[发明专利]微装配系统的微装配空间的数字化方法及系统

说明书

一种微装配系统的微装配空间的数字化方法，通过计算机显微视觉断层扫描技术、计算机显微视觉切片扫描技术在微装配系统各单目显微视觉系统所在的方向对微装配空间进行断层扫描获取断层扫描位置，沿显微视觉系统光轴垂直的两个正交方向上进行切片扫描获取切片扫描图像，计算各单目显微视觉系统所在的方向的三维数字化微装配空间，并计算各方向上单目显微视觉系统获取的微装配空间的相交空间，即为微装配系统的数字化微装配空间。该方法不仅在保证高分辨率的同时，提高微装配空间范围，而且将超视场或超景深的微装配系统空间信息用数字化形式表示出来，以实现在微装配空间/微操作空间下高效率、高精度、全自动的装配或操作，具有广泛的应用前景及经济效益。

技术领域

本发明属于智能制造领域和科学研究领域，具体服务于微装配和微操作领域，具体涉及显微视觉系统的零件三维重构技术，尤其涉及微装配空间的数字化技术。

背景技术

在微装配系统中，显微视觉系统起着至关重要的作用，微装配系统中大多采用的是显微视觉系统，显微视觉系统的零件三维重构技术是所有拥有视觉系统的微装配系统的主要研究内容也是必须处理好的内容。Marr视觉计算理论框架中视觉部分的零件三维重构可以分为两大类，一类是通过视觉系统对物体采集的二维图像来进行重构，重构理论主要是利用物体在三维空间中的点、线、面与其在二维图像中的点、线之间的关系来实现物体的重构。另一类是通过断层扫描的方式获取物体横截面的图像序列，通过有一定间隔的图像序列来重构物体。

显微视觉系统的高分辨率、高放大倍数给微小零件的观测提供了极大方便，但由此也带来了小景深、小视场的问题。小视场就是在广度上无法获得待装配零件的全貌，小景深就是在深度上无法获得零件全貌。这样就无法采用点、线、面的方式进行零件的空间重构，又由于在微装配系统中也不方便采用CT、MRI等技术进行断层扫描的方式进行零件的重构。因此在对微装配空间中微型零件的装配或操作时就无法重构出空间信息全貌，也就无法进行装配或操作路径的优化进而解决装配或操作精度低、效率低、装配难度大等技术难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种微装配系统的微装配空间的数字化方法及系统，在数字化微装配空间下对微型零件进行三维显示、位姿检测及优化微型零件的装配或操作路径从而提高整个系统的装配或操作效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种微装配系统的微装配空间数字化方法，其主要采用计算机显微视觉断层扫描技术、计算机显微视觉切片扫描技术获得微装配空间的断层位置序列以及切片扫描图像序列和实现微装配系统的微装配空间数字化。总体是，针对X轴、Z轴方向上的双目正交显微视觉系统的微装配系统，针对X轴方向的单目显微视觉系统(5)利用一维精密定位系统(8)控制显微视觉系统(5)沿X轴方向进行断层扫描获取断层扫描位置，再通过二维精密定位系统(6、7)控制显微视觉系统(5)进行切片扫描获取切片扫描图像序列；针对Z轴方向的单目显微视觉系统(1)利用一维精密定位系统(4)控制显微视觉系统(1)沿Z轴方向进行断层扫描获取断层扫描位置，再通过二维精密定位系统(3、2)控制显微视觉系统(1)进行切片扫描获取切片扫描图像序列；同理，针对X轴、Y轴、Z轴方向上的三目正交显微视觉系统的微装配系统，增加Y轴方向上的显微视觉系统(22)，利用精密定位系统(19)控制显微视觉系统(22)沿Y轴方向进行断层扫描获取断层扫描位置，再通过精密定位系统(21、20)控制显微视觉系统(22)进行切片扫描获取切片扫描图像序列；针对X轴、Y轴、Z轴、R轴方向上的多目显微视觉系统的微装配系统，则增加显微视觉系统Ⅳ(44)，并获取利用精密定位系统(47)进行断层扫描获取对应的断层扫描位置，并在不同的断层扫描位置利用精密定位系统(45、46)进行切片扫描获取不同断层位置的切片扫描图像序列；针对切片扫描图像结合沿X轴、Y轴、Z轴、R轴方向上作计算机显微视觉断层扫描的精密定位系统的运动步长重构对应方向上显微视觉系统的三维切片视场空间，利用栅格化以及栅格数值化获取三维切片视场空间的数字化信息，并求取微装配空间在各方向上的微装配空间的三维断层空间；最后分别求取X轴、Y轴、Z轴、R轴方向上的数字化微装配空间，并求取各方向上的微装配空间的相交空间。