专利名称：径向张开装置作用件的定位方法
技术领域：
本发明涉及微小零件的装配领域，尤其是一种径向张开装置作用件的定位方法。微装配有时使用一种径向张开装置把待装配的微小零件沿径向张开，此时径向张开装置通过它的作用件一拉钩拉开待张开的零件。零件被沿径向张开后，可以方便把其他零件嵌入其中。
背景技术：
在微装配领域，有些零件的装配有时需要沿径向呈放射状张开。例如某大型激光驱动打靶装置的靶装配过程中，需要把铝筒插入到硅片内。这就需要径向张开装置通过它的作用件——拉钩把硅片上的十六个凸起沿径向拉开，然后将铝筒插入硅片中间的圆环里。由于硅片的材料是单晶硅，非常易碎，而需要拉动的位移量要求仅几十个微米，这样在径向张开过程中对拉钩的实时定位监测就非常重要。定位就是实时确定拉钩头部相对于硅片的位置和姿态，如果姿态不对可能导致张开过程中硅片受力不均，进而导致硅片碎裂；拉钩头部相对于硅片的位置不对可导致拉钩在不合适的状态下接触到硅片，导致硅片损坏。在微装配领域，提及对于作用件的定位，首先想到的都是利用显微视觉装置实时监测。然而，在实现本发明的过程中，发明人发现，由于要实现径向张开，有多个拉钩拉动硅片的凸起，若使用水平方向布置的镜头观测，会有两个困难很难克服。一个困难是空间紧凑(硅片的头部直径只有IOmm左右)，很难布置开多个水平方向放置的镜头；另一个困难是即使布置的开多个水平方向的镜头，由于在水平方向的光路上拉钩的重叠和其他凸起的遮挡，不可能对每个拉钩的定位都能观测清楚。而若没有水平方向的观测，拉钩与待张开零件(例如硅片)之间在垂直方向(垂直于硅片平面)的间隙就无法实时检测，装配过程因此就很难准确完成。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种径向张开装置作用件的定位方法，实现在无水平方向放置的镜头的情况下，也能解决作用件的垂向定位问题。本发明的技术方案为一种径向张开装置中作用件的定位方法，所述径向张开装置包括以下部分显微视觉装置、固定座、调整模块、超声波电机、作用件；所述固定座具有一环状平面，为调整模块提供固定支撑；所述显微视觉系统，用于监测作用件及待装配零件的位置；所述调整模块，用于调整固定在其上面的超声波电机的姿态；所述超声波电机，用于执行直线驱动，其固定在调整模块上；所述作用件，其固定在超声波电机上，并直接作用在待装配件上，通过所述超声波电机的驱动来改变作用件与待装配件之间的位置，实现对待装配件的径向张开；其中，将所述超声波电机与所述作用件采用柔性方式连接以实现对作用件的垂直定位。特别的，所述柔性方式包括采用柔性结构连接或松散式连接。特别的，当所述柔性方式为柔性结构连接时，将所述作用件与超声波电机固定连接，所述作用件中部具有一柔性薄壁结构，所述薄壁结构上设有应变传感器来感测作用件的应变力，并根据所述应变力来实现对作用件与待装配零件之间垂向距离的监测。特别的，所述应变传感器为应变片。特别的，所述薄壁结构为一侧去除材料的形式或在两侧去除材料的形式。特别的，所述作用件的一端通过螺钉固定在超声波电机上。特别的，所述柔性方式为松散式连接时，所述超声波电机具有一孔状结构，所述作用件一端具有一钩状结构，所述作用件的钩状结构钩于超声波电机的孔状结构处。特别的，所述一个超声波电机的孔状结构插入一个或多个作用件，使得一个超声波电机拉动多个作用件。特别的，所述作用件另一端钩于待装配零件处，所述作用件两端的钩状结构为相同结构或不同结构。特别的，所述作用件与待装配零件接触的一端为一钩状结构。综上所述，本发明的上述技术方案中的一个或多个技术方案具有以下的积极效果I)本发明中利用作用件的弹性形变来感知与待张开零件之间的垂直相对位置，避免了作用件对待张开的零件作用力过大而损坏零件，即在没有水平方向视觉感知的情况下，解决了作用件的垂直方向定位问题；2)本发明中作用件两端松散连接的方法消除了超声波电机的姿态偏差给张开驱动引入的位移偏差，即由于选用了非刚性连接，消除了垂向精确定位的需求，增强了径向张开装置的适应性。本发明通过设置超声波电机与作用件的连接关系，减少了设置水平方向显微视觉镜头的需求，简化了径向张开装置的复杂度。
图1为拉钩拉开硅片示意图；图2为拉钩与驱动装置柔性结构连接方案的示意图；图3为拉钩与驱动装置松散连接方案的示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。附图中各附图标记的含义为1-镜头1.1-镜头光轴2-拉钩2.1-拉钩中部的薄壁结构2. 2-拉钩端头的小钩状结构2. 3-固定孔2. 4-应变传感器
3-娃片
3.1-硅片上头部的凸起状结构
3. 2-硅片所在平面
4-固定螺钉
5-超声波电机
5.1-超声波电机上的固定螺纹孔
5. 2-超声波电机上的连接孔
6-处于松散连接状态的拉钩
6.1拉钩一端的钩状结构
6. 2拉钩另一端的钩状结构
传统大型激光驱动打靶装置的靶是个微装配件，在装配过程中需要把零件铝筒装
到零件娃片里面。娃片只有O. 4mm厚，由单晶娃加工而成。由于单晶娃是一种易碎的材料，在装配过程中需要先把硅片上均匀分布的16个小凸起3.1沿径向向远离中心方向张开约30微米，然后才能把铝筒的颈部插入到硅片中间的圆环里，再松开硅片的16个凸起，硅片的16个凸起紧紧夹住铝套筒的颈部，完成装配。本发明中的径向张开装置至少包括以下部分显微视觉装置、固定座、调整模块、超声波电机、作用件；所述固定座具有一环状平面，为调整模块提供固定支撑；所述显微视觉系统，用于监测作用件及待装配零件的位置；所述调整模块，用于调整固定在其上面的超声波电机的姿态；所述超声波电机，用于执行直线驱动，其固定在调整模块上；所述作用件，其固定在超声波电机上，并直接作用在待装配件上，通过所述超声波电机的驱动来改变作用件与待装配件之间的位置，实现对待装配件的径向张开。图1为拉钩拉开硅片示意图。如图1所示，至少有一个显微视觉镜头1，其垂直于径向平面3. 2布置，用于监测径向平面3. 2内的硅片3的径向位移量变化，其中镜头光轴1.1与硅片3的头部对称中心重合或接近重合的平行；有多个作用件2，呈放射状对称布置于径向平面3.2内，所述作用件2—端与超声波电机5相连，另一端与待张开件3相连。所述多个超声波电机5 (图1未示出)作为径向张开装置的一部分提供径向张开的直线位移驱动，并通过作用件2来拉动硅片的凸起3. 1，使其沿径向张开。对于超声波电机的控制，可以采取多种方式，例如，可以由控制装置根据显微视觉镜头获得图像信号，自动生成控制信号来实现对超声波电机的控制，也可以通过人来根据显微视觉镜头中的图像情况，对超声波电机进行手动控制。本领域技术人员根据本发明的描述，也可以采用任意可行的方式来实现对超声波电机的控制，但这并非本发明关注的重点。本发明主要是通过设计超声波电机与作用件的连接方式来解决作用件的定位问题。图2为拉钩与驱动装置采用柔性结构连接方案的示意图。如图2所示，作为优选方式之一，作用件2的一端刚性固定在超声波电机5上，优选的，可以采用螺钉方式实现刚性固定，具体的，作用件与超声波电机相连的一端开有孔状结构2. 3，超声波电机上有螺纹孔5. 1，方便作用件与超声波电机的螺纹连接。作用件2的另一端有钩状结构2. 2，钩状结构2. 2钩住待张开件3上的凸起3. 1，在超声波电机的驱动下把凸起3.1沿径向拉开。优选的，作用件2的中部可具有一薄壁结构2. 1，使作用件呈现明显的柔性结构。进一步的，可在薄壁结构2.1的平面上设有应变传感器2. 4，用于感知拉钩与硅片之间的作用力。
优选的，作用件2的末端有两个钩状结构2. 2，但不局限于两个，可以是一个、三个、四个或根据需要设定的任意数值。优选的，作用件的薄壁结构2.1可以是在一侧去除材料的形式(如图2所示)，也可以是在两侧去除材料的形式，涵盖增加作用件在光轴1.1方向柔性的任意结构形式，采用柔性结构可以缓冲作用件与硅片之间相互作用力的破坏作用。优选的，所述应变传感器2. 4可以是应变片，也可以是其他能够检测出拉钩在薄壁结构2.1处出现应变的其他传感器形式。通过应变传感器的反馈信号，可以感知作用件的钩状结构2. 2是否已经恰当的插入到待张开的零件上。具体过程可以采用但不限于如下方式首先使用垂向镜头I抓取拉钩和待装配件在水平平面上的图像，经过对该图像进行计算分析，可得到在水平平面两个自由度上各个拉钩与理想姿态之间的距离及各个拉钩与理想受力点之间的距离。使用该分析数据作为反馈信号，控制系统驱动超声波电机和调整模块执行动作，把各拉钩的姿态与位置在水平平面两个自由度上调整到理想状态。接着控制系统发出指令，驱动固定座在垂向上接近硅片，当各拉钩插入硅片，在垂向上到达理想位置时拉钩头部2. 2就会接触到硅片，该接触力使拉钩中部的薄壁结构2.1产生变形，应变传感器2. 4就会把2.1的变形转变成电信号传递给控制系统。这样就感知到了作用件的钩状结构2. 2是否已经插入到待张开的零件上。上述方式的优点在于作用件拉钩的姿态一旦调整好，就可以连续多次执行硅片拉开的操作，效率高。图3为拉钩与驱动装置松散连接方案的示意图。如图3所示，超声波电机上具有一孔状结构5. 2，作用件6的一端6.1与径向张开装置的驱动装置(超声波电机)5松散连接，所述一端6.1钩住超声波电机的孔状结构5. 2处；作用件6的另一端6. 2与待张开零件3松散连接，所述另一端6. 2钩住待张开件3的凸起部分3.1。作用件6的两端分别都只有一个钩状结构。一个超声波电机的孔状结构5. 2可以插入多个作用件，拉动多个作用件。由于超声波电机的孔状结构5. 2和硅片凸起3.1之间的间隙足够大，给拉钩6的钩状结构留足了自由度。在硅片被拉开之前先把拉钩放置到孔状结构5. 2和硅片凸起3.1之间的间隙内。具体的，在显微视觉的帮助下，手工使用镊子即可完成该操作。上述方法在每次张开一个娃片都要放一次拉钩,但其适应性强,一个超声波电机的孔状结构5. 2可以放一个或多个拉钩6，而不用担心各拉钩之间姿态的相互影响。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种径向张开装置中作用件的定位方法，所述径向张开装置包括以下部分显微视觉装置、固定座、调整模块、超声波电机、作用件；所述固定座具有一环状平面，为调整模块提供固定支撑；所述显微视觉系统，用于监测作用件及待装配零件的位置；所述调整模块，用于调整固定在其上面的超声波电机的姿态；所述超声波电机，用于执行直线驱动，其固定在调整模块上；所述作用件，其固定在超声波电机上，并直接作用在待装配件上，通过所述超声波电机的驱动来改变作用件与待装配件之间的位置，实现对待装配件的径向张开；其中，将所述超声波电机与所述作用件采用柔性方式连接以实现对作用件的垂直方向定位。
2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述柔性方式包括采用柔性结构连接或松散式连接。
3.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于当所述柔性方式为柔性结构连接时，将所述作用件与超声波电机固定连接，所述作用件中部具有一柔性薄壁结构，所述薄壁结构上设有应变传感器来感测作用件的应变力，并根据所述应变力来实现对作用件与待装配零件之间垂向距离的监测。
4.如权利要求3所述的定位方法，所述应变传感器为应变片。
5.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于所述薄壁结构为一侧去除材料的形式或在两侧去除材料的形式。
6.如权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述作用件的一端通过螺钉固定在超声波电机上。
7.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述柔性方式为松散式连接时，所述超声波电机具有一孔状结构，所述作用件一端具有一钩状结构，所述作用件的钩状结构钩于超声波电机的孔状结构处。
8.如权利要求1所述的定位方法，所述作用件与待装配零件接触的一端为一钩状结构。
9.如权利要求6所述的定位方法,其特征在于,所述一个超声波电机的孔状结构插入一个或多个作用件，使得一个超声波电机拉动多个作用件。
10.如权利要求6或7所述的定位方法，所述作用件另一端钩于待装配零件处，所述作用件两端的钩状结构为相同结构或不同结构。
全文摘要
本发明公开了一种径向张开装置的作用件的定位方法，应用在微装配领域。本发明中的径向张开装置包括以下部分显微视觉装置、固定座、调整模块、超声波电机、作用件；其中，通过将所述超声波电机与所述作用件采用柔性方式连接来实现对作用件的垂直方向定位。使用本发明方法能够避免设置多个水平方向镜头时的困难，在只有垂向显微视觉镜头的情况下实现对作用件垂直方向上的定位。同时，由于减少了水平方向显微视觉镜头的设置，简化了径向张开装置的复杂度。
文档编号B23P19/00GK103056639SQ201210592668
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李海鹏, 徐德, 张正涛 申请人:中国科学院自动化研究所