精密微小装配系统柔性化技术

随着产品的微小型化, 人工装配作业的难度增大, 无法满足高性能微小器件装配的要求, 研制微小装配自动化设备是解决装配难题的有效途径。由于装配任务的多样化, 同时伴随着器件的改进或产品的升级, 以及缩短研发周期等诸多因素, 要求研制的微小装配设备能够对产品的快速变化做出响应。因此, 柔性化微小装配设备的研发是应对这一挑战的关键。本文重点介绍提升微小自动化装配系统柔性化的主要技术和方法, 即设备模块化方法和微小零件操作工具的自动换接, 并总结了研究进展, 在此基础上, 面向某一类微小器件的精密装配,提出了柔性微小装配设备的系统架构, 并简要介绍了基于这些系统架构所研制的精密微自动化装配设备。论文旨在为柔性化微小装配设备的研制提供一定的参考。     

微小型零件自动装配的软件设计与实现

针对微小型零件的装配问题,搭建了四轴微装配系统,利用VC++平台开发了微小型零件自动装配软件,实现了可视化人机交互式装配.微装配系统软件设计模式采用分层架构的思想,通过分析类和对象的关系,采用创建类的方式封装了微装配软件系统架构的主要模块.软件模块包括运动控制、气动控制、图像采集与处理、模板数据管理、示教再现以及相机标定.采用面向对象的方式实现了各个模块间的数据交换,创建了机器视觉与示教再现相结合的自动装配控制模式.装配测试表明:该系统运行平稳,装配过程中无需人工干预,可以很好地实现不同尺寸微小型零件的自动装配;软件具有很好的重复性、人机交互性和稳定性.     

基于机器视觉的微小型零件精密装配

基于机器视觉的精密装配是实现微小型零件自动组装的重要方法.所研制的基于机器视觉的自动装配系统解决了某小型产品装配中的关键问题,其中包括待装配的零件尺寸相差大、形状和特征多样、表面质量差别较大、需要同时保证组装的位置精度和形位公差等.采用Canny边缘提取、圆的最小二乘拟合、轮廓提取、质心主轴计算、图像拼接等方法实现了待装配零件的识别定位,通过设备坐标系统的转换保证了小型零件的精确装配.实验结果表明装配精度小于40μm.     

跨尺度微小型零件的测量与装配

针对跨尺度微小型零件的精密装配中显微视觉视场狭小与零件的特征尺寸跨度较大相矛盾的问题,研究了跨尺度零件的位姿检测技术,基于高、低倍显微视觉单元研制了自动装配系统,系统采用模块化体系结构及先看后动的装配控制模式.提出局部特征拼接法实现了跨尺度零件的定位测量,使用标定尺对系统坐标系之间的误差角进行了标定,采用参考基准法辅助对显微视觉单元切换后的装配基准进行定位.设计测试模板对系统测量精度进行了验证,结果显示高倍显微视觉单元的同轴度测量精度优于1.5 μm,平行度精度优于1μm.利用研制的装配系统进行了装配实验,实验结果表明,关键零件的装配精度满足工艺要求.该装配系统可稳定、可靠地完成跨尺度微小型零件的自动装配.     

高精度多环片自动装配控制技术

为了实现对微小环片零件的自动化装配,搭建了自动装配系统.通过4根直线导向轴与4个直线轴承来提高系统的导向精度和刚度.采用直线导轨进行各装配作业模块之间的切换,保证了微小环片零件的自动装配与取出.在环片的装配方向上,螺旋升降机和光栅尺实现环片的位置精度控制.在Lab VIEW编程环境中,采用分层软件架构和模块化控制思想,避免了不必要的数据循环检测与丢失,能够达到环片组件的装配精度要求.控制系统分为系统初始化模块、参数设置模块、装配模块和取出模块,自动装配系统通过各个模块间的相互交流配合完成装配任务.采用本文中自动装配系统装配环片的实验结果表明,环片零件装配的最大位置误差为26μm,垂直度误差为17μm,平均装配时间为75 s/片,可满足环片组件所需的精度要求.     

高精度电容式位移传感器校准方法的研究

介绍一种使用激光干涉仪结合单轴精密位移台对电容式位移传感器进行校准的方法。建立了一套高精度电容式位移传感器校准装置,利用单轴精密位移台位移与电压之间的关系产生纳米级的微小位移,同时使用激光干涉仪和待校准电容式位移传感器测量单轴精密位移台的微小位移。该装置可实现电容式位移传感器线性度、测量重复性以及测量分辨率的校准。实验验证了此校准方法的准确性和实用性,对影响校准的主要因素进行了分析,其综合不确定度为2.2 nm。     

基于显微视觉与微力觉柔顺混合控制的微操作机器人

简单介绍了一种基于显微视觉和微力觉柔顺混合控制的微操作机器人的系统构成，并重点介绍了显微视觉系统和微力控制系统的组成及工作原理。阐述了显微视觉伺服系统和力觉柔顺控制在微操作机器人中的作用。同时，基于视觉与力觉混合控制技术，以微小轴孔零件装配任务为研究目标，进行了微装配试验，并取得较好效果。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

一种挠性陀螺接头精密装配方法

介绍了一种挠性陀螺接头的精密装配方法和实验．首先对现有的陀螺装配方法和存在的问题进行了总结，建立了内外挠性接头装配后所形成的十字型铰链模型．利用伪刚度理论对该模型进行了分析，以此为基础分析了陀螺接头装配过程中的误差产生机理，提出了基于显微视觉图像分析结合力传感控制的陀螺接头装配系统．采用模块化设计思想，对装配系统中的精密定位、显微视觉和控制系统等关键技术分别研究，最后将单元技术集成，并进行了实验．装配的各项指标精度可以达到5μm．     

基于VRML的机械产品可视化装配及其应用

虚拟装配是虚拟现实技术在制造业中的一项重要应用,借助虚拟现实技术,在设计阶段就可以对产品进行虚拟装配。研究了网络制造环境下机械产品的可视化装配技术中动态VRML场景、虚拟装配控制、碰撞检测,提出了通过将虚拟模型运算交由服务器来完成的结构体系,解决传统虚拟装配中的碰撞检测技术的不足;并提出通过保存零件运动的关键点,对运动路径进行修改和控制的方法,减少了编写VRML程序的工作量。     

精密微小型零件自动装配系统显微机器视觉的照明自动优化

为了在微小型零件装配过程中始终获得质量最佳的零件图像,对显微视觉照明光强的自动优化问题进行了研究。为实现对零件的轮廓边缘与表面细节的照明,基于同轴光源与环形光源开发了照明自动控制系统。对比分析了四种图像质量评价函数的照明优化性能,提出了基于Roberts梯度和函数的图像质量评测方法,并应用于研制的装配系统。装配实验结果表明,光强优化过程快速准确,光强优化后目标边缘的对比度显著增强,消除了零件误识别现象,满足微小型零件高精度装配自动化的要求。     

自动控制数字化过盈偶件精密装配技术研究

目的 开展自动控制数字化的压装技术研究,以改善手工装配过盈偶件周期长、装配质量参差不齐等问题.方法 通过制定电机键槽宽度测量方法,获取合适的过盈量范围;随后设计狭小空间平键压装工装,计算不同材质的压装力,仿真分析压装力的范围.结果 过盈偶件过盈量为0.004～0.007 mm,合理压装力的范围为1～2.5 kN.结论 ...     

超精密仪器工程关键技术研究若干进展

介绍超精密仪器工程研究中的几个最近研究进展:二维和三维微小内尺度精密和超精密测量技术、超精密三维轮廓与坐标测量技术、无基准三维轮廓测量技术、超精密回转基准和直线基准技术、大输出力、高稳定性超微驱动技术等。这些问题代表了目前超精密仪器工程研究的发展趋势,优先发展仪器单元技术和解决关键技术是促使仪器工程精度水平迅速提高的关键。     

Materials Fabricated by Micro‐ and Nanoparticle Assembly – The Challenging Path from Science to Engineering

We classify the strategies for colloidal assembly and review the diverse potential applications of micro‐ and nanoparticle structures in materials and device prototypes. The useful properties of the particle assemblies, such as high surface‐to‐volume ratio, periodicity at mesoscale, large packing density, and long‐range ordering, can be harnessed in optical, electronic, and biosensing devices. We discuss the present and future trends in the colloidal‐ assembly field, focusing on the challenges of developing fabrication procedures that are rapid and efficiently controlled. We speculate on how the issues of scalability, control, and precision could be addressed, and how the functionality of the assemblies can be increased to better match the needs of technology.     

吊挂机构对力标准机工作准确度的影响与应对措施

静重式力标准机的加载系统是通过吊挂将砝码施加到被检测力仪上的.为保证工作平稳性和工作效率,吊挂必须附加一些复杂的机构.分析了1MN静重式力标准机的吊挂系统对力值检测计量精度的影响,建立了加载系统力学模型,从理论上分析了杠杆平衡装置、吊挂、防摆机构与系统测量准确度的关系,提出了误差计算方法和公式.结果表明,复杂的吊挂机构对系统的力值检测计量精度确是有影响的,但可以通过保证设备的机械结构装配精度来减小联结点的摩擦力,并同时保证位移控制精度来减小以至消除这种影响.     

大力测量技术的新进展--附着式超轻型大力传感器

大力传感器是现代重型装备的高科技电子信息器件。文章围绕重型大力传感器的微型化问题论述了重型装备大力测量的意义、特征及发展,讨论了大力分流测量的物理模型,介绍了作者发明的超轻型附着式大力传感器及其工程应用。     

基于点云三维重构的配合面装配间隙分析方法研究

在大型航空复合材料零部件装配过程中难免出现装配对接间隙,由于间隙较小,当构件固定之后内部间隙不可达,难以测量。因此,为了克服这一难题,完成装配体小间隙的测量,本文提出了利用逆向重建和虚拟装配的方式进行装配间隙测量的方案。本文基于大型航空复合材料零部件测量的背景,结合双目视觉测量原理,采用视觉与激光相结合的测量方式,研究从点云获取至装配仿真模型的逆向重建技术,在CATIA的虚拟环境下完成装配间隙的测量。