[發(fā)明專利]一種面向同軸對(duì)位裝配系統(tǒng)的快速改變視場(chǎng)的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810587079.0
• 申請(qǐng)日: 2018-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN108655693B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖木崢;張之敬;黃晨燦;高翔宇;胡廷智;金鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P19/00
• 分類號(hào): B23P19/00;G02B27/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種面向同軸對(duì)位裝配系統(tǒng)的快速改變視場(chǎng)的裝置及方法，該裝置包括機(jī)械手、上短焦鏡頭、上下環(huán)形光源、半反半透棱鏡、下短焦鏡頭、基體零件、微動(dòng)臺(tái)、工業(yè)相機(jī)、水平位移臺(tái)和平動(dòng)態(tài)；機(jī)械手和微動(dòng)臺(tái)在空間上以上下環(huán)形光源為中心呈上下布置，待裝配零件和基體零件分別受到機(jī)械手和微動(dòng)臺(tái)的夾持，上短焦鏡頭及下短焦鏡頭分別位于待裝配零件下方和基體零件上方，半反半透棱鏡位于上下環(huán)形光源的中心，工業(yè)相機(jī)位于半反半透棱鏡的光軸上；上短焦鏡頭及下短焦鏡頭分別位于待裝配零件下方和基體零件上方，當(dāng)待裝配零件和基體零件尺寸較大時(shí)，上短焦鏡頭及下短焦鏡頭擴(kuò)大成像視場(chǎng)范圍，使待裝配零件及基體零件能夠完全成像在工業(yè)相機(jī)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及小微零件機(jī)械裝配技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以大范圍且快速改變視場(chǎng)的同軸光學(xué)對(duì)位裝配系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)的半自動(dòng)、自動(dòng)裝配系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)械微裝配領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。而裝配零件之間的精確對(duì)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)器件高精度裝配的關(guān)鍵。所以，微裝配系統(tǒng)中通常采用顯微視覺圖像檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確對(duì)位。北京理工大學(xué)微小型實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一種同軸光學(xué)對(duì)位系統(tǒng)作為微裝配系統(tǒng)的視覺對(duì)位檢測(cè)方法。該方法的原理在于在基體與目標(biāo)零件之間加載一個(gè)半反半透膜的立體分光棱鏡，在棱鏡的側(cè)面放置一個(gè)工業(yè)相機(jī)，可同時(shí)獲取基體與目標(biāo)零件的圖像信息，以及基體和目標(biāo)零件在不同位姿時(shí)的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是由于這種對(duì)位方法受到分光棱鏡對(duì)于工業(yè)相機(jī)視場(chǎng)角的限制，目前只能應(yīng)用于一個(gè)較小的視場(chǎng)范圍。如果裝配系統(tǒng)在裝配過程中需要從一個(gè)尺寸較小的零件轉(zhuǎn)變成一個(gè)尺寸較大的零件，就目前的同軸光學(xué)對(duì)位檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說無(wú)法達(dá)到。單純地依靠更換工業(yè)相機(jī)的鏡頭以改變放大倍率也無(wú)法完成對(duì)視場(chǎng)快速大范圍地變換。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種面向同軸對(duì)位裝配系統(tǒng)的快速改變視場(chǎng)的裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)基體零件與待裝配零件在一個(gè)大范圍變化視場(chǎng)內(nèi)的同軸對(duì)位裝配。并通過一個(gè)機(jī)械手和一個(gè)微動(dòng)調(diào)整臺(tái)完成兩個(gè)零件的對(duì)位及裝配。

一種面向同軸對(duì)位裝配系統(tǒng)的快速改變視場(chǎng)的裝置，該裝配系統(tǒng)包括機(jī)械手、上短焦鏡頭、上下環(huán)形光源、半反半透棱鏡、下短焦鏡頭、基體零件、微動(dòng)臺(tái)、工業(yè)相機(jī)、水平位移臺(tái)和平動(dòng)臺(tái)；

所述機(jī)械手和微動(dòng)臺(tái)在空間上以上下環(huán)形光源為中心呈上下布置，待裝配零件和基體零件分別受到機(jī)械手和微動(dòng)臺(tái)的吸附或夾持，所述上短焦鏡頭及下短焦鏡頭分別位于待裝配零件下方和基體零件上方，所述半反半透棱鏡位于上下環(huán)形光源的中心，半反半透棱鏡用于改變基體零件和待裝配零件反射光的光路，所述上下環(huán)形光源分別為基體件和待裝配件提供照明；所述工業(yè)相機(jī)位于半反半透棱鏡的光軸上；所述上短焦鏡頭及下短焦鏡頭分別位于待裝配零件下方和基體零件上方，當(dāng)待裝配零件和基體零件尺寸較大時(shí)，上短焦鏡頭及下短焦鏡頭擴(kuò)大成像視場(chǎng)范圍，使待裝配零件及基體零件能夠完全成像在所述工業(yè)相機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述上短焦鏡頭及下短焦鏡頭具有在豎直方向上的移動(dòng)調(diào)整功能，所述工業(yè)相機(jī)在水平方向上具有移動(dòng)調(diào)整功能，用于完成圖像對(duì)焦。

進(jìn)一步的，所述上短焦鏡頭及下短焦鏡頭具有在水平方向上進(jìn)給和撤出的功能，當(dāng)兩個(gè)短焦鏡頭撤出時(shí)，同軸對(duì)位系統(tǒng)成像視場(chǎng)較小，裝配系統(tǒng)完成對(duì)尺寸較小零件的對(duì)位裝配；當(dāng)兩個(gè)短焦鏡頭進(jìn)給至對(duì)應(yīng)位置時(shí)，同軸對(duì)位系統(tǒng)成像視場(chǎng)較大，裝配系統(tǒng)完成對(duì)尺寸較大零件的對(duì)位裝配。

進(jìn)一步的，所述上短焦鏡頭的及下短焦鏡頭的放大倍數(shù)分別為M₁、M₂，焦距分別為f₁、f₂，則兩短焦鏡頭的物距分別為u₁＝f₁(1+M₁)/M₁、u₂＝f₂(1+M₂)/M₂像距為v₁＝f₁(1+M₁)、v₂＝f₂(1+M₂)。