精密裝配中微小零件的定位不確定性探究

任民，李俊男，劉慶

（吉林江機(jī)特種工業(yè)有限公司，吉林 吉林 132000）

基于我國(guó)目前對(duì)微小零件的精密裝配問(wèn)題，需要著重考慮零件定位不確定性?；诖?，自動(dòng)化的裝配手段能夠在此過(guò)程中，提高裝配的精密程度。對(duì)于微機(jī)電等相關(guān)產(chǎn)品的微小零件的裝配，需要精確到微米，對(duì)零件進(jìn)行精密程度的標(biāo)定，以此探究零件在裝配過(guò)程中定位不確定性問(wèn)題。在裝配過(guò)程中，由于零件過(guò)于微小，會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)力、微靜電等相關(guān)問(wèn)題，最終影響裝配，產(chǎn)生誤差問(wèn)題。

1 定位不確定性的理論基礎(chǔ)

1.1 線段的定位不確定性模型

在進(jìn)行微小零件的定位過(guò)程中，需要依托誤差帶來(lái)對(duì)線段進(jìn)行精準(zhǔn)定位。以誤差帶的表中來(lái)判斷定位不準(zhǔn)確情況。在計(jì)算定位不確定性的過(guò)程中，需要運(yùn)用概率理論進(jìn)行計(jì)算。在此過(guò)程中，概率分布模型和置信域模型，在進(jìn)行線段定位分析過(guò)程中，應(yīng)用廣泛且計(jì)算方式較為準(zhǔn)確。在使用概率分布模型計(jì)算線段的定位不確定性時(shí)，需要對(duì)該線段上的點(diǎn)的集合密度進(jìn)行詳細(xì)分析，得出最終結(jié)果。而置信域模型則要比概率分布模型的使用的局限性更小，構(gòu)建區(qū)域范圍是真值落入范圍內(nèi)，進(jìn)行不確定性計(jì)算。

1.2 平面點(diǎn)的定位不確定性模型

（1）誤差曲線。對(duì)于點(diǎn)的定位不確定性分析過(guò)程中，點(diǎn)的實(shí)際位置和扁的理想位置是存在差異的。在計(jì)算誤差的過(guò)程當(dāng)中，只能依據(jù)相關(guān)的指數(shù)對(duì)誤差的某一方面進(jìn)行判斷，但是無(wú)法給出任意方向極為準(zhǔn)確的誤差值。由此，為了得到更加精準(zhǔn)的定位情況，需要對(duì)點(diǎn)的各個(gè)方向都詳細(xì)了解誤差分布情況。從0～360°的各個(gè)方向，都進(jìn)行誤差計(jì)算，最終點(diǎn)的軌跡形成的閉合曲線就是誤差曲線。利用誤差曲線在坐標(biāo)軸上的表現(xiàn)，與坐標(biāo)軸的夾角和呈現(xiàn)出來(lái)的面積，能夠更直觀地反映平面當(dāng)中的誤差大小。

（2）誤差曲線與誤差橢圓。誤差曲線的繪制難度較高，其繪制的圖形也多為不規(guī)則的圖形。在進(jìn)行曲線繪制的過(guò)程中，橢圓這種圖形，是點(diǎn)落入平面中所呈現(xiàn)的面積最小的。因此，誤差橢圓就成為誤差曲線的一種表現(xiàn)形式。然而，在進(jìn)行誤差曲線與誤差橢圓的繪制過(guò)程中，兩種圖形所表示出來(lái)的誤差概率是有一定區(qū)別的。但是，基于誤差曲線與誤差橢圓之間公式數(shù)據(jù)核算，能夠證明誤差曲線與誤差橢圓之間是有替代關(guān)系的，可以用誤差橢圓來(lái)代替誤差曲線，進(jìn)行定位不確定性的誤差分析。

2 定位不確定性的來(lái)源

2.1 各模塊誤差分析及其補(bǔ)償模型

（1）各模塊誤差分析。在視覺(jué)測(cè)量模塊裝配過(guò)程中，利用操作手進(jìn)行零件位置調(diào)整過(guò)程中，視覺(jué)測(cè)量和滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的相互配合中會(huì)產(chǎn)生誤差。由此會(huì)導(dǎo)致三維誤差和圖像采集誤差。而在進(jìn)行裝配作業(yè)的過(guò)程中，零件的對(duì)正、轉(zhuǎn)移和裝配都會(huì)是誤差受到影響。同時(shí)，當(dāng)視覺(jué)測(cè)量的坐標(biāo)軸與裝配模塊坐標(biāo)軸不平行時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致誤差。

（2）誤差補(bǔ)償模型。以圖像坐標(biāo)系、視覺(jué)測(cè)量坐標(biāo)系、裝配作業(yè)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系，作為基礎(chǔ)進(jìn)行誤差補(bǔ)償模型的建立，以此來(lái)探究誤差產(chǎn)生的原因。在進(jìn)行坐標(biāo)系的分析當(dāng)中，需要將各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的世界坐標(biāo)系中，在確定各個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

2.2 誤差模型參數(shù)標(biāo)定及不確定性分析

（1）像素尺寸標(biāo)定。以像素為單位的視覺(jué)測(cè)量，能夠進(jìn)一步地建立以像素尺寸標(biāo)定的模型。在圖像中標(biāo)定出具體的單個(gè)像素實(shí)際尺寸，調(diào)整相機(jī)位置和觀測(cè)點(diǎn)的光源，使觀測(cè)更清楚。在此過(guò)程中需要注意板面的清潔度，保證圖像可以清晰地被觀測(cè)到。由觀測(cè)結(jié)果可知。相機(jī)平面作業(yè)與平臺(tái)保持平行，能夠降低誤差。

（2）視覺(jué)測(cè)量坐標(biāo)系的標(biāo)定。在進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量的過(guò)程中，需要保持標(biāo)定板與坐標(biāo)軸平行。同時(shí)，需要控制測(cè)量模塊滑臺(tái)，在相機(jī)移動(dòng)拍攝圖像的過(guò)程中需要與測(cè)量模塊保持同向運(yùn)動(dòng)。由此進(jìn)行標(biāo)定，可以得出定位不確定性與像素尺寸的相關(guān)性更強(qiáng)，而角坐標(biāo)與滑臺(tái)的精確度對(duì)其影響較小。

2.3 其他誤差分析

（1）滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差分析。在進(jìn)行零件裝配過(guò)程中，通過(guò)視覺(jué)測(cè)量坐標(biāo)系等方式進(jìn)行標(biāo)定。依托滑臺(tái)的移動(dòng)配合操作手進(jìn)行零件釋放，在此過(guò)程中，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，會(huì)對(duì)零件裝配的精確程度產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，滑臺(tái)的精確程度，也會(huì)受負(fù)載力的影響，進(jìn)而導(dǎo)致更大的誤差產(chǎn)生在其中。對(duì)此，需要通過(guò)重復(fù)定位費(fèi)的方式，降低滑臺(tái)的在裝配過(guò)程中的誤差問(wèn)題。

（2）黏附力對(duì)定位不確定性的影響。黏附力在操作手與零件的抓取過(guò)程中，起著至關(guān)重要的作用，但是在零件的釋放過(guò)程中，黏附力就會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。由于黏附力過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致零件釋放過(guò)程中，釋放位置不精準(zhǔn)。在此過(guò)程當(dāng)中，由于毛細(xì)力和靜電力的影響，也會(huì)對(duì)黏附力的大小產(chǎn)生影響。毛細(xì)力和靜電力越高，黏附力則會(huì)更大。在釋放過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于定位不確定性產(chǎn)生的影響就會(huì)更顯著。

3 零件定位不確定性的影響

3.1 接觸狀態(tài)對(duì)不確定性的影響

在進(jìn)行零件裝配過(guò)程中，需要從接觸時(shí)間和接觸力兩個(gè)方面，來(lái)探討接觸狀態(tài)對(duì)定位不確定性影響的分析。通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究得出，接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)滑臺(tái)的溫度、震動(dòng)、運(yùn)動(dòng)與操作手的接觸時(shí)間相關(guān)性較強(qiáng)。但是，隨著操作手與零件之間的接觸力不斷變化的過(guò)程中，對(duì)于零件定位的不確定性影響也較小。由此得出，接觸力與接觸時(shí)間對(duì)零件的定位不確定性都不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

3.2 滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度對(duì)不確定性的影響

在針對(duì)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度對(duì)零件定位不確定性的影響分析的過(guò)程中，以操作手手零件分離的速度和時(shí)間作為判斷基礎(chǔ)。以具體的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度不斷攀升時(shí)，也會(huì)對(duì)零件的定位不確定性產(chǎn)生不良影響，其誤差也會(huì)隨之緩慢提升?；_(tái)運(yùn)動(dòng)速度快，就會(huì)導(dǎo)致操作手與零件分離的速度提升，黏滯力的提升會(huì)進(jìn)而產(chǎn)生更大的誤差。

3.3 環(huán)境濕度對(duì)不確定性的影響

毛細(xì)力和靜電力的強(qiáng)度與環(huán)境會(huì)有直接關(guān)系，而這兩種力會(huì)對(duì)操作手的黏滯力產(chǎn)生影響。而由于季節(jié)的轉(zhuǎn)換，環(huán)境濕度產(chǎn)生變化，對(duì)零件的定位不確定性之間的關(guān)系探討也會(huì)由此展開(kāi)。隨著環(huán)境濕度的不斷提升，會(huì)導(dǎo)致誤差曲線繪制過(guò)程中的面積不斷增大，產(chǎn)生更大的誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)零件定位不確定性的分析，從模型的繪制、標(biāo)定方式以及影響因素來(lái)探討。影響微小零件裝配的相關(guān)因素。定位不確定性是根據(jù)理想的定位點(diǎn)與實(shí)際觀測(cè)到的定位位置進(jìn)行判斷而得出的相關(guān)結(jié)論。從線段和平面點(diǎn)兩方面，進(jìn)行定位不確定性分析。除了依托線段的定位不確定方式外，通過(guò)平面進(jìn)行點(diǎn)的定位，也能夠進(jìn)行定位不確定性判斷。以圓形、矩形、橢圓形等信域建平面模型描述定位點(diǎn)不確定性。進(jìn)而對(duì)零件定位不確定性的誤差分析，以提高裝配的精確程度。