[发明专利]一种变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测系统及方法

权利要求书

1.一种变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测方法，其特征在于：

基于变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测系统实现，所述变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测系统包括系统支撑支架(1)、驱动与反馈组件、导向组件、光学成像组件和控制组件；

所述驱动与反馈组件设置在系统支撑支架(1)上，包括电位计(2)、电机(3)、电位计齿轮(4)、电机齿轮(5)、传动丝杆齿轮(6)、联轴器(7)、滚珠丝杆螺母(8)和螺母固连支架(9)；

所述电位计(2)输入与电位计齿轮(4)连接；所述电机(3)输出与电机齿轮(5)连接，用于驱动电机齿轮(5)转动；所述电机齿轮(5)与传动丝杆齿轮(6)啮合，用于驱动传动丝杆齿轮(6)；所述传动丝杆齿轮(6)与电位计齿轮(4)啮合，用于驱动电位计齿轮(4)；

所述传动丝杆齿轮(6)通过联轴器(7)与滚珠丝杆螺母(8)连接，实现滚珠丝杆螺母(8)的移动，滚珠丝杆螺母(8)通过螺母固连支架(9)与变焦镜头安装支架(14)连接，实现变焦镜头安装支架(14)的移动；

所述导向组件包括两根直线导轨(15)、两块移动滑块(16)和变焦镜头安装支架(14)；两根直线导轨(15)平行安装在系统支撑支架(1)上，且直线导轨(15)上设有限位螺钉(24)，限位螺钉(24)用于限定变焦镜头安装支架(14)的位移量；所述移动滑块(16)设置在直线导轨(15)上，移动滑块(16)与变焦镜头安装支架(14)固连；

所述光学成像组件包括成像组件(18)、成像组件安装支架(19)、两个四自由度光学调整平台(20)、平行光管及附件(21)和变焦镜头(22)；

所述成像组件(18)通过成像组件安装支架(19)安装在四自由度光学调整平台(20)上，平行光管及附件(21)安装在另一四自由度光学调整平台(20)的平面上，此四自由度光学调整平台(20)安装在系统支撑支架(1)；变焦镜头(22)安装在所述变焦镜头安装支架(14)上；所述四自由度光学调整平台(20)用于调整平行光管、变焦镜头(22)以及成像组件(18)光轴共轴；

所述控制组件包括控制盒(23)、上位机和视频显示器；所述上位机内安装有上位机软件；控制盒(23)与电位计(2)、电机(3)、变焦镜头(22)和上位机连接，用以记录电位计(2)角度位移信息、变焦镜头(22)长焦或短焦状态、控制电机(3)的工作，并将信息传输至上位机；所述视频显示器与上位机和成像组件(18)连接，用以显示成像组件(18)在不同位置的图像信息；

所述驱动与反馈组件还包括丝杆前固定支架(10)、丝杆后固定支架(11)和组件安装支架(12)；

所述联轴器(7)的前端通过角接触轴承(13)安装在丝杆前固定支架(10)上，后端与所述滚珠丝杆螺母(8)的丝杆相连，滚珠丝杆螺母(8)的丝杆另一端通过角接触轴承(13)安装在丝杆后固定支架(11)上，丝杆前固定支架(10)与丝杆后固定支架(11)固定连接；

所述电位计(2)、电机(3)与丝杆前固定支架(10)均安装在组件安装支架(12)上，组件安装支架(12)固定在系统支撑支架(1)上；

其具体步骤如下：

步骤一：安装所述变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测系统

步骤二：变焦镜头自动像面对接

1)变焦镜头自动像面对接与光轴跳动检测系统上电，平行光管选择鉴别率靶标，并进行初始化；

2)判断变焦镜头(22)法兰面与成像组件(18)法兰面是否为平面无凸起；

2.1)若变焦镜头(22)法兰面与成像组件(18)法兰面存在凸起，在变焦镜头(22)与成像组件(18)法兰之间安装一个厚度d的垫片，避免凸起碰撞，并进行初始化，再执行步骤2.2)；

若变焦镜头(22)法兰面与成像组件法兰面为平面无凸起，此时d＝0，执行步骤2.2)；

2.2)驱动与反馈组件运行至变焦镜头(22)法兰与成像组件(18)法兰贴合，上位机软件记录此时电位计(2)的角度位移信息D1；此时驱动与反馈组件运行方向为正方向；

3)判断变焦镜头(22)短焦是否存在最清晰位置；

3.1)变焦镜头(22)切换至短焦状态，且变焦镜头(22)上调焦组件初始位置为变焦镜头(22)理论设计位置，此时选择一键聚焦；所述一键聚焦的指令在上位机上完成；

3.2)驱动与反馈组件带动变焦镜头(22)沿反方向移动到凸起的限位螺钉(24)处，在变焦镜头(22)运动过程中，图像信息实时上传至显示器与上位机软件，上位机软件计算比较图像灰度方差值和；

3.3)判断运动过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机械限位的限位螺钉(24)位置；

若灰度方差值和的最大值处于机械限位位置，则超出系统工作范围；此时，系统断电，取消步骤3.2)中凸起的限位螺钉(24)的机械限位功能，将另一限位螺钉(24)改为凸起状态，实现机械限位后，执行步骤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机械限位位置；

a)上位机软件判断变焦镜头(22)短焦存在最清晰位置，驱动与反馈组件带动变焦镜头(22)运行至该位置；

b)复查图像是否清晰；

若清晰，输出此时像面位置信息D2；

若不清晰，则通过手动调焦+、调焦-的方式对驱动与反馈组件进行手动调整，直至变焦镜头(22)运动到最清晰位置，再输出此时的像面位置信息D2；

4)判断变焦镜头(22)在长焦位置是否存在最清晰位置；

4.1)驱动变焦镜头(22)切换至长焦位置；

4.2)判别变焦镜头(22)长焦是否为最清晰位置；

若变焦镜头(22)长焦不是最清晰位置，则通过一键聚焦对变焦镜头(22)调焦组件进行调焦，至最清晰位置，然后跳转至步骤3.1)；

若变焦镜头(22)长焦为最清晰位置，则输出此时像面位置信息D2，变焦镜头(22)像面修切垫的实际厚度为D2-D1+d；此时变焦镜头(22)的长焦与短焦均在最清晰位置，则像面对接完成；

步骤三：变焦镜头(22)的自动光轴跳动检测

1)平行光管选用十字丝靶标，用于精确测量跳动量；

2)通过四自由度光学调整平台(20)，调整平行光管光轴，变焦镜头(22)长短焦共轴；

3)根据像面对接的结果，设置驱动与反馈组件位置，此时变焦镜头(22)长短焦位置均可以清晰成像；

4)变焦镜头(22)切换至长焦状态，通过四自由度光学平台(20)将成像组件靶面中心十字丝与长焦状态光轴重合；

5)通过上位机软件图像处理算法，记录此时变焦镜头(22)光轴位置，且此位置为初始位置；

6)缓慢驱动变焦镜头(22)从长焦切换至短焦状态，上位机软件记录切换过程中各焦距光轴位置，通过逐帧识别图像上所标定的光轴点在不同焦距时与成像组件靶面中心十字丝之间的差值Δx与Δy，从而得出该变焦镜头从长焦端切换至短焦端的光轴跳动参数；所述Δx是光轴点与成像组件靶面中心十字丝之间的横向差值，Δy是光轴点与成像组件靶面中心十字丝之间的纵向差值；

7)采用与步骤6)同样的方法测量出该变焦镜头(22)从短焦端切换至长焦端的光轴跳动参数；此时变焦镜头(22)的自动光轴跳动检测完成。