微小零件装配和影响可靠操作的粘附力研究

摘要

零件装配是微小惯性器件生产制造过程中的重要环节，直接影响器件的性能。装配的可靠性是实现微小零件装配系统设备应用的保证。随着零件的微小化，表面力对零件拾取与释放的影响增加，尤其是在释放过程中，吸附头与零件之间的表面力导致的位置误差会影响装配精度，因此微小惯性器件装配中零件的可靠拾取与释放是装配成功与否的关键。
　　本文需要装配的微小惯性器件由七个零件组成，其中三个为薄片类零件，最小质量为0.4g，零件的拾取方式采用真空吸附。为了减小装配时粘附力对零件装配精度带来的影响，分别对范德华力、静电力和毛细作用力三种粘附力进行了分析，研究了不同力的产生机理与影响因素，为减弱粘附力提供了一定的理论参考。
　　设计并搭建了微力测量装置用于测量装配作业时吸附头和零件接触表面间的粘附力，针对上述三个零件，分别研究了不同的分离速度、加载的装配力和时间、吸附头材料及环境湿度等参数对粘附力的影响规律。测量实验结果表明:分离速度、加载装配力时间对橡胶吸附头和硅、镀金材料零件间的粘附力影响较大，粘附力随着参数值的增加显著增大，而对吸附头和氮化铝材料零件间的粘附力影响微弱;在加载的20-80mN装配力范围内变化时，橡胶吸附头和三种材料零件间的粘附力基本保持稳定;聚四氟乙烯(PTFE)材料吸附头能显著减小和三种材料零件间的粘附力;环境湿度对橡胶吸附头和三种材料零件间的粘附力影响显著，粘附力都随着湿度的增加而显著增大，但当湿度超过60％时，硅材料零件和橡胶吸附头间的粘附力大小基本稳定。
　　综上，以吸附方式拾取微小零件时作业环境的湿度应尽量小，吸附头采用PTFE材料，分离速度和装配力加载时间应在合适的范围内选择较小的值有利于减小粘附力以提高装配的精度。上述研究工作为微小薄片类零件的可靠释放与高精度装配提供了技术手段和实验依据。
　　针对已有装配系统流程单一，不灵活的缺点，本文对其进行优化，研究制定了可从不同的零件开始装配的装配流程，在Microsoft Visual C++平台上开发了精密装配系统的控制软件程序，系统可选择从任意零件开始完成后续整个组件的装配任务。装配实验结果表明，优化后的装配软件提高了系统装配效率和灵活性。

目录

声明

论文说明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和理论意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 微小零件精密装配系统研究现状

1．2．2 微装配中粘附力影响因素研究现状

1．2．3 粘附力测量装置研究现状

1．3 论文研究目标及主要研究内容

2 微小惯性器件精密装配系统

2．1 装配对象及精度要求

2．2 精密装配系统硬件结构及作业流程

2．3 粘附对装配精度的影响

2．4 本章小结

3 粘附作用机理及测量方法

3．1 粘附产生机理

3．2 粘附力组成分析

3．2．1 范德华力

3．2．2 毛细作用力

3．2．3 静电力

3．3 粘附力测量方法

3．4 本章小结

4 不同参数下的粘附力测量实验

4．1 测量装置硬件系统

4．1．1 系统总体硬件结构

4．1．2 传感测力单元

4．1．3 运动控制单元

4．1．4 数据采集单元

4．2 粘附力的测量流程及控制程序设计

4．2．1 粘附力测量流程

4．2．2 控制程序设计

4．3 不同参数下的粘附力测量实验

4．3．1 实验样品

4．3．2 分离速度对粘附力的影响分析

4．3．3 加载装配力时间对粘附力的影响分析

4．3．4 加载装配力对粘附力的影响分析

4．3．5 不同材料对粘附力的影响分析

4．3．6 环境湿度对粘附力的影响分析

4．4 本章小结

5 微小惯性器件精密装配系统控制软件优化

5．1 从不同的零件开始装配的意义

5．2 从不同的零件开始装配流程及控制程序设计

5．2．1 装配流程

5．2．2 控制程序设计

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢