一种自动调节角度的工业相机支架及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种工业相机支架及其控制方法，尤其涉及一种能自动调节角度的工 业相机支架及其控制方法，属于基于图像测量的工程应用领域。
【背景技术】
[0002] 相机支架作为相机使用配件中最主要的工具而被广泛使用，应用于日常生活及专 业图像采集等各个领域，使用者对相机支架的功能需求越来越高。普通的相机支架多数仅 起到了对相机的固定作用，如果在拍摄过程中需要改变拍摄位置时，拍摄者就要重新对相 机支架进行重新调整，过程繁琐，比较麻烦，延长了不必要的拍摄时间。
[0003]在工业界在线图像采集中，相机的位置对于能否准确地采集到所需图像是至关重 要的，相机位置得当，则能够准确地捕获到产品图像。当需要获取与相机镜头平行的平面图 像时，需要多次手动调节相机镜头角度，而且单凭肉眼观察进行的角度调节无法满足相机 与拍摄对象平行度的要求，进而增加了拍摄者的工作量，降低了拍摄效率和拍摄精度。
【发明内容】
[0004] 鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的是提供一种自动调节角度的工业相机 支架及其控制方法。本发明可以实现相机位置的上下移动、左右旋转和俯仰调整。在拍摄过 程中保证相机镜头平面与被拍摄平面保持平行，给精密测量提供了可靠的保证。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种自动调节角度的工业相机支架，包括相机支架和控制所述相机支架的控制系 统，所述相机支架包括:两侧板沿垂直方向对称设有滑槽的倒门框形底座，所述底座的底板 中心垂直向上设置有导向柱、所述导向柱穿装在平台的导向孔中，螺栓穿过所述底座侧板 的滑槽与设置在所述平台侧面的螺纹孔连接，所述平台一端的上方设置有二号活动块，其 下方安装有一号伺服电机，所述一号伺服电机的输出轴穿过所述平台上的导向孔与所述二 号活动块固定连接、所述二号活动块伸出所述平台的一端由外向内设置有一小一大圆柱状 台阶轴，所述外端的台阶轴与一端设置有与其配合的孔的一号活动块形成间隙配合，并通 过设置在所述台阶轴轴端的压紧螺栓将所述一号活动块压紧在所述台阶轴的轴肩上，所述 一号活动块的另一端设置有带光孔的下铰耳，所述下铰耳上通过截面为异形的小轴与相机 托盘底部的托板下方的上铰耳相铰接，所述上铰耳的铰接孔与所述小轴截面形状一致，所 述一号活动块的一侧水平安装有二号伺服电机，所述二号伺服电机的轴端安装有二号同步 带轮，所述小轴朝向所述二号伺服电机输出轴的一端安装有一号同步带轮，所述一号同步 带轮与所述二号同步带轮通过同步带传动连接，所述相机托盘还包括侧壁板和盖板，所述 相机托盘底部的托板、所述侧壁板和所述盖板共同构成容纳相机的空腔，所述相机托盘底 部的托板的两端以及所述盖板的中部共设置有三个测距传感器，所述三个测距传感器的测 量端处于同一平面且都朝向相机的拍摄方向；所述控制系统包括控制器和与所述控制器连 接的数字量采集模块、运动控制模块和模拟量采集模块，所述数字量采集模块还连接有启 动按钮、停止按钮和复位按钮，所述运动控制模块连接用来驱动所述一号伺服电机的一号 伺服驱动器和用来驱动所述二号伺服电机的二号伺服驱动器，所述模拟量采集模块连接所 述三个测距传感器。
[0007] 进一步，所述相机托盘的所述侧壁板和所述盖板上设置有用于固定和调整相机位 置的调节螺钉。
[0008] 优选的，所述平台包括相互垂直呈T形设置的上平台和下平台，所述上平台的一端 为半圆形，所述二号活动块设置在所述上平台半圆形一端的上方，所述下平台的侧面开设 有与所述螺栓连接的螺纹孔，所述螺栓与所述底座的侧板滑槽之间还设置有大垫片。
[0009] 进一步，所述二号伺服电机通过二号电机安装螺栓以及二号电机安装螺母安装在 电机安装板上，所述电机安装板通过安装板螺栓和安装板螺母安装在所述一号活动块的侧 面。
[0010] 进一步，所述导向柱通过其端部的螺纹安装在所述底座底板中心的螺纹孔中。
[0011] 进一步，所述测距传感器通过螺钉安装在相机托盘底部的托板两端和盖板的中 部。
[0012] 动作原理：
[0013] 通过松开所述螺栓，可以让所述平台沿着所述导向柱上下移动，同时带动相机实 现上下调节。
[0014] 通过所述一号伺服电机的转动，带动所述二号活动块转动，则相机也同时左右转 动，可以实现的转动范围为180度。
[0015] 通过松开所述压紧螺栓，所述一号活动块可以绕着二号活动块外端的台阶轴实现 大角度的旋转，进而使相机实现转动。
[0016] 通过所述二号伺服电机的转动带动所述二号同步带轮转动，所述二号同步带轮通 过所述同步带带动所述一号同步带轮转动，所述一号同步带轮转动带动所述小轴的转动， 所述小轴转动带动所述相机托盘的转动，从而实现相机的俯仰调节。
[0017] 所述三个测距传感器，可以准确测出所述相机平面与所述被测平面的距离，控制 程序根据不同的距离差值，通过控制所述一号伺服电机和二号伺服电机的旋转角度，从而 准确调整所述相机支架的左右旋转和俯仰位置，从而保证了所述相机平面与所述被测平面 的平行。
[0018] 为了实现上述目的，本发明采用的另一技术方案是：
[0019] 本发明的一种自动调节角度的工业相机支架的控制方法，包括如下步骤：
[0020] 步骤一：按下所述启动按钮，所述控制器分别读取所述一号伺服驱动器和所述二 号伺服驱动器的就绪信号以及由所述三个距离传感器测出的所述相机平面到被测平面的 距离 ΛΗ1、ΛΗ2 和 ΛΗ3;
[0021] 步骤二：比较所述三个距离ΛΗ1、ΛΗ2和ΛΗ3的大小，
[0022] A、如果ΛΗ3>ΛΗ2>ΛΗ1或ΛΗ2>ΛΗ3>ΛΗ1，且所述一号伺服驱动器和所述二号伺 服驱动器的就绪信号均为1，则所述控制器向所述一号伺服驱动器和所述二号伺服驱动器 发送脉冲，所述一号伺服驱动器驱动所述一号伺服电机、所述二号伺服驱动器驱动所述二 号伺服电机反转，直到ΛΗ1 = ΛΗ2 = ΛΗ3,所述一号伺服电机和所述二号伺服电机停止转 动，
[0023]所述一号伺服电机(8)需要转动的角度可由公式(1-1)计算出：
[0025]式中，是所述一号伺服电机的输出轴到所述二号活动块之间的传动比,L1是所述 相机托盘底部的托板两端的所述测距传感器之间直线距离，
[0026]所述控制器需要向所述一号伺服驱动器发送的脉冲数?1可由公式(2-2)计算出：
[0028]式中，〇1是所述一号伺服电机的编码器每转脉冲数，
[0029]所述二号伺服电机需要转动的角度可由公式(3-3)计算出：
[0031]式中，i2是所述二号伺服电机的输出轴到所述一号同步带轮的传动比，1^是所述盖 板中部的所述测距传感器到所述相机托盘底部的托板两端任一所述测距传感器的垂直距 离，
[0032]控制器需要向所述二号伺服驱动器发送的脉冲数?2可由公式(4-4)计算出：
[0034] 式中，α2是所述二号伺服电机编码器每转脉冲数；
[0035] B、如果ΛΗ1>ΛΗ3>ΛΗ2,或ΛΗ1>ΛΗ2>ΛΗ3,且所述一号伺服驱动器和所述二号 伺服驱动器的就绪信号均为1，则所述控制器向所述一号伺服驱动器和所述二号伺服驱动 器发送脉冲，所述一号伺服驱动器驱动所述一号伺服电机、所述二号伺服驱动器驱动二号 伺服电机正转，直到ΛΗ1 = ΛΗ2 = ΛΗ3，所述一号伺服电机和所述二号伺服电机停止转动， 同理，所述一号伺服电机需要转动的角度由公式（1-1)可得，所述控制器需要向所述一号伺 服驱动器发送的脉冲数可由公