基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术研究

摘要

微操纵技术作为微机电系统领域基础研究、技术实施、系统设计开发以及产品集成装配的一种关键和共性的技术手段,一直以来受到各国政府和学者的普遍重视。经过近三十余年的努力,采用人工或半自动的操纵模式,已探索和发展了许多不同机理的微操纵方法,并正向实用化方向迈进。但是,面对操纵对象尺度的微型化、操纵精度的超高精密要求、力学特性的远未明确表征以及仅凭肉眼难以对操纵过程有效监控等方面所带来的诸多挑战,人工或半自动的微操纵方法表现出明显的局限性,成为了制约微机电系统进一步发展、形成批量生产能力、提高性价比并迈向实用化的一个急待解决的瓶颈技术。因此,探索新理论、新机理并发展自动化微操纵技术,已成为目前微机电系统这个新兴技术领域内一个最基础的、关键的热点研究课题。为此,本学位论文结合浙江省自然科学基金重点项目“基于声操纵的三维自动微装配理论与实践研究(No.Z1110393)”,提出开展基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术的研究,在完成基于PXI总线的高帧率嵌入式显微视觉模块开发,赋予实验室已有声操纵综合实验平台视觉反馈能力的基础上,采用多通道声波合成的原理,利用相位调整及显微视觉反馈控制策略,实现了一种基于超声辐射力场的二维自动化微操纵技术,为微机电系统研究和制造提供一种具有自主知识产权的共性技术手段。具体的研究工作体现在:
　　 第一章,分析微操纵技术在微机电系统及国民经济发展中的重要作用和地位,说明开展自动化微操纵技术研究的重要意义,并在阐述微操纵技术在国内外研究现状及其发展趋势的基础上,对目前最具发展潜力的微操纵技术——基于超声辐射力场的微操纵技术的研究现状进行系统概括,对其存在的问题进行评述,为论文研究指明方向。
　　 第二章,在明确基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵系统功能及性能需求的基础上,以PXI总线为信息传输桥梁,采用模块化设计策略,完成系统总体方案的设计。
　　 第三章,根据总体方案,开展基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵系统的核心模块研究,实现基于PXI总线的多通道超声信号发生器模块及高帧率嵌入式显微视觉模块的研发。
　　 第四章,开展了基于超声辐射力场的自动化微操纵关键技术的研究。在研究基于相位调整的超声微操纵技术及物方远心镜头标定技术的基础上,实现了微构件位姿亚像素精度的检测,并提出了变步长的控制策略,发展了一种基于显微视觉反馈的自动化超声微操纵技术。
　　 第五章,在完成基于PXI总线的多通道超声信号发生器、高帧率嵌入式显微视觉模块研制的基础上,集成开发了一套具有显微视觉反馈的自动化超声微操纵实验平台,并利用该平台开展了实验研究,证实本文技术的可行性和有效性。
　　 第六章,对全文的工作进行总结,并对以后的工作进行展望。