CN114130623B - 一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件新型装配方法 - Google Patents

一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件新型装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，步骤为：1、预制粘接用的胶膜：制作的胶膜厚度均匀一致、胶膜的形状匹配于摆部件与两侧力矩线圈的设定的粘接面形状；制作的胶膜在常温环境下粘度低，而在中高温情况下，粘度提高，固化且形状稳定；2、将两块胶膜分别同心覆在左右两力矩器线圈骨架的内侧，然后将左右两力矩器线圈骨架分别与石英摆片的两侧同心接触，通过带压力传感器的摆部件粘接工装将石英摆片、两个力矩器线圈骨架，施加一定压力合在一起；3、将步骤2压合在一起的工装及工件整体放置到温箱，通过加温将胶膜固化，使石英摆片与两侧力矩器线圈骨架粘接在一起；4、将工装及工件从温箱中取出，释放压合了后，将粘接在一起的工件从工装上取下。本发明提高了摆部件两侧粘接对称性。

Description

一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件新型装配方法
技术领域
本发明属于传感器装配技术领域，涉及石英挠性加速度计的核心部件——摆部件的粘接技术，具体涉及一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件新型装配方法。
背景技术
石英挠性加速度计是一种差动电容式高精度传感器，最早由美国森的斯坦公司于二十世纪七十年代研制成功，是目前国内惯性导航测量及制导系统普遍使用的结构最简单的高精度加速度计。
石英挠性加速度计由上导磁环部件、摆部件、下导磁环部件、连接环、隔离环、壳体等构成。其工作原理为：当没有加速度输入时，由摆片摆舌和力矩器线圈及骨架构成的检测质量处于中间的平衡位置。当有加速度输入时，检测质量由于惯性力偏离平衡位置，即差动电容的动极板位置发生变化，差动电容发生变化，差动电容检测电路将其转变为电信号输出。该电信号通过伺服放大器转换为相应的电流信号，输入到力矩器线圈，力矩器线圈在气隙磁场中受到电磁力，使检测质量重新回到平衡位置。力矩器线圈中电流的大小与输入加速度的大小相关，通过检测力矩器线圈中的电流大小，即可以得到输入加速度的大小。
石英挠性加速度计最为核心的敏感部件为摆部件，一般来讲由摆片两侧通过胶粘剂粘接力矩器线圈及骨架构成。其中，摆片材料为石英玻璃，线膨胀系数为5.4×10-7/℃；力矩器线圈骨架材料为硬铝或陶瓷材料，硬铝的线膨胀系数为23.2×10-6/℃，氧化铝陶瓷的线膨胀系数大约为7×10-6/℃。摆片和力矩器线圈骨架的热膨胀系数不匹配，当温度变化时，二者产生的热变形差作用在粘接胶层上，进而摆片受到由力矩器线圈骨架传递来的拉应力或压应力。当摆部件两侧线圈粘接不对称时，摆片两侧受到的应力作用不同，将改变加速度计摆部件的机械零位，导致弹性恢复角的变化，从而影响加速度计偏值的稳定性。当胶层受到拉应力或压应力，随着时间推移，胶层会发生蠕变，从而导致线圈相对于摆片的位置发生变化，即加速度计的摆性发生变化，从而影响加速度计标度因数的稳定性。
因此，一般石英挠性加速度计对摆部件粘接工艺提出了极高的要求：要求两侧粘接从粘接厚度、面积、位置、粘接剂用量、粘接质量及强度都严格的对称。但限于手工涂微量胶粘剂很难保证用量一致性和涂抹的均匀性；一般胶粘剂粘接浸润性的要求，都具有流动性，特别是加温后胶粘剂流动更剧烈；以及固化过程中施加压力将造成部分孔洞以及两边厚度不一致等，都造成很难保证极高的粘接对称要求，往往会影响加速度计长期稳定性以及偏值温度系数偏大等。
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种可提高摆部件两侧粘接对称性，进而可提高石英挠性加速度计长期稳定性及温度相关性能的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件新型装配方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:
一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、预制粘接用的胶膜：制作的胶膜厚度均匀一致、胶膜的形状匹配于摆部件与两侧力矩线圈的设定的粘接面形状；制作的胶膜在常温环境下粘度低，而在中高温情况下，粘度提高，固化且形状稳定；
步骤2、将两块胶膜分别同心覆在左右两力矩器线圈骨架的内侧，然后将左右两力矩器线圈骨架分别与石英摆片的两侧同心接触，通过带压力传感器的摆部件粘接工装将石英摆片、两个力矩器线圈骨架，施加一定压力合在一起；
步骤3、将步骤2压合在一起的工装及工件整体放置到温箱，通过加温将胶膜固化，使石英摆片与两侧力矩器线圈骨架粘接在一起；
步骤4、将工装及工件从温箱中取出，释放压合了后，将粘接在一起的工件工工装上取下来。
进一步的：步骤1中，预制胶膜的步骤包括：
步骤1.1、进行胶膜原材料选择，原料采用环氧树脂类热熔胶；
步骤1.2、将原胶与丙酮溶剂进行混合稀释，形成混合液；
步骤1.3、将混合液滴流在旋涂机的转盘上，通过控制转盘的转速与旋转时间制作设定厚度的胶膜，其中，旋涂机上的转盘及接料盘均采用聚四氟乙烯材料制成。
步骤1.4、根据摆部件粘接面的形状裁剪出满足摆部件粘接要求的特定形状的胶膜。
更进一步的：原胶与丙酮溶剂的混合比例为：质量比3：7，混合温度为室温。
更进一步的：旋涂机的转盘旋转速度为4000转/min,旋转3分钟，制作的胶膜的厚度为0.1mm
进一步的：步骤2中，摆部件粘接工装施加在石英摆片及两个力矩器线圈骨架上的压力为1.5N-2N。
进一步的：步骤3中，采用温度阶梯升高的固化方式进行胶膜固化，具体为：先加热到80℃，保温0.5小时；然后升温到100℃，保温0.5小时，最后，升温到120℃，保温2小时；随炉冷却后取出。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明采用预制的设定厚度的胶膜粘接摆部件摆片与两侧的力矩器线圈骨架，由于预制的胶膜的厚度均匀一定，从而大幅度提高了摆部件两侧粘接对称性，进而可减轻粘接不对称带来的加速度计偏值等长期稳定性问题以及其温度系数偏大问题；
2、本发明所述装配方法易于装配操作，较之前对称涂抹胶粘剂的方法极大降低工人装配难度，提高工作效率。
3、本发明中的预制的胶膜可以用于不同结构摆部件粘接，从而满足了石英挠性加速度计的需求。
附图说明
图1是石英挠性加速度计的摆部件示意图；
图2是摆部件粘接面示意图；
图3是本发明胶膜制备过程流程图；
图4是本发明通过旋涂机制备胶膜的过程示意图；
图5是本发明带压力传感器的摆部件粘接工装示意图；
图6是本发明胶膜固化参数选择框图；
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
图1是石英挠性加速度计的摆部件示意图，摆部件包括：一个石英摆片1、两个力矩器线圈2、两个力矩器线圈骨架3。力矩线圈2和线圈骨架3成对使用、同轴镜像安装，通过胶膜4与石英摆片1对称固连在一起。
图2是摆部件粘接面示意图，本例中胶膜4为圆环状，胶膜为预制定型膜，胶膜4先安装于线圈骨架3上，所述胶膜中心有通孔，与石英摆片1的中心通孔位置相对应；然后通过带压力传感器的摆部件粘接工装(见图5)将石英摆片1、两个力矩器线圈骨架3，施加一定压力合在一起，最后整体进入温箱将胶膜固化。
图3是胶膜预制过程流程图。首先，进行胶膜原材料选择，本技术方案中，预制胶膜的使用特点为：室温下可以装配操作(具有不粘手的特点)，中高温(80-120℃)固化，固化后可以很好保持形状。根据胶膜使用特点，选择环氧树脂类热熔胶作为预制胶膜的原胶，比如，采用航材院产品SY24，其次，将原胶与丙酮溶剂进行混合稀释，质量比约为3:7，，混合稀释的温度为室温，混合稀释后的混合液粘度较低，为水溶液状态；将混合液通过滴管滴流在旋涂机的转盘上，通过控制转盘的转速与旋转时间制作设定厚度的胶膜，制膜过程见图4。旋涂机可采用市面上常见的旋涂机，针对本胶膜的制作，其中，旋涂机上的转盘及接料盘均采用聚四氟乙烯材料制成，因聚四氟乙烯材料不粘胶，便于将制备好的胶膜取下及清理接料盘。本例中旋涂机选择4000转/min,旋转3分钟左右即可制作0.1mm左右厚的胶膜，各参数通过不断试验摸索得出。最后，根据摆部件粘接面的形状通过检测模具或手剪裁剪出满足摆部件粘接要求的特定形状的胶膜。
图5是带压力传感器的摆部件粘接工装，该工装使用相对设置的两阶梯状的定位圆柱106和107进行力矩器线圈定位，使用装置底座108上的V型定位槽进行定位圆柱和摆片定位，左端的侧立板101上装有压力传感器102，通过连接测试仪103表进行固化压力在线测量，右端的侧立板104上装有弹簧柱塞105，施加并调整固化压力。本装置实现了在粘接时对固化压力进行在线测量，从而保证了摆部件粘接过程中固化压力的精确性和一致性，从而提高了摆部件粘接的精确性、可靠性和一致性。
图6是胶膜固化参数选择框图。首先，测定所选择的环氧热熔胶的玻璃化转变温度点，据此选择合适固化温度(略大于玻璃化转变温度点)，本例为了更好保持固化后胶膜形状选择阶梯固化(80℃-100℃-120℃)，其中，在升温到80℃，保温时间为0.5小时；升温到100℃，保温时间为0.5小时，升温到120℃，保温时间为2小时，因胶粘剂粘度随着固化温度增加大大降低，固化温度过高胶膜容易在固化反应前产生变形，而采用阶梯预固化可以在胶膜粘度大大降低前进行预反应，进而较好保持固化后胶膜的形状；其次选择固化压力(即上述粘结工装时间在工件上的压力)，一定固化压力可以保证粘接强度，本例中选择2N的固化压力，固化后测量石英摆片与力矩器线圈骨架粘接的剪切力大约为10Mpa，胶膜厚度实测值为0.095-0.105毫米间，远满足实际产品使用要求；如果固化压力大于2N，发现胶膜形状会发生部分改变，因此一般选择1.5N到2N的固化压力。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、预制粘接用的胶膜：制作的胶膜厚度均匀一致、胶膜的形状匹配于摆部件与两侧力矩线圈的设定的粘接面形状；制作的胶膜在常温环境下粘度低，而在中高温情况下，粘度提高，固化且形状稳定；
步骤2、将两块胶膜分别同心覆在左右两力矩器线圈骨架的内侧，然后将左右两力矩器线圈骨架分别与石英摆片的两侧同心接触，通过带压力传感器的摆部件粘接工装将石英摆片、两个力矩器线圈骨架，施加一定压力合在一起；
步骤3、将步骤2压合在一起的工装及工件整体放置到温箱，通过加温将胶膜固化，使石英摆片与两侧力矩器线圈骨架粘接在一起；
步骤4、将工装及工件从温箱中取出，释放压合了后，将粘接在一起的工件从工装上取下。
2.根据权利要求1所述的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：进一步的：步骤1中，预制胶膜的步骤包括：
步骤1.1、进行胶膜原材料选择，原料采用环氧树脂类热熔胶；
步骤1.2、将原胶与丙酮溶剂进行混合稀释，形成混合液；
步骤1.3、将混合液滴流在旋涂机的转盘上，通过控制转盘的转速与旋转时间制作设定厚度的胶膜，其中，旋涂机上的转盘及接料盘均采用聚四氟乙烯材料制成；
步骤1.4、根据摆部件粘接面的形状裁剪出满足摆部件粘接要求的特定形状的胶膜。
3.根据权利要求2所述的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：原胶与丙酮溶剂的混合比例为：质量比3：7，混合温度为室温。
4.根据权利要求2所述的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：旋涂机的转盘旋转速度为4000转/min,旋转3分钟，制作的胶膜的厚度为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：步骤2中，摆部件粘接工装施加在石英摆片及两个力矩器线圈骨架上的压力为1.5N-2N。
6.根据权利要求1所述的基于胶膜粘接的石英挠性加速度计摆部件装配方法，其特征在于：步骤3中，采用温度阶梯升高的固化方式进行胶膜固化，具体为：先加热到80℃，保温0.5小时；然后升温到100℃，保温0.5小时，最后，升温到120℃，保温2小时后随炉冷却取出。
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