基于CPS的特殊阵列式元件配装

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1、吴天航，何卫平，张利。杨森，郭改放(西北工业大学机电学院，西安710(172)【摘要】随着某些特殊阵列式器件精度要求的提高，其中单个元件的细小差异将对阵列整体性能带来极大的影响，使元件安装时不再具有互换性，因此需针对元件具体参数信息调整阵列分布。传统的生产方式，需通过手册查阅零件信息，不断的调试、组装，其过程过度依赖工人经验，错误率高，难以实现最优化配装：为此，提出了一种基于赛博物理系统(Cyber-PhysicalSystems，CPS)的阵列式器件配装辅助系统，将物理空间与信息空间相融合，使阵列式器件配装更加自

2、动化和智能化，极大地提高了安装效率，降低了错误率。关键词：CPS；阵列式；装配；融合；最优化DoI：10．16080巧．issnl671—833x．2016．13．073吴天航西北工业大学机电学院航空宇航制造工程系硕士研究生。主要从事摄像机标定和姿态求解、图像处理、模式识别与移动端Android软件开发．主要研究方向为计算机视觉、图像处理．与其他项目组成员合作完成了基于cPs的阵列式元件辅助装配系统。+基金项目：国家自然科学基金项目(51275419o为克服某些元件在尺寸增加时性能衰退现象，或提升某器件的整体性能，

3、人们已经开始使用多个相同的小尺寸元件阵列式地配装成大尺寸的整体元器件l卜10l，如阵列式LED灯光、阵列式红外摄像机等。在某些特殊要求的高精准场合中，仅仅简单地把相同型号的元件线性布阵已经无能为力，如对航空工业中的DPM条码识读装置中的内置阵列式LED光源，往往需要通过精准的位置装配来实现光强均匀分布、照亮范围均匀分布，使其为读码镜头提供更好的光照环境，这时需要充分考虑到不同元件个体的参数之间的微小差异，以及其装配位置的精准安排，以实现最优化的装配阵列。这样就对装配环节的元件信息采集、工装的精度、装配模式和检测方法

4、有着更高的要求。本文提出结合赛博物理系统(Cybe卜PhysicalSystems，CPS)m131、增强现实技术(AugmentedReality，AB)[14-161和物料唯一标识技术(ItemUniqueIdentification，IUID)咿201的原型系统，阐述如何解决上述阵列配装过程中的问题，在元件信息获取、物理空间精确计算等重要环节加以改进，有效地提高装配效率。本文分别阐述了阵列式元件装配的最优化问题，分析了整个原型系统的概念、构建和工作原理以及误差关系，并且结合实际原型系统进行了实例说明和进行了相

5、关工作总结。外观相似零件配装阵列的最优化问题1配装阵列配装阵列(以下简称配阵)是将一定数量的相似零件按照一定规则安装在固定位置上，由于发生功能耦合，配阵的总体性能>个体性能的简单叠加。如图1所示，LED灯按照一定规则配装后，其亮度、工作距离等性能均有所提高。在阵列式整体元器件的配装过程中，有如下规定：(1)个体(P，)差异。该高性能阵列式LED光源∥由特殊的多个单体LED元件P，阵列配装而成。其单个个体LED即使在同批次的产品中，也很难保证它们的特性参数(a，，)完全相同。(2)个体特性参数aj。考虑到阵列式整体元

6、器件的整体特性，2016年第13期·航空制造技术73必须考虑到每个元件(P，)的性能参数。如对于LED灯，有以下重要参数：a，．光转换效率、a，：流明效率、an光通、a阻相关色温(瓦)、a巧色品坐标值、a施显色指数(R。)等。个体的特性参数a，，之间会互相影响，综合反映在阵列式整体的性能c中。(3)个体位置参数，，。每个元件个体P，最终配装到阵列式整体的某个位置，，上，如图2所示。具有互换性的装配只要P．满足li∈L，而在高精准要求下，需要考虑个体性能差别，通过特殊的配装位置组合达到整体性能的最优。(4)性能最优的

7、布阵方案。设待装配个体总数为m，第f个个体为P，，安装位置为，。1"1个特性参数构成集合ai=(amaf2，am⋯，a，。)，则物理空间中t时刻个体可表示为Pf_(口，，，，，t)，个体集合为尸=∽。，P：∥≯．．，P。)，位置可行集为，=‰12，f，，⋯，，。)，特性参数矩阵为爿={日j，口T2，口T∥一，日T。)，则系统总体性r能为C2中∑，(％D，其中．厂为个体I,EL性能评判函数。在给定元件特性参数矩阵爿和位置可行集L时，由于·+>．+·+j+j汪伦⋯咆∑(c，)图1阵列式装配体的性能不等于个体性能的简单叠

8、加Fig．1Attributeparametersofwholearrayisnotequivalenttothesumofattributeparametersofalltheindividualparts图2元件个体的布阵位置和阵列式整体Fig．2Positionofeachelementandthewholearray74航空制造技术·2016年第13