基于柔性解耦梁和显微视觉的精密同轴定位系统

　　1　引　言

　　随着精密工程和超精密加工等领域的快速发展，精密仪器得到了广泛应用，各种大型精密定位系统不断问世，然而在一些精密机构中同轴定位系统的精度还达不到要求。如在工业生产、航天及军事领域中，对轴类、壳体类精密零件两端内孔(或孔与轴)之间的同轴度要求很高，由于不能在一次装夹中加工完成，其很难达到同轴精度要求。又如某些航天偶件轴孔同轴度要求在10μm以下，而且需要通过胶粘接的方式保持轴孔的边缘固接，完成这种零件的同轴度加工也很有难度。事实上，国内精密偶件的装配仍依赖于人工，全凭熟练技师的工作经验，不但加工周期长、效率低，而且废件率高，质量难以保证[1]。

　　目前，针对非标部件的高精度同轴定位要求，相关的装配和定位操作研究日益引起国内外研究人员的重视，在传统的宏观技术上实现精密定位及装配已成为许多学者研究的内容，其系统类型大致分为辅助夹具手动操作方式和自动操作方式。近年来，越来越多的精密工程领域的学者把注意力放在了自动定位调整和装配系统的研究上。显微视觉系统在微型零件精密装配、细胞操作、集成电路组装等技术领域有广泛的应用前景和重要的研究意义[2-3]，这是由于精密定位和装配的器件间隙尺寸微小，其位置、方向甚至间隙的存在等信息只能通过显微镜放大后才能精确获得。因此，显微视觉已成为精密定位和装配系统获取操作信息的最主要的技术手段之一[4-6]。

　　本文提出了一种基于柔性解耦梁的精密同轴定位调整系统，并结合显微视觉系统实现了同轴度定位装配实时检测与调整，从而保证最终定位精度。文中通过对柔性解耦梁建模分析，提出利用微动平台结合柔性梁夹具实现同轴度调整过程中的运动和轴位姿保持，成功实现了精密定位后轴孔间同轴度的稳定保持，为后序涂胶和固化工艺奠定了基础。

　　2　同轴定位调整系统设计

　　2.1　同轴度调整原理

　　某偶件轴孔同轴度定位装配要求如图1所示(同轴度小于10μm，装配后端面缝隙处涂胶固定，并放置在高温炉中固化)，目前该类型器件的同轴度主要通过手工对准，利用显微镜下的刻度目测调整，效率较低。平均对准精度在15～20μm之间，一套器件对准时间需30min左右。

　　针对该类器件定位调整的特殊要求，考虑利用夹具固定器件的套零件，通过精密定位平台实现轴的径向平移，借助显微视觉的检测计算实现同轴度的实时调整。为保证调整后轴与套的位置相对固定，便于后序点胶和固化，在固定套零件的夹具上设计了柔性解耦梁结构来实现该功能。