（机械电子工程专业论文）复杂环境侧装零部件洁净精密装校技术研究.pdf

重庆大学硕十学位论文 中文摘要 摘要 复杂环境主要指装校环境具有洁净要求，装校操作空间狭小、待装校零部件 重量较大，零部件装校定位精度要求较高等特殊要求。在本论文中主要针对某工 程建设中涉及到的在复杂环境下从系统侧面进行装校的零部件( 简称侧装零部件) 的装校相关技术进行研究，尤其是其中关于如何实现零部件的快速装配、校正和 拆卸，即装校作业，这是整个工程中一项具有相当规模和技术难度的课题，直接 关系到整个工程建设。 本课题正是以复杂环境侧装零部件洁净精密装校作为主要研究内容，引入了 基于三维实体模型的虚拟装校技术，从虚拟装校的角度出发，探讨了三维可视化 装校、装校关键技术等问题，并在s o l i d w o r k s 三维虚拟环境中较好的实现了对各 类侧装零部件虚拟洁净精密装校技术的分析，提出了洁净精密装校过程中涉及到 的主要关键技术，包括：零部件装校流程、零部件装校过程的位姿描述、装校装 运顺序和路径规划，零部件精密定位与检测、零部件全流程洁净闭环和装校能力 评价体系建立等部分，分别对各项关键技术进行了深入分析和研究，并提出了相 应的解决措施和办法。 针对侧装零部件特殊的装校方法、装校环境和装校边界等条件，结合侧装零 部件洁净精密装校流程实现总体思路，提出了一套满足该洁净精密装校技术各项 要求的侧装零部件辅助装校系统设计方案。侧装零部件辅助装校系统具有实现跨 区域转运和现场洁净精密装校两个主要功能。最后以真实的侧装零部件为例，对 侧装零部件辅助装校系统主要功能、实现方式和作业流程进行了深入细致的分析， 提出了一套完整的面向复杂环境侧装零部件现场洁净精密装校技术实现的合理可 行的策略，达到了设计目标，即在规定时间内，完成将侧装零部件在洁净条件下 精确的装入复杂环境预定位置或者从复杂环境中拆卸下来的任务，为最终实现侧 装零部件洁净精密装校作业的标准化、科学化、人性化打下坚实的基础。 关键字：洁净，侧装，装校技术 重庆大学硕士学位堡奎 茎奎塑垩 _-_-_l-_一一一 a b s t r a c t c o m p l e xc o n d i t i o nm e a n st h ea s s e m b l e c a l i b r a t i n gc o n d i t i o nw i t hs o m es p e c i a l r e q u e s t sa s t h ec l e a n n e s s ，n a l t o wo p e r a t i o n a ls p a c e ，h e a v ya s s e m b l e dp a r t sa n dh i g h o r i e n t a t i o na c c u r a c ye t c t h ea s s e m b l e c a l i b r a t i n gw a yf o ra s s e m b l e dp a r t si sv a r i o u s ， t h ep a p e rm a i n l yr e s e a r c ht h ec o r r e l a t i v et e c h n o l o g yo ft h ep a r t sl o a d i n gf r o mt h es i d e o ft h es y s t e m ( s i d el o a d i n gp a r t s ，s l p ) f o rc o n s t r u c t i o no fs o m ep r o j e c t ，e s p e c i a l l yt h e p r o b l e m sa b o u th o wt or e a l i z et h ei n s t a l l a t i o n ，c a l i b r a t i o na n dd i s a s s e m b l er a p i d l yo f t h es l p , n a m e l ya s s e m b l e c a l i b r a t i n g ，t h i s i sat a s kw i t hc o n s i d e r a b l es c a l ea n d t e c h n o l o g i c a ld i f f i c u l t yi nt h ew h o l ep r o j e c t ，w h i c hi sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ec o n s t r u c t i o n o fw h o l ep r o j e c t t h ep r o j e c tm a k e sm a i nr e s e a r c ho nt h ec l e a np r e c i s i o na s s e m b l e c a l i b r a t i n g t e c h n o l o g y f o rt h es l pi n c o m p l e xc o n d i t i o n ， i n t r o d u c e dt h e v i r t u a l a s s e m b l e - c a l i b r a t i n g a s s e m b l e - c a l i b r a t i n g t e c h n o l o g yb a s e dt h r e ed i m e n s i o n a ls o l i dp a r t s f r o mt h ev i r t u a l t e c h n o l o g y , i t d i s c u s s e ds o m ep r o b l e m s ，s u c h a st h e t h r e e d i m e n s i o n a lv i s u a l i z a t i o no fa s s e m b l e c a l i b r a t i n g ，t h ek e y o fa s s e m b l e - c a l i b r a t i n g t e c h n o l o g ye t c ，a n dr e a l i z e dt h ec l e a np r e c i s i o na s s e m b l e - c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g yf o r l 【i n d so fs l pi nt h es o l i d w o r k st h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a lc o n d i t i o n i tp u tf o r w a r dt h e m a i n l yk e yt e c h n o l o g yo f t h ec l e a np r e c i s i o na s s e m b l e - c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g y , i n c l u d i n g t h ef l o wo fs l pa s s e m b l e c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g y , t h ep o s i t i o na n do r i e n t a t i o no fs l p a s s e m b l e c a l i b r a t i n g ，t h eo r d e ro fa s s e m b l e c a l i b r a t i n ga n dt r a n s p o r t i n ga n dt h ep a t h p l a n n i n g ，t h es l pp r e c i s i o np o s i t i o n i n ga n dt e s t i n g ，t h ek e e p i n g s l p sc l e a n n e s si nt h e w h 0 1 ep r o c e s s ，t h ee v a l u a t i o nc a p a c i t yo fa s s e m b l e c a l i b r a t i n g ，e t c t h et h e s i sm a d e d e e pa n a l y s i sa n dr e s e a r c ho na l l t h ek e yt e c h n o l o g ya n dp u tf o r w a r ds o m er e l a t e d m e a s u r e sa n dm e t h o d s ha c c o r d a l l c c w i t ht h e s p e c i a l a s s e m b l e c a l i b r a t i n g m e t h o d s ，t h e a s s e m b l e - c a l i b r a t i n gc o n d i t i o na n dt h eb o u n d a r yo fa s s e m b l e c a l i b r a t i n gf o rt h es l p , c o m b i n e dw i t ht h eo v e r a l li d e ao ft h ea s s e m b l e c a l i b r a t i n gf o rt h es l p , t h et h e s i s p r o p o s e das e to fs c h e m eo fs i d el o a d i n ga u x i l i a r ya s s e m b l e c a l i b r a t i n gs y s t e m t o a c h i e v et h ec l e a np r e c i s i o na s s e m b l e c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g y t h es i d el o a d i n ga u x i l i a r y a s s e m b l e c a l i b r a t i n gs y s t e mh a st w om a i n l yc a p a c i t yo fr e a l i z i n gt h es p o t c l e a n e s s p r e c i s i o na s s e m b l e c a l i b r a t i n ga n dt r a n s p o r t i n gv i ac r o s s i n gr e g i o n a l f i n a l l y , i tt o o kt h e r e a ls l pa sa ni l l u s t r a t i o n ，a n a l y z e dt h em a i n l yc a p a c i t y , t h ew a y o fr e a l i z i n ga n dt h e l l 重庆大学硕士学佗论文 英文摘要 f l o wo fa s s e m b l e - c a l i b r a t i n g ，p r o p o s e das e to fs t r a t e g yt or e a l i z et h ec l e a np r e c i s i o n a s s e m b l e c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g ya n da c h i e v et h ed e s i g ng o a l s ，t h a ti s ，i nt h ea s s i g n e d t i m e ，i tw o u l df i n i s ht h et a s ko fl o a d i n gs l pi n t ot h es u p p o r t i n gp r e c i s eo rd i s m o u n t i n g i tf o r mt h ec o m p l e xc o n d i t i o nu n d e rt h ec l e a nc o n d i t i o n ，a n df i n a l l yr e a l i z et h e s t a n d a r d i z e ds c i e n t i f i ca n dh u m a n i z eo ft h es u p e rc l e a np r e c i s ea s s e m b l e c a l i b r a t i n g t e c h n o l o g yf o rt h es l p i nc o m p l e xc o n d i t i o n k e y w o r d s ：c l e a n e s s ，s i d el o a d i n g ，a s s e m b l e c a l i b r a t i n gt e c h n o l o g y i i i 工 学位论文独创性声明 论文 行的研究 方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 导师签名： 国博 下简 交中 签字日期：撕劳j 曰 签字日期：加秽绸万臼 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数 据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文 全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大学 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名： j 亟垒导师签名：兰盘篓丛之 5 尹每6 只6 b 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书 ，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书兰l 逐装订在提交的学位论文最后一页。 卫觊 触烨 重庆大学硕十学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 课题来源 本课题来源于某工程复杂环境中侧装零部件洁净精密装校项目，主要研究内 容是如何在复杂环境下实现侧装部件洁净精密装校，关键技术包括虚拟装校分析、 洁净闭环研究、精密定位和装校系统设计等。 无论是在工程建设还是在大型装备制造业中零部件的装校技术研究都是整个 项目顺利完成的关键环节，装校技术对其进度和性能都有较强的制约作用，而且 前期由于现实条件不成熟，边界条件不清晰，技术要求不全面等因素影响，装校 技术的研究很难有现实可参考的模板，因此前期装校技术的研究主要从搭建的虚 拟现实的环境中进行模拟研究，最后再提出针对各工程实际的装校关键技术，在 此基础上提出辅助装校系统解决方案。 统计资料表明，虚拟装校技术是虚拟现实技术在工程领域的一个全新的应用， 还处于萌芽阶段，与虚拟装校技术相关的一系列标准还没有完善【l 】，所以国内外的 研究人员都在不断的对虚拟装校技术进行理论探索。尤其是在复杂环境下，装校 技术分析涉及到的问题非常之多，甚至很多因素是前期设计考虑不到的问题。因 此在实际应用之前应当采用虚拟预装校的方式，进行全方位的验证，包括装校模 型、尺寸链、装校信息和序列规划、干涉检验与修正等各个方面。而这之间就涉 及到零件的装校精度问题。零部件三维构形完成后，三维模型在装校过程中，由 于零部件模型均以设计尺寸出现，还没有装校实体的公差信息。装校精度作为装 校序列评价和优选的一个重要指标，是零部件功能和使用性能的保障，很大程度 上决定了装校序列的可行性，是装校体整体质量的保证。装校序列是决定装校过 程的复杂性和可靠性的重要因素，也是建立装校工艺规程的重要依据。它对零部 件装校难易程度、装校精度、零部件特性等都有着重要影响。在零部件设计无图 纸化的今天，以计算机仿真技术为前提，根据零部件设计的数字化信息，进行面 向三维模型的预装校分析，模拟零部件装校的真实过程，实现装校序列规划和评 价的自动化和计算机化已成为亟待解决的问题。针对复杂环境系统地研究装校技 术问题，对加快类似大型复杂工程建设进度，减少建设成本能够起到十分重要的 作用。因此，解决复杂环境装校技术刻不容缓。 本文正是立足于此，主要针对某工程建设涉及到的复杂环境中侧装零部件洁 净精密装校相关技术进行了研究。 重庆大学硕十学位论文1 绪论 1 2 研究目的及意义 本论文涉及到的复杂环境主要指装校环境需要洁净要求，装校操作空间狭小、 待装校零部件重量较大，零部件装校定位精度要求较高等特殊要求。在本论文中 主要对某工程建设的复杂环境下，从系统侧面进行装校的零部件的装校相关技术 进行研究。 各侧装零部件的的装校环境也不尽相同，因此在进行复杂环境洁净精密装校 技术研究的过程中，需要同时对各类零部件的洁净装校技术进行专门的研究，从 而有效地保证复杂环境下所有零部件现场精密装校和后期维护过程中的洁净、精 度和效率等各方面要求，这对于整个工程建设具有非常重要的意义。 同时可推广该方法应用到其他大型复杂工程建设中，利用三维模型虚拟装校 技术，使零部件洁净精密装校过程更加优化，从而节约装校费用的同时缩短开发 周期，使零部件更加具有竞争优势。 1 3 国内外研究现状 国外对虚拟装校的研究起步较早，其中以美国华盛顿洲立大学开发的“虚拟装 校设计环境”系统较成熟，并己成功丌发出了第二套原型系统。而且在理论上国外 的研究也较丰富，涉及的面比较广，包括虚拟装校环境中人机交互、虚拟拆卸的 推理框架和基于网络的协同虚拟样机技术等很多技术与理论。在虚拟设计的众多 研究领域中，最引人江目的是虚拟装校技术的研究与应用。日前，人们从事虚拟 装校仿真、虚拟装校序列规划、虚拟装校建模、虚拟拆卸、装校中人机因素分析、 装校任务培训等方面对虚拟装校技术进行广泛而深入的研究。随着计算机技术的 迅速发展和广泛应用，实行计算机辅助装校工艺规划对提高工艺规划的质量和效 率，促进规划的标准化和优化，提高工艺规划对生产的指导作用，缩短零部件更 新的周期，减少规划差错及枯燥的文件编制工作，具有极其明显的优点【2 。5 】。 虚拟装校系统的核心思想是利用虚拟现实技术，建立一个与实际相近的仿真 装校环境。依托于该仿真环境，装校装运技术分析人员可以利用经验和知识以及 各类零部件自身的特点进行操作，从而建立零部件的装校顺序和空问装校路径、 确定装校操作需要使用的工具及操作方法、评价装校规划方案的优劣。系统会自 动记录装校技术规划结果，最终获得一个合理的零部件装校规划【6 】。虚拟装校的研 究主要包括虚拟环境下的装校建模、装校技术规划、干涉检验和装校仿真等方面。 目前装校技术主要通过装校图、装校动画和装校工序卡等技术文档来指导装校人 员完成零部件装校，这种方式不能直观反应整个零部件的装校顺序和装校过程， 而且由于装校人员对装校过程理解上的偏差，可能导致不能顺利完成装校等问题， 因此利用装校过程可视化指导装校人员进行装校是一个非常具有工程应用前景的 2 重庆大学硕士学何论文 绪论 研究方向。 目前三维设计已逐步普及，为直接在三维设计模型上实现装校动而提供了可 能，当前一些主流三维设计平台也提供了i 维装校动画功能，但由于二维系统价 格昂贵，同时对装校工程师来说三维系统的绝大多数功能是不需要的，而且装载 和显示速度慢。为了实现三维模型特别是对大型装校文件的快速显示，文中提出 了三维模型的轻量化技术，大幅降低零部件模型的数据量，同时加快模型的显示 速度。其次，控制零件轻量化模型在装校过程中的运动，实现动画仿真。最后， 建立一整套装校过程动画和工艺卡片，为现场装校提供技术指导。整个仿真过程 在s o l i d w o r k s 三维设计平台的c o s m o t i o n 插件中实现【7 9 】。在虚拟环境中进行 设计组装，并进行相应的检验。从而对设计进行分析评价，对不合理的设计进行 修改，达到优化设计的目的。 图11 零部件装授到支撑架上 f i gl 1 p a r t s b e i n g i n s e r t e d i n t o t h es u p p o l _ ts t r t l g t o l t ， 在装校技术上基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，实施数字化尺寸 工程技术，通过装校仿真实现装校过程化，应用柔性模块化的工装技术、加工和 检测单元并集成应用为一系列的自动化装校系统进行机体结构的自动化装校。 通用汽车公司在应用虚拟样机方面处于世界领先地位。为了以更快的速度和 更低的成本开发新型汽车，通用公司的全球c a d c a m 和可视化技术中心的技术人 员已经丌发出了洞穴式沉浸虚拟现实系统和墙壁式投影系统，在g m 的汽车零部件 重庆人学硕士学位论文1 绪论 开发中从造型到装校过程中广泛应用先进的虚拟现实技术。应用虚拟现实技术不 仅可以使设计一人员在虚拟的环境中检查汽车车身的光顺性，而且可以验证汽车 的装校工艺，由于在新车的丌发中采用了虚拟现实技术，新车的丌发速度大大提 高。在宝马汽车公司，虚拟装校被用于验证整车装校，在整车总计8 0 6 个装校操作 中，有4 9 4 个操作得到评估，并且据此制定了标准的操作规程。美国国防部初步估 计在一种新型军舰的开发上由于采用了虚拟装校技术节约开发成本6 0 万美圆，减 轻船体重量1 0 0 吨，将新型军艇的开发时间从1 4 年缩短到7 年。 e i 公司与空客英国公司联合开发了一种机器人柔性装校系统，用于机翼壁板 与骨架的装校。该系统的主要功能有：压紧壁板、壁板厚度测量、钻孔、孔检测、 插入螺栓和环槽钉并安装。西班牙s e r r a 公司开发了一套用于a 3 8 0 尾翼扭力盒的 自动化装校的t r i c e p t 8 0 5 虚拟轴机器人装校系统。德国丌发了一种用于复合材料机 身装校的机器人装校系统。c a t e r p i l l a r 的研究人员将虚拟装校技术应用于改善重型 设备的工艺设计，他们的系统允许他们在一个协作的虚拟环境中快速将车轮组装 到车身来对新设计进行可视性评估，而且工程师可以模拟设备的操作。如图1 1 为 美国某工程建设设计的侧装零部件装校系统【l 0 1 。 1 4 论文的总体规划 1 4 1 论文的主要工作 本论文主要以复杂环境侧装零部件洁净精密装校技术和实现该特殊技术的辅 助工装系统为研究内容，着重分析了零部件的整个安装和拆卸的装校技术。以零 部件和装校环境三维实体模型为基础，从虚拟装校的角度出发，探讨了三维可视 化装校和涉及某工程建设的特殊装校关键技术。最后根据零部件现场装校技术的 需求设计了一套侧装零部件辅助装校系统，并提出了一套完整的基于该侧装零部 件辅助装校系统在洁净环境下的零部件装校技术的实现策略。 本文主要研究包括： 阐述了国内外复杂环境装校技术和虚拟装校技术发展状况，从三维虚拟装 校技术的角度出发对各类零部件的装校技术进行了探讨。 提出了某工程建设复杂环境下的侧装零部件装校关键技术，并分别对其进 行了深入分析和研究，包括零部件装校技术顺序、零部件装校技术路径规划、精 密定位与检测、洁净闭环和装校能力评价体系建立等。 设计了一套满足该洁净精密装校技术各项要求的侧装零部件辅助装校系 统，并对系统结构设计和主要功能进行了说明和分析。 基于复杂环境侧装零部件辅助精密装校系统，以实的侧装零部件为例，提 出了一套完整的面向复杂环境侧装零部件现场洁净精密装校技术的合理可行的策 4 重庆大学硕十学位论文 1 绪论 略。 1 4 2 章节安排 本文的内容安排如下： 第1 章，绪论。介绍了某工程建设复杂环境装校的特点，分析了目前装校技术 状况，提出了基于三维虚拟技术在零部件装校技术研究过程中的应用的可行性和 必要性；概述了本文主要的研究内容和主要工作。 第2 章，基于三维实体模型的装校技术。介绍了三维虚拟技术的主要应用领域 和重要性，详细分析了复杂环境侧装零部件装校技术，包括：装校预处理、三维 可视化装校、动画仿真的实现、工艺卡片的定制与输出等。 第3 章，洁净精密装校关键技术研究。首先根据第二章技术分析得出零部件装 校关键技术，即零部件装校装运技术规划、零部件精密定位和检测、洁净闭环研 究、装校能力评价体系研究。 第4 章，洁净精密装校技术的实现。研究了现场侧装零部件洁净精密装校技术， 对现场装校流程做了较为详细的说明。设计一套面向复杂环境侧装零部件的辅助 装校系统，并以实际零部件为例，对该系统各功能进行了分析，提出了编写整理 零部件现场装校技术文件的必要性和一套合理可行的策略。 第5 章，总结与展望。总结本文的主要研究内容，分析尚未做好的研究，并展 望了今后的研究方向。 本文的最后是致谢、参考文献和作者在校期间的研究成果及发表的学术论文。 重庆大学硕十学位论文 2 基丁三维模型的装校技术 2 基于三维模型的装校技术 2 1 引言 复杂环境涉及到种类繁多，数量巨大的零部件装校技术，本文引入计算机辅 助装校技术规划方法( c o m p u t e ra i d e da s s e m b l yt e c h n o l o g yp l a n n i n g ，c a a p p ) 对其 进行了虚拟装校研究。 虚拟装校系统的核心思想是利用虚拟现实( v i s u a lr e a l i t yv r ) 技术，建立一个 与实际相近的仿真装校环境【1 1 1 。依托于该仿真环境，装校装运技术分析人员可以 利用经验和知识以及各类零部件自身的特点进行操作，从而建立零部件的装校顺 序和空间装校路径、确定装校操作需要使用的工具及操作方法、评价装校规划方 案的优劣。系统会自动记录装校技术规划结果，最终获得一个合理的零部件装校 规划。虚拟装校的研究主要包括虚拟环境下的装校建模、装校技术规划、干涉检 验和装校仿真等方面【1 2 。13 1 。 目前装校技术主要通过装校图、装校动画和装校工序卡等技术文档来指导装 校人员完成零部件装校，这种方式不能直观反应整个零部件的装校顺序和装校过 程，而且由于装校人员对装校过程理解上的偏差，可能导致不能顺利完成装校等 问题，因此利用装校过程可视化指导装校人员进行装校是一个非常具有工程应用 前景的研究方向。目前三维设计己逐步普及，为直接在三维设计模型上实现装校 动画提供了可能，当前一些主流三维设计平台也提供了三维装校动画功能，但由 于三维系统价格昂贵，同时对装校工程师来说三维系统的绝大多数功能是不需要 的，而且装载和显示速度慢。为了实现三维模型特别是对大型装校文件的快速显 示，文中提出了三维模型的轻量化技术，大幅降低零部件模型的数据量，同时加 快模型的显示速度。其次，控制零件轻量化模型在装校过程中的运动，实现动画 仿真。最后，建立一整套装校过程动画和工艺卡片，为现场装校提供技术指导。 整个仿真过程在s o l i d w o r k s 三维设计平台的c o s m o t i o n 插件中实现。 在虚拟环境中进行设计组装，并进行相应的检验。从而对设计进行分析评价， 对不合理的设计进行修改，达到优化设计的目的。 虚拟装校的过程主要包括零部件的结构分析、装校关系确定和零部件现场装 校、各类检验进行设计分析评价及设计修改、装校效果检验等图2 1 为虚拟装校过 程设计流程图。 6 重庆大学硕士学位论文2 基于三维模型的装校技术 广一一一一一一二二。= ? 二= 。：= = 。= 一1 i 装校天键技术研究 ! i 装校顺序路径规划 l i一i 詹一l j - - - - - 过基遮 x i n 鲁 1 芒 万备 ( 3 1 0 ) 3 3 洁净闭环研究 3 3 1 零部件的制造、转运和存储 零部件前期处理包括其设计制造、转运和存储，以及零部件离线装校、转运 和存储等若干相关工艺过程。 在零部件制造完毕，不同零部件按照不同洁净处理方法进行洁净处理。常用 方法如纯水冲洗、酒精擦洗、超声波清洗、洁净空气风淋等等。制造全过程应实 施过程质量控制，关键( 重要件特性) 1 0 0 验证，必要时进行复检。 零部件转运采用装运洁净转运箱密闭完成。洁净转运箱既需要提供零部件洁 净环境，同时内部应加载减震或隔震系统以保证零部件安全。 零部件离线装校应在百级环境下进行，装校完毕应当及时通过洁净转运箱转 运到洁净存储间存储或者及时进行现场洁净精密装校作业。 3 3 2 洁净清洗工艺 常用清洗方法 3 8 - 4 0 】 零部件的洁净清洗主要指对零部件表面进行的清洗，不同的工艺环节有不同 的分类方法。 1 1 按清洗精度分类 a 一般工业清洗 在普通水中加入酸、碱并加热，经冲刷、摩擦等物理作用与酸、碱液化学作 用相结合完成清洗过程。 b 精密工业清洗 一般作为加工业的中间清洗工序，要求洗干净后才能进行下一道的工序，如 真空镀膜之前，须通过精密清洗除去油污和灰垢。 c 超精密工业清洗 指电子行业中电子元件、精密机械零件、光学部件等的清洗，必须在超级净 化的环境中进行，需要使用超高纯度的清洗剂和去离子水以及高级清洗系统。 2 ) 按清洗方法分类 2 7 重庆人学硕十学位论文3 洁净精密装校关键技术研究 a 物理清洗 利用力学、声学、光学、电学、热学的原理，依靠外来能量的作用，如机械 摩擦、超声波、负压、高压、紫外线、蒸汽等，去除物体表面污垢的清洗方法。 b 化学清洗 依靠化学反应的作用，利用化学药品或其它溶剂清除物体表面污垢的清洗， 如用各种无机或有机酸去除物体表面的锈迹、水垢。 3 ) 按清洗媒介分 a 湿式清洗 一般将在液体介质中进行的清洗称为湿式清洗。 b 干式清洗 在气体介质中进行的清洗称为干式清洗。 洁净清洗工艺设计 复杂环境中，对于表面洁净度要求为5 0 0 级的零部件，拟采用高压水洗；对 于表面洁净度要求为百级级的零部件，拟采用高压水洗_ 超声波清洗；对于表面 洁净度要求为5 0 级的零部件，拟采用超声波粗洗_ 超声波精洗，工序见表3 1 。 表3 1 超声波精洗t 序 t a b l e3 1w o r k i n gp r o c e d u r eo fp r e c i s i o nw a s h i n gw i t hu l t r a s o n i c 技术条件规范 洁净的、使用电解法抛光的不锈钢槽，用于执行超声波清洗并满足以卜要求： 超声波清 频率： 8 0 0 k h z ，扫频为l k h z 洗槽 功率： 2 0 0 瓦，每平方英尺底部表面区域 蒸馏水( 优先使用留存时间小于3 0 天的蒸馏水) 、使用反渗透提纯的净化水、或去 处理水离子水，使用l l x m 或更细的过滤器过滤水。不断循环这些水以防止细菌的累积，水 系统中不应该有停滞区域； 热空气h e p a 过滤的空气或氮气，最高加热剑8 5 ； 步骤操作规范 使用加热剑5 4 6 5 、含有5 的b r u l i n1 9 9 0g d 2 表面活性剂的处理水溶液，浸泡 1 至少1 5 分钟： 2 使用6 5 c 的处理水喷洗漂洗元件，最短3 分钟； 3 将元件放入加热至3 8 c 5 4 c 的处理水中( 无表面活性剂) ，保持1 5 分钟； 4 用加热至6 5 c 的处理水喷洗元件； 5 元件在洁净区风干，使h j h e p a 过滤过的空气或氮气，最高加热到8 5 。 2 8 重庆火学硕十学位论文3 洁净精密装校关键技术研究 3 3 3 零部件的洁；争度检测 零部件的洁净度检测分为离线和在线两个大类。此处主要阐述一种零部件离 线的洁净度检测方法。 零部件的洁净度检测重点针对其上面的零部件而言，该离线检测方法就是实 现对零部件表面颗粒污染物进行图像采集，数字图像分析，统计分析出污染物数 量，提取污染物特征，给出洁净度等级，预估计零部件甚至零部件寿命。其总体 实现流程如图3 3 。 图3 3 洁净度检测流程图 f i g 3 3f l o wc h a r to fc l e a n n e s st e s t i n g 图像特征提取是在图像分割的基础上将图像中有意义的特征或应用所需要的 特征信息提取出来。污染物颗粒为一个闭合的几何图形，为了判断疵病的种类和 大小，主要以污染物几何特征参数、狄度特征参数和统计特征参数等作为判定之 依据。 重庆太学硕士学竹论文3 洁净精密装校关键技术研究 分析污染物颗粒信息后，根据提取的污染物参数，进行表面洁净度等级评估 表面洁净度等级认证参照美军标m i l s t d l 2 4 6 c 得到洁净度等级，计算公式如下： 型等i 堕竺丝- 1 0 “”“哦“谢圳“ 即根据单位面积上的颗粒污染物尺寸及太于某尺寸的颗粒污染物的数量确定 该被测表面的洁净度等级。也可以根据测得的颗粒污染物的数量和人小对照图34 来确定被测表面的洁净度等级口】。 i ，i ? 5 0 i p mq ，0j m 图3 4 m i l s t d l 2 4 6 c 表面沾净度标准微粒分布 f i g34p a r d e u l a t ed i s t r i b u f i n g i ns t a n d a r do f m i l s t d l 2 4 6 c 3 34 恻装零部件洁净装校 侧装零部什洁净装校主要指现场精密装校空间环境保持一定的洁净度要求， 在此处引入空气洁净度概念来进行表述。 空气洁净度是用来衡量空气环境中含尘量多少的一个尺度。含尘浓度高的洁 净度等级低，含尘浓度低的则洁净度等级高。含尘浓度一般以单位体积空气中大 丁和等于某直径的粒子数目来表示。空气洁净度级别是评价空气洁净环境的核心 指标【4 ”。目前美国联邦标准中f s 2 0 9 e 空气洁净度标准已经作废，被i s o1 4 6 4 4 1 空气洁净度标准所取代。i s o1 4 6 4 4 1 空气洁净度标准如表3 2 所示，图中将l s o 1 4 6 4 4 1 空气洁净度标准与美国联邦f s 2 0 9 e 空气洁净度标准同时列出作为比较 1 4 2 - 4 3 。 重庆大学硕士学位论文3 洁净精密装校关键技术研究 侧装零部件装校系统洁净处理 侧装零部件装校系统洁净处理应从以下几个方面采取措施： 1 ) 装校系统设计过程洁净考量 装校系统设计过程需要对可能产生洁净污染源的部分进行理论分析，并提出 相应解决措施。比如运动部件部件之间的滑动摩擦、部件运动速度对材料磨损影 响洁净度、电控系统洁净处理与密封等等】。 装校流程洁净度考量，包括对操作人员、着装、操作规范等进行相应处理与 限制。 2 ) 材料选取 装校系统材料选择基本原则如下：1 ) 具有较高的抗压、抗拉、抗弯、抗剪和抗 撕裂强度，足够的硬度和韧性；2 ) 有较高的导热性、低的热膨胀系数；3 ) 良好的淬 透性和机械加工性；4 ) 合金化程度高，具有耐磨性和耐腐蚀性好的金相组织，即有 高度分散的强化相，如碳化物、氮化物等。 常用材料为：不锈钢0 c r l 8 n i 9 、1 c r l 8 n i 9 t i 、高强度硬铝合金l y l 2 、淬火钢 重庆大学硕士学位论文 3 洁净精密装校关键技术研究 4 0 c r 等。 润滑剂选取：气体润滑剂一般只适用于高速和低负荷条件；液体润滑剂摩擦 系数低，散热性好，但由于挥发和滴漏等容易造成污染，同时供油系统复杂；半 固体润滑剂摩擦系数低、润滑系统简单；固体润滑剂无需润滑系统，蒸发性很低， 对环境不会造成污染，但摩擦系数相对较高，散热性不好。综合分析，系统应选 用大分子量的固定或半固体润滑剂，尽可能的使润滑系统简单化，尽可能的减少 润滑剂挥发对洁净环境的影响。 3 1 制造过程洁净控制 a 加工前必须将零部件表面的油污和冷却液等杂质彻底清除干净，直至露出 金属光泽；型材内壁用水清洗干净。 b 保证焊接保护用氩气气体的纯度( 9 9 9 9 ) ，并在焊接保护气管路上增设 干燥器。 c 零部件焊接和装校的环境应保持整洁，必须与其他零部件隔离存放，防止 油污等污染。 d 装校系统表面抛光不低于3 2 9 m 。 e 电控系统洁净处理，密封，避免出现静电吸尘、污染死角等出现。 4 ) 出厂前洁净处理 装校系统出厂前需要利用高纯水冲洗，1 0 0 级抹巾酒精擦拭等方法等进行洁净 处理，达到标准后方可进行出厂洁净包装。 5 ) 洁净包装与运输 装校系统洁净包装一般采用多层洁净密封的方法，可以考虑为尼龙作为内层 袋，聚乙烯作为外层袋( 最小厚度o 1 5m m ) 进行洁净包装，外加洁净包装箱，且 底部应有减震系统。运输过程需要专用车辆进行，并对运输路线、时间等做出相 应规划，全程可控。 6 ) 卸货后现场洁净处理与保持 到达目的地安全卸货，现场检验。然后进行洁净处理，并存放在洁净环境。 7 ) 现场洁净精密装校前洁净处理 每次使用装校系统前需要进行洁净度检查，不达标时必须首先按照零部件清 洗工艺，进行洁净处理。 操作人员洁净作业 人体及其衣服携带有大量的尘埃、离子、皮屑、头发碎片、呼出产生的飞沫、 纺织纤维绒毛、香料微粒等，特别是每个人体一昼夜要脱落1 0 亿个皮肤细胞。人 在活动和静止时的发尘量相差很大，在室内活动时的发尘量为其静止时的5 倍， 激烈活动时则大约相差1 0 倍。人在走动时还会引起二次气流，并带动污染尘粒一 3 2 重庆人学硕十学位论文 3 沾净精密装校关键技术研究 起运动，降低净化系统的工作效率。 主要措施为： 1 ) 洁净室操作人员的动作应轻缓、平稳，应尽量避免不必要的动作，特别是快 速走动等下肢动作更应避免。 2 ) 人员在进入洁净室时必须穿着与洁净级别相适应的洁净工作服。洁净工作服 对材质的要求是：1 ) 质地光滑、发尘量小，不脱落纤维和颗粒；2 ) 不易产生静电， 不易黏附粒子；3 ) 耐有机溶媒、耐清洗、耐蒸汽灭菌；4 ) 不发霉。洁净工作服在样 式上必须包盖全部头发、胡须及脚部，并能最大限度的阻留人体脱落物。表4 3 为 对比试验，试验结果表明连体式洁净服要比分体式洁净服产尘量少，致密尼龙稠 洁净服比其它几种材质洁净服产尘量少。 3 ) 必须设有人净、物净设施。在人员进出洁净室所必经的通道中设计风淋室， 风淋室不仅能起到气闸密闭洁净室的作用，也是进行人员净化的有效设备。风淋 室设在洁净室人员入口处，与洁净服更衣室相邻。风淋室通过对内、外两个门的 联动互锁控制保证洁净室与外界不能直通，并使进入风淋室的人员或物品被迫接 受从风淋室的喷嘴高速喷出的洁净空气的循环吹淋。 装校环境洁净度实现方法 复杂环境现场装校环境洁净度实现参考美国n i f 局部百级搭建方式进行【6 9 1 ，在 零部件装校现场搭建的“局部百级”来满足装校环境洁净度要求。搭建示意图如图 3 8 所示。 环境洁净度监测 洁净度实时监测系统实际上是将粒子计数器的探头分别安装在各个所需的采 样点。分布在各处的粒子计数器随时测量被采样的空气，并将测量结果通过数据 线和接口传送到计算机，这样一来计算机同时可以显示各点的颗粒计数值【4 5 1 。 1 ) 连续式系统 连续式系统( 也称定点遥控粒子计数器系统) 其示意图如图3 6 所示：多台粒子计 数器分别置于各测点处，每一个计数器负责一个测点的监测。计数器引出的线组 和采样管分别与当地接口板的相应的插孔相连，独立的气泵与各接口板的采样管 插孑l 相连，负责提供各计数器采样的动力；而各组数据线插孔则与下位机和r s 一 4 8 5 接口线相连，以提供动力和传输数据。最后，r s - - 4 8 5 线经过r s 一2 3 2 爪s 一4 8 5 转换器与计算机相连。这样通过计算机可以控制采样和记录监测数据。在这种方 式下，可以对多个测点进行连续的采样和监测。 对于前处理间、中转间和洁净转运箱内部环境，洁净度要求较高，应采用连 续式系统( 定点遥控粒子计数器系统) 进行检测。 3 3 重庆大学硕士学忙论文3 沾净精密装校笑键技术w f 究 蹦35 措建局部百级蝌 f i g35 c h a r to f p u t t i n g p o r t a b l ec l e a n h o o du p 图36 遥控粒子训数器i 作原理圈 f i g36 c h a l 【o f r e m o t ec o n t r o lp a r t i c u l a t ec o u f l t e s y s t e m 2 ) 帧序式系统 顺序式系统( 也称多管采集系统) 其示意图如图37 所不：一台粒子计数器负责若 干点的监测，多个采样头通过延长管和多管联接器与一台粒子计数器相连，多管 联接器在控制器的控制下可以使各采样火轮流与训数器连接，从而对各测点进行 循环采样、监测，计数器通过接口板与计算机相连。温湿度、风速和址差等环境 参量也可通过相应的探头测量，并通过连接器与计算机相连。多管式系统可以用 较少的训数器监测较多的测点，降低了采样的成本。 重庆人学硕十学位论文 3 洁净精密装校关键技术研究 空气颗粒采样点 控制计算机粒子计数器 图3 7 多管采集粒子计数器工作原理图 f i g 3 7c h a r to f m u l t i b a r r e lc o l l e c t i o np a r t i c u l a t ec o u n t e rs y s t e m 温湿度测头 对于主实验室洁净度要求相对较低的环境，采样频率可以降低，不必进行连 续的监测，维持定期监测即可，从经济实用的角度选择采用顺序式系统( 多管采集 系统) 进行检测。 洁净度