[發(fā)明專利]一種變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110419049.0
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113237634B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 高波;楊洪濤;史魁;陳衛(wèi)寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 史曉麗

1.一種變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測方法，其特征在于：

基于變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測系統(tǒng)實現(xiàn)，所述變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測系統(tǒng)包括系統(tǒng)支撐支架(1)、驅動與反饋組件、導向組件、光學成像組件和控制組件；

所述驅動與反饋組件設置在系統(tǒng)支撐支架(1)上，包括電位計(2)、電機(3)、電位計齒輪(4)、電機齒輪(5)、傳動絲桿齒輪(6)、聯(lián)軸器(7)、滾珠絲桿螺母(8)和螺母固連支架(9)；

所述電位計(2)輸入與電位計齒輪(4)連接；所述電機(3)輸出與電機齒輪(5)連接，用于驅動電機齒輪(5)轉動；所述電機齒輪(5)與傳動絲桿齒輪(6)嚙合，用于驅動傳動絲桿齒輪(6)；所述傳動絲桿齒輪(6)與電位計齒輪(4)嚙合，用于驅動電位計齒輪(4)；

所述傳動絲桿齒輪(6)通過聯(lián)軸器(7)與滾珠絲桿螺母(8)連接，實現(xiàn)滾珠絲桿螺母(8)的移動，滾珠絲桿螺母(8)通過螺母固連支架(9)與變焦鏡頭安裝支架(14)連接，實現(xiàn)變焦鏡頭安裝支架(14)的移動；

所述導向組件包括兩根直線導軌(15)、兩塊移動滑塊(16)和變焦鏡頭安裝支架(14)；兩根直線導軌(15)平行安裝在系統(tǒng)支撐支架(1)上，且直線導軌(15)上設有限位螺釘(24)，限位螺釘(24)用于限定變焦鏡頭安裝支架(14)的位移量；所述移動滑塊(16)設置在直線導軌(15)上，移動滑塊(16)與變焦鏡頭安裝支架(14)固連；

所述光學成像組件包括成像組件(18)、成像組件安裝支架(19)、兩個四自由度光學調整平臺(20)、平行光管及附件(21)和變焦鏡頭(22)；

所述成像組件(18)通過成像組件安裝支架(19)安裝在四自由度光學調整平臺(20)上，平行光管及附件(21)安裝在另一四自由度光學調整平臺(20)的平面上，此四自由度光學調整平臺(20)安裝在系統(tǒng)支撐支架(1)；變焦鏡頭(22)安裝在所述變焦鏡頭安裝支架(14)上；所述四自由度光學調整平臺(20)用于調整平行光管、變焦鏡頭(22)以及成像組件(18)光軸共軸；

所述控制組件包括控制盒(23)、上位機和視頻顯示器；所述上位機內安裝有上位機軟件；控制盒(23)與電位計(2)、電機(3)、變焦鏡頭(22)和上位機連接，用以記錄電位計(2)角度位移信息、變焦鏡頭(22)長焦或短焦狀態(tài)、控制電機(3)的工作，并將信息傳輸至上位機；所述視頻顯示器與上位機和成像組件(18)連接，用以顯示成像組件(18)在不同位置的圖像信息；

所述驅動與反饋組件還包括絲桿前固定支架(10)、絲桿后固定支架(11)和組件安裝支架(12)；

所述聯(lián)軸器(7)的前端通過角接觸軸承(13)安裝在絲桿前固定支架(10)上，后端與所述滾珠絲桿螺母(8)的絲桿相連，滾珠絲桿螺母(8)的絲桿另一端通過角接觸軸承(13)安裝在絲桿后固定支架(11)上，絲桿前固定支架(10)與絲桿后固定支架(11)固定連接；

所述電位計(2)、電機(3)與絲桿前固定支架(10)均安裝在組件安裝支架(12)上，組件安裝支架(12)固定在系統(tǒng)支撐支架(1)上；

其具體步驟如下：

步驟一：安裝所述變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測系統(tǒng)

步驟二：變焦鏡頭自動像面對接

1)變焦鏡頭自動像面對接與光軸跳動檢測系統(tǒng)上電，平行光管選擇鑒別率靶標，并進行初始化；

2)判斷變焦鏡頭(22)法蘭面與成像組件(18)法蘭面是否為平面無凸起；

2.1)若變焦鏡頭(22)法蘭面與成像組件(18)法蘭面存在凸起，在變焦鏡頭(22)與成像組件(18)法蘭之間安裝一個厚度d的墊片，避免凸起碰撞，并進行初始化，再執(zhí)行步驟2.2)；

若變焦鏡頭(22)法蘭面與成像組件法蘭面為平面無凸起，此時d＝0，執(zhí)行步驟2.2)；

2.2)驅動與反饋組件運行至變焦鏡頭(22)法蘭與成像組件(18)法蘭貼合，上位機軟件記錄此時電位計(2)的角度位移信息D1；此時驅動與反饋組件運行方向為正方向；

3)判斷變焦鏡頭(22)短焦是否存在最清晰位置；

3.1)變焦鏡頭(22)切換至短焦狀態(tài)，且變焦鏡頭(22)上調焦組件初始位置為變焦鏡頭(22)理論設計位置，此時選擇一鍵聚焦；所述一鍵聚焦的指令在上位機上完成；

3.2)驅動與反饋組件帶動變焦鏡頭(22)沿反方向移動到凸起的限位螺釘(24)處，在變焦鏡頭(22)運動過程中，圖像信息實時上傳至顯示器與上位機軟件，上位機軟件計算比較圖像灰度方差值和；

3.3)判斷運動過程中灰度方差值和是否存在最大值，且灰度方差值和的最大值不位于機械限位的限位螺釘(24)位置；

若灰度方差值和的最大值處于機械限位位置，則超出系統(tǒng)工作范圍；此時，系統(tǒng)斷電，取消步驟3.2)中凸起的限位螺釘(24)的機械限位功能，將另一限位螺釘(24)改為凸起狀態(tài)，實現(xiàn)機械限位后，執(zhí)行步驟1)；

若灰度方差值和存在最大值，且灰度方差值和的最大值不位于機械限位位置；

a)上位機軟件判斷變焦鏡頭(22)短焦存在最清晰位置，驅動與反饋組件帶動變焦鏡頭(22)運行至該位置；

b)復查圖像是否清晰；

若清晰，輸出此時像面位置信息D2；

若不清晰，則通過手動調焦+、調焦-的方式對驅動與反饋組件進行手動調整，直至變焦鏡頭(22)運動到最清晰位置，再輸出此時的像面位置信息D2；

4)判斷變焦鏡頭(22)在長焦位置是否存在最清晰位置；

4.1)驅動變焦鏡頭(22)切換至長焦位置；

4.2)判別變焦鏡頭(22)長焦是否為最清晰位置；

若變焦鏡頭(22)長焦不是最清晰位置，則通過一鍵聚焦對變焦鏡頭(22)調焦組件進行調焦，至最清晰位置，然后跳轉至步驟3.1)；

若變焦鏡頭(22)長焦為最清晰位置，則輸出此時像面位置信息D2，變焦鏡頭(22)像面修切墊的實際厚度為D2-D1+d；此時變焦鏡頭(22)的長焦與短焦均在最清晰位置，則像面對接完成；

步驟三：變焦鏡頭(22)的自動光軸跳動檢測

1)平行光管選用十字絲靶標，用于精確測量跳動量；

2)通過四自由度光學調整平臺(20)，調整平行光管光軸，變焦鏡頭(22)長短焦共軸；

3)根據(jù)像面對接的結果，設置驅動與反饋組件位置，此時變焦鏡頭(22)長短焦位置均可以清晰成像；

4)變焦鏡頭(22)切換至長焦狀態(tài)，通過四自由度光學平臺(20)將成像組件靶面中心十字絲與長焦狀態(tài)光軸重合；

5)通過上位機軟件圖像處理算法，記錄此時變焦鏡頭(22)光軸位置，且此位置為初始位置；

6)緩慢驅動變焦鏡頭(22)從長焦切換至短焦狀態(tài)，上位機軟件記錄切換過程中各焦距光軸位置，通過逐幀識別圖像上所標定的光軸點在不同焦距時與成像組件靶面中心十字絲之間的差值Δx與Δy，從而得出該變焦鏡頭從長焦端切換至短焦端的光軸跳動參數(shù)；所述Δx是光軸點與成像組件靶面中心十字絲之間的橫向差值，Δy是光軸點與成像組件靶面中心十字絲之間的縱向差值；

7)采用與步驟6)同樣的方法測量出該變焦鏡頭(22)從短焦端切換至長焦端的光軸跳動參數(shù)；此時變焦鏡頭(22)的自動光軸跳動檢測完成。