CN117029874A - 半球陀螺装配误差快速识别方法和调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别和调整装置，适用于半球谐振子与电极装配过程中的偏心问题的调整。所述方法采用非接触在线测量法获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，计算两个圆心的距离即半球谐振子与电极装配的偏心量，判断偏心量是否符合要求，若不符合要求，进行偏心量调整，重复测量和误差识别，直至偏心量调整满足要求为止。所述调整装置包括基座、测量装置、调整器、夹持座和旋转机构，所述基座将测量装置、调整器、夹持座和旋转机构连接成一体。本发明可实现高精度同轴误差的非接触检测和在线调整，提升陀螺装配后Q值和频差，为半球谐振陀螺性能提升提供有力技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半球谐振陀螺装配误差快速识别及调整的方法，应用于半球谐振陀螺关键装配过程的检测。
背景技术
半球谐振陀螺(HRG)是利用半球谐振子驻波进动效应来感测基座旋转的一种新型振动陀螺。谐振子受电极激励产生振动驻波，驻波会随基座旋转发生进动，进动角与旋转角成正比，通过电极检测振动，可以解算出旋转角。半球谐振陀螺具备高精度、低成本、小体积、高可靠性的独特优点，符合飞航导弹、无人作战装备、高超声速导弹等各类武器装备发展需求，成为目前及今后惯性技术研究与应用的热点。
半球谐振陀螺表头结构主要包括半球谐振子壳、平板电极体基座、吸气剂及壳体上盖，其核心部件是半球谐振子与平板电极。半球谐振子通常采用低热膨胀系数、高品质因数的熔融石英玻璃制成，结构为高精度完全轴对称薄壁形式，其振动特性具有高品质因数(Q值)、低频差的特点。评价半球谐振子优劣的核心指标是Q值和频差，Q值越低和频差越大，陀螺的零偏稳定性越差。目前随着谐振子制备技术研究深入，可以实现高Q值、低频差的谐振子，然而半球谐振子装配时，由于设备、夹具等方面的原因不可避免会导致陀螺间隙不均匀及应力不均匀，进而降低谐振子的品质因数、增大频差、造成阻尼不均等问题，导致陀螺输出产生漂移，严重影响半球谐振陀螺精度。
国外以法国、美国为代表，一直坚持投入开展半球谐振陀螺技术研究，整体技术向小体积、高精度、低成本和批量生产方向发展，目前已经在卫星、舰船、战略战术导弹、陆地战车等武器系统和商业航空等领域全面应用。国外装配技术已经由传统的多轴位移平台装配系统朝着可调节压块的无位移平台方案发展，从保证三件套球心三维对准优化成为保证两件套的一维、两维对准；精密装配装备由品质因数、频率裂解等参数离线测试朝着多参数在线监测方向发展。目前，法国Safran公司的装配封装技术已经实现成熟的工程化应用，达到年产25000轴陀螺的生产规模。
国内前期主要进行球面三件套陀螺装配技术相关研究，开展了谐振子无损夹持、谐振子与电极间隙测量、装配位移台多轴并行控制等方面研究工作。近年来随着国外两件套平面电极谐振陀螺的推广应用，国内也相继开展了相关研究工作。在间隙控制方面，主要采用差分电容检测、光学测量等方法进行，间隙精度在微米量级；在平面电极与谐振子连接方面，开展了胶接及焊接相关工艺研究，实现了谐振子与平面电极的连接；陀螺装配方面，设计了专用的工装夹具，实现了整表微米量级的装配。虽然国内的半球谐振陀螺装配封装工艺与装备方面取得了长足进步，但国内主要研究的是电极间隙误差识别和调整方法，而谐振子与电极偏心误差的识别和调整方法较少。
半球谐振陀螺装配中，最关键的步骤是半球谐振子与电极之间的装配，其装配同轴精度要求高，要求优于1～5微米，因此其配合形式通常采用简单可靠的孔轴配合，如图1所示，而半球谐振子和电极的材料一般为石英玻璃，属于难加工的精密零件，配合采取间隙配合，固定方式通常为胶接或焊接。半球谐振子轴和电极孔的加工精度无法无限提升，目前国内谐振子和电极加工的最高水平仅能将加工公差范围控制在5微米以内，因此孔轴配合间隙通常大于10微米，否则会出现无法安装的情况，因此半球谐振子与电极装配后的同轴度往往大于20微米，远不能满足要求，装配的偏心问题极大的影响了陀螺的性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别方法和调整装置，适用于半球谐振子与电极装配过程中的偏心问题的调整。
为实现本发明目的，本发明提供了一种半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别方法，采取技术方案如下：
采用非接触在线测量法获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，计算两个圆心的距离即半球谐振子与电极装配的偏心量，判断偏心量是否符合要求，若不符合要求，进行偏心量调整，重复测量和误差识别，直至偏心量调整满足要求为止。
根据本发明的另一方面，提供了半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置，采取技术方案如下：
所述装置包括基座、测量装置、调整器、夹持座和旋转机构，所述基座将测量装置、调整器、夹持座和旋转机构连接成一体；
所述测量装置固定在基座的横梁上，位于电极和谐振子装配体的上方；所述调整器安装在基座的支撑壁上，在电极和谐振子装配体的侧面，调整器的施力方向与谐振子轴线垂直，通过调整器给谐振子施加力，使谐振子产生与电极相对位移，进而调整偏心误差；所述夹持座用于夹持电极和谐振子装配体；所述旋转机构位于基座底座上，使夹持座相对基座能够旋转，以使调整器能够对准电极圆心与谐振子圆心的连线。
在本发明一具体实施例中，所述调整器由螺纹和螺钉构成，通过螺钉给谐振子施加力。所述夹持座中包含快装装置，所述快装装置包括弹簧，利用弹簧的弹性作用力实现电极和谐振子装配体的快速装卸。
基于上述装置，根据本发明的又一方面，提供了半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别和调整方法，采取技术方案如下：
首先通过测量装置获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，计算两个圆心的距离即半球谐振子与电极装配的偏心量d，判断是否符合要求，若不符合要求，则通过旋转机构，带着谐振子的电极转动，使电极圆心O与谐振子圆心O1连线正对调整器，通过测量装置，测量或观察两个圆心连线与调整器之间是否平行，使用调整器推动谐振子，使谐振子圆心O1靠近电极圆心O，调整后重新测量，判断是否符合要求，若符合要求则完成调整，若不符合则重复上述测量调整过程。
进一步的，使用调整器推动谐振子，推动方式采用螺旋进给或直线进给。
进一步的，所述的偏心误差快速识别和调整方法，以电极圆心O作为原点，以调整器轴线为零度坐标轴建立极坐标系；从极坐标系读取电极圆心O与谐振子圆心O1连线的角度α。以螺旋进给为力，所用螺旋角度记为θ，重新测量的偏心量记为d1，当α＝0°时，调整量不够，则按照θ1＝θ*d1/(d-d1)计算下次调整量，当α＝180°时，调整量过大，谐振子圆心O1越过电极圆心O点，按照θ1＝θ*d1/(d+d1)计算下次调整量。
与现有技术对比，本发明有益效果如下：
本发明针对半球谐振陀螺装配偏心误差影响陀螺性能的问题，形成一种谐振子与电极装配偏心误差快速识别和调整的方法，可实现高精度同轴误差的非接触检测和在线调整，提升陀螺装配后Q值和频差，为半球谐振陀螺性能提升提供有力技术支撑。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出了本发明具体实施例提供的谐振子与电极装配偏心误差示意图；
图2示出了本发明具体实施例提供的谐振子与电极装配偏心误差识别和调整流程图；
图3示出了本发明具体实施例提供的谐振子与电极装配偏心误差调整装置主视图；
图4示出了本发明具体实施例提供的谐振子与电极装配偏心误差调整装置俯视图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、基座；2、测量装置；3、调整器；4、夹持座；5、旋转机构；6、弹簧；7、谐振子；8、电极
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别方法，具体如下：
所述方法采用非接触在线检测，采用高精度摄像头拍摄、激光平台扫描或振镜扫描的检测方式，获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，分别计算相应圆圈的圆心，如图1所示，以电极圆心O作为原点建立极坐标系，以过电极圆心O任意半径为零角度坐标轴，将电极圆心O与谐振子圆心O1连线，从该极坐标系读取连线的角度α，计算两个圆心的距离即偏心量d，判断偏心量是否符合要求，若不符合要求，则进行偏心量调整，以角度α和偏心量d作为偏心量调整的输入，完成相应调整后，再次重复测量，误差识别和调整，直至偏心量满足要求为止。
基于上述半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别方法，本发明提供了半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置，如图3、图4所示.
所述装置包括基座1、测量装置2、调整器3、夹持座4和旋转机构5。所述基座1将测量装置2、调整器3、夹持座4和旋转机构5等功能部件连接成一体。测量装置2采用高精度摄像头、激光装置或振镜，固定在基座1的横梁上，位于电极8和谐振子7装配体的上方，便于测量电极8和谐振子7装配体。调整器3安装在基座1的支撑壁上，在电极8和谐振子7装配体的侧面，调整器3的施力方向与谐振子7轴线垂直。在一示例中，所述调整器3由螺纹和螺钉构成，通过调整螺钉给谐振子7施加力，使谐振子7产生与电极8相对位移，进而调整偏心误差。夹持座4用于夹持电极8和谐振子7装配体，夹持座4中包含快装装置，所述快装装置包括弹簧6，利用弹簧6的弹性作用力实现电极8和谐振子7装配体的快速装卸。旋转机构5位于基座1底座上，使夹持座4相对基座1可以旋转，以使调整器3可以对准电极圆心O与谐振子圆心O1的连线。上述调整器3和旋转机构5可采用手动或电机传动等自动方式。
基于上述装置，本发明提供了半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别和调整方法，具体调整流程如图2，首先通过测量装置2进行初始偏心量测量，判断是否符合要求，若不符合要求，则进行原位调整，通过旋转机构5，将带着谐振子7的电极8转动，电极圆心O与谐振子圆心O1连线正对调整器3，通过测量装置2，测量或观察两个圆心连线与调整器3之间是否平行。调整器3推动谐振子7，使谐振子圆心O1靠近电极圆心O，推动方式根据不同装配连接方式可采用螺旋进给或直线进给，完成一次调整。调整后再次测量，判断是否符合要求，若符合要求则完成调整，若不符合则重复上述测量调整过程。
在一具体的实施例中，半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别和调整方法，包括如下步骤：
步骤1.将谐振子与电极装配体安装于夹持座中，通常电极孔径比谐振子轴径大越0.1mm，则装配偏心量最大为0.1mm。用测量装置进行测量，以测量显微镜为例，以电极外圆为边取不少于3个点，构造一个圆，取其圆心为O，建立极坐标系，以O为原点，以调整器轴线为零度坐标轴。
步骤2.以谐振子外圆为边取不少于3个点，构造一个圆，取其圆心为O1，连接OO1，如图1所示，从极坐标系读取连线的角度α和两个圆心的距离d，假设偏心量为0.1mm，则d＝0.1mm，角度α为0～360°任意值。
步骤3.使用旋转机构，旋转电极使OO1对准调整器轴线，如图3所示。
步骤4.使用调整器，推动谐振子使其相对电极移动一定距离，以螺旋进给为力，记录所用螺旋角度θ，假设θ＝90°。
步骤5.采用测量装置用上述方法重新测量偏心量d1，假设d1＝0.05mm，判断是否满足要求值，若满足则调整结束，若不满足，则计算下次需要调整的螺旋角度，通常要求为微米级，此时0.05mm不满足要求，则需要计算下次旋转角度。分为两种情况，当α＝0°时，说明调整量不够，则按照θ1＝θ*d1/(d-d1)计算下次调整量，假设此时α＝0°，按照上述计算则θ1＝θ*d1/(d-d1)＝90*0.05/(0.1-0.05)＝90°，当α＝180°时，说明调整量过大，O1越过O点，则需旋转电极使OO1对准调整器轴线，按照θ1＝θ*d1/(d+d1)计算下次调整量，按照上述假设，则此时θ1＝θ*d1/(d+d1)＝90*0.05/(0.1+0.05)＝30°。
步骤6.重复上述调整和测量步骤，直至偏心量满足要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种半球谐振子与电极装配偏心误差快速识别方法，其特征在于，采用非接触在线测量法获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，计算两个圆心的距离即半球谐振子与电极装配的偏心量，判断偏心量是否符合要求，若不符合要求，进行偏心量调整，重复测量和误差识别，直至偏心量调整满足要求为止。
2.一种半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置，其特征在于，包括基座(1)、测量装置(2)、调整器(3)、夹持座(4)和旋转机构(5)，所述基座(1)将测量装置(2)、调整器(3)、夹持座(4)和旋转机构(5)连接成一体；
所述测量装置(2)固定在基座(1)的横梁上，位于电极(8)和谐振子(7)装配体的上方；所述调整器(3)安装在基座(1)的支撑壁上，在电极(8)和谐振子(7)装配体的侧面，调整器(3)的施力方向与谐振子(7)轴线垂直，通过调整器(3)给谐振子(7)施加力，使谐振子(7)产生与电极(8)相对位移，进而调整偏心误差；所述夹持座(4)用于夹持电极(8)和谐振子(7)装配体；所述旋转机构(5)位于基座(1)底座上，使夹持座(4)相对基座(1)能够旋转，以使调整器(3)能够对准电极圆心与谐振子圆心的连线。
3.根据权利要求2所述的半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置，其特征在于，所述调整器(3)由螺纹和螺钉构成，通过螺钉给谐振子(7)施加力。
4.根据权利要求2所述的半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置，其特征在于，所述夹持座(4)中包含快装装置，所述快装装置包括弹簧(6)，利用弹簧(6)的弹性作用力实现电极(8)和谐振子(7)装配体的快速装卸。
5.基于权利要求2、3或4所述的半球谐振子与电极装配偏心误差调整装置的偏心误差快速识别和调整方法，其特征在于，首先通过测量装置(2)获取半球谐振子最大外径的圆，以及电极最大外径的圆，计算两个圆心的距离即半球谐振子与电极装配的偏心量d，判断是否符合要求，若不符合要求，则通过旋转机构(5)，带动谐振子(7)的电极(8)转动，使电极圆心O与谐振子圆心O1连线正对调整器(3)，通过测量装置(2)，测量或观察两个圆心连线与调整器(3)之间是否平行，使用调整器(3)推动谐振子(7)，使谐振子圆心O1靠近电极圆心O，调整后重新测量，判断是否符合要求，若符合要求则完成调整，若不符合则重复上述测量调整过程。
6.根据权利要求5所述的偏心误差快速识别和调整方法，其特征在于，使用调整器3推动谐振子7，推动方式采用螺旋进给或直线进给。
7.根据权利要求6所述的偏心误差快速识别和调整方法，其特征在于，
以电极圆心O作为原点，以调整器轴线为零度坐标轴建立极坐标系；从极坐标系读取电极圆心O与谐振子圆心O1连线的角度α，
以螺旋进给为力，所用螺旋角度记为θ，重新测量的偏心量记为d1，当α＝0°时，调整量不够，则按照θ1＝θ*d1/(d-d1)计算下次调整量，当α＝180°时，调整量过大，谐振子圆心O1越过电极圆心O点，按照θ1＝θ*d1/(d+d1)计算下次调整量。
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| Title |
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| 徐泽远: "半球谐振陀螺误差机理与仿真研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 28 February 2018 (2018-02-28), pages 44 - 74 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117589141A (zh) * | 2024-01-18 | 2024-02-23 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种二件套半球谐振陀螺基座及其加工方法 |
| CN117589141B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-03-19 | 四川图林科技有限责任公司 | 一种二件套半球谐振陀螺基座及其加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117029874B (zh) | 2024-07-09 |
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