装板1-3上，伺服电机5-1的输出轴向上穿过第二安装板1-3通过联轴器5-4与转轴5-2的一端连接，在转轴5-2上套接有轴套，在轴套上套接有轴承，轴承安装在轴承座内，轴承座安装在第一安装板1-2内，转轴的一端与通过联轴器与伺服电机的输出轴连接，转轴5-2的另一端与转盘4的底面固定连接。通过伺服电机5-1驱动转盘4旋转。

移载机构包括沿x轴布置的x轴直线滑台、沿y轴布置的y轴直线滑台和沿z轴布置的z轴直线滑台，x轴直线滑台包括x轴直线导轨7-1-1和在x轴直线导轨上7-1-1滑动的x轴滑块7-1-2，y轴直线滑台包括y轴直线导轨7-2-1和在y轴直线导轨7-2-1上滑动的y轴滑块7-2-2，z轴直线滑台包括z轴直线导轨7-3-1和在z轴直线导轨7-3-1上滑动的z轴滑块，激光发射器6通过固定板6-1固定在x轴滑块7-1-2上，x轴直线导轨7-1-1固定在y轴滑块7-2-2上，y轴直线导轨7-2-2-1固定在z轴滑块上，z轴直线导轨7-3-1固定在机架1上。通过x轴直线滑台实现激光发射器6沿x轴方向的运动，通过y轴直线滑台实现激光发射器6沿y轴方向的运动，通过z轴直线滑台实现激光发射器6沿z轴方向的运动。

标定装置2包括箱体2-1、c型槽导轨2-2、c型滑块2-3、标定杆2-4、标定环2-5、支撑板2-6和反射板2-7；其中，c型槽导轨2-2的数量为两条，分别通过固定螺钉2-8固定在箱体2-1的顶部两侧的上沿；c型滑块2-3的数量为六个，其中的四个作为，分成两组滑动连接在两条c型槽导轨2-2上，在每个c型滑块2-3的顶部分别开设有锁紧孔，在锁紧孔内配合有锁紧螺钉2-9，通过锁紧螺钉2-9将c型滑块2-3锁紧在c型槽导轨2-2上，在每个c型滑块2-3的侧面凸出有一体结构的圆环2-3-1，在每个c型滑块2-3的侧面对应于圆环2-3-1的位置开设有通孔，在圆环2-3-1的外壁上开设有用于旋入紧固螺栓2-3-2的紧固螺孔，标定杆2-4的数量为六个，分别对应插入在圆环2-3-1的通孔内，通过紧固螺栓2-3-2将标定杆2-4锁紧，标定环2-5的数量为六个，分别螺纹连接在对应的标定杆2-4伸出圆环2-3-1的一端，支撑板2-6的数量为六个，分别通过固定螺栓2-6-1固定在对应的c型滑块2-3的下方，反射板2-7的数量为六个，分别固定螺纹连接在对应的支撑板2-6上，通过螺母2-7-1锁紧，反射板2-7的横截面为等腰直角三角形，且等腰直角三角形的边长与标定杆2-4的直径相等，每个反射板2-7的斜面与水平面成45°夹角，在每个反射板2-7的斜面上涂覆有反光层，用于反光。

采用c型槽导轨2-2的目的是为了在标定杆2-4插入圆环2-3-1后具有一定的伸缩空间，从而调节标定杆2-4深入圆环2-3-1的长度，以c型槽导轨2-2的长度方向作为x轴，则通过c型滑块2-3在c型槽导轨2-2上的滑动实现标定环2-5的x轴移动，通过调节标定杆2-4深入圆环2-3-1的长度实现标定环2-5的y轴移动。

为了使反射板2-7分别位于不同的平面上，同一侧的反射板2-7的长度沿一方向逐渐递减。

当激光发射器发射的激光刚好穿过下方标定环2-5的中心时，激光可以被下方的反射板2-7反射，沿水平方向从装置的前端射出，因此可以被十分方便地观察到，进而可以确定定位的激光已通过要标定的标定环2-5的中心。反射板207的设置是为了使竖直的不易被观察到的激光能够沿水平方向射出，便于观测。

相机3用于对位于上料工位上的标定装置2中的标定环2-5进行拍照，获得标定环2-5的像素坐标，而激光发射器6用于向旋转到作业工位上的标定装置2中的标定环2-5发射激光，当从标定装置2的前方看到激光时，获得标定环2-5的世界坐标，从而建立标定环2-5的像素坐标与世界坐标之间的对应关系(为现有技术，故不再赘述)，六个标定环2-5的四个用于建立像素坐标与世界坐标之间的映射关系，剩下两个标定环2-5用于验证该映射关系是否正确。

在固定板6-1上还固定有方向朝下的调焦电机8，在调焦电机8的活塞杆端固定有调焦爪9，通过调焦电机8带动调焦爪9旋转，以抓取镜头。

上述内容详细说明了本发明提供的双工位自动调焦机的结构，下面对本发明提供的双工位自动调焦机的工作流程进行说明，为了便于描述，将六个标定环标记为1-6号，1-4号标定环用于建立像素坐标与世界坐标之间的映射关系，5和6号标定环用于验证该映射关系是否正确。

本发明提供的双工位自动调焦机的标定流程如下：

步骤一：将标定装置安装到转盘的上料工位。

步骤二：通过移动c型滑块以及移动标定杆的位置来调节1-6号标定环的位置，使1-6号标定环均出现在相机的视野内，然后旋紧锁紧螺钉和紧固螺栓以固定1-6号标定环的位置。

步骤三：经过相机拍照后，获得1-6号标定环的像素坐标。

步骤四：启动双工位自动调焦机，旋转转盘将标定装置旋转至作业工位，通过移载机构驱动激光发射器前后左右移动，使其发射出的激光打到1号标定环上，接着小幅度移动，当看见从标定装置前方反射出的激光时，激光刚好通过该标定环的中心，记录标定环的世界坐标。

步骤五：重复步骤四记录2-4号标定环的世界坐标。

步骤六：通过得到的1-4号标定环的像素坐标及对应的世界坐标，建立像素坐标与其对应的世界坐标之间的映射关系。

步骤七：通过该映射关系，由5号和6号标定环的像素坐标计算出5号和6号标定环的世界坐标。

步骤八：将激光发射器移动到经计算得到的5号标定环的世界坐标处的位置，观测是否有激光从标定装置的前方反射出。

步骤九：将激光发射器移动到经计算得到的6号标定环的世界坐标处的位置，观察是否有激光从标定装置的前方反射出。

步骤十：如果步骤八、九均能从标定装置的前方看到反射出的激光，则说明映射关系正确。

在双工位自动调焦机对标定装置进行标定后，需要对镜头进行调焦，调焦的流程如下：

步骤一：将镜头安装在双工位自动调焦机上。

步骤二：启动双工位自动调焦机，通过转盘带动镜头转入工作工位。

步骤三：通过移栽机构将调焦爪移动至镜头的正上方。

步骤四：通过移栽机构带动调焦爪下降，使调焦爪卡入镜头的卡槽。

步骤五：通过系统分析镜头是否合焦，如果不合焦，计算出需要调节的距离。

步骤五为现有技术，故在本发明中不再赘述。

步骤六：通过调焦电机带动调焦爪旋转，以使镜头合焦。

步骤七：转盘带动镜头转出，取出镜头，调焦流程结束。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。