《面向微小型系統裝配的高精度對位檢測儀的研製》是依託北京理工大學，由張之敬擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向微小型系統裝配的高精度對位檢測儀的研製
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：張之敬
- 項目類別：專項基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
精密微小型機電系統裝配是目前國內外微製造領域的研究熱點，而高精度對位檢測又是微裝配過程亟待解決的共性關鍵難題。本項目從我國重大科技攻關和微小型機電系統研發與生產的需求出發，依據近年來在微小型機械系統裝配方面所取得的研究成果，提出面向微小型系統裝配的高精度對位檢測儀器。圍繞當前在精密微裝配領域高精度對位檢測方面的幾個重大關鍵問題，即高精度顯微光學對位、高精度對位特徵識別、基於高靈敏度微力反饋的自適應位置誤差檢測等問題，研製同軸光學對位、特徵識別和基於微力反饋的亞微米級精度的對位檢測硬軟體模組集成的面向微裝配的高精度同軸對位檢測儀器，並在此基礎上研究儀器自校準和標定方法。該儀器的研製成功將為我國的微靶等三維複雜微小型系統高精度裝配、非矽MEMS與MEMS產品的自動化裝配、封裝與集成提供關鍵設備和技術支撐；同時對我國精密微小型系統的長遠發展，具有十分重要的理論意義與套用價值。
結題摘要
本項目研製了一台面向中間尺度微器件組成的精密、微小型系統的高精度對位檢測儀，能夠達到亞微米級裝配對位精度。 主要研究內容有： （1）基於CCD相機的同軸對位檢測原理：利用立方體分光稜鏡，使得攝像機可同時獲取基體與目標零件的圖像信息，獲取不同位姿下基體和目標零件在同一像平面上的位置對應關係。實驗結果表明，基於CCD相機的同軸對位檢測精度能夠達到2微米。 （2）基於雷射共聚焦的對位測量原理：目標零件和基體零件經過道威稜鏡的45度斜邊反射後，在雷射共聚焦測量顯微鏡的像平面可獲得清晰的像。通過測量雷射共聚焦顯微鏡頭向左或右側移動的距離以及兩端零件在像平面中的位置，計算即可得到兩端零件的位置偏差。成像誤差對對準精度的影響分析與實驗結果表明，基於雷射共聚焦的對位測量解析度能達到0.5微米。 （3）基於UMAC卡的多軸綜合集成控制系統：針對本儀器組成部件眾多，所需控制軸數多、自由度數多（28個），且控制功能要求各異，反饋信息種類不同，採集手段和處理方法也不同的特點，採用了“工控機+獨立控制器+多運動軸控制卡”的開放式控制系統構架。 突破了以下關鍵技術： （1）基於微力/位姿映射的高精度裝配方法：綜合分析了在感測器和待裝配零件之間存在的各種影響因素，提出了基於BP神經網路和GA遺傳算法的裝配力和零件位姿之間映射的研究方法，實驗和計算結果表明基於微力-微變形的對位檢測解析度能達到100nm。 （2）基於工藝匹配的對稱邊緣特徵幾何位置精確識別算法：研究了基於工藝匹配的微小型結構件顯微光學位置識別基本原理，建立不同工藝的微小型結構件顯微圖像邊緣的多項式擬合模型。 （3）高精度對位檢測儀的自校準與誤差補償：研究了基於CCD相機同軸對位的位姿校準技術、基於雷射共聚焦同軸光學對準的位姿校準技術和同軸光學對位檢測系統的精度補償，通過校準和精度補償，系統的光學解析度和裝配對準解析度均能達到0.5微米。 通過本項目的研究，共發表論文30篇，其中SCI檢索10篇，EI檢索17篇；獲得國家發明專利授權11項，申請國家發明專利9項，且本項目主要成果已成功套用於航天慣性儀表高精度裝配、非矽MEMS彈用器件自動化裝配、衛星複雜結構裝配中；獲得2次國際學術會議最佳論文獎；赴國外考察1次；1人獲批新世紀優秀人才計畫；培養博士生15名，已畢業8名、在讀7名，碩士生20名，已畢業12名、在讀8名。
