CN109506640B - 一种振动陀螺自动装配装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动陀螺自动装配装置及其方法，该振动陀螺自动装配装置，包含：夹持工装，用于夹持组成振动陀螺的各个陀螺组件，所述的夹持工装设置于一工作台的底座上，夹持工装为一空心圆柱套筒，所述的圆柱套筒轴向垂直于底座基面，在底座上设有一安装基面，所述的安装基面与底座基面平行；若干轴对称分布的压电驱动器，其设置于安装基面上，所述的压电驱动器沿安装基面圆周向均匀分布；位置传感器，其分别设置于陀螺组件之间，用于检测待装配振动陀螺的多个轴向间隙，产生多路检测信号；控制模块，其输入端连接于位置传感器，输出端连接于压电驱动器，控制模块根据检测信号控制压电驱动器驱动，使得振动陀螺装配间隙达到轴对称状态。

Description

一种振动陀螺自动装配装置及其方法
技术领域
本发明涉及惯性器件技术领域，特别涉及一种振动陀螺自动装配装置及其方法。
背景技术
陀螺仪是测量运动物体旋转角速度或角度的惯性器件，在卫星平台、战术制导武器、惯性导航、无人驾驶等领域均发挥着举足轻重的作用。随着各应用领域的技术发展，惯性测量系统对陀螺仪的精度、体积、功耗、成本等指标提出了越来越高的要求。其中轴对称结构的振动陀螺是一种基于科里奥利效应的固体振动陀螺，具有结构简单、精度较高、体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优异特性，轴对称结构的振动陀螺主要有半球谐振陀螺、金属壳振动陀螺，以及基于MEMS工艺的微机械陀螺等。MEMS微机械陀螺采用集成制造工艺，解决需后续精密装配的问题，然而其精度较低，应用领域主要限制在工业控制、消费电子、战术武器等领域。半球谐振陀螺、金属壳振动陀螺等轴对称结构的针对陀螺具有精度高、可靠性好、工作寿命长等优点，在航天航天、战术武器、惯性导航等军民各领域均具有广阔的应用前景。
轴对称结构的振动陀螺基本结构由轴对称结构谐振子、激励罩、检测基座等组件精密装配而成，轴对称结构谐振子与激励罩（或检测基座）之间有一个微小的工作间隙，轴对称结构的振动陀螺精密装配的核心即为精确控制该间隙的大小，以及该间隙在360°轴向范围内的均匀性。装配间隙的精密控制水平直接影响陀螺的整体性能指标。
现有的轴对称结构的振动陀螺装配一般都采用螺杆进行定位装配，专利CN103644901 A提出了一种用于半球谐振陀螺敏感表头的装配夹具及装配检测系统，采用深度千分尺代替螺杆进行手动微调。在实际使用时主要存在如下问题：
（1）螺杆和深度千分尺调整的精度不够，不能进行微量位移的调整，驱动定位精度在微米量级及以上，装配精度低；
（2）调节螺杆和深度千分尺调整完成后有部分微量移动，造成调整好的间隙又出现较大的偏差，间隙调整期间需反复手动调整，装配效率较低；
（3）需要根据位移传感器检测的结果进行手动反复调整，装置操作复杂、自动化智能化程度低，装配重复性一致性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种振动陀螺自动装配装置及其方法，可以实现纳米级的驱动与定位，将装配精度由微米级提升至纳米级，且装配过程自动化程度高，可大幅提升装配效率。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种振动陀螺自动装配装置，其特点是，包含：
夹持工装，用于夹持组成振动陀螺的各个陀螺组件，所述的夹持工装设置于一工作台的底座上，所述的夹持工装为一空心圆柱套筒，所述的圆柱套筒轴向垂直于底座基面，在所述底座上设有一安装基面，所述的安装基面与底座基面平行；
若干轴对称分布的压电驱动器，其设置于安装基面上，所述的压电驱动器沿安装基面圆周向均匀分布；
位置传感器，其分别设置于陀螺组件之间，用于检测待装配振动陀螺的多个轴向间隙，产生多路检测信号；
控制模块，其输入端连接于位置传感器，输出端连接于压电驱动器，所述的控制模块根据检测信号控制压电驱动器驱动，使得振动陀螺装配间隙达到轴对称状态。
所述的压电驱动器为驱动位移分辨率可达亚纳米级的堆叠式压电陶瓷驱动器。
所述的振动陀螺包含：谐振子。
所述的圆柱套筒外壁在与底座平行的平面上轴向均匀设置若干孔。
该振动陀螺自动装配装置还包含谐振子固紧杆，所述的谐振子固紧杆穿过圆柱套筒的孔夹持谐振子。
所述的压电驱动器以谐振子轴向为对称轴，在与轴向垂直的平面内圆周向均匀分布，所述的压电驱动器数量为至少为4的偶数。
所述的控制模块用以处理位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调。
所述的夹持工装还设有粗定位装置。
一种利用上述的振动陀螺自动装配装置的装配方法，其特点是，所述的方法包含：
将检测基座、谐振子、陀螺激励罩三个组件套装在一起，夹持装置设有粗定位装置，用以陀螺组件间的初步装配；
将检测基座升起，进行谐振子与激励罩的精密装配，激励罩内球面圆周向均布的球面电极与半球谐振子外表面构成位移传感器，将每个位移传感器的测得的信号送入控制模块；
控制模块用以位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调；
将检测基座降至与激励罩上端面重合，检测基座与谐振子的装配同上所述，从而完成整个振动陀螺的精密装配。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1．采用压电驱动器进行陀螺装配组件驱动定位，能够实现纳米级驱动定位，装配精度由微米级提升至纳米级；
2．采用压电驱动控制模块根据电容位置传感器测得的装配间隙信号，实现压电驱动器的自动化控制，不需手动调节干预，可实现装配的自动化、智能化；
3．该装置实现了信号检测-智能控制-压电驱动的闭环控制，不需要手动反复微调，可提升装配效率。
附图说明
图1为本发明一种振动陀螺自动装配装置的结构示意图；
图2为本发明一种振动陀螺自动装配装置的控制原理图；
图3为本发明的工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种振动陀螺自动装配装置，包含：夹持工装1，用于夹持组成振动陀螺的各个陀螺组件，所述的夹持工装1设置于一工作台的底座上，所述的夹持工装1为一空心圆柱套筒，所述的圆柱套筒轴向垂直于底座基面，在所述底座上设有一安装基面，所述的安装基面与底座基面平行；若干轴对称分布的压电驱动器3，其设置于安装基面上，所述的压电驱动器沿安装基面圆周向均匀分布；位置传感器2，其分别设置于陀螺组件之间，用于检测待装配振动陀螺的多个轴向间隙，产生多路检测信号；控制模块4，其输入端连接于位置传感器，输出端连接于压电驱动器3，所述的控制模块根据检测信号控制压电驱动器驱动，使得振动陀螺装配间隙达到轴对称状态。
所述的压电驱动器为驱动位移分辨率可达亚纳米级的堆叠式压电陶瓷驱动器。
所述的振动陀螺包含：谐振子52、检测基座51和激励罩53，具体地该谐振子为半球谐振子。
所述的圆柱套筒外壁在与底座平行的平面上轴向均匀设置若干孔。
参见图3，该振动陀螺自动装配装置还包含谐振子固紧杆11，所述的谐振子固紧杆穿过圆柱套筒的孔夹持谐振子。
所述的压电驱动器以谐振子轴向为对称轴，在与轴向垂直的平面内圆周向均匀分布，所述的压电驱动器数量为至少为4的偶数，可以为4、8、16。
如图2所示，所述的控制模块用以处理位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调。
所述的夹持工装还设有粗定位装置，用以陀螺装配组件间初步装配，防止陀螺装配组件间隙为零时电容传感器失效。
上述的位置传感器可采用振动陀螺装配组件上已制作的电容信号传感器，也可采用其他类型的精密位置传感器。
一种利用上述的振动陀螺自动装配装置的装配方法，所述的方法包含：
将检测基座、谐振子、陀螺激励罩三个组件套装在一起，夹持装置设有粗定位装置，用以陀螺组件间的初步装配；
将检测基座升起，进行谐振子与激励罩的精密装配，激励罩内球面圆周向均布的16个球面电极与半球谐振子外表面构成位移传感器，该位置传感器为电容位移传感器，将每个位移传感器的测得的信号送入控制模块；
控制模块用以位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调；
最后将检测基座降至与激励罩上端面重合，同理完成检测基座与谐振子的装配，从而完成整个振动陀螺的精密装配。
综上所述，本发明一种振动陀螺自动装配装置及其方法，可以实现纳米级的驱动与定位，将装配精度由微米级提升至纳米级，且装配过程自动化程度高，可大幅提升装配效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种振动陀螺自动装配装置，其特征在于，包含：
夹持工装，用于夹持组成振动陀螺的各个陀螺组件，所述的夹持工装设置于一工作台的底座上，所述的夹持工装为一空心圆柱套筒，所述的圆柱套筒轴向垂直于底座基面，在所述底座上设有一安装基面，所述的安装基面与底座基面平行；
若干轴对称分布的压电驱动器，其设置于安装基面上，所述的压电驱动器沿安装基面圆周向均匀分布；
位置传感器，其分别设置于陀螺组件之间，用于检测待装配振动陀螺的多个轴向间隙，产生多路检测信号；
控制模块，其输入端连接于位置传感器，输出端连接于压电驱动器，所述的控制模块根据检测信号控制压电驱动器驱动，使得振动陀螺轴向间隙达到轴对称状态。
2.如权利要求1所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的压电驱动器为驱动位移分辨率可达亚纳米级的堆叠式压电陶瓷驱动器。
3.如权利要求1所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的振动陀螺包含：谐振子。
4.如权利要求3所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的圆柱套筒外壁在与底座平行的平面上轴向均匀设置若干孔。
5.如权利要求4所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，还包含谐振子固紧杆，所述的谐振子固紧杆穿过圆柱套筒的孔夹持谐振子。
6.如权利要求3所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的压电驱动器以谐振子轴向为对称轴，在与轴向垂直的平面内圆周向均匀分布，所述的压电驱动器数量为至少为4的偶数。
7.如权利要求1所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的控制模块用于处理位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调。
8.如权利要求1所述的振动陀螺自动装配装置，其特征在于，所述的夹持工装还设有粗定位装置。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的振动陀螺自动装配装置的装配方法，其特征在于，所述的方法包含：
将检测基座、谐振子、陀螺激励罩三个组件套装在一起，夹持装置设有粗定位装置，用于陀螺组件间的初步装配；
将检测基座升起，进行谐振子与激励罩的精密装配，激励罩内球面圆周向均布的球面电极与半球谐振子外表面构成位置传感器，将每个位置传感器测得的信号送入控制模块；
控制模块用于处理位置传感器送入的陀螺组件的装配间隙电容信号，并对互成180°对向的装配间隙电容信号进行差分比较，将差值信号进行放大处理后施加到压电驱动器上，对陀螺组件进行位置微调；
将检测基座降至与激励罩上端面重合，检测基座与谐振子的装配同上所述，从而完成整个振动陀螺的精密装配。
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