用于MEMS传感器批量制造的微装配系统

手工操作限制了MEMS传感器的批量生产.为了降低生产成本,同时提高传感器的产品质量,研制了柔性自动阳极键合系统.该系统包括一系列功能模块,包括精密定位系统、显微视觉子系统、柔性微操作手、加热系统、键合夹具、物流系统以及其它的附属系统.通过模块重构和调整,可实现不同尺寸规格传感器的键合.基于显微视觉以及微装配系统的特性,提出了基于小波变换的自动调焦清晰度评价函数,同时提出了基于改进史密斯预估器的用于克服视觉延迟的伺服控制结构.集成一维微力传感器的微操作手可实现高精度和无损操作.为了实现自动化操作,开发了包括任务规划和实时控制功能的控制系统.试验验证了该系统的自动键合功能.     

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。     

一种集成微力检测的压电式微夹钳

针对微装配任务设计了一种双悬臂梁结构的压电双晶片微夹钳,该微夹钳由两个压电双晶片驱动．建立了压电双晶片的复合梁模型,并对它的微位移—电压特性、夹持力—应变特性进行了数学分析．通过检测悬臂梁根部的应变信号实现对微夹钳夹持力的检测．实验证明该微夹钳工作可靠,能够满足微装配机器人装配任务的要求．     

精密伺服工作台的模糊-PI复合控制的设计与仿真

对精密伺服工作台的定位控制方法进行了研究,提出了采用参数自调整模糊-PI复合控制的新型算法对伺服工作台进行闭环控制,实现精确定位;该方法具有自学习和自适应的特点,而且克服了传统模糊控制存在的静差和振荡问题;实验中给出了参数自调整模糊-PI复合控制器的simulink模型,并进行了仿真实验;实验结果表明该方法相对于一般的模糊控制和PI控制具有良好的超调和响应快速性,通过优化自调整参数和模糊控制规则,可以得到更好的系统响应曲线,对于实际控制系统,该控制算法具有较好的稳定性.     

基于散焦图像特征的微装配机器人深度运动显微视觉伺服

为了描述微操作手深度运动,采用灰度方差聚焦评价算子计算机械手散焦图像特征．散焦特征曲线理论上为单峰分布,峰值点对应显微光学焦平面深度位置．实际提取的散焦特征含有大量随机噪声,利用非线性跟踪微分器抑制噪声实现对机械手散焦图像特征及其微分信号的无颤振光滑逼近．依据散焦微分信号设计粗—精两级自寻优视觉控制器,完成微操作手对装配平面深度的精确定位．微装配深度运动实验验证了本文方法的有效性,机械手深度伺服误差为75 μm．     

专用视频放大器模块的设计原理

专用视频放大器模块集高增益、大动态、低噪声于一体，而且处理的信号比较复杂，在设计上具有相当难度。选择合适的器件是基础，而使器件工作在最佳状态，设计一个良好的信号通道则是关键；同时，一个品质优良的放大器必须要有关键的参数来表征，因此参数的选择、定义以及相关的测试技术极为重要。本文介绍的视频放大器模块总增益高达９０ｄＢ，带宽１０ＭＣ，系统ＡＧＣ控制范围７０ｄＢ，输出幅度１￣８Ｖｐ－ｐ，噪声电压３０μＶ     

毫米级全方位微装配机器人的识别、定位及运动控制

介绍了一种毫米级全方位微机器人,设计用于微型工厂中的微装配操作.采用外部计算机视觉系统进行监控,先利用CCD摄像头捕捉微型机器人顶部及夹钳上的特征标志,再通过设计的视觉处理方法,实现了对微机器人的高精度识别和定位.在利用计算机视觉进行反馈控制的基础上,采用了对装配平台进行分区、快速前进与高精度步进相结合的运动控制策略,实现高精度的微装配任务.实验验证了以上方法和策略的有效性.     

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。     

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。