非硅MEMS器件微装配系统的动静态特性分析

发布时间：2017-10-18 20:14

  本文关键词：非硅MEMS器件微装配系统的动静态特性分析

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【摘要】：非硅MEMS器件具有体积小、重量轻、易损伤、装配难度大等特点。我们团队研制出国内首台非硅MEMS器件柔性自动化微装配系统，本文的研究内容是上述研究过程的一部分，旨在通过对微装配系统动静态特性进行分析，保证微装配系统的精度及其稳定性。论文主要内容如下： （1）开展了微装配系统静态特性分析，研究微装配系统的静态变形对微装配系统装配精度的影响。建立微装配系统整体三维模型，针对微装配系统进行有限元整体静态特性分析，针对微装配系统的脆弱环节进行更加精确地有限元分析，通过有限元分析结果，分析其变形情况对系统装配精度产生的影响。 （2）开展了微装配系统的装配精度分析，结合微装配系统静态变形，研究微装配系统的装配误差。首先，重点分析装配单元对系统装配精度的影响。针对装配单元，分析装配单元中存在的影响非硅MEMS零件装配的误差源，基于微装配系统中视觉检测系统闭环控制和微调整机构，排除误差源中的补偿项；针对剩余误差源，通过实验测量其具体的误差值；建立理论误差传递模型，计算相应的误差域，最终获得微装配系统的最大装配误差值；最后通过装配精度验证实验证明上述理论的正确性。 （3）开展了微装配系统动态特性分析，，以避开低频共振区域，保证装配系统的稳定性。首先，针对微装配系统进行有限元模态分析。针对装配单元进行有限元模态分析，获取其固有频率和振型；为验证仿真模型是否合理，对装配单元进行模态试验，将试验结果与有限元分析结果进行对比，发现其误差在15%以上，通过分析发现装配单元仿真模型存在偏差。 （4）开展了针对装配单元仿真模型改进优化的研究，以确保有限元模态分析及后续其他仿真分析的准确性。基于上一章中装配单元仿真模型存在的偏差开展研究，通过对装配单元的结构分析，发现装配单元中含有滚珠直线导轨副，其接触形式会影响到仿真模型的精度。本文针对滚珠直线导轨副的接触形式开展了研究，引入Hertz接触理论建立理论接触模型；将滚珠直线导轨副引入有限元仿真模型，其仿真结果相比未引入滚珠直线导轨副的仿真结果有明显改善。本文综合滚珠直线导轨副理论接触模型与遗传算法提出了面向寻求接触刚度最优解的方法，获取了接触刚度最优解和更为准确的有限元仿真模型及其模态参数，证明了微装配系统的稳定性并为后续的仿真分析提供可靠地理论基础。
【关键词】：微装配系统 装配单元 动静态特性分析 误差模型 接触模型
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;TG95
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 国内外研究现状及发展趋势12-17
• 1.1.1 微装配系统国内外现状12-14
• 1.1.2 针对整体结构的动静态特性分析国内外现状14-17
• 1.2 论文主要内容简介17-18
• 第2章 微装配系统及核心部件静态特性分析18-28
• 2.1 柔性自动化微装配系统概述18-21
• 2.1.1 微装配系统装配对象19
• 2.1.2 微装配系统整体结构及功能19-21
• 2.2 柔性自动化微装配系统静态特性分析21-27
• 2.2.1 结构静力学分析21-22
• 2.2.2 微装配系统静力学分析22-25
• 2.2.3 微装配单元静力学分析25-27
• 2.3 章节总结27-28
• 第3章 微装配系统装配精度分析28-52
• 3.1 误差源分析28-34
• 3.1.1 综合误差源阐述28-30
• 3.1.2 装配单元误差坐标系30-31
• 3.1.3 装配单元误差源分析31-34
• 3.2 误差测量方法34-44
• 3.2.1 装配执行机构末端水平姿态误差34-36
• 3.2.2 微动十字台重复定位精度测量试验36-38
• 3.2.3 转台定位精度测量38-40
• 3.2.4 随行夹具水平位姿40-42
• 3.2.5 直线度42-44
• 3.2.6 视觉检测系统误差44
• 3.3 误差传递模型44-49
• 3.4 装配精度验证实验49-51
• 3.5 章节总结51-52
• 第4章 微装配系统动态特性分析52-65
• 4.1 装配系统模态分析52-56
• 4.1.1 模态分析基础理论52-53
• 4.1.2 装配系统有限元模型53-56
• 4.2 装配单元模态分析56-58
• 4.2.1 仿真模型精简条件56
• 4.2.2 建立仿真模型56
• 4.2.3 仿真结果56-58
• 4.3 装配单元实验模态分析58-63
• 4.3.1 实验步骤及设备58-59
• 4.3.2 实验方案及平台搭建59-60
• 4.3.3 模态实验60-63
• 4.4 章节总结63-65
• 第5章 装配单元仿真模型优化方法65-78
• 5.1 直线导轨概述65-66
• 5.2 滚珠直线导轨接触模型66-70
• 5.2.1 赫兹理论接触模型66-67
• 5.2.2 滚珠直线导轨理论接触模型67-70
• 5.3 结合滚珠直线导轨副的装配单元仿真模型70-72
• 5.4 基于 Hertz 理论接触模型与遗传算法的优化方法72-77
• 5.5 章节总结77-78
• 第6章 结论78-80
• 6.1 主要研究内容78-79
• 6.2 论文主要创新点79
• 6.3 建议和展望79-80
• 参考文献80-84
• 附录84-91
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单91-92
• 致谢92

【参考文献】

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本文编号：1056919