陀螺组件机器视觉精密装配设备开发

1.装配任务

本项目面向导航关键器件的自动装配，研制陀螺组件机器视觉精密装配设备。其装配流程如下图所示。待装配的组件有两组：薄片组件和金属支架。系统装配的两个零件为层叠式，先装配薄片组件，再装配金属支架，金属支架装配到薄片组件的上方，并保证其装配精度。

2.硬件系统设计

通过对装配任务进行分析，将系统搭建的设备的硬件部分分为四个功能模块，分别为：

• 装配作业模块

• 精密视觉测量模块

• 基座安装模块

• 上料模块

系统需要实现以下功能：

• 三自由度的运动控制
• 视觉的检测
• 压力控制
• 真空吸附
• 机械夹持

硬件连接图为：

2.1装配作业模块

如图所示，为精密装配系统的装配作业模块。装配作业模块主要分为：

• 三轴移动滑台

• 机械臂结构

机械臂固定在三轴移动滑台上，通过X、Y、Z三轴移动平台的运动改变作业机械手的位置，完成零件的装配作业。

2.1.1三轴移动滑台

三轴移动滑台由三根同样性能的导轨X、Y与Z轴以及电机构成，如图3.3所示，从装配策略以及运动空间考虑，X轴选用了150mm的行程，Y轴与Z轴选用了75mm的行程，出于对装配在导轨A、B、C三点配备了限位开关，分别为正限位、原点与负限位，限位开关可以将导轨的移动位置转换为电信号，控制导轨的运动位置，还可以通过限位开关来限制导轨的行程，避免发生碰撞。

2.1.2机械臂装置

机械臂是实现待装配零件拾取、运输与放置功能的主要组件，也是保证装配精度的关键。如图所示，机械臂主要部件有柱塞、微动开关、吸附头、机械夹钳、力传感器、柔性结构及各部件的连接板。

薄片组件靠吸附头吸附；

金属支架靠夹指夹持

2.2视觉检测模块

如图所示为精密装配系统的视觉检测模块，视觉检测模块主要有视觉检测装置和三轴移动滑台组成。视觉检测装置由工业相机、同轴光源、环形光源以及远心镜头组成。视觉检测模块通过相机连接板和加强筋固定在三轴移动滑台上，通过x、y、z三轴移动平台的运动改变视觉检测系统的位置，完成待装配零件的结构特征的识别。零件在装配前都需要通过视觉检测模块检测零件的位置坐标。金属支架在装配前需要进行零件的选配，视觉系统检测零件结构特征，判断零件是否合格。

本系统的图像采集系统选型为：

• 选用的工业相机为MER-630-60U3M-L型
• MML1-HR65D型的远心镜头
• LED同轴光和环形光

2.3基座模块

基座的安装模块主要功能是保证基座在装配过程中的稳定性。为了实现系统的高精度装配，在保证基座装配过程不发生移动外，还要保持基座上表面的水平。

2.4上料模块

待装配的零件在装配前需要涂胶后放在上料座中，系统设计的上料座如图3所示。薄片组件的中心和外圈需要涂胶，所以上料座该部分设置悬空，避免胶粘到上料座上。金属支架选配时是倒置在上料座上，所以在金属支架上料座的中心设计了一个圆孔，通过该圆孔与金属支架上的圆柱实现约束定位，再通过与开口槽对准，完成零件检测时位置的固定。金属支架在装配前的定位是通过金属支架上料座的凸台。

3.软件设计

3.1硬件调试软件

利用MFC 调试软件,集成视觉检测、图像处理、数据采集、串口通信等模块。

3.2生产线装配作业软件

本软件采用模块化设计方法，单独编写、调试各个功能模块，最后再集成为一个完整的系统。用于将各个功能模块集成为一个完整系统的功能模块即为系统主控模块，其功能是人机交互，协调功能模块的运行，软件系统结构如图1所示。用户在软件界面上操作时，主控模块控制相应功能模块起停，并将执行情况在软件界面上显示，同时反馈给用户，关键装配参数和产品型号等自动记录，以备查询。

技术特点：

(1)稳定高效的智能识别算法

本软件通过对复杂的陀螺组件进行“八图拼接”并针对零件表面的各种可能出现的情况依次进行讨论，最终实现九成以上零件是否达标的筛选，效果明显，识别准确稳定，同时为同类别零件的筛选提供借鉴价值。

(2)多线程设计

本软件的装配过程单独开辟线程，与主界面操作线程分离，保证程序的快速响应，执行效率高，解决软件运算过程中由于抢占资源而卡死的情况。

(3)模块化编程思想

本软件采用的是模块化编程思想，让各个部分互不影响分别编写，方便多人合作，开发效率高，周期短。，软件中应用了STL标准数据类型、高质量的开源图像处理库OpenCV和数据驱动模式等降低软件的出错率，提高系统的鲁棒性和可复用性。

(4)界面设计可操作性强

界面设计简洁，关键键位绑定响应按钮，操作方便，生产高效。为防止用户误操作，在各种情况下，对不需要控制的按钮都设置了按钮禁用。人工只需操作控制按钮部分即可完成软件的操作，人机交互友好。