CN114136338B - 一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置及方法，装置包括基板、电极支撑架、方形调整块、谐振子夹头；电极支撑架为由两平行立边和上横边构成的门型支架，电极支撑架固装在基板上端；调整块以沿X、Y和Z轴三个方向可调节的方式固定于基板上端，并置于电极支撑架的内部；电极支撑架上横边的中部为电极基座安装位，用于固定安装电极基座，在电极基座安装位的中心位置设置有通孔；谐振子夹头穿过所述通孔，其下端与调整块的上端固定连接，使卡装在谐振子夹头上端部的半球谐振子以间隙配合的方式设置于电极基座的外部。本发明可保证装配后谐振子与激励基座的刚性稳定、能够有效提升修调测试一致性以及准确度。

Description

一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置及方法

技术领域

本发明属于哥氏振动陀螺技术领域，特别涉及一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置。

背景技术

石英半球谐振陀螺是一种新型惯性级固体波动陀螺，是目前世界上精度最高的固体波动陀螺，其最高精度可达0.0001°/h以内，被认为是二十一世纪最具潜力的高性能陀螺之一。半球谐振陀螺由谐振子和激励电极等部件组成，其工作原理为激励电极通过静电力对谐振子进行激励，并通过电容检测技术实现谐振子振动检测，基于科里奥利效应实现角度或角速度解算。半球谐振陀螺核心部件为石英半球谐振子，谐振子的加工制造误差直接决定陀螺最终性能。由于加工过程中不可避免的存在加工工艺误差，其导致的质量平衡精度还达不到高精度陀螺的要求，需要对谐振子进行质量修调。

半球谐振子的90％以上的修调工作是在谐振子与激励电极组装之前完成的。修调过程，需要激励电极激励谐振子振动在工作模态，并检测谐振子振动状态，从而解算不平衡质量的大小及分布。为此修调过程需要将谐振子与激励电极进行一定精度的组装，保证谐振子与电极间测间隙小于0.2mm，且间隙分布均匀。

目前国内已报道的半球谐振子组装测试装置，大多采用三轴位移台方案，该方案缺点为体积大，谐振子组装刚度差，且由于位移台的弹性滑轨的存在，导致组装后谐振子与电极的间隙一致性很难保证，导致修调测试结果一致性差。基于此，本发明提出了一种无需位移台的组装方案，有效提升了修调测试一致性以及准确度。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种可保证装配后谐振子与激励基座的刚性稳定、能够有效提升修调测试一致性以及准确度的无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置及方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:

一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置，其特征在于：包括基板、电极支撑架、方形调整块、谐振子夹头；

所述电极支撑架为由两平行立边和上横边构成的门型支架，所述电极支撑架固定安装在基板上端；所述调整块以沿X、Y和Z轴三个方向可调节的方式固定于基板上端，并置于电极支撑架的内部；

所述电极支撑架上横边的中部为电极基座安装位，用于固定安装电极基座，在电极基座安装位的中心位置设置有通孔；所述谐振子夹头穿过所述通孔，其下端与调整块的上端固定连接，使卡装在谐振子夹头上端部的半球谐振子以间隙配合的方式设置于电极基座的外部。

进一步的：在方形调整块外部沿X轴方向的一侧设置有X向固定立板，在X向固定立板与方形调整块的对应侧面之间设置有X向卡位弹簧，在方形调整块外部沿X轴方向的另一侧设置有X向定位推板，X向定位推板为L形弯板，在X向定位推板的立边和横边上均设置有螺钉安装孔，通过安装螺钉，使X向定位推板及方形调整块整体沿X轴方向可调位式与基板上端固定连接，且使方形调整块与X向定位推板沿Z轴方向可调位式固定连接；在X向定位推板外侧设置有通过细牙螺纹连接于X向螺钉支架上的X向微调螺钉，X向微调螺钉通过球形端头与X向定位推板的外侧接触。

更进一步的：在方形调整块外部沿Y轴方向的一侧设置有Y向固定立板，在Y向固定立板与方形调整块的对应侧面之间设置有Y向卡位弹簧，在方形调整块外部沿Y轴方向的另一侧设置有Y向定位推板，Y向定位推板为L形弯板，在Y向定位推板的立边和横边上均设置有螺钉安装孔，通过安装螺钉，使Y向定位推板及方形调整块整体沿Y轴方向可调位式与基板上端固定连接，且使方形调整块与Y向定位推板沿Z轴方向可调位式固定连接；在Y向定位推板外侧设置有通过细牙螺纹连接于Y向螺钉支架上的Y向微调螺钉，Y向微调螺钉通过球形端头与Y向定位推板的外侧接触。

更进一步的：在基板上设置有Z向调整螺钉安装孔，在该安装孔内安装有Z向微调螺钉， Z向微调螺钉通过球形端头与方形调整块的底面顶压接触。

一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试方法，其特征在于：采用上述的组装测试装置，包括如下步骤：

S1.、再组装测试装置组装完成后，先将电极基座粘接或通过螺钉连接方式固定在电极支撑架上的电极基座安装位，然后将半球谐振子的中心轴轴下端部插固到谐振子夹头的夹持孔内，使半球谐振子与电极基座Z向间隙为3-5mm；

S2、进行X向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉，并松开连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉后，扭动X向微调螺钉，实现谐振子X向调整；根据以下公式，可通过电容检测电路进行电极基座上X向相差180°的两电极与谐振子的间隙测量，

其中C为电极与谐振子间测得的电容值，U为电极与谐振子间的电压，d为电极与谐振子间的间隙；

扭动X向微调螺钉，并同时测试电极基座上X方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等；

S3、进行Y向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉，并松开连接X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉后，扭动Y向微调螺钉，并同时测试电极基座上Y方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等；

S4、进行Z向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉，并松开连接 X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉后；扭动Z向微调螺钉，并同时测试任一电极与谐振子间电容值，直至电容值对应间隙达到预定值。

S5、拧紧所有紧固螺钉，完成半球谐振子与电极基座之间在X、Y和Z轴三个方向的间隙调整。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明将电极基座固定在位置不动的电极支撑架和基板上，将半球谐振子通过谐振子夹头固定在方形调整块上，方形调整块可进行X向、Y向和Z向，从而实现电极基座与半球谐振子在X向、Y向和Z向三个方形的间隙调整。本发明无需位移台，采用螺钉刚性紧固以及微调螺钉调节方式，保证了装配后谐振子与激励基座的刚性稳定，减小了修调过程工装姿态以及温度对装配间隙的影响，有效提升了修调测试一致性以及准确度。

附图说明

图1是本发明的组装测试装置的正视图；

图2是图1的A-A剖视图。

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。

一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置，如图1和2所示，该组装测试装置用于调整和定位半球谐振子1和电极基座2之间在X向、Y向和Z向三个方向的间隙，主要包括

谐振子夹头3、方形调整块4、X向定位推板5、紧固螺钉6、11、16、17、X向微调螺钉7、Z向微调螺钉8、电极支撑架9、Y向定位推板10、Y向微调螺钉12、基板13、X向卡位弹簧14、Y向卡位弹簧15、X向固定立板18和Y向固定立板19等零部件组成。

整套装置由基板承载，半球谐振子通过谐振子夹头与方形调整块刚性连接，其中，谐振子夹头采用孔壁上设置有开口的弹性夹头结构。电极基座通过电极支撑架与基板刚性连接。

其中，电极支撑架为由两平行立边和上横边构成的门型支架，在电极支撑架上横边的中部为电极基座安装位，可通过粘接或通过螺钉连接等方式将电极基座固定在电极支撑架上。

方形调整块带动半球谐振子可实现X、Y、Z三个方向的移动，具体分别由对应方向的微调螺旋7、8、12以及对应方向的定位推板5、10(Z轴方向调整不需要配合定位推板)配合调整，实现谐振子的X、Y、Z三个方向的位移调整，继而可调整谐振子与电极基座的组装间隙配合，继而可调整谐振子与电极基座的组装间隙配合。

X向定位推板5和Y向定位推板10的横边上的螺钉安装孔直径较对应螺钉大1-2mm，保证调整块4在X、Y方向有调整空间。X向定位推板5和Y向定位推板10的立边上的螺钉安装孔直径较对应螺钉大或采用竖向长孔。

X向卡位弹簧14和Y向卡位弹簧15用于保证方形调整块4的卡位，防止其脱离定位推板。

本发明进一步公开了上述半球谐振子修调组装装置的电极间隙调整方法，该方法按如下步骤进行：

S1.按照图1所示组装各个零部件，预留半球谐振子和电极基座Z向间隙3-5mm；

S2.拧紧紧固螺钉6和16，松开紧固螺钉11和17，扭动X向微调螺钉7实现谐振子X向调整。根据以下公式，可通过电容检测电路进行电极基座2上X向相差180°的两电极与谐振子的间隙测量，

其中C为电极与谐振子间测得的电容值，U为电极与谐振子间的电压，d为电极与谐振子间的间隙。

扭动X向微调螺钉7，并同时测试电极基座2上X方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等。

S3.拧紧紧固螺钉11和17，松开紧固螺钉6和16，扭动Y向微调螺钉12，并同时测试电极基座2上Y方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等。

S4.拧紧紧固螺钉16和17，松开紧固螺钉6和11，扭动Z向微调螺钉8，并同时测试任一电极与谐振子间电容值，直至电容值对应间隙达到预定值。

S5.拧紧所有紧固螺钉，完成半球谐振子与电极基座之间在X、Y和Z轴三个方向的间隙调整。

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 (3)

1.一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置，其特征在于：包括基板、电极支撑架、方形调整块、谐振子夹头；

所述电极支撑架为由两平行立边和上横边构成的门型支架，所述电极支撑架固定安装在基板上端；所述调整块以沿X、Y和Z轴三个方向可调节的方式固定于基板上端，并置于电极支撑架的内部；

所述电极支撑架上横边的中部为电极基座安装位，用于固定安装电极基座，在电极基座安装位的中心位置设置有通孔；所述谐振子夹头穿过所述通孔，其下端与调整块的上端固定连接，使卡装在谐振子夹头上端部的半球谐振子以间隙配合的方式设置于电极基座的外部；在方形调整块外部沿X轴方向的一侧设置有X向固定立板，在X向固定立板与方形调整块的对应侧面之间设置有X向卡位弹簧，在方形调整块外部沿X轴方向的另一侧设置有X向定位推板，X向定位推板为L形弯板，在X向定位推板的立边和横边上均设置有螺钉安装孔，通过安装螺钉，使X向定位推板及方形调整块整体沿X轴方向可调位式与基板上端固定连接，且使方形调整块与X向定位推板沿Z轴方向可调位式固定连接；在X向定位推板外侧设置有通过细牙螺纹连接于X向螺钉支架上的X向微调螺钉，X向微调螺钉通过球形端头与X向定位推板的外侧接触；

在方形调整块外部沿Y轴方向的一侧设置有Y向固定立板，在Y向固定立板与方形调整块的对应侧面之间设置有Y向卡位弹簧，在方形调整块外部沿Y轴方向的另一侧设置有Y向定位推板，Y向定位推板为L形弯板，在Y向定位推板的立边和横边上均设置有螺钉安装孔，通过安装螺钉，使Y向定位推板及方形调整块整体沿Y轴方向可调位式与基板上端固定连接，且使方形调整块与Y向定位推板沿Z轴方向可调位式固定连接；在Y向定位推板外侧设置有通过细牙螺纹连接于Y向螺钉支架上的Y向微调螺钉，Y向微调螺钉通过球形端头与Y向定位推板的外侧接触。

2.根据权利要求1所述的无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置，其特征在于：在基板上设置有Z向调整螺钉安装孔，在该安装孔内安装有Z向微调螺钉，Z向微调螺钉通过球形端头与方形调整块的底面顶压接触。

3.一种无需位移台的半球谐振子修调用组装测试方法，其特征在于：采用权利要求2所述的无需位移台的半球谐振子修调用组装测试装置，包括如下步骤：

S1、在组装测试装置组装完成后，先将电极基座粘接或通过螺钉连接方式固定在电极支撑架上的电极基座安装位，然后将半球谐振子的中心轴轴下端部插固到谐振子夹头的夹持孔内，使半球谐振子与电极基座Z向间隙为3-5mm；

S2、进行X向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉，并松开连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉后，扭动X向微调螺钉，实现谐振子X向调整；根据以下公式，通过电容检测电路进行电极基座上X向相差180°的两电极与谐振子的间隙测量，

其中C为电极与谐振子间测得的电容值，U为电极与谐振子间的电压，d为电极与谐振子间的间隙；

扭动X向微调螺钉，并同时测试电极基座上X方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等；

S3、进行Y向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉，并松开连接X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉后，扭动Y向微调螺钉，并同时测试电极基座上Y方向相差180°的两电极与谐振子间的电容值，直至两电容值相等；

S4、进行Z向间隙调节：

在拧紧连接X向定位推板与基板的螺钉及连接Y向定位推板与基板的螺钉，并松开连接X向定位推板与方形调整块的螺钉及连接Y向定位推板与方形调整块的螺钉后；扭动Z向微调螺钉，并同时测试任一电极与谐振子间电容值，直至电容值对应间隙达到预定值；

S5、拧紧所有紧固螺钉，完成半球谐振子与电极基座之间在X、Y和Z轴三个方向的间隙调整。

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