基于工艺匹配的微装配高精度位置识别方法

本项目从我国重大科技攻关和高端微机电制造业的需求为出发点，依据近年来在精密微小型机械系统装配理论与关键技术方面所取得的科研成果，面向精密微小型机械零件的装配，提出基于工艺匹配的高精度位置识别方法。拟从3个关键科学问题展开研究：1）基于工艺匹配的微小型结构件显微光学位置识别基本原理；2）基于工艺匹配的对称边缘区域光学特征数学建模方法，分析多种加工工艺装配边缘实测模型，研究基于工艺匹配的边缘拟合数学建模方法；3）微装配高精度位置识别方法与实验研究，研究几何特征与边缘识别特征的快速匹配方法，快速实现高精度装配位置信息识别，研究装配位置的标定与检验方法。本项目将为实现微装配高精度位置识别提供新的理论和方法，为我国的高精度微靶装配、非硅MEMS及三维复杂微小型引信自动化装配及MEMS器件封装与集成提供精度保障，对于我国在高端微系统集成方面的一些共性问题与核心技术的突破，具有重要的理论意义与应用价值。

本项目从我国重大科技攻关和高端微机电制造业的需求出发，研究了基于工艺匹配的高精度位置识别方法，提出显微图像边缘检测的工艺匹配原则，研究并提出了一种基于对称边缘的中心线识别算法，并建立零件边缘信息与控制信息的转换模型有助于控制系统的研发。在本项目的支持下，发表SCI论文6篇（发表5篇，录用1篇）；申请国家发明专利11项，获准1项；获得国际学术会议最佳论文奖2项，培养博士研究生3名（毕业3名），硕士研究生5名（毕业2名、在读3名）。..微小型结构件的显微图像光学特征复杂，使用经典的边缘检测算子导致检测结果中含有大量伪边缘点（噪声信号），且检测的边界轮廓不连续。通过研究不同工艺微小型结构件的显微图像的光学特征及其影响因素，指出显微图像的光学特征与微小结构件的加工工艺有关，提出显微图像边缘检测的工艺匹配原则；从不同加工工艺微小型结构件装配边缘光学特征入手，研究装配边缘特征曲线重合程度、水平波纹形态和斜坡形态，实现面向精确位置的关键装配特征对称边缘区域转换方法研究。..建立不同工艺的微小型结构件显微图像边缘的多项式拟合模型；使用神经网络提出了基于工艺匹配原则的边缘识别算法，削弱了噪声的影响，提高了边缘检测的精度。针对图像质量差的情况，研究并提出了一种基于对称边缘的中心线识别算法，该算法并未直接提取边缘，而是通过提取中间尺度结构件的中心线作为位姿信息，达到装配的最终目的，最终通过实验验证该算法的可行性。具体开展了基于工艺匹配的对称边缘区域光学特征提取方法研究，通过实测微小型结构件三维实体几何建模，实现了基于工艺匹配的边缘拟合数学建模理论及边缘点位置求解。..建立零件边缘信息与控制信息的转换模型，将该模型应用到面向同轴对位微装配系统中，并在该系统上进行轴孔类零件和平板类零件的装配实验；分析了同轴对位高精度对位检测实验平台的误差源，对于镜头的畸变，提出了基于反向求解的畸变校正方法用于消除图像的畸变；对于棱镜位姿对基体件和待装配件的影响，提出了基于逆装配法的棱镜位姿校正；同时对于运动坐标系和像面坐标系的不重合现象，提出了补偿的措施。.