[發明專利]一種面向同軸對位微裝配系統的標定方法

有效

• 申請號: 201310295766.2
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103363901A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 葉鑫;張之敬;高軍;金鑫;邵超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種面向同軸對位微裝配系統的標定方法，屬于微檢測與微裝配技術領域。?

背景技術

同軸對位微裝配系統的標定是實現高精度微小型結構件裝配的前提。在具體裝配前的標定對提高微小型結構件裝配的成功率和精度有著至關重要的作用。?

微機電系統（MEMS）技術的發展，使得微裝配的工作對象不斷趨向小型化和微型化，而裝配精度要求在微米甚至亞微米級，將顯微機器視覺引入微裝配領域是目前國內外微裝配系統研究普遍采用的方法。?

在同軸對位系統中，鏡頭光軸與像面的垂直關系依靠鏡頭的加工精度和CCD相機的制造精度保證，需要調節的主要是物面與光軸的垂直度和物面與完全聚焦面的重合程度。其中拍攝系統的光軸與物面不垂直，會造成兩個方面的影響：1.導致圖像變形失真；2.造成整個物面無法同時清晰成像；而物面與完全對焦面的重合程度將直接影響到圖像的清晰程度。可以看出，兩者都將影響到系統的測量精度，因此，為了能夠實現高精度的測量目標，對系統物面與光軸的垂直度以及物面與完全對焦面的重合程度進行高精度的調節是至關重要的。?

傳統的光學系統CCD和鏡頭是豎直布置的，拍攝正下方平臺上的物體，獲得圖像，在大景深的條件下，通過判斷標準長度的變化來確定光軸偏轉的角度，在小景深的條件下，通過判斷圖像四個角的對焦程度來確定光軸偏轉的方向，然而該套系統中相機是水平布置的，光軸是需要通過同軸棱鏡的半反半透折射才能照射到上下兩個物面上，該套系統中影響光軸垂直度的因素有CCD和鏡頭的兩個旋轉自由度，基體物面的兩個旋轉自由度，目標物面的兩個旋轉自由度，以及棱鏡的三個旋轉自由度。傳統的光學系統中影響光軸垂直度的只有?物面的兩個旋轉自由度或者相機的兩個旋轉自由度，所以傳統的通過圖像信息來判斷光軸垂直度的方法并不適合于同軸對位微裝配系統中。?

發明內容

本發明的目的是為提高微裝配系統對微小型結構件的裝配精度，提出一種面向同軸對位微裝配系統的標定方法。?

一種面向同軸對位微裝配系統的標定方法，具體步驟如下：?

步驟一，搭建同軸對位微裝配系統；?

同軸對位微裝配系統包括CCD相機及顯微鏡頭、光學棱鏡、基體載物臺、目標載物臺和三個角位移臺（角位移臺1、角位移臺2和角位移臺3）。其位置關系為：光學棱鏡放置于顯微鏡頭正前方、位姿固定，基體載物臺位于光學棱鏡的正下方、目標載物臺位于光學棱鏡正上方；基體載物臺對應棱鏡面3，其到光學棱鏡的光路為光路2；目標載物臺對應棱鏡面2，其到光學棱鏡的光路為光路1；CCD相機及顯微鏡頭位于光路1經棱鏡折射后的光路上，對應棱鏡面1；棱鏡面4為光學棱鏡內部的半反半透面，面5為棱鏡的全反射面。角位移臺1、角位移臺2和角位移臺3分別與CCD相機及顯微鏡頭、基體載物臺、目標載物臺相連接。?

步驟二，標定棱鏡面1與自準直儀成像面的平行度；?

將顯微鏡頭和CCD相機取下，使用螺釘將自準直儀固定于角位移臺1上的轉接板上，進行自準直儀的成像面和棱鏡面1的平行度標定，具體方法為：自準直儀發出平行光照射到棱鏡，面1、面4和面5分別形成一個像，其中面1反射的像最暗，能通過像的明暗程度找出面1反射的像，調整角位移臺1使面1反射的像與自準直儀內部的十字刻線重合，則此時面1和自準直儀內部的成像平面平行。且在后續的標定工作中，不改變棱鏡和自準直儀的位姿。?

步驟三，標定基體載物臺反射光路和自準直儀成像面的垂直度；?

在基體載物臺上放置一塊平面鏡，則自準直儀的成像面上多一個?十字刻線，調整角位移臺2使基體載物臺對應的十字刻線與自準直儀內部十字刻線重合，則此時基體載物臺的反射光路和自準直儀的成像面垂直，完成基體載物臺的標定工作。?

步驟四，標定目標載物臺反射光線和自準直儀成像面的垂直度；?

將基體載物臺上的平面鏡撤出，在目標載物臺上放置一塊平面鏡，找出其在自準直儀的成像面對應的十字刻線，調整角位移臺3使目標載物臺對應的十字刻線與自準直儀內部十字刻線重合，則此時目體載物臺的光路方向和自準直儀的成像面垂直，完成目標載物臺的標定。?

步驟二至步驟四確定了棱鏡、目標載物臺和基體載物臺三者的空間關系。?

步驟五，卸下自準直儀，裝上CCD和顯微鏡頭，微調去除安裝偏差，實現CCD相機和棱鏡的光軸與面1垂直。?