自动装配系统的现状与关键技术要点研究

郭欣 胡晔 韩杭天

【摘  要】伴随着社会发展，自动化技术愈加成熟。为提高工业制造领域自动化装配水平，我国有必要充分构建自动装配系统，保证机械零件装配质量。本文主要研究了典型的机械零件自动装配系统，分析了机械零件自动装配系统关键技术

【关键词】关键技术;自动装配系统;现状;研究

引言

在传统制造工艺下，机械零件装配工作主要依赖于人。但是人在实际操作过程中容易出现各种失误，进而影响装配精度。另外，人工开展装配工作不仅耗时长，而且产生的成本相对较高。在新的发展阶段下，研究人员不断地创新发展机械零件自动装配技术，大大提高了技术应用水平。目前，该技术已经广泛地应用在汽车、机器人、航空等领域之中。听话自动装配的精密化与自动化制造业重要发展方向，得到了社会广泛关注。为促进社会健康发展，我国需要继续优化自动装配系统，以便促进工业制造领域健康发展。

一、典型的机械零件自动装配系统

（一）基于F/T的机械零件自动装配系统

F/T 检测是一种应用 F/T 传感器来达到检测各个零件位置、距离等信息的一种设备。F/T检测通常应用在夹持工具夹持待装配机械零件时的夹持力实时检测。在检测时，还会传递各类信息，如待装配轴、孔零件轴心线等位置信息。根据这些信息，可以更好地完成装配工作。为提高检测水平，该系统所安装的检测装置数量相对较多能够全面地检测各种零件的位置。基于F/T的机械零件自动装配系统的优势在于：一是构建该系统的方式相对简单;二是系统的可操作做性强，相关人员可以顺利地开展检测工作;三是应用的成本低，节约费用;四是由于应用该系统无需精准确定孔的轴心线位置，装配效率可以进一步提高。系统的劣势在于：一是因为其属于接触式检测，所以在操作过程中容易受到一些因素的影响，不利于保证装配的精准性。二是在检测的过程中可能会损坏零件。

（二）基于机器视觉的机械零件自动装配系统

机器视觉检测方式属于非接触式检测。该检测方式的实用性比较强。分辨率高、时效性高、检测精度高、降低装配损伤等乃是基于机器视觉的机械零件自动装配系统的重要应用优势。CCD是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。CCD图像传感器可以保证检测所传递信息的清晰性、及时性等。因此，CCD图像传感器被应用到了该检测方式之中。在技术竞争愈加激烈的现代化社会，我国愈加关注于机器视觉的机械零件自动装配系统的研究工作，希望提高系统自动化、智能化发展水平。从研究中发现，激光具有高亮度、高方向性等特点。而这些特点极大地符合了该种系统对装配精度的需求。由于轴与孔零件之间的距离比较短，研究人员为保证配精度以及提高装配效率，逐渐地把电子显微镜融入该系统中。清华大学科研团队也在研究该系统，并取得了一定的研究成果。把CCD图像传感器、自准直望远镜、激光测距等科学地加入系统中，进一步地提高了装配水平。

（三）混合式机械零件自动装配系统

以上分析的两种系统都有着各自的应用优势。若是能够将两种系统进行优势整合，就容易强化检测效果。而混合式机械零件自动装配系统就是所以以上两种系统结合的产物。该系统不仅应用机器视觉检测零件，而且应用F/T检测测零件。前者为检测之主，后者为检测之辅。在两种检测的作用下，检测工作开展得更为顺利。该系统既摆脱了装配环境对检测工作产生的负面影响。随着系统升级发展，其适用性越来越强，应用范围越来越广。

二、机械零件自动装配系统关键技术

（一）机械零件自动装配系统的操作工具

RCC属于远端柔性手腕和夹持工具。RCC主要分为四大类别，具体如下所述，一是气压驱动。该种驱动方式具有结构简单、驱动效率高、维护便利、可操作强、应用时间长等特点。气压驱动主要适用于操作小尺寸机械零件。二是液压驱动。该种驱动方式具有结构简单、功率大特点。液压驱动主要适用于操作大中尺寸机械零件。不过，这两种方式具有同样的缺点。主要表现在，两种产生的冲击力相对较容易损伤零件。三是电磁驱动。该种驱动方式主要是通过改变通电电流，达到控制电磁力的目的。在这种情况之下，操作质量可以大幅度提高。电磁驱动主要适用于操作微小零件。四是动机驱动。该种驱动方式可以较好地实现夹持工具的夹紧与释放。电机驱动的优点是：操作性强、适用性强、安装方便等;缺点是：易受电源电压干扰，影响操作质量。同时动机驱动的结构法相对复杂。

（二）机器视觉检测的图像识别与处理

为提高机器视觉检测的图像识别与处理水平，要从以下两项内容为研究突破点。一是保证图像边缘识别效率。通过识别图像边缘，可以更加清楚的获得配件之间的距离，进而完成精准化操作。当前，主要应用布特沃斯、高斯高通滤波等完成图像识别工作。该种识别方式所产生的应用效果也比较好。二是提高去噪声处理水平。主要应用频率域技术，开展去噪声处理工作。为充分发挥机器视觉检测价值，我国需要优化各类技术。比如，优化多视角识别技术、提升图像传输技术水平等。

（三）机械零件自动装配系统的精密定位与驱动

提高定位水平既是装配工作的前提，又是装配工作的重点。并联机构定位与串联机构定位乃是定位具体表现方式。并联机构定位的优点是：定位精确、定位性能好。不过，由于不能够同步控制定位装配驱动器，定位效果将会受到影响。串联机构定位的优点是：定位行程大。然而，其最终产生的误差将会降低定位质量。所以，我国重点研究缩小定位误差的方法，以此确保定位精准性。

（四）F/T检测

F/T检测设备主要用来实时监测夹持力。如果压力过大，将会损坏零件。但是压力不足将会出现松动的问题。所以，要合理地控制压力。F/T传感器常应用在F/T检测之中。根据检测原理，将传感器共分为三大类型。一是应变式F/T传感器。优点：检测方便、检测的精准性高、测量的范围大。缺点：易受到外界温度干扰，进而变形。在这种情况之下，应变式F/T传感器就不能够发挥自身检测作用了。二是压电式F/T传感器。优点：结构简单、反应速度快、信噪高、工作的可靠性强。缺点：输出响应差。三是光电式F/T傳感器。该种传感器属于非接触检测。检测精度高、检测速度快、抗电磁干扰能力强等优点。因此，我国也在集中精力研究光电式F/T传感器，着力提高光电式F/T传感器发展水平。

结束语

综上所述，从目前现状来看，机械零件自动装配系统还存在一定的问题。比如，装配准确性不强、效率不高等。因此，如何提高装配的准确性和效率是系统发展的重点。为强化系统应用效果，我国有必要组建专业的研究团队，优化检测技术、自动化技术。与此同时，要投入人力、物力、财力等支持机械零件自动装配系统研究工作，激发研究活力。另外，要积极地开拓研究视野，科学地借鉴与吸收国外先进技术，并根据自身实际地发展情况，创新系统，以便更好地增强在机械自动化领域的世界竞争力。

参考文献：

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[6]蔡大军.面向工业机器人作业的容错式六维力传感器应用实验研究[D].燕山大学，2016.

基金项目：

国家级高等学校大学生创新创业训练计划项目：画架自动装配线;项目编号201813001020。

（作者单位：宁波财经学院）