微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿

任同群; 江海川; 张建昆; 郭梦杰; 王晓东

doi:10.37188/OPE.20233102.0214

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微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2026-09-12

- 微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿
- Automatic calibration and error compensation for micro magnetic parts assembly equipment
- 光学精密工程 2023年31卷第2期页码：214-225
- 作者机构：
  
  大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116085
- 作者简介：
  
  任同群（1980-），男，辽宁瓦房店人，博士，副教授，2002年、2005年、2008年于天津大学分别获得学士、硕士、博士学位，现为大连理工大学机械工程学院微纳米技术及系统研究所副所长，主要从事精密微小装配技术、精密测试技术及信号处理等方面的研究。E-mail： ren_tq@dlut.edu.cn
  王晓东（1967-），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士研究生导师，1987年于南京航空学院获得学士学位，1992年于哈尔滨船舶工程学院获得硕士学位，1995年于哈尔滨工业大学获得博士学位，现任精密与特种加工教育部重点实验室（B类）副主任，主要从事精密微小装配技术、精密测试技术、精密仪器设计与制造等方面的研究。E-mail： xdwang@dlut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2019YFB1310901);辽宁省兴辽英才计划项目(XLYC2002020);辽宁省自然科学基金项目(2020-MS-104)
- DOI：10.37188/OPE.20233102.0214
  中图分类号： TP23;TB92
- 收稿：2022-04-27，
  
  修回：2022-05-19，
  
  纸质出版：2023-01-25
- 稿件说明：
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任同群,江海川,张建昆等.微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿[J].光学精密工程,2023,31(02):214-225.

REN Tongqun,JIANG Haichuan,ZHANG Jiankun,et al.Automatic calibration and error compensation for micro magnetic parts assembly equipment[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(02):214-225.
任同群,江海川,张建昆等.微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿[J].光学精密工程,2023,31(02):214-225. DOI： 10.37188/OPE.20233102.0214.

REN Tongqun,JIANG Haichuan,ZHANG Jiankun,et al.Automatic calibration and error compensation for micro magnetic parts assembly equipment[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(02):214-225. DOI： 10.37188/OPE.20233102.0214.

摘要

为了实现微小磁性零件装配设备的精密装配任务，弥补加工误差和安装误差带来的系统精度损失，提出了一套自动标定及误差补偿方法。依照设备布置形式建立了不同模块的坐标系，提取影响装配精度的全部误差参数。根据导轨的位置关系建立了模块之间的运动转换模型，进而推导出基于装配任务的误差补偿模型。以设备中的机器视觉系统作为测量工具，同时设计专用标定板。通过观察各模块运动前后特征点的坐标变化对误差参数进行测量和辨识，并使用粒子群算法对参数进行了全局优化。基于开发的自动标定软件，在装配区域进行了标定和验证实验。实验结果表明，补偿后的系统开环控制精度在6 μm以内，满足设备的装配精度需求。该方法为微小零件装配设备提供了自动化、高精度和高效率的标定方案。

Abstract

The loss of system precision owing to machining and installation errors is common in the assembly of micro magnetic parts. To overcome this issue， an automatic calibration and error compensation method is proposed herein. The coordinate systems of different modules are established according to the equipment layout， and all the error parameters affecting the assembly accuracy are extracted. According to the positional relationship of the guide rails， a model for motion transformation between different modules is established， and an error compensation model is then derived to meet the assembly task. The machine vision system in the equipment is used to take measurements， and a special calibration board is designed. The error parameters are measured and identified by observing the coordinate changes in the feature points before and after motion. Furthermore， all parameters are globally optimized via particle swarm optimization. Based on the developed automatic calibration software， calibration and verification experiments are carried out in the assembly operation area. The experimental results show that the open-loop control accuracy of the system is within 6 μm after compensation， meeting the assembly accuracy requirements of the equipment. This method provides an automated， high-precision and high-efficiency calibration scheme for the assembly equipment of micro parts.

关键词

Keywords

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刘检华，孙清超，程晖，等 . 产品装配技术的研究现状、技术内涵及发展趋势［J］. 机械工程学报， 2018 ， 54 （ 11 ）： 2 - 28 . doi: 10.3901/jme.2018.011.001 http://dx.doi.org/10.3901/jme.2018.011.001

LIU J H ， SUN Q CH ， CHENG H ， et al . The research status， technical connotation and development trend of product assembly technology ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2018 ， 54 （ 11 ）： 2 - 28 . （in Chinese） . doi: 10.3901/jme.2018.011.001 http://dx.doi.org/10.3901/jme.2018.011.001

LIU Y M ， ZHANG M W ， SUN C Z ， et al . A method to minimize stage-by-stage initial unbalance in the aero engine assembly of multistage rotors ［J］. Aerospace Science and Technology ， 2019 ， 85 ： 270 - 276 . doi: 10.1016/j.ast.2018.12.007 http://dx.doi.org/10.1016/j.ast.2018.12.007

王东署，迟健男 . 机器人运动学标定综述［J］. 计算机应用研究， 2007 ， 24 （ 9 ）： 8 - 11， 39 . doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2007.09.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-3695.2007.09.002

WANG D SH ， CHI J N . Survey on robot kinematics calibration ［J］. Application Research of Computers ， 2007 ， 24 （ 9 ）： 8 - 11， 39 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2007.09.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-3695.2007.09.002

李广云，罗豪龙，王力 . 机器人工具坐标系的快速标定方法［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 6 ）： 1375 - 1386 . doi: 10.37188/OPE.20212906.1375 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212906.1375

LI G Y ， LUO H L ， WANG L . Fast calibration method of robot tool coordinate ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 6 ）： 1375 - 1386 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212906.1375 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212906.1375

LUO G Y ， ZOU L ， WANG Z L ， et al . A novel kinematic parameters calibration method for industrial robot based on Levenberg-Marquardt and Differential Evolution hybrid algorithm ［J］. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing ， 2021 ， 71 ： 102165 . doi: 10.1016/j.rcim.2021.102165 http://dx.doi.org/10.1016/j.rcim.2021.102165

YANG R ， TAN K K ， TAY A ， et al . An RBF neural network approach to geometric error compensation with displacement measurements only ［J］. Neural Computing and Applications ， 2017 ， 28 （ 6 ）： 1235 - 1248 . doi: 10.1007/s00521-016-2486-2 http://dx.doi.org/10.1007/s00521-016-2486-2

丁高鹏 . C形龙门并联机床结构参数标定与精度评价［D］. 南京：南京理工大学， 2018 .

DING G P . Structural Parameter Calibration and Accuracy Evaluation of C-gantry Parallel Machine Tool ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Science and Technology ， 2018 . （in Chinese）

WANG R ， QU H W ， SUI Y Y ， et al . Calibration of Cartesian robot based on machine vision ［C］. 2017 IEEE 3rd Information Technology and Mechatronics Engineering Conference （ITOEC）. 35，2017 ， Chongqing， China. IEEE ， 2017 ： 1103 - 1108 . doi: 10.1109/itoec.2017.8122525 http://dx.doi.org/10.1109/itoec.2017.8122525

崔继文，刘雪明，谭久彬 . 超精密级二维工作台的自标定［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 9 ）： 1960 - 1966 . doi: 10.3788/ope.20122009.1960 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122009.1960

CUI J W ， LIU X M ， TAN J B . Self-calibration for 2-D ultra-precision stage ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 9 ）： 1960 - 1966 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20122009.1960 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20122009.1960

谷乐丰，杨桂林，方灶军，等 . 一种新型机器人自标定装置及其算法［J］. 机器人， 2020 ， 42 （ 1 ）： 100 - 109 . doi: 10.13973/j.cnki.robot.190047 http://dx.doi.org/10.13973/j.cnki.robot.190047

GU L F ， YANG G L ， FANG Z J ， et al . The calibration algorithms for industrial robots based on a novel self-calibration device ［J］. Robot ， 2020 ， 42 （ 1 ）： 100 - 109 . （in Chinese） . doi: 10.13973/j.cnki.robot.190047 http://dx.doi.org/10.13973/j.cnki.robot.190047

CAO H Q ， NGUYEN H X ， TRAN T N C ， et al . A robot calibration method using a neural network based on a butterfly and flower pollination algorithm ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 69 （ 4 ）： 3865 - 3875 . doi: 10.1109/tie.2021.3073312 http://dx.doi.org/10.1109/tie.2021.3073312

马立，于瀛洁，程维明，等 . BP神经网络补偿并联机器人定位误差［J］. 光学精密工程， 2008 ， 16 （ 5 ）： 878 - 883 . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.05.019 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.05.019

MA L ， YU Y J ， CHENG W M ， et al . Positioning error compensation for a parallel robot based on BP neural networks ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2008 ， 16 （ 5 ）： 878 - 883 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2008.05.019 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1004-924X.2008.05.019

GADRINGER S ， GATTRINGER H ， MÜLLER A ， et al . Robot Calibration combining Kinematic Model and Neural Network for enhanced Positioning and Orientation Accuracy ［J］. IFAC-PapersOnLine ， 2020 ， 53 （ 2 ）： 8432 - 8437 . doi: 10.1016/j.ifacol.2020.12.1436 http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.1436

李伟 . 微小惯性组件精密装配设备控制与系统标定［D］. 大连：大连理工大学， 2020 .

LI W . Control and System Calibration of Precision Assembly Equipment for Micro Inertial Components ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2020 . （in Chinese）

郝彪 . 微小型加速度计磁钢组件自动装配设备研制［D］. 大连：大连理工大学， 2016 .

HAO B . Development of Automatic Assembly Equipment for Magnet of Component Miniature Accelerometer ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2016 . （in Chinese）

任同群，钱志龙，徐龙，等 . 悬丝摆式加速度计摆组件自动装配系统［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1609 - 1619 . doi: 10.37188/OPE.20212907.1609 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212907.1609

REN T Q ， QIAN ZH L ， XU L ， et al . Automatic assembly system for pendulum components of wire suspended pendulum accelerometer ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 7 ）： 1609 - 1619 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212907.1609 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212907.1609

赵乃刚，邓景顺 . 粒子群优化算法综述［J］. 科技创新导报， 2015 ， 12 （ 26 ）： 216 - 217 . doi: 10.3969/j.issn.1674-098X.2015.26.104 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-098X.2015.26.104

ZHAO N G ， DENG J SH . Overview of particle swarm optimization algorithm ［J］. Science and Technology Innovation Herald ， 2015 ， 12 （ 26 ）： 216 - 217 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1674-098X.2015.26.104 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-098X.2015.26.104

JAIN N K ， NANGIA U ， JAIN J . A review of particle swarm optimization ［J］. Journal of the Institution of Engineers （India）： Series B ， 2018 ， 99 （ 4 ）： 407 - 411 . doi: 10.1007/s40031-018-0323-y http://dx.doi.org/10.1007/s40031-018-0323-y

HOUSSEIN E H ， GAD A G ， HUSSAIN K ， et al . Major advances in particle swarm optimization： theory， analysis， and application ［J］. Swarm and Evolutionary Computation ， 2021 ， 63 ： 100868 . doi: 10.1016/j.swevo.2021.100868 http://dx.doi.org/10.1016/j.swevo.2021.100868

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