1.本发明涉及机器人视觉技术领域，具体是一种平面相机自动调平装置及其控制方法。
背景技术：2.机器人是自动控制机器的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)，狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人，在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作，它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
3.手眼标定是视觉引导机器人作业所必需的步骤，而平面相机调平是手眼标定的关键步骤，它决定了手眼标定的精度。
4.现有技术中，技术人员通过制作相应的工装夹具，通过反复调整定位夹具，使相机的角度和位置发生变化，从而实现相机与工作平面的相对平行。
5.但是人为的调整方法容易导致平行度误差，进而导致手眼标定的结果准确度差，且该方法耗时、繁琐，增加了现场技术人员的工作量，影响用户的使用体验，不利于上述工装夹具在市场上的推广及应用。
技术实现要素：6.为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明第一个发明目的在于提供一种平面相机自动调平装置，该装置无需人员干预，能够快速完成相机调平工作，同时保证调整角度的准确度，增强用户的使用体验，有利于上述调平装置在机器人视觉技术领域的推广及应用。本发明的第二个发明目的在于提供一种平面相机自动调平装置的控制方法，该控制方法用于控制上述自动调平装置，保证调平装置的自动化、高效率，同样能够增强用户的使用体验。
7.上述一种平面相机自动调平装置与一种平面相机自动调平装置的控制方法技术上相互关联，属于同一个发明构思。
8.为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：一种平面相机自动调平装置，用于调平并固定具有工业相机镜头的工业平面相机；包括调平底板、安装底板及相机安装支架，所述工业平面相机通过所述相机安装支架安装于所述调平底板，所述工业相机镜头的镜头面与所述调平底板平行设置；还包括用于调平并固定所述调平底板的调平锁定装置，所述调平锁定装置包括具有自锁功能的电机、球头螺栓杆端关节轴承及旋转连接件，所述电机固设于所述安装底板，所述旋转连接件安装于所述电机的输出端，所述球头螺栓杆端关节轴承连接所述旋转连接件与所述调平底板。
9.作为本发明的一种优选方案，所述相机安装支架安装于所述调平底板的中心位置处。
10.作为本发明的一种优选方案，所述调平底板中心位置处还开设有供所述工业平面
相机通过的调平底板孔。
11.作为本发明的一种优选方案，所述安装底板中心位置处还开设有供所述工业平面相机通过的安装底板孔，所述安装底板孔正对所述调平底板孔设置。
12.作为本发明的一种优选方案，所述调平锁定装置为两个，两个所述调平锁定装置分设于所述调平底板的对角处。
13.作为本发明的一种优选方案，两个所述调平锁定装置中的所述电机均为步进电机。
14.作为本发明的一种优选方案，所述调平锁定装置为四个，四个所述调平锁定装置分设于所述调平底板的四个边角处。
15.作为本发明的一种优选方案，四个所述调平锁定装置中的两个所述电机均为步进电机。
16.作为本发明的一种优选方案，所述球头螺栓杆端关节轴承为c型球头螺栓关节轴承。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的一种平面相机自动调平装置，通过设置调平底板、安装底板及相机安装支架，将工业平面相机通过相机安装支架固定安装在调平底板上，再通过调平锁定装置对调平底板进行调平并固定操作，进而实现对上述工业平面相机的调平并固定操作，无需操作人员手动干预，能够快速完成相机调平工作，增强用户的使用体验，有利于上述调平装置在机器人视觉技术领域的推广及应用。
18.为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案：一种平面相机自动调平装置的控制方法，用于控制上述平面相机自动调平装置；包括以下步骤：s1、组装上述自动调平装置，将具有工业相机镜头的工业平面相机固定于相机安装支架；s2、将靶平面放置于工业平面相机的视野范围内；s3、通过工业平面相机采集靶平面图像；s4、根据靶平面的特征点计算靶平面坐标系与工业平面相机坐标系的变换矩阵；s5、将变换矩阵转换成欧拉角（ez，ey，ex）表示；s6、根据ex、ey的值，计算电机调整的位移；s7、重复s3～s6，直至ex，ey满足阈值。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明中的一种平面相机自动调平装置的控制方法，用于控制上述平面相机自动调平装置，通过上述方法，能够保证相机调整角度的准确度，且无需对相机进行多次调整，能够提高调整速率，进而增强用户的使用体验，有利于上述调平装置在机器人视觉技术领域的推广及应用。
附图说明
20.图1是本发明中一种平面相机自动调平装置与靶平面的安装示意图；图2是本发明中相机坐标系与靶平面坐标系的位置关系示意图；图3是本发明中一种平面相机自动调平装置中工业平面相机的调节范围示意图；附图标记：1、调平底板；2、相机安装支架；3、工业平面相机；4、工业相机镜头；5、靶平面；6、电机；7、球头螺栓杆端关节轴承；8、旋转连接件；9、安装底板。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作详细说明。
22.如图1至图3所示，一种平面相机自动调平装置，用于调平并固定具有工业相机镜头4的工业平面相机3；包括调平底板1、安装底板9及相机安装支架2，上述工业平面相机3通过上述相机安装支架2固定安装在上述调平底板1上，为了能够实现通过调平并固定上述调平底板1来调平并固定上述工业相机镜头4，将上述工业相机镜头4的镜头面与上述调平底板1平行设置。手动调整完毕往往需要机械锁定，在锁定过程中容易引发相机姿态变动，为了避免因手动固定导致抖动误差，本发明中的自动调平装置还设置了用于调平并固定上述调平底板1的调平锁定装置，上述调平锁定装置主要由具有自锁功能的电机6、球头螺栓杆端关节轴承7及旋转连接件8组成，上述电机6一端固定安装在或者固定连接在上述安装底板9上，上述旋转连接件8安装在上述电机6的输出端，上述球头螺栓杆端关节轴承7连接上述旋转连接件8与上述调平底板1，以实现对调平底板1的调平与固定，进而实现对工业平面相机3的调平与固定。工业平面相机3安装后，无需人员干预，通过调平锁定装置可自动将工业平面相机3与工作平面调至平行，降低人为调节过程中的误差，保证相机调整角度的精确度，进而增强用户的使用体验。
23.为了保证上述自动调平装置结构的稳定性，上述相机安装支架2安装在上述调平底板1的中心位置处。为了便于工业平面相机3向上方运动以实现调平，在上述调平底板1中心位置处开还设有供上述工业平面相机3通过的调平底板孔，进一步地，在上述安装底板9中心位置处开还设有供上述工业平面相机3通过安装底板孔，上述安装底板孔正对上述调平底板孔设置。
24.进一步地，为了保证上述自动调平装置的使用性能，可将上述调平锁定装置为两个，两个上述调平锁定装置分设于上述调平底板1的对角处，两个上述调平锁定装置中的上述电机6均为步进电机或伺服电机。或者，为了进一步保证调平装置的稳定性，将上述调平锁定装置为四个，四个上述调平锁定装置分设于上述调平底板1的四个边角处，四个上述调平锁定装置中的两个上述电机2均为步进电机或伺服电机。本发明中通过设置两个高精度的步进电机，可以对工业平面相机3的俯仰角和翻滚角进行调，同时步进电机可以实现精确位置控制，确保工业平面相机3调至所需的角度，避免了因手动调整带来的抖动误差。
25.球头螺栓杆端关节轴承7为c型球头螺栓关节轴承，关节轴承是一种球面滑动轴承，其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，它采用表面磷化、炸口、镶垫、喷涂等多种特殊工艺处理方法制作而成。关节轴承具有载荷能力大，抗冲击，抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点，能够降低对调平底板1的调整难度，进而便于对工业平面相机3进行角度调整，增强用户的使用体验。
26.本发明实施的技术原理：如图2所示，相机调平的目的和标准即靶平面坐标系（坐标系1）和工业相机坐标系（坐标系2）平行。
27.工业平面相机3的成像模型为：
其中，，被称作等效焦距；为3
×
4投影矩阵；完全由五个参数决定，由于五个参数仅仅与工业平面相机3固有参数相关，我们称构成为相机的内参矩阵；为相机的外部参数矩阵。
28.外部参数矩阵描述了相机在世界坐标系中的位置和姿态，即在中的表示方式。其中，表示旋转矩阵，表示平移矩阵，由于坐标平移对相机的姿态没有影响，故只考虑即可。
29.则其对应的欧拉角：则其对应的欧拉角：则其对应的欧拉角：设定检测阈值，当或者时，如图3所示，将需要调整的角度转换成电机6的位移，即可将调平底板1在
±3°
内调节，直到调整至当并且时，即可认为和的x、y坐标轴相互平行。
30.本发明中的一种平面相机自动调平装置的控制方法，用于控制上述平面相机自动调平装置；具体实施过程如下：s1、组装上述自动调平装置，将具有工业相机镜头4的工业平面相机3固定于相机安装支架2；s2、将靶平面5放置于工业平面相机3的视野范围内；s3、通过工业平面相机3采集靶平面5图像；s4、根据靶平面5的特征点计算靶平面5坐标系与工业平面相机3坐标系的变换矩阵；s5、将变换矩阵转换成欧拉角（ez，ey，ex）表示；s6、根据ex、ey的值，计算电机6调整的位移；s7、重复s3～s6，直至ex，ey满足一定的阈值。
31.上述计算平面相机调平角度的方法，通过相机的外参模型，建立了相机坐标系与靶平面坐标系的关系，通过计算两个坐标系的变换关系，得到相机所需的调整角度，从而转化成电机的位移，实现对相机的调平，不需要手动对相机进行调平，保证相机调平角度的精确度，同时提高工业相机调平效率，增强用户的使用体验。
32.本发明中的一种平面相机自动调平装置，通过设置调平底板1、安装底板9及相机安装支架2，将工业平面相机3通过相机安装支架2固定安装在调平底板1上，再通过调平锁
定装置对调平底板1进行调平并固定操作，进而实现对上述工业平面相机3的调平并固定操作，无需操作人员手动干预，能够快速完成相机调平工作，增强用户的使用体验，有利于上述调平装置在机器人视觉技术领域的推广及应用。
33.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
34.尽管本文较多地使用了图中附图标记：1、调平底板；2、相机安装支架；3、工业平面相机；4、工业相机镜头；5、靶平面；6、电机；7、球头螺栓杆端关节轴承；8、旋转连接件；9、安装底板等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
技术特征：1.一种平面相机自动调平装置，用于调平并固定具有工业相机镜头（4）的工业平面相机（3）；其特征在于：包括调平底板（1）、安装底板（9）及相机安装支架（2），所述工业平面相机（3）通过所述相机安装支架（2）安装于所述调平底板（1），所述工业相机镜头（4）的镜头面与所述调平底板（1）平行设置；还包括用于调平并固定所述调平底板（1）的调平锁定装置，所述调平锁定装置包括具有自锁功能的电机（6）、球头螺栓杆端关节轴承（7）及旋转连接件（8），所述电机（6）固设于所述安装底板（9），所述旋转连接件（8）安装于所述电机（6）的输出端，所述球头螺栓杆端关节轴承（7）连接所述旋转连接件（8）与所述调平底板（1）。2.根据权利要求1所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述相机安装支架（2）安装于所述调平底板（1）的中心位置处。3.根据权利要求2所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述调平底板（1）中心位置处还开设有供所述工业平面相机（3）通过的调平底板孔。4.根据权利要求3所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述安装底板（9）中心位置处还开设有供所述工业平面相机（3）通过的安装底板孔，所述安装底板孔正对所述调平底板孔设置。5.根据权利要求1或4所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述调平锁定装置为两个，两个所述调平锁定装置分设于所述调平底板（1）的对角处。6.根据权利要求5所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：两个所述调平锁定装置中的所述电机（6）均为步进电机。7.根据权利要求1或4所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述调平锁定装置为四个，四个所述调平锁定装置分设于所述调平底板（1）的四个边角处。8.根据权利要求7所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：四个所述调平锁定装置中的两个所述电机（2）均为步进电机。9.根据权利要求1所述的一种平面相机自动调平装置，其特征在于：所述球头螺栓杆端关节轴承（7）为c型球头螺栓关节轴承。10.一种平面相机自动调平装置的控制方法，用于控制权利要求1至权利要求9任一所述的一种平面相机自动调平装置；其特征在于：包括以下步骤：s1、组装上述自动调平装置，将具有工业相机镜头（4）的工业平面相机（3）固定于相机安装支架（2）；s2、将靶平面（5）放置于工业平面相机（3）的视野范围内；s3、通过工业平面相机（3）采集靶平面（5）图像；s4、根据靶平面（5）的特征点计算靶平面（5）坐标系与工业平面相机（3）坐标系的变换矩阵；s5、将变换矩阵转换成欧拉角（ez，ey，ex）表示；s6、根据ex、ey的值，计算电机（6）调整的位移；s7、重复s3～s6，直至ex，ey满足阈值。
技术总结本发明涉及一种平面相机自动调平装置，用于调平并固定具有工业相机镜头的工业平面相机；包括调平底板、安装底板及相机安装支架，工业平面相机通过相机安装支架安装于调平底板，工业相机镜头的镜头面与调平底板平行设置；还包括用于调平并固定调平底板的调平锁定装置，调平锁定装置包括具有自锁功能的电机、球头螺栓杆端关节轴承及旋转连接件，电机固设于安装底板，旋转连接件安装于电机的输出端，球头螺栓杆端关节轴承连接旋转连接件与调平底板。该装置无需人员干预，能够快速完成相机调平工作，同时保证调整角度的准确度。一种平面相机自动调平装置的控制方法，用于控制上述自动调平装置，同样能够保证调平装置的自动化、高效率。率。率。
技术研发人员：张东阳 李志强 肖占春 郑友来 李文全 杜晨曦
受保护的技术使用者：安吉八塔机器人有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/5
