專利名稱：振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激勵罩平衡調整技術的改進，特別涉及衛(wèi)星捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中振動陀螺儀激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置及方法，屬于振動陀螺儀技術領域。
背景技術：
半球諧振陀螺具有穩(wěn)定性好、壽命長、可靠性高、噪聲低、抗核輻射、耐高沖擊振動等特點外，還可以連續(xù)工作15年以上并保持要求的性能，被國際慣性技術界認為是各類捷聯(lián)慣性系統(tǒng)中最理想的器件。半球諧振陀螺主要由激勵罩、諧振子和基座三部分組成。其中激勵罩由熔融石英玻璃加工而成，通過鍍膜方式使內外表面金屬化，然后采取激光刻蝕技術使外圓柱面的對電極導通，其余電極絕緣電阻達到500ΜΩ以上，內表面形成16個離散電極，絕緣電阻達到500ΜΩ以上。在電極刻蝕之前，需要進行激勵罩平衡調整。目前激勵罩的平衡調整和電極刻蝕都是在同一工作平臺上進行的，在工作平臺上設有ー垂直的定位基柱，激勵罩通過夾具固定在工作平臺上并套在定位基柱上，夾具既能實現(xiàn)對激勵罩的夾持，又能實現(xiàn)激勵罩在X、Y、Z三個方向的獨立調整，X、Y方向在工作平臺上，Z方向垂直于工作平臺；平衡調整就是通過夾具在X、Y、Z三個方向對激勵罩的調整，使激勵罩與定位基柱軸線平行，同時與 定位基柱同心。調整到位后，再對激勵罩進行電極刻蝕。在激勵罩的制作過程中，激勵罩的平衡調整是電極刻蝕技術的難點，也是半球諧振陀螺中的關鍵技術之一。現(xiàn)有的激勵罩電極刻蝕前的調整方法是先將激勵罩4通過夾具安裝在分度頭5上，用百分表6的敏感針頭接觸其外圓柱面上，利用分度頭旋轉180°左右，觀測百分表值，根據(jù)指針的轉動多少進行相應的平衡調整，然后再旋轉分度頭90°和270°左右，觀測百分表值，根據(jù)指針的轉動多少進行相應的平衡調整，保證激勵罩和分度頭盡量同心，激勵罩端面保持水平。現(xiàn)有技術激勵罩平衡調整示意圖見圖1，所用儀器涉及到百分表6和分度頭5，通過旋轉分度頭，觀察百分表的顯示刻度，估算激勵罩圓柱表面的同心度和平行情況，分度頭每旋轉一周，只能調整一點及其對電極的平衡情況，整個操作過程通過多次旋轉分度頭慢慢調整激勵罩的平衡狀況。由于激勵罩內球面的刻蝕面積和外圓柱表的刻蝕線條閉合等性能的影響，導致激勵罩在刻蝕エ藝中存在以下缺點
I、激勵罩刻蝕前平衡調整時，只有一個觀察點，通過多次旋轉分度頭進行調整，且ー個激勵罩一般要進行多次多角度的調整，エ藝繁瑣，效率較低。2、百分表的敏感針頭接觸激勵罩的外圓柱面，在分度頭旋轉時，會劃傷表面的金屬膜層，影響表面的導通情況和金屬粉塵多余物的產生。3、平衡調整吋，百分表度數(shù)和旋轉角度等存在較大的誤差，導致調整結果不準確，成功率不高和エ藝反復的現(xiàn)象。外圓柱面的電路布線繞行一周的線條閉合誤差較大，甚至不能閉合，導致導通電阻不導通，相鄰絕緣電阻不絕緣的現(xiàn)象；內球面刻蝕的16個離散電極的幾何圖形分布不均勻、面積不一致，導致半球陀螺速率范圍減小、噪聲增加、零偏不穩(wěn)定等現(xiàn)象發(fā)生。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的就是提供ー種振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置及方法，本發(fā)明調整エ藝簡單，縮短刻蝕エ藝時間，表面無劃痕，精度和成品率都大大提尚。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下
振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置，包括工作平臺、設于工作平臺上兼起平衡調整的夾具、設于工作平臺上對激勵罩定位的定位基柱和測量激勵罩平衡狀態(tài)的測量系統(tǒng)； 所述測量系統(tǒng)包括三個激光位移傳感器和用于接收三個激光位移傳感器輸出的數(shù)據(jù)處理及顯示單元，三個激光位移傳感器分別用于測量其與激勵罩外圓柱面的距離，三個激光位移傳感器的光源線與其在激勵罩外圓柱面上投影點的切線垂直，其中兩個激光位移傳感器的光源點連線與定位基柱軸線平行；第三個激光位移傳感器的光源點與另外兩個激光位移傳感器其中ー個的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上。進ー步地，所述三個激光位移傳感器完全相同，且其感測頭與待調整激勵罩的外圓柱面的距離為80 ± O. 5mm。ー種振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整方法，平衡調整步驟為
1)將激勵罩通過夾具安裝在工作平臺上并套在定位基柱上；
2)利用兩個光源點連線與定位基柱軸線平行的激光位移傳感器分別測量激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離；若兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離相等，表明激勵罩軸線與定位基柱軸線平行，此時直接進入第4)步，否則進入第3)步；
3)通過夾具對激勵罩傾斜角度進行調整，直到第2)步中兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離相等；
4)利用兩個激光位移傳感器分別測量激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離，其中ー個激光位移傳感器為第2)步中的某ー個激光位移傳感器，該兩個激光位移傳感器的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上；距離測量好后作為初始值記錄下來，然后旋轉工作平臺180°，再分別測量兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離并作為比較值記錄下來；將比較值與初始值比對，若工作平臺旋轉前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，表明激勵罩與定位基柱同心，此時即完成激勵罩電極刻蝕平衡調整；否則進入第5)步；
5)通過夾具使激勵罩分別沿X、Y軸方向平移以調整激勵罩與定位基柱的同心度，然后再次旋轉工作平臺180°，如果工作平臺旋轉前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，則表明激勵罩調整到位；否則重復本步驟，直到工作平臺旋轉180°前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，此時即完成激勵罩電極刻蝕平衡調整。本電極刻蝕平衡調整方法中，所有激光位移傳感器分別與數(shù)據(jù)處理及顯示單元連接，由數(shù)據(jù)處理及顯示單元接收激光位移傳感器輸出的距離信息并進行分析比較，再將夾具需要對激勵罩進行調整的方向和調整值顯示出來以指導調整，使夾具調整更方便和容易。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果
I、整個平衡調整采用一體化，自動化實施數(shù)據(jù)采集，井根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析比對，給出具體調整方式與方法，エ藝簡單，操作方便，且刻蝕前的調整時間大大縮短。2、采用激光位移傳感器實現(xiàn)非接觸式測試，產品表面無劃痕，導通情況良好，沒有金屬粉塵產生。3、平行調整與同心度調整精度都達到μ m級，一致性好，所有產品無須重新調整和無エ藝反復現(xiàn)象，精確性和成品率尚。4、外圓柱面繞行一周的布線閉合完整，對電極導通電阻較低，相鄰絕緣電阻全部達到500ΜΩ以上；內球面刻蝕的16個離散電極的幾何圖形分布均勻、面積一致性良好，沒有出現(xiàn)因離散電極引起半球陀螺的誤差和誤差補償?shù)痊F(xiàn)象發(fā)生?？傊?，本發(fā)明滿足激勵罩的各項性能參數(shù)，降低整個エ藝過程成本，エ藝簡單，操作方便，縮短刻蝕エ藝時間，大大提高激勵罩的電極刻蝕的成品率。


圖I是現(xiàn)有技術激勵罩平衡調整示意圖。圖2是本發(fā)明激勵罩平衡調整原理圖。圖3是本發(fā)明激勵罩平衡調整示意圖。其中，I-第一激光位移傳感器；2_第二激光位移傳感器；3_第三激光位移傳感器；11-第一激光位移傳感器光源；21-第二激光位移傳感器光源；31_第三激光位移傳感器光源；4_激勵罩；5_分度頭；6_百分表；7_工作平臺中心對稱軸；8_夾具。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步詳細說明。本發(fā)明振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置，包括工作平臺、設于工作平臺上兼起平衡調整的夾具、設于工作平臺上對激勵罩定位的定位基柱和測量激勵罩平衡狀態(tài)的測量系統(tǒng)。所述測量系統(tǒng)包括三個激光位移傳感器和用于接收三個激光位移傳感器輸出的數(shù)據(jù)處理及顯示單元，三個激光位移傳感器分別用于測量其與激勵罩外圓柱面的距離，三個激光位移傳感器的光源線與其在激勵罩外圓柱面上投影點的切線垂直，其中兩個激光位移傳感器的光源點連線與定位基柱軸線平行。第三個激光位移傳感器的光源點與另外兩個激光位移傳感器其中ー個的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上。三個激光位移傳感器完全相同，且其感測頭與待調整激勵罩的外圓柱面的距離為80±O. 5mm，確保感應距離在有效測量范圍內。本發(fā)明所涉及的振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整方法，采用非接觸式激光位移傳感器與數(shù)據(jù)處理及顯示單元相結合，通過可調夾具安裝激勵罩在工作平臺上進行電極分割前的平衡調整，其具體步驟如下
I. 激光位移傳感器的安裝，見圖2 、本發(fā)明采用非接觸式位移測試原理，利用三個激光位移傳感器(分別稱為第一激光位移傳感器I、第二激光位移傳感器2和第三激光位移傳感器3)測試傳感器與激勵罩4外圓柱面的距離，傳感器的感測頭與激勵罩4的外圓柱面的距離保持在80±0. 5mm的圓周范圍內，確保感應距離在有效測量范圍內，各光源線與其在圓柱面上投影點的切線垂直，其中第一和第二激光位移傳感器平行重疊安裝，其激光光源點連成的線與定位基柱軸線平行。同時第三激光位移傳感器3與第一激光位移傳感器I的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上；保證激勵罩X、Y、Z方向上能夠通過三個傳感器數(shù)據(jù)的測試與比對，時時了解激勵罩是否調整平衡。圖中標號11為第一激光位移傳感器光源，標號21為第二激光位移傳感器光源,標號31為第三激光位移傳感器光源，標號7為工作平臺中心對稱軸，也即定位基柱軸線。
2. 平衡調整測試
(I)平行調整 三個傳感器位置固定好后，將激勵罩4通過夾具8安裝在工作平臺上并套在定位基柱上。數(shù)據(jù)處理及顯示單元顯示三個傳感器光源到激勵罩外圓柱面的距離。觀察第一、第ニ激光位移傳感器的測試值，顯示激勵罩軸線是否與定位基柱軸線平行(也即激勵罩端面是否與工作平臺平行)，若系統(tǒng)界面顯示二者值不相等，說明激勵罩基準與工作平臺基準不平行，存在一定的誤差，且測試系統(tǒng)顯示激勵罩エ裝夾具的調整方向和調整值，根據(jù)界面提示，通過エ裝夾具調整激勵罩傾斜度使第一和第二激光位移傳感器的測試值相等，保障激勵罩端面與工作平臺平行，即可進行后面的同心度調整。(2)同心度調整
確定激勵罩端面與工作平臺平行后，再調整激勵罩與工作平臺的同心度。觀察第一和第三激光位移傳感器(等效坐標軸的X、Y軸)的測試值，測試系統(tǒng)記錄初始值，然后通過轉臺控制系統(tǒng)，旋轉工作平臺180°，測試系統(tǒng)顯示目前測試值，并通過與初始值分析比對，分別顯示激勵罩在X、Y軸位置的調整方向和調整值，根據(jù)系統(tǒng)顯示界面提示，通過エ裝夾具調整激勵罩與工作平臺的同心度，然后再次通過轉臺控制系統(tǒng)旋轉工作平臺180°，如果第一和第三激光位移傳感器的前后測試值相等，則顯示激勵罩調整到位，若還有少量誤差，繼續(xù)通過上述方法進行調整，直到工作平臺旋轉180°前后第一和第三激光位移傳感器傳感器的測試值沒有變化。此時即完成激勵罩電極刻蝕平衡調整。圖2是本發(fā)明激勵罩平衡調整原理圖，采用三個同類型號的非接觸式激光位移傳感器1、2、3，將工作平臺的轉臺控制系統(tǒng)和激光位移傳感器測試系統(tǒng)優(yōu)化組合成激勵罩激光平衡調整測試系統(tǒng)，通過系統(tǒng)對激光位移傳感器的測試值和要求的結果值進行分析比對，給出指導性調整措施和指導結果，保證定位基柱中心對稱軸和激勵罩中心對稱軸重合。圖3是本發(fā)明激勵罩平衡調整示意圖，其包括激光位移傳感器的安裝調試，以及具體的軟件系統(tǒng)的測試實施?，F(xiàn)有技術的平衡調整方式的調試時間為20 30min，激勵罩與工作平臺的平行度為O. 01 O. 05mm,同心度為O. 01 O. 05mm,外圓柱表面有較深的劃痕；而本發(fā)明平衡調整方式的調試時間為2 4min，激勵罩與工作平臺的平行度為< O. 003mm,同心度為< O. 003mm,—致性良好,且外圓柱表面無劃痕。采用本發(fā)明的平衡調整方法調試出的激勵罩電極刻蝕完全能夠滿足陀螺精度和工程應用的要求。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于對激勵罩是否平行和同心的判斷上，即通過三個激光位移傳感器非接觸式的測量來判斷激勵罩是否與定位基柱平行和同心，并且通過測試軟件能夠直觀地得到該向X、Y、Z那個方向進行調整，至于具體的調整過程和現(xiàn)有技術完全一祥。本發(fā)明邊調整邊觀看顯示器(顯示器顯示調整方向和調整值)，故能夠一次調整到位，避免反復調整，反復測量，效率高，精度好。本發(fā)明的 上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
權利要求
1.振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置，包括工作平臺、設于工作平臺上兼起平衡調整的夾具、設于工作平臺上對激勵罩定位的定位基柱和測量激勵罩平衡狀態(tài)的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)包括三個激光位移傳感器和用于接收三個激光位移傳感器輸出的數(shù)據(jù)處理及顯示單元，三個激光位移傳感器分別用于測量其與激勵罩外圓柱面的距離，三個激光位移傳感器的光源線與其在激勵罩外圓柱面上投影點的切線垂直，其中兩個激光位移傳感器的光源點連線與定位基柱軸線平行；第三個激光位移傳感器的光源點與另外兩個激光位移傳感器其中ー個的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上。
2.根據(jù)權利要求I所述的振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置，其特征在干，所述三個激光位移傳感器完全相同，且其感測頭與待調整激勵罩的外圓柱面的距離為80±0. 5mm。
3.ー種振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整方法，其特征在于，平衡調整步驟為· 1)將激勵罩通過夾具安裝在工作平臺上并套在定位基柱上； 2)利用兩個光源點連線與定位基柱軸線平行的激光位移傳感器分別測量激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離；若兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離相等，表明激勵罩軸線與定位基柱軸線平行，此時直接進入第4)步，否則進入第3)步； 3)通過夾具對激勵罩傾斜角度進行調整，直到第2)步中兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離相等； 4)利用兩個激光位移傳感器分別測量激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離，其中ー個激光位移傳感器為第2)步中的某ー個激光位移傳感器，該兩個激光位移傳感器的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上；距離測量好后作為初始值記錄下來，然后旋轉工作平臺180°，再分別測量兩激光位移傳感器與激勵罩外圓柱面的距離并作為比較值記錄下來；將比較值與初始值比對，若工作平臺旋轉前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，表明激勵罩與定位基柱同心，此時即完成激勵罩電極刻蝕平衡調整；否則進入第5)步； 5)通過夾具使激勵罩分別沿X、Y軸方向平移以調整激勵罩與定位基柱的同心度，然后再次旋轉工作平臺180°，如果工作平臺旋轉前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，則表明激勵罩調整到位；否則重復本步驟，直到工作平臺旋轉180°前后兩激光位移傳感器各自對應的距離值相等，此時即完成激勵罩電極刻蝕平衡調整。
4.根據(jù)權利要求3所述的振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整方法，其特征在于，所有激光位移傳感器分別與數(shù)據(jù)處理及顯示單元連接，由數(shù)據(jù)處理及顯示單元接收激光位移傳感器輸出的距離信息并進行分析比較，再將夾具需要對激勵罩進行調整的方向和調整值顯示出來以指導調整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動陀螺激勵罩電極刻蝕平衡調整裝置及方法，包括工作平臺、夾具、定位基柱和測量系統(tǒng)；測量系統(tǒng)包括三個激光位移傳感器和數(shù)據(jù)處理及顯示單元，三個激光位移傳感器的光源線與其在激勵罩外圓柱面上投影點的切線垂直，其中兩個激光位移傳感器的光源點連線與定位基柱軸線平行；第三個激光位移傳感器的光源點與另外兩個激光位移傳感器其中一個的光源點在同一圓周上，該同一圓周的圓心在定位基柱軸線上，且兩者光源線垂直相交于定位基柱中心軸上。本發(fā)明滿足激勵罩各項性能參數(shù)，降低工藝過程成本，工藝簡單，操作方便，縮短刻蝕工藝時間，表面無劃痕，大大提高激勵罩電極刻蝕的成品率。
文檔編號B23K26/42GK102744524SQ201210261078
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2012年7月26日
發(fā)明者余波, 方針, 楊勇 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所