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微装配系统关键技术的研究

作　者: 陈航
导　师: 张嘉易
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 微装配微夹持器真空吸附微力传感器
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着科学技术的不断发展，人们对微观领域的研究也变得越来越深入，在21世纪末，微机电系统（Micro electromechanical system）得到了迅猛发展。MEME技术的进步使越来越多的微小零件被加工制造出来，这些零件需要通过装配来实现完整的功能。目前，在很多场合需要通过人工来完成这些微小零件的装配，装配效率低，成功率低，耗费时间多，成本高，严重影响着微机械的发展。本文针对MEMS保险机构中的微小零部件，提出了一种可实现自动装配的微装配系统，对微装配整体结构进行了设计，并对其中的关键技术进行研究。设计的微装配系统主要包括以下几个部分：控制系统、显微视觉系统、承载系统和夹持系统。根据实际应用需要，选择合适的CCD相机、放大镜头和图像数据采集卡，可完成零件的识别、定位，为微装配提供视觉引导。承载系统包括微动工作台和真空吸附台，可实现零件的装夹和位置精确调整。重点对微夹持系统进行了研究，针对MEMS保险机构中的不同零件设计了两种夹持器，夹持器安装在具有三自由度的精密工作台上。针对轴和齿轮类零件设计了钳式夹持器，该夹持器由压电陶瓷驱动，通过柔性铰链放大机构完成位移的传递。在夹持器的侧壁装有应变式传感器，通过标定将测得的电信号转化为力，可以实时监测夹持力的大小，准确可靠的完成零件的拾取、移动。针对表面平整、形状不规则的片状零件设计了一种真空吸附式夹持器，利用真空发生器产生的负压将零件吸附起来，完成零件的拾取、移动，利用正压力完成零件的释放与装配，吸附头采用橡胶和碳酸钠玻璃制成，设计了完整的气压回路。本文的研究工作为微装配系统的搭建打下了基础，对不同形状的零件的拾取装配提供了参考，有助于推动微装配的发展和应用。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题的研究背景及意义  12
  1.2 微装配技术的研究  12-14
    1.2.1 微装配技术的定义  12-13
    1.2.2 微装配系统中的分类  13
    1.2.3 微装配系统中的关键技术  13-14
  1.3 微装配系统的发展现状  14-18
    1.3.1 国外微装配系统发展情况  14-16
    1.3.2 国内微装配系统发展情况  16-18
  1.4 本文的主要研究内容  18-20
第2章微装配系统总体方案的设计  20-31
  2.1 微装配系统的分析  20-22
  2.2 典型微装配系统的构成  22
  2.3 微装配系统的设计  22-30
    2.3.1 装配任务分析  22
    2.3.2 显微视觉系统设计  22-25
    2.3.3 承载系统设计  25-27
    2.3.4 夹持系统设计  27-28
    2.3.5 控制系统设计  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章钳式微夹持器的设计与分析  31-53
  3.1 钳式微夹持器的分类  31-34
  3.2 柔性铰链的分析与设计  34-39
    3.2.1 柔性铰链的定义  34
    3.2.2 柔性铰链的特点  34
    3.2.3 柔性铰链的分类  34-36
    3.2.4 柔性铰链的力学模型  36-39
  3.3 压电陶瓷驱动器的概述  39-42
    3.3.1 压电陶瓷的特性  40-41
    3.3.2 叠层型压电陶瓷的介绍  41-42
    3.3.3 叠层型压电陶瓷的特点  42
  3.4 钳式微夹持器的设计  42-45
    3.4.1 微夹持器的设计要求  42
    3.4.2 微夹持器的技术指标  42-43
    3.4.3 微夹持器的结构设计  43
    3.4.4 微夹持器的工作原理  43-44
    3.4.5 微夹持器的设计计算  44-45
  3.5 微夹持器的有限元分析  45-52
    3.5.1 有限元分析概述  45-46
    3.5.2 夹持器柔性铰链机构放大倍数及应力仿真分析  46-50
    3.5.3 夹持器夹持力及刚度的仿真分析  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章真空吸附式微夹持器的设计  53-63
  4.1 真空吸附的工作原理  53
  4.2 微小零件力学特性分析  53-58
  4.3 真空吸附式夹持器力学模型建立  58-60
    4.3.1 零件拾取时的力学模型  58-59
    4.3.2 零件释放时的力学模型  59-60
  4.4 微夹持器真空系统的设计  60-62
    4.4.1 真空回路的设计  60
    4.4.2 真空系统的工作过程  60
    4.4.3 真空回路关键元器件的选择  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章微夹持器的测试实验  63-84
  5.1 微夹持器的试制  63-64
  5.2 微夹持器张合量的实验研究  64-72
    5.2.1 实验平台的搭建  64-67
    5.2.2 微夹持器张合量的测试  67-72
  5.3 微夹持器夹持力的测试  72-74
  5.4 微力传感器的标定实验研究  74-82
    5.4.1 微力检测技术概述  74-75
    5.4.2 夹持力的测量方式  75-76
    5.4.3 电阻应变式传感器的工作原理  76-78
    5.4.4 微力传感器的实验测试  78-82
    5.4.5 线性度分析  82
  5.5 本章小结  82-84
结论  84-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  90-91
致谢  91-92

微装配系统关键技术的研究

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