[發(fā)明專利]一種微零件位姿自動(dòng)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410080922.8
• 申請(qǐng)日: 2014-03-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103791838B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳文榮;沈飛;余大海;張娟;劉國(guó)棟;杜凱;唐永建;劉炳國(guó);陳鳳東;李波;王紅蓮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/22
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明

1.一種微零件位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于：所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法首先利用顯微視覺(jué)和標(biāo)定物（3）標(biāo)定顯微視覺(jué)視場(chǎng)光軸中心和激光三角測(cè)量?jī)x激光光軸中心的位置關(guān)系；然后利用顯微視覺(jué)檢測(cè)微零件的平面位置信息，并根據(jù)平面位置信息自動(dòng)引導(dǎo)三角測(cè)量?jī)x分別測(cè)量微零件特征面上不在同一條直線上的三個(gè)點(diǎn)的深度信息，最后通過(guò)三個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)計(jì)算微零件特征面的法向量從而得到微零件的姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，所述顯微視覺(jué)視場(chǎng)光軸中心和激光三角測(cè)量?jī)x激光光軸中心位置關(guān)系（Δx,?Δy）只需標(biāo)定一次，而且標(biāo)定物（3）采用圓柱體結(jié)構(gòu)且沿軸線方向設(shè)有直徑與激光光斑大小相匹配的深孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，顯微視覺(jué)視場(chǎng)光軸中心與激光三角測(cè)量?jī)x激光光軸中心位置關(guān)系（Δx,?Δy）的標(biāo)定采用以下步驟:

a、顯微視覺(jué)對(duì)標(biāo)定物（3）的上表面進(jìn)行聚焦成像，經(jīng)過(guò)圖像處理后得到深孔的圖像坐標(biāo)（u₀,?v₀），同時(shí)記錄調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的位置信息（x_w1,?y_w1）；

b、通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）移動(dòng)激光測(cè)量?jī)x使激光光路中心移動(dòng)至深孔，其中通過(guò)判斷激光三角測(cè)量?jī)x輸出的深度值是否發(fā)生突變來(lái)判斷激光光軸中心是否從孔周?chē)淙肟字校⑼瑫r(shí)記錄調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的位置信息（x_w2,?y_w2）；

c、結(jié)合深孔的圖像坐標(biāo)（u₀,?v₀）和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的位置差（x_w2-?x_w1,y_w2?–y_w1）得到位置關(guān)系（Δx,?Δy），其中Δx=?x_w2-?x_w1-?u₀δ，Δy=?y_w2-?y_w1-?v₀δ，δ為顯微視覺(jué)的像素當(dāng)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，測(cè)量微零件特征面上某一目標(biāo)點(diǎn)的深度信息采用以下步驟:

a、顯微視覺(jué)聚焦微零件被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)所在的特征平面并得到該目標(biāo)點(diǎn)的圖像位置信息（u_I1-0,v_I1-0）；

b、根據(jù)顯微視覺(jué)視場(chǎng)光軸中心與激光三角測(cè)量?jī)x激光光軸中心的位置關(guān)系（Δx,?Δy），計(jì)算使得激光三角測(cè)量?jī)x激光光軸中心運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)的引導(dǎo)控制量，即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的x軸和y軸的調(diào)整量（Δx_W1,?Δy_?W1）

其中，δ為顯微視覺(jué)的像素當(dāng)量；

c、根據(jù)引導(dǎo)控制量（Δx_W1,?Δy_?W1）來(lái)調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的x軸和y軸使激光光軸中心自動(dòng)移動(dòng)至被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)，從而通過(guò)激光三角測(cè)量?jī)x得到微零件上被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的深度信息。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，微零件的姿態(tài)通過(guò)測(cè)量微零件某一特征面上不在同一條直線上三個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)來(lái)確定，其中三個(gè)點(diǎn)的深度信息采用如權(quán)利要求4所述的步驟進(jìn)行測(cè)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動(dòng)測(cè)量方法，其特征在于，微零件的姿態(tài)測(cè)量采用以下步驟：

a、選擇能夠表征微零件姿態(tài)的某一特征平面，并利用顯微視覺(jué)對(duì)特征平面聚焦；

b、通過(guò)顯微視覺(jué)測(cè)量得到該特征平面上某一基準(zhǔn)點(diǎn)的圖像位置信息（u_I1-1,v_I1-1），然后計(jì)算使得激光三角測(cè)量?jī)x的激光光軸中心運(yùn)動(dòng)至該平面上不在同一條直線上的三個(gè)點(diǎn)P1、P2和P3所需的引導(dǎo)控制量，即平臺(tái)W1的x軸和y軸的運(yùn)動(dòng)控制量（Δx_W1-i,?Δy_W1-i）,?i=1,2,3

其中，δ為顯微視覺(jué)的像素當(dāng)量，（Δu_I1-i,?Δv_I1-i）為基準(zhǔn)點(diǎn)與第Pi個(gè)點(diǎn)之間的圖像距離，可隨意選取，只需保證三個(gè)點(diǎn)不在同一條直線；

c、根據(jù)引導(dǎo)控制量（Δx_W1-i,?Δy_?W1-i）來(lái)調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（5）的x軸和y軸使激光光軸中心分別自動(dòng)移動(dòng)至Pi點(diǎn)，從而通過(guò)激光三角測(cè)量?jī)x得到不在同一條直線上的三個(gè)點(diǎn)P1、P2和P3的深度信息z_W1-1?,?z_W1-2和z_W1-3；

d、根據(jù)該平面上三個(gè)點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)（x_W1-i,?y_W1-i,?z_W1-i）i=1,2,3，計(jì)算該平面的法向量n：

其中，n_x，n_y和n_z分別為法向量n的分量，最終得到微零件的一種姿態(tài)表示：

其中φ_x為法向量n在平面o_W1y_W1z_W1的投影與軸o_W1y_W1的夾角，φ_y為法向量n在平面o_W1x_W1z_W1的投影與軸o_W1x_W1的夾角，φ_z為法向量n在平面o_W1x_W1y_W1的投影與軸o_W1x_W1的夾角，其中π/2為偏移量。