一种微器件空间角度装配装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微器件空间角度装配装置，用于微米级细丝与柱形微器件的空间角度装配。该装置包括：控制主机、二维正交显微视觉观测装置、柱形微器件姿态调整装置、细丝位姿调整装置，其中，柱形微器件姿态调整装置包括3个旋转自由度，且通过结构设计使三个旋转轴交于一点，柱形微器件几何中心处于三个旋转轴交点，保证调整柱形微器件姿态时微器件始终处于显微视觉视野范围内，实现柱形微器件在三维空间中的任意姿态调整，满足各种空间角度装配要求；细丝位姿调整机构包括5个自由度，用于实现微米级细丝的空间位姿定位，配合装配。本发明专利技术可实现微米级细丝与柱形微器件的高精度空间角度装配，装配精度可达0.3°。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微装配
，具体涉及到一种微器件空间角度装配装置，用于微米级细丝与柱形微器件的空间角度装配。
技术介绍
随着微机电系统的发展，对微小零件装配提出了更高的要求。基于显微视觉引导的微装配机器人系统为微小零件的空间装配提供了有效的解决方案。武汉理工大学与湖南科技大学研制的面向亚毫米级微零件装配的在线装配装置（胡小平，陈国良，阳小燕，李俊.微操作机器人显微视觉系统研究，自动化仪表，2007,28（2）：5-9.）,采用正交方式形成的立体显微视觉方案，形成对三维微装配空间的立体监视，完成亚毫米级微零件的对接装配任务。但其主要用于两相同尺寸柱形零件的对接装配，不适用于两尺寸差别较大且装配角度多样的微米级细丝与柱形微器件的空间角度装配。华中科技大学研制的微装配机器人（黄心汉.微装配机器人系统研究与实现，华中科技大学学报，2011,39（增刊Ⅱ）：418-422），由微操作机械手，显微视觉和微夹持器3部分构成，采用三机械手协同操作，能够实现对亚毫米零件的精密对准装配，具有一定适用范围。但该系统对零件角度姿态调整自由度较少，不能实现微零件大角度多自由度的姿态调整，无法满足微器件空间角度装配要求。中国科学院自动化研究所申请号为201210340154.6的专利所设计的微器件装配在线检测装置，由控制主机、三路正交显微视觉系统、视觉系统姿态调整机构、微器件夹持装置、微器件姿态调整运动机构、光源系统和数字样机组成，能实现两个微器件的高精度平面对接装配，精度可达3-5um。但其无法对微米级细丝进行夹持取放和大角度调整，也不能对柱形微器件进行多自由度任意姿态调整，无法满足对空间多角度装配的要求。可以看出，目前虽然在微小零件装配方面取得了一些进展，但已研制的系统大多针对平面对准装配，角度装配较少；另外装配装置自由度较少，对角度姿态调整自由度不够；微装配系统中针对三维空间角度装配的研究较少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种微器件空间角度装配装置。本专利技术的微器件空间角度装配装置，其特点是，所述的装配装置包括：控制主机、二维正交显微视觉观测装置、柱形微器件姿态调整装置、细丝位姿调整装置；微米级细丝固定在细丝位姿调整装置上，柱形微器件固定在柱形微器件姿态调整装置上，周围布置所述的二维正交显微视觉观测装置；二维正交显微视觉观测装置观测微米级细丝与柱形微器件空间位姿并将采集的图像信号反馈至控制主机上，控制主机进行角度检测匹配并发送控制信号给柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置，柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置分别调整柱形微器件与微米级细丝的位姿，直至微米级细丝与柱形微器件的空间角度满足装配精度要求，并采用胶接固定微米级细丝与柱形微器件；所述的二维正交显微视觉观测装置包括视觉观测组件，视觉观测组件由显微视觉组件Ⅰ、显微视觉组件Ⅱ构成，所述的显微视觉组件Ⅰ位于水平平面上，显微视觉组件Ⅱ位于竖直平面上，显微视觉组件Ⅰ与显微视觉组件Ⅱ的光轴夹角为90°；所述的二维正交显微视觉观测装置还包括观测控制装置，观测控制装置由显微视觉位置调整装置Ⅰ、显微视觉位置调整装置Ⅱ构成，所述的显微视觉组件Ⅰ固定在显微视觉位置调整装置Ⅰ上，显微视觉组件Ⅱ固定在显微视觉位置调整装置Ⅱ上；所述的显微视觉位置调整装置Ⅰ与显微视觉位置调整装置Ⅱ均有三个自由度，实现显微视觉在X、Y、Z方向上的精确定位；所述的细丝位姿调整装置包括细丝夹持器和细丝位姿调整机构，微米级细丝通过细丝夹持器固定在细丝位姿调整机构上，所述的细丝夹持器通过黏附方式夹持微米级细丝，实现微米级细丝姿态的自由调整及粗定位；所述的细丝位姿调整机构包含5个自由度，实现微米级细丝在X、Y、Z方向的精确定位与在θx、θy方向的角度调整；所述的柱形微器件姿态调整装置包括柱形微器件夹持器和柱形微器件姿态调整机构，柱形微器件通过柱形微器件夹持器固定在柱形微器件姿态调整机构上；所述的柱形微器件姿态调整机构包括3个旋转自由度，且三个旋转轴交于一点，实现柱形微器件姿态的任意调整，满足任意空间角度装配要求；所述的柱形微器件夹持器采用机械夹持方式，方便零件的自由取放，并能确保柱形微器件几何中心与柱形微器件姿态调整机构的旋转轴交点重合，位置偏差控制在-20um~+20um，保证姿态调整时柱形微器件始终在显微视觉视野范围内。所述的显微视觉组件Ⅰ、显微视觉组件Ⅱ中分别内置光学元件，外接点光源后，内置光学元件在镜筒内产生同轴光，分别用于显微视觉组件Ⅰ、显微视觉组件Ⅱ在观测过程中的照明。所述的微米级细丝的末端与柱形微器件的角度装配误差小于等于0.3°。本专利技术的微器件空间角度装配装置的工作流程如下：首先，将微米级细丝与柱形微器件分别安装在所述的细丝夹持器与柱形微器件夹持器上，此时，微米级细丝与柱形微器件相距较远。然后，调整所述的显微视觉组件Ⅰ与显微视觉组件Ⅱ的放大倍数。并通过显微视觉位置调整装置Ⅰ与显微视觉位置调整装置Ⅱ分别调整显微视觉组件Ⅰ与显微视觉组件Ⅱ的空间位置，使柱形微器件呈现在视野范围内。通过控制主机接收到的图像信号，检测柱形微器件角度姿态，之后通过控制主机发送柱形微器件姿态调整信号，调整柱形微器件姿态，直到柱形微器件角度达到装配要求工位。再次，调整所述细丝位姿调整装置，使微米级细丝末端呈现在视野范围内，通过控制主机接收到的图像信号，检测微米级细丝轴向角度，之后通过控制主机发送细丝位姿调整信号，调整微米级细丝位姿，直到微米级细丝与柱形微器件夹角满足装配精度，完成微米级细丝与柱形微器件的装配，进行点胶，固定微米级细丝与柱形微器件。本专利技术的微器件空间角度装配装置能够满足微器件空间角度装配过程中对微米级细丝位姿与柱形微器件姿态的实时监测，并且能实现两者角度的配准、装配与胶接，具有方便高效的优点。附图说明图1为本专利技术的微器件空间角度装配装置结构示意图；图2为本专利技术中的微米级细丝与柱形微器件的位姿调整位置角度示意图；图3为本专利技术的微器件空间角度装配装置的工作流程图。图中，1.显微视觉组件Ⅰ2.显微视觉组件Ⅱ3.显微视觉位置调整装置Ⅰ4.显微视觉位置调整装置Ⅱ5.细丝夹持器6.细丝位姿调整机构7.柱形微器件夹持器8.柱形微器件姿态调整机构。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。如图1所示，本专利技术的微器件空间角度装配装置包括：控制主机、二维正交显微视觉观测装置、柱形微器件姿态调整装置、细丝位姿调整装置；微米级细丝固定在细丝位姿调整装置上，柱形微器件固定在柱形微器件姿态调整装置上，周围布置所述的二维正交显微视觉观测装置，用于对微米级细丝与柱形微器件空间位姿的观测，将二维正交显微视觉观测装置采集的图像信号反馈至所述的控制主机上，进行角度检测匹配，控制主机发送控制信号给柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置，调整微米级细丝与柱形微器件位姿，直至微米级细丝与柱形微器件的空间角度满足装配精度要求，并采用胶接固定；所述的二维正交显微视觉观测装置包括视觉观测组件，视觉观测组件由显微视觉组件Ⅰ1、显微视觉组件Ⅱ2构成，所述的显微视觉组件Ⅰ1位于水平平面上，显微视觉组件Ⅱ2位于竖直平面上，显微视觉组件Ⅰ1与显微视觉组件Ⅱ2的光轴夹角为90°；所述的二维正交显微视觉观测装置还包括观测控制装置，观测控制装置由显微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微器件空间角度装配装置，其特征在于：所述的装配装置包括：控制主机、二维正交显微视觉观测装置、柱形微器件姿态调整装置、细丝位姿调整装置；微米级细丝固定在细丝位姿调整装置上，柱形微器件固定在柱形微器件姿态调整装置上，周围布置所述的二维正交显微视觉观测装置；二维正交显微视觉观测装置观测微米级细丝与柱形微器件空间位姿并将采集的图像信号反馈至控制主机上，控制主机进行角度检测匹配并发送控制信号给柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置，柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置分别调整柱形微器件与微米级细丝的位姿，直至微米级细丝与柱形微器件的空间角度满足装配精度要求，并采用胶接固定微米级细丝与柱形微器件；所述的二维正交显微视觉观测装置包括视觉观测组件，视觉观测组件由显微视觉组件Ⅰ（1）、显微视觉组件Ⅱ（2）构成，所述的显微视觉组件Ⅰ（1）位于水平平面上，显微视觉组件Ⅱ（2）位于竖直平面上，显微视觉组件Ⅰ（1）与显微视觉组件Ⅱ（2）的光轴夹角为90°；所述的二维正交显微视觉观测装置还包括观测控制装置，观测控制装置由显微视觉位置调整装置Ⅰ（3）、显微视觉位置调整装置Ⅱ（4）构成，所述的显微视觉组件Ⅰ（1）固定在显微视觉位置调整装置Ⅰ（3）上，显微视觉组件Ⅱ（2）固定在显微视觉位置调整装置Ⅱ（4）上；所述的显微视觉位置调整装置Ⅰ(3)与显微视觉位置调整装置Ⅱ(4)均有X、Y、Z三个方向的自由度；所述的细丝位姿调整装置包括细丝夹持器（5）和细丝位姿调整机构（6），微米级细丝通过细丝夹持器（5）固定在细丝位姿调整机构（6）上；所述的细丝夹持器（5）通过黏附方式夹持微米级细丝；所述的细丝位姿调整机构（6）包含X、Y、Z、θx、θy 五个方向自由度；所述的柱形微器件姿态调整装置包括柱形微器件夹持器（7）和柱形微器件姿态调整机构（8），柱形微器件通过柱形微器件夹持器（7）固定在柱形微器件姿态调整机构（8）上；所述的柱形微器件姿态调整机构（8）包括3个旋转自由度，且三个旋转轴交于一点；所述的柱形微器件夹持器（7）采用机械夹持方式，柱形微器件几何中心与柱形微器件姿态调整机构（8）的旋转轴交点重合，位置偏差范围为‑20um~+20um。...

【技术特征摘要】
1.一种微器件空间角度装配装置，其特征在于：所述的装配装置包括：控制主机、二维正交显微视觉观测装置、柱形微器件姿态调整装置、细丝位姿调整装置；微米级细丝固定在细丝位姿调整装置上，柱形微器件固定在柱形微器件姿态调整装置上，周围布置所述的二维正交显微视觉观测装置；二维正交显微视觉观测装置观测微米级细丝与柱形微器件空间位姿并将采集的图像信号反馈至控制主机上，控制主机进行角度检测匹配并发送控制信号给柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置，柱形微器件姿态调整装置与细丝位姿调整装置分别调整柱形微器件与微米级细丝的位姿，直至微米级细丝与柱形微器件的空间角度满足装配精度要求，并采用胶接固定微米级细丝与柱形微器件；所述的二维正交显微视觉观测装置包括视觉观测组件，视觉观测组件由显微视觉组件Ⅰ（1）、显微视觉组件Ⅱ（2）构成，所述的显微视觉组件Ⅰ（1）位于水平平面上，显微视觉组件Ⅱ（2）位于竖直平面上，显微视觉组件Ⅰ（1）与显微视觉组件Ⅱ（2）的光轴夹角为90°；所述的二维正交显微视觉观测装置还包括观测控制装置，观测控制装置由显微视觉位置调整装置Ⅰ（3）、显微视觉位置调整装置Ⅱ（4）构成，所述的显微视觉组件Ⅰ（1）固定在显微视觉位置调整装置Ⅰ（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕列，吴文荣，张娟，杨宏刚，王红莲，温明，彭博，魏红，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51