本发明涉及线阵相机技术领域，特别涉及一种一字线光源与线扫描相机共线调节装置。
背景技术：
线阵相机的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动,利用一台或多台相机对其逐行连续扫描,以达到对其整个表面均匀检测。在检测高速运动物体时，线阵相机具有明显的优势。使用线阵相机时，需要提供特殊的光源。光源是线性光源，从出光口出来的是扇面的光线。当光源所在的扇面与线阵相机芯片(相机芯片是相机成像的核心部件，主要分为ccd和cmos两种类型芯片。一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号)所在面在某一指定距离处重合时，线阵相机就能完成拍图。
现有技术的难点在于：
(1)由线阵相机和光源组成的设备被放置在铁轨下，铁轨两侧，机车顶和底部，检测车辆车顶，公路中间等位置，由于设备使用的环境的特殊性，要求设备能够在高振动的环境下工作，尤其是该发明的结构。
(2)线阵相机芯片单个像素的宽为10um左右，由1024、2048、4096等不同数量的单像素构成不同的线阵芯片。相机抓图时，需要光源补光。当使用线光源时，需要将线光源和线型芯片完全重合。
此外，现有的线阵相机的光源调节顺序：第一步对焦，第二步线发生器旋转使相机和光源两扇面平行，第三步通过调节旋转板，使相机扇面和光源扇面在特定距离相交。对焦方式是利用凸轮原理，调焦手轮带动调焦拔杆在拨杆槽里上下移动，实现聚光镜片组上下移动完成对焦。
缺点在于：调焦手轮、调焦拨杆和聚镜片组外套相互之间是间隙配合，增加了加工难度，同时同轴度很难保证，该设备对同轴度要求很高。如果激光入光口与聚光镜不同心，经过聚光镜汇聚后的光斑通过一字线发生器后产生的一字线光源直线度受影响，整个一字线光源存在弧度，很难与相机的扇面对齐。
技术实现要素：
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种一字线光源与线扫描相机共线调节装置。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种一字线光源与线扫描相机共线调节装置，包括：线性光源和线阵相机，其中，
所述线性光源包括：固定安装板、通过锁紧螺钉锁紧在所述固定安装板上的光筒主体、可移动的设置于所述光筒主体一侧的激光入口、套设于所述光筒主体内部的光筒镜片组外壳，所述光筒主体和光筒镜片组外壳通过螺纹副调整聚光镜片组与激光入口的相对位置，在所述光筒镜片组外壳内部安装聚光镜片组，通过光筒镜片组固定环将光筒镜片组外壳固定在光筒主体上；
所述光筒镜片组外壳的一侧安装一字线光源发生器安装座，在所述一字线光源发生器安装座上安装一字线光源发生器，所述一字线光源发生器的一侧安装有一字线光源发生器调节模块；
所述线阵相机包括：线阵相机芯片和镜头；
所述一字线光源与线扫描相机共线调节装置的调节过程如下：
激光从激光入口进入，通过聚光镜片组汇聚后使用能量更集中，通过螺纹副调节所述聚光镜片组与所述激光入口的相对位置使圆形光斑在指定位置的能量最高，然后使用所述光筒镜片组固定环将所述光筒镜片组外壳固定在所述光筒主体上，调节完成后，安装上所述一字线光源发生器，此时圆形光斑会通过所述一字线光源发生器后变成一条线，当线阵相机芯片位置确定之后，调整线性光源形成的扇面与所述线阵相机形成的扇面在指定距离重合时，符合拍照条件，调节完成。
进一步，所述激光入口的一侧设置有旋转螺钉，另一侧设有弹簧，通过所述旋转螺钉和所述弹簧的配合，使得所述激光入口位置相对所述光筒主体可移动。
进一步，所述固定安装板朝向所述光筒主体的一侧，内部设置有多条移动导杆。
进一步，当所述线性光源形成的扇面与所述线阵相机形成的扇面位于同一平面。
进一步，调整线性光源形成的扇面与所述线阵相机形成的扇面在指定距离重合，包括：
(1)初始时，所述线阵相机和线性光源的两个扇面呈一定角度；
(2)调节线性光源的旋转方向的角度，使两个扇面平行：
拧动旋转螺钉时，配合弹簧的作用力带动一字线光源发生器安装座在光筒镜片组外壳中旋转，以实现线阵相机芯片的扇面和线性光源所在扇面两个扇面平行；
(3)在线阵相机芯片的扇面和线性光源所在扇面两个扇面平行的基础上，以线阵相机的扇面固定不动作为基准，调节线性光源所在扇面使两个扇面重合：
拧动旋转螺钉时，在弹簧的配合下，光筒主体会沿着导向杆向上下移动，从而实现两个扇面重合的功能；
(4)调节完成后，使用锁紧螺钉将固定安装板和光筒主体锁紧在一起。
进一步，调整线性光源形成的扇面与所述线阵相机形成的扇面在指定距离重合，包括：
(1)初始时，所述线阵相机和线性光源的两个扇面呈一定角度；
(2)调节线性光源的旋转方向的角度，使两个扇面平行：
拧动旋转螺钉时，配合弹簧的作用力带动一字线光源发生器安装座在光筒镜片组外壳中旋转，以实现线阵相机芯片的扇面和线性光源所在扇面两个扇面平行；
(3)将光筒主体和固定安装板锁紧，通过调节光源入口与聚光镜片组的相对位置使光源所在扇面和相机所在扇面重合，通过旋转螺钉和弹簧的相互配合，使用激光入口的位置上下移动；
(4)调节完成后，使用锁紧螺钉将固定安装板和光筒主体锁紧在一起。
进一步，所述一字线光源发生器采用柱面棱镜组，将由聚光镜片组出来的圆形光斑变成扇形的线性光，其中，所述圆形光斑与所述棱镜组垂直入射。
进一步，所述螺纹副采用细牙螺纹或者梯形螺纹。
根据本发明实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，通过先对焦，然后调整线发生器旋转使相机和光源两扇面平行，最后通过调节光筒主体上下移动使用相机扇面和光源扇面完全重合，可以快速准确的使光源所在的扇面与线阵相机芯片所在扇面在重合，同时通过调节光源内部镜片组的相对位置找到在指定距离处的最大亮度。
本发明实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，具有以下有益效果：
(1)利用螺纹副拧光筒镜片组外壳，调节聚光镜片组与入光口的距离。螺纹副配合间隙小，更好的保证同轴度。同时零件加工难度变小。
(2)通过一字线光源发生器调节模块实现一字线发生器的旋转的调节，该结构相比现有技术方案更紧凑，减少了旋转板这个零件，减小使用过程被振松的风险。
(3)通过调节光筒主体或者光源入口的相对位置，使相机扇面和光源扇面在特定距离(远景深)整个范围内完全重合。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的主视图；
图2为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的仰视图；
图3为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的a-a方向的剖视图；
图4为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的俯视图；
图5为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的后视图；
图6a和图6b为根据本发明一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的侧视图；
图7为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的主视图；
图8为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的仰视图；
图9为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的a-a方向的剖视图；
图10为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的b-b方向的剖视图；
图11为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的俯视图；
图12为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的c-c方向的剖视图；
图13为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的后视图；
图14a和图14b为根据本发明另一个实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置的侧视图；
图15为根据本发明实施例的线性光源和线阵相机的扇面相交的示意图；
图16为根据本发明实施例的线性光源和线阵相机的扇面平行的示意图；
图17为根据本发明实施例的线阵相机和线性光源的两个扇面呈一定角度的示意图；
图18为根据本发明实施例的调节线性光源的旋转方向以使得两个扇面平行的示意图；
图19为根据本发明实施例的线性光源和线阵相机的扇面重合的示意图；
图20为根据本发明实施例的一字线光源发生器的入射光示意图；
图21为根据本发明实施例的一字线光源发生器的出射光示意图。
附图标记：
100、激光入口；200、光筒主体；300、光筒镜片组外壳；400、一字线光源发生器；500、一字线光源发生器安装座；600、一字线光源发生器调节模块；700、聚光镜片组；800、旋转螺钉；900、弹簧；1000、导向杆、1100、档杆；1200、固定安装板；1300、光筒镜片组固定环。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种一字线光源与线扫描相机共线调节装置，可以调节一字线光源与线阵相机的相对位置，从而满足线阵相机在检测中的应用，例如铁路上的机车和轨道检测，并逐步推广到隧道，公路路表，地铁等领域。
如图1至图14b所示，本发明实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，包括：线性光源和线阵相机。
具体的，线性光源包括：固定安装板1200、通过锁紧螺钉锁紧在固定安装板1200上的光筒主体200、可移动的设置于光筒主体200一侧的激光入口100、套设于光筒主体200内部的光筒镜片组外壳300，光筒主体200和光筒镜片组外壳300通过螺纹副调整聚光镜片组700与激光入口100的相对位置。其中，螺纹副采用细牙螺纹或者梯形螺纹。
在本发明的一个实施例中，激光入口100的一侧设置有旋转螺钉800，另一侧设有弹簧900，通过旋转螺钉800和弹簧900的配合，使得激光入口100位置相对光筒主体200可移动。
在光筒镜片组外壳300内部安装聚光镜片组700，通过光筒镜片组固定环1300将光筒镜片组外壳300固定在光筒主体200上。光筒镜片组外壳300的一侧安装一字线光源发生器安装座500，在一字线光源发生器安装座500上安装一字线光源发生器400，一字线光源发生器400的一侧安装有一字线光源发生器调节模块600，下方安装有档杆1100。
优选的，一字线光源发生器400采用柱面棱镜组，将由聚光镜片组700出来的圆形光斑变成扇形的线性光，其中，圆形光斑与棱镜组垂直入射。一字线光源发生器400采用特殊柱面聚光透镜，将高亮度激光光源进一步聚集成超高线光，且具有很好的均匀性与一致性。其照射长度可根据检测特征的幅面进行设计，长度可达几米。
此外，为实现光筒主体200与固定安装板1200的配合使用，在固定安装板1200朝向光筒主体200的一侧，内部设置有多条移动导杆。
线阵相机包括：线阵相机芯片和镜头。其中，线阵相机芯片是线型的。线阵相机的成像原理：在扇面所在的物体都可以在线阵相机芯片上成像。本发明配合线阵相机配合使用，当相机的扇面与光源扇面完全重合时是最理想状态。
激光从激光入口100进入，激光刚刚进入时是一个圆形光斑,圆形光斑通过聚光镜片组700汇聚后使用能量更集中，该过程通过聚光镜片组700与激光入口100的相对位置来实现。通过螺纹副调节聚光镜片组700与激光入口100的相对位置使圆形光斑在指定位置的能量最高(该过程会先把一字线光源发生器400拿开)，然后使用光筒镜片组固定环1300将光筒镜片组外壳300固定在光筒主体200上，调节完成后，安装上一字线光源发生器400，此时圆形光斑会通过一字线光源发生器400后变成一条线，当线阵相机芯片位置确定之后，调整线性光源形成的扇面与线阵相机形成的扇面在指定距离重合时，符合拍照条件，调节完成。
当光源从聚光镜片组700中出来之后的形成圆形光斑，需要通过一字线光源发生器400将圆形光斑变成扇形的线性光。一字线光源发生器400是一组特殊面型的棱镜组。圆形光斑必须与棱镜垂直入射。图20为根据本发明实施例的一字线光源发生器400的入射光示意图。出射光也与棱镜垂直出射。由于棱镜组的位置不同，线性光与线阵相机芯片的相对位置也不相同，线性光与线阵相机芯片所在扇面相交。此时需要通过调整一字线光源发生器400的位置，使线性光与线性相机芯片的位置平行。图21为根据本发明实施例的一字线光源发生器400的出射光示意图。
聚光镜片组700安装在光筒镜片组外壳300中，光筒主体200和光筒镜片组外壳300通过螺纹副调整聚光镜片组700与激光入口100的相对位置。聚光镜片组700与激光入口100的相对位置决定了光源光斑在特定位置处最亮。然后使用光筒镜片组固定环1300将光筒镜片组外壳300固定在光筒主体200上。选用这种固定方式可以更好的保证光筒镜片组与激光入口100的同轴度。
其中，调整特定位置处最亮的原因：景深(dof)，是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围，在这个范围内的物体都能清晰成像。此时就需要保证在景深范围内足够的亮度。将光源聚焦到远景深处(清晰成像的最远位置)，也能保证在近景深也有足够的亮度。上面所述的特定的位置就是成像的远景深。
需要说明的是，本发明通过聚光镜片组700使光源在指定距离处会聚，从而让光源的亮度最大。由于镜片组的作用，在不同的距离，光源的亮度不同。在工作过程中，当工作距离确定之后，需要通过调节镜片组的相对位置，来调节光源在工作距离处的亮度使其达到最亮，光源的亮度与工作距离有关。具体的，在特定距离下，利用螺纹副将旋转运动转化成镜片组直线位移实现光源的调焦，使光源在该距离最亮。通过筒镜片组外壳和光筒主体200的相互配合，带动镜片组上下移动，完成焦距调节。
在本发明的另一个实施例中，除了螺纹副，还可以采用筒状凸轮驱动机构进行调焦。具体的，在特定距离下，利用筒状凸轮驱动机构将旋转运动转化成镜片组直线位移实现光源的调焦，使光源在该距离最亮。通过调焦手轮和调焦拨杆的相互配合，带动镜片组上下移动，完成焦距调节。
当线阵相机芯片位置确定之后，就需要把光源所在扇面调整到与相机芯片所在扇面同一个面。在实际情况下，由于机械加工及安装的误差和光学器件的精度等原因，光源的所在的扇面和相机所在的扇面会出现一定的角度。该发明就是如何将两个扇面调整到一个平面。因为一些误差，这个两个扇面不在同一平台上，就可能产生角度，两个扇面就会相交，如图15所示。线性光源不能水平方向移动，只能调节光源扇面的角度，实现相互平行，如图16所示。优选的，线性光源形成的扇面与线阵相机形成的扇面位于同一平面，是理想状态。
本发明的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，调整线性光源形成的扇面与线阵相机形成的扇面在指定距离重合，包括以下两种方式：
第一种方式：
(1)初始时，线阵相机和线性光源的两个扇面呈一定角度，如图17所示。
(2)调节线性光源的旋转方向的角度，使两个扇面平行：
当拧动旋转螺钉800时，配合弹簧900的作用力可带动一字线光源发生器安装座500在光筒镜片组外壳300中旋转，实现使相机芯片扇面和光源所在扇面两个扇面平行，如图18所示。
(3)在步骤(2)将线阵相机芯片的扇面和线性光源所在扇面两个扇面平行的基础上，以线阵相机的扇面固定不动作为基准，调节线性光源所在扇面使两个扇面重合，如图19所示。
拧动旋转螺钉800时，在弹簧900的配合下，光筒主体200会沿着导向杆1000向上下移动，从而实现两个扇面重合的功能。
(4)调节完成后，使用锁紧螺钉将固定安装板1200和光筒主体200锁紧在一起。
第二种方式：
(1)初始时，线阵相机和线性光源的两个扇面呈一定角度；
(2)调节线性光源的旋转方向的角度，使两个扇面平行：
拧动旋转螺钉800时，配合弹簧900的作用力带动一字线光源发生器安装座500在光筒镜片组外壳300中旋转，以实现线阵相机芯片的扇面和线性光源所在扇面两个扇面平行；
(3)将光筒主体200和固定安装板1200锁紧，通过调节光源入口与聚光镜片组700的相对位置使光源所在扇面和相机所在扇面重合，通过旋转螺钉800和弹簧900的相互配合，使用激光入口100的位置上下移动；
(4)调节完成后，使用锁紧螺钉将固定安装板1200和光筒主体200锁紧在一起。
根据本发明实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，通过先对焦，然后调整线发生器旋转使相机和光源两扇面平行，最后通过调节光筒主体上下移动使用相机扇面和光源扇面完全重合，可以快速准确的使光源所在的扇面与线阵相机芯片所在扇面在重合，同时通过调节光源内部镜片组的相对位置找到在指定距离处的最大亮度。
本发明实施例的一字线光源与线扫描相机共线调节装置，具有以下有益效果：
(1)利用螺纹副拧光筒镜片组外壳，调节聚光镜片组与入光口的距离。螺纹副配合间隙小，更好的保证同轴度。同时零件加工难度变小。
(2)通过一字线光源发生器调节模块实现一字线发生器的旋转的调节，该结构相比现有技术方案更紧凑，减少了旋转板这个零件，减小使用过程被振松的风险。
(3)通过调节光筒主体或者光源入口的相对位置，使相机扇面和光源扇面在特定距离(远景深)整个范围内完全重合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。