基于视觉的多功能精密点胶系统研制

作     者：周宗磊 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗怡

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：点胶 点胶位置精度 视觉 误差补偿 胶滴一致性检测 

摘      要：胶粘接技术是微小器件装配中一个重要的工艺环节,然而微小器件胶粘接大多采用手工操作,点胶位置精度与胶滴的一致性很难得到保证,特别是应用于航空航天等领域的微小器件,对胶粘接质量有着严格的要求。本文面向航空航天等企业微小器件胶粘接的测试实验和小批量器件胶粘剂精密自动点胶等方面的应用需求,开展实验系统设备研制和相关技术研究。设计并搭建了集喷射式点胶与接触式点胶于一体的精密点胶实验系统,其中喷射式点胶主要用于高粘度胶粘剂点胶,接触式点胶主要用于低粘度胶粘剂点胶。根据功能要求将系统分成4个模块：三轴变速联动控制模块、精密视觉定位与测量模块、喷射式点胶与接触式点胶模块以及系统控制模块。三轴变速联动控制模块主要部件是三维操纵杆,并借助视觉定位模块迅速将微小器件指定位置呈现在相机视野中,进而实现指定位置的自动点胶;精密视觉定位与测量模块通过首滴胶滴标定法和机器视觉定位保证胶滴的位置精度,同时利用相机采集胶滴图像与处理图像,进行胶滴的一致性评估;喷射式点胶与接触式点胶模块实现了大粘度跨度的多种胶粘剂的点胶功能;系统控制模块通过人机交互界面完成了对整个精密点胶实验系统的控制。对影响点胶定位精度的因素进行了分析,包括相机像素标定误差、精密位移平台精度、喷射式点胶阀与接触式点胶料筒之间交换时的安装误差等,确定了精密位移平台精度和喷射式点胶阀与接触式点胶料筒交换时的安装误差是影响点胶定位精度的两个主要因素。为了提高点胶位置精度,在对相机像素标定的基础上,通过齐次矩阵法完成了对坐标系之间的正交误差的补偿,提出首滴胶滴标定法,实现对喷射式点胶阀与接触式点胶料筒之间交换时的安装误差的补偿。首滴胶滴标定法是通过机器视觉采集胶滴图像,图像处理后获取胶滴图像位置信息,并结合导轨运动完成位置标定,实验验证点胶位置精度达到10-60μm,满足微小器件胶粘接的精度要求,同时实现了精密点胶系统喷嘴和喷针对点胶位置的实时跟踪,并自动生成点胶路径。对实验系统标定完成后,开展了点胶实验研究,并对结果进行了分析,实验包括：最小直径胶滴实验、不同基板上的点胶结果对比实验、胶滴稳定性试验、接触式点胶喷针与基板间距实验研究、间断式点胶实验研究等。对精密点胶系统的胶滴一致性进行了研究,采用基恩士的VR-3000系列3D轮廓测量仪求出了胶滴的近似体积,对该精密点胶系统胶滴的一致性进行了研究,对比二维图像法得到的胶滴一致性数据发现,利用3D轮廓测量仪求得的胶滴一致性结果较好。