CN103644901A - 用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具及装配检测系统 - Google Patents

用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具及装配检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，包括底座、空心圆柱、定位销螺杆、若干支柱杆及若干深度千分尺，所述空心圆柱设置于底座的中心位置且与底座所在的平面相垂直，所述若干支柱杆均匀设置于底座的外侧且均与底座所在的平面相垂直，每一支柱杆上垂直安装有一深度千分尺，且所述若干深度千分尺位于同一水平面上，所述若干深度千分尺所在的水平面高于空心圆柱的顶端所在的水平面，所述定位销螺杆安装于空心圆柱的侧壁上且与所述空心圆柱的侧壁相垂直。本发明还公开了一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，其操作简单、能缩短装配时间、能精确进行微位移的调整以及大大提高装配效率。

Description

用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具及装配检测系统
技术领域
本发明涉及一种装配检测系统，尤其涉及一种半球谐振陀螺敏感表头的激励罩与读出基座装配检测系统所包括的装配夹具。
背景技术
半球谐振陀螺在构造和原理上与经典陀螺有较大的差别。半球谐振陀螺是利用半球壳唇缘的经向驻波振动来探测基座旋转的一种振动陀螺，不存在高速转子和活动支撑，具有体积小、重量轻、功耗低、启动时间短、抗干扰能力强等独特优势，近年来已经受到惯性技术界的高度重视。
半球谐振陀螺敏感表头由激励罩100、读出基座200和半球谐振子300共计三个部件精密装配而成，如图1所示，所述半球谐振子300位于激励罩100和读出基座200之间，且所述半球谐振子300的表面与激励罩100之间以及读出基座200与半球谐振子300之间各具有一个小的间隙，所述半球谐振子300的外表面与激励罩100的内表面上所设置的十六个激励电极110形成小的电容，所述半球谐振子300的内表面与读出基座200的外表面上所设置的八个读出电极220形成小的电容。通过在激励电极110上施加相应的电压，利用静电力驱动半球谐振子300产生振动。通过读出基座200和半球谐振子300之间的电容的变化，检测半球谐振子300的位移，提取半球谐振子300的幅度、相位、频率等控制信号。
由于半球谐振子300的独特形状，在装配过程中，所述半球谐振子300的中心杆两端牢固焊接在激励罩100和读出基座200的轴孔中，所述激励罩100的唇沿与读出基座200的端面焊接。所述激励罩100、半球谐振子300和读出基座200装配的好坏直接影响陀螺的整体性能。
现有的激励罩与读出基座装配检测系统一般都采用螺杆进行定位，如此的结构在实际使用时将存在以下缺点：螺杆调整的精度不够，不能进行微量位移的调整，间隙调整期间调整反复，效率较低；调节螺杆没有锁定功能，调整完成后螺杆有部分的微量移动，造成调整好的间隙又出现较大的偏差；螺杆调整存在较大的误差，粗调和微调不易把握，导致间隙误差较大，不均匀性概率较大，调整结果不准确；装配间隙不均匀直接影响陀螺的激励电极和检测电极的电容值，体现在陀螺输出的检测信号的相位误差和信号的幅度误差较大。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种操作简单、能缩短装配时间、能精确进行微位移的调整以及大大提高装配效率和装配成功率的半球谐振陀螺敏感表头的激励罩与读出基座装配检测系统及其装配夹具。
第一方面，本发明提供了一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，包括底座、空心圆柱、定位销螺杆、若干支柱杆及若干深度千分尺，所述空心圆柱设置于底座的中心位置且与底座所在的平面相垂直，所述若干支柱杆均匀设置于底座的外侧且均与底座所在的平面相垂直，每一支柱杆上垂直安装有一深度千分尺，且所述若干深度千分尺位于同一水平面上，所述若干深度千分尺所在的水平面高于空心圆柱的顶端所在的水平面，所述定位销螺杆安装于空心圆柱的侧壁上且与所述空心圆柱的侧壁相垂直。
其中，所述底座呈圆形，且所述底座与空心圆柱的圆心位于同一点上。
其中，所述若干支柱杆均匀安装于底座的外圆周，且所述若干支柱杆所形成的圆与底座及空心圆柱的圆心位于同一垂线上。
其中，所述若干深度千分尺的测量杆的延长线的交点与空心圆柱的顶端面的圆心位于同一垂线上。
其中，所述支柱杆及深度千分尺的数量均为四个。
第二方面，本发明还提供了一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，所述半球谐振陀螺敏感表头包括激励罩、读出基座及半球谐振子，所述装配检测系统包括：
精密装配夹具，包括：底座、空心圆柱、定位销螺杆、若干支柱杆及若干深度千分尺，所述空心圆柱设置于底座的中心位置且与底座所在的平面相垂直，所述若干支柱杆均匀设置于底座的外侧且均与底座所在的平面相垂直，每一支柱杆上垂直安装有一深度千分尺，且所述若干深度千分尺位于同一水平面上，所述若干深度千分尺所在的水平面高于空心圆柱的顶端所在的水平面，所述定位销螺杆安装于空心圆柱的侧壁上且与所述空心圆柱的侧壁相垂直；以及
动态检测系统，包括：信号源、若干信号采集传感器、数据处理器及显示器，所述信号源用于输出驱动信号至半球谐振子，所述若干信号采集传感器对应与读出基座的若干读出电极相连，以采集读出基座的若干读出电极的输出信号，所述数据处理器及显示器均与若干信号采集传感器相连，所述显示器用于显示所接收的若干输出信号，所述数据处理器用于比较若干输出信号是否相同。
其中，所述底座呈圆形，且所述底座与空心圆柱的圆心位于同一点上。
其中，所述若干支柱杆均匀安装于底座的外圆周，且所述若干支柱杆所形成的圆与底座及空心圆柱的圆心位于同一垂线上。
其中，所述若干深度千分尺的测量杆的延长线的交点与空心圆柱的顶端面的圆心位于同一垂线上。
其中，所述支柱杆及深度千分尺的数量均为四个。
上述装配检测系统及装配夹具相比现有的装配检测系统具有以下有益效果：整个装配检测系统采用一体化，能自动化数据采集，并根据采集数据分析比对，给出具体调整方式与方法，工艺简单，操作方便；而且，在装配检测时，根据调整间隙尺寸的大小，上述深度千分尺能够对半球谐振子进行粗调和微调，且间隙的均匀性调整能一步到位，一致性好，所有产品无须重新调整和无工艺反复现象，精确性和成品率高。同时，在激励罩和读出基座的装配过程中，通过定位销螺栓锁定激励罩以及通过深度千分尺的锁紧装置锁定读出基座，保证间隙均匀性，减小工艺误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是半球谐振陀螺敏感表头的立体分解图。
图2是本发明用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统的原理方框图。
图3是图2中精密装配夹具的结构图。
图4是图2中动态检测系统的原理方框图。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解的是，虽然此处可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
在此使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。如此处所使用的，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。
应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
请参见图2，本发明用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统的较佳实施方式包括精密装配夹具80和动态检测系统90，所述精密装配夹具80，如图3所示，所述精密装配夹具包括底座1、空心圆柱2、定位销螺杆3、若干支柱杆5及若干深度千分尺6。所述空心圆柱2设置于底座1的中心位置且与底座1所在的平面相垂直，所述若干支柱杆5均匀设置于底座1的外侧且均与底座1所在的平面相垂直，每一支柱杆5上垂直安装有一深度千分尺6，且所述若干深度千分尺6位于同一水平面上，所述若干深度千分尺6所在的水平面高于空心圆柱2的顶端所在的水平面。所述定位销螺杆3安装于空心圆柱2的侧壁上且与所述空心圆柱2的侧壁相垂直。
本实施方式中，所述底座1呈圆形，且所述底座1与空心圆柱2的圆心位于同一点上。所述支柱杆5及深度千分尺6的数量均为四个，所述第一至第四支柱杆5均匀安装于底座1的外圆周，且所述第一至第四支柱杆5所形成的圆与底座1及空心圆柱2的圆心位于同一垂线上。所述第一至第四深度千分尺6的延长线的交点与空心圆柱2的顶端面的圆心位于同一垂线上。
上述精密装配夹具80中，所述空心圆柱2用于放置安装好的半球谐振子及激励罩，并通过设置于空心圆柱2的侧壁上的定位销螺杆3对激励罩进行固定。所述精密装配夹具中其他的元件将在后续进行说明。
请继续参考图4所示，所述动态检测系统90包括信号源91、若干信号采集传感器93、数据处理器95及显示器97，所述信号源91用于输出驱动信号至半球谐振子，所述信号采集传感器93与读出基座的读出电极相连，以采集半球谐振陀螺的输出信号，所述数据处理器95及显示器97均与信号采集传感器93相连，以接收来自信号采集传感器93所采集到的信号。本实施方式中，所述信号采集传感器93的数量为四个，其对应安装于读出基座的四个读出电极上。所述显示器97用于显示读出基座上四个读出电极处的测试值，所述数据处理器95用于将所采集到的四个输出信号与标准值进行比较运算，并继续通过显示器97显示出读出基座在四个位置的调整方向及调整值。下面将以一简单的实例对如何进行调整作出简单的说明。
比如，在装配时，经过出粗调整后，显示器97显示的四个读出电极处（下文分别记为第一位置至第四位置）的测试值分别2.28V、2.05V、2.10V及2.30V，其中第一位置与第三位置重合于一直线（简称A直线），第二位置与第四位置重合于另一直线（简称B直线），且与A直线相互垂直。通过调整A直线上的深度千分尺6（即对应第一位置处的千分尺6）以及B直线上的深度千分尺6（即对应第二位置处的千分尺6）来减小第一及第四位置处的测试值，并增加第二位置及第三位置处的测试值，以使A直线上的第一及第三位置处的测试值达到（2.28+2.10）/2=2.19，B直线上的第二及第四位置处的测试值达到（2.05+2.30）/2=2.18。
下面将对上述装配检测系统如何实现装配进行简单的描述：
第一步：以较大圆周的圆柱面为工作平台（即底座1），在底座1的中心处安装空心圆柱2，在底座1的圆周边缘垂直安装四根支柱杆5，四根支柱杆5在同一圆周上均匀分布，且与底座1、空心圆柱2的圆心同心，四个同种型号的深度千分尺6分别垂直安装在四根支柱杆5上，且位于同一水平面上，所述四个深度千分尺6的测量杆延伸的交点与底座1的圆心位于同一垂线上。所述空心圆柱的圆周壁上安装有锁紧装置，即定位销螺杆3。
第二步：将装配好的半球谐振子和激励罩放置在空心圆柱2的顶端，并用定位销螺杆3锁紧激励罩。
第三步：装配读出基座，将读出基座上的中心轴孔对准半球谐振子的中心杆的下端、读出基座的标记线对准激励罩的标记线，其中所述读出基座套设于空心圆柱2的外周。
第四步：接上信号源91、四个信号采集传感器93、显示器97和数据处理器95，其中所述信号源91与激励电极的高压端相连，所述四个信号采集传感器93对应与邻近四个深度千分尺6且沿圆周均匀分布的四个读出电极相连，所述四个信号采集传感器和显示器97及数据处理器95均相连，之后在焊接处放入焊料，加热以熔化焊料。其中，所述的焊接处包括半球谐振子的中心杆的两端分别焊接至激励罩和读出基座的轴孔中，所述激励罩的唇沿与读出基座的端面相焊接。
第五步：将四个深度千分尺6的测量杆与读出基座的圆柱面相接触，根据显示器97的显示结果调整深度千分尺6，直到输出的数据基本一致（本实施方式中为四个读出电极处所输出的数据之间的误差度小于或等于0.02V），图形几乎完全重叠时，锁定深度千分尺6的锁紧装置，即完成半球谐振陀螺敏感表头的激励罩和读出基座的装配检测。当所述四个读出电极所输出端的数据基本一致时，即表明所述半球谐振子与读出基座之间的间隙较为均匀。·
上述装配检测系统相比现有的装配检测系统具有以下有益效果：整个装配检测系统采用一体化，能自动化数据采集，并根据采集数据分析比对，给出具体调整方式与方法，工艺简单，操作方便；而且，在装配检测时，根据调整间隙尺寸的大小，上述深度千分尺能够对半球谐振子进行粗调和微调，且间隙的均匀性调整能一步到位，一致性好，所有产品无须重新调整和无工艺反复现象，精确性和成品率高。同时，在激励罩和读出基座的装配过程中，通过定位销螺栓锁定激励罩以及通过深度千分尺的锁紧装置锁定读出基座，保证间隙均匀性，减小工艺误差。
通过实际装配操作得知，现有的装配检测系统的装配间隙误差一般为30%，装配时间为15～20分钟，而本发明的装配检测系统的装配时间为小于5分钟，且装配间隙误差为小于5%。采用本发明的装配检测系统装配出的陀螺敏感表头完全能够满足陀螺精度和工程应用的要求。
本发明装配检测系统的创新点在于间隙的微调和锁定判断上，即通过深度千分尺的微调系统和定位销螺栓调整间隙的均匀性，并通过数据处理器及显示器能够直观地得到调整方式。本发明装配检测系统可一边调整深度千分尺，一边观看显示器，故能一次装配到位，避免反复装配、反复调整、反复检测，效率高、精度好。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，其特征在于：所述装配夹具包括底座、空心圆柱、定位销螺杆、若干支柱杆及若干深度千分尺，所述空心圆柱设置于底座的中心位置且与底座所在的平面相垂直，所述若干支柱杆均匀设置于底座的外侧且均与底座所在的平面相垂直，每一支柱杆上垂直安装有一深度千分尺，且所述若干深度千分尺位于同一水平面上，所述若干深度千分尺所在的水平面高于空心圆柱的顶端所在的水平面，所述定位销螺杆安装于空心圆柱的侧壁上且与所述空心圆柱的侧壁相垂直。
2.如权利要求1所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，其特征在于：所述底座呈圆形，且所述底座与空心圆柱的圆心位于同一点上。
3.如权利要求2所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，其特征在于：所述若干支柱杆均匀安装于底座的外圆周，且所述若干支柱杆所形成的圆与底座及空心圆柱的圆心位于同一垂线上。
4.如权利要求3所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，其特征在于：所述若干深度千分尺的测量杆的延长线的交点与空心圆柱的顶端面的圆心位于同一垂线上。
5.如权利要求4所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具，其特征在于：所述支柱杆及深度千分尺的数量均为四个。
6.一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，所述半球谐振陀螺敏感表头包括激励罩、读出基座及半球谐振子，其特征在于：所述装配检测系统包括：
精密装配夹具，包括：底座、空心圆柱、定位销螺杆、若干支柱杆及若干深度千分尺，所述空心圆柱设置于底座的中心位置且与底座所在的平面相垂直，所述若干支柱杆均匀设置于底座的外侧且均与底座所在的平面相垂直，每一支柱杆上垂直安装有一深度千分尺，且所述若干深度千分尺位于同一水平面上，所述若干深度千分尺所在的水平面高于空心圆柱的顶端所在的水平面，所述定位销螺杆安装于空心圆柱的侧壁上且与所述空心圆柱的侧壁相垂直；以及
动态检测系统，包括：信号源、若干信号采集传感器、数据处理器及显示器，所述信号源用于输出驱动信号至半球谐振子，所述若干信号采集传感器对应与读出基座的若干读出电极相连，以采集读出基座的若干读出电极的输出信号，所述数据处理器及显示器均与若干信号采集传感器相连，所述显示器用于显示所接收的若干输出信号，所述数据处理器用于比较若干输出信号是否相同。
7.如权利要求6所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，其特征在于：所述底座呈圆形，且所述底座与空心圆柱的圆心位于同一点上。
8.如权利要求7所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，其特征在于：所述若干支柱杆均匀安装于底座的外圆周，且所述若干支柱杆所形成的圆与底座及空心圆柱的圆心位于同一垂线上。
9.如权利要求8所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，其特征在于：所述若干深度千分尺的测量杆的延长线的交点与空心圆柱的顶端面的圆心位于同一垂线上。
10.如权利要求9所述的用于半球谐振陀螺敏感表头的装配检测系统，其特征在于：所述支柱杆及深度千分尺的数量均为四个。
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