薛立偉，王 雄，賈玉蝶，申 浩，陳立國(guó)*

（1.蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215000；2.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 超高速空氣動(dòng)力研究所，四川 綿陽(yáng) 621000）

1 引 言

高超聲速飛行器是具有戰(zhàn)略意義的尖端武器，對(duì)我國(guó)的戰(zhàn)略格局、國(guó)防建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。近年來(lái)，世界軍事強(qiáng)國(guó)不斷對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行技術(shù)探究與革新，為了解決其飛行過(guò)程中產(chǎn)生的巨大阻力，需要對(duì)其氣動(dòng)外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還要對(duì)其升阻比、容積比以及熱防護(hù)進(jìn)行約束，這些因素都和摩擦阻力（下文稱摩阻）有著非常強(qiáng)的聯(lián)系。為了優(yōu)化高超聲速飛行器的氣動(dòng)外形以及改善約束條件，就必須在其激波風(fēng)洞測(cè)試階段測(cè)量飛行器模型表面摩阻，作為判斷其氣動(dòng)外形優(yōu)劣的依據(jù)。

摩阻的測(cè)量方法分為間接法和直接法，間接測(cè)量法主要通過(guò)獲取熱交換、速度梯度、壓力梯度及其他參數(shù)，代入測(cè)量模型進(jìn)行計(jì)算，間接獲得摩阻數(shù)值；直接測(cè)量法利用摩阻平衡原理，直接在表面設(shè)置浮動(dòng)元件，測(cè)量浮動(dòng)元件變形量，通過(guò)提前標(biāo)定的變形量與力的關(guān)系，得到準(zhǔn)確的摩阻數(shù)值［1-2］。

基于直接測(cè)量原理并結(jié)合MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)了一種差分電容式摩阻測(cè)量傳感器［3］。該傳感器是一種立體式MEMS傳感器，根據(jù)其測(cè)量原理，其裝配要求極高，關(guān)鍵指標(biāo)為總成后傳感器的浮動(dòng)元件圓面與上蓋板圓孔同心度誤差小于10μm，浮動(dòng)元件上端面與上蓋板端面高度差小于20μm。目前此類傳感器的組裝是人工在體式顯微鏡輔助下利用手動(dòng)光學(xué)平臺(tái)進(jìn)行定位與裝配，通過(guò)針將膠水劃到粘接面上，常導(dǎo)致MEMS摩阻傳感器在校準(zhǔn)過(guò)程中結(jié)果偏差最大超過(guò)5%，傳感器良品率極低。

2 MEMS摩阻傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與微組裝工藝分析

2.1 MEMS摩阻傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

圖1為MEMS摩阻傳感器構(gòu)成圖。其主要包括微硅結(jié)構(gòu)件、陶瓷電路板、浮動(dòng)桿、管殼上組件，管殼下組件，其中微硅結(jié)構(gòu)件是單晶硅刻蝕后與玻璃通過(guò)陽(yáng)極鍵合封裝的器件，浮動(dòng)桿、管殼上組件、管殼下組件通過(guò)機(jī)加工完成，其中微硅結(jié)構(gòu)件通過(guò)膠水粘結(jié)到陶瓷電路板金屬鍍層一側(cè)。陶瓷電路板、微硅結(jié)構(gòu)件以及浮動(dòng)桿在總成之前需要預(yù)組裝，其通過(guò)定位面和定位軸孔的方式保證裝配的形位公差并通過(guò)膠水粘結(jié)固定，預(yù)組件稱為摩阻傳感器芯體，其需要比對(duì)浮動(dòng)桿上端圓心與管殼上組件圓孔圓心進(jìn)行對(duì)位裝配，然后用膠水粘連到管殼下組件的裝配位置，完成摩阻傳感器的總成。

圖1 MEMS摩阻傳感器構(gòu)成圖Fig.1 Composition diagram of MEMS friction sensor

2.2 MEMS摩阻傳感器的微組裝工藝分析

如圖2所示為MEMS摩阻傳感器裝配分析圖，裝配過(guò)程需要精準(zhǔn)對(duì)位的位置有2處：（1）浮動(dòng)桿下端定位凸點(diǎn)與微硅結(jié)構(gòu)件上端圓孔對(duì)準(zhǔn)插件；（2）摩阻傳感器芯體的浮動(dòng)桿上端面與管殼上組件圓孔對(duì)心貼合。其中浮動(dòng)桿下端定位凸點(diǎn)部分的尺寸為0.6-0.01mm，芯片圓孔的尺寸0.6+0.01mm，兩者單邊最大的間隙為10μm；浮動(dòng)桿上端圓的尺寸為5 mm，管殼上組件的圓孔的尺寸為5.2 mm，前期通過(guò)CFD流場(chǎng)仿真得知，兩者同心度偏差需要小于10μm。

圖3為MEMS摩阻傳感器點(diǎn)膠位置，黃色部分標(biāo)識(shí)點(diǎn)膠位置。其需要點(diǎn)膠的位置共有3處：（1）浮動(dòng)桿下端與微硅結(jié)構(gòu)件之間的粘接，需要控制膠水不能被擠到定位孔中，造成電容基板的介電常數(shù)發(fā)生變化；（2）微硅結(jié)構(gòu)件與陶瓷電路板的粘接；（3）陶瓷電路板與管殼下組件粘接。點(diǎn)膠完成后需要保證傳感器總成后浮動(dòng)桿高度變化小于10μm。

3 MEMS摩阻傳感器微組裝系統(tǒng)研制

分析得知MEMS摩阻傳感器微組裝需要使用到的關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）顯微視覺(jué)：利用高倍率低畸變顯微鏡頭將器件圖像放大，凸顯關(guān)鍵特征細(xì)節(jié)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，由于MEMS摩阻傳感器微組裝過(guò)程中部分器件需要上、下兩面同時(shí)識(shí)別，因此需要設(shè)置上、下顯微視覺(jué)；（2）精密定位：通過(guò)伺服定位平臺(tái)或者其他驅(qū)動(dòng)手段實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的定位技術(shù)，本文通過(guò)搭建直線電機(jī)模組平臺(tái)，并通過(guò)更高精度的激光干涉儀補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了精密定位，保證了傳感器微組裝過(guò)程的精密對(duì)準(zhǔn)；（3）精密點(diǎn)膠：利用高精度點(diǎn)膠機(jī)，并通過(guò)精密控制點(diǎn)膠壓力與點(diǎn)膠時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度點(diǎn)膠。采用上述設(shè)計(jì)了MEMS摩阻微組裝系統(tǒng)。

圖4（a）為MEMS摩阻傳感器微組裝系統(tǒng)組成，設(shè)置了精密治具、精密定位平臺(tái)、微吸附系統(tǒng)、顯微視覺(jué)系統(tǒng)、精密點(diǎn)膠系統(tǒng)以及雙升降平臺(tái)。精密治具保證傳感器各部件在組裝前的形位在公差范圍內(nèi)；微吸附系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各部件的精確取放；顯微視覺(jué)識(shí)別部件誤差并驅(qū)動(dòng)精密定位平臺(tái)完成裝配；精密點(diǎn)膠系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)完成點(diǎn)膠［4］?？偨Y(jié)得到系統(tǒng)主要包括3個(gè)任務(wù)：（1）器件組裝過(guò)程中形位保證；（2）器件組裝特征位置精確識(shí)別與定位；（3）精密點(diǎn)膠工藝的實(shí)現(xiàn)。圖4（b）為MEMS摩阻傳感器微組裝流程。

3.1 器件組裝過(guò)程中形位保證

在器件搬運(yùn)過(guò)程中，由于器件初始機(jī)械位置不穩(wěn)定、器件吸取搬運(yùn)等原因，造成器件間形位公差偏離設(shè)計(jì)值，最終傳感器總成各部件形位公差不達(dá)標(biāo)，甚至組裝過(guò)程失?。?-7］。因此，在裝配過(guò)程之前，需要把相應(yīng)器件放置到精密治具對(duì)應(yīng)位置，依靠治具較高的形位公差來(lái)確保傳感器間初始形位。MEMS摩阻傳感器微組裝過(guò)程中共需要搬運(yùn)部件3次，分別是：（1）微硅結(jié)構(gòu)件與陶瓷電路板的貼裝；（2）浮動(dòng)桿下端定位凸點(diǎn)插到微硅結(jié)構(gòu)件定位孔中；（3）傳感器芯體的浮動(dòng)桿上端圓面與管殼上組件圓孔同心對(duì)準(zhǔn)。為了減少操作工具種類，設(shè)計(jì)了多功能復(fù)合的微吸附系統(tǒng)，可以兼容三種器件的吸附，并且復(fù)合微吸附系統(tǒng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，與器件吸附面整體的平行度小于10μm。

圖4 MEMS摩阻傳感器微組裝系統(tǒng)Fig.4 MEMS friction sensor micro assembly system

3.2 MEMS摩阻傳感器組裝特征位置識(shí)別與定位

針對(duì)MEMS摩阻傳感器高精度裝配要求，設(shè)計(jì)了雙顯微視覺(jué)架構(gòu)與直線電機(jī)模組構(gòu)成的精密定位平臺(tái)，現(xiàn)將雙顯微視覺(jué)架構(gòu)、視覺(jué)標(biāo)定以及精密定位平臺(tái)架構(gòu)與標(biāo)定補(bǔ)償描述如下。

3.2.1雙顯微視覺(jué)架構(gòu)

由于MEMS摩阻傳感器組件自身制造誤差、點(diǎn)膠和搬運(yùn)過(guò)程中存在微小位移，因此在確保擁有高精度定位平臺(tái)以及精密治具的前提下，還需要在微裝配過(guò)程中對(duì)工件進(jìn)行更高精度的定位，因此本系統(tǒng)需要依靠有效的二次定位系統(tǒng)，而顯微視覺(jué)是微組裝過(guò)程中常見(jiàn)的識(shí)別、定位及位置反饋手段。針對(duì)MEMS摩阻傳感器裝配特點(diǎn)，需要設(shè)置上、下兩組顯微視覺(jué)，分別識(shí)別微硅結(jié)構(gòu)件圓孔、浮動(dòng)桿上端圓、管殼上組件圓孔以及浮動(dòng)桿下端定位凸點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)桿裝配到微硅結(jié)構(gòu)件上對(duì)位、傳感器芯體中浮動(dòng)桿上端圓與管殼上組件圓孔的同心度對(duì)準(zhǔn)。

圖5 雙顯微視覺(jué)架構(gòu)圖Fig.5 Dual micro vision architecture

如圖5所示為雙顯微視覺(jué)架構(gòu)圖，上、下相機(jī)分別固定在機(jī)架操作平臺(tái)對(duì)應(yīng)的上、下位置，上、下相機(jī)分別采用?？低暪镜腗V-CA060-11GM型和MV-CE120-10GM型CMOS相機(jī)，像素 尺 寸 分 別 是2.4μm與1.85μm，鏡 頭 采 用MVL-MY-08-130-MP定焦顯微遠(yuǎn)心鏡頭，放大倍率為0.8，因此上、下視覺(jué)系統(tǒng)的最小分辨率分別為3μm與2.4μm。雙顯微視覺(jué)系統(tǒng)與精密定位平臺(tái)需要進(jìn)行聯(lián)合標(biāo)定，由于顯微視覺(jué)景深較小，因此標(biāo)定只需要利用九點(diǎn)標(biāo)定法標(biāo)定相機(jī)成像平面與精密定位平臺(tái)xOy平面的機(jī)械坐標(biāo)關(guān)系，具體推導(dǎo)公式如下：

（x′，y′）為機(jī)械坐標(biāo)，（x，y）為相機(jī)坐標(biāo)，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，M為平移矩陣，因此轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

通過(guò)分別采集9組標(biāo)記點(diǎn)在上、下顯微視覺(jué)圖像坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)的精密定位平臺(tái)機(jī)械坐標(biāo)，運(yùn)用最小二乘法求解逆矩陣即可分別得到旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣M，如式（2）所示為標(biāo)定參數(shù)計(jì)算公式，其中a、b為相對(duì)于x軸旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，c為沿x軸平移 參數(shù)，a′、b′為相 對(duì)于y軸旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，c′為沿y軸平移參數(shù)。

顯微相機(jī)坐標(biāo)與機(jī)械坐標(biāo)的關(guān)系如下式所示：

如表1所示為精密定位平臺(tái)與相機(jī)標(biāo)定結(jié)果，值得提出的是，標(biāo)定結(jié)果中平移量數(shù)值與選定的標(biāo)記點(diǎn)相關(guān)，實(shí)際使用中，這部分的數(shù)值在求器件對(duì)準(zhǔn)特征點(diǎn)的偏差數(shù)值計(jì)算過(guò)程中會(huì)是一個(gè)常量。

表1 精密定位平臺(tái)與相機(jī)標(biāo)定結(jié)果Tab.1 Result of precision positioning platform and camera calibration

3.2.2顯微視覺(jué)的識(shí)別定位算法研究

圖6所示為顯微視覺(jué)識(shí)別工件，分別是微硅結(jié)構(gòu)件、浮動(dòng)桿上端圓、管殼上組件、浮動(dòng)桿下端定位凸點(diǎn)。顯微視覺(jué)識(shí)別定位算法主要包括圖像預(yù)處理、圖像分割以及特征識(shí)別［8-11］。由于部件都是對(duì)于圓心坐標(biāo)的識(shí)別，所以視覺(jué)算法過(guò)程都是一樣的，只是具體參數(shù)不一樣，由于篇幅原因這里對(duì)特征識(shí)別算法過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一描述：（1）構(gòu)建圖像感性區(qū)ROI區(qū)域，由于精密定位平臺(tái)的使用，可以將部件運(yùn)行到相對(duì)固定的地方進(jìn)行圖像采集，這樣可以快速尋找圓的邊緣特征；（2）特征強(qiáng)化過(guò)程，通過(guò)執(zhí)行亮度調(diào)整算法，可以凸顯需要識(shí)別的特征；（3）圖像分割，采用Ostu閾值法，通過(guò)計(jì)算凸顯出清晰的邊緣；（4）最后使用canny邊緣檢測(cè)算法尋找出圓的邊緣，擬合圓并計(jì)算出圓心坐標(biāo)。代入標(biāo)定參數(shù)計(jì)算出相對(duì)于精密定位平臺(tái)的機(jī)械坐標(biāo)。

圖6 顯微視覺(jué)識(shí)別工件Fig.6 Workpiece of micro vision recognition

為了凸顯特征，本系統(tǒng)所采用的亮度調(diào)節(jié)是非線性的亮度調(diào)節(jié)，計(jì)算公式如下所示：

其中，k為對(duì)比度調(diào)節(jié)參數(shù)，具體計(jì)算公式為：

圖像分割算法采用Ostu閾值分割法，具體采用的計(jì)算方法如下式所示，其中T為最優(yōu)閾值。

邊緣檢測(cè)算法為canny算法，具體的算法的圖像鄰域計(jì)算公式如下式所示：

邊緣擬合通過(guò)距離之和最小的擬合圓算法即可完成，這種方式算法擬合準(zhǔn)確，魯棒性好，計(jì)算公式如下式所示，其中xc、yc的極值即為擬合圓的圓心坐標(biāo)值。

如圖7所示為微硅結(jié)構(gòu)件圖像處理流程，其他部件特征處理算法相同，就不再贅述。

3.3 MEMS摩阻傳感器精密定位平臺(tái)

圖8所示為精密定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)與控制原理圖，針對(duì)各個(gè)部件的精密搬運(yùn)與組裝，采用直線電機(jī)、滑塊滑軌、光柵尺相結(jié)合搭建xy精密定位平臺(tái)，位置信息通過(guò)光柵尺讀數(shù)頭進(jìn)行反饋，精密定位平臺(tái)經(jīng)過(guò)激光干涉儀的校正，定位精度小于5μm，重復(fù)定位精度2μm。

采用直線電機(jī)、滑塊滑軌、光柵尺相結(jié)合搭建伺服模組，將兩組直線電機(jī)模組利用疊堆構(gòu)型進(jìn)行配合組裝，構(gòu)成精密定位平臺(tái)，并在滿負(fù)載的情況下利用Agilent公司5519A型激光干涉儀參照國(guó)家機(jī)床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.2-2016校準(zhǔn)，并進(jìn)行分段補(bǔ)償。補(bǔ)償完成后底端的模組定位精度達(dá)到4.984μm，重復(fù)定位精度1.812μm。上部的定位精度3.380μm，重復(fù)定位精度為1.933μm，完全可以達(dá)到系統(tǒng)的使用要求。

3.4 MEMS摩阻傳感器微組裝點(diǎn)膠工藝

分析可以得知MEMS摩阻傳感器各部件粘接面的點(diǎn)膠位置與點(diǎn)膠量精度要求高，為了得到較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，需要膠體固化后厚度薄與彈性模量高。因此點(diǎn)膠頭需要與顯微上視覺(jué)進(jìn)行相對(duì)位置標(biāo)定，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別提高點(diǎn)膠精度，通過(guò)仿真確定點(diǎn)膠位置與點(diǎn)膠量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇樂(lè)泰1216M膠水，25℃下粘度為7 000 mPa·s，固化后抗拉強(qiáng)度35 MPa。

圖7 微硅結(jié)構(gòu)件圖像處理流程Fig.7 Silicon microstructure image processing

3.4.1點(diǎn)膠頭與顯微上視覺(jué)的標(biāo)定

圖9所示為上顯微視覺(jué)與點(diǎn)膠頭結(jié)構(gòu)示意圖。目前通過(guò)將上顯微視覺(jué)坐標(biāo)系與點(diǎn)膠系統(tǒng)坐標(biāo)系用精密平臺(tái)的機(jī)械坐標(biāo)系描述，通過(guò)在平臺(tái)上進(jìn)行1次打點(diǎn)，顯微視覺(jué)進(jìn)行圖像采集，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的定位平臺(tái)機(jī)械坐標(biāo)，經(jīng)過(guò)代數(shù)運(yùn)算，得到兩者之間的位置相對(duì)關(guān)系。具體計(jì)算公式如式（9）所示，其中點(diǎn)膠時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)為（X1，Y1），相機(jī)采集點(diǎn)坐標(biāo)為（X′1，Y′1），相機(jī)的中心坐標(biāo)為（C′1，C′2），點(diǎn)膠設(shè)置點(diǎn)坐標(biāo)為（Xa，Ya），點(diǎn)膠偏差設(shè)置為（?kx，?ky），實(shí)際點(diǎn)膠點(diǎn)坐標(biāo)為（Xb，Yb）。

圖9 上顯微視覺(jué)相機(jī)與點(diǎn)膠頭Fig.9 Upper micro vision camera and dispensing head

3.4.2浮動(dòng)桿點(diǎn)膠工藝參數(shù)仿真與確定

浮動(dòng)桿的點(diǎn)膠參數(shù)對(duì)MEMS傳感器性能有著至關(guān)重要的影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)膠參數(shù)設(shè)計(jì)，來(lái)確保MEMS摩阻傳感器的性能。公式（10）為膠水強(qiáng)度計(jì)算公式，P為強(qiáng)度、S為接觸面積、γ為膠水強(qiáng)度，可以得知，膠水固化后的強(qiáng)度與點(diǎn)膠層強(qiáng)度和膠水有效接觸面積大小有關(guān)，為此設(shè)計(jì)了包括溫度、點(diǎn)膠量以及浮動(dòng)桿下壓深度等參數(shù)對(duì)選定膠水的模擬仿真，最終確定最佳參數(shù)，得到最大膠水的接觸面積，同時(shí)膠水不會(huì)溢出到其他位置［12-13］。

如圖10所示為MEMS摩阻傳感器浮動(dòng)桿點(diǎn)膠仿真圖。所選擇的膠水，最終在下壓力大于3.22 N的情況下，膠層厚度穩(wěn)定在63.33μm，進(jìn)而計(jì)算得到點(diǎn)膠量理想范圍為0.15~0.2μL，對(duì)應(yīng)體積膠體在常溫下的直徑范圍經(jīng)過(guò)仿真得到，為400~500μm。

圖10 浮動(dòng)桿點(diǎn)膠仿真圖Fig.10 Floating rod dispensing simulation diagram

4 測(cè)量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

4.1 顯微視覺(jué)標(biāo)定精度實(shí)驗(yàn)

顯微視覺(jué)在識(shí)別完組件特征之后，要將測(cè)到的特征點(diǎn)像素值使用標(biāo)定參數(shù)換算成如微米等計(jì)量單位，標(biāo)定精度的高低，直接影響MEMS摩阻傳感器裝配效果。因此在顯微視覺(jué)的工作距離下，拍攝高精度標(biāo)定板的兩個(gè)定距特征點(diǎn)，利用標(biāo)定參數(shù)計(jì)算，與實(shí)際距離進(jìn)行對(duì)比，判斷標(biāo)定精度是否滿足微組裝要求。

如圖11所示為高精度視覺(jué)標(biāo)定板，圖案為金屬鉻濺射形成標(biāo)準(zhǔn)圖案，紅色框內(nèi)兩個(gè)圓的圓心距為1 110μm，其中（m1，n1）與（m2，n2）表示兩個(gè)圓心轉(zhuǎn)換后的機(jī)械坐標(biāo)，d為識(shí)別求出兩個(gè)圓的圓心距離，Δd為識(shí)別求出的圓心距與實(shí)際圓心距的差值，顯微視覺(jué)標(biāo)定精度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，識(shí)別計(jì)算出的坐標(biāo)差與實(shí)際偏差平均值為2.017 1μm，最大偏差為2.067μm，滿足MEMS摩阻傳感器微組裝要求。

圖11 高精度視覺(jué)標(biāo)定板Fig.11 High precision vision calibration board

4.2 點(diǎn)膠參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

圖12為點(diǎn)膠試驗(yàn)參數(shù)影響，仿真結(jié)果顯示點(diǎn)膠直徑為400~500μm時(shí)最佳，因此在不同溫度下，調(diào)整點(diǎn)膠壓力、時(shí)間以及高度，測(cè)量點(diǎn)膠后的直徑，得到最佳的試驗(yàn)參數(shù)，點(diǎn)膠機(jī)為武藏ML-5000XⅡ，點(diǎn)膠機(jī)定位依靠精密定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，因此x、y方向 定位精 度分別 為3.380μm與4.984μm。

表2 顯微視覺(jué)標(biāo)定精度Tab.2 Precision of micro vision calibration （μm）

圖12 點(diǎn)膠試驗(yàn)參數(shù)影響Fig.12 Influence of dispensing test parameters

由圖12可知，在膠體溫度15℃~20℃的情況下，點(diǎn)膠壓力為0.3 Mpa，時(shí)間為200 ms，高度100~120μm；在膠體溫度21℃~25℃的情況下，點(diǎn)膠壓力為0.3 Mpa，時(shí)間為100 ms，高度100~120μm；在膠體溫度26℃~30℃的情況下，點(diǎn)膠壓力為0.2 Mpa，時(shí)間為200 ms，高度100~120μm為最佳點(diǎn)膠參數(shù)。

4.3 微組裝完成后同心度與高差測(cè)量

圖13為傳感器裝配后測(cè)量示意圖，分別對(duì)同心度和高差進(jìn)行了測(cè)量，得到的結(jié)果完全符合傳感器裝配要求，所使用的測(cè)量工具為基恩士公司的CX2020三維線激光測(cè)量傳感器，深度方向精度優(yōu)于2μm，平面方向的精度優(yōu)于5μm。表3為同心度誤差測(cè)量結(jié)果，表4為高差測(cè)量結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果表明，同心度偏差小于7.92μm，高度差值的均值17.648μm，滿足總成后傳感器的浮動(dòng)元件圓面與上蓋板圓孔同心度誤差小于10 μm，浮動(dòng)元件上端面與上蓋板端面高度差小于20μm的要求。

圖13 測(cè)量示意圖Fig.13 Schematic diagram of measurement

表3 同心度誤差測(cè)量結(jié)果Tab.3 Concentricity difference measurement results

表4 高差測(cè)量結(jié)果Tab.4 Height difference measurement results（mm）

5 結(jié) 論

本文對(duì)MEMS摩阻傳感器微組裝要求分析，設(shè)計(jì)了高精度治具、精密定位平臺(tái)、精密操作工具、精密點(diǎn)膠系統(tǒng)、顯微視覺(jué)系統(tǒng)，并對(duì)顯微視覺(jué)如何進(jìn)行高精度識(shí)別定位進(jìn)行了理論分析與試驗(yàn)，然后分析了點(diǎn)膠參數(shù)對(duì)傳感器裝配精度與性能的影響，并通過(guò)仿真和試驗(yàn)得到了最佳點(diǎn)膠工藝參數(shù)。最后，運(yùn)用基恩士三維線激光傳感器測(cè)量MEMS摩阻傳感器總成后的關(guān)鍵部位尺寸，確定微組裝滿足要求。

結(jié)果證明：經(jīng)過(guò)MEMS摩阻傳感器微組裝系統(tǒng)總成后的傳感器浮動(dòng)桿上端圓與管殼上組件圓同心度誤差平均值約為4.90μm，最大值為7.92μm；高度差平均值為17.648μm，跳動(dòng)值為1μm，并且傳感器的校準(zhǔn)結(jié)果偏差小于0.5%，組裝成功率達(dá)到100%，系統(tǒng)誤差通過(guò)對(duì)視覺(jué)識(shí)別最大誤差、平臺(tái)定位最大誤差累加計(jì)算得到，為8.09μm，滿足專用MEMS摩阻傳感器微組裝的要求。