一種微零件位姿自動測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微零件位姿自動測量方法。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(guān)系；然后利用顯微視覺檢測微零件的平面位置信息，根據(jù)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(tài)。本發(fā)明的測量方法用于微米厚度、毫米大小微零件位姿的自動測量，操作方便、自動化程度高、測量精度高，具有較好的應用前景。
【專利說明】一種微零件位姿自動測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微裝配【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微零件位姿的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微裝配技術(shù)是先進制造領(lǐng)域里的關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品裝配，可廣泛應用于微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem MEMS)、納米制造、精密光電子工程、生物工程、醫(yī)學、激光物理實驗等領(lǐng)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(tǒng)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(gòu)成傳統(tǒng)的立體視覺系統(tǒng)，所以單純基于顯微視覺的位姿測量面臨著許多困難。
[0003]目前微零件位姿測量技術(shù)研究主要以空間位置測量技術(shù)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(tài)測量目前很少涉及，Wang LiDai等人利用顯微視覺只實現(xiàn)了微鏡片的一維姿態(tài)測量(參見文獻:L Wang，J.K.Mills, ff.L.Cleghorn.Assembly of three-dimensional Microsystems using a hybrid manipulation strategy.1EEE 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(tài)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 forMEMS microassembly.1nternational Journal of Robotics Research, 2010, 29(11):1416-1434)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對于微零件位姿測量的難點問題，本發(fā)明提供一種微零件位姿自動測量方法。
[0005]本發(fā)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(guān)系；然后利用顯微視覺檢測微零件的平面位置信息，并根據(jù)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(tài)。
[0006]本發(fā)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(guān)系(Λζ，AjO只需標定一次，而且標定物采用圓柱體結(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。
[0007]本發(fā)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(guān)系(Λζ，Δ^)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(jīng)過圖像處理后得到深孔的圖像坐標(?0.%)，同時記錄調(diào)整運動平臺的位置信息(Al，_Fwl);
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(fā)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(diào)整運動平臺的位置信息Crw2，_Fw2);
C、結(jié)合深孔的圖像坐標(％，％)和運動平臺的位置差Uw2-zw1，_Fw2 __Fw1)得到位置關(guān)系(Δζ, Δ_7),其中N X= xw2- U0 δ，A尸^w2- _7w「1? δ，δ為顯微視覺的像素當量。
[0008]本發(fā)明的微零件位姿自動測量方法，其特點在于，測量微零件特征面上某一目標點的深度信息采用以下步驟:
a、顯微視覺聚焦微零件被測目標點所在的特征平面并得到該目標點的圖像位置信息
(°1卜0，vI1-O^ ;
b、根據(jù)顯微視覺視場光軸中心與激光三角測量儀激光光軸中心的位置關(guān)系(Λζ，八_7)，計算使得激光三角測量儀激光光軸中心運動至目標點的引導控制量，即運動平臺的X軸和I軸的調(diào)整量(Δxwi, Δywi>
【權(quán)利要求】
1.一種微零件位姿自動測量方法，其特征在于:所述的位姿自動測量方法首先利用顯微視覺和標定物(3)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(guān)系；然后利用顯微視覺檢測微零件的平面位置信息，并根據(jù)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(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動測量方法，其特征在于，所述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(guān)系(Δζ, AjO只需標定一次，而且標定物(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所述的位姿自動測量方法，其特征在于，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(guān)系(Λζ，Δ^)的標定采用以下步驟: a、顯微視覺對標定物(3)的上表面進行聚焦成像，經(jīng)過圖像處理后得到深孔的圖像坐標(Wci, F0),同時記錄調(diào)整運動平臺(5)的位置信息Uwl, _Fwl)； b、通過運動平臺(5)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(fā)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(diào)整運動平臺(5)的位置信息Crw2，_fw2); C、結(jié)合深孔的圖像坐標(‘ ％)和運動平臺(5)的位置差Crw2- zw1，_fw2 __Fw1)得到位置關(guān)系(Δζ, Δ_7),其中Δζ= Zw2- 《οδ，八尸7w2_ ％δ，δ為顯微視覺的像素=I里。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動測量方法，其特征在于，測量微零件特征面上某一目標點的深度信息采用以下步驟: a、顯微視覺聚焦微零件被測目標點所在的特征平面并得到該目標點的圖像位置信息(°1卜0，; b、根據(jù)顯微視覺視場光軸中心與激光三角測量儀激光光軸中心的位置關(guān)系(Λζ，八_7)，計算使得激光三角測量儀激光光軸中心運動至目標點的引導控制量，即運動平臺(5)的X軸和I軸的調(diào)整量(Δ Xffl, Ay η )
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動測量方法，其特征在于，微零件的姿態(tài)通過測量微零件某一特征面上不在同一條直線上三個點的空間坐標來確定，其中三個點的深度信息采用如權(quán)利要求4所述的步驟進行測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位姿自動測量方法，其特征在于，微零件的姿態(tài)測量采用以下步驟: a、選擇能夠表征微零件姿態(tài)的某一特征平面，并利用顯微視覺對特征平面聚焦； b、通過顯微視覺測量得到該特征平面上某一基準點的圖像位置信息然后計算使得激光三角測量儀的激光光軸中心運動至該平面上不在同一條直線上的三個點PU P2和P3所需的引導控制量，即平臺Wl的X軸和y軸的運動控制量(Λ Xwi^ Ayww)，i=l, 2，3
【文檔編號】G01B11/22GK103791838SQ201410080922
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】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 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心