本发明专利技术公开了一种单目视觉引导下微管插入微孔的控制装置及方法，该装置包括：隔振平台、显微视觉系统、平移平台、微管、操作器、夹持器、姿态调整平台、位置调整平台、带微孔的零件。该方法包括：调节显微视觉系统位置、姿态调节平台和操作器，使微孔和微管末端在显微视觉系统成像；对微孔和微管进行聚焦，使其同时处于显微视觉系统的聚焦平面上；对微孔进行椭圆拟合求其中心点，对微管进行边缘直线拟合求取微管末端中心点；结合显微视觉系统的标定信息，控制微管末端对准到微孔上方；对微管末端进行聚焦和定位，控制微管插入微孔。本发明专利技术实施简单，可实现在单目视觉引导下的三维空间中微管和微孔的插入装配，能够大幅度提高微装配的自动化程度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微装配领域中的基于显微视觉的测量和控制，尤其是一种单目视觉引导下微管插入微孔的控制装置及方法。
技术介绍
目前，3D微装配操作中常常利用显微视觉测量目标在三维空间的位置和姿态。由于显微视觉景深小、视场小，单目显微视觉一般只能提供二维的位置信息，要得到微装配零件的三维位置信息，通常会采用两路相互垂直的显微视觉(可参见文献:X.Zeng, X.Huang,M.Wang, Micro-assembly of micro parts using uncalibrated microscopes visualservoing method, Information Technology Journal, 7 (3):497-503, 2008.)。两路或者更多路的显微视觉会大大限制微装配的操作空间，甚至在某些装配中无法应用。若使用单目显微视觉，则其引导的三维微装配首先会在χ-y平面对准，然后再结合具体微装配的特点进行 z 轴对准(可参见文献:Lidai Wang, James K.Mills, William L.Cleghorn.AutomaticMicroassembly Using Visual Servo Control.1EEE Transactions on ElectronicsPackaging Manufacturing, 2008, 31 (4):316-325)。这种分步进行三维操作的方法比较耗时，而且z轴的对准限制较多，精度不容易保证。
技术实现思路
为了解决多路显微视觉系统操作空间小和单目视觉通常只能测量两维位置坐标的缺点，本专利技术的目的在于提供。为实现上述目的，根据本专利技术的一方面，提出一种单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置，该装置包括:隔振平台1、显微视觉系统7、平移平台8、微管6、操作器2、夹持器5、姿态调整平台3、位置调整平台9、带有微孔4的零件，其中:所述显微视觉系统7安装于所述平移平台8上，所述显微视觉系统7指向所述微管6和微孔4 ；所述平移平台8安装在所述位置调整平台9上；所述夹持器5安装在所述操作器2的末端；所述微管6安装于所述夹持器5的末端，随着操作器2 —起运动；所述位置调整平台9、操作器2安装在所述隔振平台I上；所述姿态调整平台3用于放置带有微孔4的零件，所述操作器2和所述显微视觉系统7位于所述姿态调整平台3的两侧。根据本专利技术的另一方面，提出一种单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制方法，该方法包括以下步骤:步骤S1:通过调整位置调整平台9带动显微视觉系统7运动，改变显微视觉系统7的位置，使得微孔4能够在显微视觉系统7的视野内；步骤S2:调节操作器2带动微管6进入显微视觉系统7的视野，调整操作器2的坐标使得显微视觉系统7能够采集到微管6末端的图像；步骤S3:通过图像分割确定微孔4的图像区域和微管6的图像区域，然后根据聚焦评价函数，通过控制平移平台8带动显微视觉系统7沿其光轴前后运动以实现对微孔4的聚焦，之后，固定显微视觉系统7的位置不再调整，调节操作器2带动微管6沿显微视觉系统光轴进行前后运动实现微管6末端的聚焦；步骤S4:对微孔4进行图像特征点的提取；步骤S5:对微管6进行图像特征点的提取；步骤S6:计算微管6的图像特征点到微孔4的图像特征点的图像距离，根据显微视觉系统7的标定信息计算二者的三维空间相对位置，并将微管6的末端对准到微孔4的上方；步骤S7:再次对微管6的末端进行自动聚焦并重新定位，同样根据显微视觉系统7的标定信息，确定二者的三维空间相对位置，控制操作器2将微管6插入微孔4。本专利技术的特点是能够在单目显微视觉引导下控制微管在X，y, z轴同时对准微孔，从而大大简化了装配过程。附图说明图1为本专利技术单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置结构示意图。图2为本专利技术单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制方法流程图。图3为微管和微孔对准和插入过程的轨迹图。图4为微管和微孔对准和插入的过程图像。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1为本专利技术单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置结构示意图，如图1所示，所述单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置包括:隔振平台1、显微视觉系统7、平移平台8、微管6、操作器2、夹持器5、姿态调整平台3、位置调整平台9、带有微孔4的零件，其中:所述显微视觉系统7安装于所述平移平台8上，所述显微视觉系统7指向所述微管6和微孔4 ；所述平移平台8安装在所述位置调整平台9上，在本专利技术一实施例中，所述位置调整平台9的上表面是倾斜的，以使所述显微视觉系统7与所述隔振平台I的平面之间具有倾角；所述夹持器5安装在所述操作器2的末端；所述微管6安装于所述夹持器5的末端，随着操作器2 —起运动；所述位置调整平台9、操作器2安装在所述隔振平台I上；所述姿态调整平台3用于放置带有微孔4的零件，所述操作器2和所述显微视觉系统7位于所述姿态调整平台3的两侧；所述装置还包括计算机10，用于控制所述平移平台8和所述操作器2的运动，所述显微视觉系统7通过视觉连接线11连接至计算机10 ;所述平移平台8通过控制连接线12连接至计算机10 ;所述操作器2通过控制线13连接至计算机10。所述装置工作时，通过位置调整平台9带动显微视觉系统7运动，改变显微视觉系统7的位置，使得微孔4的图像出现在显微视觉系统7的视野中。随着操作器2的运动，操作器2带动微管6进入显微视觉系统7的视野。对同时含有微孔4和微管6的图像进行图像分割确定二者的区域，并对其各自进行自动聚焦和准确定位。根据对微管6和微孔4的特征提取(在本专利技术一实施例中，所述特征指的是微管6末端的中心点和微孔4的中心点)和显微视觉系统的标定信息，按照PI (PI, proportional-1ntegral,比例-积分)控制策略控制操作器2带动微管6在清晰成像平面上运动，对准到微孔4的上方。重新对微管6的末端进行聚焦和定位，计算其与微孔4的三维相对距离，控制操作器2带动微管6插入微孔4。在本专利技术一实施例中，所述操作器2采用运动平台，具有三个平移自由度，可分别沿垂直方向和水平面横向、纵向进行平移运动；所述平移平台8采用单轴运动平台，可沿所述平移平台8的轴线方向运动；显微视觉系统7由PointGrey摄像机和Navitar镜头构成；计算机10采用Dell Inspiron545S ;微管6为空心玻璃圆柱体拉伸而成,末端外圆直径为10 μ m。图2为本专利技术单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制方法流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤:步骤S1:通过调整位置调整平台9带动显微视觉系统7运动，改变显微视觉系统7的位置，使得微孔4能够在显微视觉系统7的视野内；步骤S2:调节操作器2带动微管6进入显微视觉系统7的视野，调整操作器2的坐标使得显微视觉系统7能够采集到微管6末端的图像；步骤S3:通过图像分割确定微孔4的图像区域和微管6的图像区域，然后按照一定的聚焦评价函数(在本专利技术一实施例中，所述聚焦评价函数为像素sobel值的平方和累加值)，通过控制平移平台8带动显微视觉系统7沿其光轴前后运动以实现对微孔4的聚焦，之后，固定显微视觉系统7的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置，其特征在于，该装置包括：隔振平台(1)、显微视觉系统(7)、平移平台(8)、微管(6)、操作器(2)、夹持器(5)、姿态调整平台(3)、位置调整平台(9)、带有微孔(4)的零件，其中：所述显微视觉系统(7)安装于所述平移平台(8)上，所述显微视觉系统(7)指向所述微管(6)和微孔(4)；所述平移平台(8)安装在所述位置调整平台(9)上；所述夹持器(5)安装在所述操作器(2)的末端；所述微管(6)安装于所述夹持器(5)的末端，随着操作器(2)一起运动；所述位置调整平台(9)、操作器(2)安装在所述隔振平台(1)上；所述姿态调整平台(3)用于放置带有微孔(4)的零件，所述操作器(2)和所述显微视觉系统(7)位于所述姿态调整平台(3)的两侧。
【技术特征摘要】
1.一种单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制装置，其特征在于，该装置包括:隔振平台(I)、显微视觉系统(7)、平移平台(8)、微管￠)、操作器(2)、夹持器(5)、姿态调整平台(3)、位置调整平台(9)、带有微孔(4)的零件，其中: 所述显微视觉系统(7)安装于所述平移平台(8)上，所述显微视觉系统(7)指向所述微管(6)和微孔⑷； 所述平移平台(8)安装在所述位置调整平台(9)上； 所述夹持器(5)安装在所述操作器(2)的末端； 所述微管(6)安装于所述夹持器(5)的末端，随着操作器(2) —起运动； 所述位置调整平台(9)、操作器(2)安装在所述隔振平台(I)上； 所述姿态调整平台(3)用于放置带有微孔(4)的零件，所述操作器(2)和所述显微视觉系统(7)位于所述姿态调整平台(3)的两侧。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置调整平台(9)的上表面是倾斜的，以使所述显微视觉系统(7)与所述隔振平台(I)的平面之间具有倾角。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括计算机(10)，用于控制所述平移平台(8)和所述操作器(2)的运动，所述显微视觉系统(7)通过视觉连接线(11)连接至计算机(10);所述平移平台(8)通过控制连接线(12)连接至计算机(10);所述操作器(2)通过控制线(13)连接至计算机(10)。4.根据权利要求1所述的 装置，其特征在于，所述操作器(2)采用运动平台，具有三个平移自由度，可分别沿垂直方向和水平面横向、纵向进行平移运动；所述平移平台(8)采用单轴运动平台，可沿所述平 移平台(8)的轴线方向运动。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微管(6)为空心玻璃圆柱体拉伸而成，末端外圆直径为10 μ m。6.一种单目显微视觉引导下微管插入微孔的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤S1:通过调整位置调整平台(9)带动显微视觉系统(7)运动，改变显微视觉系统(7)的位置，使得微孔⑷能够在显微视觉系统(7)的视野内； 步骤S2:调节操作器(2)带动微管(6)进入显微视觉系统(7)的视野，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李福东，徐德，张正涛，史亚莉，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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