[发明专利]一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统及采用该系统实现的靶丸、充气管的装配监测方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性约束聚变中(ICF)靶自动装配领域。

背景技术

惯性约束聚变(ICF)的思想是利用高能粒子束在几纳秒的时间内将氘氚靶丸压缩到每立方厘米几百克的高密度，压强为几亿个大气压，从而使靶丸在局部形成热斑点火并燃烧。上世纪80年代末，美国科学家曾利用地下核爆的辐射能量成功地驱动了惯性约束核聚变，证实了这一技术路线的可行性。

随着激光技术的出现，人们开始研究利用强激光的极高功率密度和极好的方向性来轰击氘-氚靶，让它们产生受控的惯性约束核聚变从而释放出聚变能，这就是“激光核聚变”。

靶的制备是ICF实验的核心内容，目前低温冷冻靶是研究热点，低温冷冻靶结构复杂，由十几零件组成，装配过程主要有五个环节。本申请主要针对靶丸充气管装配。

靶丸充气管是靶装配工艺中一个重要的环节，在的装配过程中，由于尺寸微小，而且靶丸充气管材料比较脆，稍有失误便可能会导致充气管或靶丸损坏，

由于空间排布限制，国内外主要由熟练技术人员通过高倍率显微镜目视观测对准，采用这种装配方式进行装配，使得装配精度较低，且装配的时间长。

靶丸充气管装配是冷冻靶精密装配中的重要组成部分，其目标是要将一根外径约10μm的充气管插入靶丸(外径约0.5mm)上直径约12～15μm的充气孔中，靶丸壁厚约为10μm至几十微米之间，由于靶丸和充气管都非常脆弱，装配时稍有偏差就会导致靶丸和充气管的损坏，为了保证装配精度、效率和成功率，需要研制高精度的监测系统，在装配过程中实时监测靶孔和充气管的位置，反馈给运动控制执行机构，实现高精度、高效的装配。

发明内容

本发明是为了解决现有靶丸充气管装配过程中需熟练技术人员通过高倍率显微镜目视观测对准，导致装配精度低和装配效率低问题，本发明提供了一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统及采用该系统实现的靶丸、充气管的装配监测方法。

一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统，它包括第一显微视觉系统、第二显微视觉系统、第三显微视觉系统、充气管微调辅助夹持件、反射镜、负压吸附头、靶丸微调整平台；

所述的第一显微视觉系统、第二显微视觉系统和第三显微视觉系统的结构完全相同，负压吸附头放置在靶丸微调整平台上，负压吸附头用于吸附靶丸，

反射镜的中心设有通孔，充气管位于反射镜的上方，且穿过反射镜的通孔，反射镜与水平面成45°角，反射镜和第一显微视觉系统位于同一水平面，

充气管微调辅助夹持件用于对所夹持的充气管进行水平及竖直方向上的微调，

反射镜和充气管微调辅助夹持件依次设置在靶丸的上方，且靶丸、反射镜和充气管同轴设置，

第一显微视觉系统位于靶丸微调整平台的一侧，第二显微视觉系统和第三显微视觉系统位于靶丸微调整平台的另一侧，

第一显微视觉系统用于通过反射镜的反射对靶丸成像，监测靶丸上的靶孔的位置，

第二显微视觉系统和第三显微视觉系统在水平方向上输出的光路正交设置，且第二显微视觉系统和第三显微视觉系统用于监测充气管的空间位置和姿态。

采用所述的一种基于机器视觉的自动跟踪监测系统实现的靶丸、充气管的装配监测方法，所述的装配监测方法的具体过程为：

首先，通过负压吸附头吸附靶丸，并保证靶丸上的靶孔竖直朝上，通过充气管微调辅助夹持件夹持充气管的夹持端，使得充气管竖直向下，

其次，靶丸通过微调整平台进行微调，使得第一显微视觉系统通过反射镜的反射对靶丸成像，监测靶丸上的靶孔的位置，

使充气管的插入端穿过反射镜的通孔，充气管的插入端对准靶丸上的靶孔，并与靶丸上的靶孔保持在20微米距离范围内，

通过第一显微视觉系统、第二显微视觉系统和第三显微视觉系统共同监测充气管和靶丸上的靶孔之间的空间位置关系，

最后，设定充气管的运动距离，通过充气管微调辅助夹持件使充气管竖直向下运动，使充气管插入到靶丸上的靶孔内，完成靶丸、充气管的自动装配监测。

本发明创新之处在于实现了对靶丸和充气管三路正交正向监测，为自动化装配监测提供了基础。充气管从正上方插入，靶丸正上方靶孔一般无法实现正向观测，国外类似仪器为了避免阻挡充气管，一般采用斜视监测，由于被测件尺寸微小，成像镜头一般放大倍数较大，成像镜头景深较小，斜视监测无法实现对靶丸孔的全轮廓成像，所以斜视监测一般由有经验的操作者人工目视对准，无法实现自动监测，本发明及实现了正向观测，又不遮挡充气管插入，可以实现装配过程的自动化。