CN114227451B - 一种半球谐振子的质量修调方法 - Google Patents

一种半球谐振子的质量修调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半球谐振子的质量修调方法，包括：通过扫频测试确认需进行质量修调的半球谐振子主轴和频差Δf，通过仿真计算确认所需理论去除质量Δm总；称量谐振子质量m0；将谐振子外支撑杆装夹在可旋转操作台上；对谐振子的质量进行粗修；对谐振子的质量进行精修；对谐振子低频轴对应的第一方位、第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量进行修调，使得各方位处的实际修调去除量均为
Figure DDA0003362710840000011
并将谐振子取下清理后烘干；测量谐振子频差，直至频差达到设定的目标值。本发明不仅对人和环境友好，不需要配套昂贵的设备，降低生产成本，而且操作简单灵活，修调周期短、效率高，并不会影响谐振子品质因数，且兼顾了修调精度，能有效降低谐振子频差。

Description

一种半球谐振子的质量修调方法
技术领域
本发明涉及振动陀螺技术领域，尤其涉及一种半球谐振子的质量修调方法。
背景技术
正如大家所知晓地，半球谐振陀螺是一种基于哥氏振动原理的新型固体振动陀螺，具有零部件数量少、精度高、寿命长等诸多优点，是国内外惯性器件领域的研究热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心器件之一，一般采用高品质因数的熔融石英加工而成。理论上，半球谐振子各向同性和对称性越高，陀螺稳定性、重复性等关键指标越好。然而，受材料不均匀、加工工艺等因素的影响，实际加工的半球谐振子与理想的谐振子之间不可避免地存在着偏差，导致了谐振子的频差差异(频差)，这种差异越大，半球谐振陀螺精度越低。
为修正频差差异，需要采用修调工艺去除谐振子的局部质量，修正谐振子的表面质量分布，使谐振子尽量达到理想的状态。目前，谐振子的质量修调方法主要有化学腐蚀、机械去重、激光烧蚀、离子束刻蚀等，这些修调方法各有特点。学腐蚀方法去除效率高，无二次损伤，但每次腐蚀均需要对不腐蚀位置进行保护，操作要求高，根据腐蚀时间计算的去除量与实际去除量也存在差异，且腐蚀液主要为氢氟酸，对环境和操作人员危害大。机械去重精度不高，且会增加谐振子损伤层，使谐振子的品质因数降低。激光烧蚀同样会增加谐振子损伤层，影响谐振子品质因数，且成本较高、操作复杂。离子束刻蚀为原子量级的无损伤去除，精度高，但配套设备非常昂贵，修调效率很低。
寻求一种不仅可有效降低谐振子的频差差异，而且不降低谐振子品质因数，又能够保持一定修调效率和精度的半球谐振子之质量修调方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种半球谐振子的质量修调方法。
发明内容
本发明之目的是针对现有技术中，传统谐振子的质量修调方法中，化学腐蚀、机械去重、激光烧蚀、离子束刻蚀等存在操作要求高、环境不友好，影响谐振子品质因数，及成本高、效率低等缺陷提供一种半球谐振子的质量修调方法。
为实现本发明之目的，本发明提供一种半球谐振子的质量修调方法，所述半球谐振子的质量修调方法，包括：
执行步骤S1：通过扫频测试确认需进行质量修调的半球谐振子主轴和频差Δf，通过仿真计算确认所需理论去除质量Δm总，并在谐振子低频轴对应的四个方位上做出标记；
执行步骤S2：使用精度等级≤1μg的分析天平称量谐振子质量m0；
执行步骤S3：将谐振子外支撑杆装夹在可旋转操作台上；
执行步骤S4：对谐振子的质量进行粗修；
执行步骤S5：将谐振子取下清理后，称重并进行多次粗修至预设范围；
执行步骤S6：对谐振子的质量进行精修；
执行步骤S7：将谐振子取下清理后，称重并进行多次精修至预设范围；
执行步骤S8：重复执行步骤S3～步骤S7，对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量修调至预设范围，再将谐振子取下清理后烘干；
执行步骤S9：测量谐振子频差，若达到设定的目标值，则停止修调；否则，重复执行步骤S1～步骤S8，直至频差达到设定的目标值。
可选地，采用金刚石磨头对所述谐振子的质量进行粗修。
可选地，所述金刚石磨头的金刚石粒度为W10～W28。
可选地，采用具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉对所述谐振子的质量进行精修。
可选地，所述金刚石磨头、羊毛磨头或脱脂棉签的直径Φ均为1～3mm。
可选地，所述步骤S5具体为：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1a，计算去除量Δm1a＝m0-m1a，若
Figure BDA0003362710820000031
则停止粗修；否则，重复执行步骤S3和步骤S4，直至
Figure BDA0003362710820000032
可选地，所述步骤S7具体为：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1b，计算第一方位处实际修调去除量Δm1实＝m0-m1b，若
Figure BDA0003362710820000033
则停止精修；否则，重复执行步骤S3和步骤S6，直至
Figure BDA0003362710820000034
可选地，所述步骤S8具体为：对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量进行修调，使得各方位处的实际修调去除量Δm2实、Δm3实、Δm4实均为
Figure BDA0003362710820000035
综上所述，本发明半球谐振子的质量修调方法，通过依次采用金刚石磨头和具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉对待质量修调的位置进行打磨，不仅对人和环境友好，不需要配套昂贵的设备，降低生产成本，而且操作简单灵活，修调周期短、效率高，并不会影响谐振子品质因数，且兼顾了修调精度，能有效降低谐振子频差。
附图说明
图1所示为本发明半球谐振子的质量修调方法之流程图；
图2所示为半球谐振子结构示意图；
图3所示为谐振子低频轴对应的四个方位处需质量修调的位置示意图；
图4所示为半球谐振子装夹和打磨过程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，图1所示为本发明半球谐振子的质量修调方法之流程图。所述半球谐振子的质量修调方法，包括：
执行步骤S1：通过扫频测试确认需进行质量修调的半球谐振子主轴和频差Δf，通过仿真计算确认所需理论去除质量Δm总，并在谐振子低频轴对应的四个方位上做出标记；
执行步骤S2：使用精度等级≤1μg的分析天平称量谐振子质量m0；
执行步骤S3：将谐振子外支撑杆装夹在可旋转操作台上；
执行步骤S4：对谐振子的质量进行粗修；
执行步骤S5：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1a，计算去除量Δm1a＝m0-m1a，若
Figure BDA0003362710820000041
则停止粗修；否则，重复执行步骤S3和步骤S4，直至
Figure BDA0003362710820000042
执行步骤S6：对谐振子的质量进行精修；
执行步骤S7：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1b，计算第一方位处实际修调去除量Δm1实＝m0-m1b，若
Figure BDA0003362710820000043
则停止精修；否则，重复执行步骤S3和步骤S6，直至
Figure BDA0003362710820000051
执行步骤S8：重复执行步骤S3～步骤S7，对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量进行修调，使得各方位处的实际修调去除量Δm2实、Δm3实、Δm4实均为
Figure BDA0003362710820000052
并将谐振子取下清理后烘干；
执行步骤S9：测量谐振子频差，若达到设定的目标值，则停止修调；否则，重复执行步骤S1～步骤S8，直至频差达到设定的目标值。
在步骤S4中，对谐振子的质量进行粗修，优选地，采用金刚石磨头对所述谐振子进行粗修。在步骤S7中，对谐振子的质量进行精修，优选地，采用具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉进行精修。更具体地，所述金刚石磨头、羊毛磨头或脱脂棉签的直径Φ均为1～3mm。所述金刚石磨头的金刚石粒度为W10～W28。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式，对所述半球谐振子的质量修调方法及工作原理进行阐述。在具体实施方式中，所述半球谐振子的质量修调方法所采用的金刚石磨头、羊毛磨头或脱脂棉签的规格、质量数据，以及修调轮次等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。为了便于描述，在本发明中定义金刚石磨头和具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉为打磨工具3。
请参阅图2～图4，并结合参阅图1，图2所示为谐振子结构示意图。图3所示为谐振子低频轴对应的四个方位处需质量修调的位置示意图。图4所示为半球谐振子装夹和打磨过程示意图。所述谐振子1包括壳体10、设置在所述壳体10外侧的外支撑杆11，以及设置在所述壳体10内侧的内支撑杆12。所述半球谐振子的质量修调方法，包括：
执行步骤S1：通过扫频测试确认需进行质量修调的半球谐振子主轴和频差Δf，通过仿真计算确认所需理论去除质量Δm总，并在谐振子低频轴对应的四个方位上做出标记，分别为第一方位待修调处10a、第二方位待修调处10b、第三方位待修调处10c、第四方位待修调处10d；非限制性的列举，Δf＝1.3245Hz，Δm总＝0.051083g。
执行步骤S2：使用精度等级≤1μg的分析天平称量谐振子1的质量m0；非限制性的列举，m0＝6.872682g。
执行步骤S3：将谐振子1的外支撑杆11装夹在具有可旋转装夹装置21的操作台2上；
执行步骤S4：对谐振子1的质量进行粗修；例如，在对谐振子1的质量进行粗修时，采用手持直径Φ为2mm、粒度为W28的金刚石磨头对待质量修调的位置进行打磨，当粗修的质量去除量接近
Figure BDA0003362710820000061
时停止打磨。
执行步骤S5：将谐振子1取下清理后，称量谐振子质量m1a，计算去除量Δm1a＝m0-m1a，若
Figure BDA0003362710820000062
则停止粗修；否则，重复执行步骤S3和步骤S4，直至
Figure BDA0003362710820000063
执行步骤S6：对谐振子1的质量进行精修；例如，对谐振子1的质量进行精修时，采用具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉对待质量修调的位置进行打磨，当精修的质量去除量接近
Figure BDA0003362710820000064
时停止打磨。
执行步骤S7：将谐振子1取下清理后，称量谐振子1的质量m1b，计算第一方位处实际修调去除量Δm1实＝m0-m1b，若
Figure BDA0003362710820000065
则停止精修；否则，重复执行步骤S3和步骤S6，直至
Figure BDA0003362710820000066
执行步骤S8：重复执行步骤S3～步骤S7，对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量进行修调，使得各方位处的实际修调去除量Δm2实、Δm3实、Δm4实均为
Figure BDA0003362710820000071
并将谐振子取下清理后烘干，即完成第一轮次质量修调；非限制性地，例如采用本发明所述半球谐振子的质量修调方法经过第一轮次质量修调后的结果如表1所示。
执行步骤S9：测量谐振子频差，若达到设定的目标值，则停止修调；否则，重复执行步骤S1～步骤S8，直至频差达到设定的目标值。非限制性地，例如，在本实施例中，所述谐振子频次设定的目标值为0.02Hz，经过多轮次质量修调后谐振子频差测试结果如表2所示。
表1第一轮次质量修调的结果
Figure BDA0003362710820000072
表2多轮次质量修调后谐振子频差测试结果
修调轮次 初始值(修调前) 第一轮修调后 第二轮修调后 第三轮修调后
频差/Hz 1.3245 0.1589 0.025423 0.0174
由表2可知，经过三轮次修调后，谐振子频差即快速逼近并达到设定目标值要求。作为本领域技术人员，容易知晓地，所述谐振子质量修调的轮次受操作手法和诸多客观因素影响，实际修调结果与理论计算会存在偏差，且频差越小时越难以控制。
综上所述，本发明半球谐振子的质量修调方法，通过依次采用金刚石磨头和具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉对待质量修调的位置进行打磨，不仅对人和环境友好，不需要配套昂贵的设备，降低生产成本，而且操作简单灵活，修调周期短、效率高，并不会影响谐振子品质因数，且兼顾了修调精度，能有效降低谐振子频差。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (8)

1.一种半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述半球谐振子的质量修调方法，包括：
执行步骤S1：通过扫频测试确认需进行质量修调的半球谐振子主轴和频差Δf，通过仿真计算确认所需理论去除质量Δm总，并在谐振子低频轴对应的四个方位上做出标记；
执行步骤S2：使用精度等级≤1μg的分析天平称量谐振子质量m0；
执行步骤S3：将谐振子外支撑杆装夹在可旋转操作台上；
执行步骤S4：对谐振子的质量进行粗修；
执行步骤S5：将谐振子取下清理后，称重并进行多次粗修至预设范围；
执行步骤S6：对谐振子的质量进行精修；
执行步骤S7：将谐振子取下清理后，称重并进行多次精修至预设范围；
执行步骤S8：重复执行步骤S3～步骤S7，对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量修调至预设范围，再将谐振子取下清理后烘干；
执行步骤S9：测量谐振子频差，若达到设定的目标值，则停止修调；否则，重复执行步骤S1～步骤S8，直至频差达到设定的目标值。
2.如权利要求1所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，采用金刚石磨头对所述谐振子的质量进行粗修。
3.如权利要求2所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述金刚石磨头的金刚石粒度为W10～W28。
4.如权利要求3所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，采用具有氧化铈微粉的羊毛磨头或脱脂棉对所述谐振子的质量进行精修。
5.如权利要求4所述的半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述金刚石磨头、羊毛磨头或脱脂棉签的直径Φ均为1～3mm。
6.如权利要求1所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1a，计算去除量Δm1a＝m0-m1a，若
Figure FDA0003802792650000021
则停止粗修；否则，重复执行步骤S3和步骤S4，直至
Figure FDA0003802792650000022
7.如权利要求1所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：将谐振子取下清理后，称量谐振子质量m1b，计算第一方位处实际修调去除量Δm1实＝m0-m1b，若
Figure FDA0003802792650000023
则停止精修；否则，重复执行步骤S3和步骤S6，直至
Figure FDA0003802792650000024
8.如权利要求1所述半球谐振子的质量修调方法，其特征在于，所述步骤S8具体为：对谐振子低频轴对应的第二方位处、第三方位处和第四方位处的质量进行修调，使得各方位处的实际修调去除量Δm2实、Δm3实、Δm4实均为
Figure FDA0003802792650000025
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