[發(fā)明專利]一種跨尺度微納器件裝配的顯微視覺檢測裝置和標定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211355535.1
• 申請日: 2022-11-01
• 公開（公告）號: CN115682934A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 張娟;杜凱;楊毅;王大松;吳文榮;畢列;程俊森;彭博;魏紅;溫明;楊宏剛
• 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;G01B11/26
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 潘育敏

1.一種跨尺度微納器件裝配的顯微視覺檢測裝置，包括連接在水平面上的用以裝配微納器件的操作臺(5)和用以移動微納器件的機械臂(6)，所述機械臂(6)連接有機械臂末端轉接板(9)，所述機械臂末端轉接板(9)連接有零件A夾持器(10)，所述零件A夾持器(10)夾持有零件A(7)，所述操作臺(5)連接有零件B夾持器(11)，所述零件B夾持器(11)夾持有零件B(8)，其特征在于，包括：

第一顯微視覺系統(tǒng)(1)和第二顯微視覺系統(tǒng)(2)，所述第一顯微視覺系統(tǒng)(1)、第二顯微視覺系統(tǒng)(2)和所述機械臂(6)均以所述操作臺(5)為中心設置，所述第一顯微視覺系統(tǒng)(1)和所述第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的光軸均與所述水平面平行，且二者在空間布局上呈現(xiàn)近似90度夾角；用以微納器件的正面和側面特征檢測；所述機械臂(6)設置在所述第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的正對面；

第三顯微視覺系統(tǒng)(3)，所述第三顯微視覺系統(tǒng)(3)與所述機械臂末端轉接板連接(9)；用以微納零件的頂部特征檢測；

第四顯微視覺系統(tǒng)(4)，所述第四顯微視覺系統(tǒng)(4)的光軸與所述水平面垂直，用以微納器件的底部特征檢測。

2.一種利用跨尺度微納器件裝配的顯微視覺檢測裝置的標定方法，其特征在于，所述標定方法包括：

步驟S1：建立跨尺度微納器件裝配系統(tǒng)的坐標系，包括第一顯微視覺系統(tǒng)坐標系P_w1(21)；第二顯微視覺系統(tǒng)坐標系_Pw2(22)；第三顯微視覺系統(tǒng)坐標系P_w3(21)；第四顯微視覺坐標系P_w4(24)；操作臺坐標系P_w5(25)；機械臂末端坐標系P_w6(26)；機械臂基坐標系P_w(27)；笛卡爾空間坐標系P_wo(28)，且所有坐標系的建立均符合右手定則；通過所述標定關系，將圖像空間變化量轉換為笛卡爾空間運動變化量，實現(xiàn)檢測；

步驟S2：分別通過第一顯微視覺系統(tǒng)(1)與第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的主動運動用以第一顯微視覺系統(tǒng)(1)的圖像偏移矩陣J_B1與第二顯微視覺系統(tǒng)2的圖像偏移矩陣J_B2的標定；

步驟S3：標定第一顯微視覺系統(tǒng)(1)與第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的位置運動控制的圖像雅可比矩陣用以零件A(7)與零件B(8)在機械臂基(6)坐標系P_w(27)下的X、Y、Z軸位置偏差d_X、d_Y、d_Z的計算；

步驟S4；標定第一顯微視覺系統(tǒng)(1)與第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的角度運動控制的圖像雅可比矩陣，用以零件A(7)與零件B(8)的繞X軸、繞Y軸的角度偏差Δα_X、Δβ_Y的計算；

步驟S5：標定第三顯微視覺系統(tǒng)(3)與第四顯微視覺系統(tǒng)(4)的關系矩陣，用以零件A(7)與零件B(8)的旋轉角度偏差的Δγ_Z計算。

3.如權利要求2中所述的利用跨尺度微納器件裝配的顯微視覺檢測裝置的標定方法，其特征在于，根據下式來計算J_B1和J_B2：

利用線性最小二乘法計算得到J_B1，如公式(2)所示，第二顯微視覺系統(tǒng)(2)的圖像偏移矩陣J_B2采用與J_B1相同的標定方法可以得到

J_B1＝UL^T(LL^T)^-1 (2)

其中n為第一顯微視覺系統(tǒng)(1)沿聚焦軸運動次數；Δl_i(i＝1,2,...n)為第一顯微視覺系統(tǒng)運動變化量；(Δu_i，Δv_i)為標定物的圖像坐標變化量。