[發明專利]基于工業內窺鏡的狹小空間內微小零件裝配測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201010129979.4
• 申請日: 2010-03-23
• 公開（公告）號: CN101852589A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 王曉東;王東輝;羅怡;張濤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于工業內窺鏡的狹小空間內微小零件裝配測量裝置及方法，屬于微裝配技術領域，用于狹小空間內微小零件裝配的在線測量。

背景技術

微裝配是通過準確地操縱、定位等方法將多個微零件組裝成復雜微系統的技術。目前，多數微裝配工作仍由操作者手工完成，構建自動化微裝配系統將提高裝配精度、裝配效率和產品穩定性，同時將操作者從枯燥繁瑣的微作業中解脫出來，降低人為因素影響。

自動化裝配中的關鍵一步是實時、快速、精確地將裝配信息檢出。通常采用機器視覺方法。在薄片零件檢測方面，采用加拿大DALSA公司的SP214202K30型線陣工業相機和尼康的鏡頭獲得待檢零件的掃描圖像后，通過圖像預處理，輪廓矢量化和對比檢測，與奧地利RSF?Elektronik公司的MS?6x.x5?GA型光柵尺聯用，可獲取零件尺寸參數【伍濟鋼，賓鴻贊，光學精密工程，2007(1)124-130】。為了實現精密測量，減小圖像畸變，機器視覺中通常采用物方遠心鏡頭替代常規鏡頭，文獻報道可利用遠心鏡頭、CCD相機和線光源激光器，實現焊接接頭間隙寬度的視覺測量，結合基于灰度投影積分的焊縫接頭間隙檢測算法，可檢測出焊縫接頭的邊界和接頭間隙寬度，對0.05mm的對接接頭，接頭間隙寬度測量精度優于0.015mm【吳家勇，王平江，陳吉紅，陳芝義，焊接學報，2009(8)，105-108】。

上述裝置及方法可以實現常規作業環境中的被裝配體以及裝配信息的快速獲得。但是對于狹小空間內的微裝配作業，由于空間狹小，常規工業相機無法伸入，被測物體處照明不足，使得圖像的獲取需要另辟蹊徑。目前國內外對于該類產品的裝配，多采用工業內窺鏡實現在線觀察，可用于飛機發動機(含進氣風扇、壓縮機的渦輪葉片、燃燒筒、齒輪箱和滑油箱等)，機體各部位(含機身、機翼、起落架系統、垂直/水平尾翼等)，以及其它無法直接由目視觀察到的部位。檢查的項目以機件受到外物損傷、腐蝕、硫化、磨損、裂紋和污染物的影響為主【劉秀娟，胡鐵玉，任燕，工程與測試，2009(1)，34-36】。在火力發電廠汽輪發電機轉子中心孔檢驗方面，需要檢測其內壁由于應力集中而產生表面疲勞裂紋的可能，采用直桿側視內窺鏡(天津光學儀器廠生產)和內窺鏡(韋林VIDEO2000型)實現了該項檢測【郭學，何佩排，華電技術，2008(4)，69-72】，但是工業內窺鏡的應用目前還停留在作為人眼視力的延伸方面，可看但不能進行精確測量。

綜上所述，已有的視覺檢測方法無法實現狹小空間內微小零件及其裝配過程信息的快速、精確獲取。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于工業內窺鏡的狹小空間內微小零件裝配測量裝置及方法。

本發明的技術方案如下：

基于工業內窺鏡的裝配測量裝置由內窺鏡檢測裝置、精密直線運動平臺和計算機組成。

內窺鏡檢測裝置由工業內窺鏡、光源、數碼相機或數碼攝像機和鏡頭組成。工業內窺鏡后端有光源接口，可連接光源并將光由內窺鏡內的鏡片引導到內窺鏡觀察口處，實現狹小空間內的照明。內窺鏡接數碼相機或數碼攝像機，將采集到的圖像信息經鏡頭傳導至計算機，計算機對圖像進行在線處理獲得微小零件在圖像坐標系(相機視場)中的位置信息。光源可采用鹵素燈、金屬弧光燈和LED等光源。

精密直線運動平臺由水平和垂直方向運動的精密直線導軌以及光柵尺組成，用于移動內窺鏡檢測裝置，同時光柵尺和精密直線導軌組成閉環控制系統，使得精密直線導軌的運動精度達到光柵尺的控制精度，精密直線導軌的運動信息由計算機編程控制。將精密直線導軌的運動信息和內窺鏡的圖像信息進行疊加，實現對微小零件的裝配信息進行測量。

內窺鏡在測量方向上的兩個不同位置進行測量后，計算機再結合前后兩次測量的圖像信息及導軌位置信息求出被測微小零件的實際裝配位置信息。根據光學成像原理可得：(I₀、I₁分別為前后兩次測量中被測微小零件的像距相機視場中心的距離；X為被測微小零件的實際位置；ΔX為前后兩次測量的內窺鏡位置差；F為焦距；U為物距；K為經數碼相機到監視器像的放大倍數)，故微小零件實際位置的計算公式為：式中前后兩次測量中被測微小零件的像相對于相機視場中心的位置I₀、I₁，由對數碼相機采集到的微小零件圖像信息進行圖像處理獲得，前后兩次測量內窺鏡的位置差ΔX可由光柵尺精確測得。