[发明专利]一种面向同轴对位装配系统的快速改变视场的装置及方法

说明书

本发明公开了一种面向同轴对位装配系统的快速改变视场的装置及方法，该装置包括机械手、上短焦镜头、上下环形光源、半反半透棱镜、下短焦镜头、基体零件、微动台、工业相机、水平位移台和平动态；机械手和微动台在空间上以上下环形光源为中心呈上下布置，待装配零件和基体零件分别受到机械手和微动台的夹持，上短焦镜头及下短焦镜头分别位于待装配零件下方和基体零件上方，半反半透棱镜位于上下环形光源的中心，工业相机位于半反半透棱镜的光轴上；上短焦镜头及下短焦镜头分别位于待装配零件下方和基体零件上方，当待装配零件和基体零件尺寸较大时，上短焦镜头及下短焦镜头扩大成像视场范围，使待装配零件及基体零件能够完全成像在工业相机中。

技术领域

本发明涉及小微零件机械装配技术领域，具体涉及一种可以大范围且快速改变视场的同轴光学对位装配系统。

背景技术

目前，针对微机电系统的半自动、自动装配系统是当前机械微装配领域的一个热点。而装配零件之间的精确对准是实现微结构器件高精度装配的关键。所以，微装配系统中通常采用显微视觉图像检测来实现精确对位。北京理工大学微小型实验室设计了一种同轴光学对位系统作为微装配系统的视觉对位检测方法。该方法的原理在于在基体与目标零件之间加载一个半反半透膜的立体分光棱镜，在棱镜的侧面放置一个工业相机，可同时获取基体与目标零件的图像信息，以及基体和目标零件在不同位姿时的位置对应关系。但是由于这种对位方法受到分光棱镜对于工业相机视场角的限制，目前只能应用于一个较小的视场范围。如果装配系统在装配过程中需要从一个尺寸较小的零件转变成一个尺寸较大的零件，就目前的同轴光学对位检测系统来说无法达到。单纯地依靠更换工业相机的镜头以改变放大倍率也无法完成对视场快速大范围地变换。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向同轴对位装配系统的快速改变视场的装置及方法，能够实现基体零件与待装配零件在一个大范围变化视场内的同轴对位装配。并通过一个机械手和一个微动调整台完成两个零件的对位及装配。

一种面向同轴对位装配系统的快速改变视场的装置，该装配系统包括机械手、上短焦镜头、上下环形光源、半反半透棱镜、下短焦镜头、基体零件、微动台、工业相机、水平位移台和平动台；

所述机械手和微动台在空间上以上下环形光源为中心呈上下布置，待装配零件和基体零件分别受到机械手和微动台的吸附或夹持，所述上短焦镜头及下短焦镜头分别位于待装配零件下方和基体零件上方，所述半反半透棱镜位于上下环形光源的中心，半反半透棱镜用于改变基体零件和待装配零件反射光的光路，所述上下环形光源分别为基体件和待装配件提供照明；所述工业相机位于半反半透棱镜的光轴上；所述上短焦镜头及下短焦镜头分别位于待装配零件下方和基体零件上方，当待装配零件和基体零件尺寸较大时，上短焦镜头及下短焦镜头扩大成像视场范围，使待装配零件及基体零件能够完全成像在所述工业相机中。

进一步的，所述上短焦镜头及下短焦镜头具有在竖直方向上的移动调整功能，所述工业相机在水平方向上具有移动调整功能，用于完成图像对焦。

进一步的，所述上短焦镜头及下短焦镜头具有在水平方向上进给和撤出的功能，当两个短焦镜头撤出时，同轴对位系统成像视场较小，装配系统完成对尺寸较小零件的对位装配；当两个短焦镜头进给至对应位置时，同轴对位系统成像视场较大，装配系统完成对尺寸较大零件的对位装配。

进一步的，所述上短焦镜头的及下短焦镜头的放大倍数分别为M₁、M₂，焦距分别为f₁、f₂，则两短焦镜头的物距分别为u₁＝f₁(1+M₁)/M₁、u₂＝f₂(1+M₂)/M₂像距为v₁＝f₁(1+M₁)、v₂＝f₂(1+M₂)。