一种微零件位姿自动测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种微零件位姿自动测量方法。首先，利用显微视觉和标定物标定显微视觉视场光轴中心和激光三角测量仪激光光轴中心的位置关系；然后利用显微视觉检测微零件的平面位置信息，根据平面位置信息自动引导三角测量仪分别测量微零件特征面上不在同一条直线上的三个点的深度信息，最后通过三个点的空间坐标计算微零件特征面的法向量从而得到微零件的姿态。本发明的测量方法用于微米厚度、毫米大小微零件位姿的自动测量，操作方便、自动化程度高、测量精度高，具有较好的应用前景。
【专利说明】一种微零件位姿自动测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微装配【技术领域】，具体涉及一种微零件位姿的测量方法。
【背景技术】
[0002]微装配技术是先进制造领域里的关键技术之一，通常涉及不同加工工艺、复杂几何外形以及不同加工材料的产品装配，可广泛应用于微机电系统(Micro-Electro-MechanismSystem MEMS)、纳米制造、精密光电子工程、生物工程、医学、激光物理实验等领域。其中显微视觉为微装配提供了必不可少的观察手段，也提高了其自动化水平。然而，由于显微视觉系统具有景深小的特点，各路显微视觉几乎没有公共视野从而难以构成传统的立体视觉系统，所以单纯基于显微视觉的位姿测量面临着许多困难。
[0003]目前微零件位姿测量技术研究主要以空间位置测量技术居多，其中深度信息作为研究难点之一吸引了众多学者的研究，目前主要有基于显微视觉的聚焦/离焦法、线性激光扫描法和多路视觉方法。而对于微零件的姿态测量目前很少涉及，Wang LiDai等人利用显微视觉只实现了微镜片的一维姿态测量(参见文献: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)；法国Tamadazte利用CAD模型来检测MEMS器件三维姿态但是这种方法依赖于微器件的先验CAD模型，对其应用具有一定的局限性(参见文献: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)。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中对于微零件位姿测量的难点问题，本发明提供一种微零件位姿自动测量方法。
[0005]本发明的微零件位姿自动测量方法，其特点是，所述的位姿自动测量方法首先利用显微视觉和标定物标定显微视觉视场光轴中心和激光三角测量仪激光光轴中心的位置关系；然后利用显微视觉检测微零件的平面位置信息，并根据平面位置信息自动引导三角测量仪分别测量微零件特征面上不在同一条直线上的三个点的深度信息，最后通过三个点的空间坐标计算微零件特征面的法向量从而得到微零件的姿态。
[0006]本发明的微零件位姿自动测量方法，其特点在于，显微视觉视场光轴中心和激光三角测量仪激光光轴中心位置关系(Λζ，AjO只需标定一次，而且标定物采用圆柱体结构且沿轴线方向设有直径与激光光斑大小相匹配的深孔。
[0007]本发明的微零件位姿自动测量方法，其特点在于，显微视觉视场光轴中心与激光三角测量仪激光光轴中心位置关系(Λζ，Δ^)的标定采用以下步骤:
a、显微视觉对标定物的上表面进行聚焦成像，经过图像处理后得到深孔的图像坐标(?0.%)，同时记录调整运动平台的位置信息(Al，_Fwl);
b、通过运动平台移动激光测量仪使激光光路中心移动至深孔，其中通过判断激光三角测量仪输出的深度值是否发生突变来判断激光光轴中心是否从孔周围落入孔中，并同时记录调整运动平台的位置信息Crw2，_Fw2);
C、结合深孔的图像坐标(％，％)和运动平台的位置差Uw2-zw1，_Fw2 __Fw1)得到位置关系(Δζ, Δ_7),其中N X= xw2- U0 δ，A尸^w2- _7w「1? δ，δ为显微视觉的像素当量。
[0008]本发明的微零件位姿自动测量方法，其特点在于，测量微零件特征面上某一目标点的深度信息采用以下步骤:
a、显微视觉聚焦微零件被测目标点所在的特征平面并得到该目标点的图像位置信息
(°1卜0，vI1-O^ ;
b、根据显微视觉视场光轴中心与激光三角测量仪激光光轴中心的位置关系(Λζ，八_7)，计算使得激光三角测量仪激光光轴中心运动至目标点的引导控制量，即运动平台的X轴和I轴的调整量(Δxwi, Δywi>
【权利要求】
1.一种微零件位姿自动测量方法，其特征在于:所述的位姿自动测量方法首先利用显微视觉和标定物(3)标定显微视觉视场光轴中心和激光三角测量仪激光光轴中心的位置关系；然后利用显微视觉检测微零件的平面位置信息，并根据平面位置信息自动引导三角测量仪分别测量微零件特征面上不在同一条直线上的三个点的深度信息，最后通过三个点的空间坐标计算微零件特征面的法向量从而得到微零件的姿态。
2.根据权利要求1所述的位姿自动测量方法，其特征在于，所述显微视觉视场光轴中心和激光三角测量仪激光光轴中心位置关系(Δζ, AjO只需标定一次，而且标定物(3)采用圆柱体结构且沿轴线方向设有直径与激光光斑大小相匹配的深孔。
3.根据权利要求1所述的位姿自动测量方法，其特征在于，显微视觉视场光轴中心与激光三角测量仪激光光轴中心位置关系(Λζ，Δ^)的标定采用以下步骤: a、显微视觉对标定物(3)的上表面进行聚焦成像，经过图像处理后得到深孔的图像坐标(Wci, F0),同时记录调整运动平台(5)的位置信息Uwl, _Fwl)； b、通过运动平台(5)移动激光测量仪使激光光路中心移动至深孔，其中通过判断激光三角测量仪输出的深度值是否发生突变来判断激光光轴中心是否从孔周围落入孔中，并同时记录调整运动平台(5)的位置信息Crw2，_fw2); C、结合深孔的图像坐标(‘ ％)和运动平台(5)的位置差Crw2- zw1，_fw2 __Fw1)得到位置关系(Δζ, Δ_7),其中Δζ= Zw2- 《οδ，八尸7w2_ ％δ，δ为显微视觉的像素=I里。
4.根据权利要求1所述的位姿自动测量方法，其特征在于，测量微零件特征面上某一目标点的深度信息采用以下步骤: a、显微视觉聚焦微零件被测目标点所在的特征平面并得到该目标点的图像位置信息(°1卜0，; b、根据显微视觉视场光轴中心与激光三角测量仪激光光轴中心的位置关系(Λζ，八_7)，计算使得激光三角测量仪激光光轴中心运动至目标点的引导控制量，即运动平台(5)的X轴和I轴的调整量(Δ Xffl, Ay η )
5.根据权利要求1所述的位姿自动测量方法，其特征在于，微零件的姿态通过测量微零件某一特征面上不在同一条直线上三个点的空间坐标来确定，其中三个点的深度信息采用如权利要求4所述的步骤进行测量。
6.根据权利要求1所述的位姿自动测量方法，其特征在于，微零件的姿态测量采用以下步骤: a、选择能够表征微零件姿态的某一特征平面，并利用显微视觉对特征平面聚焦； b、通过显微视觉测量得到该特征平面上某一基准点的图像位置信息然后计算使得激光三角测量仪的激光光轴中心运动至该平面上不在同一条直线上的三个点PU P2和P3所需的引导控制量，即平台Wl的X轴和y轴的运动控制量(Λ Xwi^ Ayww)，i=l, 2，3
【文档编号】G01B11/22GK103791838SQ201410080922
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】吴文荣, 沈飞, 余大海, 张娟, 刘国栋, 杜凯, 唐永建, 刘炳国, 陈凤东, 李波, 王红莲 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心