CN114193145A - 一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，包括：相对设置的两个多自由度高精度位移台，分别用于安装石英基座和半球谐振子；激光检测装置，用于检测所述石英基座和半球谐振子的轮廓特征；电容检测装置，用于检测所述石英基座和半球谐振子之间N个电极对的电容值；工控机，与所述激光检测装置和电容检测装置以及多自由度高精度位移台通信连接；在粗调阶段，所述工控机根据所述石英基座和半球谐振子的轮廓特征调整所述多自由度高精度位移台；在微调阶段，所述工控机根据各电极对的电容值调整所述多自由度高精度位移台。本发明基于激光和电容检测，解决了两套件结构的石英半球谐振陀螺亚微米级精密装配问题。
Description
技术领域
本发明涉及半球陀螺精密装配机械设备技术领域，特别涉及一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备。
背景技术
半球谐振陀螺是一种固体振动陀螺，其一般的结构形式可以分为三套件结构和两套件结构。三套件结构半球谐振陀螺主体结构由激励罩、半球谐振子、检测基座组成，两套件结构是在三套件结构的基础上，将激励罩和检测基座设计为一体结构。两种结构形式中半球谐振子均为核心敏感元件，除了主体零部件本身的加工精度外，沿半球谐振子周向、轴向的装配精度也极大的决定了半球谐振陀螺最终的性能指标。
半球谐振陀螺的装配要求是使主体零部件的形心和质心多心一线，由于半球谐振陀螺主体零部件由透明的石英材料制成，且主体零部件结构包含球形几何特征，这些特点使得半球谐振陀螺在装配过程中亚微米级装配尺寸的实时检测和控制遇到极大挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，基于激光和电容检测，解决两套件结构的石英半球谐振陀螺亚微米级精密装配问题。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，包括：
相对设置的两个多自由度高精度位移台，分别用于安装石英基座和半球谐振子；
激光检测装置，用于检测所述石英基座和所述半球谐振子的轮廓特征；
电容检测装置，用于检测所述石英基座和所述半球谐振子之间N个电极对的电容值；
工控机，与所述激光检测装置和所述电容检测装置以及所述多自由度高精度位移台通信连接；
在粗调阶段，所述工控机根据所述石英基座和所述半球谐振子的轮廓特征调整所述多自由度高精度位移台；
在微调阶段，所述工控机根据各电极对的电容值调整所述多自由度高精度位移台。
进一步的，所述激光检测装置采用点阵式激光。
进一步的，所述激光检测装置检测所述石英基座上沿以及所述半球谐振子唇沿处的轮廓特征。
进一步的，在粗调阶段，所述工控机根据所述石英基座上沿以及所述半球谐振子唇沿处的轮廓特征，计算所述石英基座和所述半球谐振子的球心坐标以及边沿几何特征的位置，进而调整所述多自由度高精度位移台，直至所述石英基座和所述半球谐振子的相对位置调整到预设范围内。
进一步的，所述石英基座上预先刻有N个均匀分布的金属电极，所述半球谐振子的内球面预先涂覆有金属镀层，在微调阶段，N个金属电极与所述半球谐振子的内球面的金属镀层构成N个电极对。
进一步的，在微调阶段，所述工控机根据各电极对的电容值，计算任意两个电极对之间的差值，进而调整所述多自由度高精度位移台，直至任意两个电极对之间的差值都在预设范围内。
进一步的，所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，还包括柔性夹具，所述石英基座和所述半球谐振子分别采用所述柔性夹具安装在所述多自由度高精度位移台上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明首先采用激光检测装置检测石英基座和半球谐振子的位姿，由工控机控制多自由度高精度位移台调整石英基座和半球谐振子的相对位置，进行粗调，然后采用电容检测装置检测石英基座和半球谐振子之间分布电容，由工控机控制多自由度高精度位移台调整石英基座和半球谐振子的相对位置，进行微调，由此，可实现两套件结构半球谐振陀螺的精密装配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明一实施例提供的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备的结构示意图；
图2为两套件结构半球谐振陀螺核心零件几何特征的示意图；
图3为本发明一实施例提供的激光检测原理图；
图4为本发明一实施例提供的电容检测原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
半球谐振陀螺精密装配要解决的主要问题是使主体零部件的形心和质心多心一线。针对两套件结构半球谐振陀螺，本发明提出的半球谐振陀螺精密装配设备基于激光粗检粗调、电容精检微调的总体设计思想，如图1所示，包括相对设置的两个多自由度高精度位移台100、激光检测装置200、电容检测装置300以及工控机400。石英基座A和半球谐振子B安装在两个多自由度高精度位移台100上，可通过调整多自由度高精度位移台100来调整石英基座A和半球谐振子B的位姿，两个多自由度高精度位移台100安装在支架500上。激光检测装置200用于检测所述石英基座A和半球谐振子B的轮廓特征；电容检测装置300用于检测所述石英基座A和半球谐振子B之间N个电极对的电容值；工控机400与所述激光检测装置200和电容检测装置300以及多自由度高精度位移台100通信连接，激光检测装置200和电容检测装置300的实时检测数据由工控机400统一处理，协同多自由度高精度位移台100，控制石英基座A与半球谐振子B的姿态。在粗调阶段，所述工控机400根据所述石英基座A和半球谐振子B的轮廓特征调整所述多自由度高精度位移台100；在微调阶段，所述工控机400根据各电极对的电容值调整所述多自由度高精度位移台100。
在使用时，设备首先为激光粗检粗调模式。
所述激光检测装置200可以采用点阵式激光。检测所述石英基座A上沿以及所述半球谐振子B唇沿处的轮廓特征，如图1所示，也可以提取其它具有明显零件几何特征的位置的轮廓特征。激光检测实现特征提取的原理如图2所示，通过向零件发射激光，接收反射激光，点阵激光源扫描，提取零件轮廓特征。所述激光检测装置200将检测的轮廓特征反馈给工控机400，所述工控机400可据此计算所述石英基座A和半球谐振子B的球心坐标以及边沿几何特征的位置，进而调整所述多自由度高精度位移台100，直至所述石英基座A和半球谐振子B的相对位置调整到预设范围内，所述预设范围例如可以是所述石英基座A和半球谐振子B的位姿的相对误差值(x，y，z，Θx，Θy，Θz)小于(2μm，2μm，5μm，0.005°，0.005°，1°)。
当所述石英基座A和半球谐振子B的位姿调整到此范围后，设备切换为电容精检微调模式。
电容检测的原理如图3所示，石英基座A上刻有均匀布置的N个金属电极，半球谐振子B内球面涂覆有金属镀层，这样内球面电极与石英基座A上的均布电极构成分布电容。电容检测装置300的一端连接所述内球面电极，另一端连接N个金属电极，每个金属电极与所述内球面电极构成一个电极对，电容检测装置300检测出每对电极对的电容值，并反馈给工控机400，所述工控机400可据此计算得到任意两个电极对的电容值的差值，进而调整所述多自由度高精度位移台100(即微调石英基座A与半球谐振子B的相对位置)，直至任意两个电极对之间的差值都在预设范围内，所述预设范围例如可以是差值都小于3.5～4Pf。
利用本发明所提供的设备装配两套件结构半球谐振陀螺的精密装配过程如下：如图1所示，首先，将半球谐振子B和石英基座A通过柔性夹具600分别安装在各自的多自由度高精度位移台100上；然后，通过激光检测装置200检测石英基座A与半球谐振子B的位置姿态，半球谐振子B与石英基座A的相对姿态有三种模式，分别为同轴倾斜、不同轴不倾斜、不同轴倾斜，通过检测的位姿信息，工控机400控制两台多自由度高精度位移台100实现同轴不倾斜的装配要求，并将两个零件的Z向位置调节至电容检测微调区间内；最后，设备切换装配模式为精检微调模式，通过电容检测装置300检测各电极对之间电容，反馈至工控机400，调整两台多自由度高精度位移台100，当分布电容差值达到设计要求时，即完成了两套件结构半球谐振陀螺的精密装配。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (7)
1.一种基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，包括：
相对设置的两个多自由度高精度位移台，分别用于安装石英基座和半球谐振子；
激光检测装置，用于检测所述石英基座和所述半球谐振子的轮廓特征；
电容检测装置，用于检测所述石英基座和所述半球谐振子之间N个电极对的电容值；
工控机，与所述激光检测装置和所述电容检测装置以及所述多自由度高精度位移台通信连接；
在粗调阶段，所述工控机根据所述石英基座和所述半球谐振子的轮廓特征调整所述多自由度高精度位移台；
在微调阶段，所述工控机根据各电极对的电容值调整所述多自由度高精度位移台。
2.如权利要求1所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，所述激光检测装置采用点阵式激光。
3.如权利要求1所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，所述激光检测装置检测所述石英基座上沿以及所述半球谐振子唇沿处的轮廓特征。
4.如权利要求3所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，在粗调阶段，所述工控机根据所述石英基座上沿以及所述半球谐振子唇沿处的轮廓特征，计算所述石英基座和所述半球谐振子的球心坐标以及边沿几何特征的位置，进而调整所述多自由度高精度位移台，直至所述石英基座和所述半球谐振子的相对位置调整到预设范围内。
5.如权利要求1所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，所述石英基座上预先刻有N个均匀分布的金属电极，所述半球谐振子的内球面预先涂覆有金属镀层，在微调阶段，N个金属电极与所述半球谐振子的内球面的金属镀层构成N个电极对。
6.如权利要求1所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，在微调阶段，所述工控机根据各电极对的电容值，计算任意两个电极对之间的差值，进而调整所述多自由度高精度位移台，直至任意两个电极对之间的差值都在预设范围内。
7.如权利要求1所述的基于光电复合的振动陀螺精密装调设备，其特征在于，还包括柔性夹具，所述石英基座和所述半球谐振子分别采用所述柔性夹具安装在所述多自由度高精度位移台上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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