CN110640689A - 一种基于视觉系统的高精密对位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精密机械及电子技术技术领域，具体公开了一种基于视觉系统的高精密对位装置，包括减震台、精密对位平台和视觉检测装置；所述精密对位平台包括动平台、定平台和驱动机构；所述动平台设于定平台的上方；动平台与定平台相互平行；所述定平台与动平台之间设置有导向机构；所述视觉检测装置包括工业相机、光源和相机支架；所述相机支架的底部安装于减震台上，其顶部安装有工业相机和光源。本发明通过视觉系统辅助，闭环控制对位平台，避免了由于平台存在一定零件尺寸加工误差、机构装配误差、运动间隙误差以及控制器驱动误差而造成的对位精密低的情况，确保对位平台实际对位位姿和目标位姿是高度一致。

Description

一种基于视觉系统的高精密对位装置

技术领域

本发明涉及精密机械及电子技术领域，具体涉及一种基于视觉系统的高精密对位装置。

背景技术

目前，随着科学技术的不断进步和发展，机器人技术成为了行业中生产力和科技水平的标准，高精密对位技术作为目前机器人技术领域中具有显著代表性的高尖端技术，是微型机械、超精密加工、纳米技术以及半导体等领域的关键核心技术，被广泛应用到LCD液晶显示器、网络印刷设备、表明贴装技术(SMT)以及集成电路制造等，但这其中大多数还是靠人工完成，所需精度很高，所以不仅操作困难，而且效率较低，远远不能满足现代工业自动化要求程度。

为了提高产品加工质量，加快对位效率，需要一台高精密对位装置。公知的对位装置多采用XYθ串联机构和UVW平面并联对位平台，XYθ串联机构由于自身机构限制，存在误差累加，而UVW对位精度则相对较高。但这些对位平台大多数没有视觉系统辅助，开环控制对位平台，或者靠眼睛观察对位程度，无法精确确定对位平台实际对位位姿和目标位姿是否一致，实际上由于平台存在一定零件尺寸加工误差、机构装配误差、运动间隙误差以及控制器驱动误差，这使得对位平台很难达到目标位姿，在很大程度上限制了对位平台的对位精度。另外，外界的震动因素也会导致对位平台的位置偏差。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出一种基于视觉系统的高精密对位装置，以解决上述背景技术中的缺点。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种基于视觉系统的高精密对位装置包括：减震台、精密对位平台和视觉检测装置；所述精密对位平台包括动平台、定平台和驱动机构；所述动平台设于定平台的上方；动平台与定平台相互平行；所述定平台与动平台之间设置有导向机构；所述视觉检测装置包括工业相机、光源和相机支架；所述相机支架的底部安装于减震台上，相机支架的顶部安装有工业相机和光源；

所述导向机构包括三套导向组件；

所述导向组件包括第一直线运动导向元件、第二直线运动导向元件和回转运动导向元件，第一直线运动导向元件的导向方向与第二直线运动导向元件的导向方向相互垂直，并且第一直线运动导向元件中的固定件与第二直线运动导向元件的活动件相连，第一直线运动导向元件中的活动件通过回转运动导向元件与动平台相连，回转运动导向元件可使动平台相对于第一直线运动导向元件的活动件绕回转运动导向元件的轴心线旋转，回转运动导向元件的轴心线与Z向平行，第二直线运动导向元件的固定件与定平台相连；

其中一套导向组件中的回转运动导向元件与动平台的几何中心相连，并且此导向组件中的第一直线运动导向元件对动平台作X向导向，此导向组件中的第二直线运动导向元件对动平台作Y向导向，驱动机构有三套，其中一套驱动机构驱动此第二直线运动导向元件的活动件沿Y向移动，进而驱动动平台沿Y向移动；

另外两套导向组件中的回转运动导向元件分别与动平台相连，并且此两回转运动导向元件关于动平台的对称中心中心对称，此两套导向组件中的第一直线运动导向元件对动平台作Y向导向，此两套导向组件中的第二直线运动导向元件对动平台作X向导向，并且另外两套驱动机构各自驱动一第二直线运动导向元件的活动件沿X向移动，进而驱动动平台沿X向移动；

所述定平台与视觉检测装置都安装于减震台上，视觉检测装置的视觉检测部分位于动平台上方。

进一步的，所述驱动机构包括控制器、伺服电机以及传动机构；控制器通过控制伺服电机驱动传动机构，从而使精密对位平台沿X、Y、θ方向做相应的运动。

进一步的，所述视觉检测装置还包括标定板；标定板设于动平台上。

进一步的，所述导向机构还包括有两套导向组件，此两套导向组件中的回转运动导向元件分别与动平台相连，并且此两回转运动导向元件关于动平台的对称中心中心对称，此两套导向组件中的第一直线运动导向元件对动平台作Y向导向，此两套导向组件中的第二直线运动导向元件对动平台作X向导向。

进一步的，所述第一直线运动导向元件与第二直线运动导向元件为滚动直线导轨副，第一直线运动导向元件与第二直线运动导向元件的活动件为滚动直线导轨副中的滑块，第一直线运动导向元件与第二直线运动导向元件的固定件为滚动直线导轨副中的导轨，回转运动导向元件为交叉滚珠轴环，交叉滚珠轴环的外圈与动平台相连，交叉滚珠轴环的内圈与第一直线运动导向元件的活动件相连。

进一步的，所述传动机构包括滚珠丝杆副、连接板和两个轴承座；

所述滚珠丝杆副中的丝杠两端各与一轴承座旋转连接；

所述伺服电机通过联轴器与丝杠连接；

所述连接板的一端与滚珠丝杆副中的螺母相连，另一端与第一直线运动导向元件的滑块相连，伺服电机驱动丝杠旋转，进而带动滑块在导轨上直线运动。

进一步的，所述定平台上开设多个定位孔，减震台上设有与定位孔相对应数量的定位销，并且定位销插设于相应定位孔内。

进一步的，所述相机支架包括两个相机垂直支架组件和相机横梁；所述相机横梁的两端分别安装于两个相机垂直支架组件的顶部；两个相机垂直支架组件的底部固定安装于减震台上且分别位于精密对位平台的两侧。

进一步的，所述相机支架还包括手动滑台、连接块和相机夹具；所述相机夹具通过连接块安装于手动滑台的一侧部，手动滑台的另一侧部安装于相机横梁上；所述相机夹具用于安装工业相机并保持工业相机与动平台相垂直；手动滑台用于调节工业相机的空间位置。

进一步的，所述相机垂直支架组件包括相机支架垂直型材和相机支架底座；所述相机支架垂直型材安装于相机支架底座上，相机支架底座固定安装于减震台上。

本发明的有益效果为：

本发明通过视觉系统辅助，闭环控制对位平台，避免了由于平台存在一定零件尺寸加工误差、机构装配误差、运动间隙误差以及控制器驱动误差而造成的对位精密低的情况，确保对位平台实际对位位姿和目标位姿是高度一致。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明的精密对位平台的立体示意图；

图3为本发明的视觉检测装置的立体示意图；

图4为本发明的精密对位平台的结构示意图；

图5为本发明的导向组件的结构示意图；

附图标记说明：

10、减震台；20、精密对位平台；30、视觉检测装置；2、动平台；1、定平台；301、工业相机；302、光源；303、相机支架；3、导向组件；4、第一直线运动导向元件；5、第二直线运动导向元件；6、回转运动导向元件；8、固定件；7、活动件；92、伺服电机；93、传动机构；310、标定板；931、滚珠丝杆副；933、轴承座；3034、相机垂直支架组件；3035、相机横梁；3031、手动滑台；3032、连接块；3033、相机夹具；30211、相机支架垂直型材；30212、相机支架底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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，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装置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。

“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种基于视觉系统的高精密对位装置包括：减震台10、精密对位平台20和视觉检测装置30；所述精密对位平台20包括动平台2、定平台1和驱动机构；所述动平台2设于定平台1的上方；动平台2与定平台1相互平行；所述定平台1与动平台2之间设置有导向机构；所述视觉检测装置30包括工业相机301、光源302和相机支架303；所述相机支架303的底部安装于减震台10上，相机支架303的顶部安装有工业相机301和光源302；

所述导向机构包括三套导向组件3；

所述导向组件3包括第一直线运动导向元件4、第二直线运动导向元件5和回转运动导向元件6，第一直线运动导向元件4的导向方向与第二直线运动导向元件5的导向方向相互垂直，并且第一直线运动导向元件4中的固定件8与第二直线运动导向元件5的活动件7相连，第一直线运动导向元件4中的活动件7通过回转运动导向元件6与动平台2相连，回转运动导向元件6可使动平台2相对于第一直线运动导向元件4的活动件7绕回转运动导向元件6的轴心线旋转，回转运动导向元件6的轴心线与Z向平行，第二直线运动导向元件5的固定件8与定平台1相连；

其中一套导向组件3中的回转运动导向元件6与动平台2的几何中心相连，并且此导向组件3中的第一直线运动导向元件4对动平台2作X向导向，此导向组件3中的第二直线运动导向元件5对动平台2作Y向导向，驱动机构有三套，其中一套驱动机构驱动此第二直线运动导向元件5的活动件7沿Y向移动，进而驱动动平台2沿Y向移动；

另外两套导向组件3中的回转运动导向元件6分别与动平台2相连，并且此两回转运动导向元件6关于动平台2的对称中心中心对称，此两套导向组件3中的第一直线运动导向元件4对动平台2作Y向导向，此两套导向组件3中的第二直线运动导向元件5对动平台2作X向导向，并且另外两套驱动机构各自驱动一第二直线运动导向元件5的活动件7沿X向移动，进而驱动动平台2沿X向移动；

所述定平台1与视觉检测装置30都安装于减震台10上，视觉检测装置30的视觉检测部分位于动平台2上方；

所述驱动机构包括控制器、伺服电机92以及传动机构93；控制器通过控制伺服电机92驱动传动机构93，从而使精密对位平台20沿X、Y、θ方向做相应的运动；

所述视觉检测装置30还包括标定板310；标定板310设于动平台2上；

所述导向机构还包括有两套导向组件3，此两套导向组件3中的回转运动导向元件6分别与动平台2相连，并且此两回转运动导向元件6关于动平台2的对称中心中心对称，此两套导向组件3中的第一直线运动导向元件4对动平台2作Y向导向，此两套导向组件3中的第二直线运动导向元件5对动平台2作X向导向；

所述第一直线运动导向元件4与第二直线运动导向元件5为滚动直线导轨副，第一直线运动导向元件4与第二直线运动导向元件5的活动件7为滚动直线导轨副中的滑块，第一直线运动导向元件4与第二直线运动导向元件5的固定件8为滚动直线导轨副中的导轨，回转运动导向元件6为交叉滚珠轴环，交叉滚珠轴环的外圈与动平台2相连，交叉滚珠轴环的内圈与第一直线运动导向元件4的活动件7相连；

所述传动机构93包括滚珠丝杆副931、连接板和两个轴承座933；

所述滚珠丝杆副931中的丝杠两端各与一轴承座933旋转连接；

所述伺服电机92通过联轴器与丝杠连接；

所述连接板的一端与滚珠丝杆副931中的螺母相连，另一端与第一直线运动导向元件4的滑块相连，伺服电机92驱动丝杠旋转，进而带动滑块在导轨上直线运动；

所述定平台1上开设多个定位孔，减震台10上设有与定位孔相对应数量的定位销，并且定位销插设于相应定位孔内；

所述相机支架303包括两个相机垂直支架组件3034和相机横梁3035；相机横梁3035的两端分别安装于两个相机垂直支架组件3034的顶部；两个相机垂直支架组件3034的底部固定安装于减震台10上且分别位于精密对位平台20的两侧；

所述相机支架303还包括手动滑台3031、连接块3032和相机夹具3033；相机夹具3033通过连接块3032安装于手动滑台3031的一侧部，手动滑台3031的另一侧部安装于相机横梁3035上；相机夹具3033用于安装工业相机301并保持工业相机301与动平台2相垂直；手动滑台3031用于调节工业相机301的空间位置；

所述相机垂直支架组件3034包括相机支架垂直型材30211和相机支架底座30212；相机支架垂直型材30211安装于相机支架底座30212上，相机支架底座30212固定安装于减震台10上。

所述视觉检测装置通过工业相机301获取精密对位平台20的实际运动位姿，比较实际位姿和目标位姿之间的偏差。

具体地，所述手动滑台3031可调节工业相机301在X和Y方向的小范围微量移动，确保工业相机301具有合适的视场，光源302成环形固定在工业相机301的镜头附近，增加动平台2图像的获取质量和位姿精度。

具体地，所述减震台10采用大理石平台，能有效减小外部环境噪声和外部震动对精密对位平台20对位精度造成的影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，包括：减震台(10)、精密对位平台(20)和视觉检测装置(30)；所述精密对位平台(20)包括动平台(2)、定平台(1)和驱动机构；所述动平台(2)设于定平台(1)的上方；动平台(2)与定平台(1)相互平行；所述定平台(1)与动平台(2)之间设置有导向机构；所述视觉检测装置(30)包括工业相机(301)、光源(302)和相机支架(303)；所述相机支架(303)的底部安装于减震台(10)上，相机支架(303)的顶部安装有工业相机(301)和光源(302)；

所述导向机构包括三套导向组件(3)；

所述导向组件(3)包括第一直线运动导向元件(4)、第二直线运动导向元件(5)和回转运动导向元件(6)，第一直线运动导向元件(4)的导向方向与第二直线运动导向元件(5)的导向方向相互垂直，并且第一直线运动导向元件(4)中的固定件(8)与第二直线运动导向元件(5)的活动件(7)相连，第一直线运动导向元件(4)中的活动件(7)通过回转运动导向元件(6)与动平台(2)相连，回转运动导向元件(6)可使动平台(2)相对于第一直线运动导向元件(4)的活动件(7)绕回转运动导向元件(6)的轴心线旋转，回转运动导向元件(6)的轴心线与Z向平行，第二直线运动导向元件(5)的固定件(8)与定平台(1)相连；

其中一套导向组件(3)中的回转运动导向元件(6)与动平台(2)的几何中心相连，并且此导向组件(3)中的第一直线运动导向元件(4)对动平台(2)作X向导向，此导向组件(3)中的第二直线运动导向元件(5)对动平台(2)作Y向导向，驱动机构有三套，其中一套驱动机构驱动此第二直线运动导向元件(5)的活动件(7)沿Y向移动，进而驱动动平台(2)沿Y向移动；

另外两套导向组件(3)中的回转运动导向元件(6)分别与动平台(2)相连，并且此两回转运动导向元件(6)关于动平台(2)的对称中心中心对称，此两套导向组件(3)中的第一直线运动导向元件(4)对动平台(2)作Y向导向，此两套导向组件(3)中的第二直线运动导向元件(5)对动平台(2)作X向导向，并且另外两套驱动机构各自驱动一第二直线运动导向元件(5)的活动件(7)沿X向移动，进而驱动动平台(2)沿X向移动；

所述定平台(1)与视觉检测装置(30)都安装于减震台(10)上，视觉检测装置(30)的视觉检测部分位于动平台(2)上方。

2.根据权利要求1所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述驱动机构包括控制器、伺服电机(92)以及传动机构(93)；控制器通过控制伺服电机(92)驱动传动机构(93)，从而使精密对位平台(20)沿X、Y、θ方向做相应的运动。

3.根据权利要求1所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述视觉检测装置(30)还包括标定板(310)；标定板(310)设于动平台(2)上。

4.根据权利要求1所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述导向机构还包括有两套导向组件(3)，此两套导向组件(3)中的回转运动导向元件(6)分别与动平台(2)相连，并且此两回转运动导向元件(6)关于动平台(2)的对称中心中心对称，此两套导向组件(3)中的第一直线运动导向元件(4)对动平台(2)作Y向导向，此两套导向组件(3)中的第二直线运动导向元件(5)对动平台(2)作X向导向。

5.根据权利要求1或4所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述第一直线运动导向元件(4)与第二直线运动导向元件(5)为滚动直线导轨副，第一直线运动导向元件(4)与第二直线运动导向元件(5)的活动件(7)为滚动直线导轨副中的滑块，第一直线运动导向元件(4)与第二直线运动导向元件(5)的固定件(8)为滚动直线导轨副中的导轨，回转运动导向元件(6)为交叉滚珠轴环，交叉滚珠轴环的外圈与动平台(2)相连，交叉滚珠轴环的内圈与第一直线运动导向元件(4)的活动件(7)相连。

6.根据权利要求2所述的基于视觉系统的高精密对位装置,其特征在于，所述传动机构(93)包括滚珠丝杆副(931)、连接板和两个轴承座(933)；

所述滚珠丝杆副(931)中的丝杠两端各与一轴承座(933)旋转连接；

所述伺服电机(92)通过联轴器与丝杠连接；

所述连接板的一端与滚珠丝杆副(931)中的螺母相连，另一端与第一直线运动导向元件(4)的滑块相连，伺服电机(92)驱动丝杠旋转，进而带动滑块在导轨上直线运动。

7.根据权利要求1所述的基于视觉系统的高精密对位装置,其特征在于，所述定平台(1)上开设多个定位孔，减震台(10)上设有与定位孔相对应数量的定位销，并且定位销插设于相应定位孔内。

8.根据权利要求1所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述相机支架(303)包括两个相机垂直支架组件(3034)和相机横梁(3035)；所述相机横梁(3035)的两端分别安装于两个相机垂直支架组件(3034)的顶部；两个相机垂直支架组件(3034)的底部固定安装于减震台(10)上且分别位于精密对位平台(20)的两侧。

9.根据权利要求8所述的基于视觉系统的高精密对位装置，其特征在于，所述相机支架(303)还包括手动滑台(3031)、连接块(3032)和相机夹具(3033)；所述相机夹具(3033)通过连接块(3032)安装于手动滑台(3031)的一侧部，手动滑台(3031)的另一侧部安装于相机横梁(3035)上；相机夹具(3033)用于安装工业相机(301)并保持工业相机(301)与动平台(2)相垂直；手动滑台(3031)用于调节工业相机(301)的空间位置。

10.根据权利要求8所述的基于视觉系统的高精密对位装置,其特征在于，所述相机垂直支架组件(3034)包括相机支架垂直型材(30211)和相机支架底座(30212)；所述相机支架垂直型材(30211)安装于相机支架底座(30212)上，相机支架底座(30212)固定安装于减震台(10)上。

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