基于形变检测的弱微零件过盈装配控制

毕列; 张娟; 杨毅; 吴文荣; 戴曦

doi:10.37188/OPE.20212910.2421

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基于形变检测的弱微零件过盈装配控制

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-11-01

- 基于形变检测的弱微零件过盈装配控制
- Interference fit control for weak micro-parts based on deformation detection
- 光学精密工程 2021年29卷第10期页码：2421-2431
- 作者机构：
  
  中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳 621900
- 作者简介：
  
  [ "毕　列（1991-），男，湖北天门人，学士，工程师，2014年于中国科学技术大学获得学士学位，现在中国工程物理研究院工作，主要从事自动控制、微装配技术研究。E-mail： blbilie@163.com" ]
  [ "张　娟（1985-），女，河南汝南人，博士，副研究员，2007年于郑州大学获得硕士学位，2013年于中国科学院自动化研究所获得博士学位，现在中国工程物理研究院工作，主要从事机器视觉、机器学习、微装配的研究。E-mail： lgdzhangjuan@163.com张　娟（1985-），女，河南汝南人，博士，副研究员，2007年于郑州大学获得硕士学位，2013年于中国科学院自动化研究所获得博士学位，现在中国工程物理研究院工作，主要从事机器视觉、机器学习、微装配的研究。E-mail： lgdzhangjuan@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国防基础科研科学挑战专题(TZ2018006);国家自然科学基金项目(61803354);新一代人工智能（2030专项）项目(2018AAA0103005)
- DOI：10.37188/OPE.20212910.2421
  中图分类号： TP273.3
- 收稿日期：2021-03-09，
  
  修回日期：2021-04-09，
  
  纸质出版日期：2021-10-15
- 稿件说明：
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毕列,张娟,杨毅等.基于形变检测的弱微零件过盈装配控制[J].光学精密工程,2021,29(10):2421-2431.

BI Lie,ZHANG Juan,YANG Yi,et al.Interference fit control for weak micro-parts based on deformation detection[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2421-2431.
毕列,张娟,杨毅等.基于形变检测的弱微零件过盈装配控制[J].光学精密工程,2021,29(10):2421-2431. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2421.

BI Lie,ZHANG Juan,YANG Yi,et al.Interference fit control for weak micro-parts based on deformation detection[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2421-2431. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2421.

摘要

针对过盈微装配中弱微零件易损的问题，以激光惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）研究中微靶关键部件—冷冻罩（Thermomechanical Package，TMP）组件装配作为研究对象，开展弱微零件过盈装配方法研究。首先，针对装配空间狭小及存在视觉遮挡，导致难以实现装配过程中硅臂形变检测的问题，提出了基于灰度变化的形变检测方法并建立了小爪灰度—形变模型；然后，针对受到显微视觉检测精度影响，硅臂与套筒微小位姿偏差不易检测的问题，基于硅臂受力变形情况分析，提出了硅臂与套筒位姿偏差定性判断方法，实现两者微小位姿偏差的检测；最后，基于零件灰度变化及几何分析，提出了微装配过程位姿偏差定量计算方法并设计了过盈装配控制策略。实验结果证明了所提方法的有效性，并且实现了过盈20~26 μm的TMP组件无损装配。该方法适用于微机电系统制造中微轴孔过盈装配。

Abstract

To address the problem of weak micro-parts vulnerable to interference fit damage in MEMS manufacturing

an interference fit control method for weak micro-parts was studied. The micro-assembly process of the thermomechanical package component (key component in inertial confinement fusion research) was our research topic. First

to address difficulty in detecting deformation of the silicon arm in the assembly process owing to the small assembly space and visual occlusion

a detection method based on gray-scale variations was proposed

and a model of the relationship between gray-scale and deformation was established. Next

to address difficulty in detecting the tiny pose deviation between the silicon arm and the sleeve owing to limited microscopic visual detection accuracy

a qualitative method of judging the pose deviation

based on pressure deformation analysis

is presented. Finally

a quantitative method for assessing the pose deviation was proposed based on gray-scale variations and geometric analysis of parts

completing the overall control strategy design. Experimental results indicated that the proposed method is effective

and thermomechanical package assemblies with interference of 20 µm~26 µm were realized. This method is suitable for interference fit of micro-axis and micro-hole parts in MEMS manufacturing.

关键词

Keywords

references

MELZER J E ， MCLEOD E . Optical tweezers for micro- and nano-assembly ［C］. SPIE OPTO. Proc SPIE 11292 ， Advanced Fabrication Technologies for Micro/Nano Optics and Photonics XIII， San Francisco， California， USA ， 2020 ， 1129 ： 26 - 33 . doi: 10.1117/12.2543241 http://dx.doi.org/10.1117/12.2543241

王发林，牛兰杰，翟蓉，等 . 微装配技术在引信中应用综述［J］. 探测与控制学报， 2017 ， 39 （ 6 ）： 6 - 11 . doi: 10.23919/chicc.2017.8028986 http://dx.doi.org/10.23919/chicc.2017.8028986

WANG F L ， NIU L J ， ZHAI R ， et al . Summary of micro assembly technology applied in fuze ［J］. Journal of Detection & Control ， 2017 ， 39 （ 6 ）： 6 - 11 . （in Chinese） . doi: 10.23919/chicc.2017.8028986 http://dx.doi.org/10.23919/chicc.2017.8028986

黄心汉 . 微装配机器人：关键技术、发展与应用［J］. 智能系统学报， 2020 ， 15 （ 3 ）： 413 - 424 . doi: 10.11992/tis.201809031 http://dx.doi.org/10.11992/tis.201809031

HUANG X H . Microassembly robot： key technology， development， and applications ［J］. CAAI Transactions on Intelligent Systems ， 2020 ， 15 （ 3 ）： 413 - 424 . （in Chinese） . doi: 10.11992/tis.201809031 http://dx.doi.org/10.11992/tis.201809031

XIA J T ， DING A ， WANG P ， et al . Application of heating type micro-assembly device in two-photon micromachining ［J］. Photonic Sensors ， 2021 ， 11 （ 3 ）： 362 - 370 . doi: 10.1007/s13320-020-0599-9 http://dx.doi.org/10.1007/s13320-020-0599-9

JAIN R K ， MAJUMDER S ， GHOSH B ， et al . Micro manipulation by a compliant piezoelectric micro gripper towards robotic micro assembly ［J］. International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems ， 2016 ， 9 （ 1 ）： 3 - 23 . doi: 10.1504/ijmms.2016.075402 http://dx.doi.org/10.1504/ijmms.2016.075402

BETTAHAR H ， CLÉVY C ， COURJAL N ， et al . Force-position photo-robotic approach for the high-accurate micro-assembly of photonic devices ［J］. IEEE Robotics and Automation Letters ， 2020 ， 5 （ 4 ）： 6396 - 6402 . doi: 10.1109/lra.2020.3014634 http://dx.doi.org/10.1109/lra.2020.3014634

CARLSON L C ， HUANG H ， ALEXANDER N ， et al . Automation of NIF target fabrication ［J］. Fusion Science and Technology ， 2016 ， 70 （ 2 ）： 274 - 287 . doi: 10.13182/fst15-226 http://dx.doi.org/10.13182/fst15-226

ZHANG D P ， ZHANG Z T ， GAO Q ， et al . Development of a monolithic compliant SPCA-driven micro-gripper ［J］. Mechatronics ， 2015 ， 25 ： 37 - 43 . doi: 10.1016/j.mechatronics.2014.11.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.mechatronics.2014.11.006

曲吉旺，许家忠，张大朋，等 . 基于显微视觉的微球微管精密装配［J］. 高技术通讯， 2019 ， 29 （ 9 ）： 914 - 924 . doi: 10.3772/j.issn.1002-0470.2019.09.010 http://dx.doi.org/10.3772/j.issn.1002-0470.2019.09.010

QU J W ， XU J ZH ， ZHANG D P ， et al . Precision assembly for micro-sphere and micro-tube based on microscopic vision ［J］. Chinese High Technology Letters ， 2019 ， 29 （ 9 ）： 914 - 924 . （in Chinese） . doi: 10.3772/j.issn.1002-0470.2019.09.010 http://dx.doi.org/10.3772/j.issn.1002-0470.2019.09.010

张娟，吴文荣，毕列 . 微颗粒的三维空间跨尺度装配方法［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 1 ）： 115 - 122 . doi: 10.3788/OPE.20172501.0115 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20172501.0115

ZHANG J ， WU W R ， BI L . Trans-scale assembly method of micro-particles in 3D space ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 1 ）： 115 - 122 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20172501.0115 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20172501.0115

YE X ， WU F F ， ZHANG Z J ， et al . Laser scanning confocal image alignment assists sub-micron accuracy micro-assembly ［J］. Procedia CIRP ， 2018 ， 76 ： 53 - 58 . doi: 10.1016/j.procir.2018.01.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2018.01.017

YANG G ， GAINES J A ， NELSON B J . Optomechatronic design of microassembly systems for manufacturing hybrid microsystems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2005 ， 52 （ 4 ）： 1013 - 1023 . doi: 10.1109/tie.2005.851665 http://dx.doi.org/10.1109/tie.2005.851665

YANG G ， J.AGAINES ， NELSON B . J. A supervisory wafer-level 3D microassembly system forhybrid MEMS fabrication ［J］. Journal of Intelligent and Robotic Systems ， 2003 ， 37 （ 1 ）： 43 - 68 . doi: 10.1023/a:1023982907874 http://dx.doi.org/10.1023/a:1023982907874

RAKOTONDRABE M ， IVAN I A . Development and force/position control of a new hybrid thermo-piezoelectric MicroGripper dedicated to micromanipulation tasks ［J］. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering ， 2011 ， 8 （ 4 ）： 824 - 834 . doi: 10.1109/TASE.2011.2157683 http://dx.doi.org/10.1109/TASE.2011.2157683

张娟，戴曦，杨毅等 . 基于多维力/力矩的弱微构件过渡装配控制方法［J］. 中国国防科学技术报告， 2019 .

ZHANG J ， DAI X ， YANG Y ， et al . A transition assembly control method of weak-rigidity micro-parts based on multi-dimensional force/torque ［J］. China National Defense Science and Technology Report ， 2019 . （in Chinese）

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