大连理工大学科技成果——基于立体视觉的显微操作装配工作站及控制方法
微操作机器人显微视觉系统研究
本文讨论显微视觉 系统 的基 本原理 和组 成 ， 分析 了系统存在 问题和关键技 术 ， 出 了基 于系统 的解决 提 方案 ， 并介绍 了我们为 面向亚毫米 级微对 象装 配任务
而开发的显微视觉 系统 。
图像能提供微对 象 和机器人 作业 的直观信 息 ， 扩 展了人参与和监控 的能 力 ； 同时 ， 随着机 器人视 觉 、 图 像处理 以及计算机等技 术 的发 展 ， 人们 已经可 以从 图 像 中获取有关 对象 （ 位置 、 姿态 、 速度 、 形状 ） 对 象 间 、 相互位置 以及全局工 作空间 等信息 ， 因此基于 图像 的
像处理以及计算机等技术的发展人们已经可以从图像中获取有关对象位置姿态速度形状对象间3显微视觉的基本原理与组成相互位置以及全局工作空间等信息因此基于图像的用于微观世界检测的显微视觉系统必须具有如下检测系统在机器人领域得到了广泛的关注成为研究几个条件
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微操作机器 人显微视觉 系统研究
题 ， 对这 些关 键问题 的解 决方 案进行 了探 讨 。提 出并 设计 了一种 面 向亚毫米 级微 零件 装配 的基 于正 交方 式 实现 的立 体 显微 视觉 方 并
案， 形成对 三维微 装 配空 间的立 体监 视 ， 系统 的精 度为 ２５ ． ｍ， 满足 了微装 配要求 。 关键 词 ：微操作 机器 人
， 如大
检测系统 中都采用 了视 觉系统 ， 文献 ［ ］ 为显 微 ６认
视觉系统是微操作机器人系统的基本组成系统之一 。
范围位置测量用激光干涉仪 、 位置敏感元件 、 光栅尺 、 编 码器等 ； 小位移测量用电容测微仪 、Ｖ Ｔ １ ｅｒ ａ ａｌ Ｌ Ｄ （ ｎａ ｖｒ ｂｅ ｉ ｉ ｄ ｅ ｎｉ ａｓ ｒ ｅ） ， ｉ ｒ ｔｌｒｎｆ ｍ ｒ等 在微操作 中都难以实现 。 ｆ ｅ ａｔ ｏ
一种基于机器视觉的螺丝自动装配系统设计与实现
信息通信INFORMATION&COMMUNICATIONS2020 (Sum.No215)2020年第11期（总第215期）一种基于机器视觉的螺丝自动装配系统设计与实现张海丽（上海交通大学软件学院，上海200030）摘要:现代工业的装配中,螺纹联接是一种可拆卸联接方式,具有拆装方便，可靠性好及可重复利用等特点，因此在工业领域中有广泛的应用。
文章提出了一种自动的锁螺丝系统。
系统通过机器视觉，实现了视觉标定、PCB版和螺丝孔图像的特征匹配;再通过机器人控制扌旨令实现远程控制机器人的运动与电动螺丝刀的操作老成检测锁螺丝的结果。
关键词：自动化;鐵螺丝;标定;模板匹配;CAD中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号：1673-1131（2020）11-0077-030引盲近代的装配工序中，锁螺丝是一种非常常见的装配工序之一叭螺纹联接是一种可拆卸联接方式,具有拆装方便,可靠性好及可重复利用等特点，因此在工业领域中有着广泛的应用。
目前传统的装配长线中，人工来完成这项任务的占大多数。
随着人力成本的逐年提高，工厂对锁螺丝这道工序，提出了自动化的需求叫因此，当前产线装配还是以手工锁螺丝为主。
但是由于生产线效率要求的不断提升以及人力成本的不断提高，手工拧紧作业的缺点也日益显现。
在传统的锁螺丝工序中，大多数由人工来完成,但是随着中国人口红利的减少，成本的提高，这使得很多厂商寻求一种,更低的锁螺丝的解决方案，更高的工作效率，更可靠的锁螺丝系统。
1锁螺丝系统的技术分析1.1相机标定和模板匹配⑷视觉部分是论文提出的自动锁螺丝装配系统的关键技术,收稿日期：202亠09-28作者简介:张海丽（1987-）,女,上海人，本科冲级工程师。
研究方向:工业自动化。
T—GC-B-BPS0DGBPSO图2特征选择的分类精确度在ALLAML,DLBCL、Prosate_GE数据集中有了一定的提升。
相较于BPSO算法,DGBPSO算法在ALLAML数据集提升了0.4%,DLBCL数据集提升了1.6%,Prosate_GE数据集提升了0.4%,可以得出，在分类精度上,本算法也竈取得较好的结果。
基于光学显微镜的微器件装配系统关键技术的研究
摘要：微器件装配(Micro assembly)技术是微系统的一项重要技术，是当前微机电系统(MEMS)领域研究的热点。
微器件装配系统具有广泛的应用前景。
本文对基于光学显微镜微器件装配系统的关键技术进行了全面、深入的实验研究。
首先分析了微器件装配系统及其关键技术的国内外现况。
在现有研究基础上完成了基于光学显微镜微装配系统的总体设计、建模和系统研制。
建立了微装配系统坐标变换模型，并推导了微装配系统三维立体空间与二维成像空间的坐标变换关系方程。
提出了微位移致动、放大与输出转向集成的微动工作台设计方法。
对机构传动比、微位移损失以及制作误差等因素对微动工作台系统精度的影响进行了理论分析。
采用有限元分析方法对设计方案进行了模拟仿真，并与理论设计进行了对比分析。
采用粗、精结合的自动调焦方案，实现了基于立体显微镜微装配系统自动调焦，在此基础上构建了微装配视觉系统及其软件编制。
提出了基于B样条函数拟合与二阶导数过零的边缘检测算法，精度达1个象素。
提出了分层迭代式HT识别算法，计算量与存储空间分别为传统HT算法的1/316和1/172，具有很强的实用性。
设计并研制了一种压电式柔性驱动放大、可调量程的微夹持器，分析了夹持力计算模型。
完成了微夹持器多自由度操作平台的设计与制作。
对微夹持系统运动精度及微夹持器量程进行了实验分析。
实验结果：微夹持器沿Z轴垂直移动的位移分辨率为0.4μm，夹持操作“开/合”位移精度达到4μm，基本满足微装配系统对微器件进行夹持操作的要求。
建立了CCD摄像机标定模型，对装配系统做了实验标定。
提出了基于图象识别的微器件姿态调整方法，并论证了可行性；进行了微装配系统目标识别与位移检测实验，结果表明：对微孔半径识别误差<±1.5％，位移检测误差<±5％；完成微器件装配的系统实验，装配定位精度达10μm。
基于视觉的微装配软件系统
悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接控制
第 31 卷第 16 期2023 年 8 月Vol.31 No.16Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接控制任同群，桑永胜，曹润嘏，吴晗，王晓东*（大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室，辽宁大连 116085）摘要：悬丝摆式加速度计具有小型化、大量程和抗冲击的特点，在航空航天领域得到广泛的应用。
其底座与摆组件的精密装配，目前仍以人工装配为主，具有装配精度差、悬丝张紧力不易控制，人工焊接时焊接参数难以保证、焊点质量不佳等问题，导致产品的良品率较低。
为此，研发了一套悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接设备。
根据零件特点与装配环境，采用视觉与力觉反馈控制，实现底座与摆组件位姿和悬丝张紧力的自动调整。
基于C++语言，开发了分层架构的控制软件。
设计温度反馈控制的焊接工艺流程与焊接策略，并通过有限元仿真与焊接实验进行验证。
实验结果表明：该设备可实现自动装配与焊接功能，底座组件的装配精度与焊接质量符合技术指标要求，提高了产品质量。
关键词：加速度计底座组件；视觉与力觉反馈；分层架构软件；温度反馈；自动装配与焊接中图分类号：TP241 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233116.2395Automatic assembly and welding control of base components ofsuspended pendulum accelerometerREN Tongqun，SANG Yongsheng，CAO Rungu，WU Han，WANG Xiaodong*（State Key Laboratory of High-performance Precision Manufacturing ， Dalian University ofTechnology， Dalian 116085， China）* Corresponding author， E-mail： xdwang@Abstract： Suspended pendulum accelerometers are widely used in the aerospace field because of the advan⁃tages of miniaturization，a large measuring range，and impact resistance.The precision assembly of the base and pendulum components is still mainly manual， with poor assembly accuracy， unstable suspension tension，unguaranteed welding parameters，and poor solder joint quality.These result in a low product yield. To address this， a set of automatic assembly and welding equipment for the pendulum accelerome⁃ter base components was developed in this study. According to the characteristics of the parts and the as⁃sembly environment， using visual and force feedback control realizes the automatic adjustment of the pos⁃ture and suspension tension of the base and swing components. Control software for the layered architec⁃ture was developed based on the C++ language. A welding process and welding strategy controlled by temperature feedback were designed， and they were verified by finite element simulation and a welding ex⁃periment. The experimental results show that the equipment can realize automatic assembly and welding functions， and the assembly accuracy of the base assembly meets the requirements of the technical indica⁃tors， which improves the product quality.文章编号1004-924X（2023）16-2395-11收稿日期：2023-02-16；修订日期：2023-04-04.基金项目：辽宁省“兴辽英才计划”资助项目（No.XLYC2002020）；国家重点研发计划资助项目（No.2019YFB1310901）第 31 卷光学精密工程Key words： accelerometer base assembly；visual and force feedback；hierarchical architecture software；temperature feedback； automatic welding1 引言悬丝摆式加速度计的制造精度主要取决于零部件的加工精度以及其底座组件的装配与焊接精度［1］。
精密微小型零件自动装配系统显微机器视觉的照明自动优化
研 究。为实现对 零件 的轮廓边缘与表面细节的照明，基 于同轴光 源与环形光源开发 了照明 自动控制 系统 。对 比分
析 了四 种 图 像质 量评 价 函数 的 照 明 优 化 性 能 ，提 出了基 于 Ｒ ｂ ｒ ｏ ｅ ｓ梯 度 和 函数 的 图像质 量评 测 方 法 ， 并应 用 于研 ｔ
制的装配 系统。装配实验 结果表 明，光强优化过程 快速 准确 ，光强优化后 目标边缘的对 比度 显著增 强，消除了零 件误识别现 象，满足微 小型零件 高精度装配 自动化的要 求。 关键词 ：精 密微小型零件 装配；显微机 器视 觉；照明 自动优化 中图分类号 ：Ｔ ３ ４１Ｔ ９ ． Ｐ ９ ． Ｈ６ １ ； ９ 文献标志码：Ａ ｄ ｉ ０３ ６￣ｉ ｎ１０ —０ Ｘ． １ ． ．０ ｏ ：１ ． ９ ．ｓ． ３５ １ ２ ２０ ０ ３ ９ ｓ ０ ０ ４
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大连理工大学科技成果——基于立体视觉的显微操作装配
工作站及控制方法
一、产品和技术简介：
在国家自然科学基金等项目资助下，本课题组在2003年成功研制出基于立体视觉的显微操作装配工作站，主要用于对微小物体进行操作和微小系统的装配，已推广到台湾大学等地区使用，近年来结合不同领域用户实际需求，不断改进，显著改善了系统的可靠性、模块化、灵活性、控制软件智能化程度，拓宽了本技术的应用范围，在多种微纳器件和系统的集成制造中发挥了重要作用。
系统具有图像采集、图像获取，三维成像、三维测量、微小系统装配、微小零件在线修磨等，还可以根据用户具体要求定制特殊功能。
系统配置可根据用户要求选配，一种典型的配置如下：高倍立体显微成像系统、微操作器、数控微位移工作台、彩色CCD摄像机、高速图像采集及立体显示卡、高分辨率显示器、微型计算机以及可选操纵单元（夹持器、真空吸盘、喷涂装置等）等。
具有动静态彩色立体成像及显示。
系统典型技术参数如下：光学分辨率水平方向最高可达到500nm，深度方向分辨率最高可达到80nm，立体视觉的深度分辨率为10um，X/Y每轴运动范围：50mm，Z轴运动范围：25mm，运动分辨率：1μm/步，自动引导重复定位精度：±3μm；具有操作自动寻位、自动避障功能；有真空吸附与夹钳式拾取器（操作手）；具有空间位置测量及相对距离测量功能，图像处理与分析功能、可以实现存储、打印等操作。
二、应用范围：
（1）对微小型系统进行精密装配，如光纤连接器、微纳生化系统，显微光学镜头等；
（2）对微小单元进行操作，如生化领域的细胞操纵；
（3）显微手术和显微测量。
（4）娱乐、微观视频、科普等。
生产条件：需要局部千级洁净环境用于系统装调。
三、知识产权情况：申请国家发明专利5项，授权1项。
发表论文28篇，软件登记权1项。
四、规模与投资：
投资在100万元左右，基本为购置和定制单元器件成本。
成本估算：根据用户需求定制（对图像和操作精度/分辨率要求等），成本由3万～50万不等。
五、提供技术的程度和合作方式：
技术入股方式进行合作。