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

（吉林江機特種工業有限公司，吉林 吉林 132000）

基于我國目前對微小零件的精密裝配問題，需要著重考慮零件定位不確定性。基于此，自動化的裝配手段能夠在此過程中，提高裝配的精密程度。對于微機電等相關產品的微小零件的裝配，需要精確到微米，對零件進行精密程度的標定，以此探究零件在裝配過程中定位不確定性問題。在裝配過程中，由于零件過于微小，會出現毛細力、微靜電等相關問題，最終影響裝配，產生誤差問題。

1 定位不確定性的理論基礎

1.1 線段的定位不確定性模型

在進行微小零件的定位過程中，需要依托誤差帶來對線段進行精準定位。以誤差帶的表中來判斷定位不準確情況。在計算定位不確定性的過程中，需要運用概率理論進行計算。在此過程中，概率分布模型和置信域模型，在進行線段定位分析過程中，應用廣泛且計算方式較為準確。在使用概率分布模型計算線段的定位不確定性時，需要對該線段上的點的集合密度進行詳細分析，得出最終結果。而置信域模型則要比概率分布模型的使用的局限性更小，構建區域范圍是真值落入范圍內，進行不確定性計算。

1.2 平面點的定位不確定性模型

（1）誤差曲線。對于點的定位不確定性分析過程中，點的實際位置和扁的理想位置是存在差異的。在計算誤差的過程當中，只能依據相關的指數對誤差的某一方面進行判斷，但是無法給出任意方向極為準確的誤差值。由此，為了得到更加精準的定位情況，需要對點的各個方向都詳細了解誤差分布情況。從0～360°的各個方向，都進行誤差計算，最終點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軸上的表現，與坐標軸的夾角和呈現出來的面積，能夠更直觀地反映平面當中的誤差大小。

（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則的圖形。在進行曲線繪制的過程中，橢圓這種圖形，是點落入平面中所呈現的面積最小的。因此，誤差橢圓就成為誤差曲線的一種表現形式。然而，在進行誤差曲線與誤差橢圓的繪制過程中，兩種圖形所表示出來的誤差概率是有一定區別的。但是，基于誤差曲線與誤差橢圓之間公式數據核算，能夠證明誤差曲線與誤差橢圓之間是有替代關系的，可以用誤差橢圓來代替誤差曲線，進行定位不確定性的誤差分析。

2 定位不確定性的來源

2.1 各模塊誤差分析及其補償模型

（1）各模塊誤差分析。在視覺測量模塊裝配過程中，利用操作手進行零件位置調整過程中，視覺測量和滑臺運動的相互配合中會產生誤差。由此會導致三維誤差和圖像采集誤差。而在進行裝配作業的過程中，零件的對正、轉移和裝配都會是誤差受到影響。同時，當視覺測量的坐標軸與裝配模塊坐標軸不平行時，也會導致誤差。

（2）誤差補償模型。以圖像坐標系、視覺測量坐標系、裝配作業坐標系和世界坐標系，作為基礎進行誤差補償模型的建立，以此來探究誤差產生的原因。在進行坐標系的分析當中，需要將各種坐標轉換到統一的世界坐標系中，在確定各個坐標系的原點后，進行數據計算。

2.2 誤差模型參數標定及不確定性分析

（1）像素尺寸標定。以像素為單位的視覺測量，能夠進一步地建立以像素尺寸標定的模型。在圖像中標定出具體的單個像素實際尺寸，調整相機位置和觀測點的光源，使觀測更清楚。在此過程中需要注意板面的清潔度，保證圖像可以清晰地被觀測到。由觀測結果可知。相機平面作業與平臺保持平行，能夠降低誤差。

（2）視覺測量坐標系的標定。在進行視覺測量的過程中，需要保持標定板與坐標軸平行。同時，需要控制測量模塊滑臺，在相機移動拍攝圖像的過程中需要與測量模塊保持同向運動。由此進行標定，可以得出定位不確定性與像素尺寸的相關性更強，而角坐標與滑臺的精確度對其影響較小。

2.3 其他誤差分析

（1）滑臺運動誤差分析。在進行零件裝配過程中，通過視覺測量坐標系等方式進行標定。依托滑臺的移動配合操作手進行零件釋放，在此過程中，滑臺運動速度，會對零件裝配的精確程度產生不利影響。同時，滑臺的精確程度，也會受負載力的影響，進而導致更大的誤差產生在其中。對此，需要通過重復定位費的方式，降低滑臺的在裝配過程中的誤差問題。

（2）黏附力對定位不確定性的影響。黏附力在操作手與零件的抓取過程中，起著至關重要的作用，但是在零件的釋放過程中，黏附力就會產生負面影響。由于黏附力過高，就會導致零件釋放過程中，釋放位置不精準。在此過程當中，由于毛細力和靜電力的影響，也會對黏附力的大小產生影響。毛細力和靜電力越高，黏附力則會更大。在釋放過程當中，對于定位不確定性產生的影響就會更顯著。

3 零件定位不確定性的影響

3.1 接觸狀態對不確定性的影響

在進行零件裝配過程中，需要從接觸時間和接觸力兩個方面，來探討接觸狀態對定位不確定性影響的分析。通過相關的實驗探究得出，接觸的時間越長，對滑臺的溫度、震動、運動與操作手的接觸時間相關性較強。但是，隨著操作手與零件之間的接觸力不斷變化的過程中，對于零件定位的不確定性影響也較小。由此得出，接觸力與接觸時間對零件的定位不確定性都不會產生不良影響。

3.2 滑臺運動速度對不確定性的影響

在針對滑臺運動速度對零件定位不確定性的影響分析的過程中，以操作手手零件分離的速度和時間作為判斷基礎。以具體的實驗操作進行驗證，當滑臺的運動速度不斷攀升時，也會對零件的定位不確定性產生不良影響，其誤差也會隨之緩慢提升。滑臺運動速度快，就會導致操作手與零件分離的速度提升，黏滯力的提升會進而產生更大的誤差。

3.3 環境濕度對不確定性的影響

毛細力和靜電力的強度與環境會有直接關系，而這兩種力會對操作手的黏滯力產生影響。而由于季節的轉換，環境濕度產生變化，對零件的定位不確定性之間的關系探討也會由此展開。隨著環境濕度的不斷提升，會導致誤差曲線繪制過程中的面積不斷增大，產生更大的誤差。

4 結語

綜上所述，通過對零件定位不確定性的分析，從模型的繪制、標定方式以及影響因素來探討。影響微小零件裝配的相關因素。定位不確定性是根據理想的定位點與實際觀測到的定位位置進行判斷而得出的相關結論。從線段和平面點兩方面，進行定位不確定性分析。除了依托線段的定位不確定方式外，通過平面進行點的定位，也能夠進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不確定性。進而對零件定位不確定性的誤差分析，以提高裝配的精確程度。