CN112338792A - 基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供有一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法。本技术方案所提供的精密研磨抛光方法，一方面，结合了测量、研磨、修整、抛光与重复测量的工艺步骤，另一方面，为解决腔体立面超高导致的装夹和研抛的难题，在上述工艺步骤中还使得可以腔体适度的倾斜，以更易于修磨研抛，最终能够同时保证了腔体的线性尺寸与角度尺寸达到合格，还兼顾了相邻贴片面夹角及与基准面垂直度角度误差与线性尺寸一起达到设计指标，解决了通常方法修磨过度及尺寸、角度超差问题，保证了贴片面表面疵病等级及面形精度达标，具有大尺寸陀螺腔体贴片面加工的推广价值。

Description

基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法

技术领域

本申请具体公开一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法。

背景技术

激光陀螺作为角度敏感元件用于激光捷联贯导系统，是利用光学中萨格纳克(Sagnac)效应的一种角速度传感器,其具备启动速度快、反应时间短、测量范围大、动态范围宽、抗冲击振动性好、环境适应性强、误差与g无关、数字量输出等诸多优势。

陀螺腔体是激光陀螺仪中的关键件，其贴片面的精度又是此关键件的关键指标之一。现有的主动激光陀螺腔体贴片面的研磨抛光制造技术已基本成熟并有生产厂家各自不同的工艺方法。目前，外形尺寸 360mm×360mm×50mm激光陀螺腔体贴片面加工与使用国内外均未见报道，针对此大尺寸大质量激光陀螺腔体贴片面精密研磨抛光加工的诸多难题，亟待提供一种能够对上述型号的激光陀螺腔体贴片面进行精密研磨抛光的方法。

发明内容

本申请旨在提供一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法。

一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，包括：以下步骤：S01：测量腔体立面相对高度得到第一相对高度，并根据第一相对高度和预设相对高度确定第一加工余量；并选定一贴片面为第i贴片面(i＝1…N，N为自然数)；选定U面为基准面；S02：沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块，保证两辅助块的顶部与该贴片面的顶部处于同一平面；S03：调整第i贴片面使其倾斜并固定，以暴露第i贴片面的待研磨区域；S04：研磨第i贴片面并测量第一相对高度，单次研磨加工去除量不大于0.02mm；S05：抛光第i贴片面，直至其面形精度N＝1； S06：测量第i贴片面与基准面的垂直度，并测量交点余量；重复执行S03 至S05，直至第i贴片面尺寸达到设计要求且S06中的参数达到预设数值。

根据本申请实施例提供的技术方案，S07：拆卸两辅助块，选定第 i贴片面一侧的相邻贴片面为第i+1贴片面；执行S03至S05；S08：测量第i+1贴片面与基准面的垂直度；与第i贴片面之间的夹角角度；测量第i+1贴片面交点余量；S09：重复执行S03至S05，直至第i+1贴片面尺寸达到设计要求且S08中参数达到预设数值；S10：继续执行S07至 S09，直至完成腔体所有贴片面的加工。

根据本申请实施例提供的技术方案，在S02中，沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块之前，将第i贴片面倒置于支撑平台上且所述支撑平台的面积大于第i贴片面和两辅助块面积之和。

根据本申请实施例提供的技术方案，在S01中，测量腔体立面相对高度得到第一相对高度时，至少测量四个边缘点，确定不同边缘点的加工余量。

根据本申请实施例提供的技术方案，在S03中，加工不同边缘点周围的区域时，选定一边缘点为待加工边缘点，调整第i贴片面的倾斜方向，以暴露待加工边缘点。

根据本申请实施例提供的技术方案，在S04中，研磨第i贴片面时，在经过修磨的研磨盘上加包含有散粒磨料研磨液均匀研磨该贴片面。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述陀螺腔体外形尺寸为外形360mm×360mm×50mm，加工贴片立面高度509mm，四个贴片面尺寸为 84.84mm×50mm；贴片面孔口倒角到Φ27mm区域内表面疵病等级B＝II， N＝0.3，ΔN＝0.1；互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面距离≦ 0.015mm；每相邻两个贴片面间90°夹角精度为±3″；四个贴片面与基准面垂直度不大于3″。

综上所述，本申请公开有一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法。本技术方案所提供的精密研磨抛光方法，一方面，结合了测量、研磨、修整、抛光与重复测量的工艺步骤，另一方面，为解决腔体立面超高导致的装夹和研抛的难题，在上述工艺步骤中还使得可以腔体适度的倾斜，以更易于修磨研抛，最终能够同时保证了腔体的线性尺寸与角度尺寸达到合格，还兼顾了相邻贴片面夹角及与基准面垂直度角度误差与线性尺寸一起达到设计指标，解决了通常方法修磨过度及尺寸、角度超差问题，保证了贴片面表面疵病等级及面形精度达标，具有大尺寸陀螺腔体贴片面加工的推广价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请中腔体立面的测试示意图；

图2是本申请中辅助块与腔体的配合示意图；

图3是本申请中腔体边缘点的俯视图；

图4是本申请中贴片面交点余量示意图；

图5是经研磨、抛光后的腔体主视图结构示意图；

图6是经研磨、抛光后的腔体左视图结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本实施方式中提供有一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，包括以下步骤：

S01：选定U面为基准面；测量腔体10立面相对高度得到第一相对高度，并根据第一相对高度和预设相对高度确定第一加工余量；并选定一贴片面为第i贴片面11(i＝1…N，N为自然数)。

请参考图6，选定U面为基准面，所述U面为腔体10上任一大端面，也即：回字型端面。

所述腔体立面相对高度的定义是：两相对贴片面之间的垂直距离。两对贴片面分别位于腔体U面的对角线上。

为测量腔体立面相对高度得到第一相对高度，设定为：Di(i＝1…N，N为自然数)，请参考图1所述的测试示意图。图1中所使用的设备为测厚仪90，所述腔体设于测厚仪的载物台上。

可选地，在S01中，测量腔体立面相对高度得到第一相对高度时，通过在图1所示的测厚仪载物台上水平移动腔体，实现至少测量四个边缘点所对应的第一相对高度，确定不同边缘点的加工余量。

当测量四个边缘点所对应的第一相对高度是，得到D1，D2，D3，D4, 根据第一相对高度(D1，D2，D3，D4)和预设相对高度D确定第一加工余量(d1，d2，d3，d4)，其中：di＝Di-D。

在研抛作业的过程中，尤其是针对第第i贴片面的边缘进行研抛作业时，为便于对研磨盘和抛光盘进行有效地支撑，S02：沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块30，保证两辅助块的顶部与该贴片面的顶部处于同一平面。

基于此步骤，两辅助块的设计能够延展第i贴片面的两长度方向的作业空间，具体地，两辅助块的顶部与该贴片面的顶部处于同一平面。

可选地，在粘贴辅助块的过程中，在S02中，沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块之前，将第i贴片面倒置于支撑平台上且所述支撑平台的面积大于第i贴片面和两辅助块面积之和。请参考图2所示的辅助块与腔体的配合示意图。

S03：调整第i贴片面使其倾斜并固定，以暴露第i贴片面的待研磨区域。

在S01中确定了不同边缘点的第一加工余量之后，需要根据研抛的顺序适应性调整腔体的倾斜角度，以便于研抛的过程中，能够便于作业人员操作。

在S03中，加工不同边缘点周围的区域时，选定一边缘点为待加工边缘点，调整第i贴片面的倾斜方向，以暴露待加工边缘点。请参考图3 所述的腔体的俯视图，其中：Y1，Y2，Y3，Y4所示的分别对应不同的边缘点，也即对应不同的第一加工余量(d1，d2，d3，d4)，在对边缘点 Y1操作时，为便于操作，需使得该处更容易暴露在作业人员的视野下，以此类推，亦便于更加便利地完成的第i贴片面后续的研抛作业。

在图3中，四个不同边缘点：Y1，Y2，Y3，Y4在所述第i贴片面上呈2*2矩形阵列分布。

四个边缘点的选取无具体要求，其目的在于将第i贴片面进行区域分化，确定不同区域不同的加工余量，以实现精密研磨、抛光。在研磨、抛光过程中，鉴于腔体尺寸较大，为便于研磨人员作业，在针对具体区域进行研磨、抛光时，如Y1边缘点及其附近区域，可以使得腔体倾斜以最大限度地暴露Y1边缘点及其附近区域。

应当知道的是，边缘点的选择越多，研磨的精密程度越能够得到保证，也势必会带来更多的工作量，为进行有效平衡，本具体实施方式选定四个边缘点进行说明，以便于理解。

S04：研磨第i贴片面并测量第一相对高度，单次研磨加工去除量不大于0.02mm；

本步骤中针对第i贴片面进行研磨，可选地，在S04中，研磨第i 贴片面时，在经过修磨的研磨盘上加包含有散粒磨料研磨液均匀研磨该贴片面。

S05：抛光第i贴片面，直至其面形精度N＝1。

在S04的基础上，用修整好的抛光盘加抛光液如5图所示抛光贴片面，以样板或平面干涉仪检验表面面形，面形精度达到N＝1。

S06：测量第i贴片面与基准面的垂直度，优选地，采用测角仪进行测量；并测量交点余量；重复执行S03至S05，直至第i贴片面尺寸达到设计要求且S06中参数达到预设数值。

请参考图4所示的贴片面交点余量d示意图，所述交点余量为互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面的距离。用万能工具显微镜能够测量互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面距离，其设计要求为：互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面距离d≦0.015mm。

本步骤中，针对第i贴片面进行测量，测量指标为：第i贴片面与基准面的垂直度，并测量交点余量。并通过反复执行S03至S05，直至第 i贴片面尺寸达到设计要求且S06中的参数达到预设数值。

基于上述内容，本实施方式提供的精密研磨抛光方法，一方面，结合了测量、研磨、修整、抛光与重复测量的工艺步骤，另一方面，为解决腔体立面超高导致的装夹和研抛的难题，在上述工艺步骤中还使得腔体适度的倾斜，以更易于研抛，最终能够同时保证了腔体的线性尺寸与角度尺寸没有超限偏差，还兼顾了相邻贴片面夹角及与基准面垂直度角度误差与线性尺寸一起达到设计指标，解决了通常方法修磨过度及尺寸、角度超差问题，保证了贴片面表面疵病等级及面形精度达标，具有大尺寸陀螺腔体贴片面加工的推广价值。

具体实施案例：

以外形尺寸360mm×360mm×50mm激光陀螺腔体为例，其需要研磨的贴片面为四个，也即第1贴片面；第2贴片面；第3贴片面；第4贴片面。

其中：

第2贴片面位于第1贴片面的相邻一侧。

第3贴片面与第1贴片面正对应，分布在腔体U面的一条对角线上。

第4贴片面与第2贴片面正对应，分布在腔体U面的两一条对角线上。

在分别研磨四个贴片面时，其遵循的步骤均为S02-S06。

研磨第1贴片面时：

S01：测量腔体立面相对高度得到第一相对高度，并根据第一相对高度和预设相对高度确定第一加工余量；并选定一贴片面为第1贴片面；选定U面为基准面。

S02：沿第1贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块，保证两辅助块的顶部与该贴片面的顶部处于同一平面。

S03：调整第1贴片面使其倾斜并固定，以暴露第1贴片面的待研磨区域。

S04：研磨第1贴片面并测量第一相对高度，研磨加工去除量不大于 0.02mm。

S05：抛光第1贴片面，直至其面形精度N＝1。

S06：测量第1贴片面与基准面的垂直度，并测量交点余量；重复执行S03至S05，直至第1贴片面尺寸达到设计要求且S06中的参数达到预设数值。此时，第一加工余量不小于0.1mm。

鉴于需要在不同的贴片面上粘贴便于操作的辅助块，在研磨第1贴片面后，继而研磨其相邻一侧的贴片面时，也即第2贴片面，在将第1 贴片面上的两辅助块拆卸之后，需要将该两辅助块粘贴至第2贴片面两侧。应当知道的是，在完成辅助块粘贴之前或之后可第2贴片面和第4 贴片面这两个贴片面之间的腔体立面高度。在完成辅助块的粘贴之后，执行S03至S05。即：步骤S07：拆卸两辅助块，选定第1贴片面一侧的相邻贴片面为第2贴片面；执行S03至S05。

此外，在研磨、抛光第2贴片面的过程中，不仅需要确保本贴片面上的数值达标，亦需要确定其与第1贴片面之间的相关数值达标，即：步骤S08和步骤S09。

S08：测量第2贴片面与基准面的垂直度；与第1贴片面之间的夹角角度；测量第2贴片面的交点余量。

S09：重复执行S03至S05，直至第2贴片面尺寸达到设计要求且S08 中参数达到预设数值。此时，第一加工余量不小于0.1mm。

步骤S10：继续执行S07至S09，直至完成腔体所有贴片面的加工。包括以下具体信息：

在完成第2贴片面的操作之后，继续以其相邻的贴片面为第3贴片面进行研磨作业，在研磨第2贴片面后，继而研磨其相邻一侧的贴片面时，也即第3贴片面，在将第2贴片面上的两辅助块拆卸之后，需要将该两辅助块粘贴至第3贴片面两侧。应当知道的是，在完成辅助块粘贴之前或之后可第2贴片面和第4贴片面这两个贴片面之间的腔体立面高度。在完成辅助块的粘贴之后，执行S03至S05。即：步骤S07：拆卸两辅助块，选定第2贴片面一侧的相邻贴片面为第3贴片面；执行S03至 S05。

此外，在研磨、抛光第3贴片面的过程中，不仅需要确保本贴片面上的数值达标，亦需要确定其与第2贴片面之间的相关数值达标，即：步骤S08和步骤S09。

S08：测量第3贴片面与基准面的垂直度；与第2贴片面之间的夹角角度；测量第3贴片面的交点余量。

S09：重复执行S03至S05，直至第3贴片面尺寸达到设计要求S08 中参数达到预设数值。此时，第3贴片面与第1贴片面之间的立面相对高度达到预设相对高度。

在完成第3贴片面的操作之后，继续以其相邻的贴片面为第4贴片面进行研磨作业，在研磨第3贴片面后，继而研磨其相邻一侧的贴片面时，也即第4贴片面，在将第3贴片面上的两辅助块拆卸之后，需要将该两辅助块粘贴至第4贴片面两侧。应当知道的是，在完成辅助块粘贴之前或之后可第2贴片面和第4贴片面这两个贴片面之间的腔体立面高度。在完成辅助块的粘贴之后，执行S03至S05。即：步骤S07：拆卸两辅助块，选定第4贴片面一侧的相邻贴片面为第4贴片面；执行S03至 S05。

此外，在研磨、抛光第4贴片面的过程中，不仅需要确保本贴片面上的数值达标，亦需要确定其与第3贴片面之间的相关数值达标，即：步骤S08和步骤S09

S08：测量第4贴片面与基准面的垂直度；与第3贴片面之间的夹角角度；测量第4贴片面的交点余量。

S09：重复执行S03至S05，直至第4贴片面尺寸达到设计要求S08 中参数达到预设数值。此时，第4贴片面与第2贴片面之间的立面相对高度达到预设相对高度。

基于上述研磨、抛光方法所得到的产品符合其预设的指标要求，如图5和图6所示，即：激光陀螺整体质量大(此工序毛坯质量12㎏)，且外形360mm×360mm×50mm区别于常规主动激光陀螺腔体的超大尺寸，加工立面高度509mm，四个贴片面尺寸为84.84mm×50mm；贴片面孔口倒角到Φ27mm区域内表面疵病等级B＝II，N＝0.3，ΔN＝0.1并且不允许在此区域内有双向贯通的划痕；互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面距离≦0.015mm；每相邻两个贴片面间90°夹角精度为±3″；四个贴片面与基准面垂直度(塔差)不大于3″的精密要求。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：包括：以下步骤：

S01：测量腔体立面相对高度得到第一相对高度，并根据第一相对高度和预设相对高度确定第一加工余量；并选定一贴片面为第i贴片面(i＝1…N，N为自然数)；选定U面为基准面；

S02：沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块，保证两辅助块的顶部与该贴片面的顶部处于同一平面；

S03：调整第i贴片面使其倾斜并固定，以暴露第i贴片面的待研磨区域；

S04：研磨第i贴片面并测量第一相对高度，研磨加工去除量不大于0.02mm；

S05：抛光第i贴片面，直至其面形精度N＝1；

S06：测量第i贴片面与基准面的垂直度，并测量交点余量；重复执行S03至S05，直至第i贴片面尺寸达到设计要求且S06中的参数达到预设数值。

2.根据权利要求1所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：

S07：拆卸两辅助块，选定第i贴片面一侧的相邻贴片面为第i+1贴片面；执行S03至S05；

S08：测量第i+1贴片面与基准面的垂直度；与第i贴片面之间的夹角角度；测量第i+1贴片面交点余量；

S09：重复执行S03至S05，直至第i+1贴片面尺寸达到设计要求且S08中参数达到预设数值。

S10：继续执行S07至S09，直至完成腔体所有贴片面的加工。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：

在S02中，沿第i贴片面的长度方向上对称粘贴两辅助块之前，将第i贴片面倒置于支撑平台上且所述支撑平台的面积大于第i贴片面和两辅助块面积之和。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：

在S01中，测量腔体立面相对高度得到第一相对高度时，至少测量四个边缘点，确定不同边缘点的加工余量。

5.根据权利要求4所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：

在S03中，加工不同边缘点周围的区域时，选定一边缘点为待加工边缘点，调整第i贴片面的倾斜方向，以暴露待加工边缘点。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：

在S04中，研磨第i贴片面时，在经过修磨的研磨盘上加包含有散粒磨料研磨液均匀研磨该贴片面。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于被动式激光陀螺仪陀螺腔体的精密研磨抛光方法，其特征在于：所述陀螺腔体外形尺寸为外形360mm×360mm×50mm，加工立面高度509mm，四个贴片面尺寸为84.84mm×50mm；贴片面孔口倒角到Φ27mm区域内表面疵病等级B＝II，N＝0.3，ΔN＝0.1；互相垂直的两条光路孔轴线交点到贴片面距离≦0.015mm；每相邻两个贴片面间90°夹角精度为±3″；四个贴片面与基准面垂直度不大于3″。

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