專利名稱：基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微裝配和微操作技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種在三路正交顯微視覺的引導(dǎo)下，對兩個毫米級微器件進行微米級精度空間對準與裝配的裝置。
背景技術(shù)：
微裝配是通過準確地抓取、定位、對準等操作將多個微零件組裝成復(fù)雜微系統(tǒng)的技術(shù)，主要指對幾十微米到毫米尺寸的零部件進行的裝配作業(yè)，是微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)研究的核心內(nèi)容和熱點課題，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要意義。微裝配技術(shù)可廣泛應(yīng)用于電子、航天、生物、半導(dǎo)體集成電路等領(lǐng)域，受到世界各國的普遍重視。

華中科技大學(xué)申請?zhí)枮?1252465. 4的專利所設(shè)計的微裝配機器人系統(tǒng)，由系統(tǒng)控制主機、微操作機械手、真空微夾、帶有攝像頭的顯微鏡構(gòu)成，可對亞毫米級微粒物體進行自動和半自動操作和裝配作業(yè)，其定位精度可達到1-5 μ m,三維空間的運動范圍可達到50-150mm,具有一定應(yīng)用前景和社會經(jīng)濟效應(yīng)。但是，該系統(tǒng)只能對亞毫米的微粒物體進行操作，對于幾個微米級尺寸的零件裝配無能為力。另外，該系統(tǒng)自由度較少，系統(tǒng)中沒有集成數(shù)字樣機系統(tǒng)和各類光源，因此，其靈活度和通用性受到了限制。大連理工大學(xué)搭建的微型步進電機膠粘接機器人系統(tǒng)，包括3個運動自由度，由3個精密直線導(dǎo)軌構(gòu)成，在機器人的末端集成了微型夾鉗、金屬毛細管點膠系統(tǒng)的貯膠管、CCD攝像頭、兩個柔性導(dǎo)光管。能夠完成自動微裝配和點膠作業(yè)，但是其自由度較少，無法完成精密零件空間復(fù)雜裝配?？傊?，國內(nèi)外雖然對微小零件的裝配研究工作取得了一些進展，但是這些技術(shù)的視覺系統(tǒng)相對簡單，大多針對平面檢測，空間姿態(tài)檢測困難，精度較低；另外，裝配裝置自由度較少，對復(fù)雜裝配靈活度不夠；微裝配系統(tǒng)中基于物理裝置的數(shù)字樣機系統(tǒng)研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠滿足ΙΟμπι 12_大范圍觀測區(qū)間的微器件姿態(tài)在線檢測和裝配的裝置。該裝置具有25個自由度，可以實現(xiàn)靈活的空間裝配任務(wù)，檢測位置精度3-5 μ m,角度精度O. 3 O. 5度。并且具有數(shù)字樣機系統(tǒng)，可以全方位展示狹小裝配空間內(nèi)微器件的裝配狀態(tài)。本發(fā)明的突出特點是1)基于三路正交的自動變倍顯微鏡頭，實現(xiàn)大測量范圍和高精度空間姿態(tài)檢測；2)具有豐富的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，具有25個自由度，可以勝任復(fù)雜的裝配任務(wù)和良好的靈活性；3)準直光源、環(huán)形光源、同軸光源根據(jù)不同的觀測要求優(yōu)化組合，保證成像效果；4)具有數(shù)字樣機演示系統(tǒng)，可以方便的顯示裝配過程。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置，其特征在于，該裝置包括控制主機，三路正交顯微視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，微器件夾持裝置和微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)，其中
所述3路正交顯微視覺系統(tǒng)包括豎直主動變倍顯微鏡組件1，第一水平主動變倍顯微鏡組件3和第二水平主動變倍顯微鏡組件5，所述視覺系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)與控制主機連接，所述豎直主動變倍顯微鏡組件I、第一水平主動變倍顯微鏡組件3、第二水平主動變倍顯微鏡組件5成正交排列，用于獲取三個方位上的微器件圖像信號，并將該三個方位上的微器件圖像信號發(fā)送給控制主機； 所述視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)2，第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)4和第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)6，所述豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)2、第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)4、第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)6分別與所述顯微鏡組件之間通過二維手動角度調(diào)整裝置相連，用于對各路顯微鏡組件進行調(diào)整； 所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)包括微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7和微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10，分別用于對所述微器件A9和微器件B12進行姿態(tài)調(diào)整； 所述微器件夾持裝置包括微器件A真空夾持裝置8和微器件B真空夾持裝置11，所述微器件A真空夾持裝置8安裝在微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7上，所述微器件B真空夾持裝置11安裝在微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10上，分別用于對所述微器件A9和微器件B12進行夾持；所述微器件A9和微器件B12分別安裝在相應(yīng)的夾持裝置上；所述控制主機以串口與所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)相連，用于在對接收到的微器件的三個圖像信號進行圖像處理得到顯微鏡組件之間的相對位置后，分別給所述微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7和微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10的步進電機控制器發(fā)運運動指令，使其根據(jù)所述運動控制指令對所述微器件A和B的相對位置進行調(diào)整。本發(fā)明是一個將顯微視覺檢測技術(shù)、微裝配技術(shù)和機器人技術(shù)結(jié)合起來的完整的、具有通用性和實用性的系統(tǒng)，可方便高效的實現(xiàn)人機協(xié)同的毫米級微零件在線檢測和裝配作業(yè)。裝配零件的尺寸范圍可達到10 μ檢測位置精度3_5 μ m,角度精度O. 3
O.5度。隨著MEMS的快速發(fā)展，本發(fā)明的應(yīng)用前景和社會經(jīng)濟效益是可觀的。


圖I是本發(fā)明基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是微器件A和B的相對位置示意圖。圖3是使用本發(fā)明裝置進行在線檢測檢測和裝配的工作流程圖。圖4是本發(fā)明數(shù)字樣機演示界面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。圖I是本發(fā)明基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1_豎直主動變倍顯微鏡組件；2_豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)；3_第一水平主動變倍顯微鏡組件；4-第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)；5_第二水平主動變倍顯微鏡組件；6_第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)；7-4D0F(自由度)微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)；8_微器件A真空夾持裝置；9-微器件A ； 10-3D0F (自由度)微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)；11_微器件B真空夾持裝置；12-微器件B; 13-點光源；14-準直鏡；15_反射鏡；16-環(huán)形光源。所述在線檢測裝置總共具有25個自由度，其中三路正交視覺系統(tǒng)中，每路視覺系統(tǒng)和相應(yīng)的豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)具有5個自由度，分別是三個平動和兩個角度自由度；兩個微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)中，一個具有4個自由度三個角度、一個升降，一個具有3個自由度三個平移；微器件B真空夾持裝置具有3個手動角度調(diào)整機構(gòu)。上述整體自由度的分配既兼顧了視覺系統(tǒng)的觀察與調(diào)整，也方便兩個微器件在裝配過程中的姿態(tài)調(diào)整。如圖I所示，所述基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置包括控制主機，三路正交顯微視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，微器件夾持裝置和微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)，其中所述三路正交顯微視覺系統(tǒng)包括豎直主動變倍顯微鏡組件1，第一水平主動變倍顯微鏡組件3和第二水平主動變倍顯微鏡組件5，所述視覺系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)與控制主 機連接；所述豎直主動變倍顯微鏡組件I、第一水平主動變倍顯微鏡組件3、第二水平主動變倍顯微鏡組件5成正交排列，用于獲取三個方位上的微器件圖像信號，并將該三個方位上的微器件圖像信號發(fā)送給控制主機；所述視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)2，第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)4和第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)6 ；所述豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)2、第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)4、第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)6為3自由度平臺調(diào)整機構(gòu)，分別與所述顯微鏡組件之間通過2維手動角度調(diào)整裝置相連，用于對各路顯微鏡組件進行調(diào)整，以使各路顯微鏡組件的光軸與微器件觀測面基本垂直，使圖像空間的測量值與笛卡爾空間的距離存在較好的對應(yīng)關(guān)系，并使微器件表面特征處于顯微鏡組件的景深范圍之內(nèi)。所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)包括4D0F (自由度)微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7和3D0F (自由度)微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10，分別用于對所述微器件A9和微器件B12進行姿態(tài)調(diào)整；所述微器件夾持裝置包括微器件A真空夾持裝置8和微器件B真空夾持裝置11，所述微器件A真空夾持裝置8安裝在4D0F (自由度)微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7上，所述微器件B真空夾持裝置11安裝在3D0F(自由度)微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10上，分別用于對所述微器件A9和微器件B12進行夾持；所述微器件A9和微器件B12分別安裝在相應(yīng)的夾持裝置上，初始狀態(tài)下微器件A9在三路顯微鏡組件的視野范圍內(nèi)，微器件B12在微器件A9的斜上方，在顯微視覺系統(tǒng)的引導(dǎo)下兩者逐步趨近對準以進行裝配動作。微器件A9和其4D0F(自由度)姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7之間通過真空吸附式的真空夾持裝置8進行相連和吸附固定；微器件B12和其3D0F(自由度)姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10之間通過真空吸附式的真空夾持裝置11進行相連和吸附固定。其中，所述調(diào)整運動機構(gòu)7為4自由度，包括3個角度和一個Z方向升降自由度；調(diào)整運動機構(gòu)10具有沿X、Y、Z三個方向的平臺自由度；所述真空夾持裝置11具有3D0F的手動角度調(diào)整機構(gòu)。所述控制主機以串口與所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)相連，用于在對接收到的微器件的三個圖像信號進行圖像處理得到顯微鏡組件之間的相對位置后，分別給所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)中的4D0F (自由度)微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7和3D0F (自由度)微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10的步進電機控制器發(fā)運運動指令，所述微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)7和微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)10根據(jù)接收到的所述運動控制指令對所述微器件A和B兩者的相對位置進行調(diào)整；其中，所述圖像處理包括在水平方向(χ-y平面)上提取微器件A和B的水平和豎直邊緣，計算兩個水平方向上的Z向距離與垂直度，所述垂直度為微器件A的軸線和微器件B的下側(cè)邊緣分別在圖2所示的XOZ平面和YOZ平面的夾角；在豎直方向(z平面)上分別提取微器件A和B的上表面特征，從而計算它們之間的軸向距離與徑向角度，所述軸向距離為微器件A的上端面圓心和微器件B末端圓形開孔的圓心在圖2所示的XOY平面上的距離；所述徑向角度為以微器件A和B上人為規(guī)定的任一對應(yīng)標志為原點，分別沿垂直水平面，即圖2所示的Λ θζ方向轉(zhuǎn)動形成的角度差。為了保證微器件的清晰成像，所述基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置還包括光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)進一步包括點光源13，準直鏡14，兩個反射鏡15和環(huán)形光源16，其中，所述點光源13位于第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)6沿X正方向的旁側(cè)，用于產(chǎn)生散射的種子光；準直鏡14位于點光源13的前方焦距處,用于將點光源13發(fā)出的散射光變成平行光；反射鏡15由兩面相同的反射鏡組成，分別位于豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)2沿Y 正方向的旁側(cè)和X正方向的前方，用于將準直鏡14發(fā)出的平行光調(diào)轉(zhuǎn)180度，以使其從微器件Α9的X反方向入射形成平行背光，即形成準直背光；環(huán)形光源16由兩個相同的環(huán)形燈組成，分別安裝于第一水平主動變倍顯微鏡組件3和第二水平主動變倍顯微鏡組件5的末端，用于為這兩個微器件在鏡頭側(cè)的成像提供照明。所述光源系統(tǒng)采用同軸光、環(huán)形光、準直背光配合使用，其中，背光可以使物體的輪廓清晰，但會損失紋理特征，不利于裝配之前對零件的姿態(tài)進行預(yù)調(diào)準和聚焦過程中的模糊度評價；環(huán)形光能夠突顯物體表面紋理持征，易于實現(xiàn)清晰度對聚及姿態(tài)調(diào)整，但是由于金屬物體容易反光，因此環(huán)形光的邊緣對比不夠強，本發(fā)明的光源系統(tǒng)結(jié)合兩者的特點，采用兩者組合的方案，并在不同的步驟中對光源進行切換在第一水平主動變倍顯微鏡組件3成像時只開環(huán)形光源16 ;在第二水平主動變倍顯微鏡組件5成像時打開環(huán)形光源16和準直背光；在豎直主動變倍顯微鏡組件I成像時只開同軸光，所述同軸光顯微鏡組件具有點光源外接接口，當(dāng)所述同軸光顯微鏡組件外接點光源后，通過內(nèi)置的光學(xué)元件在鏡筒內(nèi)所產(chǎn)生的光就是同軸光。另外，本發(fā)明的光源系統(tǒng)采用準直光源形成背光。所述光源系統(tǒng)中，首先，點光源13產(chǎn)生散射光，經(jīng)準直鏡14后形成平行光，然后經(jīng)過兩個反射鏡15后投射到微器件A的背后，形成背光。為了使用戶更直觀的了解在線檢測和裝配狀態(tài)，所述基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置還包括數(shù)字樣機，所述數(shù)字樣機與控制主機采用千兆網(wǎng)相聯(lián)進行數(shù)據(jù)傳輸，并用于對微器件的在線檢測和裝配狀態(tài)進行實時的顯示，所述傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要包括兩個微器件間的垂直度、Z向距離、軸向距離和徑向角度。所述微器件A和B的實際尺寸已知，利用OpenGL在數(shù)字樣機中繪制微器件，并進一步可根據(jù)控制上位機接收到的數(shù)據(jù)控制兩者的姿態(tài)。本裝置的數(shù)字樣機界面如圖3所示，其具有縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、數(shù)據(jù)驅(qū)動顯示實際微器件裝配姿態(tài)的功能。圖2為使用本發(fā)明裝置進行在線檢測和裝配的工作流程圖，如圖2所示，在使用本發(fā)明裝置進行在線檢測和裝配時
首先，將微器件A、微器件B分別安裝在微器件A真空夾持裝置8和微器件B真空夾持裝置11上；然后，系統(tǒng)復(fù)位，檢測裝置中各部分的狀態(tài)，此時，微器件A和微器件B距離較遠，將三個顯微鏡組件的放大倍數(shù)調(diào)到最小，視野最大，分別對微器件A和微器件B的姿態(tài)進行測量，并將測量得到的信息發(fā)送給控制主機，并經(jīng)控制主機圖像處理獲得微器件的姿態(tài)信息后在各自的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)控制下對兩個微器件進行粗對準；經(jīng)過粗對準，當(dāng)兩者距離較近時，改變?nèi)齻€顯微鏡組件的放大倍數(shù)，此時，顯微鏡組件的視野小但檢測精度高，重新對微器件A和微器件B進行姿態(tài)檢測，并將測量得到的信息發(fā)送給控制主機，經(jīng)控制主機圖像處理得到微器件的姿態(tài)信息后將微器件A和微器件B之間的Z向和軸向距離和垂直度、徑向角度偏差通過串口發(fā)送給姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)8和11，以進行微器件A和微器件B間的精確對準與裝配。在上述裝配過程中所獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)會同步的發(fā)送給數(shù)字樣機進行顯示。本發(fā)明基于三路正交的自動變倍顯微鏡頭，實現(xiàn)大測量范圍和高精度空間姿態(tài)檢測；具有豐富的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，具有25個自由度，可以勝任復(fù)雜的裝配任務(wù)和良好的靈活 性；準直光源、環(huán)形光源、同軸光源根據(jù)不同的觀測要求優(yōu)化組合，保證成像效果；具有數(shù)字樣機演示系統(tǒng)，可以方便的顯示裝配過程。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于顯微視覺的微器件裝配在線檢測裝置，其特征在于，該裝置包括控制主機，三路正交顯微視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)，微器件夾持裝置和微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)，其中 所述三路正交顯微視覺系統(tǒng)包括豎直主動變倍顯微鏡組件(I),第一水平主動變倍顯微鏡組件(3)和第二水平主動變倍顯微鏡組件(5)，所述視覺系統(tǒng)采用千兆以太網(wǎng)與控制主機連接，所述豎直主動變倍顯微鏡組件(I)、第一水平主動變倍顯微鏡組件(3)、第二水平主動變倍顯微鏡組件(5)成正交排列，用于獲取三個方位上的微器件圖像信號，并將該三個方位上的微器件圖像信號發(fā)送給控制主機； 所述視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)包括豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(2)，第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(4)和第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)￠)，所述豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(2)、第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(4)、第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(6)分別與所述顯微鏡組件之間通過二維手動角度調(diào)整裝置相連，用于對各路顯微鏡組件進行調(diào)整； 所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)包括微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(7)和微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(10)，分別用于對所述微器件A(9)和微器件B(12)進行姿態(tài)調(diào)整； 所述微器件夾持裝置包括微器件A真空夾持裝置(8)和微器件B真空夾持裝置(11)，所述微器件A真空夾持裝置(8)安裝在微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(7)上，所述微器件B真空夾持裝置(11)安裝在微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(10)上，分別用于對所述微器件A(9)和微器件B (12)進行夾持； 所述微器件A (9)和微器件B (12)分別安裝在相應(yīng)的夾持裝置上； 所述控制主機以串口與所述微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)相連，用于在對接收到的微器件的三個圖像信號進行圖像處理得到顯微鏡組件之間的相對位置后，分別給所述微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(7)和微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(10)的步進電機控制器發(fā)運運動指令，使其根據(jù)所述運動控制指令對所述微器件A和B的相對位置進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置共具有二十五個自由度所述豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(2)、第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(4)、第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(6)為三自由度平臺調(diào)整機構(gòu)；所述微器件A姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(7)為四自由度，包括三個角度和一個Z方向升降自由度；所述微器件B姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(10)具有沿X、Y、Z三個方向的平臺自由度；所述微器件B真空夾持裝置(11)具有三自由度的手動角度調(diào)整機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(2)、第一水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(4)、第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(6)對各路顯微鏡組件進行調(diào)整，以使各路顯微鏡組件的光軸與微器件觀測面基本垂直，使圖像空間的測量值與笛卡爾空間的距離存在較好的對應(yīng)關(guān)系，并使微器件表面特征處于顯微鏡組件的景深范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述微器件A真空夾持裝置(8)和微器件B真空夾持裝置(11)為真空吸附式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述圖像處理包括在水平方向，即x_y平面，上提取微器件A和B的水平和豎直邊緣，計算兩個水平方向上的Z向距離與垂直度；在豎直方向，即z平面，上分別提取微器件A和B的上表面特征，從而計算它們之間的軸向距離與徑向角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述垂直度為微器件A的軸線和微器件B的下側(cè)邊緣分別在XOZ平面和YOZ平面的夾角；所述軸向距離為微器件A的上端面圓心和微器件B末端圓形開孔的圓心在XOY平面上的距離；所述徑向角度為以微器件A和B上任一對應(yīng)標志為原點，分別沿垂直水平面方向轉(zhuǎn)動形成的角度差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述在線檢測裝置還包括光源系統(tǒng)，所述光源系統(tǒng)包括點光源(13)，準直鏡(14)，兩個反射鏡(15)和環(huán)形光源(16)，其中 所述點光源(13)位于第二水平顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(6)沿X正方向的旁側(cè)，用于產(chǎn)生散射的種子光； 準直鏡(14)位于點光源(13)的前方焦距處，用于將點光源(13)發(fā)出的散射光變成平行光； 反射鏡(15)由兩面相同的反射鏡組成，分別位于豎直顯微鏡組件調(diào)整機構(gòu)(2)沿Y正方向的旁側(cè)和X正方向的前方，用于將準直鏡(14)發(fā)出的平行光調(diào)轉(zhuǎn)180度，以使其從微器件A (9)的X反方向入射形成平行背光，即形成準直背光；環(huán)形光源(16)由兩個相同的環(huán)形燈組成，分別安裝于第一水平主動變倍顯微鏡組件(3)和第二水平主動變倍顯微鏡組件(5)的末端，用于為這兩個微器件在鏡頭側(cè)的成像提供照明。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在第一水平主動變倍顯微鏡組件(3)成像時只開環(huán)形光源(16);在第二水平主動變倍顯微鏡組件(5)成像時打開環(huán)形光源(16)和準直背光；在豎直主動變倍顯微鏡組件(I)成像時只開同軸光，其中，當(dāng)所述同軸光顯微鏡組件外接點光源后，通過內(nèi)置的光學(xué)元件在鏡筒內(nèi)所產(chǎn)生的光就是同軸光。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述在線檢測裝置還包括數(shù)字樣機，所述數(shù)字樣機與控制主機采用千兆網(wǎng)相聯(lián)進行數(shù)據(jù)傳輸，并用于對微器件的在線檢測和裝配狀態(tài)進行實時的顯示；所述傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括兩個微器件間的垂直度、Z向距離、軸向距離和徑向角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在所述在線檢測裝置工作時 首先，將微器件A、微器件B分別安裝在微器件A真空夾持裝置(8)和微器件B真空夾持裝置(11)上； 然后，系統(tǒng)復(fù)位，檢測裝置中各部分的狀態(tài)，此時，微器件A和微器件B距離較遠，將三個顯微鏡組件的放大倍數(shù)調(diào)到最小，視野最大，分別對微器件A和微器件B的姿態(tài)進行測量，并將測量得到的信息發(fā)送給控制主機；并經(jīng)控制主機圖像處理獲得微器件的姿態(tài)信息后在各自的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)控制下對兩個微器件進行粗對準； 然后，經(jīng)過粗對準后，當(dāng)兩者距離較近時，改變?nèi)齻€顯微鏡組件的放大倍數(shù)，此時，顯微鏡組件的視野小但檢測精度高，重新對微器件A和微器件B進行姿態(tài)檢測，并將測量得到的信息發(fā)送給控制主機，經(jīng)控制主機圖像處理得到微器件的姿態(tài)信息后將微器件A和微器件B之間的Z向和軸向距離和垂直度、徑向角度偏差通過串口發(fā)送給姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)(8)和(11)，以進行微器件A和微器件B間的精確對準與裝配； 同時，將裝配過程中所獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)同步發(fā)送給數(shù)字樣機進行顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于顯微視覺的微器件裝配在線姿態(tài)檢測裝置，適用于微器件姿態(tài)檢測并實現(xiàn)兩者之間進行對準、裝配，該裝置包括控制主機、三路正交顯微視覺系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)、微器件夾持裝置，微器件姿態(tài)調(diào)整運動機構(gòu)、光源系統(tǒng)和數(shù)字樣機組成，系統(tǒng)總共具有25個自由度。其中，兩個微器件安裝在相應(yīng)的夾持器上，夾持器安裝在相應(yīng)的運動機構(gòu)上；數(shù)字樣機能夠?qū)崟r的反饋在線檢測的微器件姿態(tài)，并可以360度全景、縮放觀察微器件當(dāng)前的裝配狀態(tài)。本發(fā)明可方便高效的實現(xiàn)人機協(xié)同的毫米級微零件在線檢測和裝配作業(yè)，裝配零件的尺寸范圍可達到10μm-12mm，檢測位置精度3-5μm，角度精度0.3～0.5度，具有廣泛的應(yīng)用前景和可觀的社會經(jīng)濟效益。
文檔編號B23P21/00GK102873523SQ20121034015
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者張正濤, 張娟, 張大朋, 徐德 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所