基于机器视觉的微小型零件自动测量与装配

摘要

精密微小型机电产品以其体积小、能耗低、性能稳定可靠等优点，在工业、生物、军事等领域得到广泛应用，该类产品涉及不同材料、工艺以及不同的连接技术等，往往不能一次加工制造成型，多是由微小型零件组装而成。装配是该类产品制造过程中的重要环节。
　　 微小型零件的尺寸一般在零点几个毫米到十几个毫米之间，尺寸跨度较大，装配精度要求高。目前，微小型零件的精密装配作业多是由熟练的操作人员在显微镜下手工完成，生产效率低、产品一致性差，并且手工装配对操作人员的专业技能要求较高。随着用户对产品性能与产量需求的不断提高，手工装配已难以适应，迫切要求人们进行精密装配自动化等相关领域的研究。
　　 基于机器视觉的微小型零件精密装配以其柔性化装配的特点，已经成为解决人工装配效率低、质量稳定性差，提高产品合格率的有效途径，并且能较好地实现微小型零件测量与装配的自动化。
　　 本文对基于机器视觉的微小型零件装配系统的体系结构进行了研究，将整个系统分成视觉精密测量、装配作业和上料与装配工作台、人机交互四个主要的功能模块，其中精密测量模块由显微视觉系统和精密运动平台构成，解决了零件尺寸跨度较大、测量精度和分辨率要求较高时CCD摄像机视场小的矛盾。在对控制策略分析基础上，对软件架构进行研究，采用基于“任务消息”的方式，控制测量和装配任务，同时在装配过程中的必要环节，增加人工干预的功能，以克服装配作业过程中由于零件微小型化所带来的不确定性的影响。
　　 文章介绍了所研制的用于微小型孔轴类零件装配的系统，着重突出了搭建的大范围运动精密测量机构、测量与装配策略以及摄像机和系统坐标系的标定过程。进行了微小型孔轴零件测量与装配实验，实验表明，系统所采用的体系结构、控制策略和软件架构能够实现所要求的功能，满足微小型零件自动测量和精密装配的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1机器视觉技术发展及应用

1.1.1机器视觉概述

1.1.2机器视觉发展及应用

1.2基于机器视觉的测量与装配技术发展

1.3课题研究背景

1.4论文主要研究工作

2微小型零件装配系统组成及功能模块

2.1装配组件与形位精度要求

2.1.1装配组件介绍

2.1.2形位精度要求

2.2系统总体结构

2.2.1 装配过程关键问题分析

2.2.2系统硬件总体结构

2.3系统功能模块组成

2.3.1.夹持作业模块

2.3.2视觉测量模块

2.3.2上料平台模块

2.3.4人机交互模块

2.4.本章小结

3 目标零件的识别与定位

3.1 目标零件识别

3.1.1图像预处理

3.1.2图像阈值分割

3.1.3边缘提取

3.1.4图像轮廓点获取

3.2 目标零件定位

3.2.1.质心、灰度重心定位方法

3.2.2圆的最小二乘迭代拟合定位方法

3.2.3直线的最小二乘迭代拟合定位方法

3.3待装配组件的识别与定位

3.3.1 薄片中心孔的识别与定位

3.3.2薄片刻线的识别与定位

3.3.3腔体中心轴的识别与定位

3.4本章小结

4系统测量装配控制策略与软件

4.1系统测量与装配控制策略

4.1.1微小型零件自动测量

4.1.2微小型零件精密装配

4.2系统控制软件

4.3本章小结

5微小型轴孔类零件装配系统的组装与调试

5.1微小型轴孔类零件装配系统

5.2摄像机标定

5.2.1摄像机成像模型

5.2.2系统摄像机标定

5.3微小型零件装配系统标定

5.3.1坐标变换原理

5.3.2微小型零件装配系统坐标系组成

5.3.3微小型零件装配系统的标定

5.4激光器标定

5.5微小型轴孔类零件的测量与装配实验

5.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢