基于雷射掃描和光纖傳感器的線上裝配校準系統研究
智能裝配技術是未來制造業的發展方向，正如所論證的那樣，是線上實時監測和回報的閉環控制。現有的智能裝配線上調整方法主要有雷射掃描法和圖像比對法。
圖像比對法多采用三目測量儀。波音采用智能裝配技術，大件由iGPS和AGV實作。它大大減少了裝配時間。子產品化定位技術提供高精度線上糾偏子產品，可利用雷射定位擷取實時裝配資訊Arnaldo G，正如所展示的那樣，具有非常高的智力水準。
雷射雷達技術在智能裝配中具有精度高、重複性好等優點，圖像比對方法具有适用性強、穩定性好等優點。兩者都是采用在目标位置采集光波的方法來擷取裝配狀态。
為了在裝配過程中直接擷取裝配狀态資訊，實作線上校正，設計了一種基于光纖傳感的智能裝配軌迹修正系統。工具分布式傳感器網絡用于解決視覺盲點問題，差分校正用于解決環境幹擾問題。
1.系統原理
在裝配過程中，裝配工具需要将工件移動到合适的位置。在此過程中，經常會受到預設軌迹與實際裝配軌迹誤差的影響。平移誤差、位姿誤差等，會造成裝配不當、幹涉裝配或裝配幹擾等。
為實作大型結構件裝配過程中的自适應校正，需要擷取真實的時間裝配狀态資訊。通過光纖傳感技術擷取應力場分布可以完成裝配軌迹的實時校正。
根據可能發生顯著變化的敏感位置，在整個工具上粘貼足夠數量的FBG傳感器。一次性獲得整個工具的應力場分布。然後，通過應力場分布的差異，完成裝配偏差的分析，并根據差異對裝配軌迹進行修正。
2.組裝校準系統
傳統的多傳感器測量方式需要多種類型的傳感器來監測産品安裝位置的應力、振動參數測量、溫度補償測試等。在整個機械臂上完成各種傳感器的布局和處理電路的布置需要考慮的因素很多。
否則，可能會影響移動過程中的幹擾問題、電子幹擾問題、信号串擾問題。測試結果并導緻回報錯誤影響安裝效果。該系統由調頻雷射器、耦合器、解調子產品、光纖光栅和雷射掃描子產品組成。整體結構如圖1所示。
光纖傳感器網絡本身是無源傳感器，不受電磁輻射影響；前段隻有光纖，處理子產品可與傳感部分完全分離，光纖傳感部分體積小，可同時通過聯合測量獲得應力。雷射掃描子產品可以獲得裝配結構的三維點雲資料。将光纖感覺到的幾何變形關系轉化為偏移參數後，導入裝配結構的三維點雲，實作裝配軌迹的修正。
3.仿真分析
在智能檢測與校正系統中，測試實體量的傳輸是從應力到波長變化值、波長變化值到位置偏移量、位置偏移量到檢測校正值。其中，波長變化值對位置偏移量是通過拟合實驗資料實作的。
通過控制結構實作對檢測修正值的位置偏移，通過測試資料得到對波長變化的應力。它直接影響原始資料和标定精度，是以對其參數進行仿真分析是十分必要的。
FBG分布位置和FBG軸向以仿真結果為指導，為準确擷取應力分布資料提供了理論支援。以圖1為例，對位置偏差和角度偏差兩種主要誤差形式進行仿真分析。
仿真分析了産品安裝過程中常見的兩種不同的異常位置狀态。它顯示了圖2A中安裝位置偏差引起的應力分布。裝配深度過大，使插入端與安裝孔之間産生擠壓應力作用，應力場分布如圖2A所示，其應力主要集中在插入端。
當殘餘應力為10N時，最大位置偏移量約為2.6μm。它顯示了圖2B中安裝角度偏差引起的應力分布。裝配時鑲件軸線與安裝孔軸線存在角度偏差。應力場分布如圖2B所示，應力主要集中在安裝孔端部。
當殘餘應力為30N時，最大位置偏移量約為1.82 μm。零部件的大小和裝配機器人所施加的力與工件的重量和裝夾要求相對應，是以受力範圍變化很大。
4.實驗對比分析
為驗證光纖傳感系統能夠為裝配控制子產品提供軌迹校正資料，以R1X3D雷射掃描器的測試資料作為标準測試資料，視距50cm，精度120μm，可以準确反映裝配結構的位置軌迹。
建立了基于FBG傳感器的三維應變場監測系統，實驗裝置實物圖如圖4所示。實驗中使用的FBG應變傳感器的類型；六個傳感器的帶寬為0.213nm；邊沿模式抑制比為16.21dB；網格區長度為20mm、1536.124、1540.347、1542.428、1546.758和1549.224納米。
将比較位置資訊的目标點粘貼在裝配結構上，以分析該方法的位置軌迹測試精度。試驗所用結構件厚度為20mm，車軸直徑為40mm，小于仿真車體。是以，考慮到其結構承載能力和避免塑性變形，試驗所用的力強度為10～200N，試驗結果存在偏差。
5.結論
光纖傳感器網絡利用其體積小、靈敏度高、抗電磁幹擾等特點，應用于裝配軌迹校正領域。設計了與裝配結構對應的傳感器陣列，仿真分析了不同裝配異常情況下的應力分布。
實驗結果表明，系統的位置偏差精度接近于标準測試資料的平均相對誤差，滿足設計要求。該系統在裝配軌迹校正方面具有一定的應用前景。
