[发明专利]微零件装配系统及相应的在线装配方法

说明书

技术领域

本发明属于微装配和微操作技术领域，尤其是一种微零件装配系统及相应的在线装配方法，适用于复杂结构微零件的装配。

背景技术

微装配与微操作是指对微小器件的装配和对细胞与生物组织的操作。微装配技术广泛应用于生物医学、临床医学、工业等各个领域。国内外在微装配方面的研究表明，采用显微视觉实现微零件装配，是微装配技术的发展趋势。然而，由于显微视觉系统视场小，景深短，难以构成传统的立体视觉系统，微零件三维空间位姿不易确定，微装配自动化面临困难。目前，国内外虽然对微零件装配研究取得了一些进展，但微装配机器人大多实现微零件的二维平面装配，微零件结构简单，装配效率低，并且对复杂结构微零件三维空间装配方法研究较少。为实现微零件自动化装配，亟需一种适用于复杂结构微零件的三维空间在线装配方法，及适用于多种微零件装配的通用系统。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够满足多种微零件装配需求的通用系统，以及适用于复杂结构微零件的高精度在线装配方法。

本发明的突出特点是：本发明微零件装配系统适用于显微视觉引导下的多种微零件的装配，具有良好的通用性和适用性；本发明微零件在线装配方法基于空间彼此近似正交排布的三路显微视觉引导，通过对微零件三维空间6个相对位姿的在线检测，实现微零件装配，装配工艺简单，适用于复杂结构微零件在线装配。

根据本发明的一方面，提出一种微零件装配系统，该系统包括：多路显微视觉系统、显微视觉系统控制模块、运动平台控制模块、微零件装配模块，其中：

所述多路显微视觉系统包括在空间上彼此近似正交排布的三路显微视觉系统：水平1号显微视觉系统、水平2号显微视觉系统和垂直3号显微视觉系统，用于产生待装配的微零件A和B的显微视觉图像，所述待装配的微零件A和B均置于所述三路显微视觉系统的视野范围内；

所述显微视觉系统控制模块与所述多路显微视觉系统连接，用于对于多路显微视觉系统进行控制并对微零件装配过程进行观测，输出微零件A和B的显微视觉图像；

所述微零件装配模块与所述显微视觉系统控制模块连接，用于根据所述显微视觉系统控制模块输出的显微视觉图像计算微零件A和B之间的位姿误差，并基于显微视觉引导的微零件空间相对位姿检测与位姿对准，实现微零件A和B的装配；

所述运动平台控制模块与所述微零件装配模块连接，用于根据所述微零件装配模块计算得到的位姿误差通过控制多个运动平台的运动来实现微零件的位姿调整，所述多个运动平台包括：水平1号显微视觉系统运动平台，水平2号显微视觉系统运动平台，垂直3号显微视觉系统运动平台，微零件A运动平台和微零件B运动平台。

根据本发明的另一方面，提出一种微零件在线装配方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：首先，通过水平1号显微视觉系统聚焦微零件A的图像特征区域，提取出微零件A的边缘线l₁，再聚焦微零件B的图像特征区域，提取出微零件B的边缘线l₂；然后，根据图像特征的提取结果计算微零件A和微零件B绕Y轴的角度误差Δθ_y；最后，根据角度误差Δθ_y的计算结果控制微零件B运动平台运动，将微零件B的姿态调整至与微零件A绕Y轴的角度误差Δθ_y＝0；

步骤2：首先，通过水平2号显微视觉系统聚焦微零件A图像特征区域，提取出微零件A的边缘线l₃，再聚焦微零件B的图像特征区域，提取出微零件B的边缘线l₄；然后，根据图像特征的提取结果计算微零件A和微零件B绕X轴的角度误差Δθ_x；最后，根据角度误差Δθ_x的计算结果控制微零件B运动平台运动，将微零件B的姿态调整至与微零件A绕X轴的角度误差Δθ_x＝0；