一种同轴零件装配装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种同轴零件装配装置及方法，装置由机械部分、图像采集部分、点胶部分、图像处理部分和控制部分，共五部分组成。机械部分包括大理石台、滑动导轨、料盘、三维滑台和真空吸嘴。图像采集部分包括相机、环形光源、远心镜头和滑台。点胶部分包括装有两种不同胶体的针管和点胶机组成。图像处理部分包括计算机和其中的图像处理程序。控制部分包括计算机和其中的控制程序以及各部件控制器。料盘上装有四种待装配的零件，分别是圆柱形零件、圆环形零件、圆形薄片和中空圆柱形零件。本装置具有非接触、高效、高精度和全自动化的特点。

An assembly device and method of coaxial parts

【技术实现步骤摘要】
一种同轴零件装配装置及方法
本专利技术涉及一种同轴零件装配装置及方法，属于机器视觉与精密检测领域。
技术介绍
在弹道导弹与运载火箭中，惯性导航系统占有十分重要的地位，其可以保证导弹(或火箭)按照预定要求命中目标(或准确入轨)。惯性器件及惯性仪表是惯性导航系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响了导弹(或火箭)的命中精度(或入轨精度)。惯性器件及惯性仪表是高精度组件，高精度组件由若干精密零件组合而成。一些精密零件是由同轴零件装配得到，例如石英加速度计中的力矩器。本专利技术的目的旨在通过机器视觉技术检测出同轴零件的中心，通过计算机控制程序使其根据指定的步骤进行精密组件的自动装配。实现装配全自动化的同时，提高零件的装配精度，从根本上提高惯性器件及惯性仪表性能。目前，同轴零件仍通过肉眼检测零件中心、手工装配完成，效率低、重复性差、精确程度差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种同轴零件装配装置及方法。通过计算机对装置各部分进行位置控制，使用相机采集各零件图片并采用图像处理算法获取各零件的中心相对坐标，根据各零件的位置坐标给其点胶，将四个同轴零件组装到一起，实现装配过程的全自动化，在此过程中保证各组件的同轴度累计误差小于20微米。该装配方法和装置，能够实现任何小型精密同轴零件的自动装配；具有较高的装配效率、精度和自动化程度。本专利技术的技术方案如下：一种同轴零件装配装置，包括机械单元、两套相同的图像采集单元、点胶单元、图像处理单元和控制单元，所述的机械部分包括：大理石台、第一滑动导轨、第二滑动导轨、第一料盘、第二料盘、第一三维滑台、第一真空吸嘴、第二真空吸嘴、导轨控制器和第一三维滑台控制器；所述图像采集单元用于对被测物体进行拍摄和图像采集，所述图像处理单元用于对图像采集单元采集到的图像进行图像处理；点胶单元将针头移动到指定位置给料盘中零件点胶；控制单元对滑动导轨、三维滑台、光源和针头进行控制；所述的大理石台作为整个系统的底座，保证系统的整体稳定性；所述第一料盘、第二料盘均放置四种零件，分别是圆形薄片零件(i)、圆柱形零件(ii)、圆环形零件(iii)以及中空圆柱形零件(iv)；所述的第一料盘、第二料盘下方通过定位销固定在滑台上，两个滑台分别放置在第一滑动导轨、第二滑动导轨上；通过滑动导轨控制器控制第一滑动导轨、第二滑动导轨从而使得第一料盘、第二料盘到达指定位置；所述三维滑台控制器控制第一三维滑台，第一三维滑台带动真空吸嘴进行三维空间中任意方向的移动，从而使第一真空吸嘴、第二真空吸嘴到达零件上方，并将零件吸起放入指定位置。所述的图像采集单元包括：第一相机、第二相机、第一远心镜头、第二远心镜头、第一环形光源、第二环形光源、第一滑台、第二滑台、滑台控制器和光源控制器；所述的第一相机与第一远心镜头连接在一起，并固定在滑台上，所述环形光源置于相机镜头连接体和料盘零件之间，用于对待检测零件进行打光；在采集图像前，调整相机镜头与光源之间的距离和光源与料盘零件之间的距离，确定好最佳位置后，相对距离保持不变；所述第一远心镜头的放置位置满足图像边缘畸变最小；所述第一相机分辨率在一千万像素以上，用于采集料盘上各零件的图像；所述的滑动模块能够上下、左右移动，从而使得相机到达准确的位置；所述的滑动模块和第一相机通过滑台控制器进行控制；第一环形光源、第二环形光源与第一三维滑台相连，到达指定位置；所述光源控制器用于控制第一环形光源的亮度。所述的点胶单元包括点胶机、第一斜度针头、第一垂直针头、第二斜度针头、第二垂直针头、第二三维滑台；通过所述的第二三维滑台将上述四个针头通过第二三维滑台移动到指定位置给料盘中零件点胶；点胶机用于控制针头进行点胶。所述的图像处理单元包括计算机和图像处理算法单元；图像处理算法单元内部工作分为三部分：相机标定、检测各零件上表面圆心和胶滴识别。所述的控制单元包括计算机和其中的控制程序以及滑动导轨控制器、第一三维滑台控制器、第二三维滑台控制器、滑台控制器、光源控制器；计算机通过控制器对滑动导轨、三维滑台、光源、针头进行控制。所述相机标定为对图像采集单元中的第一相机和第二相机进行标定，具体方法为：首先将长为m格，宽为n格的棋盘格标定板放置于第一相机和第二相机下方，采集N张各种不同角度的标定板图像，使用所述计算机中的标定算法对相机和镜头进行标定，得到相机矩阵和畸变系数，利用这些参数校正图像；标定板每个棋盘格的尺寸小于A/m，A表示相机视野宽度；整个标定板需全部出现在图片中；m>n，N>15。四种零件的上表面均为圆形，找寻零件的上表面中心即找寻零件图像中的圆心，具体包括：灰度处理、直方图均衡化、高斯滤波、canny边缘检测和Hough圆检测。所述第一斜45度针头、第二斜45度针头斜45度角朝下，用于对料盘中圆环形零件(iii)的内壁进行旋转点胶；第一垂直针头、第二垂直针头垂直朝下，用于对料盘中圆柱形零件(i)和中空圆柱形零件(iv)上表现进行点胶；胶的种类有两种：1)环氧胶，实现粘接，粘结强度大于8兆帕，2)导电胶，实现零件间的电信号导通；在第一斜45度针头、第一垂直针头中装入环氧胶；在第二斜45度针头、第二垂直针头中装入导电胶；出胶轨迹控制重复精度在0.05mm以内，出胶重复精度在0.1mm3以内；在对圆环形零件(iii)进行点胶时，通过圆检测算法获取零件的中心(x0，y0)和半径r0，通过第一斜45度针头、第二斜45度针头对准圆环形零件(iii)内壁进行点胶；在对圆柱形零件(ii)和中空圆柱形零件(iv)上表面进行点胶时，通过圆检测算法获取零件的中心(x，y)和半径r，使用第一垂直针头在(x-0.7r,y-0.7r),(x+0.7r,y-0.7r),(x-0.7r,y+0.7r),(x+0.7r,y+0.7r)位置进行点胶；使用第二垂直针头在(x-0.7r,y-0.7r),(x+0.7r,y-0.7r),(x-0.7r,y+0.7r),(x+0.7r,y+0.7r)位置进行点胶。对圆柱形零件(ii)和中空圆柱形零件(iv)上表面进行点胶时，需要将两种不同的胶滴在零件上表面指定位置，共8滴；在点胶后，使用胶滴识别算法对胶滴进行检测；所述胶滴检测算法使用了基于深度学习的方法，通过训练一个深层神经网络，检测出每个胶滴的边界矩形框；检测要求为：1)胶滴共8滴；2)每个胶滴的边界矩形框中心在指定坐标的半径为50像素的圆内；3)每个胶滴的边界矩形框长和宽的比例在1.5以内；满足以上三个检测要求，点胶合格。所述训练深层神经网络的方法：1)使用第一相机对点胶后的零件(ii)和(iv)图像进行采集；2)使用labelme标注出图像中的所有胶滴，制作一个胶滴数据集；3)使用pytorch搭建目标检测卷积神经网络，该神经网络可以使用基于SSD、FasterR-CNN或YOLO的改进神经网络；4)使用Adam算法作为优化算法，使用Xavier作为初始化参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轴零件装配装置，包括机械单元、两套相同的图像采集单元、点胶单元、图像处理单元和控制单元，其特征在于：所述的机械部分包括：大理石台(1)、第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)、第一料盘(4)、第二料盘(5)、第一三维滑台(6)、第一真空吸嘴(7)、第二真空吸嘴(8)、导轨控制器(9)和第一三维滑台控制器(10)；所述图像采集单元用于对被测物体进行拍摄和图像采集，所述图像处理单元(12)用于对图像采集单元采集到的图像进行图像处理；点胶单元将针头移动到指定位置给料盘(5)中零件点胶；控制单元对滑动导轨、三维滑台、光源和针头进行控制；/n所述的大理石台(1)作为整个系统的底座，保证系统的整体稳定性；所述第一料盘(4)、第二料盘(5)均放置四种零件，分别是圆形薄片零件(i)、圆柱形零件(ii)、圆环形零件(iii)以及中空圆柱形零件(iv)；所述的第一料盘(4)、第二料盘(5)下方通过定位销固定在滑台上，两个滑台分别放置在第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)上；通过滑动导轨控制器(9)控制第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)从而使得第一料盘(4)、第二料盘(5)到达指定位置；所述三维滑台控制器(10)控制第一三维滑台(6)，第一三维滑台(6)带动真空吸嘴进行三维空间中任意方向的移动，从而使第一真空吸嘴(7)、第二真空吸嘴(8)到达零件上方，并将零件吸起放入指定位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种同轴零件装配装置，包括机械单元、两套相同的图像采集单元、点胶单元、图像处理单元和控制单元，其特征在于：所述的机械部分包括：大理石台(1)、第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)、第一料盘(4)、第二料盘(5)、第一三维滑台(6)、第一真空吸嘴(7)、第二真空吸嘴(8)、导轨控制器(9)和第一三维滑台控制器(10)；所述图像采集单元用于对被测物体进行拍摄和图像采集，所述图像处理单元(12)用于对图像采集单元采集到的图像进行图像处理；点胶单元将针头移动到指定位置给料盘(5)中零件点胶；控制单元对滑动导轨、三维滑台、光源和针头进行控制；
所述的大理石台(1)作为整个系统的底座，保证系统的整体稳定性；所述第一料盘(4)、第二料盘(5)均放置四种零件，分别是圆形薄片零件(i)、圆柱形零件(ii)、圆环形零件(iii)以及中空圆柱形零件(iv)；所述的第一料盘(4)、第二料盘(5)下方通过定位销固定在滑台上，两个滑台分别放置在第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)上；通过滑动导轨控制器(9)控制第一滑动导轨(2)、第二滑动导轨(3)从而使得第一料盘(4)、第二料盘(5)到达指定位置；所述三维滑台控制器(10)控制第一三维滑台(6)，第一三维滑台(6)带动真空吸嘴进行三维空间中任意方向的移动，从而使第一真空吸嘴(7)、第二真空吸嘴(8)到达零件上方，并将零件吸起放入指定位置。


2.根据权利要求1所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述的图像采集单元包括：第一相机(11)、第二相机(15)、第一远心镜头(12)、第二远心镜头(16)、第一环形光源(13)、第二环形光源(17)、第一滑台(14)、第二滑台(18)、滑台控制器(24)和光源控制器(25)；
所述的第一相机(11)与第一远心镜头(12)连接在一起，并固定在滑台(14)上，所述环形光源(13)置于相机镜头连接体和料盘零件之间，用于对待检测零件进行打光；在采集图像前，调整相机镜头与光源之间的距离和光源与料盘零件之间的距离，确定好最佳位置后，相对距离保持不变；所述第一远心镜头(12)的放置位置满足图像边缘畸变最小；所述第一相机(11)分辨率在一千万像素以上，用于采集料盘(4)上各零件的图像；所述的滑动模块(14)能够上下、左右移动，从而使得相机到达准确的位置；所述的滑动模块(14)和第一相机(11)通过滑台控制器(24)进行控制；第一环形光源(13)、第二环形光源(17)与第一三维滑台(6)相连，到达指定位置；所述光源控制器(25)用于控制第一环形光源的亮度。


3.根据权利要求1所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述的点胶单元包括点胶机(27)、第一斜45度针头(19)、第一垂直针头(20)、第二斜45度针头(21)、第二垂直针头(22)、第二三维滑台(23)；通过所述的第二三维滑台(23)将上述四个针头通过第二三维滑台(23)移动到指定位置给料盘(5)中零件点胶；点胶机(27)用于控制针头进行点胶。


4.根据权利要求1所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述的图像处理单元包括计算机(26)和图像处理算法单元；图像处理算法单元内部工作分为三部分：相机标定、检测各零件上表面圆心和胶滴识别。


5.根据权利要求1所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述的控制单元包括计算机(26)和其中的控制程序以及滑动导轨控制器(9)、第一三维滑台控制器(10)、第二三维滑台控制器(25)、滑台控制器(22)、光源控制器(23)；计算机(26)通过控制器对滑动导轨、三维滑台、光源、针头进行控制。


6.根据权利要求4所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述相机标定为对图像采集单元中的第一相机(11)和第二相机(15)进行标定，具体方法为：
首先将长为m格，宽为n格的棋盘格标定板放置于第一相机(11)和第二相机(15)下方，采集N张各种不同角度的标定板图像，使用所述计算机(26)中的标定算法对第一相机(11)和第一远心镜头(12)进行标定，得到相机矩阵和畸变系数，利用这些参数校正图像；标定板每个棋盘格的尺寸小于A/m，A表示相机视野宽度；整个标定板需全部出现在图片中；m>n，N>15。


7.根据权利要求4所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：四种零件的上表面均为圆形，找寻零件的上表面中心即找寻零件图像中的圆心，具体包括：灰度处理、直方图均衡化、高斯滤波、canny边缘检测和Hough圆检测。


8.根据权利要求1所述的一种同轴零件装配装置，其特征在于：所述第一斜45度针头(19)、第二斜45度针头(21)斜45度角朝下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子豪，严小军，惠宏超，何江涛，杨文超，潘忠诚，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11