CN116368352A - 多轴惯性力传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
在组装成基座(128)之前对分别配置于多个模块(102、103、129、130)上的多个传感器(104、105、131、132)各自的灵敏度进行检查。在检查工序中,准备分别配置有多个传感器的多个模块。通过将多个模块向主轴用托架(212)的多个主轴用槽部(224)嵌入且使多个模块与多个主轴用槽部的主轴用定位面接触,由此将主轴用托架的厚度方向与传感器的主轴平行地配置。通过在转台(231)上设置主轴用托架,由此将转台的旋转中心轴与主轴用托架的厚度方向平行地配置,且将转台的旋转中心轴与多个传感器的主轴平行地配置。通过使转台转动或摆动来对多个传感器的主轴的灵敏度进行检查。
Description
关联申请
本申请基于2020年11月6日申请的日本专利申请第2020-185626号而作成,并将其记载内容援引于此。
技术领域
本公开涉及多轴惯性力传感器的制造方法。
背景技术
目前,例如在专利文献1中提出了在组合多个板而成的基板上设置有多个传感器的多轴惯性力系统。基板具有供各传感器配置且彼此分离配置的多个模块。各模块具有供传感器配置的倾斜面。各倾斜面以使各传感器的检测轴正交的方式倾斜。由此,能够进行多轴的惯性力的测定。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第7253079号说明书
发明内容
然而,在上述现有的技术中,构成为各模块彼此分离配置的结构。因此,各模块的相对位置的确定容易产生误差。由此,存在各传感器的检测轴的正交性降低的可能性。
另外,需要在各传感器搭载于各模块的状态下对全部的传感器进行检测轴的灵敏度测定。即,需要在模块搭载于基板的前后实施灵敏度测定。由此,检查工序变得非常多。
本公开的目的在于,提供能够确保各传感器的主轴的正交性且减少检查工序的工时的多轴惯性力传感器的制造方法。
根据本公开的第一方案及第二方案,是包括多轴惯性力传感器是包括安装件、多个模块及多个传感器的多轴惯性力传感器的制造方法。
安装件具有设置面。多个模块配置在安装件的设置面上,且具有相对于设置面倾斜的倾斜面。多个传感器分别配置于多个模块的倾斜面且检测与主轴对应的惯性力。
多个模块具有在与多个模块中的至少一个或多个接触时相对地确定与接触对象之间的位置的定位部。多个模块通过组装成基于定位部相互确定了相对位置的状态及倾斜面分别朝向不同的方向的状态来构成基座。
多轴惯性力传感器的制造方法包括在组装基座之前对分别配置于多个模块上的多个传感器各自的灵敏度进行检查的检查工序。
在第一方案中,检查工序包括第一工序、第二工序、第三工序、第四工序及第五工序。
在第一工序中,准备分别配置有多个传感器的多个模块。
在第二工序中,准备形成有多个主轴用槽部的主轴用托架。作为主轴用托架,准备多个主轴用槽部具有主轴用定位面的构件。主轴用定位面与多个模块接触且以使与主轴用槽部的深度方向对应的主轴用托架的厚度方向与传感器的主轴平行的方式进行定位。
在第三工序中,将多个模块向主轴用托架的多个主轴用槽部嵌入。通过使多个模块与多个主轴用槽部的主轴用定位面接触,由此将主轴用托架的厚度方向与传感器的主轴平行地配置。
在第四工序中,准备具备转台的检查装置。通过在转台上设置主轴用托架,由此将转台的旋转中心轴与主轴用托架的厚度方向平行地配置,且将转台的旋转中心轴与多个传感器的主轴平行地配置。
在第五工序中,通过使转台转动或摆动来对多个传感器的主轴的灵敏度进行检查。
在第二方案中,检查工序包括第一工序、第二工序、第三工序、第四工序及第五工序。
在第一工序中,准备分别配置有多个传感器的多个模块。
在第二工序中,准备形成有多个槽部的检查托架。作为检查托架,准备多个槽部具有定位面的构件。定位面与多个模块接触且以使与槽部的深度方向对应的检查托架的厚度方向与传感器的主轴平行的方式进行定位。
在第三工序中,将多个模块向检查托架的多个槽部嵌入。通过使多个模块与多个槽部的定位面接触来将检查托架的厚度方向与传感器的主轴平行地配置。
在第四工序中,准备具备具有万向架机构的转台的检查装置。通过在万向架机构上设置检查托架,由此将转台的旋转中心轴与检查托架的厚度方向平行地配置,且将转台的旋转中心轴与多个传感器的主轴平行地配置。
在第五工序中,通过使转台转动或摆动来对多个传感器的主轴、与主轴垂直的轴即第一其他轴以及与主轴及第一其他轴垂直的轴即第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查。
另外,在第五工序中,在利用万向架机构将转台的旋转中心轴与多个传感器的第一其他轴平行地配置的状态下对主轴、第一其他轴及第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查。在利用万向架机构将转台的旋转中心轴与多个传感器的第二其他轴平行地配置的状态下对主轴、第一其他轴及第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查。
由此,各传感器的相对位置的精度由多个模块的定位部来确保。因此,通过组装出基座,各传感器的轴正交性被高精度地规定。因而,能够确保各传感器的主轴的正交性。
另外,在基座的状态下,各传感器的轴正交性得以确保。因此,在组装成基座之前以各模块为单位进行各传感器的灵敏度的检查之后,无需在基座的状态下再次进行各传感器的灵敏度的检查。因而,能够减少检查工序的工时。
附图说明
关于本公开的上述及其他目的、特征、优点通过参照了附图的下述的详细说明而得以更加明确。附图如下。
图1是第一实施方式的多轴惯性力传感器的立体图。
图2是图1所示的多轴惯性力传感器的俯视图。
图3是示出第一传感器设置于第一模块的状态的立体图。
图4是示出第一模块设置于嵌入板的情形的局部剖视图。
图5是示出横摆角速度施加到第一传感器及第二传感器时的向量分量的图。
图6是示出横摆角速度施加到第三传感器及第四传感器时的向量分量的图。
图7是示出侧倾角速度施加到第一传感器及第二传感器时的向量分量的图。
图8是示出侧倾角速度施加到第三传感器及第四传感器时的向量分量的图。
图9是示出俯仰角速度施加到第一传感器及第二传感器时的向量分量的图。
图10是示出俯仰角速度施加到第三传感器及第四传感器时的向量分量的图。
图11是示出第一实施方式的检查工序的流程图。
图12是第一其他轴用托架的立体图。
图13是第二其他轴用托架的立体图。
图14是主轴用托架的立体图。
图15是图12的XV-XV剖视图。
图16是图13所示的第一其他轴用槽部的立体图。
图17是图14的XVII-XVII剖视图。
图18是示出将多个模块嵌入检查托架的情形的图。
图19是示出模块嵌入第一其他轴用槽部的情形的局部剖视图。
图20是示出第一实施方式的检查装置的一部分的立体图。
图21是示出模块嵌入第二其他轴用槽部的情形的局部剖视图。
图22是示出模块嵌入主轴用槽部的情形的局部剖视图。
图23是示出第一实施方式的各模块的变形例的图。
图24是示出第一实施方式的各模块的变形例的图。
图25是示出第一实施方式的各模块的变形例的图。
图26是示出第一实施方式的各模块的变形例的图。
图27是示出第二实施方式的检查工序的流程图。
图28是示出第二实施方式的检查装置的一部分的立体图。
具体实施方式
以下,一边参照附图一边说明用于实施本公开的多个实施方式。在各实施方式中,对与之前的实施方式中说明过的事项对应部分标注同一参照符号,有时会省略重复的说明。在各实施方式中,在仅说明结构的一部分的情况下,结构的其他部分可以适用之前说明过的其他的实施方式。不仅能够将在各实施方式中具体明示了可以组合的部分彼此进行组合,只要组合不特别存在障碍,则即便没有明示也还能够将实施方式彼此部分地组合。
(第一实施方式)
以下,参照附图对第一实施方式进行说明。如图1及图2所示,多轴惯性力传感器100包括安装件101、第一模块102、第二模块103、第一传感器104及第二传感器105。
安装件101具有设置面106。安装件101例如是单层或多层的印制基板。在安装件101上安装有微型计算机、LSI(Large Scale Integration:大规模集成电路)等电子部件。安装件101收容在未图示的框体中。
各模块102、103是供各传感器104、105分别配置的基台。各模块102、103配置在安装件101的设置面106上。各模块102、103形成为相同的尺寸及相同的形状。各模块102、103还可以是内部成为空洞的结构。各模块102、103由金属、树脂、陶瓷等材料形成。
如图1所示,第一模块102是具有倾斜面107、一对端面108、109及一对侧面110、111的三棱柱。倾斜面107是相对于安装件101的设置面106倾斜的面。一对端面108、109是与倾斜面107连接的三角形状的面。一对侧面110、111是与倾斜面107和一对端面108、109连接的四边形状的面。一对侧面110、111中的一个侧面110配置于安装件101的设置面106。
一对端面108、109形成为直角等腰三角形的形状。倾斜面107是与直角等腰三角形的各端面108、109的斜边对应的面。因而,倾斜面107相对于安装件101的设置面106以45°的角度倾斜。
第二模块103与第一模块102同样地是具有倾斜面112、一对端面113、114及一对侧面115、116的三棱柱。这样,由于各模块102、103的形状为简单的三棱柱形状,因此,能够通过注射成型实现量产。由此,能够抑制各模块102、103的制造成本。
另外,如图3所示,第一模块102具有设置在倾斜面107上的多个电子部件117。电子部件117具有安装基板118、外置部件119、外部布线120和引出部121。
安装基板118例如是印制基板。利用焊料将第一传感器104安装在安装基板118上。安装基板118通过粘接剂等固定于倾斜面107。
外置部件119是芯片电阻等部件。外部布线120形成于安装基板118的表面且与第一传感器104、外置部件119连接。
引出部121与外部布线120连接。引出部121是用于将第一传感器104的信号向外部取出且从外部向第一传感器104进行电源供给的电连接部。引出部121与安装件101的电路连接。作为引出部121,也可以使用挠性基板用的插座。
与上述同样地,在第二模块103上安装有电子部件117及第二传感器105。即,各传感器104、105分别配置在各模块102、103的各倾斜面107、112上。即,在第一模块102上配置有一个第一传感器104,在第二模块103上配置有一个第二传感器105。
另外,在图1及图2中,省略了配置于各模块102、103的电子部件117。在以下的各图中,也会适当省略配置于各模块102、103的电子部件117。
各传感器104、105是检测出角速度来作为与主轴对应的惯性力的单轴的陀螺仪传感器。若将与各模块102、103的各倾斜面107、112垂直的方向定义为Z轴,则各传感器104、105的主轴与Z轴平行地配置。因而,各传感器104、105检测出绕Z轴的角速度作为惯性力。
各传感器104、105例如作为树脂模制封装件来构成。在封装件中内含有传感器元件和ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)。传感器元件优选作为WLP(Wafer Level Packaging:晶圆级封装)来构成。即,将传感器元件与使传感器元件动作来读出信号的IC(Integrated Circuit)合起来叫做陀螺仪传感器。另外,各传感器104、105也可以作为陶瓷封装件来构成。另外,封装件也可以成为开放式。
如图4所示,安装有第一传感器104的安装基板118使用嵌入板122固定于第一模块102。嵌入板122具有平面123及槽部124。槽部124是嵌入板122中的平面123的一部分凹陷而成的部分。槽部124形成为与第一模块102的外形大致相同的形状。槽部124至少具有与第一模块102的各侧面110、111接触的壁面125、126。
第一模块102以使第一模块102的各侧面110、111与槽部124的各壁面125、126接触的方式嵌入槽部124中。由此,第一模块102的倾斜面107与嵌入板122的平面123平行。通过将嵌入板122的平面123预先水平地固定,由此将第一模块102的倾斜面107水平地配置。在该状态下,利用基板安装技术、回流焊安装技术等将安装基板118及第一传感器104安装到第一模块102上。
第一传感器104是Z轴陀螺仪传感器。由此,在第一传感器104相对于第一模块102的安装中,即便不精密地控制与主轴垂直的第一其他轴和与主轴及第一其他轴垂直的第二其他轴这两个方向的偏差,主轴即Z轴方向相对于倾斜面107的轴偏差也不会变大。第一其他轴是X轴。第二其他轴是Y轴。针对第二模块103,与上述同样地使用嵌入板122来安装电子部件117及第二传感器105。
另外,在各传感器104、105将X轴、Y轴作为主轴的情况下,需要在控制了各传感器104、105的位置的状态下相对于各模块102、103进行安装。
在上述的结构中,如图1及图2所示,各模块102、103组装到安装件101的设置面106上。这里,将与安装件101的设置面106垂直的轴设为z轴。将与z轴正交且与设置面106平行的方向设为x轴。将与z轴及x轴正交且与设置面106平行的方向设为y轴。x轴及y轴是与设置面106平行的轴で。各模块102、103沿着x轴排列。
各模块102、103具有用于在相互接触时相对地确定与接触对象之间的位置的定位部127。定位部127是各模块102、103中的与接触对象碰触的触抵部。定位部127是与接触对象接触的部分。
各模块102、103组装为基于定位部127而相互确定了相对的位置的状态。另外,各模块102、103组装为各倾斜面107、112分别朝向不同的方向的状态。由此,各模块102、103构成基座128的一部分。各模块102、103通过粘接剂来连结。
另外,多轴惯性力传感器100除了各模块102、103及各传感器104、105以外,还包括第三模块129、第四模块130、第三传感器131及第四传感器132。
第三模块129是具有倾斜面133、一对端面134、135及一对侧面136、137的三棱柱。第四模块130是具有倾斜面138、一对端面139、140及一对侧面141、142的三棱柱。
各模块102、103、129、130全部形成为相同的尺寸及相同的形状。第三传感器131及第四传感器132是检测出角速度来作为与主轴对应的惯性力的单轴的陀螺仪传感器。第三传感器131与电子部件117一起配置于第三模块129的倾斜面133,第四传感器132与电子部件117一起配置于第四模块130的倾斜面138。
基座128通过将各模块102、103、129、130配置成以安装件101的设置面106中的基准点为基准的点对称而构成。基座128通过将第一模块102及第二模块103由第三模块129和第四模块130夹持而组装成山形形状。
具体而言,基座128构成为,第一模块102的另一个侧面111与第二模块103的另一个侧面116相面对且无间隙地配置。另外,各模块102、103通过各侧面111、116接触而彼此无间隙地组装。
第三模块129及第四模块130沿着y轴配置。第三模块129的另一个侧面137与第一模块102的另一个端面109及第二模块103的一个端面113相面对且无间隙地配置。第四模块130的另一个侧面142与第一模块102的一个端面108及第二模块103的另一个端面114相面对且无间隙地配置。由此,基座128构成山形形状。
各传感器104、105、131、132通过分别配置于基座128的倾斜面107、112、133、138而使主轴分别朝向不同的方向。第一模块102中的各端面108、109的一部分及另一个侧面111、以及第二模块103中的各端面113、114的一部分及另一个侧面116成为定位部127。另外,第三模块129中的另一个侧面137的一部分和第四模块130中的另一个侧面142的一部分成为定位部127。由此,通过各模块102、103、129、130的形状精度来保证各传感器104、105、131、132的主轴的正交精度。
多轴化通过各模块102、103、129、130的组装来实现。即,多轴惯性力传感器100是三轴的陀螺仪传感器。通过定位部127来规定各传感器104、105、131、132的相对位置的精度。通过管理各模块102、103、129、130的加工形状并确保各模块102、103、129、130的形状精度,由此能够充分地保证各传感器104、105、131、132的轴正交性。
各传感器104、105、131、132通过分别配置于基座128的各倾斜面107、112、133、138而使主轴分别朝向不同的方向。即,各传感器104、105、131、132的主轴相对于安装件101的设置面106倾斜。因而,各传感器104、105、131、132分别检测出与主轴对应的角速度的向量分量。以上是多轴惯性力传感器100的整体结构。
接着,对检测三轴的角速度的原理进行说明。首先,将绕z轴的角速度设为横摆角速度,将绕x轴的角速度设为侧倾角速度,将绕y轴的角速度设为俯仰角速度。各传感器104、105、131、132能够根据角速度作用的方向来辨别角速度的旋转方向。
首先,在横摆角速度施加到多轴惯性力传感器100的情况下,向各传感器104、105、131、132施加角速度ωz。第一模块102及第二模块103的各倾斜面107、112相对于z轴以45°的角度倾斜。由此,在对角速度ωz进行向量分解时,如图5所示,在第一传感器104及第二传感器105的Z轴上施加有√2ωz/2的向量分量。虽然√2ωz/2的角速度会向各其他轴作用,但对第一传感器104及第二传感器105的主轴灵敏度没有影响。
另外,如图6所示,在第三传感器131及第四传感器132的Z轴上施加有√2ωz/2的向量分量。即,√2ωz/2的角速度向四个传感器104、105、131、132的Z轴施加。第三传感器131及第四传感器132的各倾斜面133、138相对于安装件101的设置面106以45°的角度倾斜。由此,虽然第三传感器131及第四传感器132的等量的角速度向各其他轴作用,但对第三传感器131及第四传感器132的主轴灵敏度没有影响。
在侧倾角速度施加到多轴惯性力传感器100的情况下,向各传感器104、105、131、132施加角速度ωx。如图7所示,在对角速度ωx进行向量分解时,在第一传感器104及第二传感器105的Z轴上施加有√2ωx/2的向量分量。
另一方面,如图8所示,在第三传感器131及第四传感器132的第二其他轴上施加有角速度ωx。因此,第三传感器131及第四传感器132的主轴灵敏度没有变化。
在俯仰角速度施加到多轴惯性力传感器100的情况下,向各传感器104、105、131、132施加角速度ωy。如图9所示,在对角速度ωy进行向量分解时,在第一传感器104及第二传感器105的第二其他轴上施加有角速度ωy。因此,第一传感器104及第二传感器105的主轴灵敏度没有变化。
另一方面,如图10所示,在对角速度ωy进行向量分解时,在第三传感器131及第四传感器132的Z轴上施加有√2ωy/2的向量分量。虽然√2ωy/2的角速度会向各其他轴作用,但对第三传感器131及第四传感器132的主轴灵敏度没有影响。
根据以上的原理,若对分别绕x轴、绕y轴及绕z轴地作用的角速度进行向量分解,则能够作为绕Z轴的角速度来检测且还能够检测角速度的方向。即,由于各传感器104、105、131、132是Z轴陀螺仪传感器,因此,作为x轴、y轴及z轴的陀螺仪传感器发挥功能。因而,能够检测三轴的角速度。
另外,由于第一传感器104及第二传感器105分别检测出角速度的向量分量,因此即便某一方无法进行检测,也能够检测出与另一方的主轴对应的角速度的向量分量。即,能够确保冗余性。因而,即便第一传感器104及第二传感器105中的一方无法进行检测,也能够检测出与无法进行检测的第一传感器104及第二传感器105的主轴对应的运动。第三传感器131及第四传感器132也同样。
接着,对多轴惯性力传感器100的制造方法进行说明。首先,准备各模块102、103、129、130、电子部件117及各传感器104、105、131、132。并且,如图4所示,使用嵌入板122将电子部件117、各传感器104、105、131、132安装于各模块102、103、129、130。
接着,按照图11所示的流程图进行检查工序。检查工序是在组装基座128之前对分别配置于各模块102、103、129、130的各传感器104、105、131、132各自的灵敏度进行检查的工序。
在检查工序中,使各模块102、103、129、130分别绕三轴旋转来进行主轴及各其他轴的灵敏度测定。由此,知晓主轴灵敏度、其他轴灵敏度、标度因数、灵敏度的线性、非线性。
各传感器104、105、131、132通过使各模块102、103、129、130触抵来定位以确保轴正交性。因此,各模块102、103、129、130的形状精度决定轴正交性。这样,由于轴正交性依赖于各模块102、103、129、130的外形形状精度,因此,在各传感器104、105、131、132的检查中,优选使各模块102、103、129、130旋转来检查陀螺仪传感器的特性。
因此,准备具有能够将各模块102、103、129、130嵌入的槽且能够载置于检查装置的转台来旋转的检查托架。通过利用转台使搭载有各模块102、103、129、130的检查托架旋转,由此能够进行各传感器104、105、131、132的检查。
具体而言,在步骤S200中,进行第一工序。在第一工序中,准备分别配置有传感器104、105、131、132的多个模块102、103、129、130。作为各传感器104、105、131、132,准备构成为主轴与Z轴平行地配置且检测出绕Z轴的角速度作为惯性力的单轴的陀螺仪传感器的传感器。
作为多个模块102、103、129、130,使用图3所示的形状的模块。另外,作为多个模块102、103、129、130,准备形状全部相同的模块。
另外,在该阶段中,多个模块102、103、129、130没有第一模块102、第二模块103这样的区分。单纯地准备传感器104、105、131、132等安装于模块102、103、129、130的构件。
在步骤S201中,进行第二工序。在第二工序中,作为检查托架,分别准备图12~图14所示的第一其他轴用托架210、第二其他轴用托架211及主轴用托架212。各托架210~212例如是圆板形状。
如图12所示,第一其他轴用托架210具有多个第一其他轴用槽部213、布线插座214及螺纹孔215。多个第一其他轴用槽部213与X轴的灵敏度对应。如图15所示,多个第一其他轴用槽部213具有第一其他轴用定位面216、冲切槽217及阶梯槽218。
第一其他轴用定位面216是与各模块102、103、129、130接触的面。另外,第一其他轴用定位面216是用于以使对应于第一其他轴用槽部213的深度方向的第一其他轴用托架210的厚度方向与传感器104、105、131、132的第一其他轴平行的方式进行定位的面。
冲切槽217例如构成供第一模块102的由倾斜面107和侧面110、111构成的角部配置的空间部。第二~第四模块103、129、130也同样。阶梯槽218构成用于使各倾斜面107、112、133、138的电子部件117或各传感器104、105、131、132不与第一其他轴用槽部213的壁面接触的空间部。如图12所示,冲切槽217到达第一其他轴用托架210的外缘部。另外,冲切槽217的形状为一例,也可以不到达第一其他轴用托架210的外缘部。螺纹孔215是用于进行螺纹固定的孔。
如图13所示,第二其他轴用托架211具有多个第二其他轴用槽部219、布线插座220及螺纹孔221。多个第二其他轴用槽部219与Y轴的灵敏度对应。如图16所示,多个第二其他轴用槽部219具有第二其他轴用定位面222及冲切槽223。
第二其他轴用定位面222是与各模块102、103、129、130接触的面。另外,第二其他轴用定位面222是用于以使对应于第二其他轴用槽部219的深度方向的第二其他轴用托架211的厚度方向与传感器104、105、131、132的第二其他轴平行的方式进行定位的面。
冲切槽223构成例如供第一模块102的由倾斜面107和侧面110、111构成的角部及由一个侧面110和另一个侧面111构成的角部配置的空间部。第二~第四模块103、129、130也同样。螺纹孔221是用于进行螺纹固定的孔。
如图14所示,主轴用托架212具有多个主轴用槽部224、布线插座225及螺纹孔226。多个主轴用槽部224与Z轴的灵敏度对应。如图17所示,多个主轴用槽部224具有主轴用定位面227及冲切槽228。
主轴用定位面227是与各模块102、103、129、130接触的面。另外,主轴用定位面227是用于以使对应于主轴用槽部224的深度方向的主轴用托架212的厚度方向与传感器104、105、131、132的主轴平行的方式进行定位的面。
冲切槽228构成供第一模块102的由各侧面110、111构成的角部配置的空间部。如图14所示,冲切槽228到达主轴用托架212的外缘部。另外,冲切槽228的形状为一例,也可以不到达主轴用托架212的外缘部。螺纹孔226是用于进行螺纹固定的孔。
各托架210~212与各槽部213、219、224对应来固定模块102、103、129、130且具有用于引出布线的作为配件的未图示的布线机构。从各布线机构引出布线而与各布线插座214、220、225电连接。
各托架210~212为金属制或树脂制。各槽部213、219、224例如通过机械加工而形成。在各托架210~212为树脂制的情况下,各槽部213、219、224也可以通过树脂成型来形成。
在步骤S202及步骤S203中,进行第三工序。在第三工序中,向各托架210~212中的某一个嵌入模块102、103、129、130。
在步骤S202中,如图18所示,将多个模块102、103、129、130嵌入第一其他轴用托架210的各第一其他轴用槽部213。如图19所示,使多个模块102、103、129、130与各第一其他轴用槽部213的第一其他轴用定位面216接触。由此,将第一其他轴用托架210的厚度方向与传感器104、105、131、132的第一其他轴平行地配置。
在步骤S203中,在向各第一其他轴用槽部213中嵌入多个模块102、103、129、130而进行定位之后,将各模块102、103、129、130与各布线机构电连接。由此,将第一其他轴用托架210与多个模块102、103、129、130电连接。
在步骤S204中,进行第四工序。在第四工序中,如图20所示,准备检查装置229。
检查装置229具备旋转轴230、转台231及未图示的控制装置。旋转轴230的一端侧对转台231进行支承。旋转轴230的另一端侧收容于未图示的旋转机构。旋转机构由控制装置来控制。
转台231是供各托架210~212搭载的圆板状的基台。各托架210~212配置在转台231的轴中心上,且由螺钉232固定。另外,在图20中,示出主轴用托架212固定于转台231的情形。
另外,转台231具有布线连接部233。布线连接部233经由检查布线234与各托架210~212的各布线插座214、220、225连接。由此,将各托架210~212与转台231电连接。
布线连接部233与检查装置229的控制装置电连接。布线连接部233通过转台231的内部及旋转轴230的内部而与检查装置229的检查部连接。在旋转轴230旋转期间,利用集电环来电连接布线与检查部。由此,检查用的布线不会因转台231的旋转而缠绕。另外,也可以不采用集电环而采用无线通信。
并且,在转台231上利用螺钉232来设置第一其他轴用托架210。由此,将转台231的旋转中心轴与第一其他轴用托架210的厚度方向平行地配置且将转台231的旋转中心轴与各传感器104、105、131、132的第一其他轴平行地配置。
在步骤S205及步骤S206中,进行第五工序。在第五工序中,对各传感器104、105、131、132的灵敏度进行检查。
在步骤S205中,通过使转台231转动或摆动,来进行三轴方向的特性测定。转动包括一方向的旋转和反方向的旋转这两方。由此,同时对多个传感器104、105、131、132的主轴、第一其他轴及第二其他轴的灵敏度、标度因数、非线性等进行检查。
另外,在检查装置229具备恒温槽的设备的情况下,能够在对各传感器104、105、131、132赋予温度的状态下测定各传感器104、105、131、132的特性。因此,能够进行灵敏度的温度特性的评价等。
在步骤S206中,从转台231取下第一其他轴用托架210。另外,从第一其他轴用托架210的各第一其他轴用槽部213中取出各模块102、103、129、130。
在步骤S207中,判定是否在三种托架210~212中进行了测定。在三种托架210~212中的测定未完成的情况下,返回到步骤S202。由于第二其他轴用托架211及主轴用托架212中的测定未完成,因此返回到步骤S202。
在步骤S202及步骤S203中,将多个模块102、103、129、130向第二其他轴用托架211的多个第二其他轴用槽部219嵌入。另外,如图21所示,使多个模块102、103、129、130与各第二其他轴用槽部219的第二其他轴用定位面222接触来将第二其他轴用托架211的厚度方向与传感器104、105、131、132的第二其他轴平行地配置。将各模块102、103、129、130与第二其他轴用托架211的各布线机构电连接。
接着,在步骤S204中,在转台231上设置第二其他轴用托架211。由此,将转台231的旋转中心轴与第二其他轴用托架211的厚度方向平行地配置且将转台231的旋转中心轴与各传感器104、105、131、132的第二其他轴平行地配置。
在步骤S205及步骤S206中,通过使转台231转动或摆动来对各传感器104、105、131、132的第二其他轴的灵敏度等进行检查。另外,从转台231取下第二其他轴用托架211。
然后,在步骤S207中,由于主轴用托架212中的测定未完成,因此再次返回到步骤S202。
在步骤S202及步骤S203中,将多个模块102、103、129、130向主轴用托架212的各主轴用槽部224嵌入。另外,如图22所示,通过使多个模块102、103、129、130与各主轴用槽部224的主轴用定位面227接触来将主轴用托架212的厚度方向与传感器104、105、131、132的主轴平行地配置。将各模块102、103、129、130与主轴用托架212的各布线机构电连接。
在步骤S204中,在转台231上设置主轴用托架212。由此,将转台231的旋转中心轴与主轴用托架212的厚度方向平行地配置且将转台231的旋转中心轴与各传感器104、105、131、132的主轴平行地配置。
在步骤S205及步骤S206中,通过使转台231转动或摆动,由此对各传感器104、105、131、132的主轴的灵敏度等进行检查。另外,从转台231取下主轴用托架212。
然后,在步骤S207中,由于全部的托架210~212中的测定完成,因此结束检查。
如上所述,在步骤S202及步骤S203的第三工序中,向主轴用托架212、第一其他轴用托架210及第二其他轴用托架211中的某一个嵌入各模块102、103、129、130。另外,在步骤S204的第四工序中,将主轴用托架212、第一其他轴用托架210及第二其他轴用托架211中的嵌入有多个模块102、103、129、130的托架设置在转台231上。然后,在步骤S205及步骤S206的第五工序中,对设置在转台231上的检查托架中的各传感器104、105、131、132进行检查。
这样,通过反复进行步骤S202~步骤S206中的第三工序、第四工序及第五工序,由此对各传感器104、105、131、132的主轴、第一其他轴及第二其他轴的灵敏度等进行检查。
在检查工序之后,进行组装工序。准备安装件101及检查完的各模块102、103、129、130。将各模块102、103、129、130配置在安装件101的设置面106上。另外,在将各模块102、103、129、130配置成以安装件101的设置面106中的基准点为基准的点对称且由定位部127确定了相对位置的状态下组装成基座128。这样,完成多轴惯性力传感器100。
如以上所说明的那样,在本实施方式中,基座128通过组装各模块102、103、129、130来构成。并且,各传感器104、105、131、132的相对位置的精度由各模块102、103、129、130的定位部127来确保,因此,能够高精度地规定各传感器104、105、131、132的轴正交性。因而,能够确保各传感器104、105、131、132的主轴的正交性。
另外,在基座128的状态下各传感器104、105、131、132的轴正交性得以确保。即,各传感器104、105、131、132的轴正交性通过各模块102、103、129、130的机械加工精度来保证。因此,在组装成基座128之前以各模块102、103、129、130为单位来进行各传感器104、105、131、132的灵敏度的检查之后,在基座128的状态下无需再次进行各传感器104、105、131、132的灵敏度的检查。例如,在组装成基座128之后,通过向矩阵算子的值中代入通过各模块102、103、129、130所得的检查值,由此能够进行算法调整。因而,能够减少检查工序的工时。
进而,在检查工序中,能够以各模块102、103、129、130为单位进行检查。因此,不需要组装成基座128的状态下的检查,并且,也不需要用于以基座128为单位进行检查的大型的装置。不仅能够降低检查工序的成本,还能够降低装置的成本。进而,能够提供低成本的多轴惯性力传感器100。
作为变形例,在检查工序中,还可以至少对各传感器104、105、131、132的仅是主轴的灵敏度等进行检查。
作为变形例,各槽部213、219、224的形状也可以不是图15~图17所示的形状而是其他的形状。可以设计成能够利用一个槽的形状来检查主轴、第一其他轴及第二其他轴这全部轴的灵敏度等。这种情况下,检查托架有一个即可。进而,检查托架不限定于圆板形状,也可以是矩形板等其他的形状。
作为变形例,在第一工序中,作为各传感器104、105、131、132,也可以准备作为单轴的加速度传感器来构成的构件。单轴的加速度传感器构成为主轴与Z轴平行地配置且检测出Z轴方向的加速度来作为惯性力。各传感器104、105、131、132相对于各模块102、103、129、130的安装方法与图4所示的方法相同。在传感器104、105、131、132有四个的情况下,构成三轴的加速度传感器。与上述同样地,能够检测出x轴、y轴及z轴这三轴的加速度。
作为变形例,如图23所示,也可以在第一模块102的倾斜面107上直接安装有第一传感器104、外置部件119、外部布线120及引出部121。这种情况下,安装基板118不包括在电子部件117中。针对第二~第四模块103、129、130也同样。各模块102、103、129、130通过热塑性树脂的注射成型来制造。外部布线120、电极通过MID(Molded Interconnect Device:模塑互连器件)工艺来形成。即,各模块102、103、129、130兼作安装基板118。
作为变形例,如图24所示,第一模块102也可以形成为由倾斜面107和一个侧面110构成的角部的前端被倒角了的形状。针对第二~第四模块103、129、130也同样。
作为变形例,如图25所示,第一模块102也可以形成为由倾斜面107和各侧面110、111构成的两处的角部的前端被倒角了的形状。针对第二~第四模块103、129、130也同样。
作为变形例,如图26所示,在图25所示的第一模块102的形状中,也可以形成为由倾斜面107、一个端面108及一个侧面110构成的角部被倒角了的形状。另外,第一模块102还可以形成为由倾斜面107、另一个端面109及一个侧面110构成的角部被倒角了的形状。针对第二~第四模块103、129、130也同样。
(第二实施方式)
在本实施方式中,主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。在本实施方式中,按照图27所示的流程图来进行检查工序。
在步骤S250中,与步骤S200同样地进行第一工序。即,准备多个安装有传感器104、105、131、132等的模块102、103、129、130。
在步骤S251中,与步骤S201同样地进行第二工序。在第二工序中,作为检查托架,准备图14所示的主轴用托架212。另外,作为检查托架,也可以准备第一其他轴用托架210或第二其他轴用托架211。
在步骤S252及步骤S253中,与步骤S202及步骤S203同样地进行第三工序。在步骤S252中,将多个模块102、103、129、130向主轴用托架212的各主轴用槽部224嵌入。由此,将主轴用托架212的厚度方向与传感器104、105、131、132的主轴平行地配置。
在步骤S253中,在向各主轴用槽部224嵌入多个模块102、103、129、130并进行定位之后,将各模块102、103、129、130与各布线机构电连接。由此,将主轴用托架212与多个模块102、103、129、130电连接。
在步骤S254中,与步骤S204同样地进行第四工序。在第四工序中,如图28所示,准备检查装置229,并且,准备具有万向架机构235的构件来作为转台231。
万向架机构235是使物体以一个轴为中心进行旋转的旋转台。本实施方式中的万向架机构235构成为两轴正交。万向架机构235具有工作台236。工作台236由两个对置的绕x轴旋转轴237支承且与支承框238机械地连接。支承框238由两个对置的绕y轴旋转轴239支承且与支柱240机械地连接。支柱240固定于转台231。
并且,将主轴用托架212螺纹固定于工作台236。由此,将转台231的旋转中心轴与主轴用托架212的厚度方向平行地配置,且将转台231的旋转中心轴与多个传感器104、105、131、132的主轴平行地配置。另外,与第一实施方式同样地将各模块102、103、129、130与各布线机构电连接。
根据上述的转台231,能够使工作台236绕x轴及绕y轴进行旋转。另外,能够使主轴用托架212绕x轴、绕y轴旋转90°来定位。例如,能够在使主轴用托架212绕x轴旋转90°而固定了的状态下使转台231旋转或摆动。通过使用上述的转台231,由此能够在不变更主轴用托架212的情况下使传感器104、105、131、132绕主轴、第一其他轴及第二其他轴这全部轴的方向旋转。因此,不存在要更换主轴用托架212的麻烦。
在步骤S255中,与步骤S205同样地进行第五工序。在步骤S205中,通过使转台231转动或摆动,由此同时对多个传感器104、105、131、132的主轴、第一其他轴及第二其他轴的灵敏度、标度因数、非线性等进行检查。
在步骤S256中,改变主轴用托架212的设置角度。使用绕x轴旋转轴237来使万向架机构235的工作台236绕x轴旋转90°。由此,例如将转台231的旋转中心轴与和主轴用托架212的厚度方向正交的方向平行地配置,且将转台231的旋转中心轴与各传感器104、105、131、132的第一其他轴平行地配置。
在步骤S257中,判定是否将万向架机构235中的工作台236的设置角度变更了两次。在没有将工作台236的设置角度变更了两次的情况下,返回到步骤S255。由于以第一其他轴及第二其他轴为主的测定尚未完成,因此返回到步骤S255。
因而,反复进行步骤S255~步骤S257。由此,在利用万向架机构235将转台231的旋转中心轴与多个传感器104、105、131、132的第一其他轴平行地配置的状态下同时对多个传感器104、105、131、132的三轴的灵敏度等进行检查。
另外,使万向架机构235的工作台236返回到原始状态,针对另外的一个轴旋转90°。工作台236的设置角度的变更成为第二次。由此,将转台231的旋转中心轴与和主轴用托架212的厚度方向正交的方向平行地配置且将转台231的旋转中心轴与各传感器104、105、131、132的第二其他轴平行地配置。并且,在利用万向架机构235将转台231的旋转中心轴与多个传感器104、105、131、132的第二其他轴平行地配置的状态下同时对多个传感器104、105、131、132的三轴的灵敏度进行检查。
另外,在反复进行步骤S255~步骤S257之际,也可以将主轴、第一其他轴及第二其他轴中的某个轴最初与转台231的旋转中心轴平行地配置。
在步骤S257中判定为将设置角度变更了两次的情况下,在步骤S258中,从工作台236取下主轴用托架212。另外,从主轴用托架212的各主轴用槽部224中取出各模块102、103、129、130。
在检查工序之后,与第一实施方式同样地进行组装工序。这样,完成多轴惯性力传感器100。
如以上所说明的那样,能够使万向架机构235适当旋转来旋转转台231。由此,能够使用一个检查托架对主轴及各其他轴这全部的三轴进行检查。
作为变形例,也可以使用加速度传感器作为传感器104、105、131、132。这种情况下,能够使工作台236旋转来使用地球的重力进行检查。
另外,本实施方式的第一其他轴用托架210、第二其他轴用托架211及主轴用托架212与检查托架对应。第一其他轴用槽部213、第二其他轴用槽部219及主轴用槽部224与槽部对应。另外,第一其他轴用定位面216、第二其他轴用定位面222及主轴用定位面227与定位面对应。
本公开不限定于上述的实施方式,能够在不脱离本公开的主旨的范围内如以下这样进行各种变形。
例如,各传感器104、105、131、132也可以不是单轴传感器,而是作为多轴传感器来构成。
另外,多轴惯性力传感器100也可以作为两轴的陀螺仪传感器或加速度传感器来构成。这种情况下,基座128由第一模块102及第二模块103构成。
配置在各模块102、103、129、130的各倾斜面107、112、133、138上的传感器不限于一个。也可以在各模块102、103、129、130上不仅配置Z轴陀螺仪传感器还配置Z轴加速度传感器。由此,也能够构成六轴惯性力传感器。
第一模块102的各端面108、109也可以不是直角等腰三角形的形状。即,第一模块102的倾斜面107也可以不相对于安装件101的设置面106以45°的角度倾斜。
各模块102、103、129、130的各倾斜面107、112、133、138只要相对于设置面106倾斜即可。因而,各模块102、103、129、130不仅可以形成为各倾斜面107、112、133、138相对于设置面106以锐角倾斜及垂直地倾斜,还可以形成为以钝角倾斜的形状。即,各模块102、103、129、130也可以不形成为三棱柱而形成为梯形形状、任意的形状。
构成基座128的模块的数目不限定于两个或四个,只要为两个以上即可。基座128不仅可以通过偶数个模块组装而成,还可以通过奇数个模块组装而成。
基座128也可以包括倾斜面的方向朝向相同的方向的模块。
本公开依据实施例进行了记述,但应理解本公开不限定于这些实施例、结构。本公开还包含各种的变形例及等同范围内的变形。此外,各种组合及形式、进而在其中仅包括一个要素、这以上或这以下的要素的其他的组合及形式也落入本公开的范畴、思想范围内。
Claims (9)
1.一种多轴惯性力传感器的制造方法,
所述多轴惯性力传感器包括:
安装件(101),具有设置面(106);
多个模块(102、103、129、130),配置在所述安装件的所述设置面上,并且具有相对于所述设置面倾斜的倾斜面(107、112、133、138);以及
多个传感器(104、105、131、132),分别配置在所述多个模块的所述倾斜面上,并且检测与主轴对应的惯性力,
所述多个模块具有在与所述多个模块中的至少一个模块或多个模块接触时相对地确定与接触对象之间的位置的定位部(127),所述多个模块通过组装成基于所述定位部相互确定了相对位置的状态及所述倾斜面分别朝向不同的方向的状态来构成基座(128),
所述多轴惯性力传感器的制造方法的特征在于,
包括在组装所述基座之前对分别配置于所述多个模块上的所述多个传感器各自的灵敏度进行检查的检查工序,
所述检查工序包括:
第一工序,准备分别配置有所述多个传感器的所述多个模块;
第二工序,准备形成有多个主轴用槽部(224)的主轴用托架(212),作为所述主轴用托架,准备所述多个主轴用槽部具有主轴用定位面(227)的托架,所述主轴用定位面(227)是与所述多个模块接触且用于以使与所述主轴用槽部的深度方向对应的所述主轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述主轴平行的方式进行定位的面;
第三工序,将所述多个模块向所述主轴用托架的所述多个主轴用槽部嵌入,且使所述多个模块与所述多个主轴用槽部的所述主轴用定位面接触,由此将所述主轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述主轴平行地配置;
第四工序,准备具备转台(231)的检查装置(229),在所述转台上设置所述主轴用托架,由此将所述转台的旋转中心轴与所述主轴用托架的厚度方向平行地配置,且将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述主轴平行地配置;以及
第五工序,通过使所述转台转动或摆动,来对所述多个传感器的所述主轴的灵敏度进行检查。
2.根据权利要求1所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在将与所述主轴垂直的轴定义为第一其他轴,且将与所述主轴及所述第一其他轴垂直的轴定义为第二其他轴时,
在所述第二工序中,准备形成有多个第一其他轴用槽部(213)的第一其他轴用托架(210)和形成有多个第二其他轴用槽部(219)的第二其他轴用托架(211),并且作为所述第一其他轴用托架,准备所述多个第一其他轴用槽部具有第一其他轴用定位面(216)的托架,所述第一其他轴用定位面(216)是与所述多个模块接触且用于以使与所述第一其他轴用槽部的深度方向对应的所述第一其他轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述第一其他轴平行的方式进行定位的面,作为所述第二其他轴用托架,准备所述多个第二其他轴用槽部具有第二其他轴用定位面(222)的托架,所述第二其他轴用定位面(222)是与所述多个模块接触且用于以使与所述第二其他轴用槽部的深度方向对应的所述第二其他轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述第二其他轴平行的方式进行定位的面,
在所述第三工序中,将所述多个模块向所述第一其他轴用托架的所述多个第一其他轴用槽部嵌入,且使所述多个模块与所述多个第一其他轴用槽部的所述第一其他轴用定位面接触,由此将所述第一其他轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述第一其他轴平行地配置,此外将所述多个模块向所述第二其他轴用托架的所述多个第二其他轴用槽部嵌入,且使所述多个模块与所述多个第二其他轴用槽部的所述第二其他轴用定位面接触,由此将所述第二其他轴用托架的厚度方向与所述传感器的所述第二其他轴平行地配置,
在所述第四工序中,在所述转台上设置所述第一其他轴用托架,由此将所述转台的旋转中心轴与所述第一其他轴用托架的厚度方向平行地配置,且将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述第一其他轴平行地配置,此外在所述转台上设置所述第二其他轴用托架,由此将所述转台的旋转中心轴与所述第二其他轴用托架的厚度方向平行地配置,且将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述第二其他轴平行地配置,
在所述第五工序中,通过使所述转台转动或摆动,来对所述多个传感器的所述第一其他轴的灵敏度进行检查,此外通过使所述转台转动或摆动,来对所述多个传感器的所述第二其他轴的灵敏度进行检查,
进一步在所述第三工序中,向所述主轴用托架、所述第一其他轴用托架及所述第二其他轴用托架中的任一个托架嵌入所述多个模块,
在所述第四工序中,将所述主轴用托架、所述第一其他轴用托架及所述第二其他轴用托架中的嵌入有所述多个模块的托架设置在所述转台上,
通过反复进行所述第三工序、所述第四工序及所述第五工序,对所述多个传感器的所述主轴、所述第一其他轴及所述第二其他轴的灵敏度进行检查。
3.一种多轴惯性力传感器的制造方法,
所述多轴惯性力传感器包括:
安装件(101),具有设置面(106);
多个模块(102、103、129、130),配置在所述安装件的所述设置面上,并且具有相对于所述设置面倾斜的倾斜面(107、112、133、138);以及
多个传感器(104、105、131、132),分别配置在所述多个模块的所述倾斜面上,并且检测与主轴对应的惯性力,
所述多个模块具有在与所述多个模块中的至少一个模块或多个模块接触时相对地确定与接触对象之间的位置的定位部(127),所述多个模块通过组装成基于所述定位部相互确定了相对位置的状态及所述倾斜面分别朝向不同的方向的状态来构成基座(128),
所述多轴惯性力传感器的制造方法的特征在于,
包括在组装所述基座之前对分别配置于所述多个模块上的所述多个传感器各自的灵敏度进行检查的检查工序,
所述检查工序包括:
第一工序,准备分别配置有所述多个传感器的所述多个模块;
第二工序,准备形成有多个槽部(213、219、224)的检查托架(210~212),作为所述检查托架,准备所述多个槽部具有定位面(216、222、227)的托架,所述定位面(216、222、227)是与所述多个模块接触且用于以使与所述槽部的深度方向对应的所述检查托架的厚度方向与所述传感器的所述主轴平行的方式进行定位的面;
第三工序,将所述多个模块向所述检查托架的所述多个槽部嵌入,且使所述多个模块与所述多个槽部的所述定位面接触,由此将所述检查托架的厚度方向与所述传感器的所述主轴平行地配置;
第四工序,准备具备具有万向架机构(235)的转台(231)的检查装置(229),在所述万向架机构上设置所述检查托架,由此将所述转台的旋转中心轴与所述检查托架的厚度方向平行地配置,且将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述主轴平行地配置;以及
第五工序,通过使所述转台转动或摆动,来对所述多个传感器的所述主轴、与所述主轴垂直的轴即第一其他轴、以及与所述主轴及所述第一其他轴垂直的轴即第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查,
在所述第五工序中,在利用所述万向架机构将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述第一其他轴平行地配置的状态下对所述主轴、所述第一其他轴及所述第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查,并且在利用所述万向架机构将所述转台的旋转中心轴与所述多个传感器的所述第二其他轴平行地配置的状态下对所述主轴、所述第一其他轴及所述第二其他轴这三轴的灵敏度进行检查。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在所述检查工序之后包括组装工序,在所述组装工序中,通过将所述多个模块配置于所述安装件的所述设置面,且将所述多个模块配置成以所述安装件的所述设置面中的基准点为基准的点对称,来组装出所述基座。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在将与所述倾斜面垂直的方向定义为Z轴时,
在所述第一工序中,作为所述多个传感器,使用所述主轴与所述Z轴平行地配置且检测绕Z轴的角速度作为所述惯性力的构成为单轴陀螺仪传感器的传感器。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在将与所述倾斜面垂直的方向定义为Z轴时,
在所述第一工序中,作为所述多个传感器,使用所述主轴与所述Z轴平行地配置且检测Z轴方向的加速度作为所述惯性力的构成为单轴加速度传感器的传感器。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,作为所述多个模块,准备具有与所述倾斜面连接的三角形状的端面(108、109、113、114、134、135、139、140)且所述端面为直角等腰三角形的形状的模块。
8.根据权利要求7所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
所述倾斜面是与所述直角等腰三角形的斜边对应的面。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的多轴惯性力传感器的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,作为所述多个模块,准备全部为相同形状的模块。
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