[發明專利]一種部件軸向對心檢測裝置的成像系統

有效

• 申請號: 200910060962.5
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101504280A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 王瑜輝;尹周平;熊有倫;李敏;張少華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方 放

技術領域

本發明屬于機器視覺的成像系統，具體涉及一種部件軸向對心檢測裝置的成像系統，可用于機電產品自動生產、裝配、調試中對兩個針狀部件軸向準確對心的檢測。

背景技術

在機電產品的機械調整中，經常需要將空間兩個針狀物體的軸線調整至重合，即對心。例如在電子封裝設備芯片拾取操作中，頂針將芯片從硅盤上頂起，吸嘴沿頂針軸向從頂針的頂部將頂起的芯片吸起。這個過程中，如果頂針的中心和吸嘴的中心不重合，將導致芯片側翻或者掉落。為此，在安裝調整中，應盡量保證頂針與吸嘴有較高的對心準精度。由于吸嘴和頂針的尺寸通常在1毫米或更小，單憑人的肉眼觀察，很難滿足對心精度的要求。

在許多情況下，通過機械配合實現對心，如銷和孔、鍵和鍵槽的配合，例如，中國專利ZL200820009011.6，陳連宗發明的加工機第二主軸或軸尾座對心調校裝置，包含一個移位單元和兩個側推單元，移位單元安裝在基座與軸體的相對表面間，包含導塊和滑槽等結構，兩個側推單元分別安裝在異于導塊樞接端的軸體兩側，操作者可以先利用側推單元調節軸體的偏位角度后，再利用移位單元調整軸體的位置，使第二主軸的軸線對應第一主軸的軸線。該發明將對心偏差分解為角度偏差和位移偏差，解除了耦合關系，這種利用機械配合實現對心的方式，操作方便，但其缺陷是：(1)需要將調整裝置與設備作為一體；(2)需要人眼或借助其它的觀察工具觀察偏差。因為電子封裝設備中待對心的結構是高速高精運動部件，結構復雜，如果再在其中添加對心裝置，會導致設備結構更加復雜，可靠性降低，因此這種依靠機械配合的對心方式不適用于結構復雜的電子封裝設備。

Karl?&?Suss公司的FC250等一些高精密的設備中，對心操作常常采用特殊設計的雙向光路視覺檢測系統，雙光路系統由一系列平面鏡組和分光鏡組成，三個與水平方向成45°的平面鏡將上下兩待對心針狀物體軸向圖像轉移至水平方向，與水平方向成45°放置的分光鏡將以上兩個圖像同時成像。這種視覺檢測系統是獨立于設備本身的。在對心操作時，檢測裝置和雙光路系統必須放置在兩個待對心的物體之間，檢測裝置沿著待對心針狀物體軸向觀察；電子攝像機通過雙向光路系統同時采集兩個物體的位置信息，并顯示在一幅圖像上。根據圖像中兩物體中心的偏差可調整位置，提高對心精度。然而，這對于兩個針狀物體軸向對心存在以下問題：首先，這套檢測裝置和雙光路系統必須放置在待對心的兩個物體之間，那么兩物體之間要有足夠的距離和空間，空間狹小的情況下，該裝置無法使用；其次，對心檢測裝置置于兩物體中間，對兩物體的對心操作產生干涉，當裝置獲取對心偏移圖像后，需要移開才能完成對心操作，這種遠距離的對心過程受機械精度影響，在兩物體對心距離移近后會降低精度；第三，這種面向對心點的成像方式，在目標是針狀物體的針尖截面時，相對于復雜的背景圖像，對心目標太小，圖像處理困難，難以保證對心精度。

利用雙目視覺原理可檢測兩個針狀物體空間軸向對心，即可在垂直于軸線平面內，從兩個不相互平行的方向上觀察，獲取兩針狀物體空間的位置關系，調節物體位置關系，可使兩物體軸線重合，即可完成空間的對心。這種方法可能存在的問題是：從任意兩個不相互平行的方向觀察，在一個成像方向上，使兩物體的軸線圖像重合后，當繼續調節，使另一個成像方向的軸線圖像重合時，前一成像方向重合的像可能又不重合，即兩個方向的像之間存在耦合關系，調節過程繁瑣。

發明內容

本發明提供一種部件軸向對心檢測裝置的成像系統，解決現有裝置的成像系統所存在的結構復雜、操作繁瑣、精度不佳、影響兩物體的對心操作問題，可用于兩個針狀物體在三維空間的軸向精確對心。

本發明的一種部件軸向對心檢測裝置的成像系統，包括底座、支撐臂、圖像采集單元、平面鏡和光源；其特征在于：

支撐臂位于底座上，并能夠在豎直方向相對于底座上下調節；

圖像采集單元包括電子攝像機和光學鏡頭，二者通過接口旋合在一起，再通過固定支架固定連接于支撐臂一端；平面鏡和光源通過各自的安裝板與連接于支撐臂另一端的同一支座固定；光學鏡頭、平面鏡和光源三者的幾何中心處于同一平面；平面鏡與電子攝像機的成像平面呈45°角；光源出射光線與電子攝像機的成像平面平行。

所述的成像系統，其進一步特征在于：

所述光源為矩形平板背光光源，工作時待對心的兩個針狀物體位于背光光源和平面鏡之間，背光光源出射光線方向垂直于光學鏡頭的軸線，其中一部分光線經過與鏡頭軸線呈45度角的平面鏡反射，沿鏡頭軸線射出。