多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备制造技术

本发明专利技术提供的多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，涉及自动化微装配设备技术领域，该多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备包括微装配在线检测系统、微装配输送主轴及托板快换系统、微装配机械手及换手系统。微装配在线检测系统用于对跨尺度复杂多构型微小零部件进行实时在线检测。微装配输送主轴及托板快换系统用于实现微零件的预存储、位置定位、工位转运、提供装配基准、装配完成后的固化存放。微装配机械手及换手系统用于实现微零件的拾取、位姿调整、涂胶操作、零件装配等。该多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备设计精简、结构优化紧凑、功能完备、装配精度优良，可实现自动化高标准一致性微装配。

【技术实现步骤摘要】
多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备
本专利技术涉及自动化微装配设备
，具体而言，涉及一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备。
技术介绍
微操作与微装配技术是先进制造领域里的关键技术之一，已广泛应用于微机电系统、纳米制造、精密光电子工程、生物工程、医学等领域。微小器件的装配是精密制造的重要环节，微装配作业的质量对产品的性能有着重要影响。微装配
中，特别是对于具有跨尺度复杂多构型特征的微零件组件装配，需考虑不同尺寸、构型、尺度之间微零件的组装问题，甚至存在毫米级、微米级以及亚微米级的多尺度零件之间的装配难题。由于微装配的操作对象微小、精度要求高，鉴于手工精密装配作业效率低，精度和一致性难以保证，凭借人工方式操作已经无法满足要求。有鉴于此，本专利技术提出了一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，以解决跨尺度多构型微零件的微装配技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的包括提供一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，以解决跨尺度复杂多构型微零件的微装配技术难题，实现自动化、装配精度优良、高标准一致性的复杂多构型微零件组件的微装配。本专利技术改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。本专利技术提供的一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，包括设备工作台和安装在所述设备工作台上的微装配在线检测系统、微装配输送主轴及托板快换系统、微装配机械手及换手系统、电气控制及可视化监控系统。所述微装配在线检测系统包括视觉检测模块、力觉检测模块、光电检测模块；所述微装配在线检测系统用于对跨尺度复杂多构型微小零部件进行实时在线检测。所述微装配输送主轴及托板快换系统包括输送主轴模块、托板快换模块、换手支架模块。输送主轴模块安装在所述设备工作台上，所述托板快换模块和所述换手支架模块均安装在所述输送主轴模块上。所述微装配输送主轴及托板快换系统用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的预存储、位置定位、工位转运、提供装配基准、装配完成后的固化存放。所述微装配机械手及换手系统包括多手臂运动模块、装配机械手及快换模块、压装机械手模块。所述装配机械手及快换模块和所述压装机械手模块分别安装在所述多手臂运动模块上；所述微装配机械手及换手系统用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的拾取、位姿调整、涂胶操作、装配位置精确定位、零件装配、机械手快换、压装拾取、压装配准放置。所述电气控制及可视化监控系统包括工控机控制系统、子系统驱动器模块、上位机软件操作系统。所述电气控制及可视化监控系统用于实现对传感器、机械运动轴及相应控制器、驱动器、电源的自动控制和监视。进一步地，所述微装配在线检测系统还包括重载龙门架，所述重载龙门架安装在所述设备工作台上，所述视觉检测模块包括水平视觉检测模块和垂直视觉检测模块；所述水平视觉检测模块设于所述重载龙门架的下侧，所述垂直视觉检测模块设于所述重载龙门架的上侧。所述水平视觉检测模块包括一路水平方向的显微视觉系统，所述水平方向的显微视觉系统安装在第一定位运动平台上；所述水平方向的显微视觉系统包括水平变倍镜头、水平CCD相机和水平辅助光源。所述第一定位运动平台具有X、Y、Z三轴方向运动的自由度，用于实现所述水平视觉检测模块的自动调焦、平面位置调整以及工位切换。所述垂直视觉检测模块包括一路垂直方向的显微视觉系统，所述垂直方向的显微视觉系统安装在第二定位运动平台上；所述垂直方向的显微视觉系统包括垂直变倍镜头、垂直CCD相机和垂直辅助光源。所述第二定位运动平台具有X、Y、Z三轴方向运动的自由度，用于实现所述垂直视觉检测模块的自动调焦、平面位置调整以及工位切换。进一步地，所述力觉检测模块包括一个Z轴方向的微力觉位移传感器；所述力觉检测模块安装于所述装配机械手及快换模块的执行端，通过Z轴方向反馈力信号实时判断微装配件装配过程中的到位信息。进一步地，所述光电检测模块包括一个垂直方向的共焦位移传感器；所述第二定位平台包括平行设置的第一Z轴方向运动轴和第二Z轴方向运动轴，所述垂直视觉检测模块安装在所述第一Z轴方向运动轴上，所述光电检测模块通过固定板固定安装在所述第二Z轴方向运动轴上。所述光电检测模块与所述垂直视觉检测模块共用同一个X轴方向的运动轴和同一个Y轴方向的运动轴。进一步地，所述输送主轴模块包括一个Y轴方向的直线精密输送运动台、一个θz轴方向的精密旋转台，所述Y轴方向的直线精密输送运动台安装在所述设备工作台上，所述θz轴方向的精密旋转台安装在所述Y轴方向的直线精密输送运动台上，所述托板快换模块和所述换手支架模块安装在所述θz轴方向的精密旋转台上。所述输送主轴模块用以实现跨尺度复杂多构型微小零部件的转运输送，以及位置、姿态的精细调整。进一步地，所述托板快换模块包括托板主体、压力工装组件、胶盒模块、零件定位工装、快换模块、快换传气板。所述托板主体包括多种跨尺度复杂多构型微小零部件预存放位置、压装存放位置、压装基座预存放位置、胶盒存放位置、零件真空负压固定孔位、定位销钉。所述零件定位工装通过与所述托板主体上的零件定位销钉配合使用，用以实现多种跨尺度复杂多构型微小零部件的位置姿态确定，保证每次放置零件的一致性。所述压力工装组件设于所述压装存放位置，用于实现多种跨尺度复杂多构型微小零部件的压装固定功能，保证微零件完成装配后的精度稳定性。所述胶盒模块设于所述胶盒存放位置，用于实现多种跨尺度复杂多构型微小零部件的涂胶、粘胶功能。所述快换模块包括所述托板主体上的托板定位销钉、所述快换传气板上的托板快换主盘；所述快换传气板通过结合所述快换模块，以实现所述托板主体的快速安装固定和传气供气功能。进一步地，所述换手支架模块设有多个换手工位，多个所述换手工位用于放置和固定多种微装配机械手；所述换手支架模块具有专门的辅助定位槽和真空吸附固定功能，以实现不同的所述微装配机械手顺利无差别放置于所述换手工位内。进一步地，所述多手臂运动模块包括一个Y轴方向的直线精密手臂运动台、一个X轴方向的直线精密手臂运动台、第一Z轴方向直线精密手臂运动台以及第二Z轴方向直线精密手臂运动台。所述Y轴方向的直线精密手臂运动台安装在所述设备工作台上，所述X轴方向的直线精密手臂运动台安装在所述Y轴方向的直线精密手臂运动台上，所述第一Z轴方向直线精密手臂运动台以及所述第二Z轴方向直线精密手臂运动台均安装在所述X轴方向的直线精密手臂运动台上。所述多手臂运动模块用以实现操作机械手的运动控制和定位。进一步地，所述装配机械手及快换模块安装在所述第一Z轴方向直线精密手臂运动台上，所述装配机械手及快换模块包括第一装配机械手、第二装配机械手、第三装配机械手、第四装配机械手、机械手快换主模块、快换力觉转接块、装配手臂。所述装配手臂的一端固定安装在所述第一Z轴方向直线精密手臂运动台上，所述装配手臂的另一端连接所述力觉检测模块，所述力觉检测模块与所述快换力觉转接块连接，所述快换力觉转接块与所述机械手快换主模块连接，所述机械手快换主模块选择性地与所述第一装配机械手、所述第二装配机械手、所述第三装配机械手、所述第四装配机械手连接。进一步地，所述压装机械手模块安装在所述第二Z轴方向直线精密手臂运动台上，用于实现对所述压力工装组件的拾取和装配操作。所述压装机械手模块包括压装机械手本体和压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，包括设备工作台(5)和安装在所述设备工作台(5)上的微装配在线检测系统(1)、微装配输送主轴及托板快换系统(2)、微装配机械手及换手系统(3)、电气控制及可视化监控系统(4)；所述微装配在线检测系统(1)包括视觉检测模块(11)、力觉检测模块(12)、光电检测模块(13)；所述微装配在线检测系统(1)用于对跨尺度复杂多构型微小零部件进行实时在线检测；所述微装配输送主轴及托板快换系统(2)包括输送主轴模块(21)、托板快换模块(22)、换手支架模块(23)；输送主轴模块安装在所述设备工作台(5)上，所述托板快换模块(22)和所述换手支架模块(23)均安装在所述输送主轴模块(21)上；所述微装配输送主轴及托板快换系统(2)用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的预存储、位置定位、工位转运、提供装配基准、装配完成后的固化存放；所述微装配机械手及换手系统(3)包括多手臂运动模块(31)、装配机械手及快换模块(32)、压装机械手模块(33)；所述装配机械手及快换模块(32)和所述压装机械手模块(33)分别安装在所述多手臂运动模块(31)上；所述微装配机械手及换手系统(3)用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的拾取、位姿调整、涂胶操作、装配位置精确定位、零件装配、机械手快换、压装拾取、压装配准放置；所述电气控制及可视化监控系统(4)包括工控机控制系统、子系统驱动器模块、上位机软件操作系统；所述电气控制及可视化监控系统(4)用于实现对传感器、机械运动轴及相应控制器、驱动器、电源的自动控制和监视。...

【技术特征摘要】
1.一种多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，包括设备工作台(5)和安装在所述设备工作台(5)上的微装配在线检测系统(1)、微装配输送主轴及托板快换系统(2)、微装配机械手及换手系统(3)、电气控制及可视化监控系统(4)；所述微装配在线检测系统(1)包括视觉检测模块(11)、力觉检测模块(12)、光电检测模块(13)；所述微装配在线检测系统(1)用于对跨尺度复杂多构型微小零部件进行实时在线检测；所述微装配输送主轴及托板快换系统(2)包括输送主轴模块(21)、托板快换模块(22)、换手支架模块(23)；输送主轴模块安装在所述设备工作台(5)上，所述托板快换模块(22)和所述换手支架模块(23)均安装在所述输送主轴模块(21)上；所述微装配输送主轴及托板快换系统(2)用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的预存储、位置定位、工位转运、提供装配基准、装配完成后的固化存放；所述微装配机械手及换手系统(3)包括多手臂运动模块(31)、装配机械手及快换模块(32)、压装机械手模块(33)；所述装配机械手及快换模块(32)和所述压装机械手模块(33)分别安装在所述多手臂运动模块(31)上；所述微装配机械手及换手系统(3)用于实现所述跨尺度复杂多构型微小零部件的拾取、位姿调整、涂胶操作、装配位置精确定位、零件装配、机械手快换、压装拾取、压装配准放置；所述电气控制及可视化监控系统(4)包括工控机控制系统、子系统驱动器模块、上位机软件操作系统；所述电气控制及可视化监控系统(4)用于实现对传感器、机械运动轴及相应控制器、驱动器、电源的自动控制和监视。2.根据权利要求1所述的多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，所述微装配在线检测系统(1)还包括重载龙门架(14)，所述重载龙门架(14)安装在所述设备工作台(5)上，所述视觉检测模块(11)包括水平视觉检测模块(11-1)和垂直视觉检测模块(11-2)；所述水平视觉检测模块(11-1)设于所述重载龙门架(14)的下侧，所述垂直视觉检测模块(11-2)设于所述重载龙门架(14)的上侧；所述水平视觉检测模块(11-1)包括一路水平方向的显微视觉系统(11-11)，所述水平方向的显微视觉系统(11-11)安装在第一定位运动平台上；所述水平方向的显微视觉系统(11-11)包括水平变倍镜头(11-12)、水平CCD相机(11-13)和水平辅助光源(11-14)；所述第一定位运动平台具有X、Y、Z三轴方向运动的自由度，用于实现所述水平视觉检测模块(11-1)的自动调焦、平面位置调整以及工位切换；所述垂直视觉检测模块(11-2)包括一路垂直方向的显微视觉系统(11-21)，所述垂直方向的显微视觉系统(11-21)安装在第二定位运动平台上；所述垂直方向的显微视觉系统(11-21)包括垂直变倍镜头(11-22)、垂直CCD相机(11-23)和垂直辅助光源(11-24)；所述第二定位运动平台具有X、Y、Z三轴方向运动的自由度，用于实现所述垂直视觉检测模块(11-2)的自动调焦、平面位置调整以及工位切换。3.根据权利要求2所述的多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，所述力觉检测模块(12)包括一个Z轴方向的微力觉位移传感器；所述力觉检测模块(12)安装于所述装配机械手及快换模块(32)的执行端，通过Z轴方向反馈力信号实时判断微装配件装配过程中的到位信息。4.根据权利要求3所述的多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，所述光电检测模块(13)包括一个垂直方向的共焦位移传感器(13-1)；所述第二定位运动平台包括平行设置的第一Z轴方向运动轴(11-27)和第二Z轴方向运动轴(11-28)，所述垂直视觉检测模块(11-2)安装在所述第一Z轴方向运动轴(11-27)上，所述光电检测模块(13)通过固定板(13-2)固定安装在所述第二Z轴方向运动轴(11-28)上；所述光电检测模块(13)与所述垂直视觉检测模块(11-2)共用同一个X轴方向的运动轴和同一个Y轴方向的运动轴。5.根据权利要求1所述的多传感融合的复杂多构型微零件自动微装配设备，其特征在于，所述输送主轴模块(21)包括一个Y轴方向的直线精密输送运动台(21-1)、一个θz轴方向的精密旋转台(21-2)，所述Y轴方向的直线精密输送运动台(21-1)安装在所述设备工作台(5)上，所述θz轴方向的精密旋转台(21-2)安装在所述Y轴方向的直线精密输送运动台(21-1)上，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振源，吴文荣，毕列，张娟，戴曦，王红莲，杨宏刚，彭博，温明，魏红，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51