[發明專利]一種微零件位姿自動測量方法

有效

• 申請號: 201410080922.8
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103791838B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 吳文榮;沈飛;余大海;張娟;劉國棟;杜凱;唐永建;劉炳國;陳鳳東;李波;王紅蓮
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/22
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明

技術領域

?本發明屬于微裝配技術領域，具體涉及一種微零件位姿的測量方法。

背景技術

微裝配技術是先進制造領域里的關鍵技術之一，通常涉及不同加工工藝、復雜幾何外形以及不同加工材料的產品裝配，可廣泛應用于微機電系統（Micro-Electro-Mechanism?System?MEMS）、納米制造、精密光電子工程、生物工程、醫學、激光物理實驗等領域。其中顯微視覺為微裝配提供了必不可少的觀察手段，也提高了其自動化水平。然而，由于顯微視覺系統具有景深小的特點，各路顯微視覺幾乎沒有公共視野從而難以構成傳統的立體視覺系統，所以單純基于顯微視覺的位姿測量面臨著許多困難。

目前微零件位姿測量技術研究主要以空間位置測量技術居多，其中深度信息作為研究難點之一吸引了眾多學者的研究，目前主要有基于顯微視覺的聚焦/離焦法、線性激光掃描法和多路視覺方法。而對于微零件的姿態測量目前很少涉及，Wang?LiDai等人利用顯微視覺只實現了微鏡片的一維姿態測量（參見文獻：L?Wang,?J.?K.?Mills,?W.?L.?Cleghorn.?Assembly?of?three-dimensional?Microsystems?using?a?hybrid?manipulation?strategy.?IEEE?International?Conference?on?Mechatronics?and?Automation,?2008,?545-550）；法國Tamadazte利用CAD模型來檢測MEMS器件三維姿態但是這種方法依賴于微器件的先驗CAD模型，對其應用具有一定的局限性（參見文獻：?B.?Tamadazte,?E.?Marchand,?S.?Dembele,?N.?L.?F.?Piat.?CAD?model?based?tracking?and?3D?visual-based?control?for?MEMS?microassembly.?International?Journal?of?Robotics?Research,?2010,?29(11):?1416-1434）。

發明內容

為了解決現有技術中對于微零件位姿測量的難點問題，本發明提供一種微零件位姿自動測量方法。

本發明的微零件位姿自動測量方法，其特點是，所述的位姿自動測量方法首先利用顯微視覺和標定物標定顯微視覺視場光軸中心和激光三角測量儀激光光軸中心的位置關系；然后利用顯微視覺檢測微零件的平面位置信息，并根據平面位置信息自動引導三角測量儀分別測量微零件特征面上不在同一條直線上的三個點的深度信息，最后通過三個點的空間坐標計算微零件特征面的法向量從而得到微零件的姿態。

本發明的微零件位姿自動測量方法，其特點在于，顯微視覺視場光軸中心和激光三角測量儀激光光軸中心位置關系（Δx,?Δy）只需標定一次，而且標定物采用圓柱體結構且沿軸線方向設有直徑與激光光斑大小相匹配的深孔。

本發明的微零件位姿自動測量方法，其特點在于，顯微視覺視場光軸中心與激光三角測量儀激光光軸中心位置關系（Δx,?Δy）的標定采用以下步驟:

a、顯微視覺對標定物的上表面進行聚焦成像，經過圖像處理后得到深孔的圖像坐標（u₀,?v₀），同時記錄調整運動平臺的位置信息（x_w1,?y_w1）；

b、通過運動平臺移動激光測量儀使激光光路中心移動至深孔，其中通過判斷激光三角測量儀輸出的深度值是否發生突變來判斷激光光軸中心是否從孔周圍落入孔中，并同時記錄調整運動平臺的位置信息（x_w2,?y_w2）；