收藏本站
《北京理工大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微器件高精度装配精确对准关键技术研究

唐永龙  
【摘要】:伴随着精密、超精密加工技术的迅猛发展,微制造技术的不断进步使得微小型器件向复杂三维结构方向发展。微小型系统的配合公差要求达到微米甚至亚微米级别。微器件装配系统在对准精度、微操作定位精度和装配感知力方面提出了更高的要求。 精确对准是实现微器件高精度装配的关键之一,微器件装配系统必须有高精度的目标零件与基体零件相对位置检测反馈环节。人的感知能力无法达到微器件装配所要求的微米量级,采用显微视觉图像检测来实现精确定位在微器件装配领域得到了广泛应用。普通显微光学检测在检测精度方面受到自身成像系统的限制,采用单一普通显微视觉检测无法突破光学衍射极限,装配对准检测精度难以达到亚微米级,无法实现亚微米精度对准。本文采用普通显微光学同轴对准检测与激光共聚焦同轴光学对准检测相结合组成的双光学检测系统,使微器件装配对准检测精度达到亚微米,并通过实际的实验系统进行了实验验证。论文的主要工作如下: 1.研究了高精度同轴光学对准检测总体技术:分析了基于正交光学对准检测的微器件装配系统面临的问题和受到的限制,在总结实验室课题组提出的正交光学对准检测的基础上,提出了普通显微光学同轴对准检测。对同轴光学对准检测机构存在误差时对对准检测精度的影响进行了理论计算和实验验证分析。分析了普通显微光学同轴对准检测在实际的微器件高精度装配过程中遇到的技术问题,普通显微光学对准检测精度受到光学衍射极限的限制,对准检测精度难以达到亚微米级。采用单目视觉无法实现目标零件与基体零件装配过程中z轴向的精确定位。提出了基于激光共聚焦的同轴光学对准检测方法,充分利用激光共聚焦测量的高精度,突破光学衍射极限,使微器件装配对准检测精度达到亚微米级,而且激光共聚焦可实现在z轴向的高精度测量。激光共聚焦同轴光学对准检测也存在视场小,工作距离小的问题。在综合考虑上述问题基础上,构建了基于普通显微光学的同轴光学对准检测和激光共聚焦的显微光学对准检测双检测系统构成的微器件装配对准检测实验平台。分别对普通显微光学同轴光学对准检测机构和基于激光共聚焦的同轴光学对准检测子模块进行了设计。 2.研究了同轴光学对准检测精度问题:对普通显微光学对准机构在棱镜存在微小角度偏差时对整个微器件装配系统装配对准检测精度的影响进行理论计算。通过六自由度精密角位移台按一定的步距人为给定角度偏转,分别存储每次角度偏转后标定板在成像系统像平面的像。最后,对所获取的图像分别进行处理,通过计算标定圆的圆心在像平面的偏移来计算棱镜存在微小角度偏差给对准检测精度带来的影响。基于激光共聚焦的同轴光学对准机构,采用了两片等腰直角三角形棱镜组成全反射光路。由于棱镜都是直角边长为5mm的小棱镜,棱镜的夹持相对来说更加困难,其引入的误差源相对来说也较多,文中将共聚焦棱镜对准机构作为总体以系统误差的形式来进行实验验证。作为系统误差,在获得系统误差的误差分布情况后可对其进行补偿来减小或消除。 3.研究了微器件高精度自动化装配对准图像关键特征提取与识别技术:微器件装配对准图像关键特征的提取与识别是实现自动装配的一个关键环节。研究了微器件装配对准关键特征图像选取及对准区域图像的裁切,对准关键特征图像边缘提取算法,图像不同偏向条件下边缘点自动选取方式,以及对准装配过程中轴向误差调整和角度误差调整的控制方法。采用考虑不确定性的装配对准图像局部特征匹配算法,实现了某平板类微小型结构件的自动化装配。 4.研究了微器件装配系统标定技术:分析了普通显微光学对准检测的镜头畸变标定技术。对同轴光学对准机构进行了标定,对具体的标定方案进行了详细的设计。对激光共聚焦同轴光学对准检测子模块进行了标定研究,设计了针对激光共聚焦的标定实验方案。最后,完成了对微器件装配目标零件与基体零件的夹持搬运机械手与精密调整位移台的标定。 5.微器件同轴光学对准检测实验研究:根据微器件装配系统平台设计性能指标和功能要求,给出了微器件装配系统实验平台总体方案。建立了基于普通显微光学同轴对准检测与激光共聚焦同轴对准检测实验平台,并通过实际的微器件装配实验验证微器件装配实验平台装配精度。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TG95

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 叶鑫;张之敬;王强;孙媛;张晓峰;;可重构12自由度微装配技术及其实现[J];北京理工大学学报;2009年09期
2 王强;张之敬;叶鑫;;宏微结合的12自由度微装配系统精度分析[J];北京理工大学学报;2011年01期
3 刘冲;梁勇;李经民;刘军山;王晓东;;微流控芯片操作机器人碰撞保护装置的设计[J];光学精密工程;2009年01期
4 唐永龙;张之敬;张晓峰;孙媛;;微装配正交精确对准系统的设计[J];光学精密工程;2012年07期
5 郑巍,徐毓娴,李庆祥;微器件装配系统总体方案研究[J];光学精密工程;1998年04期
6 吴文荣;余大海;裘祖荣;黄心汉;王红莲;罗敏;;毫米器件半自动微装配系统研制[J];传感器与微系统;2013年01期
7 周刚慧,施鹏飞,曹长江;微型机器人视觉系统的实现[J];测控技术;2001年05期
8 张江波,朱涛,王越超,谈大龙;一种具有纳米定位精度的四自由度微动平台的研制[J];机器人;2003年03期
9 卢桂章,张建勋,赵新;面向生物工程实验的微操作机器人[J];南开大学学报(自然科学版);1999年03期
10 ;AN EXTENSION OF TOPSIS FOR FUZZY MCDM BASED ON VAGUE SET THEORY[J];Journal of Systems Science and Systems Engineering;2005年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩强;;基于广义Hough变换的手写文档整词定位[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
2 程刚;郑小华;阳锋;徐祖舰;;三维全景视觉技术在农业机器人中的应用[J];安徽农业科学;2010年34期
3 何海燕;施培蓓;;基于改进AdaBoost算法的行人检测方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年03期
4 吴慧兰;刘国栋;刘炳国;胡涛;浦昭邦;;ICF实验靶定位技术研究[J];半导体光电;2008年05期
5 田桂中;陈涛;王淑妍;刘志强;;生物工程中自动化显微注射技术研究进展[J];微纳电子技术;2011年08期
6 陈京;袁保宗;刘渭滨;;多视点标定图像的交替迭代度量重建方法[J];北京交通大学学报;2012年02期
7 李皓;梁元勋;;浅议计算机辅助外科技术的应用[J];北方药学;2011年11期
8 周峰;刘辉;李超峰;;SIFT算法在图像配准中的应用[J];办公自动化;2009年22期
9 刘彬;叶丽娜;;一种基于SIFT特征的序列图像拼接算法[J];兵工自动化;2009年06期
10 刘焕敏;王华;段慧芬;;一种改进的SIFT双向匹配算法[J];兵工自动化;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;Rapid Target Recognition and Tracking under Large Scale Variation Using Semi-Naive Bayesian[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 ;A High-level Image Sequence Fusion Algorithm for Human Detection[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 邹丽晖;陈杰;张娟;窦丽华;;一种基于时空域流形的视频序列图像拼接算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;Machine Vision Based Flotation Froth Mobility Analysis[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 孙明竹;赵新;程小燕;孙程;卢桂章;;面向复杂作业的微操作机器人关键技术研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
7 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 田文;多视图图像的快速三维场景重建[D];华中科技大学;2010年
9 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
10 章鹏;多尺度特征检测:方法和应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
4 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
5 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
6 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
7 任天宇;自稳定航拍系统算法与设计[D];长春理工大学;2010年
8 李跃;三维运动估计在织物动态仿真中的应用[D];浙江理工大学;2010年
9 娄铮铮;sIB算法在图像无监督分类中的应用研究[D];郑州大学;2010年
10 王博;全景视觉智能移动机器人固有环境定位[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘敏,彭刚,黄心汉;适用于微粒操作的真空微夹研究[J];兵工自动化;2002年04期
2 雷志刚,黄心汉;机器人压电陶瓷微操作手的设计[J];兵工自动化;2004年02期
3 叶鑫;张之敬;孙媛;王强;;集成微力检测与反馈的双晶片微夹持器[J];兵工学报;2009年09期
4 张林;张之敬;杜芳;金鑫;;基于工艺匹配的微小型结构件边缘检测方法[J];北京理工大学学报;2009年12期
5 罗翔,沈洁,颜景平;微装配的若干关键技术[J];电子机械工程;2002年01期
6 王跃林,苏以撒,王文;微电子机械系统[J];电子学报;1995年10期
7 张培玉,武国英,郝一龙,李志军;微夹钳研究的进展与展望[J];光学精密工程;2000年03期
8 陈伟,钟健;面向工业机器人系统的三种可靠度配置策略的研究[J];光学精密工程;2002年02期
9 罗怡;王晓东;杨帆;刘冲;;变温蠕变实验的COP微流控芯片热压制备[J];光学精密工程;2007年07期
10 陈伟;钟健;;基于精度成本控制的精密传输机器人系统可靠度优化配置方法[J];光学精密工程;2007年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李江昊;基于毫米级移动微机器人的微装配系统运动控制与路径规划研究[D];上海交通大学;2009年
【相似文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 唐永龙;微器件高精度装配精确对准关键技术研究[D];北京理工大学;2014年
中国知网广告投放
相关机构
>北京理工大学
相关作者
>唐永龙
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026