CN213179857U - 一种基于psd的微操作辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PSD的微操作辅助装置，包括相机、基座以及分别设置于基座上的显示屏、操作控制器、移动载物组件、高度定位组件、水平定位组件、移动控制组件以及分别固定设置于移动控制组件上能够同步移动的操作臂和定位臂，所述的操作臂分别与移动载物组件和高度定位组件的位置配合，用于加工工件和高度定位，所述的水平定位组件设置于定位臂上，所述的相机正对移动载物组件，与现有技术相比，本实用新型具有精度高、效率高且安全可靠等优点。

Description

一种基于PSD的微操作辅助装置

技术领域

本实用新型涉及智能制造领域和科学研究领域，尤其是涉及一种基于PSD的微操作辅助装置。

背景技术

近年来，随着设备的小型化和高精度化，诸如微纳电子技术、光刻芯片、显微刻蚀等，如何精准定位成为不能绕开的研究点。PSD(光电探测器)有助于这些技术实现高精度定位。

发明专利CN108876838A实现了微操作系统的微操作空间的数字化，但其高精度定位装置过于多且复杂，提高了设备的成本要求；实用新型专利CN210072191U通过显微镜观察利用驱动装置可以将荧光粉推至目标位置，虽然操作难度降低，但其操作精度存在一定误差。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高定位精度且降低成本的基于PSD的微操作辅助装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PSD的微操作辅助装置，包括相机、基座以及分别设置于基座上的显示屏、操作控制器、移动载物组件、高度定位组件、水平定位组件、移动控制组件以及分别固定设置于移动控制组件上能够同步移动的操作臂和定位臂，所述的操作臂分别与移动载物组件和高度定位组件的位置配合，用于加工工件和高度定位，所述的水平定位组件设置于定位臂上，所述的相机正对移动载物组件。

进一步地，所述的移动控制组件包括由上到下依次连接形成T形结构的连接横梁、水平移动件和竖直移动件，所述的竖直移动件设置于基座上，能够做竖直方向的升降动作，所述的水平移动件能够做第一方向的水平移动，所述的连接横梁能够做第二方向的水平运动，所述的操作臂和定位臂分别设置于连接横梁两端。

进一步地，所述的操作臂的底部设置操作刀和边缘检测单元，所述的操作刀包括依次连接的连接件、球关节和刻刀，所述的球关节用于调节刻刀的角度和刀尖高度，所述的连接件固定设置于操作臂底部。

进一步地，所述的水平定位组件包括设置于定位臂底部的水平定位光源和设置于基座上且与水平定位光源正对的PSD模块。

进一步地，所述的高度定位组件，包括设置于基座上的支撑柱、设置于支撑柱上的PSD模块以及设置于操作臂侧面的高度定位光源，所述的高度定位光源与支撑柱上的PSD模块相互正对。

进一步地，所述的PSD模块包括由上至下依次设置的滤光片、PSD传感器和信号处理电路，所述的PSD传感器用于接收光斑信号并进行定位。

进一步地，所述的移动载物组件包括开设于基座上的滑槽以及设置于滑槽内的载物台，所述的载物台能够在滑槽内水平滑动，所述的滑槽的两侧设置夹紧机构，用于夹紧载物台，所述的载物台上放置待加工工件，且当所述的载物台处于加工工位时，与操作刀和边缘检测单元相互正对。

进一步优选地，所述的相机设置于高度定位组件正上方，其镜头正对载物台，且相机的偏置角为70°。

进一步优选地，所述的第一方向与第二方向相互垂直。

进一步优选地，所述的滤光片为偏正片，所述的相机为深度相机，所述的边缘检测单元为线激光扫描单元。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型设置水平定位组件和高度定位组件，采用PSD高精度定位辅助操作，实现微操作的辅助定位，定位精度高满足国内微操作领域对高精度定位的需求；

2)本实用新型设置显示屏和操作控制器，可以记录手动操作的参数，通过机器学习可以很方便后期优化产品参数，提高操作的效率；

3)本实用新型移动载物组件设置夹紧机构，保证加工过程安全可靠，不用人眼通过显微镜观察。

附图说明

图1为本装置的结构示意图；

图2为机械臂的结构示意图；

图3为PSD模块示意图；

图4为移动控制组件的结构示意图；

图5为整体工作流程图。

其中：1、显示屏，2、操作控制器，3、移动载物组件，3a、载物台，3b、滑槽，4、照相机，5、高度定位组件，5a、支撑柱，5b、高度定位光源，6、操作臂，6a、操作刀，6aa、连接件，6ab、球关节，6ac、刻刀，6b、边缘检测单元，7、移动控制组件，7a、连接横梁，7b、水平移动件，7c、竖直移动件，8、水平定位光源，9、基座，10、PSD模块，10a、滤光片，10b、PSD传感器，10c、信号处理电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1所示，本实用新型提供一种基于PSD的微操作辅助装置，包括底部的基座9以及：

移动载物组件3，用于传送和固定待操作目标，包括开设于基座9上的滑槽3b以及设置于滑槽3b内的载物台3a，载物台3a为刚性载物台，且能够在滑槽3b内水平滑动，滑槽3b的两侧设置夹紧机构当载物台3a在加工位置被加工时，夹紧载物台3a，防止加工过程中出现的偏移，待加工工件放置于载物台3a上；

如图4所示，移动控制组件7，用于连接和调整操作机械臂和映像机械臂，包括连接横梁7a、水平移动件7b和竖直移动件7c，竖直移动件7c设置于基座9上，能够做竖直方向的伸缩，可通过气缸实现，水平移动件7a设置于竖直移动件7c上端，能够做第一方向的水平移动，连接横梁7a设置于水平移动件7a上端，能够做第二方向的水平运动，第一方向与第二方向相互垂直，连接横梁7a的两端分别向下延伸设置操作臂6和定位臂；

其中，如图2所示，操作臂6用于实际加工载物台上的目标物体，其与滑槽3b相互正对，其底部设置操作刀6a和边缘检测单元6b，操作刀6a包括依次连接的连接件6aa、球关节6ab和刻刀6ac，球关节6ab可以灵活调节刻刀6ac的角度，连接件6aa固定设置于操作臂6底部，边缘检测单元6b可以为普通激光单元或线激光扫描单元；

水平定位组件，用于为载物台3a上的物体定位提供映像坐标，从而提高精度，包括设置于定位臂底部的水平定位光源8和设置于基座9上且与水平定位光源8正对的PSD模块10，该PSD模块10能够沿水平方向移动。边缘检测单元6b确定工件的边缘，并通过操作臂6、连接横梁7a和定位臂同步到水平定位光源8，并通过基座9上的PSD模块10实现水平定位；

高度定位组件5，用于确定操作刀6a的绝对高度，包括设置于基座9上的支撑柱5a、设置于支撑柱5a上的PSD模块10以及设置于操作臂6侧面的高度定位光源5b，当高度定位光源5b的光斑照射在高度定位组件5的中心位置时，说明完成定位，此时操作刀6a相对整个平面的高度达到基准值，进而再根据工件高度调整；

其中，如图3所示，PSD模块10包括由上至下依次设置的滤光片10a、PSD传感器10b和信号处理电路10c，滤光片10a的目的是减少其他光的干扰，可以采用偏振片。

相机4，设置于高度定位组件5正上方，镜头对准载物台，选用高分辨率相机或者深度相机，用于拍照加工物体，经过图像处理作为显示背景或者建立物体的3D模型，便于直接观察操作刀，为了防止高度定位装置和操作机械臂遮挡物体的拍摄，优选将相机偏置70°左右。并且，当采用普通高分辨率相机时，边缘检测单元6b可以采用普通激光单元或线激光扫描单元，普通激光单元只能确定边缘(高度相差较大)但速度快，线激光扫描单元可以直接获得工件长高宽信息，但速度慢，当采用深度相机时，边缘检测单元6b应当选用线激光扫描单元，可以很精准的检测整个工件的高度，建立该工件的三维表面模型，通过图像处理技术和点云处理技术实现实时监测物体状况；

显示屏1，固定设置于基座9上，用于实时显示图像以及基本参数设置，比如目标状态和操作刀坐标以及简便参数设置；

操作控制器2，固定设置于基座9上的显示屏1近旁处，可以通过手动传输操作参数，也可以通过电脑学习优化产品参数实现自动操作，根据高度定位组件5和水平定位组件、球关节6ab旋转角度、刻刀6ac的实际长度可以计算出刻刀6ac刀尖实际坐标，从而在显示界面高亮标出，通过操作控制器控制加工过程的参数。

如图5所示，本装置工作原理为：先将待加工工件放置于载物台3a上，载物台3a在步进电机的作用下，通过滑槽3b移动至加工工位并停止，停止后，使步进电机保持使能但不发送脉冲指令，防止操作时载物台倒退，同时用夹紧机构将其夹紧，防止操作时载物台倒退，然后相机4正对载物台3a上的物体进行拍照；

拍照完成后，在边缘检测单元6a的控制下，连接横梁7a和水平移动件7b动作，控制操作臂6和定位臂同时作水平运动，实现边缘检测和定位，该过程具体为：操作臂6朝指定方向移动，在边缘检测单元6a检测到边缘后沿着边缘进行全部扫描，直到扫描的边缘可以形成封闭图形后停止工作，在这一过程中，定位臂与操作臂6同步运动，其上的水平定位光源8在基座9的PSD模块10上定位记录下工件的边缘坐标，由PSD传感器10b及信号处理电路10c记录后并发送至上位机；

水平定位完成后，竖直移动件7c开始升降，直至操作臂6侧面的高度定位光源5a的光斑照射在高度定位组件5上PSD模块10的中心位置时，竖直移动件7c停止运动，完成操作刀6a绝对高度的定位，此时操作刀6a相对整个平面的高度达到基准值，由PSD传感器10b及信号处理电路10c记录后并发送至上位机，上位机根据图像处理，将照片上的物体与检测的边缘坐标进行整合，发送到显示屏1；

最后在显示屏1上选择手动/自动操作，根据高度定位组件5数据和水平定位组件数据以及操作刀6a数据，计算操作刀6a的刀尖实际坐标，并在显示界面高亮标出，再根据加工要求输入操作参数，控制操作刀6a进行加工，加工结束后装置各部分复位。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，包括相机(4)、基座(9)以及分别设置于基座(9)上的显示屏(1)、操作控制器(2)、移动载物组件(3)、高度定位组件(5)、水平定位组件、移动控制组件(7)以及分别固定设置于移动控制组件(7)上能够同步移动的操作臂(6)和定位臂，所述的操作臂(6)分别与移动载物组件(3)和高度定位组件(5)的位置配合，用于加工工件和高度定位，所述的水平定位组件设置于定位臂上，所述的相机(4)正对移动载物组件(3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的移动控制组件(7)包括由上到下依次连接形成T形结构的连接横梁(7a)、水平移动件(7b)和竖直移动件(7c)，所述的竖直移动件(7c)设置于基座(9)上，能够做竖直方向的升降动作，所述的水平移动件(7b)能够做第一方向的水平移动，所述的连接横梁(7a)能够做第二方向的水平运动，所述的操作臂(6)和定位臂分别设置于连接横梁(7a)两端。

3.根据权利要求2所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的操作臂(6)的底部设置操作刀(6a)和边缘检测单元(6b)，所述的操作刀(6a)包括依次连接的连接件(6aa)、球关节(6ab)和刻刀(6ac)，所述的球关节(6ab)用于调节刻刀(6ac)的角度和刀尖高度，所述的连接件(6aa)固定设置于操作臂(6)底部。

4.根据权利要求3所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的水平定位组件包括设置于定位臂底部的水平定位光源(8)和设置于基座(9)上且与水平定位光源(8)正对的PSD模块(10)。

5.根据权利要求3所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的高度定位组件(5)，包括设置于基座(9)上的支撑柱(5a)、设置于支撑柱(5a)上的PSD模块(10)以及设置于操作臂(6)侧面的高度定位光源(5b)，所述的高度定位光源(5b)与支撑柱(5a)上的PSD模块(10)相互正对。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的PSD模块(10)包括由上至下依次设置的滤光片(10a)、PSD传感器(10b)和信号处理电路(10c)，所述的PSD传感器(10b)用于接收光斑信号并进行定位。

7.根据权利要求4或5所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的移动载物组件(3)包括开设于基座(9)上的滑槽(3b)以及设置于滑槽(3b)内的载物台(3a)，所述的载物台(3a)能够在滑槽(3b)内水平滑动，所述的滑槽(3b)的两侧设置夹紧机构，用于夹紧载物台(3a)，所述的载物台(3a)上放置待加工工件，且当所述的载物台(3a)处于加工工位时，与操作刀(6a)和边缘检测单元(6b)相互正对。

8.根据权利要求1所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的相机(4)设置于高度定位组件(5)正上方，其镜头正对载物台(3a)，且相机(4)的偏置角为70°。

9.根据权利要求2所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的第一方向与第二方向相互垂直。

10.根据权利要求6所述的一种基于PSD的微操作辅助装置，其特征在于，所述的滤光片(10a)为偏正片，所述的相机(4)为深度相机，所述的边缘检测单元(6b)为线激光扫描单元。

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