微装配技术的发展现状及关键技术

微机械电子技术的快速发展及其系统结构的日趋复杂,促进了微机电系统中微装配技术的日益蓬勃发展.因此对微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的重视.详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术,包括微装配机理、显微视觉技术、微夹持器、微驱动技术等,最后对微装配的发展进行了展望.     

微装配技术的发展现状

微器件的装配并不是一个新兴的领域 ,但随着微加工技术、显微技术和集成电路技术的发展 ,微装配概念发生了根本性的变化 ,产品的范围和应用领域被拓宽 ,出现了许多新的技术 ,它的发展是与微机电系统 (MEMS)、纳米技术 (Nanotechnology)密切相关的。本文对微装配技术的发展现状进行了综述 ,介绍了微装配的特点和使用的许多新技术     

微装配技术的进展和发展趋势

随着微机电系统的快速发展,对微装配技术的需求日益迫切.本文详细地综述了近年来微装配技术发展的几个主要方面,包括微装配机理,视觉伺服微装配的结构,微夹持器等等.文章最后对今后微装配的发展方向进行了讨论.     

采用柔性运动微机器人的微装配系统

微型化是机电一体化发展的一个重要方向.微机械产品可用于电子、通讯、交通、计算机、生物医学、精密机械、航空航天、材料科学、生态农业、地球科学等众多领域并为这些领域带来新的突破和飞跃.微机械装配技术是微产品开发的关键技术之一.本文介绍一种柔性好、精度高、装配快的基于微机器人的微装配站系统.     

微器件装配系统总体方案研究

微器件装配技术是微机械的关键技术之一,本文从微器件装配系统的特性和功能出发,提出了一套微装配系统设计方案,并对系统各个组成部分进行分析,介绍了系统实现的方法。     

微器件装配系统与关键技术

微装配技术是实现组合结构的微机械电子学系统的关键技术之一。本文介绍了目前两种典型的可以实现不同功能的微器件装配系统以及设计微器件装配系统的关键技术。     

微器件装配系统机器视觉的实现

高精度的机器视觉系统是实现微器件装配的关键之一.本文对微器件装配系统中机器视觉的功能和过程进行了设计,并对各部分算法进行了改进设计使其能够满足微装配的实时检测定位的功能.对微器件中广泛存在的圆形轮廓进行了识别定位的实验,结果表明该视觉系统能够为微器件的装配提供精确的定位参数可以保证微装配过程的实现.     

基于机器视觉的微装配控制策略及软件架构

微装配是制造由不同材料组成的复杂微系统关键技术。本文针对装配控制和软件架构等微装配实用化的重要环节开展研究。对微装配具体需求、工作流程、人机交互方式进行了分析,建立一种基于显微机器视觉的微装配平台,提出先看—后动的微装配控制模式,建立了包含任务层、策略层和行为层的控制分层架构。围绕软件可复用性,对软件部分的核心类和类之间关系进行了分析,主要采用面向对象的聚集关系构造任务层和策略层中的类,最终实现了微装配控制系统软件。利用本系统对由6个无人工标记点的微型零部件组成的系统进行了微装配实验,采用工具显微镜对所装配的微系统关键技术指标进行了测量和对比分析。实验结果表明：自动装配与手动装配的同轴度误差平均值相近,而对称度误差平均值有改善,自动装配的各项指标不确定度误差均明显优于手动装配结果,提高了所装配的微系统互换性。利用本文建立的基于机器视觉的控制方法可以有效地对复杂微系统进行装配,基于分层架构建模和开发的软件具有较高的人机交互性、鲁棒性和可复用性。     

微颗粒的三维空间跨尺度装配方法

针对微颗粒空间装配的问题,以外径为十几微米的微颗粒与外径为几百微米的柱腔装配为研究对象,开展微颗粒空间跨尺度装配方法研究。首先,针对微颗粒受到基底表面作用力影响不易被拾取与释放的问题,分析了微颗粒的受力情况,设计了真空吸附式微夹持器用于微颗粒的拾取与释放;然后,针对由于微颗粒与柱腔的尺寸跨度大,很难实现装配过程中二者空间位置实时监测的问题,设计了具有多维视觉监测功能的微装配机器人并且建立了多维视觉监测模型,实现微颗粒与柱腔装配过程的在线监测;最后,提出了基于多维视觉监测模型的微颗粒与柱腔空间半自动装配方法。实验结果证明了所提方法的有效性,并且实现了将外径为20μm的微颗粒放入外径为200μm的柱腔内的目标。该方法适用于微机电系统制造中微颗粒的三维空间装配。     

平板类微小零件装配控制策略与软件架构研究

针对不同尺寸的平板类微小零件装配问题,将视觉技术引入到微装配作业中,对微装配控制策略和软件架构进行分析研究。根据微小零件结构特点、尺寸与装配精度要求,提出"Look and move+Visual servo"相结合的微装配控制模式,采用由界面层、数据层和逻辑层组成的分层软件架构,建立基于视觉的真空吸附式微装配系统平台。围绕集成化、可复用性要求,进行软件框架类继承关系的分析,采用基于动态链接库和VC++的MFC应用程序框架编程方法,集成Halcon视觉算法库,应用数据驱动模式,最终实现微装配控制软件设计。基于控制方法对由5个不同平板类微小零件组成的微组件采用三种不同装配方式,分别进行8组装配试验,并对其关键精度指标进行测量与分析,其测量结果表明,三种装配方式中姿态调整自动装配方式装配效果最佳,微组件的同轴度和平行度误差基本满足装配精度要求,微装配的适用性有明显改善。此控制方法可以有效的用于其他微装配系统,且具有良好的鲁棒性、可复用性和人机交互性。     

MEMS微装配机器人系统的研究

首先总结了国内外微装配机器人系统及其关键技术的研究现状,并列举了部分应用实例。然后在分析微装配特点的基础上,提出了在显微视觉、多传感器信息融合控制以及微夹持器设计的解决方案。最后展望了微装配机器人及其关键技术的发展趋势。     

A flexible microassembly system based on hybrid manipulation scheme for manufacturing photonics components

In this paper, a flexible microassembly system based on hybrid manipulation scheme is proposed to apply to the assembly of photonics components such as lensed optical fiber ferrules and laser diode (LD) pumps. In order to achieve both high precision and dexterity in microassembly, we propose a hybrid microassembly system with sensory feedbacks of vision and force. This system consists of the distributed six degrees of freedom (DOF) micromanipulation units, the stereomicroscope, and haptic interface for the force feedback-based microassembly. A hybrid assembly method, which combines the vision-based microassembly and the scaled teleoperated microassembly with force feedback, is proposed. The feasibility of the proposed method is investigated via experimental studies for assembling micro-optoelectrical components. Experimental results show that the hybrid microassembly system is feasible for applications to the assembly of photonic components in the commercial market with better flexibility and efficiency.     

毫米级全方位微机器人结构设计与控制对运动精度的影响研究

运动精度是微操作机器人的一个重要参数。针对一种用于微装配操作的毫米级全方位微机器人,分析了影响其运动精度的两个重要方面,即结构设计与控制。分析了结构设计方面的优点和不足,主要涉及传动系统、轮子的安装等。控制方面涉及路径规划和驱动器电磁微马达等。针对微机器人直线运动的非线性问题,提出了对工作区域进行分区的路径规划控制方法。针对电磁微马达的结构特点,提出了矢量合成、力矩自平衡等特殊的控制方法和思想,将微机器人步进运动精度提高了3倍。应用微机器人进行的微装配实验证明了以上方法的有效性。     

基于实体模型的虚拟微装配视觉伺服研究

微装配的主要问题是装配的器件小,装配精度高,一般用显微镜作为视觉传感器对装配运动进行控制。在大放大倍数下,显微镜的视场和景深很小,这时操作对象和操作工具就不会同时处在焦平面内,使得图像模糊,操作很难完成。利用显微镜的聚焦理论,提取对象的三维信息,构造对象的实体模型,使微装配在虚拟环境中进行,而实际环境只起监视的作用,当对象和工具不动时,虚拟操作环境不变化,而当操作对象和工具位置变化时,重构三维环境,使得虚拟环境和实际环境具有严格的位置对应关系。试验和仿真结果表明,该方法可以克服物体在显微镜下的失焦问题,而且操作方便。     

基于显微视觉的MEMS微装配系统研究

提出一种基于显微视觉伺服控制的MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机及关键技术模块的研制方案。以微型光谱分析仪极板粘接为示范应用开展了实验研究,表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究。     

Fabrication of 3D Metal Microstructures Using a Hybrid Process of Micro-EDM and Laser Assembly

A fabrication technique for 3D metal microstructures using hybrid process integrated micromachining and welding on a workstation is described in the paper. The system uses a micro-EDM (micro electro-discharge machining) process to fabricate microparts, and Nd-YAG laser welding to microassemble these microparts precisely. A diverse pattern of 3D metal microstructures or micromoulds can be attained via further machining procedures controlled by a CAD/CAM path after assembling. Since the product is completed in one integrated manufacturing process, some particular problems resulting from their small dimensions can be overcome, e.g. their high failure sensitivity, and the required micro-precision in the microassembly process. Using these procedures, diverse patterns, and high aspect ratios and high joint strength microstructures can be created precisely. To illustrate the microassembly strategies and procedures, a diverse pin–plate metal microstructure has been used and discussed in the study. It requires that the perpendicular tolerance between pin and plate, and the parallel tolerance between pins are good, and the twisting strength at the joint is strong. A diverse feature on the top of the pin was then further machined as a square, or hollow construction having an equiangular partition.     

微型零件胶粘接的微装配技术

微型零件的胶粘接技术是微装配中一种重要的联接技术，用于微小型产品的制造。本文介绍了微型零件的胶粘接技术及其所研制开发的用于胶粘接的微装配机器人系统，对微型直线电机导轨的胶粘接进行了说明，分析了胶粘接过程中可能出现的问题，提出了基于视觉图象对微型零件胶接过程的检测方法，通过图象处理测量胶滴的点样位置和大小，以确保胶粘接的质量。