精密装配中微小零件的定位不确定性探究

任民，李俊男，刘庆

（吉林江机特种工业有限公司，吉林 吉林 132000）

基于我国目前对微小零件的精密装配问题，需要着重考虑零件定位不确定性。基于此，自动化的装配手段能够在此过程中，提高装配的精密程度。对于微机电等相关产品的微小零件的装配，需要精确到微米，对零件进行精密程度的标定，以此探究零件在装配过程中定位不确定性问题。在装配过程中，由于零件过于微小，会出现毛细力、微静电等相关问题，最终影响装配，产生误差问题。

1 定位不确定性的理论基础

1.1 线段的定位不确定性模型

在进行微小零件的定位过程中，需要依托误差带来对线段进行精准定位。以误差带的表中来判断定位不准确情况。在计算定位不确定性的过程中，需要运用概率理论进行计算。在此过程中，概率分布模型和置信域模型，在进行线段定位分析过程中，应用广泛且计算方式较为准确。在使用概率分布模型计算线段的定位不确定性时，需要对该线段上的点的集合密度进行详细分析，得出最终结果。而置信域模型则要比概率分布模型的使用的局限性更小，构建区域范围是真值落入范围内，进行不确定性计算。

1.2 平面点的定位不确定性模型

（1）误差曲线。对于点的定位不确定性分析过程中，点的实际位置和扁的理想位置是存在差异的。在计算误差的过程当中，只能依据相关的指数对误差的某一方面进行判断，但是无法给出任意方向极为准确的误差值。由此，为了得到更加精准的定位情况，需要对点的各个方向都详细了解误差分布情况。从0～360°的各个方向，都进行误差计算，最终点的轨迹形成的闭合曲线就是误差曲线。利用误差曲线在坐标轴上的表现，与坐标轴的夹角和呈现出来的面积，能够更直观地反映平面当中的误差大小。

（2）误差曲线与误差椭圆。误差曲线的绘制难度较高，其绘制的图形也多为不规则的图形。在进行曲线绘制的过程中，椭圆这种图形，是点落入平面中所呈现的面积最小的。因此，误差椭圆就成为误差曲线的一种表现形式。然而，在进行误差曲线与误差椭圆的绘制过程中，两种图形所表示出来的误差概率是有一定区别的。但是，基于误差曲线与误差椭圆之间公式数据核算，能够证明误差曲线与误差椭圆之间是有替代关系的，可以用误差椭圆来代替误差曲线，进行定位不确定性的误差分析。

2 定位不确定性的来源

2.1 各模块误差分析及其补偿模型

（1）各模块误差分析。在视觉测量模块装配过程中，利用操作手进行零件位置调整过程中，视觉测量和滑台运动的相互配合中会产生误差。由此会导致三维误差和图像采集误差。而在进行装配作业的过程中，零件的对正、转移和装配都会是误差受到影响。同时，当视觉测量的坐标轴与装配模块坐标轴不平行时，也会导致误差。

（2）误差补偿模型。以图像坐标系、视觉测量坐标系、装配作业坐标系和世界坐标系，作为基础进行误差补偿模型的建立，以此来探究误差产生的原因。在进行坐标系的分析当中，需要将各种坐标转换到统一的世界坐标系中，在确定各个坐标系的原点后，进行数据计算。

2.2 误差模型参数标定及不确定性分析

（1）像素尺寸标定。以像素为单位的视觉测量，能够进一步地建立以像素尺寸标定的模型。在图像中标定出具体的单个像素实际尺寸，调整相机位置和观测点的光源，使观测更清楚。在此过程中需要注意板面的清洁度，保证图像可以清晰地被观测到。由观测结果可知。相机平面作业与平台保持平行，能够降低误差。

（2）视觉测量坐标系的标定。在进行视觉测量的过程中，需要保持标定板与坐标轴平行。同时，需要控制测量模块滑台，在相机移动拍摄图像的过程中需要与测量模块保持同向运动。由此进行标定，可以得出定位不确定性与像素尺寸的相关性更强，而角坐标与滑台的精确度对其影响较小。

2.3 其他误差分析

（1）滑台运动误差分析。在进行零件装配过程中，通过视觉测量坐标系等方式进行标定。依托滑台的移动配合操作手进行零件释放，在此过程中，滑台运动速度，会对零件装配的精确程度产生不利影响。同时，滑台的精确程度，也会受负载力的影响，进而导致更大的误差产生在其中。对此，需要通过重复定位费的方式，降低滑台的在装配过程中的误差问题。

（2）黏附力对定位不确定性的影响。黏附力在操作手与零件的抓取过程中，起着至关重要的作用，但是在零件的释放过程中，黏附力就会产生负面影响。由于黏附力过高，就会导致零件释放过程中，释放位置不精准。在此过程当中，由于毛细力和静电力的影响，也会对黏附力的大小产生影响。毛细力和静电力越高，黏附力则会更大。在释放过程当中，对于定位不确定性产生的影响就会更显著。

3 零件定位不确定性的影响

3.1 接触状态对不确定性的影响

在进行零件装配过程中，需要从接触时间和接触力两个方面，来探讨接触状态对定位不确定性影响的分析。通过相关的实验探究得出，接触的时间越长，对滑台的温度、震动、运动与操作手的接触时间相关性较强。但是，随着操作手与零件之间的接触力不断变化的过程中，对于零件定位的不确定性影响也较小。由此得出，接触力与接触时间对零件的定位不确定性都不会产生不良影响。

3.2 滑台运动速度对不确定性的影响

在针对滑台运动速度对零件定位不确定性的影响分析的过程中，以操作手手零件分离的速度和时间作为判断基础。以具体的实验操作进行验证，当滑台的运动速度不断攀升时，也会对零件的定位不确定性产生不良影响，其误差也会随之缓慢提升。滑台运动速度快，就会导致操作手与零件分离的速度提升，黏滞力的提升会进而产生更大的误差。

3.3 环境湿度对不确定性的影响

毛细力和静电力的强度与环境会有直接关系，而这两种力会对操作手的黏滞力产生影响。而由于季节的转换，环境湿度产生变化，对零件的定位不确定性之间的关系探讨也会由此展开。随着环境湿度的不断提升，会导致误差曲线绘制过程中的面积不断增大，产生更大的误差。

4 结语

综上所述，通过对零件定位不确定性的分析，从模型的绘制、标定方式以及影响因素来探讨。影响微小零件装配的相关因素。定位不确定性是根据理想的定位点与实际观测到的定位位置进行判断而得出的相关结论。从线段和平面点两方面，进行定位不确定性分析。除了依托线段的定位不确定方式外，通过平面进行点的定位，也能够进行定位不确定性判断。以圆形、矩形、椭圆形等信域建平面模型描述定位点不确定性。进而对零件定位不确定性的误差分析，以提高装配的精确程度。