CN109539989B - 一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，涉及微零件检测技术领域，包括微装配水平视觉检测模块、微装配垂直视觉检测模块、微装配垂直光电检测模块、重载龙门架和设备工作台。其中，微装配水平视觉检测模块包括水平视觉光学组件、水平视觉运动组件，水平视觉光学组件安装在水平视觉运动组件上，对第一方向检测。微装配垂直视觉检测模块包括垂直视觉光学组件、垂直视觉运动组件，垂直视觉光学组件安装在垂直视觉运动组件上，对第二方向检测。微装配垂直光电检测模块安装在垂直视觉运动组件上，结构紧凑，空间利用率高，能从多方位、多角度进行实时检测，有利于提高微零件的装配效率和装配精度。

Description

一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统

技术领域

本发明涉及微装配检测技术领域，具体而言，涉及一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统。

背景技术

现有微零件装配中，会涉及到具有多尺寸、跨尺度、多种类复杂构型、多种构成材料的微型零部件之间的装配，这类复杂微零件难以通过人眼进行配准、检测，通过人眼观察的方法很难确保微零件装配的精度，也很难保证批量微零件装配精度的一致性。

现有的装配方式主要通过手工的方式实现，对微零件的装配也采用人工操作方式，检测及装配精度难以满足生产要求，并且检测灵活度不高。

发明内容

本发明的目的包括提供一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，微装配水平视觉检测模块、微装配垂直视觉检测模块、微装配垂直光电检测模块均能实现空间范围内的三轴自由运动，能同时检测第一方向和第二方向的微零件姿态，微装配垂直视觉检测模块、微装配垂直光电检测模块均安装在垂直视觉运动组件上，结构紧凑，空间利用率高。该应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统从多方位、多角度进行实时检测，在线检测精度高，有利于提高复杂多构型、跨尺度微零件的装配效率和装配精度。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，包括微装配水平视觉检测模块、微装配垂直视觉检测模块、微装配垂直光电检测模块、重载龙门架和设备工作台。所述重载龙门架安装在所述设备工作台上，所述微装配水平视觉检测模块安装在所述工作台上、并位于所述重载龙门架的一侧，所述微装配垂直视觉检测模块和所述微装配垂直光电检测模块安装在所述重载龙门架的另一侧。

所述微装配水平视觉检测模块包括水平视觉光学组件、水平视觉运动组件。所述水平视觉运动组件安装在所述工作台上，所述水平视觉光学组件安装在所述水平视觉运动组件上，用于实现第一方向的检测。

所述微装配垂直视觉检测模块包括垂直视觉光学组件、垂直视觉运动组件，所述垂直视觉运动组件安装在所述重载龙门架上，所述垂直视觉光学组件安装在所述垂直视觉运动组件上，用于实现第二方向的检测。

所述垂直视觉光学组件包括垂直方向显微视觉单元、垂直方向光学固定座和光学模块主体支撑架。所述光学模块主体支撑架安装在所述垂直视觉运动组件上，所述垂直方向光学固定座安装在所述光学模块主体支撑架上，所述垂直方向显微视觉单元安装在所述垂直方向光学固定座上。

所述垂直视觉运动组件采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台，所述垂直视觉运动组件包括垂直的X轴方向运动轴、垂直的Y轴方向运动轴、垂直的第一Z轴方向运动轴、垂直的第二Z轴方向运动轴。所述垂直的Y轴方向运动轴安装在所述重载龙门架上，所述垂直的X轴方向运动轴安装在所述垂直的Y轴方向运动轴上，所述垂直的第一Z轴方向运动轴和所述垂直的第二Z轴方向运动轴均安装在所述垂直的X轴方向运动轴上，所述光学模块主体支撑架安装在所述垂直的第一Z轴方向运动轴上；实现所述垂直方向显微视觉单元的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换。

所述微装配垂直光电检测模块包括垂直方向上的共焦位移传感器和传感器加持工装，所述共焦位移传感器安装在所述传感器加持工装上，所述传感器加持工装安装在所述垂直的第二Z轴方向运动轴上。

进一步地，所述水平视觉光学组件包括安装在水平方向光学固定座上的水平方向显微视觉单元，所述水平方向显微视觉单元包括水平变倍镜头、水平CCD相机和水平辅助光源。所述水平变倍镜头、所述水平CCD相机和所述水平辅助光源均采用环形光结合背光源的方式。所述水平方向光学固定座安装在所述水平视觉运动组件上，实现所述水平方向显微视觉单元的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换。

进一步地，所述水平视觉运动组件采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台。所述水平视觉运动组件包括水平的X轴方向运动轴、水平的Y轴方向运动轴、水平的Z轴方向运动轴和水平的运动模块基板。所述水平的运动模块基板安装在所述设备工作台上，所述水平的X轴方向运动轴安装在所述水平的运动模块基板上，所述水平的Y轴方向运动轴安装在所述水平的X轴方向运动轴上，所述水平的Z轴方向运动轴安装在所述水平的Y轴方向运动轴上。所述水平方向光学固定座安装在所述水平的Z轴方向运动轴上。

进一步地，所述垂直方向显微视觉单元包括垂直变倍镜头、垂直CCD相机和垂直辅助光源，所述垂直变倍镜头、所述垂直CCD相机和所述垂直辅助光源均采用环形光结合背光源的方式。

所述垂直方向光学固定座上设有光学镜头固定弧形槽及固定座基准面，以便于对所述垂直方向显微视觉单元定位。所述光学模块主体支撑架包括前端固定基准面、镂空支撑框架及后端固定基准面。所述前端固定基准面和所述后端固定基准面分别设于所述镂空支撑框架的两端。所述前端固定基准面与所述固定座基准面连接，所述后端固定基准面与所述垂直的第一Z轴方向运动轴连接。

进一步地，所述传感器加持工装包括传感器夹持座、传感器加持盖、延长固定竖板及传感器主体支撑架。所述传感器主体支撑架安装在所述垂直的第二Z轴方向运动轴上，所述延长固定竖板与所述传感器主体支撑架连接，所述传感器夹持座与所述延长固定竖板连接，所述传感器加持盖与所述传感器夹持座固定连接，且所述共焦位移传感器安装在所述传感器夹持座与所述传感器加持盖之间。

进一步地，所述垂直方向的共焦位移传感器包括传感器主体及传感器信号传输尾纤，所述传感器信号传输尾纤与所述传感器主体连接。

所述传感器夹持座包括传感器固定弧形槽及传感器固定座基准面。所述传感器加持盖包括盖端固定弧形槽及固定沉孔槽位。所述传感器主体夹设于所述传感器固定弧形槽和所述盖端固定弧形槽之间。所述传感器固定座基准面与所述延长固定竖板连接。

进一步地，所述延长固定竖板包括上固定基准面、让位折弯区及下固定基准面；所述让位折弯区位于所述上固定基准面和所述下固定基准面之间；所述下固定基准面与所述传感器固定座基准面连接。

所述传感器主体支撑架包括传感器前端固定基准面、传感器镂空支撑框架及传感器后端固定基准面。所述传感器前端固定基准面和所述传感器后端固定基准面分别位于所述传感器镂空支撑框架的两端。所述传感器前端固定基准面与所述上固定基准面连接，所述传感器后端固定基准面与所述垂直的第二Z轴方向运动轴连接。

进一步地，所述微装配垂直光电检测模块包括超高精度光电传感单元及加长式传感器加持工装。所述超高精度光电传感单元包括相互连接的超高精度传感器主体及超高精度传感器信号传输尾纤；所述加长式传感器加持工装包括加长式传感器夹持座、加长式传感器加持盖、加长延长固定竖板及传感器主体支撑架。

所述超高精度传感器主体夹设于所述加长式传感器夹持座和所述加长式传感器加持盖之间，所述加长式传感器夹持座安装在所述加长延长固定竖板上，所述加长延长固定竖板固定在所述传感器主体支撑架上，所述传感器主体支撑架与所述垂直的第二Z轴方向运动轴连接。

进一步地，所述重载龙门架包括：龙门支撑立面、龙门支撑上平面台、龙门支撑基准平面和三角式龙门加强筋。所述龙门支撑立面与所述设备工作台连接，所述龙门支撑基准平面与所述龙门支撑立面连接，所述龙门支撑基准平面与所述龙门支撑立面之间设有所述三角式龙门加强筋。

进一步地，所述龙门支撑立面靠近所述设备工作台的一端设有位置可调的安装槽。所述龙门支撑上平面台的两端对称地设有操作工装安装孔位。所述龙门支撑基准平面呈扁平长方形，安装于所述龙门支撑上平面台的上表面，所述龙门支撑基准平面具有超高的表面平面度及安装精度，并且所述龙门支撑基准平面的两侧对称地设有检测模块安装孔位。

本发明提供的检测装置具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的一种检测装置，第一视觉检测模块、第二视觉检测模块和光电检测模块均能实现空间范围内的三轴自由运动，能同时检测第一方向和第二方向的微零件姿态，光电检测模块和第二视觉检测模块均安装在第二运动组件上，结构紧凑，空间利用率高。龙门架的设置提高了第一检测模块、第二检测模块和光电检测模块的稳定性，检测结果精确可靠。该检测装置从多方位、多角度进行实时检测，有利于提高微零件的装配效率和装配精度。

本发明提供的另一种检测装置，光电检测模块的夹持组件中，在固定竖板和夹持座之间设有延长部，使得固定竖板延长，为光电传感单元的安装和移动提供了充足的操作空间，灵活性更高，检测更全面，检测可信度、精确度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的微装配水平视觉检测模块的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的微装配垂直视觉检测模块和微装配垂直光电检测模块的结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的垂直视觉光学组件的结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的微装配垂直光电检测模块的一种分解结构示意图；

图6为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的微装配垂直光电检测模块的另一种分解结构示意图；

图7为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的重载龙门架的结构示意图；

图8为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的一种应用场景结构示意图；

图9为本发明具体实施例提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统的托板主体的结构示意图。

图标：1微装配水平视觉检测模块；11水平视觉光学组件；12水平视觉运动组件；11-1水平方向显微视觉单元；11-2水平方向光学固定座；11-11水平变倍镜头；11-12水平CCD相机；11-13水平辅助光源；12-1水平的X轴方向运动轴；12-2水平的Y轴方向运动轴；12-3水平的Z轴方向运动轴；12-4水平的运动模块基板；2微装配垂直视觉检测模块；21垂直视觉光学组件；22垂直视觉运动组件；21-1垂直方向显微视觉单元；21-2垂直方向光学固定座；21-3光学模块主体支撑架；22-1垂直的X轴方向运动轴；22-2垂直的Y轴方向运动轴；22-3垂直的第一Z轴方向运动轴；22-4垂直的第二Z轴方向运动轴；21-11垂直变倍镜头；21-12垂直CCD相机；21-13垂直辅助光源；21-21光学镜头固定弧形槽；21-22固定座基准面；21-31前端固定基准面；21-32镂空支撑框架；21-33后端固定基准面；3微装配垂直光电检测模块；31共焦位移传感器；32传感器加持工装；32-1传感器夹持座；32-2传感器加持盖；32-3延长固定竖板；32-4传感器主体支撑架；31-1传感器主体；31-2传感器信号传输尾纤；32-11传感器固定弧形槽；32-12传感器固定座基准面；32-21盖端固定弧形槽；32-22固定沉孔槽位；32-31上固定基准面；32-32让位折弯区；32-33下固定基准面；32-41传感器前端固定基准面；32-42传感器镂空支撑框架；32-43传感器后端固定基准面；33超高精度光电传感单元；34加长式传感器加持工装；33-1超高精度传感器主体；33-2超高精度传感器信号传输尾纤；34-1加长式传感器夹持座；34-2加长式传感器加持盖；34-3加长延长固定竖板；4重载龙门架；41龙门支撑立面；42龙门支撑上平面台；43龙门支撑基准平面；44三角式龙门加强筋；41-1安装槽；42-1操作工装安装孔位；43-1检测模块安装孔位；5设备工作台；100快换托板模块；110托板主体；6-1微小零部件预存放位置；6-2长条形微零件存储限位基准边；6-3压装存放位置；6-4压装存放限位基准；6-5压装基座预存放位置；6-6胶盒存放位置；6-7零件真空负压固定孔位；6-8刷胶模块存放位置；6-9条形微零件装配辅助固定位；6-10定位销钉；6-11背光板安装固定位；6-12正负压传气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，本实施例提供的一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，包括微装配水平视觉检测模块1、微装配垂直视觉检测模块2、微装配垂直光电检测模块3、重载龙门架4和设备工作台5。重载龙门架4安装在设备工作台5上，微装配水平视觉检测模块1安装在工作台上、并位于重载龙门架4的一侧，微装配垂直视觉检测模块2和微装配垂直光电检测模块3安装在重载龙门架4的另一侧。

请参照图2，微装配水平视觉检测模块1包括水平视觉光学组件11、水平视觉运动组件12，水平视觉运动组件12安装在设备工作台5上，水平视觉光学组件11安装在水平视觉运动组件12上，用于实现第一方向的检测。具体的，水平视觉光学组件11包括安装在水平方向光学固定座11-2上的水平方向显微视觉单元11-1，水平方向显微视觉单元11-1包括水平变倍镜头11-11、水平CCD相机11-12和水平辅助光源11-13。水平变倍镜头11-11、水平CCD相机11-12和水平辅助光源11-13均采用环形光结合背光源的方式。

优选地，水平视觉运动组件12采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台。水平视觉运动组件12包括水平的X轴方向运动轴12-1、水平的Y轴方向运动轴12-2、水平的Z轴方向运动轴12-3和水平的运动模块基板12-4。水平的运动模块基板12-4安装在设备工作台5上，水平的X轴方向运动轴12-1安装在水平的运动模块基板12-4上，水平的Y轴方向运动轴12-2安装在水平的X轴方向运动轴12-1上，水平的Z轴方向运动轴12-3安装在水平的Y轴方向运动轴12-2上；水平方向光学固定座11-2安装在水平的Z轴方向运动轴12-3上。通过水平视觉运动组件12的三轴自由精密运动，实现水平方向显微视觉单元11-1的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换，完成第一方向即水平方向的精密检测。

请参照图3，微装配垂直视觉检测模块2包括垂直视觉光学组件21、垂直视觉运动组件22。垂直视觉运动组件22安装在重载龙门架4上，垂直视觉光学组件21安装在垂直视觉运动组件22上，用于实现第二方向的检测。

具体的，垂直视觉光学组件21包括垂直方向显微视觉单元21-1、垂直方向光学固定座21-2和光学模块主体支撑架21-3。光学模块主体支撑架21-3安装在垂直视觉运动组件22上，垂直方向光学固定座21-2安装在光学模块主体支撑架21-3上，垂直方向显微视觉单元21-1安装在垂直方向光学固定座21-2上。

垂直视觉运动组件22采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台，垂直视觉运动组件22包括垂直的X轴方向运动轴22-1、垂直的Y轴方向运动轴22-2、垂直的第一Z轴方向运动轴22-3、垂直的第二Z轴方向运动轴22-4。垂直的Y轴方向运动轴22-2安装在重载龙门架4上，垂直的X轴方向运动轴22-1安装在垂直的Y轴方向运动轴22-2上，垂直的第一Z轴方向运动轴22-3和垂直的第二Z轴方向运动轴22-4均安装在垂直的X轴方向运动轴22-1上，且垂直的第一Z轴方向运动轴22-3和垂直的第二Z轴方向运动轴22-4相互平行设置。光学模块主体支撑架21-3安装在垂直的第一Z轴方向运动轴22-3上。

请参照图4，垂直方向显微视觉单元21-1包括垂直变倍镜头21-11、垂直CCD相机21-12和垂直辅助光源21-13，垂直变倍镜头21-11、垂直CCD相机21-12和垂直辅助光源21-13均采用环形光结合背光源的方式。

垂直方向光学固定座21-2上设有光学镜头固定弧形槽21-21及固定座基准面21-22，光学镜头固定弧形槽21-21用于安装垂直方向显微视觉单元21-1，以便于对垂直方向显微视觉单元21-1精准定位。光学模块主体支撑架21-3包括前端固定基准面21-31、镂空支撑框架21-32及后端固定基准面21-33。前端固定基准面21-31和后端固定基准面21-33分别设于镂空支撑框架21-32的两端。前端固定基准面21-31与固定座基准面21-22连接，后端固定基准面21-33与垂直的第一Z轴方向运动轴22-3连接。通过垂直视觉运动组件22的高精度三轴自由运动，实现垂直方向显微视觉单元21-1的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换，完成第二方向即垂直方向上的精密检测。

微装配垂直光电检测模块3包括垂直方向上的共焦位移传感器31和传感器加持工装32，共焦位移传感器31安装在传感器加持工装32上，传感器加持工装32安装在垂直的第二Z轴方向运动轴22-4上。

请参照图5，传感器加持工装32包括传感器夹持座32-1、传感器加持盖32-2、延长固定竖板32-3及传感器主体支撑架32-4。传感器主体支撑架32-4安装在垂直的第二Z轴方向运动轴22-4上，延长固定竖板32-3与传感器主体支撑架32-4连接，传感器夹持座32-1与延长固定竖板32-3连接，传感器加持盖32-2与传感器夹持座32-1固定连接，且共焦位移传感器31安装在传感器夹持座32-1与传感器加持盖32-2之间。

具体的，垂直方向的共焦位移传感器31包括传感器主体31-1及传感器信号传输尾纤31-2，传感器信号传输尾纤31-2与传感器主体31-1连接。

传感器夹持座32-1包括传感器固定弧形槽32-11及传感器固定座基准面32-12。传感器加持盖32-2包括盖端固定弧形槽32-21及固定沉孔槽位32-22。传感器主体31-1夹设于传感器固定弧形槽32-11和盖端固定弧形槽32-21之间。传感器固定座基准面32-12与延长固定竖板32-3连接。延长固定竖板32-3包括上固定基准面32-31、让位折弯区32-32及下固定基准面32-33。让位折弯区32-32位于上固定基准面32-31和下固定基准面32-33之间，下固定基准面32-33与传感器固定座基准面32-12连接。

传感器主体支撑架32-4包括传感器前端固定基准面32-41、传感器镂空支撑框架32-42及传感器后端固定基准面32-43。传感器前端固定基准面32-41和传感器后端固定基准面32-43分别位于传感器镂空支撑框架32-42的两端。传感器前端固定基准面32-41与上固定基准面32-31连接，传感器后端固定基准面32-43与垂直的第二Z轴方向运动轴22-4连接。

需要说明的是，微装配垂直光电检测模块3通过传感器主体支撑架32-4安装固定在垂直视觉运动模块22的垂直的第二Z轴方向运动轴22-4上，由传感器加持工装32垂直固定，使得光微装配垂直光电检测模块3与微装配垂直视觉检测模块2共用同一个X轴方向和Y轴方向的运动轴，即垂直的X轴方向运动轴22-1和垂直的Y轴方向运动轴22-2。这样设计既可保证微装配垂直光电检测模块3和微装配垂直视觉检测模块2间位置关系的确定，同时可节省空间高效利用各个运动轴。微装配垂直光电检测模块3通过光源输出头射出一束宽光谱的复色测量光呈白色，光射到物体表面被反射回来并被光谱仪感测到，从而计算出被测零件的距离值，实现对微小零部件的超精细位姿在线检测，保证零部件装配位姿的正确性。

可选地，微装配垂直光电检测模块3除了采用上述结构外，还可以设置成其它结构形式，如图6所示，微装配垂直光电检测模块3包括超高精度光电传感单元33及加长式传感器加持工装34。超高精度光电传感单元33包括相互连接的超高精度传感器主体33-1及超高精度传感器信号传输尾纤33-2。加长式传感器加持工装34包括加长式传感器夹持座34-1、加长式传感器加持盖34-2、加长延长固定竖板34-3及传感器主体支撑架32-4。

超高精度传感器主体33-1夹设于加长式传感器夹持座34-1和加长式传感器加持盖34-2之间，达到紧固超高精度传感器主体33-1的目的。加长式传感器夹持座34-1安装在加长延长固定竖板34-3上，加长延长固定竖板34-3固定在传感器主体支撑架32-4上，传感器主体支撑架32-4与垂直的第二Z轴方向运动轴22-4连接。这样设置为超高精度光电传感单元33的安装和移动提供了充足的操作空间，灵活性更高，检测更全面，检测可信度、精确度更高。

通过垂直视觉运动组件22的高精度三轴自由运动，超高精度光电传感单元33实现对微小零部件的超精细位姿在线检测，保证零部件装配位姿的正确性。

请参照图7，重载龙门架4位于设备工作台5上，用于实现对微装配垂直视觉检测模块2和微装配垂直光电检测模块3的高强度稳定固定支撑功能，以及为微装配水平视觉检测模块1提供下部检测空间的功能。

重载龙门架4包括：龙门支撑立面41、龙门支撑上平面台42、龙门支撑基准平面43和三角式龙门加强筋44。龙门支撑立面41与设备工作台5连接，龙门支撑基准平面43与龙门支撑立面41连接，龙门支撑基准平面43与龙门支撑立面41之间设有三角式龙门加强筋44。龙门支撑立面41靠近设备工作台5的一端设有位置可调的安装槽41-1，龙门支撑上平面台42的两端对称地设有操作工装安装孔位42-1。龙门支撑基准平面43呈扁平长方形，安装于龙门支撑上平面台42的上表面，龙门支撑基准平面43具有超高的表面平面度及安装精度，并且龙门支撑基准平面43的两侧对称地设有检测模块安装孔位43-1，便于实现灵活的安装与检测。

请参照图8和图9，可选地，设备工作台5上还设有快换托板模块100，快换托板模块100包括托板主体110、直线运动台和旋转台。直线运动台安装在设备工作台5上，旋转台安装在直线运动台上，托板主体110安装在旋转台上。通过直线运动台沿Y轴方向的运动以及旋转台绕Z轴方向的旋转，可以实现托板主体110的精密定位。托板主体110设于微装配水平视觉检测模块1、微装配垂直视觉检测模块2和微装配垂直光电检测模块3的光路检测范围内。托板主体110上多种跨尺度复杂多构型微小零部件预存放位置6-1、长条形微零件存储限位基准边6-2、压装存放位置6-3、压装存放限位基准6-4、压装基座预存放位置6-5、胶盒存放位置6-6、零件真空负压固定孔位6-7、刷胶模块存放位置6-8、条形微零件装配辅助固定位6-9、定位销钉6-10、背光板安装固定位6-11和正负压传气孔6-12。其中，背光板安装固定位6-11、正负压传气孔6-12设于托板主体110的侧边。正负压传气孔6-12便于采用真空吸附方式对托板主体110的固定。压力工装组件可以通过压装存放位置6-3，自由快速的安装在托板主体110上，用于实现微零件的压装固定功能，保证微零件完成装配后的精度稳定性。微装配水平视觉检测模块1、微装配垂直视觉检测模块2和微装配垂直光电检测模块3用于对托板主体上的微零件、压力工装组件、压装存放位置6-3、压装基座预存放位置6-5、胶盒存放位置6-6、零件真空负压固定孔位6-12等进行在线检测，提高微零件的装配精度及稳定性。

本发明提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其安装过程和工作原理如下：

在微零件的自动装配过程中，水平视觉光学组件11在水平视觉运动组件12的带动下移动，对微零件、微组件进行水平方向的检测。垂直视觉光学组件21和微装配垂直光电检测模块3在垂直视觉运动组件22的带动下，对微零件、微组件进行垂直方向的检测，结合控制模块，对微装配过程中的零件进行实时检测和调整，确保微零件装配高效、精准的进行，提高装配质量和效率。重载龙门架4位于设备工作台5上，用于实现对微装配垂直视觉检测模块2和微装配垂直光电检测模块3的高强度稳定、固定、支撑功能，以及为微装配水平视觉检测模块1提供下部检测空间的功能。

综上所述，本发明提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，微装配水平视觉检测模块1、微装配垂直视觉检测模块2、微装配垂直光电检测模块3均能实现空间范围内的三轴自由运动，能同时检测水平方向和竖直方向的微零件姿态，微装配垂直光电检测模块3和微装配垂直视觉检测模块2均安装在垂直视觉运动组件22上，共用X、Y轴方向的运动台，即垂直的X轴方向运动轴22-1和垂直的Y轴方向运动轴22-2，结构紧凑，空间利用率高，相对位置固定精确。重载龙门架4的设置提高了微装配水平视觉检测模块1、微装配垂直视觉检测模块2、微装配垂直光电检测模块3的稳定性，检测结果精确可靠。该应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统设计精简、结构优化紧凑、功能完备新颖、运行稳定可靠、装配精度优良，能够从多方位、多角度进行实时在线检测，有利于提高微零件的装配效率和装配精度，市场应用前景广阔。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，包括微装配水平视觉检测模块（1）、微装配垂直视觉检测模块（2）、微装配垂直光电检测模块（3）、重载龙门架（4）和设备工作台（5）；所述重载龙门架（4）安装在所述设备工作台（5）上，所述微装配水平视觉检测模块（1）安装在所述工作台（5）上、并位于所述重载龙门架（4）的一侧，所述微装配垂直视觉检测模块（2）和所述微装配垂直光电检测模块（3）安装在所述重载龙门架（4）的另一侧；

所述微装配水平视觉检测模块（1）包括水平视觉光学组件（11）、水平视觉运动组件（12），所述水平视觉运动组件（12）安装在所述设备工作台（5）上，所述水平视觉光学组件（11）安装在所述水平视觉运动组件（12）上，用于实现第一方向的检测；

所述微装配垂直视觉检测模块（2）包括垂直视觉光学组件（21）、垂直视觉运动组件（22），所述垂直视觉运动组件（22）安装在所述重载龙门架（4）上，所述垂直视觉光学组件（21）安装在所述垂直视觉运动组件（22）上，用于实现第二方向的检测；

所述垂直视觉光学组件（21）包括垂直方向显微视觉单元（21-1）、垂直方向光学固定座（21-2）和光学模块主体支撑架（21-3），所述光学模块主体支撑架（21-3）安装在所述垂直视觉运动组件（22）上，所述垂直方向光学固定座（21-2）安装在所述光学模块主体支撑架（21-3）上，所述垂直方向显微视觉单元（21-1）安装在所述垂直方向光学固定座（21-2）上；

所述垂直视觉运动组件（22）采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台，所述垂直视觉运动组件（22）包括垂直的X轴方向运动轴（22-1）、垂直的Y轴方向运动轴（22-2）、垂直的第一Z轴方向运动轴（22-3）、垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）；所述垂直的Y轴方向运动轴（22-2）安装在所述重载龙门架（4）上，所述垂直的X轴方向运动轴（22-1）安装在所述垂直的Y轴方向运动轴（22-2）上，所述垂直的第一Z轴方向运动轴（22-3）和所述垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）均安装在所述垂直的X轴方向运动轴（22-1）上，所述光学模块主体支撑架（21-3）安装在所述垂直的第一Z轴方向运动轴（22-3）上；实现所述垂直方向显微视觉单元（21-1）的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换；

所述微装配垂直光电检测模块（3）包括垂直方向上的共焦位移传感器（31）和传感器夹持工装（32），所述共焦位移传感器（31）安装在所述传感器夹持工装（32）上，所述传感器夹持工装（32）安装在所述垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）上；

设备工作台（5）上还设有快换托板模块（100），快换托板模块（100）包括托板主体（110）、直线运动台和旋转台；直线运动台安装在设备工作台（5）上，旋转台安装在直线运动台上，托板主体（110）安装在旋转台上，托板主体（110）设于微装配水平视觉检测模块（1）、微装配垂直视觉检测模块（2）和微装配垂直光电检测模块（3）的光路检测范围内。

2.根据权利要求1所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述水平视觉光学组件（11）包括安装在水平方向光学固定座（11-2）上的水平方向显微视觉单元（11-1），所述水平方向显微视觉单元（11-1）包括水平变倍镜头（11-11）、水平CCD相机（11-12）和水平辅助光源（11-13），所述水平变倍镜头（11-11）、所述水平CCD相机（11-12）和所述水平辅助光源（11-13）均采用环形光结合背光源的方式；所述水平方向光学固定座（11-2）安装在所述水平视觉运动组件（12）上，实现所述水平方向显微视觉单元（11-1）的自动调焦、检测、平面位置调整以及检测工位切换。

3.根据权利要求2所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述水平视觉运动组件（12）采用具有X、Y、Z方向运动自由度的精密定位运动平台，所述水平视觉运动组件（12）包括水平的X轴方向运动轴（12-1）、水平的Y轴方向运动轴（12-2）、水平的Z轴方向运动轴（12-3）和水平的运动模块基板（12-4）；所述水平的运动模块基板（12-4）安装在所述设备工作台（5）上，所述水平的X轴方向运动轴（12-1）安装在所述水平的运动模块基板（12-4）上，所述水平的Y轴方向运动轴（12-2）安装在所述水平的X轴方向运动轴（12-1）上，所述水平的Z轴方向运动轴（12-3）安装在所述水平的Y轴方向运动轴（12-2）上；所述水平方向光学固定座（11-2）安装在所述水平的Z轴方向运动轴（12-3）上。

4.根据权利要求1所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述垂直方向显微视觉单元（21-1）包括垂直变倍镜头（21-11）、垂直CCD相机（21-12）和垂直辅助光源（21-13），所述垂直变倍镜头（21-11）、所述垂直CCD相机（21-12）和所述垂直辅助光源（21-13）均采用环形光结合背光源的方式；

所述垂直方向光学固定座（21-2）上设有光学镜头固定弧形槽（21-21）及固定座基准面（21-22），以便于对所述垂直方向显微视觉单元（21-1）定位；所述光学模块主体支撑架（21-3）包括前端固定基准面（21-31）、镂空支撑框架（21-32）及后端固定基准面（21-33）；所述前端固定基准面（21-31）和所述后端固定基准面（21-33）分别设于所述镂空支撑框架（21-32）的两端；所述前端固定基准面（21-31）与所述固定座基准面（21-22）连接，所述后端固定基准面（21-33）与所述垂直的第一Z轴方向运动轴（22-3）连接。

5.根据权利要求1所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述传感器夹持工装（32）包括传感器夹持座（32-1）、传感器夹持盖（32-2）、延长固定竖板（32-3）及传感器主体支撑架（32-4）；所述传感器主体支撑架（32-4）安装在所述垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）上，所述延长固定竖板（32-3）与所述传感器主体支撑架（32-4）连接，所述传感器夹持座（32-1）与所述延长固定竖板（32-3）连接，所述传感器夹持盖（32-2）与所述传感器夹持座（32-1）固定连接，且所述共焦位移传感器（31）安装在所述传感器夹持座（32-1）与所述传感器夹持盖（32-2）之间。

6.根据权利要求5所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述垂直方向的共焦位移传感器（31）包括传感器主体（31-1）及传感器信号传输尾纤（31-2），所述传感器信号传输尾纤（31-2）与所述传感器主体（31-1）连接；

所述传感器夹持座（32-1）包括传感器固定弧形槽（32-11）及传感器固定座基准面（32-12）；所述传感器夹持盖（32-2）包括盖端固定弧形槽（32-21）及固定沉孔槽位（32-22）；所述传感器主体（31-1）夹设于所述传感器固定弧形槽（32-11）和所述盖端固定弧形槽（32-21）之间；所述传感器固定座基准面（32-12）与所述延长固定竖板（32-3）连接。

7.根据权利要求6所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述延长固定竖板（32-3）包括上固定基准面（32-31）、让位折弯区（32-32）及下固定基准面（32-33）；所述让位折弯区（32-32）位于所述上固定基准面（32-31）和所述下固定基准面（32-33）之间；所述下固定基准面（32-33）与所述传感器固定座基准面（32-12）连接；

所述传感器主体支撑架（32-4）包括传感器前端固定基准面（32-41）、传感器镂空支撑框架（32-42）及传感器后端固定基准面（32-43）；所述传感器前端固定基准面（32-41）和所述传感器后端固定基准面（32-43）分别位于所述传感器镂空支撑框架（32-42）的两端；所述传感器前端固定基准面（32-41）与所述上固定基准面（32-31）连接，所述传感器后端固定基准面（32-43）与所述垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）连接。

8.根据权利要求1所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述微装配垂直光电检测模块（3）包括超高精度光电传感单元（33）及加长式传感器夹持工装（34）；所述超高精度光电传感单元（33）包括相互连接的超高精度传感器主体（33-1）及超高精度传感器信号传输尾纤（33-2）；所述加长式传感器夹持工装（34）包括加长式传感器夹持座（34-1）、加长式传感器夹持盖（34-2）、加长延长固定竖板（34-3）及传感器主体支撑架（32-4）；

所述超高精度传感器主体（33-1）夹设于所述加长式传感器夹持座（34-1）和所述加长式传感器夹持盖（34-2）之间，所述加长式传感器夹持座（34-1）安装在所述加长延长固定竖板（34-3）上，所述加长延长固定竖板（34-3）固定在所述传感器主体支撑架（32-4）上，所述传感器主体支撑架（32-4）与所述垂直的第二Z轴方向运动轴（22-4）连接。

9.根据权利要求1所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述重载龙门架（4）包括：龙门支撑立面（41）、龙门支撑上平面台（42）、龙门支撑基准平面（43）和三角式龙门加强筋（44）；所述龙门支撑立面（41）与所述设备工作台（5）连接，所述龙门支撑基准平面（43）与所述龙门支撑立面（41）连接，所述龙门支撑基准平面（43）与所述龙门支撑立面（41）之间设有所述三角式龙门加强筋（44）。

10.根据权利要求9所述的应用于复杂多构型微零件自动装配的在线检测系统，其特征在于，所述龙门支撑立面（41）靠近所述设备工作台（5）的一端设有位置可调的安装槽（41-1）；所述龙门支撑上平面台（42）的两端对称地设有操作工装安装孔位（42-1）；所述龙门支撑基准平面（43）呈扁平长方形，安装于所述龙门支撑上平面台（42）的上表面，所述龙门支撑基准平面（43）具有超高的表面平面度及安装精度，并且所述龙门支撑基准平面（43）的两侧对称地设有检测模块安装孔位（43-1）。