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.     

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.     

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。     

精密微小装配中的传感器与测量技术

装配是高性能精密微小器件或产品制造过程中的关键环节,由于零件及其关键结构的尺寸微小,微小装配必然是基于传感器与测量技术的精密装配。在微小零件装配过程中,需要精确测量待装配零件之间的相对位置和姿态的偏差,控制配合零件之间的接触力或接触状态。首先对用于精密微小装配的传感器技术进行了概述;然后结合精密微小装配中的应用需求,对机器视觉、力觉等主要传感器与测量技术进行了综述,并分析了精密测量与装配控制的技术与方法,旨在对精密装配相关的技术开发、装配设备研制提供参考和借鉴。     

增强现实环境下的产品装配引导技术

以增强现实环境下引导产品装配为目标,建立了面向增强装配过程的统一信息模型,管理文字、几何和产品装配特征等可视化引导信息。采用基于标志物的视觉跟踪技术实现虚拟零件和视频中真实零件的注册定位,通过建立虚拟和真实装配场景的深度图处理增强装配场景中虚实物体的遮挡关系。利用虚实零件的注册位置把装配引导信息叠加到装配视频场景中。并开发了演示系统,分析和说明了增强现实环境下引导产品进行装配的过程。     

浅议装配加工法在夹具制造精度中的应用研究

机械产品质量的好坏在很大程度上与装夹该产品夹具的精度有很大关系,传统的调整装配法是依据图纸加工出各零件,然后进行组装,该方法满足不了夹具精度的设计要求,一种特殊的加工工艺方法-装配加工法则易于获得精度的要求。本文首先对装配加工法进行了简单的介绍,之后结合一些典型的实例从夹具导向元件和定位元件精度要求方面,对其进行了详细的阐述,大量的实践结果表明,该方法在保证夹具生产精度上最为有效。     

小卫星装配建模与仿真的实现

采用基于模板的参数化特征建模方法，基于数据库驱动，主控零件驱动以及系统全关联数据结构的变形设计方法，基于装配规划和动画技术的装配仿真方法，基于多媒体技术和一次开发技术的用户界设计方法，在Pro/ENGINEER环境下实现了小卫星的参数化特征建模、变形设计、零件与装配的联动设计、装配仿真、干涉性检验和用户界面设计等。     

形状尺寸自动检测系统的设计

综合运用机器视觉技术和数控技术设计了一套能实现多种形状尺寸自动检测的系统。该系统使用步进电机驱动二维数控平台,采用CCD摄像头和光栅分段采集被测零件的轮廓图像和坐标,运用轮廓自动跟踪算法实现零件完整轮廓坐标数据的自动获取,利用形状尺寸检测软件实现零件直线度、圆度、平行度、垂直度等的检测。实验结果表明所设计的形状尺寸自动检测系统自动化程度较高,检测精度可达微米级。     

基于装配顺序的飞机装配容差信息建模

论文提出了基于装配顺序的装配容差信息建模方法,以装配仿真路径规划的装配顺序为基础,提取装配体中各零件的特征约束关系及相关的关键特征,进而获取组成环容差信息,建立装配容差信息模型。该模型考虑了装配顺序对装配误差累积过程的影响,减少了人工容差信息建模繁琐的交互操作,提高了装配容差信息的建模质量。基于DELMIA平台开发了飞机装配仿真系统。该系统已在工程上成功应用,提高了飞机装配仿真的效率,减少了飞机实际装配生产中的出错率。     

考虑装配变形的精密机床床身优化设计

为了减小装配变形,提高机床装配精度,提出了一种考虑装配变形的机床床身优化设计方法。首先,分析了机床装配变形部位和床身装配变形机理,研究了影响机床床身装配变形的因素及其影响规律;其次,基于响应面模型和遗传算法,提出了考虑装配变形的机床床身多目标优化方法,给出了优化设计流程;最后,以经典的机床床身为实例,以床身结构参数为设计变量,以床身质量、装配变形幅值、最大静变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,对床身进行优化设计。结果表明：床身长度和宽度方向的筋板数量和筋板厚度均对装配变形有重要影响;床身优化后,可有效减小装配变形,提高装配精度,同时使床身的质量更小、刚度更大和动态性能更优。研究结果不但为机床基础大件的结构分析与优化设计提供了参考,也为其他类似设备的多目标优化提供了理论依据,具有重要的工程实践价值。     

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。     

Minimising makespan in the two-stage assembly hybrid flow shop scheduling problem using artificial immune systems

Two-stage hybrid flow shop (HFS) scheduling problem followed by single assembly machine is addressed in this paper. To produce the final product, parts need to be processed on the HFS stages and thereafter, several parts are joined under the assembly operations based on the predefined Bill of Materials of the product. The aim of this research is to find the schedule which minimises completion time of the last product, i.e. makespan. For the considered problem, lower bound, heuristic algorithms and two metaheuristic techniques based on artificial immune system are developed. Computational results demonstrate that the proposed lower bound and heuristic algorithms outperform the existent lower bounds and heuristic algorithms.     

Maximising manufacturing system efficiency for multi-characteristic linear assembly by using particle swarm optimisation in batch selective assembly

Quality of an assembly is mainly based on the quality of mating parts. Due to random variation in sources such as materials, machines, operators and measurements, even those mating parts manufactured by the same process vary in their dimensions. When mating parts are assembled linearly, the resulting variation will be the sum of the mating part tolerances. Many assemblies are not able to meet the assembly specification in the available assembly methods. This will decrease the manufacturing system efficiency. Batch selective assembly is helpful to keep the assembly requirement and also to increase the manufacturing system efficiency. In traditional selective assembly, the mating part population is partitioned to form selective groups, and the parts of corresponding selective groups are assembled interchangeably. After the invention of advanced dimension measuring devices and the computer, today batch selective assembly plays a vital role in the manufacturing system. In batch selective assembly, all dimensions of a batch of mating parts are measured and stored in a computer. Instead of forming selective groups, each and every part is assigned to its best matching part. In this work, a particle swarm optimisation based algorithm is proposed by applying the batch selective assembly methodology to a multi-characteristic assembly environment, to maximise the assembly efficiency and thereby maximising the manufacturing system efficiency. The proposed algorithm is tested with a set of experimental problem data sets and is found to outperform the traditional selective assembly and sequential assembly methods, in producing solutions with higher manufacturing system efficiency.     

工程图学装配图读图的CAI课堂教学

装配体装拆过程的三维动态模拟，装配体装拆过程的二维视图动态模拟，由装配图拆画零件图的二维过程演示，这三者构成了工程图学中有关装配图读图部分完整的课堂教学模式。笔者结合工程图学独特的教学特点，论述了上述课堂教学模式中3个组成部分之间的内在联系和不可分割性。并以作者所在课题组的CAI课件研制成果为例，介绍了该课堂教学模式在课件中装配图读图部分的总体设计、实现方法与过程。     

基于网络的实时虚拟装配系统的研究

基于网络的虚拟装配为虚拟制造领域提出了一个崭新的思路和方法.提出了虚拟装配过程中约束的实时控制与虚拟装配仿真磁心定位的概念,从产品的装配分析角度出发,实现了网络环境下虚拟装配系统的智能化动态仿真、装配信息实时反馈以及虚拟环境下数据库的快速查询,并研究了仿真动画和交互的关键技术.     

Kitting and time efficiency in manual assembly

The present paper focuses on parts presentation in manual assembly. Its aim is to determine how kitting affects the time spent by the assembler fetching parts and, more specifically, what is the impact of the proportion of parts included in the kit. The present paper is based on four case studies of automobile assembly, in which parts presentation by kitting is compared with parts presentation in component racks. In the case studies, kitting enabled shorter distances between parts presentation and assembly object and thereby a potential reduction in the time spent fetching parts. However, when only a proportion of parts were kitted, the time spent fetching parts was not always reduced, in spite of this potential. The present paper finds that when deciding which parts should be kitted, attention should be paid to how and in what order assembly operations are performed.