面向微型遮光检测组件的精密装配方法

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.09.015

摘要/Abstract

摘要：

微型遮光检测组件在各类高精度位移和运动传感器中应用广泛，其尺寸微小且配合精度要求较高。针对该组件自动化装配过程中的视觉检测和连接控制任务，开展了微型遮光检测组件精密装配方法研究。研制了自动化精密装配系统；借助六自由度机械臂运动灵活的优势，以搭载于精密运动机构上的定位销作为参考标记，消除了机械臂重复定位误差的影响，不需要增加额外的硬件，仅通过单一相机即实现了复杂微装配中零件的多方位测量与对准引导；为保证微胶连的可靠性，建立了基于胶滴预点样的参数调节和针头定位方法，结合标定块和视觉测量完成胶量和胶滴位置的控制。实验结果表明：利用机器人引导多向视觉对准，能够实现的装配误差小于10 μm，姿态偏角小于0.2°，对于直径为300 μm的胶滴，胶滴位置偏差小于±10 μm，直径大小的一致性偏差小于9%，满足装配作业对组件对准和胶连的要求。

关键词: 精密装配, 视觉测量, 微胶连, 机器人

Abstract:

Micro shading detection components were widely used in high-precision displacement and motion sensors， where strict dimensional accuracy and precise assembly were required. To address the challenges of vision-based detection and bonding control during their automated assembly， a precision assembly method for such components was proposed herein. An automated precision assembly system equipped with a six-degree-of-freedom（6-DOF） robotic arm was developed. Vision feedback was employed to provide multi-directional alignment guidance during assembly； the flexible movement of the robotic arm was leveraged； locating pins mounted on precision motion mechanisms were used as reference markers； and the impact of the robotic arm's repeated positioning errors was ingeniously eliminated. Without additional hardware， the system achieved multi-directional measurement and alignment guidance of parts in complex micro-assembly using only a single camera. Moreover， to ensure the reliability of micro-scale adhesive bonding， a pre-adjustment method was proposed for dispensing parameters and nozzle positioning. Specifically， by integrating calibration blocks and vision measurement， precise control over adhesive volume and droplet positioning was realized. Experimental results demonstrate that the proposed system achieves an assembly error of less than 10 μm， with an orientation deviation of less than 0.2°. For adhesive droplets with a diameter of 300 μm， the positioning deviation is controlled within ±10 μm， and the uniformity deviation of droplet diameter is within 9%. These performances fully meet the alignment and bonding requirements of precision assembly tasks.

Key words: precision assembly, vision measurement, micro adhesive bonding, robotics

中图分类号:

TP23

王晓东, 闫怡婷, 王谦, 徐征, 肖思恩. 面向微型遮光检测组件的精密装配方法[J]. 中国机械工程, 2026, 37(9): 2230-2237.

WANG Xiaodong, YAN Yiting, WANG Qian, XU Zheng, XIAO Si'en. A Precision Assembly Method for Micro Shading Detection Components[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(9): 2230-2237.

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图/表 17

图1 微型遮光检测组件

Fig.1 Micro shading detection component

图2 自动化精密装配系统整体结构

Fig.2 Overall structure of the automated precision assembly system

图3 挡光板零件装配流程图

Fig.3 Assembly process of the light-shielding component

图4 相机-作业台坐标系偏角标定

Fig.4 Calibration principle of angle deviation between camera and worktable coordinate system

图5 零件特征提取过程图

Fig.5 Feature extraction process of components

图6 视觉测量示意图

Fig.6 Schematic diagram of vision measurement

图7 吸附前对准策略

Fig.7 Pre-adsorption alignment strategy

图8 拾取前对准过程

Fig.8 Pre-pickup alignment process

图9 点胶示意图

Fig.9 Schematic diagram of dispensing

图10 位置标定流程

Fig.10 Position calibration procedure

图11 理想胶滴截面示意图

Fig.11 Schematic diagram of ideal droplet cross-section

图12 胶滴直径的标准差

Fig.12 Standard deviation of droplet diameter

图13 胶滴直径标定示意图

Fig.13 Schematic diagram of droplet diameter calibration

表1 装配偏差

Tab.1 Assembly deviation

组别	多向视觉引导			仅Z向视觉引导
	$∆ x$ _Y_-_D / μm	$∆ y$ _Y_-_D / μm	$θ$ _Y_-_D / （°）	$∆ x$ _Y_-_D / μm	$∆ y$ _Y_-_D / μm	$θ$ _Y_-_D / （°）
1	4.1	13.8	0.14	8.6	15.6	0.12
2	$-$ 3.4	6.9	$-$ 0.13
3	2.8	12.3	0.15	$-$ 9.4	20.1	0.16
4	$-$ 6.7	11.5	$-$ 0.11	8.7	33.6	$-$ 0.06
5	2.5	12.3	$-$ 0.07	7.6	25.7	$-$ 0.15
6	$-$ 1.4	8.5	0.06
7	$-$ 3.1	6.1	$-$ 0.13
8	9.5	9.2	$-$ 0.16	9.5	17.9	0.15
9	6.4	16.1	0.14	$-$ 6.9	16.7	0.14
10	5.8	14.8	0.14

表1 装配偏差

Tab.1 Assembly deviation

组别	多向视觉引导			仅Z向视觉引导
	$∆ x$ _Y_-_D / μm	$∆ y$ _Y_-_D / μm	$θ$ _Y_-_D / （°）	$∆ x$ _Y_-_D / μm	$∆ y$ _Y_-_D / μm	$θ$ _Y_-_D / （°）
1	4.1	13.8	0.14	8.6	15.6	0.12
2	$-$ 3.4	6.9	$-$ 0.13
3	2.8	12.3	0.15	$-$ 9.4	20.1	0.16
4	$-$ 6.7	11.5	$-$ 0.11	8.7	33.6	$-$ 0.06
5	2.5	12.3	$-$ 0.07	7.6	25.7	$-$ 0.15
6	$-$ 1.4	8.5	0.06
7	$-$ 3.1	6.1	$-$ 0.13
8	9.5	9.2	$-$ 0.16	9.5	17.9	0.15
9	6.4	16.1	0.14	$-$ 6.9	16.7	0.14
10	5.8	14.8	0.14

图14 点胶实验示意图

Fig.14 Schematic diagram of dispensing experiment

图15 胶滴中心位置分布散点图

Fig.15 Scatter plot of droplet center position distribution

图16 5组胶滴直径误差棒图

Fig.16 Error bar chart of droplet diameter in 5 groups

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