CN110254918A - 一种可实现抗震、温控的imu封装盒及其加工装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现抗震、温控IMU封装盒及其加工装配方法，该封装盒包括外壳体、内腔体、减震装置和加热装置，其中，外壳体上设有显示窗口和进出线口，内腔体密封于外壳体内，加热装置设置于内腔体的外表面，减震装置设置于内腔体与外壳体连接处，功能板固定于内腔体内。本发明采用了橡胶插板和减震装置两级隔振装置，内腔体被固定在减震装置的一侧，减震装置另一侧通过外壳体的限位台阶固定。经过以上两部分固定后，各种功能板相对于壳体静止；通过加热内腔体中的空气，使得元器件工作在最佳温度范围内。本发明结构简单，装配简洁，加工难度低，成本低，电路兼容性好，可广泛应用在IMU的外壳封装上。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工与工艺，特别涉及一种可实现抗震、温控的IMU封装盒及其加工装配方法。
背景技术
惯性测量单元(IMU)通常有三个单轴加速度计和三个单轴陀螺仪传感器，它们的敏感轴以垂直关系排列。这些传感器通常是刚性的并且与相关的电子器件和硬件一起精准地安装在壳体内。
在某些特定的环境下，必须让机械敏感组件免于收到冲击，振动以及声能的干扰，从而更好地提高其灵敏度。通常情况下是通过将敏感组件固定在某种形式的容器或外壳中来实现以上几种外界因素对敏感组件的干扰。冲击和振动吸收支架经常用于限制外部产生的振动和冲击能量的传递。
通常情况下，IMU的敏感结构被封装在一个腔体内，这种封装方式不仅可以保护敏感结构，还能为其提供一个密闭的工作环境，降低空气阻尼系数，提高品质因数。在这个小的空间内利用热敏电阻器和加热丝(膜)对温度进行监控，使其真腔内温度保持恒定，减少外界环境温度变化对敏感结构的影响。
发明内容
发明目的：为克服现有技术不足，方便功能模块的调试与安装，本发明提供一种可实现抗震、温控的IMU封装盒及其加工装配方法。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，包括外壳体、内腔体、减震装置和加热装置，其中，外壳体上设有显示窗口和进出线口，内腔体密封于外壳体内，内腔体与外腔体两者无接触，加热装置设置于内腔体的外表面，减震装置设置于内腔体与外壳体连接处，功能板固定于内腔体内。
可选的，外壳体包括上下对接的上壳体和下壳体，上壳体底部开口，相对的两内侧壁上设有第一限位台阶，另一侧壁上设有显示窗口；下壳体顶部开口，相对的两内侧壁上设有第二限位台阶，另一侧壁上设有进出线口；显示窗口和进出线口位于同一侧面。
可选的，内腔体两侧开口，且由隔离板分成上腔体和下腔体，内腔体相对的两侧壁外部均设有第三限位台阶，第三限位台阶与第一限位台阶和第二限位台阶对应设置。
可选的，减震装置包括第一金属块、第二金属块以及设置于第一和第二金属块之间的橡胶组块，第一金属块为长条形凸块，第二金属块包括长条形凹块和两个金属支板，金属支板垂直设置于长条形凹块的平板侧的两端；橡胶组块为空心结构，且分别与长条形凸块和长条形凹块嵌合；第一金属块与外壳体上的限位台阶卡合，内腔体嵌入第二金属块的两个金属支板和凹块形成的凹形结构内，且凹块卡合在内腔体上的限位台阶上；限位台阶只与金属块连接，与橡胶组块不接触。
可选的，加热装置为附着于内腔体外表面的加热丝或加热膜。
可选的，功能板通过橡胶插板固定在内腔体中，橡胶插板上设有若干平行的长方形插槽，功能板的两端分别插入橡胶插板的插槽内，然后从侧面插入内腔体内，使两个相对的橡胶插板分别紧贴于内腔体的两个内侧壁。
可选的，外壳体内表面镀一层隔热分子膜，以反射热辐射，实现将内腔体内的空气控制在工作最佳温度范围。
可选的，功能板包括陀螺仪传感器、加速度计传感器和温控电路板，温控电路板用于监测内腔体内的温度，并控制加热装置。
本发明还提供了一种可实现抗震、温控的IMU封装盒的加工装配方法，包括以下步骤：
(1)减震装置的制作：
根据模具制作所需的橡胶组块，橡胶组块长度根据实际需求制作；第一金属块和第二金属块选用铝合金材料，按照要求注模成型或者切削成型；第一金属块、橡胶组块和第二金属块之间分别用胶水粘合，保证能承受较大的剪切力；
(2)外壳体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(3)内腔体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(4)橡胶插板的制作：
根据功能板的厚度和间隔间隙制定插板的形状，利用模压或者切割工艺制作；
(5)固定和装配：
将功能板两端分别插入步骤(4)的橡胶插板上的插槽中，然后将其推入步骤(3)的内腔体中，在内腔体的外表面附着一层加热丝或加热膜，连接并调好温控电路板，再将步骤(1)中的一对减震装置放置在内腔体的限位台阶上，然后将上述整体装置固定在外腔体的限位台阶上；上壳体与下壳体之间用螺钉固定或根据具体工作要求而定。
本发明还提供了一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，包括前门板、后门板和腔体总装，腔体总装前后两端开口，其包括外层结构和设置在外层结构内的内层结构，外层结构和内层结构中心对称，且外层结构和内层结构之间设置有减震装置；内层结构外表面设置有加热装置，内层结构分为上层结构和下层结构，且上层结构和下层结构两侧内壁上均设置有带多个水平插槽的橡胶板，功能板两端插入橡胶板插槽内，前门板和后门板分别与外层结构前后两端固定连接，将内层结构封装在外层结构内。
有益效果：与现有技术相比，本发明兼顾抗震、温控、电磁兼容等特点，以往的IMU封装盒仅仅采用简单的橡胶垫进行隔振，本发明将内腔体、外腔体分开，大大减少了外界的干扰，同时还兼有温控的动能，使得性能更加的稳定。本发明结构方便电路的调试，装配较容易，加工难度低，成本低，结构简单，适合批量生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A-A方向外壳体部分剖视示意图；
图3为图1中上壳的等轴视图；
图4为图1中下壳的等轴视图；
图5为图2中内腔体的等轴视图；
图6为图2中减震装置的等轴视图；
图7为图6的中心截面图；
图8为图2中橡胶插板的正视图；
图9为图2中加热丝(膜)的等轴视图；
图10为实施例2的爆炸视图；
图11位实施例2中腔体总装的正视图；
图中：1为上壳体，2为下壳体，1和2组合为外壳体，3为内腔体，4为减震装置，5为橡胶插板，6为加热丝(膜)，11为上壳体上的第一限位台阶，12为上壳体上的显示窗口，21为下壳体上的第二限位台阶，22为下壳体上的进出线口，31为隔离板，32为上腔体，33为下腔体，34为内腔体上的第三限位台阶，41为减震装置的第一金属块，42为减震装置的第二金属块，420为长条形凹块，421为金属支板，43为减震装置上的橡胶组块，51为橡胶插板上的插槽，101为前门板，102为后门板，103为腔体总装，1031为外层结构，1032为内层结构，1033为橡胶板。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对各设施位置进行调整，这些调整也应视为本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至图9所示，一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，此封装盒包括上壳体1、下壳体2、内腔体3、减震装置4、橡胶插板5和加热丝(或膜)6。如图3所示，上壳体底部开口，相对的两内侧壁上设有第一限位台阶11，另一侧壁上设有显示窗口12。如图4所示，下壳体顶部开口，相对的两内侧壁上设有第二限位台阶21，另一侧壁上设有进出线口22；显示窗口和进出线口位于同一侧面，第一限位台阶和第二限位台阶相对应。
如图2和图5，内腔体密封于上壳体和下壳体组成的外壳体内，两侧开口，且由隔离板31分成上腔体32和下腔体33，内腔体相对的两侧壁外部均设有第三限位台阶34，第三限位台阶与第一限位台阶和第二限位台阶对应设置。功能板通过橡胶插板固定在内腔体中，如图8所示，橡胶插板上设有若干平行的长方形插槽51，功能板的两端分别插入橡胶插板的插槽内，然后从上腔体或下腔体的侧面插入上腔体或下腔体内，使两个相对的橡胶插板分别紧贴于上腔体或下腔体的两个内侧壁。
如图6减震装置包括第一金属块41、第二金属块42以及设置于第一和第二金属块之间的橡胶组块43，第一金属块为长条形凸块，第二金属块包括长条形凹块420和两个金属支板421，金属支板垂直设置于长条形凹块的平板侧的两端；如图7所示，橡胶组块为空心结构，且分别与长条形凸块和长条形凹块嵌合。内腔体带第三限位台阶的侧面卡入第二金属块的两个金属支板与长条形凹块形成的凹形结构内，且长条形凹块与内腔体上的第三限位台阶卡合连接；第一金属块再与上壳体和下壳体上的第一限位台阶和第二限位台阶卡合连接；限位台阶只与金属块连接，与橡胶组块不接触，且图8中给出的橡胶组块形状只为示例，形状并不唯一，只要能达到充分减震和方便加工的目的即可。
本发明采用了两级隔振装置，第一级为内腔体3内的橡胶插板5：将陀螺仪传感器、加速度计传感器、温控电路板等功能板固定在两个对称的橡胶插板5内，然后将整体从内腔体侧面插入到内腔体3内；第二级为减震装置4，内腔体3被固定在减震装置4的一侧，减震装置的另一侧通过上壳体1和下壳体2的第一限位台阶和第二限位台阶固定，最后再将上壳体与下壳体用螺丝固定密封。经过以上两级减震后，功能部分(各种功能板)相对于壳体静止。温控部分采用温控电路板监测温度以及控制加热丝、加热膜6的工作。加热丝、加热膜6紧贴内腔体的外壁，用胶粘接，加热丝、加热膜6的长度不超过内腔体的长度，工作时通过向外辐射热量加热内腔体中的空气，使得元器件工作在最佳温度范围内。
橡胶插板5的尺寸需要与上腔体或下腔体的尺寸相匹配，从而让内腔体3固定在一对减震装置4之间时，保证橡胶插板是固定不动的；橡胶插板5的插槽形状与功能板一致，从而保证功能板固定在一对橡胶插板5中。
上下壳体内表面需镀一层隔热分子膜，比如镀一层银，达到反射热辐射的作用，实现将内腔内的空气控制在工作最佳温度范围的目的。
减震装置4分为三个部分，两侧为金属材料，起连接作用，中间为橡胶材料，起缓冲作用。橡胶的形状呈空心，内部空间可填充空气，制作时可由两个相同组件粘接实现，形成密闭气室；也可为固定形状，如图8参考例子所示。
如图9所示为加热丝结构，其用于加热的加热丝或加热膜6是附着在内腔体3外表面，工作时向外辐射热量，加热周围空气，实现保温的目的，使得元器件工作在最佳温度范围内。
通过上壳体上显示窗口，一方面可以用于显示，显示内部所示温度和测量参数；另一方面通过下壳体上的进出线口安装信号线，将输入、输出、电源信号线连接在一个插头上，便于使用。
上壳体与下壳体连接时需要通过螺丝固定在一起。螺钉衔接部分，增加导电衬垫；部件接合部分，增加金属丝网衬垫，达到隔绝外部电磁干扰的效果。
一种可实现抗震、温控的IMU封装盒的加工装配方法，包括以下步骤：
(1)减震装置的制作：
根据模具制作所需的橡胶组块，橡胶组块长度根据实际需求制作；第一金属块和第二金属块选用铝合金材料，按照要求注模成型或者切削成型；第一金属块、橡胶组块和第二金属块之间分别用胶水粘合，保证能承受较大的剪切力；
(2)外壳体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(3)内腔体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(4)橡胶插板的制作：
根据功能板的厚度和间隔间隙制定插板的形状，利用模压或者切割工艺制作；
(5)固定和装配：
将功能板两端分别插入步骤(4)的橡胶插板上的插槽中，然后将其推入步骤(3)的内腔体中，在内腔体的外表面附着一层加热丝或加热膜，连接并调好温控电路板，再将步骤(1)中的一对减震装置放置在内腔体的限位台阶上，然后将上述整体装置固定在外腔体的限位台阶上，上壳体与下壳体之间用螺钉固定，固定结构根据具体工作要求而定。
所述的步骤(1)中，通过一对减震装置4，将内部功能板和与外部直接接触的外壳体隔绝开，避免了外部震动对内部结构的干扰。
本发明兼顾抗震、温控、电磁兼容等特点，且方便电路的调试，装配较容易，加工难度低，成本低，结构简单，适合批量生产。
本发明未提及的技术均为现有技术。
实施例2：
如图10、11所示，与实施例1原理基本相同，不同的是：
1)实施例1中外壳体分为上壳体1和下壳体2，而在实施例2中，该封装盒包括前门板101、后门板102和腔体总装103；腔体总装在组装完成之后是一个整体，分为外层结构1031和内层结构1032，内层结构与实施例1中内腔体结构类似，本实施例2中橡胶板1033设置在内层结构两侧内壁，且与内层结构之间使用螺钉连接，橡胶板的其余特征与实施例1中橡胶插板相同，另外，功能板与实施例1中相同；内层结构外表面设置有一层加热丝或加热膜。
另外，前门板和后门板上均设置有显示窗口和进出线口。
2)腔体总装中，外层结构的长度要长于内层结构的长度，组装时外层结构与内层结构中心对称，即内层结构相对于外层结构在宽度上都留有相同的距离，在前门板101与后门板102连接到腔体总装上时，前门板和后门板分别固定在外层结构两端开口处，将内层结构封装在外层结构内，前门板和后门板不与内层结构接触。
3)在实施例1中减震装置4为一个整体，而在实施例2中，减震装置4的金属部分41、42被分别加工到了腔体总装的外层结构和内层结构中，外层结构和内层结构之间嵌入圆形橡胶作为缓冲层(未画出)，即作为实施例1中的橡胶组块43的功能替代，参考形状如图11中A所示，开口角度为90°左右。
Claims (10)
1.一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，包括外壳体、内腔体、减震装置和加热装置，其中，外壳体上设有显示窗口和进出线口，内腔体密封于外壳体内，内腔体与外腔体两者无接触，加热装置设置于内腔体的外表面，减震装置设置于内腔体与外壳体连接处，功能板固定于内腔体内。
2.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，外壳体包括上下对接的上壳体和下壳体，上壳体底部开口，相对的两内侧壁上设有第一限位台阶，另一侧壁上设有显示窗口；下壳体顶部开口，相对的两内侧壁上设有第二限位台阶，另一侧壁上设有进出线口；显示窗口和进出线口位于同一侧面。
3.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，内腔体两侧开口，且由隔离板分成上腔体和下腔体，内腔体相对的两侧壁外部均设有第三限位台阶，第三限位台阶与第一限位台阶和第二限位台阶对应设置。
4.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，减震装置包括第一金属块、第二金属块以及设置于第一和第二金属块之间的橡胶组块，第一金属块为长条形凸块，第二金属块包括长条形凹块和两个金属支板，金属支板垂直设置于长条形凹块的平板侧的两端；橡胶组块为空心结构，且分别与长条形凸块和长条形凹块嵌合；第一金属块与外壳体上的限位台阶卡合，内腔体嵌入第二金属块的两个金属支板和凹块形成的凹形结构内，且凹块卡合在内腔体上的限位台阶上；限位台阶只与金属块连接，与橡胶组块不接触。
5.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，加热装置为附着于内腔体外表面的加热丝或加热膜。
6.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，功能板通过橡胶插板固定在内腔体中，橡胶插板上设有若干平行的长方形插槽，功能板的两端分别插入橡胶插板的插槽内，然后从侧面插入内腔体内，使两个相对的橡胶插板分别紧贴于内腔体的两个内侧壁。
7.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，外壳体内表面镀一层隔热分子膜，以反射热辐射，实现将内腔体内的空气控制在工作最佳温度范围。
8.根据权利要求1所述的一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，功能板包括陀螺仪传感器、加速度计传感器和温控电路板，温控电路板用于监测内腔体内的温度，并控制加热装置。
9.一种可实现抗震、温控的IMU封装盒的加工装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)减震装置的制作：
根据模具制作所需的橡胶组块，橡胶组块长度根据实际需求制作；第一金属块和第二金属块选用铝合金材料，按照要求注模成型或者切削成型；第一金属块、橡胶组块和第二金属块之间分别用胶水粘合，保证能承受较大的剪切力；
(2)外壳体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(3)内腔体的加工：
选用铝合金材料按照要求注模成型或者切削成型，然后精准打孔；
(4)橡胶插板的制作：
根据功能板的厚度和间隔间隙制定插板的形状，利用模压或者切割工艺制作；
(5)固定和装配：
将功能板两端分别插入步骤(4)的橡胶插板上的插槽中，然后将其推入步骤(3)的内腔体中，在内腔体的外表面附着一层加热丝或加热膜，连接并调好温控电路板，再将步骤(1)中的一对减震装置放置在内腔体的限位台阶上，然后将上述整体装置固定在外腔体的限位台阶上；上壳体与下壳体之间用螺钉固定或根据具体工作要求而定。
10.一种可实现抗震、温控的IMU封装盒，其特征在于，包括前门板、后门板和腔体总装，腔体总装前后两端开口，其包括外层结构和设置在外层结构内的内层结构，外层结构和内层结构在宽度方向上对称，且外层结构和内层结构之间设置有减震装置；内层结构外表面设置有加热装置，内层结构分为上层结构和下层结构，且上层结构和下层结构两侧内壁上均设置有带多个水平插槽的橡胶板，功能板两端插入橡胶板插槽内，前门板和后门板分别与外层结构前后两端固定连接，将内层结构封装在外层结构内。
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