CN117723037B - 一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陀螺仪技术领域，具体是指一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统，包括通过陶瓷基复合材料加工得到基座，基座采用渗铝工艺加工得到带有电极的电极基座，以及通过熔融石英材料加工得到的激励罩，还包括以下步骤：步骤1，谐振子粗加工；步骤2，谐振子精加工；步骤3，电路系统设计；步骤4，装配封装保护；步骤5，整机测试校准。本发明通过降低谐振子基材与抛光单元之间相对的转速差，进而减少二者在加工过程产生的干涉，还通过抛光模块能够改变其与谐振子基材之间的加工角度，在加工效果上的表现为改变了抛光区域内磁流变液的剪切屈服应力，避免了传统磁流变抛光方法中谐振子存在干涉的问题。

Description

一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统

技术领域

本发明涉及陀螺仪技术领域，具体是指一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统。

背景技术

半球谐振陀螺(Hemisphericalresonatorgyroscope，简称HRG)作为一种高精度陀螺仪，具有抗冲击、抗辐射、尺寸较小、重量轻、能耗低、可靠性高、长工作寿命等多方面优点，成功应用于国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域。半球谐振子作为半球谐振陀螺的核心部件，为获得低频率裂解和高品质因数，对其加工精度有着较高的要求，通常要求半球谐振子在超精密磨抛后面型精度达到亚微米级，表面粗糙度达到纳米级。

半球谐振陀螺的工作模式分为力反馈模式和全角模式，相较于力反馈模式，全角模式由于其振型方位角因外加输入角速度而转动，具有更大的测量范围和更高的动态性能，并且全角模式无需对谐振子振型进行控制，振型能够自由转动，因此具有极大的带宽，能够满足高动态武器装备需求，具有极大的发展前景。

但需要说明的是，由于速率积分模式下谐振子驻波位置不再固定，其对半球谐振子周向对称性的要求更为严苛，其误差机理相比于力平衡模式也更为复杂，考虑到实际加工过程中的制造方法存在着主轴跳动以及半球谐振子毛坯件的制造误差，在规划球头砂轮轨迹的时候，通常需要将预设理想轨迹向远离工件方向插补30μm～60μm。加工时，球头砂轮轨迹每次向靠近工件方向插补1μm～5μm，该过程需要根据声音判断球头砂轮是否与半球谐振子完全抛光，在完全抛光的基础上，还需要对半球谐振子再进行一定深度的材料去除。

目前虽已研制出加工较高精度半球谐振子的超精密加工机床，但是其智能化升级还有许多功能需要完善；分析目前工艺，判断球头砂轮是否与半球谐振子完全磨削是根据经验丰富的工程师的判断。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统，基于高集成度的制造系统进行自动化制造加工，并且在谐振子的制作过程中，进一步利用谐振子的同步转动、抛光模块的微动控制来避免传统磁流变抛光方法中谐振子存在干涉的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法，包括通过陶瓷基复合材料加工得到基座，基座采用渗铝工艺加工得到带有电极的电极基座，以及通过熔融石英材料加工得到的激励罩，还包括以下步骤：步骤1，谐振子粗加工，取熔融石英材料进行粗加工，并在退火炉中进行退火处理再进行精密加工得到谐振子基材；步骤2，谐振子精加工，将步骤1中得到的谐振子基材在制造系统内进行表面成型处理得到谐振子；步骤3，电路系统设计，步骤2完成后，对电路子系统进行规划设计与调试得到软件模块；步骤4，装配封装保护，步骤3完成后，在制造系统内将电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块进行焊接装配得到半球谐振陀螺仪；步骤5，整机测试校准，在制造系统内对步骤4中得到的半球谐振陀螺仪进行测试校准，步骤2中，谐振子基材通过制造系统内的抛光模块进行磁流变抛光作业，抛光过程中，谐振子基材与抛光模块同步转动，并存在转速差，磁流变液持续穿行谐振子基材与抛光模块之间的加工间隙并产生流体动压力实现谐振子基材的表面成型处理，持续穿行过程中，抛光模块与谐振子基材之间的加工角度能够调节。

需要说明的是，现有技术中，全角模式下的半球谐振子周向对称性的要求更为严苛，其误差机理相比于力平衡模式也更为复杂，由于半球谐振子带有中心支撑杆的异形结构，并且其在结构上存在小曲率半径过渡圆弧曲面，传统的加工工序在进行加工时，将产生较大程度的干涉，具体表现为半球谐振子表面的不规则缺陷。在上述内容的基础上，申请人提出了一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法，对半球谐振陀螺仪的核心部件谐振子的加工制造工序进行针对性改进，具体地，在磁流变抛光技术的基础上，通过降低谐振子基材与抛光单元之间相对的转速差，进而减少二者在加工过程产生的干涉，更进一步地，由于在加工制造过程中，制造的固定化参数不易改变，而在本申请中，通过抛光模块能够改变其与谐振子基材之间的加工角度，在加工效果上的表现为改变了抛光区域内磁流变液的剪切屈服应力，进而带来了不同的加工精度。

进一步地，步骤1中，精密加工过程包括使用球面加工磨头对粗加工后的石英材料进行外表面粗磨和半精磨，再对内表面进行粗磨和半精磨，完成后再放入退火炉中进行二次退火处理得到谐振子基材。需要说明的是，通过粗加工来切除石英材料表面的余量，以接近最终的尺寸和形状，并去除粗加工过程中产生的部分缺陷，使得后续精加工过程更为准确，有利于改善其各项性能。

进一步地，步骤2中的磁流变液为水基液、羰基铁粉磁性颗粒、抛光粉磨料颗粒以及稳定剂的混合液体，所述磁流变液通过循环模块供给至加工间隙，循环模块包括：混合件、输送管以及蠕动泵以及回流槽，所述磁流变液的各成分在所述混合件内混合完成后通过蠕动泵经由输送管输送至加工间隙处，同时在抛光模块的作用下通过另一蠕动泵经由回流槽回收至混合件内。需要说明的是，磁流变液能够通过抛光头和零件表面的抛光间隙产生的流体动压力作用，对工件表面实现材料去除。

一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，包括上料模块、抛光模块、装配模块以及测试模块，所述上料模块包括两传送带与机械臂，一传送带用于将所述谐振子基材输送至所述抛光模块，另一传送带用于将激励罩或软件模块输送至所述装配模块，所述机械臂用于上下料；所述抛光模块包括中控单元、工作台以及设置在所述工作台内的夹持单元与抛光单元，所述夹持单元用于对谐振子基材进行竖直、水平状态的固定，所述抛光单元通过多轴滑轨设置在所述工作台内的支撑板下，并用于所述谐振子基材的磁流变抛光；所述装配模块设置在所述抛光模块侧边并用于所述电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块的焊接装配；所述测试模块设置在所述装配模块的侧边并用于半球谐振陀螺仪的测试校准。需要说明的是，基于上述内容，能够将初加工完成的各加工部件进行再加工，并进行集成化装配测试，其能够在一个加工系统内完成加工、装配以及测试工序，节约了部分加工资源，并且其能够优化抛光工序，通过控制抛光单元的与谐振子基材间的加工角度来调整磁流变液对谐振子基材表面的剪切屈服应力，进一步提高抛光精度。

进一步地，所述工作台包括：底座、设置在所述底座上的翻转单元以及设置在所述翻转单元上的转动单元，所述翻转单元包括翻转电机、翻转板以及两底板，两所述底板固定连接在所述底座的上端面，所述翻转板转动设置在两所述底板之间并通过所述翻转电机来进行翻转角度调节，所述转动单元设置在所述翻转板上，所述翻转电机还带有锁止机构。需要说明的是，基于上述结构，工作台能够实现一定程度地角度翻转，并且通过转动单元能够实现谐振子基材的转动，该翻动或转动过程能够同时或独立进行作用，转动单元的转动过程与抛光单元能够根据加工情况进行同步转动，进而减少二者之间的转速差，区别于现有技术中谐振子在加工过程中保持相对静止的加工状态，本申请中的谐振子基材处于动态平衡，相对于传统的抛光头单独作用而已，具有更小的干涉效应，在表面处理过程中的表现为更为光滑。

进一步地，所述转动单元包括：设置在所述翻转板上的转动电机、转动板以及与所述转动电机输出端连接的传动机构，所述转动板的底部还设置有用于保持动平衡的平衡件，所述传动机构的输出轴与所述转动板底部的中心固定连接，当转动电机转动时，能够通过所述传动机构带动所述转动板进行转动，所述夹持单元设置在所述转动板上端面，当所述谐振子基材进行竖直加工时，所述夹持单元对所述谐振子基材进行竖直固定。需要说明的是，基于上述结构，转动单元通过夹持单元不仅能够实现谐振子基材在竖直方向上的转动，还能够通过传动机构来调节谐振子基材的转动速率以及动态稳定性。

进一步地，所述转动板的底部设置有支柱，并通过所述支柱转动设置在所述翻转板上，所述传动机构包括：与所述转动电机输出端连接的主动齿轮、与所述支柱固定连接的齿盘、链条以及卡齿，所述齿盘上以其轴线呈圆周阵列开设有若干滑槽，且若干所述滑槽内均滑动设置有滑块与电动推杆，所述滑块能够通过所述电动推杆在所述滑槽内进行位置调节，所述卡齿与所述滑块固定设置，所述主动齿轮通过所述链条与所述卡齿带动所述齿盘旋转，所述链条内还设置有用于调节链条松紧度的卡紧轮。需要说明的是，基于上述结构，传动机构的传动比能够进行调整，主要通过推杆改变滑块在滑槽内的位置来改变链条在卡齿上的啮合长度，进而实现齿盘的转速调节，最终用于调节谐振子基材与抛光头的转速差。

进一步地，所述抛光单元包括：抛光头、调节臂以及调节件，所述调节臂通过多轴滑轨与所述支撑板滑动设置，所述调节件设置在所述调节臂的端部，所述抛光头设置在所述调节件的端部，所述调节臂能够用于调节所述调节件的方向。需要说明的是，基于上述结构，调节臂优选为六轴机械臂，以实现调节件在空间上多角度的调节，进而改变抛光头与谐振子基材的加工角度。

进一步地，所述调节件包括壳体、控制件、稳定件以及调节杆，所述调节杆的一端贯穿壳体与所述抛光头连接，所述控制件设置在所述调节杆的另一端，所述稳定件设置的所述壳体的末端并与所述调节杆的中部接触，所述控制件能够控制调节杆另一端的摆动角度并以稳定件与调节杆的接触部位为支点来调节所述抛光头的角度。需要说明的是，基于上述结构，抛光头在调节件上能够形成一个“杠杆”结构，调节杆与稳定件在接触部分作为支点，抛光头、控制件分别位于调节杆的两端，当控制件处于工作状态改变调节杆端部的位置时，另一端抛光头的位置随之改变，并联合调节臂的行程，能够大幅度提高谐振子基材与抛光头的加工角度，进而通过改变加工间隙来调整磁流变区域内的剪切屈服应力，最终大幅度改善抛光效果、提高加工精度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过降低谐振子基材与抛光单元之间相对的转速差，进而减少二者在加工过程产生的干涉，还通过抛光模块能够改变其与谐振子基材之间的加工角度，在加工效果上的表现为改变了抛光区域内磁流变液的剪切屈服应力，避免了传统磁流变抛光方法中谐振子存在干涉的问题；

2、本发明转动单元的转动过程与抛光单元能够根据加工情况进行同步转动，进而减少二者之间的转速差，区别于现有技术中谐振子在加工过程中保持相对静止的加工状态，本申请中的谐振子基材处于动态平衡，相对于传统的抛光头单独作用而已，具有更小的干涉效应；

3、本发明能够大幅度提高谐振子基材与抛光头的加工角度，进而通过改变加工间隙来调整磁流变区域内的剪切屈服应力，最终大幅度改善抛光效果、提高加工精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明制造方法的流程示意图；

图2为本发明制造系统的结构简图；

图3为本发明制造系统的结构示意图；

图4为抛光模块内部视角放大结构示意图；

图5为抛光模块内部结构正视结构示意图；

图6为图5中A的放大结构示意图；

图7为传动结构的俯视结构示意图；

图8为谐振子外部抛光加工示意图；

图9为谐振子内部抛光加工示意图；

图10为抛光单元的结构示意图；

图11为抛光单元内部结构示意图；

图12为谐振子基材抛光前后表面形貌对比图，左侧为初始表面，右侧为抛光表面；

图13为实施例2中抛光单元的结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-上料模块，11-传送带，12-机械臂；

2-抛光模块；

21-工作台，22-夹持单元，23-抛光单元，24-中控单元；

211-支撑板，212-底座，213-翻转单元，214-转动单元；

2131-翻转电机，2132-翻转板，2133-底板；

2141-转动电机，2142-转动板，2143-传动机构，2144-平衡件，2145-齿盘，2146-滑槽，2147-滑块，2148-链条，2149-电动推杆，2150-卡齿，2151-卡紧轮，2152-主动齿轮；

231-抛光头，232-调节臂，233-调节件；

2331-壳体，2332-控制件，2333-稳定件，2334-调节杆；

3-装配模块；

4-测试模块；

5-循环模块，51-喷头，52-混合件，53-输送管，54-蠕动泵，55-回流槽；

6-谐振子基材；

7-图像模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例1：

如附图1所示，一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法，包括通过陶瓷基复合材料加工得到基座，基座采用渗铝工艺加工得到带有电极的电极基座，以及通过熔融石英材料加工得到的激励罩，还包括以下步骤：

步骤1，谐振子粗加工，取熔融石英材料进行粗加工，并在退火炉中进行退火处理再进行精密加工得到谐振子基材6；其中，退火温度为900℃至980℃，可以理解的是，如果表面累加的应力超过极限，退火就会出现裂缝，在对熔融石英材料粗加工前先对其进行高温退火，并且其退火温度至少保证在900℃以上，在满足工序加工的时间条件下，退火时间应尽可能的长，以减小材料损耗误差，保证器件表面不出现裂缝。在本步骤中，退火处理包括升温阶段、保温阶段以及降温阶段，对于升温阶段，真空炉内的温度由室温升至850℃至880℃，升温速率为10℃/min至15℃/min；再将真空炉内的温度升至900℃至980℃，升温速率为5℃/min；对于保温阶段，真空炉内的温度位置在1000℃至1100℃，持续时间范围为480min至600min；对于降温阶段，分为两个阶段，第一阶段以2℃/min降低至760℃至780℃，第二阶段以3℃/min至6℃/min降低至360℃至400℃，最后自然冷却至室温。

步骤2，谐振子精加工，将步骤1中得到的谐振子基材6在制造系统内进行表面成型处理得到谐振子；磁流变抛光的工作原理为：利用小直径永磁体制成抛光头231，抛光头231形成的磁场作用使加工区域的磁流变抛光液产生流变“固化”效果，形成表观黏度系数较大的类固体柔性抛光模吸附于抛光头231表面，并在高速旋转的抛光头231带动下，通过抛光头231和谐振子基材6表面的抛光间隙产生的流体动压力作用，对振子基材表面实现材料去除。在上述过程中，谐振子基材6的表面处理效果受到磁流变液剪切屈服应力的影响，若屈服应力过大，将会产生较为严重的干涉效果，使得谐振子表面处理存在缺陷，继而影响到后续陀螺仪的检测精度以及制造的良品率。本步骤中，谐振子的精加工过程主要为抛光工序，具体地，谐振子基材6通过抛光模块2进行磁流变抛光，通过制造系统内的抛光单元23来对谐振子基材6表面进行多角度抛光作业，并且还能够通过制造系统内的翻转单元213、转动单元214实现谐振子基材6的多角度变化与自定义转动过程。

步骤3，电路系统设计，步骤2完成后，对电路子系统进行规划设计与调试得到软件模块；对于半球谐振陀螺仪的电路系统，其主要包括以下方面：

1、振荡器电路，振荡器电路是用来驱动谐振子进行振动的，其需要能够在谐振子的谐振频率下提供恒定的振动能量；

2、传感器电路，传感器电路用于检测谐振子振动的变化，并在陀螺仪发生角速度变化时，谐振子的振动会因为科里奥力的作用而发生改变，这种变化能够被传感器电路检测到，并转化为电信号；

3、信号处理电路，信号处理电路用于处理传感器电路输出的信号，其能够准确地从信号中提取出角速度信息，并将其转化为能够用于导航或控制的有用信息；

4、电源电路，电源电路为整个系统提供稳定、可靠的电源；

5、控制电路，控制电路用于控制振荡器电路和传感器电路的工作以及处理可能出现的故障。还需要说明的是，上述内容中，其涉及的改进内容与本申请的核心技术方案的关联度较低，在此仅以控制电路为例进行说明，其余电路子系统便不再赘述，控制电路中，采用全角模式闭环控制回路，在全角模式下通过提取xy方向上的振动信号来解算谐振子的振动信息，并根据各个振型振动的控制量设计相应的控制回路施加驱动力以维持振动能量、抑制正交信号并进行振型方位角的解算过程。

步骤4，装配封装保护，步骤3完成后，在制造系统内将电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块进行焊接装配得到半球谐振陀螺仪；对于静态安装过程，在理想状态下，谐振子的支撑杆应该与电极基座垂直，此时的谐振子下表面距离电极基座上任一平板电极的距离均相同，不会产生任何误差，而如果安装时出现了倾角，谐振子则会朝向某一方向倾斜，并使得电极板件距离在整个圆周上有一个正弦分布的误差，因此，在进行装配封装保护时，需要进行安装误差辨识，具体地，在谐振子处于静态时，通过测量电极基座上8个平板电容的静态容值来对安装误差进行辨识，得到误差的数值后再工作时通过辨识模型对激励和检测环节进行校正，过程包括：在陀螺仪非工作状态下，测量8个电容的静态容值，再根据测量值最小的电极的中心角度和电容大小，初步估计倾角相位和倾角大小，最后从初步估计的参数开始，使用梯度下降法，计算使残差平方项达到最小的倾角相位和倾角大小，得到倾角相位和倾角大小后再进行后续安装及校正作业。

步骤5，整机测试校准，在制造系统内对步骤4中得到的半球谐振陀螺仪进行测试校准；对于测试过程，以标度因数测试为例，测试方法为：将陀螺仪固定在速率转台上，使其输入基准轴指天；设定陀螺仪输出采样频率为1Hz，接通陀螺仪电源，预热时间30分钟后，控制转台分别以±0.1°/s、±0.2°/s、±0.5°/s、±1°/s、±2°/s、±5°/s、±10°/s、±20°/s、±50°/s、±100°/s、±200°/s速率点进行转动。在转台处于正转、反转工作状态稳定时，分别启动计算机采样程序，记录陀螺仪的输出电压或数据，小于±100°/𝑠速率点的采样数据不少于30个，±100°/s、±200°/s速率点的采样数据不少于10个。测试完成后关闭陀螺仪电源；30分钟后重复上述步骤，重复进行3次试验。以零偏性能测试为例，实验方法为：将陀螺仪通过工装固定在测试地基上，设定计算机采样频率为1Hz；接通陀螺仪电源，同时启动采样程序开始计数，记录90分钟，关闭电源，并从中取60分钟有效数据；按上述步骤重复3次，每次间隔1小时。

测试结果表明，全角模式连续控制系统的陀螺仪在量程为±200°/s时标度因数为-1952.21Bits/°/s，零偏稳定性为4.91°/h；全角模式分时复用控制系统的陀螺仪在量程为±200°/s时标度因数为-20342.6Bits/°/s，零偏稳定性为4.31°/h，如附图12所示，为谐振子基材6抛光前后表面形貌对比图，左侧为初始表面，右侧为抛光表面，再结合测试结果，能够表明本申请制造的半球谐振陀螺仪实现全角模式完整功能，具有明显的可行性。

步骤2中，谐振子基材6通过制造系统内的抛光模块2进行磁流变抛光作业，抛光过程中，谐振子基材6与抛光模块2同步转动，并存在转速差，磁流变液持续穿行谐振子基材6与抛光模块2之间的加工间隙并产生流体动压力实现谐振子基材6的表面成型处理，持续穿行过程中，抛光模块2与谐振子基材6之间的加工角度能够调节。

还需要说明的是，现有技术中，全角模式下的半球谐振子周向对称性的要求更为严苛，其误差机理相比于力平衡模式也更为复杂，由于半球谐振子带有中心支撑杆的异形结构，并且其在结构上存在小曲率半径过渡圆弧曲面，传统的加工工序在进行加工时，将产生较大程度的干涉，具体表现为半球谐振子表面的不规则缺陷。在上述内容的基础上，申请人提出了一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法，对半球谐振陀螺仪的核心部件谐振子的加工制造工序进行针对性改进，具体地，在磁流变抛光技术的基础上，通过降低谐振子基材6与抛光单元23之间相对的转速差，进而减少二者在加工过程产生的干涉，更进一步地，由于在加工制造过程中，制造的固定化参数不易改变，而在本申请中，通过抛光模块2能够改变其与谐振子基材6之间的加工角度，在加工效果上的表现为改变了抛光区域内磁流变液的剪切屈服应力，进而带来了不同的加工精度。

需要说明的是，步骤1中，精密加工过程包括使用球面加工磨头对粗加工后的石英材料进行外表面粗磨和半精磨，再对内表面进行粗磨和半精磨，完成后再放入退火炉中进行二次退火处理得到谐振子基材6。还需要说明的是，通过粗加工来切除石英材料表面的余量，以接近最终的尺寸和形状，并去除粗加工过程中产生的部分缺陷，使得后续精加工过程更为准确，有利于改善其各项性能，二次退火处理与一次退火时的处理工艺接近，此处便不再赘述。

需要说明的是，步骤2中的磁流变液为水基液、羰基铁粉磁性颗粒、抛光粉磨料颗粒以及稳定剂的混合液体，所述磁流变液通过循环模块5供给至加工间隙，循环模块5包括：混合件52、输送管53以及蠕动泵54以及回流槽55，所述磁流变液的各成分在所述混合件52内混合完成后通过蠕动泵54经由输送管53输送至加工间隙处，同时在抛光模块2的作用下通过另一蠕动泵54经由回流槽55回收至混合件52内。

还需要说明的是，当磁流变液到达抛光头231与谐振子基材6所在抛光区域（即加工间隙）时，磁流变液中的羰基铁粉在磁场作用下产生磁化，沿外磁场方向定向排列呈链束状结构；而抛光液中的抛光粉磨料颗粒则被所形成羰基铁粉链紧密包裹，并在磁浮力作用下由高梯度磁场的抛光头231表面被推向低度磁场的元件表面，同时羰基铁粉链将牢固夹持磨料颗粒，以在抛光头231表面形成类固体状柔性抛光膜。由羰基铁粉链夹持磨料颗粒形成的抛光膜在旋转的抛光头231带动下与谐振子基材6的加工表面产生相对运动并对其发生挤压刮擦作用形成材料去除，其抛光材料去除机理可以认为是机械微切削与化学作用共同作用的结果，抛光粉磨料颗粒在磁化的磁性颗粒所形成的链束状结构夹持下对谐振子基材6表面产生施加正压力作用使磨粒压入工件表面并形成轻微裂纹，随着相对运动剪切去除掉表面材料，同时产生的微裂纹可以加速水分子与熔石英材料的水解作用。更为重要的是，当谐振子基材6与抛光头231的转动方向相同时，其具有较小的差速，能够产生较小的轻微裂纹，当谐振子基材6与抛光头231的转动方向相反时，其具有较大的差速，能够产生较大的轻微裂纹，而轻微裂纹的状态大小，能够根据加工要求的而进行改变，并决定采用相同的转动方向或相反的转动方向。还可以理解的是，抛光头231的角度调节也能带来不同的正压力作用。

请一并参考附图2至图11，一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，包括上料模块1、抛光模块2、装配模块3以及测试模块4，所述上料模块1包括两传送带11与机械臂12，一传送带11用于将所述谐振子基材6输送至所述抛光模块2，另一传送带11用于将激励罩或软件模块输送至所述装配模块3，所述机械臂12用于上下料；所述抛光模块2包括中控单元24、工作台21以及设置在所述工作台21内的夹持单元22与抛光单元23，所述夹持单元22用于对谐振子基材6进行竖直、水平状态的固定，所述抛光单元23通过多轴滑轨设置在所述工作台21内的支撑板211下，并用于所述谐振子基材6的磁流变抛光；所述装配模块3设置在所述抛光模块2侧边并用于所述电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块的焊接装配；所述测试模块4设置在所述装配模块3的侧边并用于半球谐振陀螺仪的测试校准。

需要说明的是，基于上述内容，能够将初加工完成的各加工部件进行再加工，并进行集成化装配测试，其能够在一个加工系统内完成加工、装配以及测试工序，节约了部分加工资源，并且其能够优化抛光工序，通过控制抛光单元23的与谐振子基材6间的加工角度来调整磁流变液对谐振子基材6表面的剪切屈服应力，进一步提高抛光精度。除上述涉及的装配部件外，制造陀螺仪的其余现有部件未进行说明，可以理解的是，这也能够通过两传送带11进行输送至装配模块3内，机械臂12的数量优选为2，并分别对称设置在抛光模块2的两侧面；对于装配模块3与测试模块4，其具体型号此处便不做限定，仅以能够完成装配与测试功能为标准。

需要说明的是，所述工作台21包括：底座212、设置在所述底座212上的翻转单元213以及设置在所述翻转单元213上的转动单元214，所述翻转单元213包括翻转电机2131、翻转板2132以及两底板2133，两所述底板2133固定连接在所述底座212的上端面，所述翻转板2132转动设置在两所述底板2133之间并通过所述翻转电机2131来进行翻转角度调节，所述转动单元214设置在所述翻转板2132上，所述翻转电机2131还带有锁止机构。

还需要说明的是，基于上述结构，工作台21能够实现一定程度地角度翻转，并且通过转动单元214能够实现谐振子基材6的转动，该翻动或转动过程能够同时或独立进行作用，转动单元214的转动过程与抛光单元23能够根据加工情况进行同步转动，进而减少二者之间的转速差，区别于现有技术中谐振子在加工过程中保持相对静止的加工状态，本申请中的谐振子基材6处于动态平衡，相对于传统的抛光头231单独作用而已，具有更小的干涉效应，在表面处理过程中的表现为更为光滑。对于工作台21，其在转动板2142上的结构可以为四轴联动的X-Y工作台21，包括三个直线移动轴和一个转动轴（即支柱），就其具体型号而言，较为优选的有日本NSK公司研制的陶瓷轴承精密旋转电主轴，其主轴回转过程中的径向跳动及轴线跳动均优于0.5μm，远小于磁流变抛光的间隙尺寸，完全能够满足谐振子基材6的加工要求。翻转电机2131优选为伺服电机，就翻转动作而言，在谐振子基材6能够转动的基础上，其仅需要满足能够沿翻转电机2131输出轴轴向上的转动即可，锁止机构的设置也能够对翻转板2132进行固定，避免非翻转状态下翻转板2132造成的动态误差。

需要说明的是，所述转动单元214包括：设置在所述翻转板2132上的转动电机2141、转动板2142以及与所述转动电机2141输出端连接的传动机构2143，所述转动板2142的底部还设置有用于保持动平衡的平衡件2144，所述传动机构2143的输出轴与所述转动板2142底部的中心固定连接，当转动电机2141转动时，能够通过所述传动机构2143带动所述转动板2142进行转动，所述夹持单元22设置在所述转动板2142上端面，当所述谐振子基材6进行竖直加工时，所述夹持单元22对所述谐振子基材6进行竖直固定。

还需要说明的是，基于上述结构，转动单元214通过夹持单元22不仅能够实现谐振子基材6在竖直方向上的转动，还能够通过传动机构2143来调节谐振子基材6的转动速率以及动态稳定性。对于转动电机2141，其优选为伺服电机；对于平衡件2144，其优选为与转动板2142转动设置的杆状结构，以避免转动板2142发生倾斜；对于夹持单元22，在制造系统中，包括了两个夹持单元22结构，一为竖直夹持单元22，另一为水平夹持单元22，竖直夹持单元22通过四轴联动结构设置在转动板2142上，水平夹持单元22设置在谐振子基材6外侧，如附图4所示，其为水平夹持单元22，其结构优选为固定卡爪等结构。

需要说明的是，所述转动板2142的底部设置有支柱，并通过所述支柱转动设置在所述翻转板2132上，所述传动机构2143包括：与所述转动电机2141输出端连接的主动齿轮2152、与所述支柱固定连接的齿盘2145、链条2148以及卡齿2150，所述齿盘2145上以其轴线呈圆周阵列开设有若干滑槽2146，且若干所述滑槽2146内均滑动设置有滑块2147与电动推杆2149，所述滑块2147能够通过所述电动推杆2149在所述滑槽2146内进行位置调节，所述卡齿2150与所述滑块2147固定设置，所述主动齿轮2152通过所述链条2148与所述卡齿2150带动所述齿盘2145旋转，所述链条2148内还设置有用于调节链条2148松紧度的卡紧轮2151。结合说明书附图7，还需要说明的是，基于上述结构，传动机构2143的传动比能够进行调整，主要通过推杆改变滑块2147在滑槽2146内的位置来改变链条2148在卡齿2150上的啮合长度，进而实现齿盘2145的转速调节，最终用于调节谐振子基材6与抛光头231的转速差。

需要说明的是，所述抛光单元23包括：抛光头231、调节臂232以及调节件233，所述调节臂232通过多轴滑轨与所述支撑板211滑动设置，所述调节件233设置在所述调节臂232的端部，所述抛光头231设置在所述调节件233的端部，所述调节臂232能够用于调节所述调节件233的方向。还需要说明的是，基于上述结构，调节臂232优选为六轴机械臂12，以实现调节件233在空间上多角度的调节，进而改变抛光头231与谐振子基材6的加工角度。

需要说明的是，所述调节件233包括壳体2331、控制件2332、稳定件2333以及调节杆2334，所述调节杆2334的一端贯穿壳体2331与所述抛光头231连接，所述控制件2332设置在所述调节杆2334的另一端，所述稳定件2333设置的所述壳体2331的末端并与所述调节杆2334的中部接触，所述控制件2332能够控制调节杆2334另一端的摆动角度并以稳定件2333与调节杆2334的接触部位为支点来调节所述抛光头231的角度。还需要说明的是，基于上述结构，抛光头231在调节件233上能够形成一个“杠杆”结构，调节杆2334与稳定件2333在接触部分作为支点，抛光头231、控制件2332分别位于调节杆2334的两端，当控制件2332处于工作状态改变调节杆2334端部的位置时，另一端抛光头231的位置随之改变，并联合调节臂232的行程，能够大幅度提高谐振子基材6与抛光头231的加工角度，进而通过改变加工间隙来调整磁流变区域内的剪切屈服应力，最终大幅度改善抛光效果、提高加工精度。

实施例2：

本实施例仅记述区别于实施例1的部分，具体为：为了实现谐振子基材6的抛光加工轨迹运动，需要在加工前进行精密的对刀操作，在本实施例中，如附图13所示，在通过在调节臂232上设置图像模块7来进行实时对刀调整，具体地，采用基于图像处理的显微图像方法进行对刀，利用摄像监测系统捕获对刀区域抛光头231与谐振子基材6在特定相对位置时的图像，根据图像中的特征轮廓及关键点调整抛光头231与谐振子基材6的相对距离使其达到要求的对刀位置。图像模块7硬件主要由光源、放大镜头、工业数字摄像机和计算机组成，工业数字摄像机分别沿谐振子基材6装夹的轴向和径向两个相互正交的方向监测对刀区域，可以采集抛光头231与谐振子基材6在两个方向上的对刀图像，通过外置光源调节图像中抛光头231与谐振子基材6相对背景的亮度与分辨力，由工业数字摄像机捕获的对刀图像传送至计算机进行处理。

实施例3：

本实施例仅记述区别于实施例1的部分，具体为：对于控制件2332的结构，其包括以调节杆2334轴线为基准呈圆周阵列分布的多个动力件，动力件优选为液压杆或可控气弹簧，当中控单元24控制某一动力件进行伸长或压缩时，调节杆2334上带有抛光头231的一端随之发生角度变化。对于稳定件2333的结构，其包括以调节杆2334轴线为基准呈圆周阵列分布的多个稳定臂，所述稳定臂的一端与壳体2331连接，另一端连接有连接板，连接板与所述调节杆2334接触，并能够使连接板的凹面与调节杆2334的外周面相接触，以实现对调节杆2334的稳定抵接。稳定臂带有多个活动关节，并通过微型伺服电机进行控制，微型伺服电机同样接入中控单元24进行自动化控制，即能够通过中控单元24以及微型伺服电机来对调节杆2334进行稳定夹持，并能够在其轴向提供预紧力。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，包括上料模块（1）、抛光模块（2）、装配模块（3）以及测试模块（4），所述上料模块（1）包括两传送带（11）与机械臂（12），一传送带（11）用于将谐振子基材（6）输送至所述抛光模块（2），另一传送带（11）用于将激励罩或软件模块输送至所述装配模块（3），所述机械臂（12）用于上下料；所述抛光模块（2）包括中控单元（24）、工作台（21）以及设置在所述工作台（21）内的夹持单元（22）与抛光单元（23），所述夹持单元（22）用于对谐振子基材（6）进行竖直、水平状态的固定，所述抛光单元（23）通过多轴滑轨设置在所述工作台（21）内的支撑板（211）下，并用于所述谐振子基材（6）的磁流变抛光；所述装配模块（3）设置在所述抛光模块（2）侧边并用于电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块的焊接装配；所述测试模块（4）设置在所述装配模块（3）的侧边并用于半球谐振陀螺仪的测试校准；

所述工作台（21）包括：底座（212）、设置在所述底座（212）上的翻转单元（213）以及设置在所述翻转单元（213）上的转动单元（214），所述翻转单元（213）包括翻转电机（2131）、翻转板（2132）以及两底板（2133），两所述底板（2133）固定连接在所述底座（212）的上端面，所述翻转板（2132）转动设置在两所述底板（2133）之间并通过所述翻转电机（2131）来进行翻转角度调节，所述转动单元（214）设置在所述翻转板（2132）上，所述翻转电机（2131）还带有锁止机构；所述转动单元（214）包括：设置在所述翻转板（2132）上的转动电机（2141）、转动板（2142）以及与所述转动电机（2141）输出端连接的传动机构（2143），所述转动板（2142）的底部还设置有用于保持动平衡的平衡件（2144），所述传动机构（2143）的输出轴与所述转动板（2142）底部的中心固定连接，当转动电机（2141）转动时，能够通过所述传动机构（2143）带动所述转动板（2142）进行转动，所述夹持单元（22）设置在所述转动板（2142）上端面，当所述谐振子基材（6）进行竖直加工时，所述夹持单元（22）对所述谐振子基材（6）进行竖直固定；

其中，所述系统对应的制造方法包括：通过陶瓷基复合材料加工得到基座，基座采用渗铝工艺加工得到带有电极的电极基座，以及通过熔融石英材料加工得到的激励罩；还包括以下步骤：

步骤1，谐振子粗加工，取熔融石英材料进行粗加工，并在退火炉中进行退火处理再进行精密加工得到谐振子基材（6）；

步骤2，谐振子精加工，将步骤1中得到的谐振子基材（6）在制造系统内进行表面成型处理得到谐振子；

步骤3，电路系统设计，步骤2完成后，对电路子系统进行规划设计与调试得到软件模块；

步骤4，装配封装保护，步骤3完成后，在制造系统内将电极基座、激励罩、谐振子以及软件模块进行焊接装配得到半球谐振陀螺仪；

步骤5，整机测试校准，在制造系统内对步骤4中得到的半球谐振陀螺仪进行测试校准；

步骤2中，谐振子基材（6）通过制造系统内的抛光模块（2）进行磁流变抛光作业，抛光过程中，谐振子基材（6）与抛光模块（2）同步转动，并存在转速差，磁流变液持续穿行谐振子基材（6）与抛光模块（2）之间的加工间隙并产生流体动压力实现谐振子基材（6）的表面成型处理，持续穿行过程中，抛光模块（2）与谐振子基材（6）之间的加工角度能够调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，其特征在于：步骤1中，精密加工过程包括使用球面加工磨头对粗加工后的石英材料进行外表面粗磨和半精磨，再对内表面进行粗磨和半精磨，完成后再放入退火炉中进行二次退火处理得到谐振子基材（6）。

3.根据权利要求1所述的一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，其特征在于：步骤2中的磁流变液为水基液、羰基铁粉磁性颗粒、抛光粉磨料颗粒以及稳定剂的混合液体，所述磁流变液通过循环模块（5）供给至加工间隙，循环模块（5）包括：混合件（52）、输送管（53）以及蠕动泵（54）以及回流槽（55），所述磁流变液的各成分在所述混合件（52）内混合完成后通过蠕动泵（54）经由输送管（53）输送至加工间隙处，同时在抛光模块（2）的作用下通过另一蠕动泵（54）经由回流槽（55）回收至混合件（52）内。

4.根据权利要求1所述的一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，其特征在于：所述转动板（2142）的底部设置有支柱，并通过所述支柱转动设置在所述翻转板（2132）上，所述传动机构（2143）包括：与所述转动电机（2141）输出端连接的主动齿轮（2152）、与所述支柱固定连接的齿盘（2145）、链条（2148）以及卡齿（2150），所述齿盘（2145）上以其轴线呈圆周阵列开设有若干滑槽（2146），且若干所述滑槽（2146）内均滑动设置有滑块（2147）与电动推杆（2149），所述滑块（2147）能够通过所述电动推杆（2149）在所述滑槽（2146）内进行位置调节，所述卡齿（2150）与所述滑块（2147）固定设置，所述主动齿轮（2152）通过所述链条（2148）与所述卡齿（2150）带动所述齿盘（2145）旋转，所述链条（2148）内还设置有用于调节链条（2148）松紧度的卡紧轮（2151）。

5.根据权利要求1所述的一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，其特征在于：所述抛光单元（23）包括：抛光头（231）、调节臂（232）以及调节件（233），所述调节臂（232）通过多轴滑轨与所述支撑板（211）滑动设置，所述调节件（233）设置在所述调节臂（232）的端部，所述抛光头（231）设置在所述调节件（233）的端部，所述调节臂（232）能够用于调节所述调节件（233）的方向。

6.根据权利要求5所述的一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造系统，其特征在于：所述调节件（233）包括壳体（2331）、控制件（2332）、稳定件（2333）以及调节杆（2334），所述调节杆（2334）的一端贯穿壳体（2331）与所述抛光头（231）连接，所述控制件（2332）设置在所述调节杆（2334）的另一端，所述稳定件（2333）设置的所述壳体（2331）的末端并与所述调节杆（2334）的中部接触，所述控制件（2332）能够控制调节杆（2334）另一端的摆动角度并以稳定件（2333）与调节杆（2334）的接触部位为支点来调节所述抛光头（231）的角度。