一种验光镜片箱自动检定装置的制作方法

本实用新型涉及一种眼科计量器具自动检定装置，具体涉及一种验光镜片箱自动检定装置。

背景技术：

验光镜片箱是各类验光镜片(镶嵌在框中用于测定人眼屈光不正所用的镜片)的组合，是在医院眼科、眼镜商店等用来检查人眼的屈光状态和斜视、弱视及其他视觉功能的一种眼科计量器具。为确保验光镜片箱计量性能的准确可靠，需要定期地依据jjg579-2010《验光镜片箱》检定规程对其进行检定。

验光镜片箱普遍采用自动对焦原理的焦度计进行检定。这种焦度计常用的结构原理是：光源发出的光线经过准直透镜后成为平行光线，平行光线穿过放置在镜片支座上的被测镜片后发生偏转，经过带孔光阑，落在光电位置探测器上形成测量图像，焦度计对测量图像进行分析处理后，得到镜片的顶焦度、棱镜度、柱镜验光镜片轴位、棱镜验光镜片基线和光学中心偏离焦度计光轴的方位等测量信息并显示在屏幕上。

检定人员在使用这种焦度计时，需要手工调整被测镜片在镜片支座上的方位才能获得准确的测量结果。但是手工调整过程复杂繁琐，不仅检定效率低、劳动强度大，还容易引入人为误差。

专利申请号201811411679.8公开了一种镜片参数非接触式检测装置及方法，201811411831.2公开了一种镜片参数接触式检测装置及方法，这两个发明的技术特点都是利用夹持机构夹持被测镜片的周面，将被测镜片送至焦度计的光源组件下方并使被测镜片的光学中心与光源组件的光束中心对正后对被测镜片参数进行检测，但均存在以下缺陷：

1、以上两个发明中的夹持机构只能确定被测镜片的几何中心位置，而不能确定被测镜片的光学中心位置，即无法做到被测镜片的光学中心与光源组件的光束中心对正；

2、以上两个发明中的夹持机构无法自动对镜片进行转动，所以不能依据jjg579-2010《验光镜片箱》检定规程自动进行柱镜验光镜片轴位和棱镜验光镜片基线的测量。

专利申请号201710417556.4公开了一种自动检测焦度计及检测方法，该发明通过操作系统自动控制驱动机构来上下、前后、左右移动被测镜片，直至找到被测镜片光学中心并定位，最后自动测量。但是该发明仍然存在以下缺陷：

1、该发明在测量过程中无法保证被测镜片与镜片托贴合，会造成测量误差；

2、该发明无法自动对镜片进行转动，所以不能依据jjg579-2010《验光镜片箱》检定规程自动进行柱镜验光镜片轴位和棱镜验光镜片基线的测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种验光镜片箱自动检定装置，该装置能自动将验光镜片(以下简称镜片)放置在焦度计的镜片支座上，然后按照检定规程的要求调整镜片方位并检定，最后自动生成原始记录和证书，实现验光镜片箱检定的自动化。

为实现以上目的，本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置包括焦度计、机械手、第一激光标线器、第二激光标线器、摄像机、下位机以及带自动检定软件的上位机；所述焦度计为自动对焦的焦度计，与所述下位机通信连接，用于采集镜片的顶焦度、棱镜度、柱镜验光镜片轴位、棱镜验光镜片基线和光学中心偏离焦度计光轴的方位的测量信息并通过所述下位机上传给所述上位机；所述机械手为带有机器视觉系统的六轴机械手，其手部为带有两个爪子的电动夹爪，该两个爪子的相对的一侧为弹性材料，两弹性材料相对的一侧为平面且分别与爪子的运动方向垂直，该电动夹爪能用两个爪子的末端夹持镜片轴向两侧的边缘并移动或转动，也能用两个爪子夹持镜片径向两侧的边缘并移动或转动，所述机器视觉系统的中心视线在爪子贴紧时接触面所在的平面上，能观察到电动夹爪的夹持情况，该机械手用于抓取、移动、转动镜片；所述第一激光标线器为一字型激光标线器，安装在焦度计的镜片支座上方并位于焦度计光轴一侧，其激光扇形面与焦度计光轴重合，作为焦度计的轴位标记；所述第二激光标线器为一字型激光标线器，安装在焦度计的镜片支座上方并位于焦度计光轴一侧，其激光扇形面过焦度计光轴并与第一激光标线器的激光扇形面垂直，第一激光标线器与第二激光标线器用于在镜片上标出镜片支座的几何中心位置；所述摄像机通过摄像机支架安装在焦度计上并使镜头对准镜片支座，用于采集在镜片支座上的镜片图像信息，并通过所述下位机上传给所述上位机；所述下位机用于控制焦度计、机械手、第一激光标线器、第二激光标线器及摄像机，并与上位机通信；所述上位机用于运行软件并控制下位机完成自动检定过程。

上述电动夹爪两个爪子相对一侧的弹性材料是固态橡胶，也可以是弹性良好、弹性系数较小、与镜框的摩擦系数较大的其他固态弹性材料。

上述下位机属于现有技术，提供商为厦门通测电子有限公司，地址为厦门市湖里区梧桐西里6号中央美地5#楼2101室，产品名称为验光镜片箱自动检定控制器，产品型号为avotclcontroller-2018，上市日期为2018年12月，下位机用于控制焦度计、机械手、第一激光标线器、第二激光标线器及摄像机，并与上位机通信。

上述自动检定软件属于现有技术，提供商为厦门通测电子有限公司，地址为厦门市湖里区梧桐西里6号中央美地5#楼2101室，软件名称为验光镜片箱自动检定软件，版本号为tl-hv1.0，上市日期为2018年12月，该软件用于控制自动检定装置按照程序自动将镜片放置在镜片支座上，然后按照检定规程的要求调整镜片方位并检定，最后自动生成原始记录和证书，实现对验光镜片箱的自动检定。

本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置的检定操作步骤如下：

1、打开验光镜片箱，通过目测对其外观进行检查，如果外观符合要求，则继续进行以下步骤的检定，否则不予检定；

2、将验光镜片箱放置在自动检定装置旁，确保机械手能抓取验光镜片箱中的每一块镜片；

3、启动上位机和下位机，运行软件，输入验光镜片箱的相关信息后开始自动检定；

4、将镜片取出并放置在镜片支座上；

5、摄像机采集镜片支座上镜片的图像信息并通过下位机传给上位机，上位机对图像信息进行分析处理，根据镜片标志获得镜片类型及顶焦度或棱镜度的标称值的镜片信息并保存；

当采集到的图像信息有镜片标志时，继续执行以下步骤；当采集到的图像信息没有镜片标志时则不执行步骤6和步骤7；

6、验光镜片计量性能

上位机根据镜片的类型从步骤6.1至步骤6.3中选择对应类型的检定步骤进行计量性能检定；

6.1、球镜验光镜片

6.1.1、顶焦度

调整镜片方位，使镜片光学中心与焦度计光轴重合并且棱镜度示值最小或为零，下位机将焦度计采集到的顶焦度上传给上位机保存；

6.1.2、光学中心位移

继步骤6.1.1后，调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处并且垂直方向棱镜度为零，下位机将焦度计采集到的水平方向上的棱镜度上传给上位机保存；

6.2、柱镜验光镜片

6.2.1、顶焦度

调整镜片方位，使镜片轴位落在0°～180°方向且镜片光学中心与焦度计光轴重合，下位机将焦度计采集到的球镜度、柱镜度和固有携带的棱镜度上传给上位机保存；

6.2.2、轴位

继步骤6.2.1后，打开第一激光标线器，调整镜片方位，使镜片轴位标记与第一激光标线器投射在镜圈上的激光线重合，关闭第一激光标线器，下位机将焦度计采集到的轴位误差上传给上位机保存；

6.2.3、光学中心位移

继步骤6.2.2后，调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处，下位机将焦度计采集到的0°～180°方向的棱镜度示值上传给上位机保存；

6.3、棱镜验光镜片

6.3.1、棱镜度

调整镜片方位，使镜片光学中心落在焦度计光轴的0°～180°方向，下位机将焦度计采集到的棱镜度、球镜度和柱镜度上传给上位机保存；

6.3.2、棱镜验光镜片基线

继步骤6.3.1后，打开第一激光标线器，调整镜片方位，使镜片基线标记与第一激光标线器投射在镜圈上的激光线重合，关闭第一激光标线器，下位机将焦度计采集到的棱镜验光镜片的基线偏差示值上传给上位机保存；

7、调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处，松开电动夹爪；

8、机械手使用电动夹爪的爪子末端夹持镜片轴向两侧的边缘，将镜片从镜片支座上取下；

9、机械手将镜片翻转一面后放置在镜片支座上，再次执行步骤5至步骤8完成另一面的检定；

10、机械手将镜片放回验光镜片箱原位；

11、重复步骤4至步骤10完成验光镜片箱中其余镜片的检定；

12、上位机按照检定规程的要求对保存的信息进行数据处理，并生成原始记录和证书。

所述操作第4步将镜片取出并放置在镜片支座上是：机械手通过其机器视觉系统识别和定位验光镜片箱中的每一块镜片，以机器视觉系统的视角按照从左到右、由近到远的顺序选择一块尚未检定的镜片，然后使用电动夹爪的爪子末端夹持该镜片轴向两侧的边缘，移动或转动镜片至镜片支座上方，根据机器视觉系统和摄像机采集到的图像信息继续移动或转动镜片，直至镜片下表面与镜片支座表面贴合，并且镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处，松开电动夹爪，此时镜片被放在镜片支座上。

所述操作第6步和第7步中的调整镜片方位的操作步骤是：

机械手首次调整镜片方位从步骤(1)开始，否则从步骤(3)开始：

(1)、确定原点

将镜片支座表面的几何中心作为原点；

(2)、确定参考方位

机械手使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处，此时镜片的几何中心在镜片支座表面上的投影位置与原点重合，上位机将此时机械手的方位作为参考方位；所述机械手使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处的操作步骤是：首先，当镜片被放在焦度计的镜片支座上时，机械手使用机器视觉系统观察镜片的镜框，寻找并确定镜片径向两侧边缘适合夹持的位置，调整电动夹爪使爪子的运动方向与镜片支座表面平行；其次，打开第一激光标线器和第二激光标线器，机械手用爪子夹持镜片径向两侧边缘适合夹持的位置，然后根据摄像机采集到的图像信息移动或转动镜片，直到在两条激光线方向上激光线与镜圈外侧边缘或内侧边缘的交点的距离最远，机械手夹持和移动或转动过程中电动夹爪各点的运动轨迹与镜片支座表面平行，此时镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处；最后，关闭第一激光标线器和第二激光标线器；

(3)、镜片方位调整

(3.1)、机械手根据原点、参考方位、焦度计采集到的测量信息以及摄像机采集到的图像信息移动或转动镜片，直至位于合适的检定方位，机械手移动或转动过程中电动夹爪各点的运动轨迹与镜片支座表面平行；

(3.2)、上位机将此时机械手的方位与参考方位进行比较分析，可以计算出在镜片支座表面上镜片几何中心偏离镜片支座几何中心的距离，若两者距离大于镜片支座半径，则电动夹爪朝原点方向稍微倾斜；

(3.3)、将镜片轻轻压在镜片支座上；

(3.4)、上位机根据原点、参考方位、机械手当前方位、焦度计采集到的测量信息以及摄像机采集到的图像信息判断镜片是否位于合适的检定方位，如果没有则再次执行步骤(3.1)，使镜片位于合适的检定方位。

本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置具有以下技术特点和有益效果：

(1)、该装置能自动将验光镜片放置在焦度计的镜片支座上，按照检定规程的要求调整镜片方位并检定，自动生成原始记录和证书，实现检定的自动化。

(2)、通过机械手代替人工调整镜片方位，消除了人为误差，使检定结果更加准确可靠。

(3)、通过机械手和摄像机的配合，为检定智能化提供基础。

附图说明

图1为本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置的结构示意图。

图2为图1中安装有摄像机的焦度计侧视结构示意图。

图3为图1中安装有摄像机的焦度计正视结构示意图。

图4为图1中机械手的结构示意图。

图5为图4中电动夹爪的结构示意图。

图6为本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置的结构原理框图。

附图标记：焦度计1、第一激光标线器1-1、第二激光标线器1-2、镜片支座1-3、机械手2、机器视觉系统2-1、电动夹爪2-2、爪子2-3、弹性材料2-4、摄像机3、摄像机支架4、下位机5、上位机6、验光镜片箱7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置作进一步详细说明。

如图1至图5所示，本实用新型一种验光镜片箱自动检定装置包括焦度计1、机械手2、第一激光标线器1-1、第二激光标线器1-2、摄像机3、下位机5以及带自动检定软件的上位机6。

焦度计1为自动对焦原理的焦度计，与技术背景中描述的结构原理相同，去除了打印机构，增加了与下位机5通信的功能，用于采集镜片的顶焦度、棱镜度、柱镜验光镜片轴位、棱镜验光镜片基线和光学中心偏离焦度计光轴的方位等测量信息并通过下位机5上传给上位机6。

机械手2为带有机器视觉系统2-1的六轴机械手2，其手部为有两个爪子2-3的电动夹爪2-2，机械手2用于抓取、移动或转动镜片；所述电动夹爪2-2中两个爪子2-3的相对的一侧为弹性材料2-4，弹性材料2-4弹性良好、弹性系数较小、与镜框的摩擦系数较大，两弹性材料2-4相对的一侧为平面且分别与爪子2-3的运动方向垂直，电动夹爪2-2能用两个爪子2-3的末端夹持镜片轴向两侧的边缘并移动或转动，也能用两个爪子2-3夹持镜片径向两侧的边缘并移动或转动；所述机器视觉系统2-1的中心视线在爪子2-3贴紧时接触面所在的平面上，能观察到电动夹爪2-2的夹持情况。

第一激光标线器1-1为一字型激光标线器，安装在焦度计1的镜片支座1-3上方、焦度计光轴一侧，其激光扇形面与焦度计光轴重合，作为焦度计1的轴位标记。

第二激光标线器1-2为一字型激光标线器，安装在焦度计1的镜片支座1-3上方、焦度计光轴一侧，其激光扇形面过焦度计光轴并与第一激光标线器1-1的激光扇形面垂直，第一激光标线器1-1与第二激光标线器1-2用于在镜片上标出镜片支座1-3的几何中心位置。

摄像机3通过摄像机支架4安装在焦度计1上并使镜头对准镜片支座1-3，用于采集在镜片支座1-3上的镜片图像信息，并通过下位机5上传给上位机6；

下位机5用于控制焦度计1、机械手2、第一激光标线器1-1、第二激光标线器1-2及摄像机3，并与上位机6通信。

上位机6用于运行软件并控制下位机5完成自动检定过程。

上述自动检定软件用于控制自动检定装置按照程序自动将镜片放置镜片支座1-3上，然后按照检定规程的要求调整镜片方位并检定，最后自动生成原始记录和证书，实现对验光镜片箱7的自动检定。

本实施例将镜片从验光镜片箱7中取出并放在镜片支座1-3上的方法：

机械手2使用电动夹爪2-2的爪子2-3末端夹持镜片轴向两侧的边缘并从验光镜片箱7中取出，移动或转动镜片至镜片支座1-3上方。机械手2根据机器视觉系统2-1和摄像机3采集到的图像信息移动或转动镜片，直至镜片下表面与镜片支座1-3表面贴合，并且镜片的几何中心位于镜片支座1-3的几何中心处，松开电动夹爪2-2，此时镜片被放在镜片支座1-3上。

本实施例使镜片几何中心位于镜片支座1-3几何中心处的方法：

1、当镜片被放在焦度计1的镜片支座1-3上时，机械手2使用机器视觉系统2-1观察镜片的镜框，寻找并确定镜片径向两侧边缘适合夹持的位置，调整电动夹爪2-2使爪子2-3的运动方向与镜片支座1-3表面平行。

2、打开第一激光标线器1-1和第二激光标线器1-2，机械手2用爪子2-3夹持镜片径向两侧边缘适合夹持的位置，然后根据摄像机3采集到的图像信息移动或转动镜片，直到在两条激光线方向上激光线与镜圈外侧边缘或内侧边缘的交点的距离最远，机械手2夹持和移动或转动过程中电动夹爪2-2各点的运动轨迹与镜片支座1-3表面平行，此时镜片的几何中心位于镜片支座1-3的几何中心处。

3、关闭第一激光标线器1-1和第二激光标线器1-2。

本实用新型调整镜片方位的方法：

机械手首次调整镜片方位从步骤1开始，否则从步骤3开始。

1、确定原点

将镜片支座表面的几何中心作为原点。

2、确定参考方位

机械手使镜片的几何中心位于镜片支座的几何中心处，此时镜片的几何中心在镜片支座表面上的投影位置与原点重合，上位机将此时机械手的方位作为参考方位。

3、镜片方位调整

3.1、机械手根据原点、参考方位、焦度计采集到的测量信息以及摄像机采集到的图像信息移动或转动镜片，直至位于合适的检定方位，机械手移动或转动过程中电动夹爪各点的运动轨迹与镜片支座表面平行。

3.2、上位机将此时机械手的方位与参考方位进行比较分析，可以计算出在镜片支座表面上镜片几何中心偏离镜片支座几何中心的距离，若两者距离大于镜片支座半径，则电动夹爪朝原点方向稍微倾斜。

3.3、将镜片轻轻压在镜片支座上。

3.4、上位机根据原点、参考方位、机械手当前方位、焦度计采集到的测量信息以及摄像机采集到的图像信息判断镜片是否位于合适的检定方位，如果没有则再次执行步骤3.1，使镜片位于合适的检定方位。

使用本实施例一种验光镜片箱自动检定装置对验光镜片箱7进行检定的步骤如下：

1、打开验光镜片箱7，通过目测对其外观进行检查。如果外观符合要求，则继续进行以下步骤的检定，否则不予检定。

2、将验光镜片箱7放置在自动检定装置旁，确保机械手2能抓取验光镜片箱7中的每一块镜片。

3、启动上位机6和下位机5，运行软件，输入验光镜片箱7的相关信息后开始自动检定。

4、机械手2通过其机器视觉系统2-1识别和定位验光镜片箱7中的每一块镜片，以机器视觉系统2-1的视角按照从左到右、由近到远的顺序选择一块尚未检定的镜片，然后使用电动夹爪2-2的爪子2-3末端夹持该镜片轴向两侧的边缘，将镜片取出并放置在镜片支座1-3上。

5、摄像机3采集镜片支座1-3上镜片的图像信息并通过下位机5传给上位机6。上位机6对图像信息进行分析处理，根据镜片标志获得镜片的类型(球镜验光镜片、柱镜验光镜片和棱镜验光镜片等)及顶焦度或棱镜度的标称值等镜片信息并保存。

如果采集到的图像信息没有镜片标志，则不执行步骤6和步骤7。

6、验光镜片计量性能

上位机6根据镜片的类型从步骤6.1至步骤6.3中选择相应的检定步骤进行计量性能检定。

6.1、球镜验光镜片

6.1.1、顶焦度

机械手2调整镜片方位，使镜片光学中心与焦度计光轴重合并且棱镜度示值最小或为零，下位机5将焦度计1采集到的顶焦度(球镜度和柱镜度)上传给上位机6保存；

6.1.2、光学中心位移

继步骤6.1.1后，机械手2调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座1-3的几何中心处并且垂直方向棱镜度为零，下位机5将焦度计1采集到的水平方向上的棱镜度上传给上位机6保存；

6.2、柱镜验光镜片

6.2.1、顶焦度

机械手2调整镜片方位，使镜片轴位落在0°～180°方向且镜片光学中心与焦度计光轴重合，下位机5将焦度计1采集到的球镜度、柱镜度和固有携带的棱镜度上传给上位机6保存；

6.2.2、轴位

继步骤6.2.1后，打开第一激光标线器1-1，机械手2调整镜片方位，使镜片轴位标记与第一激光标线器1-1投射在镜圈上的激光线重合，关闭第一激光标线器1-1，下位机5将焦度计1采集到的轴位误差上传给上位机6保存；

6.2.3、光学中心位移

继步骤6.2.2后，机械手2调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座1-3的几何中心处，下位机5将焦度计1采集到的0°～180°方向的棱镜度示值上传给上位机6保存。

6.3、棱镜验光镜片

6.3.1、棱镜度

机械手2调整镜片方位，使镜片光学中心落在焦度计光轴的0°～180°方向，下位机5将焦度计1采集到的棱镜度、球镜度和柱镜度上传给上位机6保存。

6.3.2、棱镜验光镜片基线

继步骤6.3.1后，打开第一激光标线器1-1，机械手2调整镜片方位，使镜片基线标记与第一激光标线器1-1投射在镜圈上的激光线重合，关闭第一激光标线器1-1，下位机5将焦度计1采集到的棱镜验光镜片的基线偏差示值上传给上位机6保存。

7、机械手2调整镜片方位，使镜片的几何中心位于镜片支座1-3的几何中心处，松开电动夹爪2-2。

8、机械手2使用电动夹爪2-2的爪子2-3末端夹持镜片轴向两侧的边缘，将镜片从镜片支座1-3上取下。

9、机械手2将镜片翻转一面后放置在镜片支座1-3上，再次执行步骤5至步骤8完成另一面的检定。

10、机械手2将镜片放回验光镜片箱7原位。

11、重复步骤4至步骤10完成验光镜片箱7中其余镜片的检定；

12、上位机6按照检定规程的要求对保存的信息进行数据处理，并生成原始记录和证书。