RU2812538C1

RU2812538C1 - Method for manufacturing electrostatic gyroscope rotor

Info

Publication number: RU2812538C1
Application number: RU2023126832A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Георгиевна Леонова; Сергей Николаевич Федорович; Александр Юрьевич Филиппов; Александр Григорьевич Щербак
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2024-01-30

Abstract

FIELD: precision instrumentation.

SUBSTANCE: proposed method is intended for use in the manufacture of spherical rotors of electrostatic gyroscopes. On the spherical surface of the rotor, after the operations of eliminating imbalance, spheroiding and polishing in a device with three tubular laps with the application of a preload force P to each of the laps, necessary for polishing the entire surface of the rotor, a raster pattern in the form of n stripes is formed using laser marking technology, the contrast K of which is determined by the expression K=(K_b - K_r )/(K_b + K_r), where K_r and K_b are the reflection coefficients of the base surface of the rotor and the raster surface, respectively, with the location of the raster pattern in the zone of the spherical belt, determined by the latitude angleα. The raster pattern is formed in two stages. At the first stage, laser marking sets the contrast K* >K by reducing the reflection coefficient K_p* of the raster surface to the value K_p* =K_b·(1-Ω·K)/(1+Ω·K), where Ω =(1.5-2.5), and at the second stage the value of K_p* is increased to the value K_p by reducing the roughness of the raster surface through an additional polishing operation, while the force P* of preload applied to each of the laps at the stage of additional polishing is determined from the condition P* =(0.3-0.5)·P·n S_p/S_p, where S_p is the area of one strip of the raster pattern, S_p is the surface area of the rotor. At the first stage, a raster pattern is formed, the contrast of which is due to a change in the structural-phase composition and roughness of the base surface of the rotor, obtaining a contrast higher than the required one. At the second stage, as a result of additional finishing polishing, the roughness of the raster surface decreases, the raster reflectance, as a result, increases, and the contrast of the raster pattern is reduced to the required value. This improves the uniformity of contrast and increases the accuracy of the rotor shape. Additional finishing polishing is limited to processing only the surface of the raster, which is set by the force of pressing the laps to the rotor, and does not change the roughness and, as a consequence, the reflection coefficient of the base surface of the rotor. The technological capabilities of the process of manufacturing the rotor of an electrostatic gyroscope are expanded due to additional control factors for regulating such parameters as contrast and uniformity of contrast of the raster pattern, as well as rotor geometry.

EFFECT: increasing the accuracy of the ESG rotor shape.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при изготовлении роторов электростатических гироскопов.The invention relates to the field of precision instrument making and can be used in the manufacture of rotors for electrostatic gyroscopes.

Сферический ротор, изготавливаемый, как правило, из бериллия, является основным узлом чувствительного элемента бескарданного электростатического гироскопа (далее - БЭСГ). Точность формы и качество выполнения ротора во многом определяют эксплуатационные характеристики гироскопа. Особенностью технологического процесса изготовления ротора БЭСГ является необходимость обеспечения требований по точности сферы (номинальный диаметр и допустимые отклонения от круглости), а также по величине дисбаланса на уровне сотых и тысячных долей микрометра. Геометрические параметры ротора заданы его конечным диаметром и допустимой некруглостью, контроль которой осуществляется на основе гармонического анализа круглограмм ротора в нескольких сечениях. Для сплошного ротора БЭСГ паспортизуются амплитуды А пяти гармоник формы, которые не должны превышать величины от 0,02 до 0,05 микрометров для различных модификаций роторов [О.С. Юльметова. Ионно-плазменные и лазерные технологии в гироскопическом приборостроении, дисс. на соискание ученой степени д.т.н. // ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2019, 244 с]. При этом величины удельных дисбалансов для роторов БЭСГ составляют: осевая составляющая ε_о≤0,02 мкм при радиальном дисбалансе ε_р=0,06±0,02 мкм.A spherical rotor, usually made of beryllium, is the main component of the sensitive element of a gimballess electrostatic gyroscope (hereinafter referred to as BESG). The accuracy of the shape and the quality of the rotor largely determine the performance characteristics of the gyroscope. A feature of the technological process for manufacturing the BESG rotor is the need to meet the requirements for the accuracy of the sphere (nominal diameter and permissible deviations from roundness), as well as for the magnitude of the imbalance at the level of hundredths and thousandths of a micrometer. The geometric parameters of the rotor are specified by its finite diameter and permissible non-circularity, the control of which is carried out on the basis of a harmonic analysis of rotor circular diagrams in several sections. For a solid BESG rotor, the amplitudes A of the five harmonics of the shape are certified, which should not exceed values from 0.02 to 0.05 micrometers for various modifications of rotors [O.S. Yulmetova. Ion-plasma and laser technologies in gyroscopic instrumentation, dissertation. for the academic degree of Doctor of Technical Sciences // State Scientific Center of the Russian Federation JSC Concern Central Research Institute Elektropribor, 2019, 244 p.]. In this case, the values of specific imbalances for BESG rotors are: axial component ε _o ≤0.02 μm with radial imbalance ε _p = 0.06 ± 0.02 μm.

На окончательно обработанной сферической поверхности ротора формируется светоконтрастный растровый рисунок для съема сигнала с ротора оптоэлектронной системой гироскопа. Коэффициент контрастности К (далее - контрастность) ротора БЭСГ лежит в пределах 0,3-0,6 при равномерности контрастности растрового рисунка (далее - равномерность контрастности) H, определяемой разницей максимального K_max и минимального K_minконтраста по формуле , не более 10%. Растровый рисунок формируется в зоне сферического пояса, определяемого широтным углом α, и состоит из n полос, граница каждой из которых описывается частью линии, пересекающей меридианы под одинаковыми углами и имеющей вид пространственной спирали. Угол α в зависимости от модификации гироскопа лежит в пределах от 12° до 57°.A light-contrast raster pattern is formed on the final processed spherical surface of the rotor to capture the signal from the rotor by the optoelectronic system of the gyroscope. The contrast coefficient K (hereinafter - contrast) of the BESG rotor lies in the range of 0.3-0.6 with uniform contrast of the raster pattern (hereinafter - contrast uniformity) H, determined by the difference between the maximum _Kmax and minimum _Kmin contrast according to the formula , no more than 10%. The raster pattern is formed in the zone of a spherical belt, determined by the latitude angle α, and consists of n stripes, the boundary of each of which is described by part of a line that intersects the meridians at equal angles and has the form of a spatial spiral. Angle α, depending on the modification of the gyroscope, ranges from 12° to 57°.

Известен способ изготовления ротора электростатического гироскопа [патент РФ № 2140623], при котором на сферическую поверхность ротора последовательно наносят сплошное металлическое покрытие (например, конденсацией ионной бомбардировкой или магнетронным распылением плазмы), слой фоторезиста, используя центрифугу, аэрограф или метод принудительного ламинирования, и формируют световое изображение с плоского фотошаблона с помощью волоконно-оптического преобразователя, состоящего из регулярно уложенных оптических волокон, торцы которых образуют с одной стороны плоскую, а с другой - сферическую поверхности. Плоская поверхность примыкает к фотошаблону, а сферическая - к сферической поверхности засвечиваемой детали. После экспозиции и последующего проявления обнажившиеся в соответствии с рисунком участки металла стравливают и остатки фоторезиста удаляют.There is a known method for manufacturing the rotor of an electrostatic gyroscope [RF patent No. 2140623], in which a continuous metal coating is sequentially applied to the spherical surface of the rotor (for example, by condensation by ion bombardment or magnetron plasma sputtering), a layer of photoresist using a centrifuge, airbrush or forced lamination method, and formed light image from a flat photomask using a fiber-optic converter consisting of regularly laid optical fibers, the ends of which form a flat surface on one side and a spherical surface on the other. The flat surface is adjacent to the photomask, and the spherical surface is adjacent to the spherical surface of the illuminated part. After exposure and subsequent development, the areas of metal exposed in accordance with the pattern are etched off and the remaining photoresist is removed.

Недостатками в данном случае являются:The disadvantages in this case are:

Невысокая точность растрового рисунка, т.к. данный метод требует использования сложной оптической системы, необходимой для проекции плоского шаблона на сферическую поверхность.Low accuracy of the raster image, because This method requires the use of a complex optical system to project a flat template onto a spherical surface.

Низкая технологичность и, как следствие, ограниченные технологические возможности способа, поскольку он включает большое число сложных операций, что снижает воспроизводимость результатов.Low manufacturability and, as a consequence, limited technological capabilities of the method, since it includes a large number of complex operations, which reduces the reproducibility of the results.

Большие сложности использования метода при переносе изображения с плоского шаблона на сферическую поверхность, особенно применительно к роторам малого диаметра - порядка 10 мм, используемым в аэрокосмической технике (например, БЭСГ).There are great difficulties in using the method when transferring an image from a flat template to a spherical surface, especially when applied to small-diameter rotors - about 10 mm, used in aerospace engineering (for example, BESG).

Известен способ изготовления сферического ротора электростатического гироскопа [Б.Н. Агроскин, В.И. Галай и др. Сравнительная оценка электрохимического и фотохимического методов формообразования светоконтрастного рисунка на роторе бескарданного электростатического гироскопа // Гироскопия и навигация. № 3 (14), 1996, с. 39-45]. Разработанный электрохимический метод (ЭХМ) нанесения рисунка на бериллиевый ротор обеспечивает образование полудисковых меток на полюсах ротора и нанесение растра в его экваториальной зоне. Для получения контрастного рисунка на роторе, покрытом нитридом титана, приходилось увеличивать длительность ЭХМ за счет увеличения количества проходов, т.е. многократного повторения процесса формирования одного и того же отпечатка, с полным удалением продуктов ЭХМ с поверхности ротора и электрода после каждого прохода.There is a known method for manufacturing a spherical rotor of an electrostatic gyroscope [B.N. Agroskin, V.I. Galai et al. Comparative assessment of electrochemical and photochemical methods of shaping a light-contrast pattern on the rotor of a cardless electrostatic gyroscope // Gyroscopy and Navigation. No. 3 (14), 1996, p. 39-45]. The developed electrochemical method (ECM) of applying a pattern to a beryllium rotor ensures the formation of half-disk marks on the rotor poles and the application of a raster in its equatorial zone. To obtain a contrasting pattern on a rotor coated with titanium nitride, it was necessary to increase the duration of the ECM by increasing the number of passes, i.e. repeated repetition of the process of forming the same print, with complete removal of ECM products from the surface of the rotor and electrode after each pass.

К недостаткам данного способа-аналога изготовления ротора можно отнести следующие, связанные в основном с технологией нанесения оптических элементов:The disadvantages of this analogue method of manufacturing a rotor include the following, mainly related to the technology of applying optical elements:

1. Невысокая точность нанесения растрового рисунка, т.к. она зависит от геометрической точности приспособления и электродов, которая в процессе работы меняется.1. Low accuracy of applying a raster pattern, because it depends on the geometric accuracy of the device and electrodes, which changes during operation.

2. Неопределенность процесса формирования растра, обусловленная тем, что степень оптического контраста зависит от толщины соединения, полученного в ходе электрохимической реакции, которая является нестабильной.2. The uncertainty of the raster formation process, due to the fact that the degree of optical contrast depends on the thickness of the compound obtained during an electrochemical reaction, which is unstable.

3. Плохая управляемость электрохимической технологии, что приводит к разбросу оптических характеристик изготовленных роторов: контрастность в пределах от 0,5 до 0,85 и равномерности контрастности от 8% до 16%.3. Poor controllability of electrochemical technology, which leads to a scatter in the optical characteristics of the manufactured rotors: contrast ranging from 0.5 to 0.85 and contrast uniformity from 8% to 16%.

4. Электрохимическая обработка в ряде случаев приводит к изменению геометрии ротора после операции по нанесению рисунка, что, в свою очередь, приводит к нежелательному изменению дисбаланса ротора (в среднем на 0,03 мкм).4. Electrochemical treatment in some cases leads to a change in the rotor geometry after the patterning operation, which, in turn, leads to an undesirable change in the rotor imbalance (on average by 0.03 μm).

5. Ограниченные технологические возможности способа, поскольку данную технологию трудно модифицировать при необходимости, например, изменения конфигурации формы растра на роторе.5. Limited technological capabilities of the method, since this technology is difficult to modify if necessary, for example, changing the configuration of the raster shape on the rotor.

По наибольшему числу общих существенных признаков в качестве прототипа принят способ изготовления ротора электростатического гироскопа [патент РФ №2498224], содержащий формообразование бериллиевой сферической заготовки, сферодоводку, балансировку и финишную полировку ротора, нанесение на сферическую поверхность ротора тонкопленочного покрытия нитрида титана методом магнетронного напыления, формирование растрового рисунка в зоне сферического пояса, определяемого широтным углом α и состоящего из n полос, граница каждой из которых описывается частью линии, пересекающей меридианы под одинаковыми углами (в БЭСГ принято 45°) и имеющей вид пространственной спирали, посредством лазерного маркирования, варьируя параметрами процесса (мощность лазерного излучения, скорость движения лазерного луча, частота следования импульсов и т.д.) для получения требуемого контраста. Заданная контрастность K, определяется выражениемAccording to the largest number of common essential features, a method for manufacturing an electrostatic gyroscope rotor [RF patent No. 2498224] is adopted as a prototype, containing the shaping of a beryllium spherical blank, spheroid doping, balancing and finishing polishing of the rotor, applying a thin-film coating of titanium nitride to the spherical surface of the rotor using magnetron sputtering, forming raster pattern in the zone of a spherical belt, determined by the latitude angle α and consisting of n stripes, the boundary of each of which is described by part of a line intersecting the meridians at equal angles (45° is accepted in BESG) and having the form of a spatial spiral, by means of laser marking, varying the process parameters (laser radiation power, laser beam speed, pulse repetition rate, etc.) to obtain the required contrast. The specified contrast K is determined by the expression

,, (1)(1)

гдеWhere

К_б - коэффициент отражения базовой поверхности ротора, покрытой нитридом титана,K _b - reflection coefficient of the base surface of the rotor coated with titanium nitride,

К_р - коэффициент отражения поверхности растра. _Kr - reflection coefficient of the raster surface.

В способе-прототипе на стадии напыления нитрида титана формируют коэффициент отражения базовой поверхности ротора К_бс учетом того, что в зависимости от условий, определяемых парциальным давлением азота, и режимов магнетронного напыления образуется нитрид титана формулы TiN_x, где коэффициент x меньше или равен единице, и цвет покрытия нитрида титана изменяется от светло-золотисто-желтого (при парциальном давлении азота 0,035 Па) до темно-золотисто-желтого (при парциальном давлении азота 1,04 Па) [Матлахов, В.П. Зависимость физико-механических свойств нитрид-титановых покрытий от давления азота // Брянск, Вестник БГТУ, 2006. №2, с.93-96]. Возможные значения коэффициента x лежат в диапазоне от 0,58 до 1,00.In the prototype method, at the stage of titanium nitride deposition, the reflection coefficient of the base surface of the rotor K _b is formed, taking into account the fact that, depending on the conditions determined by the partial pressure of nitrogen and magnetron sputtering modes, titanium nitride of the formula TiN _x is formed, where the coefficient x is less than or equal to unity , and the color of the titanium nitride coating changes from light golden yellow (at a partial nitrogen pressure of 0.035 Pa) to dark golden yellow (at a partial nitrogen pressure of 1.04 Pa) [Matlakhov, V.P. Dependence of the physical and mechanical properties of titanium nitride coatings on nitrogen pressure // Bryansk, Bulletin of BSTU, 2006. No. 2, pp. 93-96]. Possible values for the x coefficient range from 0.58 to 1.00.

В процессе лазерного маркирования происходит окисление нитрида титана. При этом толщина растра (т.е. окисленного слоя) должна быть меньше толщины покрытия нитрида титана, что обеспечивается, в первую очередь, снижением мощности лазерного пучка. Таким образом, для получения требуемой контрастности K необходимо корректировать величину К_б, что осуществляется варьированием стехиометрического состава нитрида титана. Более светлый оттенок цвет нитрида титана обеспечивается при давлении азота, составляющем (0,45-0,75) от давления, соответствующего получению стехиометрического состава покрытия, и очевидным образом увеличивает значение коэффициента отражения базовой поверхности ротора К_б.During laser marking, titanium nitride is oxidized. In this case, the thickness of the raster (i.e., the oxidized layer) should be less than the thickness of the titanium nitride coating, which is ensured, first of all, by reducing the power of the laser beam. Thus, to obtain the required contrast K, it is necessary to adjust the value of _Kb , which is done by varying the stoichiometric composition of titanium nitride. A lighter shade of the color of titanium nitride is provided at a nitrogen pressure of (0.45-0.75) of the pressure corresponding to obtaining the stoichiometric composition of the coating, and obviously increases the value of the reflectance of the base surface of the rotor K _b .

Способ-прототип имеет следующие недостатки.The prototype method has the following disadvantages.

Ограниченные технологические возможности, т.к. способ не предусматривает возможность формирования растра непосредственно на бериллиевой поверхности ротора, а также на других материалах (например, на ниобии у ротора криогенного гироскопа) вследствие сложности комплексного обеспечения требований по контрасту, равномерности контрастности и точности формы ротора.Limited technological capabilities, because the method does not provide for the possibility of forming a raster directly on the beryllium surface of the rotor, as well as on other materials (for example, on niobium in the rotor of a cryogenic gyroscope) due to the complexity of comprehensively meeting the requirements for contrast, contrast uniformity and accuracy of the rotor shape.

Сложности технологии, обусловленные тем, что получение толщины растра меньшей, чем толщина покрытия нитрида титана (0,6-1,0 мкм), связано с необходимостью снижения, в первую очередь, мощности лазерного луча, что повышает коэффициент отражения растровой поверхности ротора К_ри приводит к уменьшению контрастности K и нестабильной равномерности контрастности.The difficulties of the technology, due to the fact that obtaining a raster thickness less than the thickness of the titanium nitride coating (0.6-1.0 μm), is associated with the need to reduce, first of all, the power of the laser beam, which increases the reflectance of the raster surface of the rotor K _p and leads to a decrease in contrast K and unstable contrast uniformity.

Неопределенность процесса формирования К_р, поскольку стехиометрия базовой поверхности не является постоянной, и при ее оксидировании в процессе лазерного маркирования могут получаться различные значения К_ри отклонения в равномерности контрастности, тем более что возможно образование различных оксидов титана.The uncertainty of the _Kp formation process, since the stoichiometry of the base surface is not constant, and when it is oxidized during laser marking, different values of _Kp and deviations in contrast uniformity can be obtained, especially since the formation of different titanium oxides is possible.

Решаемая техническая проблема - расширение технологических возможностей процесса изготовления ротора БЭСГ, поскольку появляется дополнительный управляющий фактор процесса формирования растрового рисунка, связанный с дополнительной полировкой поверхности ротора, а также обеспечивается возможность использования более широкого круга материалов в качестве базовой поверхности (тогда как в способе-прототипе применялся нитрид титана), что упрощает процесс изготовления ротора.The technical problem being solved is the expansion of the technological capabilities of the BESG rotor manufacturing process, since an additional control factor appears in the process of forming a raster pattern associated with additional polishing of the rotor surface, and also provides the possibility of using a wider range of materials as the base surface (whereas in the prototype method it was used titanium nitride), which simplifies the rotor manufacturing process.

Достигаемый технический результат - повышение точности формы ротора, что обусловлено устранением при дополнительной полировке искажений формы на уровне десятых и сотых долей микрометра, связанных с избыточной шероховатостью растра.The achieved technical result is an increase in the accuracy of the rotor shape, which is due to the elimination of shape distortions at the level of tenths and hundredths of a micrometer associated with excessive raster roughness during additional polishing.

Кроме того улучшается равномерность контрастности, поскольку меньшие значения коэффициентов отражения, формируемые на базовой поверхности ротора при лазерной обработке, соответствуют лучшей равномерности контрастности.In addition, contrast uniformity is improved, since lower reflectance values generated on the base surface of the rotor during laser processing correspond to better contrast uniformity.

Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что формирование растрового рисунка осуществляют в два этапа:According to the invention, the problem is solved by the fact that the formation of a raster pattern is carried out in two stages:

- на первом этапе лазерным маркированием после полировки задают контрастность К*>К путем снижения коэффициента отражения поверхности растра до значения К_р*, определяемого по формуле- at the first stage, by laser marking after polishing, the contrast K*>K is set by reducing the reflectance of the raster surface to the value K _p *, determined by the formula

К_р*= К_б (1-Ω·К)/(1+Ω·К), (2)K _r *= K _b (1-Ω K)/(1+Ω K), (2)

гдеWhere

Ω - коэффициент, равный (1,5-2,5), выбираемый в зависимости от величины широтного угла α, определяющего зону, в которой располагается растровый рисунок. При значениях угла α от 12° до 35° коэффициент Ω выбирают в пределах 2,0-2,5, а при угле α от 35° до 57° коэффициент Ω находится в пределах 1,5-2,0, что связано с необходимостью создания условий, минимизирующих перегрев ротора при лазерной маркировке, при этом берется К, определяемый требованием чертежа,Ω is a coefficient equal to (1.5-2.5), selected depending on the value of the latitude angle α, which determines the zone in which the raster pattern is located. At angle values α from 12° to 35°, the coefficient Ω is selected in the range of 2.0-2.5, and at angle α from 35° to 57°, the coefficient Ω is in the range 1.5-2.0, which is due to the need creating conditions that minimize rotor overheating during laser marking, while taking K, determined by the requirements of the drawing,

- на втором этапе повышают величину коэффициента отражения поверхности растра К_р* до значения К_р, которое определяется из условия получения требуемого значения контрастности К в соответствии с зависимостью (1) за счет уменьшения шероховатости поверхности растра посредством дополнительной операции полировки, при этом одинаковое для каждого притира усилие P* поджатия к ротору, прикладываемое на стадии дополнительной полировки, определяют из условия- at the second stage, the value of the reflection coefficient of the raster surface K _r * is increased to the value K _r , which is determined from the condition of obtaining the required contrast value K in accordance with dependence (1) by reducing the roughness of the raster surface through an additional polishing operation, which is the same for each lapping force P* of compression to the rotor applied at the stage of additional polishing is determined from the condition

P*= (0,3-0,5) ·P·n·S_п/S_p, (3)P*= (0.3-0.5) P n S _p /S _p , (3)

гдеWhere

S_п - площадь одной полосы растрового рисунка,S _p - area of one strip of raster pattern,

S_p - площадь поверхности ротора,S _p - rotor surface area,

Р - определяемая экспериментально величина усилия поджатия каждого притира к ротору, необходимая для обработки всей поверхности ротора,P is the experimentally determined value of the force of pressing each lap to the rotor, necessary to process the entire surface of the rotor,

n - число полос растрового рисунка.n - number of stripes of the raster image.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где графически представлены линии равной контрастности и схема перехода контрастности растра ротора из одного состояния в другое, соответствующая двум последовательным этапам процесса формирования растрового рисунка.The essence of the invention is illustrated by a drawing, which graphically shows lines of equal contrast and a diagram of the transition of the rotor raster contrast from one state to another, corresponding to two successive stages of the process of forming a raster pattern.

На чертеже обозначены:The drawing shows:

a - точка, соответствующая контрастности К* (равной, например, 0,5, получаемой после полировки поверхности ротора на первом этапе и формирования растра посредством лазерного маркирования и определяемой коэффициентами отражения базовой поверхности К_би коэффициентом отражения поверхности растра К_р*, определяемым выражением (2) и полученным на первом этапе процесса формирования растрового рисунка;a is the point corresponding to the contrast K* (equal to, for example, 0.5, obtained after polishing the rotor surface at the first stage and forming a raster using laser marking and determined by the reflectance coefficients of the base surface K _b and the reflectance of the raster surface K _r *, determined by the expression (2) and obtained at the first stage of the raster pattern formation process;

b - точка, соответствующая заданной техническими требованиями к ротору контрастности К (например, 0,3), получаемой на втором этапе формирования растра за счет уменьшения шероховатости поверхности растра посредством дополнительной операции финишной полировки и определяемой коэффициентом отражения базовой поверхности К_би полученным на втором этапе процесса формирования растрового рисунка коэффициентом отражения поверхности растра К_р, который, как указано выше, определяется из условия получения требуемого значения контрастности К в соответствии с зависимостью (1).b - point corresponding to the contrast K specified by the technical requirements for the rotor (for example, 0.3), obtained at the second stage of raster formation by reducing the roughness of the raster surface through an additional finishing polishing operation and determined by the reflectance of the base surface K _b and obtained at the second stage the process of forming a raster pattern by the reflection coefficient of the raster surface K _p , which, as indicated above, is determined from the condition of obtaining the required contrast value K in accordance with dependence (1).

Приведенные зависимости и чертеж показывают последовательность операций, когда на первом этапе формируется растровый рисунок с превышением контрастности К* над требуемой конечной величиной за счет увеличения коэффициента отражения поверхности растра до значения К_р*, определяемого выражением (2), а на втором этапе формируется растровый рисунок с требуемой контрастностью К посредством дополнительной полировки поверхности растрового рисунка с получением его контрастности К_р, определяемом из выражения (1), причем условия полировки задаются выбором давления P* поджатия каждого из притиров к ротору в соответствии с выражением (3).The given dependencies and the drawing show the sequence of operations when, at the first stage, a raster pattern is formed with the contrast K* exceeding the required final value by increasing the reflectance of the raster surface to the value K _p *, determined by expression (2), and at the second stage, a raster pattern is formed with the required contrast K through additional polishing of the surface of the raster pattern to obtain its contrast K _p , determined from expression (1), and the polishing conditions are set by choosing the pressure P* for pressing each of the laps to the rotor in accordance with expression (3).

Способ заключается в выполнении совокупности и последовательности следующих технологических операций.The method consists in performing a set and sequence of the following technological operations.

1. Средствами механической обработки (точение, шлифовка) производят формообразование заготовки ротора с выполнением в ней элементов, обеспечивающих создание у ротора преобладающего момента инерции. Для сплошного ротора БЭСГ это обеспечивается [патент РФ №2286535] формированием в теле ротора армирующих элементов, используя, например, способ диффузионной сварки.1. Mechanical processing means (turning, grinding) produce the shape of the rotor blank with the implementation of elements in it that ensure the creation of a predominant moment of inertia in the rotor. For a solid BESG rotor, this is ensured [RF patent No. 2286535] by forming reinforcing elements in the rotor body, using, for example, the diffusion welding method.

2. Далее производят балансировку ротора посредством последовательных циклических операций направленной доводки и сферодоводки со съемом материала с наружной поверхности ротора. По достижении требуемых значений дисбаланса и формы, определяемой допустимой некруглостью (значения гармоник формы A₂, A₃, A₄, A₅, A₆) и диаметром ротора, осуществляют полировку поверхности ротора, при которой съем материала составляет сотые доли микрометра. Операция полировки обеспечивает формирование такого параметра, как коэффициент отражения базовой поверхности ротора К_б. Этот параметр обусловлен свойствами материала ротора и определяется, в том числе, и шероховатостью поверхности, которая характеризуется параметром R_aи составляет величину 0,04 микрометра.2. Next, the rotor is balanced through successive cyclic operations of directional finishing and spheroidal finishing with removal of material from the outer surface of the rotor. Upon reaching the required values of unbalance and shape, determined by the permissible non-roundness (values of the harmonics of the shape A ₂ , A ₃ , A ₄ , A ₅ , A ₆ ) and the diameter of the rotor, the rotor surface is polished, at which the material removal is hundredths of a micrometer. The polishing operation ensures the formation of such a parameter as the reflection coefficient of the base surface of the rotor _Kb . This parameter is determined by the properties of the rotor material and is determined, among other things, by the surface roughness, which is characterized by the parameter R _a and is 0.04 micrometers.

Определение коэффициента отражения базовой поверхности ротора К_бопределяется только на стадии отработки технологии на микроскопе-спектрофотометре МСФУ-К. Коэффициенты отражения от поверхности образца микроскоп-спектрофотометр МСФУ-К выявляет через интенсивность тока. Сначала производится измерение тока I, характеризующего свет от источника, затем с этим показателем сравнивается уровень тока I₀, возникающий под влиянием отраженного от изучаемого образца света. Интенсивность тока, а, следовательно, и коэффициент отражения, определяется отношением I₀к I.Determination of the reflectance coefficient of the base surface of the rotor K _b is determined only at the stage of technology development on the MSFU-K microscope-spectrophotometer. The MSFU-K microscope-spectrophotometer detects the reflection coefficients from the surface of the sample through the current intensity. First, the current I, which characterizes the light from the source, is measured, then the current level _I0 , which arises under the influence of light reflected from the sample under study, is compared with this indicator. The current intensity, and, consequently, the reflection coefficient, is determined by the ratio of I ₀ to I.

Фактически в процессе изготовления ротора в специально разработанном стенде измеряется контрастность К растрового рисунка, а далее, зная уже установленную величину коэффициента отражения базовой поверхности К_б, по формуле (1) или с помощью чертежа, где графически представлены линии равной контрастности и схема перехода контрастности растра ротора из одного состояния в другое, определяется коэффициент отражения поверхности растра.In fact, during the manufacturing process of the rotor in a specially designed stand, the contrast K of the raster pattern is measured, and then, knowing the already established value of the reflectance coefficient of the base surface _Kb , according to formula (1) or using a drawing, where lines of equal contrast and a raster contrast transition diagram are graphically presented rotor from one state to another, the reflectance of the raster surface is determined.

Полировку производят в устройстве с тремя трубчатыми притирами, оси которых расположены в одной плоскости под углами 120°относительно друг друга и пересекаются в одной точке, совпадающей с геометрическим центром ротора, прикладывая к каждому из притиров при полировке, при которой обеспечивается формирование такого параметра, как коэффициент отражения базовой поверхности ротора К_б,усилие P поджатия каждого из притиров к ротору. На втором этапе формирования растрового рисунка, когда посредством дополнительной полировки повышают величину К_р* до значения К_р за счет уменьшения шероховатости поверхности растра, усилие P* поджатия каждого из притиров к ротору, прикладываемое на стадии дополнительной полировки, определяют из условия P* = (0,3-0,5)·P·n·S_п/S_p.Polishing is carried out in a device with three tubular laps, the axes of which are located in the same plane at angles of 120°relative to each other and intersect at one point coinciding with the geometric center of the rotor, applying to each of the laps during polishing, which ensures the formation of such a parameter as the reflection coefficient of the base surface of the rotor K_b,force P for pressing each of the laps to the rotor. At the second stage of the formation of the raster pattern, when the value of K is increased through additional polishing_R* up to K value_R by reducing the roughness of the raster surface, the force P* for pressing each of the laps to the rotor, applied at the stage of additional polishing, is determined from the condition P* = (0.3-0.5)·P·n·S_P/S_p.

Возможным вариантом является нанесение на ротор после полировки тонкопленочного функционального покрытия, это может быть износостойкое покрытие нитрида титана [патент РФ № 2498224] для решения проблем посадок ротора БЭСГ с рабочих оборотов, и покрытие ниобия [патент РФ №2678707] при изготовлении ротора криогенного гироскопа.A possible option is to apply a thin-film functional coating to the rotor after polishing; this can be a wear-resistant titanium nitride coating [RF patent No. 2498224] to solve problems with the BESG rotor landing at operating speeds, and a niobium coating [RF patent No. 2678707] in the manufacture of a cryogenic gyroscope rotor.

Далее ротор устанавливается в приводе лазерной установки, обеспечивающим требуемую ориентацию и кинематику перемещения ротора, и на его наружной сферической поверхности методом лазерного маркирования формируется растровый рисунок заданной конфигурации. Для ротора БЭСГ рисунок состоит из восьми полос, граница каждой из которых описывается частью локсодромии, т.е. линии, пересекающей меридианы под одинаковыми углами (в БЭСГ принято 45°) и имеющей вид пространственной спирали. Асимптотическое приближение рисунка к полюсам ротора ограничено меридиональной протяженностью каждой полосы (или широтным углом α, имеющим значения от 12° до 57°в зависимости от модификации ротора). Режимы лазерной обработки выбирают из условия получения на первом этапе контрастности К*>К за счет формирования коэффициента К_р*, величина которого определяется выражением К_р*=К_б·(1-Ω·К)/(1+Ω·К), где Ω-коэффициент, равный (1,5-2,5). Это выражение следует из преобразования приведенной выше зависимости с получением выражения К_р=К_б·(К+1)/(К+1), из которого, с учетом того, что на первом этапе обеспечивают получение контрастности К*=(1,5-2,5)К и вводя обозначение Ω=(1,5-2,5), можно представить выражение К_р*=К_б·(1-Ω·К)/(1+Ω·К).Next, the rotor is installed in the drive of the laser installation, which provides the required orientation and kinematics of movement of the rotor, and a raster pattern of a given configuration is formed on its outer spherical surface using laser marking. For the BESG rotor, the pattern consists of eight stripes, the boundary of each of which is described by a part of the loxodrome, i.e. a line that intersects the meridians at equal angles (45° is accepted in BESG) and has the appearance of a spatial spiral. The asymptotic approach of the pattern to the rotor poles is limited by the meridional extent of each strip (or the latitudinal angle α, having values from 12° to 57°depending on the rotor modification). Laser processing modes are selected from the condition of obtaining contrast K*>K at the first stage due to the formation of the coefficient K_R*, the value of which is determined by the expression K_R*=K_b·(1-Ω·К)/(1+Ω·К), where Ω-coefficient equal to (1.5-2.5). This expression follows from the transformation of the above relationship obtaining the expression K_R=K_b·(K+1)/(K+1), from which, taking into account the fact that at the first stage they provide contrast K*=(1.5-2.5)K and introducing the designation Ω=(1.5- 2.5), we can imagine the expression K_R*=K_b·(1-Ω·К)/(1+Ω·К).

Коэффициент Ω определяет требуемую на первом этапе контрастность К*=(1,5-2,5)·К, получаемую за счет выбора соответствующего значения К_р*. Формирование растра с малыми значениями К_р*, связано с усилением интенсивности воздействия лазерного луча на обрабатываемую поверхность, что способствует повышению равномерности контрастности [О.С. Юльметова. Ионно-плазменные и лазерные технологии в гироскопическом приборостроении», дисс. на соискание ученой степени д.т.н. // ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2019, 244 с]. Этот этап формирования растра связан с окислением базовой поверхности ротора, т.е. со структурно-фазовыми изменениями в образуемом растре, причем интенсивность окисления и, как следствие, уменьшение значения К_р*, определяется мощностью лазера. При этом шероховатость поверхности растра резко увеличивается (R_a до 0,32-0,64), а сама поверхность растра выступает над базовой поверхностью ротора на величину до 0,3-0,6 мкм, что обусловлено тем, что при окислении бериллия в процессе лазерной маркировки в этой зоне происходит поглощение кислорода и, как следствие, локальное увеличение объема обрабатываемой зоны.The coefficient Ω determines the contrast K*=(1.5-2.5)·K required at the first stage, obtained by selecting the appropriate value of K _p *. The formation of a raster with small values of K _p * is associated with an increase in the intensity of the action of the laser beam on the surface being processed, which helps to increase the uniformity of contrast [O.S. Yulmetova. Ion-plasma and laser technologies in gyroscopic instrumentation,” thesis. for the academic degree of Doctor of Technical Sciences // State Scientific Center of the Russian Federation JSC Concern Central Research Institute Elektropribor, 2019, 244 p.]. This stage of raster formation is associated with oxidation of the base surface of the rotor, i.e. with structural and phase changes in the generated raster, and the intensity of oxidation and, as a consequence, a decrease in the value of K _p *, is determined by the laser power. In this case, the roughness of the raster surface increases sharply (R _a up to 0.32-0.64), and the raster surface itself protrudes above the base surface of the rotor by up to 0.3-0.6 μm, which is due to the fact that during the oxidation of beryllium in In the process of laser marking, oxygen absorption occurs in this zone and, as a result, a local increase in the volume of the treated area.

На чертеже это состояние определяет точка a, которой соответствуют коэффициент отражения базовой поверхности К_б, коэффициент отражения поверхности растра К_р* и контрастность К*>К.In the drawing, this state is determined by point a, which corresponds to the base surface reflectance _Kb , the raster surface reflectance _Kp * and the contrast K*>K.

После этого осуществляют второй этап формирования растра, который заключается в дополнительной операции полировки поверхности ротора. Очевидно, что значение коэффициента отражения базовой поверхности К_бпри этом не меняется, поскольку полировка базовой поверхности уже имела место. А полировка поверхности растра, шероховатость которой после лазерной маркировки увеличивается [Юльметова О.С., Валетов В.А., Третьяков С.Д., Щербак А.Г. Разработка методик определения влияния шероховатости на функциональные свойства узлов гироприборов // Известия ВУЗов «Приборостроение», №4 (58), 2015, стр. 278-282], обусловливает повышение величины К_р* до значения К_р за счет уменьшения шероховатости поверхности растра при полировке. Соответственно уменьшается контрастность растрового рисунка до требуемого значения К. Одновременно корректируются форма и дисбаланс ротора, которые могут ухудшаться после лазерной обработки вследствие роста шероховатости поверхности и изменении объема зоны растра. На чертеже видно, что переход «а→b» ротора из состояния, соответствующего первому этапу формирования растра (точка а), в состояние, определяемое вторым этапом (точка b), осуществляется при постоянном значении К_б и увеличении К_р* до значения К_р. Уменьшение значения контрастности с 0.5. до 0.3 (как это показано на чертеже) весьма важно, т.к. представленное техническое решение позволяет повысить точность формы ротора и качество растрового рисунка, обеспечивая улучшение такого важного параметра, как равномерность контрастностиAfter this, the second stage of raster formation is carried out, which consists of an additional operation of polishing the rotor surface. Obviously, the value of the base surface reflectance _Kb does not change in this case, since polishing of the base surface has already taken place. And polishing the raster surface, the roughness of which increases after laser marking [Yulmetova O.S., Valetov V.A., Tretyakov S.D., Shcherbak A.G. Development of methods for determining the influence of roughness on the functional properties of gyrodevice units // News of Universities “Priborostroenie”, No. 4 (58), 2015, pp. 278-282], causes an increase in the value of K _p * to the value of K _p due to a decrease in the roughness of the raster surface at polishing Accordingly, the contrast of the raster pattern is reduced to the required K value. At the same time, the shape and imbalance of the rotor are corrected, which can worsen after laser processing due to an increase in surface roughness and a change in the volume of the raster zone. The drawing shows that the transition “a→b” of the rotor from the state corresponding to the first stage of raster formation (point a) to the state determined by the second stage (point b) is carried out at a constant value of K _b and an increase in K _r * to the value of K _R . Decrease the contrast value from 0.5. up to 0.3 (as shown in the drawing) is very important, because The presented technical solution makes it possible to improve the accuracy of the rotor shape and the quality of the raster pattern, providing an improvement in such an important parameter as contrast uniformity

Дополнительную полировку на втором этапе формирования растра для уменьшения его шероховатости осуществляют, обеспечивая условия съема материала только с зоны растра, исключая обработку базовой поверхности ротора, т.к. уже получен конечный диаметр ротора и требуемое значение коэффициента отражения К_б. Это обеспечивается выбором усилия P* поджатия каждого из притиров к ротору на стадии дополнительной полировки, из условия P* = (0,3-0,5)·P·n·S_п/S_p, где S_п- площадь одной полосы растрового рисунка, S_p - площадь поверхности ротора. Данное техническое решение основано на том, что для съема материала при полировке сферы в устройстве с тремя трубчатыми притирами необходимы абразивная паста, вращение притиров по заданному закону и определенная величина усилия поджатия притиров к ротору. При этом удельное давление, равно отношению усилия поджатия к площади контакта притира с ротором. Выбор усилия P* из соотношения P*=(0,3-0,5)·P·n·S_п/S_p обеспечивает соизмеримые величины удельного давления при полировке всей поверхности ротора и удельного давления при контакте притиров с выступающей зоной растра и ее обработке на этапе дополнительной полировки. По достижении момента образования единой сферы ротора (после съема избыточного, выступающего над сферой ротора материала растра) удельное давление резко падает, т.к. увеличивается площадь контакта притиров с ротором и съем материала прекращается. В указанном выражении P*=(0,3-0,5)·P·n·S_п/S_p учитывается общая площадь растра n·S_п, площадь поверхности ротора S и коэффициент (0,3-0,5), определяющий тот фактор, что в отличие от контакта притиров с поверхностью ротора контакт притиров с поверхностью растра, состоящего из нескольких полос, происходит не по всей рабочей площади притиров.Additional polishing at the second stage of raster formation to reduce its roughness is carried out, ensuring conditions for removing material only from the raster zone, excluding processing of the base surface of the rotor, since The final diameter of the rotor and the required value of the reflection coefficient _Kb have already been obtained. This is ensured by choosing the force P* for pressing each of the laps to the rotor at the stage of additional polishing, from the condition P* = (0.3-0.5)·P·n·S _p /S _p , where S _p is the area of one raster strip figure, S _p is the rotor surface area. This technical solution is based on the fact that to remove material when polishing a sphere in a device with three tubular laps, an abrasive paste, rotation of the laps according to a given law, and a certain amount of force for pressing the laps to the rotor are required. In this case, the specific pressure is equal to the ratio of the pressing force to the contact area of the lap with the rotor. The choice of force P* from the ratio P*=(0.3-0.5)·P·n·S _p /S _p provides commensurate values of the specific pressure when polishing the entire surface of the rotor and the specific pressure when the laps come into contact with the protruding raster area and its processing at the stage of additional polishing. Upon reaching the moment of formation of a single rotor sphere (after removing the excess raster material protruding above the rotor sphere), the specific pressure drops sharply, because The contact area of the laps with the rotor increases and material removal stops. In the indicated expression P*=(0.3-0.5)·P·n·S _p /S _p the total raster area n·S _p is taken into account, the rotor surface area S and the coefficient (0.3-0.5), The determining factor is that, unlike the contact of the laps with the rotor surface, the contact of the laps with the surface of the raster, consisting of several stripes, does not occur over the entire working area of the laps.

Далее следуют контрольные операции, связанные с паспортизацией основных параметров ротора - геометрия, дисбаланс, контрастность и равномерность контрастности растрового рисунка.This is followed by control operations related to the certification of the main parameters of the rotor - geometry, imbalance, contrast and uniformity of contrast of the raster pattern.

Данный способ обеспечивает расширение технологических возможностей, позволяя формировать растровый рисунок практически на любом материале, включая нанесенные на поверхность ротора тонкопленочные покрытия. При этом появляются дополнительные возможности управления параметрами формируемого растрового рисунка, например, выбором значений К_р* на первом этапе лазерной маркировки (точка a на чертеже) или варьированием условий и режимов процесса дополнительной полировки.This method provides expanded technological capabilities, allowing the formation of a raster pattern on almost any material, including thin-film coatings applied to the rotor surface. In this case, additional possibilities appear to control the parameters of the generated raster pattern, for example, by choosing the values of K _p * at the first stage of laser marking (point a in the drawing) or by varying the conditions and modes of the additional polishing process.

Процесс обеспечения основных параметров ротора - контрастности и равномерности контрастности растрового рисунка производится в два этапа. На первом этапе формируется растровый рисунок, контрастность которого обусловлена изменением структурно-фазового состава и шероховатости базовой поверхности ротора с заведомым превышением получаемого контраста по сравнению с требуемым значением. На втором этапе в результате дополнительной финишной полировки уменьшается шероховатость поверхности растра, увеличивается, как следствие, коэффициент отражения растра, а контрастность растрового рисунка - снижается до требуемой величины. При этом улучшается равномерность контрастности и повышается точность формы ротора, что обусловлено устранением при дополнительной полировке искажений формы на уровне десятых и сотых долей микрометра, связанных с избыточной шероховатостью растра.The process of ensuring the main parameters of the rotor - contrast and uniformity of contrast of the raster pattern is carried out in two stages. At the first stage, a raster pattern is formed, the contrast of which is due to a change in the structural-phase composition and roughness of the base surface of the rotor with the resulting contrast obviously exceeding the required value. At the second stage, as a result of additional finishing polishing, the roughness of the raster surface decreases, as a result, the raster reflection coefficient increases, and the contrast of the raster pattern is reduced to the required value. At the same time, the uniformity of contrast improves and the accuracy of the rotor shape increases, which is due to the elimination of shape distortions at the level of tenths and hundredths of a micrometer associated with excessive raster roughness during additional polishing.

Пример 1. Ротор с параметрами A₂= 0,019 мкм, A₃=0,005 мкм, A₄=0,004 мкм, A₅=0,002 мкм, осевой дисбаланс ε_о=0,02 мкм и радиальный дисбаланс ε_р= 0,07 мкм. Растровый рисунок определялся широтным углом α=12°, а требования по контрастности составляли К=0,3. Коэффициент Ω был выбран равным 2,5. После лазерной маркировки растрового рисунка имел контрастность К*=0,75 c равномерностью контрастности 9% при величине коэффициента отражения базовой поверхности ротора К_б=0,2 и величине коэффициента отражения поверхности растра К_р*=0,03. Одновременно изменилась форма ротора, которая стала определяться гармониками: A₂=0,122 мкм, A₃=0,195 мкм, A₄=0,22 мкм, A₅=0,168 мкм. Шероховатость поверхности растра составила R_a=0,32.Example 1. Rotor with parameters A ₂ = 0.019 µm, A ₃ = 0.005 µm, A ₄ = 0.004 µm, A ₅ = 0.002 µm, axial imbalance ε _o = 0.02 µm and radial imbalance ε _p = 0.07 µm. The raster pattern was determined by the latitude angle α=12°, and the contrast requirements were K=0.3. The coefficient Ω was chosen to be 2.5. After laser marking, the raster pattern had a contrast K*=0.75 with a contrast uniformity of 9% at a reflectance value of the base surface of the rotor K _b =0.2 and a reflectance value of the raster surface K _p *=0.03. At the same time, the shape of the rotor changed, which began to be determined by harmonics: A ₂ =0.122 µm, A ₃ =0.195 µm, A ₄ =0.22 µm, A ₅ =0.168 µm. The surface roughness of the raster was R _a =0.32.

В результате дополнительной полировки ротора, выбирая в соответствии с выражением (3) усилие поджатия каждого притира к ротору P*=0,2 кгс (1,96 Н) при P=1,6 кгс (15,7 Н), при сохранении диаметра ротора были получены следующие параметры: A₂= 0,012 мкм, A₃=0,005 мкм, A₄=0,014 мкм,A₅=0,006 мкм, ε_о=0,03 мкм и ε_р= 0,06 мкм, при шероховатости поверхности зоны растра R_a=0,08, что подтверждает улучшение точности формы ротора. При этом контрастность уменьшилась до К=0,35, а значение коэффициента отражения поверхности растра К_р увеличилось до 0,08. Равномерность контрастности составила 7%, т.е. обеспечено ее улучшение.As a result of additional polishing of the rotor, choosing in accordance with expression (3) the force of pressing each lap to the rotor P*=0.2 kgf (1.96 N) at P=1.6 kgf (15.7 N), while maintaining the diameter rotor, the following parameters were obtained: A ₂ = 0.012 µm, A ₃ = 0.005 µm, A ₄ = 0.014 µm, A ₅ = 0.006 µm, ε _o = 0.03 µm and ε _p = 0.06 µm, with zone surface roughness raster R _a =0.08, which confirms the improvement in the accuracy of the rotor shape. In this case, the contrast decreased to K = 0.35, and the value of the raster surface reflectance K _p increased to 0.08. The contrast uniformity was 7%, i.e. its improvement is ensured.

Пример 2. Ротор с параметрами: A₂= 0,026 мкм, A₃=0,004 мкм, A₄=0,014 мкм, A₅=0,006 мкм, шероховатость базовой поверхности R_a=0,04, осевой дисбаланс ε_о=0,03 мкм и радиальный дисбаланс ε_р=0,08 мкм. Растровый рисунок располагался в зоне, определяемой широтным углом α=57⁰, а требования по контрастности составляли К=0,4. Коэффициент Ω был выбран равным 1,5. Лазерная маркировка растрового рисунка обеспечила получение контрастности К*=0,6 c равномерностью контрастности 10% при величине коэффициента отражения базовой поверхности ротора К_б=0,2 и величине коэффициента отражения поверхности растра К_р*=0,05. Параметры формы ротора составили: A₂= 0,098 мкм, A₃=0,128 мкм, A₄=0,125 мкм, A₅=0,098 мкм при шероховатости поверхности растра R_a=0,32. Последующая операция дополнительной полировки при усилии поджатия каждого притира к ротору P*=0,65 кгс (6,4 Н), исходя из того, что P=1,6 кгс, не изменила диаметр ротора, контрастность уменьшилась до К=0,4 при равномерности контрастности 6%, амплитуды гармоник ротора изменились до значений:A₂=0,028 мкм, A₃=0,006 мкм, A₄=0,010 мкм, A₅=0,003 мкм, а осевой и радиальный дисбаланс составили ε_о=0,02 мкм и ε_р= 0,09 мкм.Example 2. Rotor with parameters: A ₂ = 0.026 µm, A ₃ = 0.004 µm, A ₄ = 0.014 µm, A ₅ = 0.006 µm, base surface roughness R _a = 0.04, axial imbalance ε _o = 0.03 µm and radial imbalance ε _p =0.08 µm. The raster pattern was located in the zone defined by the latitude angle α=57 ⁰ , and the contrast requirements were K=0.4. The coefficient Ω was chosen to be 1.5. Laser marking of the raster pattern provided a contrast K*=0.6 with a contrast uniformity of 10% at a reflectance value of the base surface of the rotor K _b =0.2 and a reflectance value of the raster surface K _p *=0.05. The rotor shape parameters were: A ₂ = 0.098 µm, A ₃ = 0.128 µm, A ₄ = 0.125 µm, A ₅ = 0.098 µm with raster surface roughness R _a = 0.32. The subsequent operation of additional polishing with the force of pressing each lap to the rotor P* = 0.65 kgf (6.4 N), based on the fact that P = 1.6 kgf, did not change the diameter of the rotor, the contrast decreased to K = 0.4 with a contrast uniformity of 6%, the amplitudes of the rotor harmonics changed to the following values: A ₂ =0.028 µm, A ₃ =0.006 µm, A ₄ =0.010 µm, A ₅ =0.003 µm, and the axial and radial imbalance amounted to ε _o =0.02 µm and ε _p = 0.09 µm.

Таким образом, решена задача повышения точности формы ротора, что обусловлено устранением при дополнительной полировке искажений формы на уровне десятых и сотых долей микрометра, связанных с избыточной шероховатостью растра, кроме того улучшена равномерность контрастности, поскольку меньшие значения коэффициентов отражения, формируемые на базовой поверхности ротора при лазерной обработке, соответствуют лучшей равномерности контрастности.Thus, the problem of increasing the accuracy of the rotor shape has been solved, which is due to the elimination during additional polishing of shape distortions at the level of tenths and hundredths of a micrometer associated with excessive raster roughness; in addition, the contrast uniformity has been improved, since lower values of the reflection coefficients formed on the base surface of the rotor with laser processing, correspond to better contrast uniformity.

В целом это обеспечило повышение уровня технологического обеспечения процесса изготовления сферических роторов электростатических гироскопов. Это обеспечивается единством существенных признаков способа, выполнением условия необходимости и достаточности признаков и их устойчивой взаимосвязью.In general, this ensured an increase in the level of technological support for the manufacturing process of spherical rotors of electrostatic gyroscopes. This is ensured by the unity of the essential features of the method, the fulfillment of the conditions of necessity and sufficiency of the features and their stable relationship.

На данный момент на предприятии предлагаемый способ был опробован при изготовлении опытной партий бериллиевых роторов электростатических гироскопов с получением положительных результатов.At the moment, the company has tested the proposed method in the manufacture of a pilot batch of beryllium rotors for electrostatic gyroscopes with positive results.

В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования способа при серийном изготовлении этих приборов.Currently, technical documentation is being developed for using the method in the serial production of these devices.

Claims

A method for manufacturing an electrostatic gyroscope rotor, including shaping and balancing a beryllium rotor through sequentially repeated operations of eliminating imbalance and spheroidal watering, polishing the rotor in a device with three tubular laps, the axes of which are located in the same plane at angles of 120°relative to each other and intersect at one point, applying to each of the laps the force P of pressing towards the rotor, necessary for polishing the entire surface of the rotor, the formation, using laser marking technology, on the outer spherical surface of the rotor of a raster pattern, the contrast K of which is due to a change in the structural-phase composition and roughness of the base surface of the rotor and is determined by the expression, where K_band K_R– reflectance coefficients of the base surface of the rotor and the raster surface, respectively, with the location of the raster pattern in the zone of a spherical belt, determined by the latitudinal angle α and consisting of n stripes, the boundary of each of which is described by a part of a line intersecting the meridians at equal angles and having the form of a spatial spiral, different in that the formation of the raster pattern is carried out in two stages, in the first of which the contrast K*>K is set by laser marking after polishing by reducing the reflectance of the raster surface to the value

K _r * = K _b ·(1-Ω·K)/(1+Ω·K),

where Ω is a coefficient equal to (1.5-2.5),

and at the second stage, the value of K _p * is increased to the value of K _p by reducing the roughness of the raster surface through an additional operation of polishing the raster surface, while the force P * for pressing each of the laps to the rotor, applied at the stage of additional polishing, is determined from the condition

P* = (0.3-0.5) P n S _p /S _p ,

Where

S _p – area of one strip of raster pattern,

S _r – rotor surface area.