CN105136169B - 一种激光陀螺光学元件装配装置 - Google Patents

一种激光陀螺光学元件装配装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光陀螺光学元件装配装置，包括一个光学平台、激光陀螺光学元件、一个谐振腔体旋转抖动机构、一个棱镜调整机构、一个视觉检测机构及一个光电管调整机构，所述谐振腔体旋转抖动机构放置在光学平台四个方向的其中一个方向；棱镜调整机构沿谐振腔体旋转抖动机构逆时针垂直放置在光学平台上；视觉检测机构沿谐振腔体旋转抖动机构逆时针水平放置在光学平台上，与谐振腔体旋转抖动机构正对；光电管调整机构沿谐振腔体旋转抖动机构顺时针垂直放置在光学平台上，与棱镜调整机构正对；激光陀螺光学元件中的谐振腔体安装在谐振腔体旋转抖动机构上。本发明有助于提高激光陀螺光学元件装配的质量和效率。

Description

一种激光陀螺光学元件装配装置
技术领域
本发明涉及激光陀螺光学装配领域，特别是一种激光陀螺光学元件装配装置。
背景技术
激光陀螺具有快速反应能力强、动态测量范围宽、线性度好、动态误差小、高精度、可靠性高等优点，广泛应用于捷联式惯性导航系统中。激光陀螺的光学元件装配，是指在激光陀螺的制造过程中精确调整合光棱镜、腔体以及光电管的位置，使得谐振腔体内运行的激光束输出时产生干涉，准确得到对应于陀螺角速度的频差信息以及强度信息。激光陀螺的光学元件装配分为合光装配和分光装配。目前，受人工操作影响，合光装配和分光装配属于独立工序，这样大大降低了工作效率；不同型号的陀螺采用不同的工装，成本较高；受人为经验因素影响较大，重复性差、精度低等缺点，所以把合光装配和分光光配结合在一起有利于克服这些缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的采用人工操作的激光陀螺光学元件装配工艺中存在的问题，设计一种激光陀螺光学元件装配装置，代替人工工作，具有定位精度高、可操作性好、可靠性好、重复性好、效率高等优点。有助于提高激光陀螺光学元件装配的质量和效率。
为达到上述目的，本发明的思路如下：
考虑到装置的布置紧凑和良好的可操作性，一种多功能激光陀螺光学元件装配装置中的各个组件应被合理放置，四个主要组件对称分布在光学平台周围，有利于操作。在为了实现快速准确定位平面镜，在谐振腔体旋转抖动机构中加入高精度旋转电机可以使腔体的旋转可控，在谐振腔体旋转抖动机构中加入螺旋竖直升降台，可适应不同型号尺寸的陀螺腔体。由于装置中取消了机械定位装置，为了实现高精度定位，采用视觉检测的方法。合光棱镜和分光棱镜的调整需要四个自由度，所以棱镜调整装置由一个XYZ三维滑台和一个自动旋转滑台串联组成，用以实现棱镜的运动。把整个操作流程分为三个工序，工序之间的差别主要是棱镜的夹角不同，在本装置中，棱镜保持静止，通过调整光电管的角度来实现不同工序的操作，光电管调整装置由一个XYZ三维滑台和一个旋转电机组成，旋转电机调整光电管角度，XYZ三维滑台调整光电管空间位置。
基于以上思路，本发明采用如下技术方案：
一种激光陀螺光学元件装配装置，包括一个光学平台、激光陀螺光学元件、一个谐振腔体旋转抖动机构、一个棱镜调整机构、一个视觉检测机构及一个光电管调整机构，所述谐振腔体旋转抖动机构放置在光学平台四个方向的其中一个方向；棱镜调整机构沿谐振腔体旋转抖动机构逆时针垂直放置在光学平台上；视觉检测机构沿谐振腔体旋转抖动机构逆时针水平放置在光学平台上，与谐振腔体旋转抖动机构正对；光电管调整机构沿谐振腔体旋转抖动机构顺时针垂直放置在光学平台上，与棱镜调整机构正对；激光陀螺光学元件中的谐振腔体安装在谐振腔体旋转抖动机构上。
所述激光陀螺光学元件包括一个谐振腔体、一个第一平面镜、一个合光棱镜、一个第一光电管、一个第二平面镜、一个第二光电管、一个分光棱镜和一个第三光电管；所述谐振腔体安装在谐振腔体旋转抖动机构的腔体安装架上；第一平面镜放置在谐振腔体正上方正中间；合光棱镜放置在第一平面镜正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架和微调螺钉的夹持下，实现位姿调整；第一光电管在光电管微夹爪的夹持下，在合光棱镜上斜面运动；第二平面镜放置在谐振腔体左侧正中间；分光棱镜放置在第二平面镜正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架和微调螺钉的夹持下，实现位姿调整；第二光电管在光电管微夹爪的夹持下，在分光棱镜左下斜面运动；第三光电管在光电管微夹爪的夹持下，在分光棱镜左上斜面运动。
所述谐振腔体旋转抖动机构包括一个第一底板、一个固定肋板、一个螺旋竖直升降台、一个第一步进电机、一个第一转接板、一个电机基座、一个高精度旋转电机、一个角度传感器、一对抖动轮安装板、一个抖动轮、一个腔体安装架及一个圆螺母；所述第一底板通过螺钉固定在光学平台上；固定肋板底端与第一底板通过螺钉固定，固定肋板底端竖直面与螺旋竖直升降台通过螺钉连接；螺旋竖直升降台上端与第一步进电机连接，使第一步进电机带动螺旋竖直升降台运动；第一转接板通过螺钉固定在螺旋竖直升降台的动平台上；电机基座与第一转接板通过螺钉连接；高精度旋转电机安装在电机基座的里侧，角度传感器安装在高精度旋转电机上用于角度检测；高精度旋转电机的输出轴与一个抖动轮安装板连接，高精度旋转电机转动带动抖动轮安装板转动；抖动轮安装在两个抖动轮安装板中间；腔体安装架固定在另一个抖动轮安装板一侧；圆螺母能够在腔体安装架的螺旋轴上旋转。高精度旋转电机可控制谐振腔体的偏转角度，第一步进电机可以调节谐振腔体的竖直高度。
所述棱镜调整机构包括一个第二底板、一个第一XYZ三维工作台、一个第二转接板、一个自动旋转滑台、一个第一L型板、一个棱镜调整支架及两个微调螺钉；第二底板通过螺钉安装在光学平台上；第一XYZ三维工作台通过螺钉固定在第二底板上；第二转接板一端通过螺钉连接在第一XYZ三维工作台的竖直滑台上，另一端与自动旋转滑台通过螺钉连接；第一L型板通过螺钉连接在自动旋转滑台上；棱镜调整支架螺钉固定在第一L型板上表面并水平放置；微调螺钉放置在棱镜调整支架末端螺纹孔中。通过微调螺钉和棱镜调整支架协调夹持，可以同时实现对分光棱镜和合光棱镜的操作。
所述视觉检测机构包括一个第三底板、一个第二XYZ三维工作台、一个第三转接板、一个CCD控制器及一个CCD；所述第三底板通过螺钉安装在光学平台上；第二XYZ三维工作台通过螺钉固定在第三底板上；第三转接板通过螺钉连接在第二XYZ三维工作台竖直滑台上；CCD控制器通过螺钉与第三转接板连接；CCD安装在CCD控制器末端。视觉检测机构主要功能是检测平面镜是否水平。
所述的光电管调整机构包括一个第四底板、一个第三XYZ三维工作台、一个第四转接板、一个第二L型板、一个第二步进电机、一个旋转杆、一个XY微调滑台、一个光电管调整支架及一个光电管微夹爪；所述第四底板通过螺钉安装在光学平台上；第三XYZ三维工作台通过螺钉固定在第四底板上；第四转接板通过螺钉连接在第三XYZ三维工作台竖直滑台上；第二L型板通过螺钉与第四转接板连接；第二步进电机和一个旋转杆串联在第二L型板末端；XY微调滑台固定在旋转杆末端；光电管调整支架通过螺钉与XY微调滑台连接；光电管微夹爪安装在光电管调整支架上。通过光电管微夹爪，来夹持光电管，第二步进电机可以调整光电管的角度。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明能够代替人工工作，具有布局规整、定位精度高、可操作性好、可靠性好、重复性好、效率高以及功能多样化等优点，有助于提高激光陀螺光学元件装配的质量和效率。
附图说明
图1为本发明激光陀螺光学元件装配装置的结构示意图。
图2为本发明激光陀螺光学元件结构示意图。
图3为本发明谐振腔体旋转抖动机构结构示意图。
图4为本发明装配装置的第一工序时谐振腔体的示意图。
图5为本发明装配装置的第二工序及第三工序时谐振腔体的示意图。
图6为本发明棱镜调整机构结构示意图。
图7为本发明视觉检测机构结构示意图。
图8为本发明视觉检测机构检测对象示意图。
图9为本发明光电管调整机构结构示意图。
图10为本发明装配装置的第一工序状态示意图。
图11为本发明装配装置的第二工序状态示意图。
图12为本发明装配装置的第三工序状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种激光陀螺光学元件装配装置，包括一个光学平台1、激光陀螺光学元件2、一个谐振腔体旋转抖动机构3、一个棱镜调整机构4、一个视觉检测机构5及一个光电管调整机构6，所述谐振腔体旋转抖动机构3放置在光学平台1四个方向的其中一个方向；棱镜调整机构4沿谐振腔体旋转抖动机构3逆时针垂直放置在光学平台1上；视觉检测机构5沿谐振腔体旋转抖动机构3逆时针水平放置在光学平台1上，与谐振腔体旋转抖动机构3正对；光电管调整机构5沿谐振腔体旋转抖动机构3顺时针垂直放置在光学平台1上，与棱镜调整机构4正对；激光陀螺光学元件2中的谐振腔体201安装在谐振腔体旋转抖动机构3上。
如图2所示，所述激光陀螺光学元件2包括一个谐振腔体201、一个第一平面镜202、一个合光棱镜203、一个第一光电管204、一个第二平面镜205、一个第二光电管206、一个分光棱镜207和一个第三光电管208；所述谐振腔体201安装在谐振腔体旋转抖动机构3的腔体安装架311上；第一平面镜202放置在谐振腔体201正上方正中间；合光棱镜203放置在第一平面镜202正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架406和微调螺钉407的夹持下，实现位姿调整；第一光电管204在光电管微夹爪609的夹持下，在合光棱镜203上斜面运动；第二平面镜205放置在谐振腔体201左侧正中间；分光棱镜207放置在第二平面镜205正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架406和微调螺钉407的夹持下，实现位姿调整；第二光电管206在光电管微夹爪609的夹持下，在分光棱镜207左下斜面运动；第三光电管208在光电管微夹爪609的夹持下，在分光棱镜207左上斜面运动。
如图3所示，所述谐振腔体旋转抖动机构3包括一个第一底板301、一个固定肋板302、一个螺旋竖直升降台303、一个第一步进电机304、一个第一转接板305、一个电机基座306、一个高精度旋转电机307、一个角度传感器308、一对抖动轮安装板309、一个抖动轮310、一个腔体安装架311及一个圆螺母312；所述第一底板301通过螺钉固定在光学平台1上；固定肋板302底端与第一底板301通过螺钉固定，固定肋板302底端竖直面与螺旋竖直升降台303通过螺钉连接；螺旋竖直升降台303上端与第一步进电机304连接，使第一步进电机304带动螺旋竖直升降台303运动；第一转接板305通过螺钉固定在螺旋竖直升降台303的动平台上；电机基座306与第一转接板305通过螺钉连接；高精度旋转电机307安装在电机基座306的里侧，角度传感器308安装在高精度旋转电机307上用于角度检测；高精度旋转电机307的输出轴与一个抖动轮安装板309连接，高精度旋转电机307转动带动抖动轮安装板309转动；抖动轮310安装在两个抖动轮安装板309中间；腔体安装架311固定在另一个抖动轮安装板309一侧；圆螺母312能够在腔体安装架311的螺旋轴上旋转。高精度旋转电机307可控制谐振腔体201的偏转角度，第一步进电机304可以调节谐振腔体201的竖直高度。
如图6所示，所述棱镜调整机构包括一个第二底板401、一个第一XYZ三维工作台402、一个第二转接板403、一个自动旋转滑台404、一个第一L型板405、一个棱镜调整支架406及两个微调螺钉407；第二底板401通过螺钉安装在光学平台1上；第一XYZ三维工作台402通过螺钉固定在第二底板401上；第二转接板403一端通过螺钉连接在第一XYZ三维工作台402的竖直滑台上，另一端与自动旋转滑台404通过螺钉连接；第一L型板405通过螺钉连接在自动旋转滑台404上；棱镜调整支架406螺钉固定在第一L型板405上表面并水平放置；微调螺钉407放置在棱镜调整支架406末端螺纹孔中。通过微调螺钉407和棱镜调整支架406协调夹持，可以同时实现对分光棱镜207和合光棱镜203的操作。
如图7所示，所述视觉检测机构5包括一个第三底板501、一个第二XYZ三维工作台502、一个第三转接板503、一个CCD控制器504及一个CCD505；所述第三底板501通过螺钉安装在光学平台1上；第二XYZ三维工作台502通过螺钉固定在第三底板501上；第三转接板503通过螺钉连接在第二XYZ三维工作台502竖直滑台上；CCD控制器504通过螺钉与第三转接板503连接；CCD505安装在CCD控制器504末端。视觉检测机构5主要功能是检测第一平面镜202，第二平面镜205是否水平。
如图9所示，所述的光电管调整机构6包括一个第四底板601、一个第三XYZ三维工作台602、一个第四转接板603、一个第二L型板604、一个第二步进电机605、一个旋转杆606、一个XY微调滑台607、一个光电管调整支架608及一个光电管微夹爪609；所述第四底板601通过螺钉安装在光学平台1上；第三XYZ三维工作台602通过螺钉固定在第四底板601上；第四转接板603通过螺钉连接在第三XYZ三维工作台602竖直滑台上；第二L型板604通过螺钉与第四转接板603连接；第二步进电机605和一个旋转杆606串联在第二L型板604末端；XY微调滑台607固定在旋转杆606末端；光电管调整支架608通过螺钉与XY微调滑台607连接；光电管微夹爪609安装在光电管调整支架608上。通过光电管微夹爪609，来夹持第一光电管204，第二光电管206，第三光电管208，第二步进电机605可以调整第一光电管204，第二光电管206，第三光电管208的角度。
如图4所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的第一工序时谐振腔体的示意图。
如图5所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的第二工序及第三工序时谐振腔体的示意图。
如图8所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的视觉检测机构检测对象示意图。
如图10所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的第一工序状态示意图。
如图11所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的第二工序状态示意图。
如图12所示，所述一种激光陀螺光学元件装配装置的第三工序状态示意图。

Claims (5)

1.一种激光陀螺光学元件装配装置，包括一个光学平台(1)、激光陀螺光学元件(2)、一个谐振腔体旋转抖动机构(3)、一个棱镜调整机构(4)、一个视觉检测机构(5)及一个光电管调整机构(6)，其特征在于：所述的谐振腔体旋转抖动机构(3)、光电管调整机构(6)、视觉检测机构(5)和棱镜调整机构(4)都垂直放置在光学平台(1)上，并按顺时针方向依次排列，其中谐振腔体旋转抖动机构(3)的位置与视觉检测机构(5)正对，光电管调整机构(6)的位置与棱镜调整机构(4)正对；激光陀螺光学元件(2)中的谐振腔体(201)安装在谐振腔体旋转抖动机构(3)上；所述视觉检测机构(5)包括一个第三底板(501)、一个第二XYZ三维工作台(502)、一个第三转接板(503)、一个CCD控制器(504)及一个CCD(505)；所述第三底板(501)通过螺钉安装在光学平台(1)上；第二XYZ三维工作台(502)通过螺钉固定在第三底板(501)上；第三转接板(503)通过螺钉连接在第二XYZ三维工作台(502)竖直滑台上；CCD控制器(504)通过螺钉与第三转接板(503)连接；CCD(505)安装在CCD控制器(504)末端。
2.根据权利要求1所述的激光陀螺光学元件装配装置，其特征在于：所述激光陀螺光学元件(2)包括一个谐振腔体(201)、一个第一平面镜(202)、一个合光棱镜(203)、一个第一光电管(204)、一个第二平面镜(205)、一个第二光电管(206)、一个分光棱镜(207)和一个第三光电管(208)；所述谐振腔体(201)安装在谐振腔体旋转抖动机构(3)的腔体安装架(311)上；第一平面镜(202)放置在谐振腔体(201)正上方正中间；合光棱镜(203)放置在第一平面镜(202)正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架(406)和微调螺钉(407)的夹持下，实现位姿调整；第一光电管(204)在光电管微夹爪(609)的夹持下，在合光棱镜(203)上斜面运动；第二平面镜(205)放置在谐振腔体(201)左侧正中间；分光棱镜(207)放置在第二平面镜(205)正上方，处于自由光胶状态，在棱镜调整支架(406)和微调螺钉(407)的夹持下，实现位姿调整；第二光电管(206)在光电管微夹爪(609)的夹持下，在分光棱镜(207)左下斜面运动；第三光电管(208)在光电管微夹爪(609)的夹持下，在分光棱镜(207)左上斜面运动。
3.根据权利要求1所述的激光陀螺光学元件装配装置，其特征在于：所述谐振腔体旋转抖动机构(3)包括一个第一底板(301)、一个固定肋板(302)、一个螺旋竖直升降台(303)、一个第一步进电机(304)、一个第一转接板(305)、一个电机基座(306)、一个高精度旋转电机(307)、一个角度传感器(308)、一对抖动轮安装板(309)、一个抖动轮(310)、一个腔体安装架(311)及一个圆螺母(312)；所述第一底板(301)通过螺钉固定在光学平台(1)上；固定肋板(302)底端与第一底板(301)通过螺钉固定，固定肋板(302)底端竖直面与螺旋竖直升降台(303)通过螺钉连接；螺旋竖直升降台(303)上端与第一步进电机(304)连接，使第一步进电机(304)带动螺旋竖直升降台(303)运动；第一转接板(305)通过螺钉固定在螺旋竖直升降台(303)的动平台上；电机基座(306)与第一转接板(305)通过螺钉连接；高精度旋转电机(307)安装在电机基座(306)的里侧，角度传感器(308)安装在高精度旋转电机(307)上用于角度检测；高精度旋转电机(307)的输出轴与一个抖动轮安装板(309)连接，高精度旋转电机(307)转动带动抖动轮安装板(309)转动；抖动轮(310)安装在两个抖动轮安装板(309)中间；腔体安装架(311)固定在另一个抖动轮安装板(309)一侧；圆螺母(312)能够在腔体安装架(311)的螺旋轴上旋转。
4.根据权利要求1所述的激光陀螺光学元件装配装置，其特征在于：所述棱镜调整机构包括一个第二底板(401)、一个第一XYZ三维工作台(402)、一个第二转接板(403)、一个自动旋转滑台(404)、一个第一L型板(405)、一个棱镜调整支架(406)及两个微调螺钉(407)；第二底板(401)通过螺钉安装在光学平台(1)上；第一XYZ三维工作台(402)通过螺钉固定在第二底板(401)上；第二转接板(403)一端通过螺钉连接在第一XYZ三维工作台(402)的竖直滑台上，另一端与自动旋转滑台(404)通过螺钉连接；第一L型板(405)通过螺钉连接在自动旋转滑台(404)上；棱镜调整支架(406)螺钉固定在第一L型板(405)上表面并水平放置；微调螺钉(407)放置在棱镜调整支架(406)末端螺纹孔中。
5.根据权利要求1所述的激光陀螺光学元件装配装置，其特征在于：所述的光电管调整机构(6)包括一个第四底板(601)、一个第三XYZ三维工作台(602)、一个第四转接板(603)、一个第二L型板(604)、一个第二步进电机(605)、一个旋转杆(606)、一个XY微调滑台(607)、一个光电管调整支架(608)及一个光电管微夹爪(609)；所述第四底板(601)通过螺钉安装在光学平台(1)上；第三XYZ三维工作台(602)通过螺钉固定在第四底板(601)上；第四转接板(603)通过螺钉连接在第三XYZ三维工作台(602)竖直滑台上；第二L型板(604)通过螺钉与第四转接板(603)连接；第二步进电机(605)和一个旋转杆(606)串联在第二L型板(604)末端；XY微调滑台(607)固定在旋转杆(606)末端；光电管调整支架(608)通过螺钉与XY微调滑台(607)连接；光电管微夹爪(609)安装在光电管调整支架(608)上。
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