ЮСТИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
ADJUSTMENT DEVICE

Область техники
Изобретение относится к области оптико-механического приборостроения.
Более конкретно, изобретение может быть использовано для юстировки видеокамеры в системах машинного зрения, например, в устройствах биометрической идентификации по геометрии руки.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство, на которое выдано авторское свидетельство СССР №337747 под названием «Котировочное устройство», МПК: G02B 7/18; автор: Ю.В. Любавский; опубликовано 05.05.1972; приоритет от 14.07.1969.
Юстировочное устройство, например, для зеркал оптических квантовых генераторов, содержит рычажно-винтовой механизм с винтами грубой и тонкой регулировки положения подпружиненного основания относительно неподвижного корпуса. С целью повышения чувствительности юстировки с одновременным уменьшением габаритов устройства, основание шарнирно связано, по крайней мере, с одним дополнительным рычагом с резьбовыми отверстиями для винтов грубой и тонкой регулировки, установленных с возможностью проскальзывания их сферических торцов соответственно по опорным поверхностям корпуса и основания.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются основание, подпружиненное относительно корпуса, винты регулировки положения подпружиненного основания относительно неподвижного корпуса, установленные с возможностью проскальзывания их торцов по опорным поверхностям корпуса и основания.
Недостатком аналога можно считать то, что устройство содержит детали сложной формы и позволяет вращать юстируемый объект только вокруг двух осей.
В качестве прототипа к предлагаемому устройству было выбрано «Юстировочное устройство» из авторского свидетельства СССР №626427; МПК: G02B 7/18, автор: Ю.А. Булатов; опубликовано 30.09.1978; приоритет 09.07.1973.
Юстировочное устройство содержит корпус и подвижное основание для закрепления объекта, подпружиненное относительно корпуса и опирающееся на три регулируемых по длине фиксаторных стержня. С целью расширения диапазона юстировки, в корпусе диаметрально противоположно установлены с фиксацией положения кривошипы, на пальцах которых смонтированы шаровые опоры, взаимодействующие с соответствующими гнездами основания.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются корпус и подвижное основание для закрепления объекта, подпружиненное относительно корпуса и опирающееся на три регулируемых по длине фиксаторных стержня.
Такое устройство имеет следующие недостатки:
• большое количество деталей сложной формы усложняет и удорожает процесс изготовления и сборки самого устройства;
• невозможно выполнить с помощью только одного регулировочного элемента поворот подвижного основания вокруг оси, проходящей через центр объекта юстировки перпендикулярно основанию, без смещения объекта в плоскости основания;
• поворот подвижного основания вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, осуществляется поворотом кривошипа на угол, близкий к углу поворота кривошипа, что затрудняет точную установку необходимого угла;
• необходимость фиксации кривошипов контргайками дополнительно затрудняет точную установку необходимого угла.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простого устройства, обеспечивающего удобную юстировку объекта, например, видеокамеры.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в уменьшении количества деталей устройства, исключении из конструкции устройства сложных деталей, обеспечении возможности поворота юстируемого объекта вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, наиболее удобных для юстировки, с использованием отдельного юстировочного элемента для вращения юстируемого объекта вокруг каждой из осей, уменьшении отношения угла поворота юстируемого объекта к углу поворота юстирующего элемента.
Для видеокамеры наиболее удобными осями являются:
• оптическая ось объектива;
• ось, параллельная длинной стороне видеоматрицы;
• ось, параллельная короткой стороне видеоматрицы.
Технический результат достигается тем, что в юстировочном устройстве, содержащем неподвижное основание и подвижное основание для закрепления юстируемого объекта, подвижное основание подпружинено относительно неподвижного основания в одном из оснований закреплены три регулируемых по длине фиксаторных стержня, на свободные концы которых опирается другое основание. Согласно изобретению, юстируемый объект снабжен цилиндрическим элементом. Неподвижное основание выполнено с отверстием, в котором размещен цилиндрический элемент юстируемого объекта. Устройство снабжено механизмом поворота подвижного основания, выполненным в виде четвертого регулируемого по длине фиксаторного стержня, взаимодействующего с основаниями.
Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - уменьшение количества деталей устройства, исключение сложных деталей из конструкции устройства, уменьшение отношения угла поворота юстируемого объекта к углу поворота юстирующего элемента. Это позволяет решить задачу создания простого устройства, обеспечивающего удобную юстировку объекта, например, видеокамеры.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 показано юстировочное устройство вид спереди. На фиг. 2 показано юстировочное устройство вид сверху. Вариант осуществления изобретения
Ниже рассмотрен вариант реализации юстировочного устройства. Устройство состоит из неподвижного 1 и подвижного 2 оснований. В качестве юстируемого объекта в данном варианте рассмотрена видеокамера 3. Видеокамера 3 имеет цилиндрический элемент 4. Видеокамера 3 закреплена на подвижном основании 2.
Неподвижное основание 1 выполнено с отверстием 5 (фиг. 2), в которое вставлен цилиндрический элемент 4 видеокамеры 3.
В данном варианте в подвижном основании 2 закреплены регулируемые по длине фиксаторные стержни, выполненные в виде винтов 6, 7, 8 с гайками 9, 10, И (фиг. 1, фиг. 2). В неподвижном основании 1 выполнены пазы 12, 13, 14, в которых могут перемещаться винты 6, 7, 8.
Основания 1 и 2 подпружинены пружиной 15, создающей усилие, которое отталкивает основания 1 и 2 друг от друга, и вращающий момент, направленный перпендикулярно основаниям 1 и 2. Подпружинивание может быть осуществлено системой пружин.
Механизм поворота выполнен в виде регулируемого по длине фиксаторного стержня, образованного винтом 16, и тягой 18. Винт 16 вставлен в отверстие в упоре 17, который закреплен на неподвижном основании 2, а концом вкручен в резьбовое отверстие в тяге 18, закрепленной на винте 6.
Для удобства юстировки винты 6 и 7 расположены в плоскости, параллельной длинной стороне видеоматрицы 19 (фиг. 1, фиг. 2) видеокамеры 3. Винт 8 расположен в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой расположены винты 6 и 7, и проходящей через ось одного из этих винтов, например, винта 6.
Неподвижное основание 1 имеет небольшую толщину в районе отверстия 5, в которое вставлен цилиндрический элемент 4 видеокамеры 3. Это позволяет получить достаточные углы поворота видеокамеры 3 вокруг осей, параллельных сторонам видеоматрицы 19 (фиг. 1, фиг. 2) при диаметре отверстия, незначительно превышающем диаметр цилиндрической части держателя объектива. Ось, параллельная короткой стороне видеоматрицы 19, проходит через точки касания гаек 9 и 11 с неподвижным основанием 1. Ось, параллельная длинной стороне видеоматрицы 19, проходит через точки касания гаек 9 и 10 с неподвижным основанием 1.
В прототипе используются кривошипы с шаровыми опорами, соответствующими гнездами основания и контргайками. В предлагаемой конструкции вместо них для вращения юстируемого объекта вокруг оси, перпендикулярной неподвижному основанию, используется стандартный винт и тяга произвольной формы с двумя резьбовыми отверстиями, а основания не содержат поверхностей сложной формы.
Следовательно, достигнут технический результат, состоящий в уменьшении количества деталей устройства, исключении из конструкции устройства сложных деталей.
Юстировка осуществляется следующим образом.
При вращении гайки 11 подвижное основание 2 поворачивается вокруг оси, проходящей через точки касания гаек 9 и 10 с неподвижным основанием 1. При этом происходит вращение видеокамеры 3 вокруг оси, параллельной длинной стороне видеоматрицы 19.
При вращении гайки 10 подвижное основание 2 поворачивается вокруг оси, проходящей через точки касания гаек 9 и 11 с неподвижным основанием 1. При этом происходит вращение видеокамеры 3 вокруг оси, параллельной короткой стороне видеоматрицы 19.
При вращении винта 16 расстояние от оси винта 6, закрепленного в подвижном основании 2, до упора 17, закрепленного на неподвижном основании 1 направлениях увеличивается или уменьшается в зависимости от направления вращения. При этом происходит поворот подвижного основания 2 и, соответственно, видеокамеры 3 вокруг оси цилиндрического элемента 4, совпадающей с оптической осью видеокамеры 3.
Следовательно, достигнут технический результат, состоящий в обеспечении вращения видеокамеры вокруг осей, наиболее удобных для юстировки, с использованием отдельного юстировочного элемента для вращения юстируемого объекта вокруг каждой из осей.
Винты 6, 7, 8 перемещаются внутри пазов 12, 13, 14. Длина пазов 12, 13, 14 определяет предельный угол поворота видеокамеры 3 вокруг оси, перпендикулярной неподвижному основанию 1.
Пружина 15, благодаря силе и крутящему моменту, направленным перпендикулярно основаниям 1 и 2, выбирает люфты в резьбовых соединениях винтов 6, 7, 8 с гайками 9, 10, 11 и винтов 6 и 16 с тягой 18, а также поджимает цилиндрический элемент 4 к стенке отверстия 5. Благодаря наличию трения в резьбовых соединениях пружина 15 обеспечивает фиксацию видеокамеры 3 в положении, заданном гайками 9, 10, 11 и винтом 16.
В прототипе угол поворота кривошипа на 1 градус дает поворот юстируемого объекта приблизительно на 0,5 градуса, т.е. всего в 2 раза меньше, что затрудняет точную установку необходимого угла. В предлагаемой конструкции поворот винта 16 на 1 градус вызывает поворот видеокамеры 3 на угол около 0,004 градуса (при диаметре резьбы М3 и расстоянии между осью винта 6 и осью цилиндрического элемента 4 порядка 20 мм). Близкие значения получаются и при повороте видеокамеры вокруг оси, параллельной длинной стороне видеоматрицы 19 и оси, параллельной короткой стороне видеоматрицы 19, путем вращения гаек 11 и 10. Следовательно, достигнут технический результат, состоящий в уменьшении отношения угла поворота юстируемого объекта к углу поворота юстирующего элемента.
В прототипе из-за низкого момента силы трения в осях кривошипов необходимы контргайки для фиксации кривошипов. Необходимость затяжки контргаек в сочетании с высоким коэффициентом передачи угла поворота кривошипа на угол поворота юстируемого объекта затрудняет точную установку угла поворота. Кроме того, в прототипе при повороте кривошипа происходит смещение юстируемого объекта в плоскости подвижного основания, что не всегда приемлемо. В предлагаемой конструкции вращение происходит вокруг оси цилиндрического элемента, вставленного в отверстие в неподвижном основании без смещения юстируемого объекта в плоскости подвижного основания.
Юстировочное устройство, построенное с использованием всех существенных признаков, обеспечивает необходимый технический результат:
• уменьшение количества деталей устройства;
• исключение из конструкции устройства сложных деталей;
• обеспечение возможности поворота юстируемого объекта вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, наиболее удобных для юстировки, с использованием отдельного юстировочного элемента для вращения юстируемого объекта вокруг каждой из осей;
• уменьшение отношения угла поворота юстируемого объекта к углу поворота юстирующего элемента.
Следовательно, решена задача создания простого устройства, обеспечивающего удобную юстировку видеокамеры.
Устройство не имеет жестких кинематических замыканий, а люфты выбраны за счет подпружинивания.
Любой регулировочный элемент можно изменить на обратный (гайку на винт и наоборот). Регулируемые по длине стержни могут работать как на растяжение, так и на сжатие, поскольку для этого достаточно изменить направление усилия пружины (системы пружин) на противоположное.
Промышленная применимость
Описанный вариант выполнения изобретения реализован в разработанном в РФЯЦ-ВНИИТФ биометрическом устройстве идентификации по форме пальцев руки. Это подтверждает работоспособность изобретения и его промышленную применимость.