一种带自动标定摄像仪及毫米波雷达的扫码设备的制作方法

1.本发明涉及自动扫码设备，特别涉及到一种带自动标定摄像仪及毫米波雷达的扫码设备。


背景技术：

2.为获取微型、隐形、形状各异的二维码包含的信息，一种安装有摄像仪和毫秒波雷达的自动扫码设备应运而生。目前市场上现有的大多数的扫码装置可进行正常扫码工作的范围较小且自动修正的灵活度不高，效率低，需要更大的读取范围时，许多情况下需要牺牲较大的行程来换取可扫码的范围；在货物较多的情况下，往往货物会以不同的角度进入到扫码范围内，如果二维码不是正对扫码设备则会给扫码带来一定难度，无法准确扫描就会影响工作效率，这时一般会采用人工调整货物角度的方式来帮助扫码设备继续工作，但因此占用大量的人工，自动化程度低。扫码摄像仪需与毫米波雷达进行配合，才可以实现对不同类型的二维码精确、平稳、高效扫描。但如何对摄像仪和毫秒波雷达相对位置、角度等位姿信息进行标定成为扫码设备开发应用的重要问题。现有标定技术大多需要人工放置目标模拟设备，劳动量大且目标模拟设备放置位置精度不高，进而对摄像仪及毫米波雷达标定精度低。因此需要一种更智能化的带自动标定校正扫码设备中摄像仪及毫米波雷达的扫码设备。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供一种带自动标定摄像仪及毫米波雷达的扫码设备，包括扫码装置和标定装置，所述的标定装置设在扫码装置的前方；所述的扫码装置包括架体、三轴移动机构、扫码设备、毫米波雷达测距仪和工控机；所述的三轴移动机构设在架体内，扫码设备与三轴移动机构相连，由三轴移动机构带动沿前后、上下、左右三轴向运动；毫米波雷达测距仪设在扫码设备上，三轴移动机构、扫码设备和毫米波雷达测距仪分别与工控机相连，可以通过电线连接或者无线通信连接；所述的标定装置上正对扫码设备和毫米波雷达测距仪一侧设有标定板。
4.所述的标定装置包括龙门架、伺服电机、两组传动组件、标定板固定框、标定板和控制器；所述的伺服电机设在龙门架顶部横梁中间，两组传动组件分别设在龙门架两端；伺服电机的输出轴通过第一联轴器与第一减速器相连，第一减速器两端分别连接有传动轴；所述的传动组件包括滑轮、齿轮、支撑框固定滑块、配重滑块、传动带和链条，所述的滑轮和齿轮枢接在龙门架顶部横梁上，传动轴与滑轮和齿轮同轴固连，支撑框固定滑块和配重滑块之间通过传动带和链条相连，传动带设在滑轮上，链条设在齿轮上；龙门架两个立柱的前后两面分别设有滑轨，支撑框固定滑块和配重滑块分别与前后两个滑轨滑动连接，支撑框固定滑块设在朝向扫码装置的一侧，配重滑块设在另一侧；标定板固定框的两端固定在两个支撑框固定滑块上，标定板设在标定板固定框上；所述的控制器设在龙门架侧边，伺服电机与控制器相连。
5.所述的龙门架的立柱下部设有位置检测传感器，位置检测传感器用于检测标定板固定框的位置高低；标定板固定框的下部设有角度检测传感器，角度检测传感器用于检测扫码设备和毫米波雷达测距仪的角度；位置检测传感器和角度检测传感器分别与控制器相连。
6.所述的龙门架的底部设有滑道，龙门架与滑道滑动连接；所述的滑道沿扫码装置的前后向设置，能够使龙门架前后移动调整与扫码装置之间的距离。
7.所述的三轴移动机构包括前后移动机构、上下移动机构和左右移动机构，所述的前后移动机构与架体相连，上下移动机构与前后移动机构的运动部相连，前后移动机构能够带动上下移动机构在架体内前后运动；所述的左右移动机构与上下移动机构的运动部相连，上下移动机构能够带动左右移动机构在架体内上下运动；扫码设备与左右移动机构的运动部相连，左右移动机构能够带动扫码设备左右运动。
8.进一步的，所述的前后移动机构包括滑动轴、滑动架、第一步进电机和同步带；所述的滑动轴分别设在架体的左右两侧，每根滑动轴的前后两端分别通过滑动轴固定座与架体的前后立柱相连；滑动架上设有滑动轴承，滑动架通过滑动轴承套设在滑动轴上与滑动轴相连，能够沿滑动轴前后滑动；第一步进电机设在架体的立柱上，与第一步进电机同一侧相对的架体立柱上设有同步带固定轴，同步带设在第一步进电机的输出轴与同步带固定轴之间；滑动架的侧边与同步带固定连接，第一步进电机输出转矩通过同步带同步传递带动滑动架沿滑动轴前后滑动；第一步进电机与工控机相连，受工控机的信号控制。
9.所述的上下移动机构包括一对竖直直线导轨、第二步进电机、第二减速器、制动器和第二联轴器，所述的一对竖直直线导轨平行竖直设置，与前后移动机构的滑动架固定连接；所述的第二步进电机固定在一侧竖直直线导轨的顶部，输出轴与第二减速器输入轴相连，第二减速器输出轴与一侧竖直直线导轨的输入轴相连，并穿过该直线导轨通过连接轴与制动器相连，制动器的另一端通过第二联轴器与另一侧的竖直直线导轨的输入轴相连，第二步进电机运行能同时带动两个竖直直线导轨的滑台同步上下移动；第二步进电机、制动器与工控机相连，受工控机的信号控制。
10.所述的左右移动机构包括水平直线导轨、第三步进电机，所述的水平直线导轨与上下移动机构的竖直直线导轨的滑台相连；第三步进电机设在水平直线导轨的一端，输出轴与水平直线导轨的输入轴相连，第三步进电机运行能带动水平直线导轨的滑台左右移动；第三步进电机与工控机相连，受工控机的信号控制。
11.所述的扫码设备包括摄像仪固定板和三个摄像仪，所述的摄像仪固定板与左右移动机构的水平直线导轨的滑台相连，三个摄像仪并排设在摄像仪固定板上，并分别与工控机相连，与工控机进行数据交互；所述的毫米波雷达测距仪也设在摄像仪固定板上。
12.前后移动机构下方架体的横梁的前后两端分别设有前后光电开关，前后光电开关与工控机相连，受工控机的信号控制；前后移动机构的滑动架上设有与前后光电开关对应的遮光板，当前后移动机构的滑动架移动到前后某一端的前后光电开关处触发前后光电开关发出信号给工控机，工控机控制第一步进电机停止运行或反向运行，从而起到限位作用；
13.所述的竖直直线导轨的上下两端分别设有上下光电开关，上下光电开关与工控机相连，受工控机的信号控制；竖直直线导轨的滑台处设有与上下光电开关对应的遮光板，当上下移动机构的滑台移动到上下某一端的上下光电开关处触发上下光电开关发出信号给
工控机，工控机控制第二步进电机停止运行或反向运行，从而起到限位作用；
14.所述的水平直线导轨的左右两端分别设有左右光电开关，左右光电开关与工控机相连，受工控机的信号控制；水平直线导轨的滑台处设有与左右光电开关对应的遮光板，当左右移动机构的滑台移动到左右某一端的左右光电开关处触发左右光电开关发出信号给工控机，工控机控制第三步进电机停止运行或反向运行，从而起到限位作用。
15.所述的前后移动机构设有第一拖链，第一拖链的托板固定在架体上，沿架体前后向设置；上下移动机构设有第二拖链，第二拖链的托板固定在前后移动机构的滑动架上，沿滑动架竖向设置；左右移动机构设有第三拖链，第三拖链的托板固定在左右移动机构的水平直线导轨下部。第一拖链、第二拖链和第三拖链用于扫码设备在往复运动的过程中，对内置的电线起到牵引和保护作用。
16.所述的架体上还设有触控面板、报警灯和计数器，触控面板、报警灯和计数器分别与工控机相连，受工控机的信号控制，触控面板输入相信，与工控机进行数据交互，当出现紧急情况是工控机控制报警灯闪亮报警，计数器用于显示技术情况；所述的架体下部还设有配电箱，配电箱与工控机通过电线连接，为整个装置提供电能。
17.本发明的工作原理及过程：
18.在扫码装置使用前，先对其扫码设备和毫米波雷达测距仪进行位置标定和校正，首先，调整好标定装置与扫码装置之间的距离，在标定板上黏贴所需标定物，调试好标定装置后开启运行，通过伺服电机输出转矩，依次由第一联轴器、第一减速器和传动轴传动带动相连的滑轮和齿轮转动，进而由滑轮上的传动带和与齿轮啮合的链条带动标定板上下移动至预设位置，该位置由位置检测传感器检测并传输信号给控制器；同时，摄像仪拍照记录此时的位置、标定物形状等信息，毫米波雷达测距仪也开始记录距离、角度等信息，角度检测传感器检测摄像仪和毫米波雷达测距仪的角度。随后，前后移动机构带动摄像仪、毫米波雷达测距仪前后移动，摄像仪和毫米波雷达测距仪记录信息；上下移动机构带动摄像仪、毫米波雷达测距仪上下移动，摄像仪和毫米波雷达测距记录信息；左右移动机构带动摄像仪、毫米波雷达测距仪左右移动，摄像仪和毫米波雷达测距记录信息；完成后对标定装置的标定板换位，摄像仪和毫米波雷达测距仪在此记录信息，再通过前后移动机构、上下移动机构和左右移动机构带动摄像仪、毫米波雷达测距仪移动，如此循环往复，最终由工控机、控制器等装置根据记录的信息，对摄像仪、毫米波雷达测距仪标定，由此二者配合能够使得自动扫码设备精确、稳定、高效工作。
19.扫码装置扫码过程中，毫米波雷达测距仪对目标货物的二维码位置进行测距，由工控机计算得出摄像仪到达能够清晰扫码的位置需要移动的空间距离，分别输出前后、左右、上下的移动控制信号给第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机；然后，第一步进电机通过同步带带动前后移动机构的滑动架沿滑动轴滑动到指定距离，第二步进电机带动上下移动机构的竖直直线导轨的滑台滑动，从而带动左右移动机构在竖直方向运动到指定高度，第三步进电机带动左右移动机构的水平直线导轨的滑台滑动，从而带动摄像仪固定板运动到最终位置，实现摄像仪的自动定位；最后，摄像仪对货物二维码进行拍摄扫描，完成扫码工作。
20.本发明的有益效果：
21.本发明采用电力驱动，绿色环保，自动对扫码设备的扫码摄像仪及毫米波雷达精
准、高效、稳定标定检测，并可以智能排序标定检测信息，进行信息及时储存处理，及时完成标定检测。在对货物二维码进行读取时，通过毫米波雷达测距仪快速测得摄像仪和二维码的距离，前后、上下、左右结构的移动能自动调解摄像仪的焦距，从而对摄像仪的空间位置三维数据进行修正使得读取到高质量的二维码图像，避免错误或无法获取二维码中的信息，加快货物的入库及信息的更新。采用三个摄像仪并排安放，能获取更大的读取角度从而使得机构移动的行程变短缩小了扫码的时间，拍摄范围大速度快，极大的提高了扫码的效率。本发明具有综合功能，智能化、自动化程度高，应用场景广泛，适用于市场推广。
附图说明
22.图1为本发明整体结构示意图；
23.图2为本发明扫码装置结构示意图；
24.图3为本发明扫码装置的前后移动机构结构示意图；
25.图4为本发明扫码装置的上下移动机构和左右移动机构结构示意图；
26.图5为本发明扫码装置的左右移动机构结构示意图；
27.图6为本发明标定装置结构示意图；
28.图7为本发明标定装置的传动组件结构示意图；
29.图8为本发明标定装置的传动组件局部结构示意图；
30.1、扫码装置，2、标定装置；
31.101、架体，102、三轴移动机构，103、扫码设备，104、毫米波雷达测距仪，105、工控机，106、前后移动机构，107、上下移动机构，108、左右移动机构，109、滑动轴，110、滑动架，111、第一步进电机，112、同步带，113、滑动轴固定座，114、滑动轴承，115、同步带固定轴，116、竖直直线导轨，117、第二步进电机，118、第二减速器，119、制动器，120、第二联轴器，121、滑台，122、水平直线导轨，123、第三步进电机，124、摄像仪固定板，125、前后光电开关，126、遮光板，127、上下光电开关，128、左右光电开关，129、第一拖链，130、第二拖链，131、第三拖链，132、触控面板，133、报警灯，134、计数器，135、配电箱，136、摄像仪；
32.201、龙门架，202、伺服电机，203、传动组件，204、标定板固定框，205、标定板，206、控制器，207、第一联轴器，208、第一减速器，209、传动轴，210、滑轮，211、齿轮，212、支撑框固定滑块，213、配重滑块，214、传动带，215、链条，216、滑轨，217、位置检测传感器，218、角度检测传感器，219、滑道，220、分配器，221、限位块。
具体实施方式
33.请参阅图1-8所示：
34.本发明提供一种带自动标定摄像仪及毫米波雷达的扫码设备，包括扫码装置1和标定装置2，所述的标定装置2设在扫码装置1的前方；所述的扫码装置1包括架体101、三轴移动机构102、扫码设备103、毫米波雷达测距仪104和工控机105；所述的三轴移动机构102设在架体101内，扫码设备103与三轴移动机构102相连，由三轴移动机构102带动沿前后、上下、左右三轴向运动；毫米波雷达测距仪104设在扫码设备103上，三轴移动机构102、扫码设备103和毫米波雷达测距仪104分别与工控机105相连，可以通过电线连接或者无线通信连接，工控机105设在架体101下部；所述的标定装置2上正对扫码设备103和毫米波雷达测距
仪104一侧设有标定板205。
35.所述的三轴移动机构102包括前后移动机构106、上下移动机构107和左右移动机构108，所述的前后移动机构106与架体101相连，上下移动机构107与前后移动机构106的运动部相连，前后移动机构106能够带动上下移动机构107在架体101内前后运动；所述的左右移动机构108与上下移动机构107的运动部相连，上下移动机构107能够带动左右移动机构108在架体101内上下运动；扫码设备103与左右移动机构108的运动部相连，左右移动机构108能够带动扫码设备103左右运动。
36.进一步的，所述的前后移动机构106包括滑动轴109、滑动架110、第一步进电机111和同步带112；所述的滑动轴109分别设在架体101的左右两侧，每根滑动轴109的前后两端分别通过滑动轴固定座113与架体101的前后立柱相连；滑动架110上设有滑动轴承114，滑动架110通过滑动轴承114套设在滑动轴109上与滑动轴109相连，能够沿滑动轴109前后滑动；第一步进电机111设在架体101的立柱上，与第一步进电机111同一侧相对的架体101立柱上设有同步带固定轴115，同步带112设在第一步进电机111的输出轴与同步带固定轴115之间；滑动架110的侧边与同步带112固定连接，第一步进电机111输出转矩通过同步带112同步传递带动滑动架110沿滑动轴109前后滑动；第一步进电机111与工控机105相连，受工控机105的信号控制。
37.所述的上下移动机构107包括一对竖直直线导轨116、第二步进电机117、第二减速器118、制动器119和第二联轴器120，所述的一对竖直直线导轨116平行竖直设置，与前后移动机构106的滑动架110固定连接；所述的第二步进电机117固定在一侧竖直直线导轨116的顶部，输出轴与第二减速器118输入轴相连，第二减速器118输出轴与一侧竖直直线导轨116的输入轴相连，并穿过该直线导轨通过连接轴与制动器119相连，制动器119的另一端通过第二联轴器120与另一侧的竖直直线导轨116的输入轴相连，第二步进电机117运行能同时带动两个竖直直线导轨116的滑台121同步上下移动；第二步进电机117、制动器119与工控机105相连，受工控机105的信号控制。
38.所述的左右移动机构108包括水平直线导轨122、第三步进电机123，所述的水平直线导轨122与上下移动机构107的竖直直线导轨116的滑台121相连；第三步进电机123设在水平直线导轨122的一端，输出轴与水平直线导轨122的输入轴相连，第三步进电机123运行能带动水平直线导轨122的滑台121左右移动；第三步进电机123与工控机105相连，受工控机105的信号控制。
39.所述的扫码设备103包括摄像仪固定板124和三个摄像仪136，所述的摄像仪固定板124与水平直线导轨122的滑台121相连，三个摄像仪136并排设在摄像仪固定板124上，并分别与工控机105相连，与工控机105进行数据交互；所述的毫米波雷达测距仪104也设在摄像仪固定板124上。
40.前后移动机构106下方架体101的横梁的前后两端分别设有前后光电开关125，前后光电开关125与工控机105相连，受工控机105的信号控制；前后移动机构106的滑动架110上设有与前后光电开关125对应的遮光板126，当前后移动机构106的滑动架110移动到前后某一端的前后光电开关125处触发前后光电开关125发出信号给工控机105，工控机105控制第一步进电机111停止运行或反向运行，从而起到限位作用；
41.所述的竖直直线导轨116的上下两端分别设有上下光电开关127，上下光电开关
127与工控机105相连，受工控机105的信号控制；竖直直线导轨116的滑台121处设有与上下光电开关127对应的遮光板126，当上下移动机构107的滑台121移动到上下某一端的上下光电开关127处触发上下光电开关127发出信号给工控机105，工控机105控制第二步进电机117停止运行或反向运行，从而起到限位作用；
42.所述的水平直线导轨122的左右两端分别设有左右光电开关128，左右光电开关128与工控机105相连，受工控机105的信号控制；水平直线导轨122的滑台121处设有与左右光电开关128对应的遮光板126，当左右移动机构108的滑台121移动到左右某一端的左右光电开关128处触发左右光电开关128发出信号给工控机105，工控机105控制第三步进电机123停止运行或反向运行，从而起到限位作用。
43.所述的前后移动机构106设有第一拖链129，第一拖链129的托板固定在架体101上，沿架体101前后向设置；上下移动机构107设有第二拖链130，第二拖链130的托板固定在前后移动机构106的滑动架110上，沿滑动架110竖向设置；左右移动机构108设有第三拖链131，第三拖链131的托板固定在左右移动机构108的水平直线导轨122下部。第一拖链129、第二拖链130和第三拖链131用于扫码设备103在往复运动的过程中，对内置的电线起到牵引和保护作用。
44.所述的架体101上还设有触控面板132、报警灯133和计数器134，触控面板132、报警灯133和计数器134分别与工控机105相连，受工控机105的信号控制，触控面板132输入相信，与工控机105进行数据交互，当出现紧急情况是工控机105控制报警灯133闪亮报警，计数器134用于显示技术情况；所述的架体101下部还设有配电箱135，配电箱135与工控机105通过电线连接，为整个装置提供电能。
45.所述的标定装置2包括龙门架201、伺服电机202、两组传动组件203、标定板固定框204、标定板205和控制器206；所述的伺服电机202设在龙门架201顶部横梁中间，两组传动组件203分别设在龙门架201两端；伺服电机202的输出轴通过第一联轴器207与第一减速器208相连，第一减速器208两端分别连接有传动轴209；所述的传动组件203包括滑轮210、齿轮211、支撑框固定滑块212、配重滑块213、传动带214和链条215，所述的滑轮210和齿轮211枢接在龙门架201顶部横梁上，传动轴209与滑轮210和齿轮211同轴固连，支撑框固定滑块212和配重滑块213之间通过传动带214和链条215相连，传动带214设在滑轮210上，链条215设在齿轮211上；龙门架201两个立柱的前后两面分别设有滑轨216，支撑框固定滑块212和配重滑块213分别与前后两个滑轨216滑动连接，支撑框固定滑块212设在朝向扫码装置1的一侧，配重滑块213设在另一侧；滑轨216的上下两端设有限位块221；标定板固定框204的两端固定在两个支撑框固定滑块212上，标定板205设在标定板固定框204上；所述的控制器206设在龙门架201侧边，伺服电机202通过分配器220与控制器206相连。
46.所述的龙门架201的立柱下部设有位置检测传感器217，位置检测传感器217用于检测标定板固定框204的位置高低；标定板固定框204的下部设有角度检测传感器218，角度检测传感器218用于检测扫码设备103和毫米波雷达测距仪104的角度；位置检测传感器217和角度检测传感器218分别通过分配器220与控制器206相连。
47.所述的龙门架201的底部设有滑道219，龙门架201与滑道219滑动连接；所述的滑道219沿扫码装置1的前后向设置，能够使龙门架201前后移动调整与扫码装置1之间的距离。
48.本发明的工作原理及过程：
49.在扫码装置1使用前，先对其扫码设备103和毫米波雷达测距仪104进行位置标定和校正，首先，调整好标定装置2与扫码装置1之间的距离，在标定板205上黏贴所需标定物，调试好标定装置2后开启运行，通过伺服电机202输出转矩，依次由第一联轴器207、第一减速器208和传动轴209传动带动相连的滑轮210和齿轮211转动，进而由滑轮210上的传动带214和与齿轮211啮合的链条215带动标定板205上下移动至预设位置，该位置由位置检测传感器217检测并传输信号给控制器206；同时，摄像仪136拍照记录此时的位置、标定物形状等信息，毫米波雷达测距仪104也开始记录距离、角度等信息，角度检测传感器218检测摄像仪136和毫米波雷达测距仪104的角度。随后，前后移动机构106带动摄像仪136、毫米波雷达测距仪104前后移动，摄像仪136和毫米波雷达测距仪104记录信息；上下移动机构107带动摄像仪136、毫米波雷达测距仪104上下移动，摄像仪136和毫米波雷达测距记录信息；左右移动机构108带动摄像仪136、毫米波雷达测距仪104左右移动，摄像仪136和毫米波雷达测距记录信息；完成后对标定装置2的标定板205换位，摄像仪136和毫米波雷达测距仪104在此记录信息，再通过前后移动机构106、上下移动机构107和左右移动机构108带动摄像仪136、毫米波雷达测距仪104移动，如此循环往复，最终由工控机105、控制器206等装置根据记录的信息，对摄像仪136、毫米波雷达测距仪104标定，由此二者配合能够使得自动扫码设备103精确、稳定、高效工作。
50.扫码装置1扫码过程中，毫米波雷达测距仪104对目标货物的二维码位置进行测距，由工控机105计算得出摄像仪136到达能够清晰扫码的位置需要移动的空间距离，分别输出前后、左右、上下的移动控制信号给第一步进电机111、第二步进电机117和第三步进电机123；然后，第一步进电机111通过同步带112带动前后移动机构106的滑动架110沿滑动轴109滑动到指定距离，第二步进电机117带动上下移动机构107的竖直直线导轨116的滑台121滑动，从而带动左右移动机构108在竖直方向运动到指定高度，第三步进电机123带动左右移动机构108的水平直线导轨122的滑台121滑动，从而带动摄像仪固定板124运动到最终位置，实现摄像仪136的自动定位；最后，摄像仪136对货物二维码进行拍摄扫描，完成扫码工作。