[发明专利]一种线阵相机自动对焦装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于相机自动对焦技术领域，具体涉及一种线阵相机自动对焦装置及方法。

背景技术

线阵相机在非接触测量、视觉检测等领域应用广泛。对焦是线阵相机获取物体清晰图像的必要步骤。对焦分为手动对焦和自动对焦，自动对焦具有速度快、准确度高、不受主观因素的影响等优点，在线阵相机的实际测量和检测应用中使用广泛。目前自动对焦一般通过移动镜头的方式实现，该方式在自动对焦的过程中会引起像距的改变，导致不同对焦结果成像系统的放大率不一致，在多个物体的测量或检测过程中需要重新标定相机，工作量增大，测量效率降低。

在线阵相机的应用中，自动对焦的对焦精度是影响测量和检测结果的重要因素，如何实现线阵相机的精密自动对焦，是目前线阵相机应用中研发人员关注的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、自动化程度高、使用操作便捷、工作可靠性高、能够实现不同物体对焦后成像放大率一致、实用性强，使用效果好，便于推广使用的线阵相机自动对焦装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：包括内部设置有线阵相机、镜头和对焦环的成像暗箱，以及计算机、成像暗箱运动动力机构、成像暗箱支撑运动机构和用于对成像暗箱的运动位置进行实时检测的光栅尺；所述镜头通过所述对焦环与线阵相机连接，所述光栅尺上设置有光栅读数头，所述光栅读数头通过第一连接板与成像暗箱固定连接；

所述成像暗箱运动动力机构包括电机系统、与电机系统的输出轴固定连接的丝杠和螺纹连接在丝杠上的丝杠螺母；

所述成像暗箱支撑运动机构包括分别设置在成像暗箱两侧的两根导轨，所述导轨上滑动连接有滑块，所述滑块上固定连接有第二连接板，所述第二连接板通过转接板与所述丝杠螺母连接，所述成像暗箱通过支撑板与第二连接板连接；

所述线阵相机、电机系统和光栅尺均与计算机连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述丝杠通过联轴器与电机系统的输出轴固定连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述成像暗箱运动动力机构还包括上丝杠支撑座和下丝杠支撑座，所述丝杠的上部轴端支撑安装在上丝杠支撑座上，所述丝杠的下部轴端支撑安装在下丝杠支撑座上。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：所述电机系统包括步进电机和与步进电机的输出轴固定连接的减速器，以及用于驱动步进电机的步进电机驱动器，所述步进电机驱动器通过运动控制卡与计算机连接，所述步进电机与步进电机驱动器的输出端连接，所述减速器的输出轴为电机系统的输出轴。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：每根所述导轨上滑动连接有两块滑块，所述第二连接板均通过螺栓与滑块固定连接，所述丝杠螺母通过螺栓与转接板固定连接，所述转接板通过角件与第二连接板固定连接。

上述的一种线阵相机自动对焦装置，其特征在于：位于所述成像暗箱一侧的支撑板的数量为两块，且两块支撑板分别位于转接板的上方和下方，所述成像暗箱通过螺栓与支撑板固定连接，所述支撑板通过螺栓与第二连接板固定连接。

本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、对焦精度高、能够提高线阵相机测量和检测的效率、实用性强的线阵相机自动对焦方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、操作计算机，输入自动对焦起始控制信号；

步骤二、计算机根据输入的自动对焦起始控制信号，控制电机系统带动丝杠转动，丝杠通过螺纹连接在其上的丝杠螺母带动成像暗箱在导轨的导向作用下以速度v运动；成像暗箱运动过程中，光栅尺对成像暗箱的运动位置进行实时检测并将检测到的信号实时输出给计算机；其中，v的取值为0.02m/s～0.2m/s；

步骤三、计算机对成像暗箱的运动位置信号和线阵相机采集的图像进行周期性采样，并调用图像聚焦评价函数计算模块计算每次采样得到的线阵相机采集图像的聚焦评价函数值；