高速高精度贴片机工作头误差分析与研究

摘要

贴片机是表面贴装技术产线的关键设备，贴片机研发带来经济效益的同时会推动精密机械设计和制造、伺服控制系统和图像视觉等多个领域的发展，是我国工业设备的重要研究方向。
　　贴片机是机电气一体化设备，本文首先对高速高精度贴片机进行系统设计，包括机械系统、控制系统和视觉系统，并对核心部件工作头的结构方案进行了详细的阐述。然后本文从三个方面分析和研究工作头误差：工作头传动系统误差、基于视觉的工作头误差补偿和遗传算法PID参数优化控制系统误差。
　　本文工作头采用齿轮传动，根据齿轮误差的来源建立其概率分布模型，并基于蒙特卡洛法分析齿轮传动误差变量的分布状况和数字特征。齿轮传动误差分析结果表明5级精度的齿轮系基本满足系统工作需求，为齿轮选型和制造提供理论依据。
　　针对基于视觉的工作头误差补偿方法展开研究。首先研究了工作头吸嘴误差来源：工作头位置误差、吸嘴位置误差、吸嘴高度误差和吸嘴轴线倾斜误差。本文建立了基于视觉系统的误差补偿方法及实施方案，并阐述其流程。
　　贴片机工作头采用PID控制，系统的高速高频运动需要优化的PID参数来保证工作精度。本文基于遗传算法对工作头的PID参数进行优化，整定后系统的阶跃响应曲线表明系统工作稳定，能够快速到达目标位置。在相同的条件下，标准遗传算法和杰出选择遗传算法整定的系统在响应上稍有差别，简单分析了差别产生的可能原因。同时本文对4嘴工作头的参数进行整定并分析结果。对于不同的工作头，对应的PID参数也不同，但结果表明遗传算法可为PID参数整定提供参考。
　　本文最后搭建了视觉系统的实验平台，进行了初步的实验，并对工作做出总结和展望。

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第一章 绪论

1.1研究的背景

1.2国内外研究现状

1.3研究的意义

1.4研究主要内容

第二章 高速高精度贴片机系统设计

2.1机械系统结构设计

2.2控制系统功能设计

2.3贴片机视觉系统设计

2.4贴片机工作头设计

2.5本章小结

第三章 工作头传动系统误差分析

3.1蒙特卡洛模拟分析法

3.2工作头齿轮传动误差分析

3.3本章小结

第四章 基于视觉系统的工作头误差分析与补偿方法

4.1工作头位置误差补偿

4.2吸嘴误差补偿

4.3本章小结

第五章 基于遗传算法的工作头PID参数整定

5.1 PID参数整定简介

5.2遗传算法简介

5.3伺服电机系统建模

5.4标准遗传算法工作头PID参数整定

5.5杰出选择遗传算法Z轴PID参数整定

5.6四吸嘴工作头PID参数整定

5.7本章小结

第六章 贴片机视觉系统实验平台

第七章 工作总结与展望

7.1工作总结

7.2研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果