小型高精度重力计的微装配技术

　　1 概述

　　微尺寸(microscale)应是微机械或微构件所具有的 尺 寸 尺 度, 其 范 围 为 0. 1μm ～1mm。 微 装 配(Microassembly)技术是指对微小零件的装配，具体的说就是装配微尺寸或具有公差在0.1~100μm 级别的零件，与宏装配(Macroassembly)技术是相对应的。

　　微装配面对的首要问题就是定位和夹持。 这主要是由零件的微尺度效应引起的。 因为重力与尺寸的高次方成比例，范德华力、表面张力(包括静电力和粘滞力)与尺寸的低次方成比例(见图 1)，所以，零件的尺寸小于1mm 时就会发生显著的微尺度效应。 此时，重力可以忽略，范德华力、表面张力将起主要作用。 这些力往往不可控，并在零件的夹持、搬运、放置中产生干扰作用，使得零件吸附在夹持工具上，无法准确地放置于所需位置，造成定位困难。 另外， 微型零件容易损坏、 缺少能够可靠抓取的表面等， 这些因素都使得微小零件的夹持以及定位难度大大增加。

　　目前， 世界各国研究机构针对这些难点已经开发出了许多新技术并将其成功地应用于微装配系统，例如：慕尼黑工业大学 IWB(institute for machinetools and industrial management) 开 发 研 制 的SATURV (Sensor-based Micro Assembly Tool UsingRobot Vision) 微装配系统， 如图 2 所示， 集成了视觉、力觉等传感器，能够进行胶粘接和焊接等微装配作业; 美国卡内基梅隆大学机器人研究所研制开发的AAA(Architecture for Agile Assembly) 系统 ，该系主要用于自动微装配与模块化体系结构方面的研究;韩国科学技术学院微系统研究中心研制了用于光子零件装配的柔性微装配系统等。 这说明了微装配技术已经比较成熟， 而且就国外某些精密仪表的装配水平来看， 很有可能该技术已经应用于实际生产中。

　　现在，精密仪表大多具有其高精度、小型化的特点，以某小型重力计为例，其最小尺寸仅几微米，装配定位精度要求在微米级。 传统的手工装配最高精度一般为几十微米，难以满足要求的，而且手工装配不符合现代工业的标准化批量生产的理念， 一致性和精度也无法很好的保证。 微装配技术的出现为这一难题提供了一种很好的解决办法。

　　2 针对小型重力计的微装配系统

　　本文以图3 和 4 中所示零件为例， 将微装配技术成功的应用于了重力计的装配。

　　图3 所示的挠性关节零件是重力计中一个关键零件，属薄壁微小零件，可夹持部分仅 100μm 左右，最小宽度30μm，厚度仅 15μm。 装配时，要求将挠性关节粘接在图4 所示的摆锤的黑框位置 (见图 5)，定位精度在微米级。 在装配过程中， 该零件不易夹持，容易引入应力发生变形甚至损坏零件，且定位困难。 依靠手工装配，不仅对技工的技能要求太高，而且很难保证产品的一致性与合格率， 生产效率也不高，平行度和垂直度等位置要求得不到保证，合格率只有25%。 微装配技术的出现为这一难题提供了很好的解决方法。