跨尺度微管微球三维半自动装配点胶系统

设计和搭建了一个3D半自动装配点胶系统,用于完成跨尺度零件微管与微球的三维装配点胶任务。系统主要由体视显微镜、变焦金相显微镜、发光二极管(LED)背光源、pL级点胶机、微操作手和零件夹持器组成。采用显微镜高低倍转换的方式实现了零件跨尺度特征的检测。基于提出的半自动装配点胶策略,并配合人工引导和显微视觉伺服技术,快速完成了跨尺度零件的半自动高精度对准和插入点胶。在搭建完成的系统上开展微管与微球的装配点胶实验,对提出的方法和装配精度进行了实验验证。结果表明,系统的位置对准误差优于1μm,角度对准误差优于0.5°,可以实现末端直径10μm的微管与孔径12μm的微球之间的装配和胶接,基本满足对该组件的装配精度和成功率要求。     

一种微型步进电机的微胶接装配方法的研究

采用微胶接技术装配微型步进电机的基体和导轨。对胶粘剂的点胶特性进行实验,指出微电机胶接装配中影响胶接质量的两个关键因素是胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散。为了解决该问题,在基体胶接区表面通过蚀刻方法加工出凹槽结构,给出凹槽尺寸的确定原则和胶接实验的条件。结果表明,凹槽结构对胶滴体积具有“容错性”,可以在一定程度上克服胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散对微胶接装配质量的影响,但胶滴点胶的位置误差可能引起胶滴溢出凹槽。     

移动节零件装配防错装置的设计及应用

微型轿车所用的等速万向节传动轴中的移动节装配过程中，仅靠目测装配会发生一个或多个零件方向装反的现象，若将错装零件发给顾客，会遭到顾客退货、索赔。介绍了一种防止移动节零件装错的装置。可确保零件装配后100％合格。     

微硅加速度计中静电键合封接技术的应用

在微硅加速度计的研制中,静电键合具有传统胶接技术所无法比拟的优点,是目前该加速度计研制中广泛应用的粘接技术。叙述了静电键合技术的机理和它在微硅加速度计装配中的具体工艺流程,指明了技术的关键之处,并分析了该技术的优缺点,提出了进一步改进的方案。     

跨尺度微小型零件的识别定位与装配

针对微小型零件装配过程中基体件尺寸过大与显微视觉视场较小相矛盾的问题,研究了显微视场下的微小型零件识别定位技术。为提高微装配精度,首先,通过图像预处理去除噪声干扰;然后,采用最小二乘法和形状模板匹配方法检测目标件参考基准点与偏角;最后,通过零件位姿信息的坐标转换,实现了微小型零件的精确装配。经过实验验证,关键零件的装配精度满足工艺要求,配合偏差优于5μm,平行度优于0.003°,该装配方案可靠地完成了跨尺度微小型零件的高精度装配。     

基于数字图像相关的粘接界面内聚力模型参数反演识别

胶接装配具有结构简单、质量小、尺寸小、工艺性好等优点，但脱胶破坏等界面失效形式的出现对胶接结构的使用提出了挑战。内聚力模型可以有效表征粘接界面的损伤失效过程，其参数的准确获取对粘接结构的可靠性分析和设计具有重要意义。文中提出了一种基于数字图像相关技术、有限元模拟计算和智能优化算法相结合的内聚力模型参数反演识别方法。首先，采用数字图像相关技术获取双悬臂梁试件在拉伸断裂过程中的粘接区域位移场；其次，基于双线性内聚力模型，建立双悬臂梁试件拉伸断裂的有限元模型，并仿真获得双悬臂梁试件粘接界面开裂过程的位移场信息；最后，采用人工鱼群优化算法迭代试算双线性内聚力模型参数，直至有限元仿真的位移场与数字图像相关技术获取的位移场之间的误差最小。     

机械产品非线性装配顺序规划研究

提出了用于机械产品非线性装配顺序规划的关系码矩阵模型，通过编码将所有的装配关系信息集成于一个简单矩阵中，用连接模式，即二进制数模板技术来识别装配时零件的几何约束。基于关系码矩阵模型给出了规划可行的装配顺序，检测装配过程中零件的稳定性及识别子装配的计算方法，使用遗传算法搜索并优化装配顺序，用复合表表示遗传算法中个体的装配顺序。最后，通过一个实例验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

基于虚拟装配技术的胶球清洗系统收球网的设计

把虚拟装配技术用于胶球清洗系统收球网的设计过程中,实现了收球网的虚拟装配,完成了收球网的动态模拟。     

BONDING OF MINIATURE PARTS WITH ADHESIVES AND VISION BASED PROCEDURE INSPECTION

Bonding with adhesives is an important technique for building up hybrid microsystems.Some adhesives are tested with capillary dispensing system for microassembly, and volume of dropletsless than 10 nl with good repeatability can be acquired. 1-part UV curing adhesive hardens rapidly andis suitable for bonding of transparent microparts. Light-activated adhesive starts the curing process inan adjustable short period of time after the radiation of visible light, and thus suits bonding ofnon-transoarent microparts. A method is proposed for bonding the guides of a miniature linear motorbeing developed by collaborate research center 516 (SFB516) in Germany.With the method high as-sembly accuracy in the vedical direction can be guaranteed. By making small grooves on the stator forcontaining adhesive, the deterioration of the accuracy due to the thickness of adhesive layer can beavoided. The criteria on deciding the size of the groove are given and analyzed. Vision based inspec-tion method is introduced for aut     

Effect of pulsed magnetic field on the grain refinement and mechanical properties of 6063 aluminum alloy by direct chill casting

This paper presents different analyses by cooperation of multimobile micromanipulation systems (M⁴S) for robotic microassembly where assembly is performed in a grid pattern by dividing it into different zones. To cater this need, a new design of M⁴S for robotic assembly is proposed where different peg-in-hole assemblies are carried out. For attempting the different combinations by cooperation of M⁴S, a novel algorithm is developed which provides a solution for robotic microassembly in a more efficient and precise manner within less time. Experientially, it is proved that this novel design of M⁴S is capable of performing the different manipulation tasks of miniature parts. Different analyses prove its potentiality of robotic assembly in industrial applications.     

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.     

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。     

RETRACTED ARTICLE: Automatic micropart assembly of 3-Dimensional structure by vision based control

We propose a vision control strategy to perform automatic microassembly tasks in three-dimension (3-D) and develop relevant control software: specifically, using a 6 degree-of-freedom (DOF) robotic workstation to control a passive microgripper to automatically grasp a designated micropart from the chip, pivot the micropart, and then move the micropart to be vertically inserted into a designated slot on the chip. In the proposed control strategy, the whole microassembly task is divided into two subtasks, micro-grasping and micro-joining, in sequence. To guarantee the success of microassembly and manipulation accuracy, two different two-stage feedback motion strategies, the pattern matching and auto-focus method are employed, with the use of vision-based control system and the vision control software developed. Experiments conducted demonstrate the efficiency and validity of the proposed control strategy. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Dong Hwan Kim Lidai Wang received the B.A. Sc. and M.A.Sc. degree in instrument science and technology from the Tsinghua University, Beijing, China, in 2003 and 2005, respectively. He is currently working toward the Ph.D. degree in mechanical engineering at the University of Toronto, ON, Canada. His research interests include data fusion, computer vision, robotics, micromachines and control. His M.A.Sc. work involved the development of an inertial measurement unit and data fusion algorithm for use in miniature aerial vehicle. His current research specializes in the automation of robotic microassembly and its application. Seungmin Kim graduated with Bachelor’s degree in Mechanical Engineering (1992), Master’s degree in Mechanical Engineering (1996) and completed the Ph.D. degree in Mechanical Engineering (2005) from the Pukyung National University, Pusan, Korea, specializing in control system design. His research interests have encompassed a number of related areas, including: robotics and automation, motion controls, and mechatronics, design and control of high speed machines, MEMS 3D assembly, MEMS robotic task execution, etc. He works as a post-doctoral researcher at the University of Toronto in Canada from January 2008. Since 2005, he has been with the Mechatronics Examination Team at the Korea Intellectual Property Office, and is now an Assistant Director.     

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。     

微装配的若干关键技术

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。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。最后对微装配的发展方向进行了讨论。     

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     

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。