[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

摘要

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。

主权项

1.一种面向同轴对位装配系统的快速改变视场的装置，其特征在于，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、微动台和工业相机；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；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)；当所述上短焦镜头水平方向进给扩大视场时，待装配零件成像光路设计处理为：待装配零件表面至上短焦镜头的第一成像基准点A的距离：d₁＝u₁‑f₁(1+M₁)/M₁上短焦镜头的第二成像基准点B到半反半透棱镜上表面的距离：d₂＝v₁+2l₀＝f₁(1+M₁)+l待装配零件首先通过上短焦镜头成像于棱镜表面上方，距离2l₀，同时保证2l₀+2l₀+d₀＝2l+d₀＝u₀，即d₀＝u₀‑2l其中，u₀为工业相机镜头的物距，l为半反半透棱镜边长，l₀为棱镜表面至中心点O的距离，d₀为工业相机上镜头的第一成像基准点至棱镜侧表面的距离；而当上短焦镜头水平方向撤出缩小回原小视场时，待装配零件成像光路只需要满足：2l₀+d′₀+d₅＝l+d′₀+d₅＝u₀，即d′₀+d₅＝u₀‑l；当所述下短焦镜头水平方向进给扩大视场时，基体零件成像光路设计处理为：基体表面至下短焦镜头的第一成像基准点E的距离：d₃＝u₂＝f₂(1+M₂)/M₂下短焦镜头的第二成像基准点F到半反半透棱镜下表面的距离：d₄＝v₂＝f₂(1+M₂)基体零件首先通过下短焦镜头成像于棱镜下表面上，而此时，基体零件的像需经过半反半透棱镜的两次反射，成像光路进入工业相机的镜头中，则此时需要保证4l₀+d₀＝2l+d₀＝u₀，即d₀＝u₀‑2l而当下短焦镜头水平方向撤出缩小回原小视场时，待装配零件成像光路变为：4l₀+d′₀+d₆＝2l+d′₀+d₆＝u₀，即d′₀+d₆＝u₀‑2l所述工业相机同时采集待装配零件和基体零件图像，经过图像处理计算得到二者位姿偏差，位姿偏差再由控制系统返回至所述微动台，所述微动台完成对位调整，所述机械手控制待装配零件下移，完成对位装配过程。