CN114721120B - 一种无需零位检测传感器的变焦装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无需零位检测传感器的变焦装置及其控制方法，该变焦装置中的凸轮套装在镜筒上，其上具有螺线形凸轮槽；电机通过传动机构与凸轮连接；滑架组件设置在镜筒内，其上固定有驱动导钉，且驱动导钉位于凸轮槽内；控制器与电机及其编码器电连接；变焦装置的控制方法如下：控制器通过电机带动凸轮转动，在驱动导钉与凸轮槽的共同作用使滑架组件及透镜向前端移动直至电机堵转；电机带动凸轮反向转动使滑架组件及透镜反向移动直至电机堵转，记录编码器输出脉冲数量Y；若Y等于全行程总脉冲数量W则标记零位。本发明无需用于检测零位的位置传感器，具有结构简单，成本低，体积小等优点。
Description
技术领域
本发明属于光学成像自动变焦镜头技术领域，涉及一种无需零位检测传感器的变焦装置及其控制方法。
背景技术
目前很多光学仪器都要求光学系统的放大倍率能够变化，使其同一仪器既能看到大视场、低倍率的总体，又能仔细观察小视场、高倍率的局部，更换镜头是一种常用的方法，例如显微物镜等，然而这种更换物镜断续变焦的方法使其成像大小突然变化。为使成像大小连续变化，变焦镜头应运而生。近年来，变焦镜头技术迅速发展，无论是在成像质量方面还是在变倍比范围、外形尺寸、视场范围等方面都获得了很大的突破，使变焦镜头的应用领域越来越广泛，从摄像仪器到照相机、望远镜、显微镜、监控系统、机器视觉，再到拍照手机，其在我们的日常生活、艺术和工作中发挥着重要作用，变焦镜头也逐渐向大视场大变倍比方向发展，也对变倍调焦过程中的镜片定位精度提出了更高要求。目前的光学成像变焦镜头多采用直流减速电机驱动变倍组、补偿组以及调焦组镜片进行轴向运动，从而达到镜头变倍调焦的目的，所以在成像系统上电之初就涉及镜头的零位检测以及检测系统中的运动部件是否运动正常，目前变焦镜头多采用光电开关、触碰开关以及电位计等一种或多种位置检测传感器来确定镜头的零位，以上方法确实可以解决零位检测以及系统运动部件是否存在卡死问题，但存在以下缺点：1、使用光电开关进行零位检测结构复杂，配合光电开关使用的光耦挡片在镜头装调初期需要精确定位其位置，从而保证镜头能找到正确零位，但是在实际生产过程中操作十分的繁琐需要反复调整光耦挡片的位置，才能达到预期效果，效率低下。2、使用触碰开关与以上光电开关结构存在类似问题即反复调整位置效率低下，又由于触碰开关为机械接触检测，长期反复接触容易造成结构触碰开关等结构件螺钉松动从而降低零位定位精度。3、使用电位计结构由于电位计内部结构原理同滑动变阻器，通过改变接触位置改变电阻，自然带来寿命低的缺点，长期反复运动容易造成输出精度下降进而影响镜头复位点定位精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无需零位检测传感器的变焦装置，该装置能够降低系统成本，在减小系统体积重量的同时提高系统的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明的无需零位检测传感器的变焦装置包括旋转驱动装置、凸轮、滑架组件，控制器；所述的旋转驱动装置采用集成了编码器的电机，电机安装在镜筒上；凸轮套装在镜筒上，其上具有螺线形凸轮槽；电机通过传动机构与凸轮连接；滑架组件设置在镜筒内，透镜固定在滑架组件上，滑架组件上固定有驱动导钉，且驱动导钉位于凸轮槽内；控制器与电机和编码器电连接；当电机驱动凸轮转动时，驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线方向移动，从而带动滑架组件及透镜移动。
所述的电机通过齿轮传动机构与凸轮连接。
进一步，本发明还包括安装在驱动导钉上的导钉滚子。
所述的控制器集成在控制板上，控制板固定在镜筒上。
所述的电机采用福尔哈贝1331T012SR_246:1_IE2-50直流减速电机。
进一步，本发明还包括消隙结构；所述的消隙结构包括支撑板，3个结构相同的偏心轴组件；3个偏心轴组件和驱动导钉安装在组件支撑板上；偏心轴组件包括偏心轴座、偏心轴、导槽轴承；偏心轴固定在偏心轴座上且其轴线偏离偏心轴座的轴线，导槽轴承安装在偏心轴上；偏心轴座可带动导槽轴承绕偏心轴座的轴线旋转并固定；镜筒上具有沿轴线方向延伸的直线导槽，组件支撑板固定在滑架组件的外圆周面上并且各偏心轴组件的导槽轴承位于直线导槽内。
上述无需零位检测传感器的变焦装置的控制方法如下：
步骤一、控制器控制电机运转并带动凸轮转动，使驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线方向向前移动，从而带动滑架组件及透镜移动，直至驱动导钉到达前端的C端点与凸轮槽的B端点接触使电机堵转；设驱动导钉从起始点移动到C端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为X；
步骤二、判断编码器输出的脉冲数量X与驱动导钉在凸轮槽内移动全行程的总脉冲数量W进行对比，如果X>W则上报报警信息，如果X≤W则控制器控制电机反向运转并带动凸轮反向转动，驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线向后端移动，从而带动滑架组件及透镜反向移动，直至驱动导钉到达后端的D端点与凸轮槽的A端点接触使电机堵转；设驱动导钉从C端点移动到D端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为Y；
步骤三、将编码器输出的脉冲数量Y与全行程的总脉冲数量W进行对比，如果Y≠W则上报报警信息，如果Y＝W则说明此时驱动导钉到达了D端点，标记零位。
本发明的有益效果：
本发明通过控制电机的正转反转带动透镜前后移动配合电机的堵转检测及合理的控制逻辑完成系统的零位检测。由于该装置无需用于检测零位的位置传感器，所以具有结构简单，成本低，体积小等优点。由于该发明不是简单的通过单方向电机运动堵转就标记为零位，而是通过以上的控制逻辑在完成了零位检测的同时也将系统问题进行了检测并加入上报报警信息功能，所以又具有稳定可靠的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的一种无需零位检测传感器的变焦装置立体图。
图2是本发明的一种无需零位检测传感器的变焦装置俯视图。
图3是本发明的一种无需零位检测传感器的变焦装置剖视图。
图4是带有消隙结构的变焦装置剖视图。
图5是带有消隙结构的滑架组件立体图。
图6是消隙结构立体图。
图7是偏心轴组件爆炸图。
图8是消隙结构与直线导槽配合的立体图。
图9是本发明的控制方法流程图。
图中：1.镜筒；11.直线导槽；21.电机；22.主动齿轮组；31.凸轮；311.凸轮槽；312.凸起；32.从动齿轮；4.驱动导钉；5.滑架组件；6.透镜；7.控制板；81.支撑板，82、83、84.偏心轴组件；821.偏心轴座；8211.中心轴；822.偏心轴；823.导槽轴承；824.轴承压紧钉；825.轴承压紧垫圈；833.导槽轴承；843.导槽轴承；85.轴座钉；86.螺钉；9.导钉滚子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-3所示，本发明的无需零位检测传感器的变焦装置包括旋转驱动装置、凸轮、滑架组件5，控制板7；所述的旋转驱动装置采用集成了编码器的电机21，电机21与变焦镜头的镜筒1固定连接；凸轮31套装在镜筒1上，其上具有螺线形凸轮槽311；电机21的驱动轴通过主动齿轮组22和从动齿轮与凸轮31连接；从动齿轮32套装在凸轮31上并且两者通过凸轮外侧的凸起312与从动齿轮内侧的缺口卡接；滑架组件5设置在镜筒1内，透镜6固定在滑架组件5上，可随滑架组件5沿镜筒作轴线方向运动；滑架组件上固定有驱动导钉4，且驱动导钉4位于凸轮槽311内；控制板7固定在镜筒上并且其上的控制器与电机及编码器电连接。
所述的电机采用福尔哈贝1331T012SR_246:1_IE2-50直流减速电机，其尾部集成了五十线增量式编码器，通过编码器以及控制板的堵转检测功能配合合理的控制逻辑完成变焦装置的零位检测，并具备检测运动部件是否运动正常的上电自检功能。
如图4-6所示，所述的变焦装置还可以包括安装在驱动导钉4上的导钉滚子9。
所述的变焦装置还可以包括消隙结构；所述的消隙结构包括支撑板81，3个结构相同的偏心轴组件82、83、84；3个偏心轴组件按顺序安装在组件支撑板81上，驱动导钉4安装在组件支撑板81上并位于偏心轴组件83与偏心轴组件84之间。
如图7所示，以偏心轴组件82为例，所述的偏心轴组件包括偏心轴座821、偏心轴822、导槽轴承823、轴承压紧钉824、轴承压紧垫圈825；所述的偏心轴座821下部的中心轴8211安装于组件支撑板81的配合孔内，可绕配合孔轴线旋转并通过对应的轴座钉85固定；偏心轴822固定在偏心轴座821上且其轴线偏离偏心轴座821的轴线；导槽轴承823安装在偏心轴822上，且通过轴承压紧钉824及轴承压紧垫圈825压紧固定。
所述的镜筒1上具有沿轴线方向延伸的直线导槽11，组件支撑板81通过2个螺钉86固定在滑架组件5的外圆周面上并且各偏心轴组件的导槽轴承位于直线导槽11内；如图8所示，安装时调整各偏心轴座的角度使导槽轴承833和导槽轴承843与直线导槽11的下立面紧密接触，导槽轴承823与直线导槽11的上立面紧密接触，分别锁紧各轴座钉85。此时，滑架组件5无法绕镜筒1轴线旋转，当凸轮31通过导钉滚子9驱动滑架组件5移动时。滑架组件5只产生沿镜筒轴线方向的直线运动。因此可消除镜头变焦过程中的空回现象，提高了重复定位精度。
如图9所示，本发明的无需零位检测传感器的变焦装置的控制方法，具体如下：
步骤一、控制板上电，控制板上的控制器控制电机运转，通过主动齿轮和从动齿轮带动凸轮转动，使驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线方向向前移动，从而带动滑架组件及透镜移动，直至驱动导钉到达前端的C端点与凸轮槽的B端点接触使电机堵转；设驱动导钉从起始点移动到C端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为X；
步骤二、判断编码器输出的脉冲数量X与驱动导钉在凸轮槽内移动全行程的总脉冲数量W进行对比，如果X>W则说明变焦装置出现了问题需要上报报警信息(有可能是传动系统出现了问题)，如果X≤W则控制器控制电机反向运转，通过主动齿轮和从动齿轮带动凸轮反向转动，驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线向后端移动，从而带动滑架组件及透镜反向移动，直至驱动导钉到达后端的D端点与凸轮槽的A端点接触使电机堵转；设驱动导钉从C端点移动到D端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为Y；
步骤三、将编码器输出的脉冲数量Y与全行程的总脉冲数量W进行对比，如果Y≠W则说明变焦装置出现了问题需要上报报警信息(可能是控制板由于故障出现了卡死现象)，如果Y＝W则说明此时驱动导钉到达了D端点，即变焦镜头到达了零位，标记零位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种无需零位检测传感器的变焦装置，其特征在于包括旋转驱动装置、凸轮(31)、滑架组件(5)，控制器，消隙结构；所述的旋转驱动装置采用集成了编码器的电机(21)，电机(21)安装在镜筒上；凸轮(31)套装在镜筒(1)上，其上具有螺线形凸轮槽(311)；电机(21)通过传动机构与凸轮(31)连接；滑架组件(5)设置在镜筒(1)内，透镜(6)固定在滑架组件(5)上，滑架组件上固定有驱动导钉(4)，且驱动导钉(4)位于凸轮槽(311)内，驱动导钉(4)上安装有导钉滚子(9)；控制器与电机和编码器电连接；当电机驱动凸轮转动时，驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线方向移动，从而带动滑架组件及透镜移动；所述的电机采用福尔哈贝1331T012SR_246:1_IE2-50直流减速电机；所述的消隙结构包括支撑板(81)，3个结构相同的偏心轴组件；3个偏心轴组件和驱动导钉(4)安装在组件支撑板(81)上；偏心轴组件包括偏心轴座、偏心轴、导槽轴承；偏心轴固定在偏心轴座上且其轴线偏离偏心轴座的轴线，导槽轴承安装在偏心轴上；偏心轴座可带动导槽轴承绕偏心轴座的轴线旋转并固定；镜筒(1)上具有沿轴线方向延伸的直线导槽(11)，支撑板(81)固定在滑架组件(5)的外圆周面上并且各偏心轴组件的导槽轴承位于直线导槽(11)内。
2.根据权利要求1所述的无需零位检测传感器的变焦装置，其特征在于所述的电机(21)通过齿轮传动机构与凸轮连接。
3.根据权利要求1所述的无需零位检测传感器的变焦装置，其特征在于所述的控制器集成在控制板(7)上，控制板(7)固定在镜筒上。
4.一种如权利要求1所述的无需零位检测传感器的变焦装置的控制方法，其特征在于该方法如下：
步骤一、控制器控制电机运转并带动凸轮转动，使驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线方向向前移动，从而带动滑架组件及透镜移动，直至驱动导钉到达前端的C端点与凸轮槽的B端点接触使电机堵转；设驱动导钉从起始点移动到C端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为X；
步骤二、判断编码器输出的脉冲数量X与驱动导钉在凸轮槽内移动全行程的总脉冲数量W进行对比，如果X>W则上报报警信息，如果X≤W则控制器控制电机反向运转并带动凸轮反向转动，驱动导钉在凸轮槽的作用下沿镜筒轴线向后端移动，从而带动滑架组件及透镜反向移动，直至驱动导钉到达后端的D端点与凸轮槽的A端点接触使电机堵转；设驱动导钉从C端点移动到D端点过程中编码器向控制器输出的脉冲数量为Y；
步骤三、将编码器输出的脉冲数量Y与全行程的总脉冲数量W进行对比，如果Y≠W则上报报警信息，如果Y＝W则说明此时驱动导钉到达了D端点，标记零位。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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