CN117086609B - 一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具及方法，其治具底座上安装转台和谐振子万向悬挂机构，转台上通过微动调节器安装平板电极固定板；谐振子万向悬挂机构用于实现半球谐振子的方位调节，且谐振子万向悬挂机构上设置用于将半球谐振子位姿锁定的锁紧装置；微动调节器能够带动平板电极固定板上下移动，以使其上的平板电极靠近或远离半球谐振子，谐振子万向悬挂机构能够在平板电极接近半球谐振子时，调整半球谐振子的位姿至其唇沿平面在自适应重力作用下与平板电极的上表面贴合。本发明能够简单便捷地实现半球谐振子与平板电极的间隙调节，且能保证半球谐振陀螺各个电极的电容值偏差处于极小值内。

Description

一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具及方法

技术领域

本发明涉及平板电极式半球谐振陀螺，特别是一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具及方法。

背景技术

半球谐振陀螺简称谐振子，是一种基于哥式效应的固体波动陀螺，具有高精度、长寿命、高可靠性的优势，是未来陀螺发展的重要方向。半球谐振陀螺的未来应用方向包括航天、航海、战略战术武器等诸多领域。

如图2所示，平板电极式半球谐振陀螺主要由半球谐振子12以及平板电极13构成。平板电极式半球谐振陀螺装配过程中，先调整半球谐振子唇沿与平板电极上表面的间距至设定值，最后将半球谐振子安装柱121的下端与平板电极安装孔131固定连接。平板电极式半球谐振陀螺工作原理是：通过检测金属化后的平板电极上表面周向均匀分布的8个电极间电容值的变化，实现对载体运动角速率的测量。半球谐振子12与平板电极13的装配质量对半球谐振陀螺的整体性能起着决定性作用，目前一般要求半球谐振子唇沿与平板电极上表面的间距误差控制在±5μm左右。

半球谐振子材质一般采用加工后Q值较大的石英玻璃，精密易碎，无法与平板电极通过过盈配合连接，故现有半球谐振子安装柱与平板电极安装孔的装配基本均采用大间隙配合（装配间隙为0.1mm及以上）。如此，虽然保证了半球谐振子可以自由装配进入，还预留了较大的焊料放置空间，但是，半球谐振子与平板电极之间预留的较大装配间隙会导致半球谐振子同心度差，在装配间隙（焊料放置空间）内填充片条状的焊接材料铟，并对铟焊料整形过程中还会导致半球谐振子与平板电极位姿差异性大，进而将直接影响半球谐振子唇沿与平板电极上表面各电极间距的一致性，导致电极间的电容容值差异大，影响半球谐振陀螺的测量精度。因此，在半球谐振子与平板电极装配后，需要对半球谐振子唇沿与平板电极上表面之间的间距进行测量及调整。

目前半球谐振子唇沿与平板电极上表面之间的间距采用普通设备无法精确测量，因为半球谐振子和平板电极均为玻璃材质，一般的激光类测量方法会产生折射影响测量精度，使用接触式测量更是很容易导致镀膜区域的划伤从而影响整体功能。

故，目前半球谐振子唇沿与平板电极上表面之间的间距一般需通过扫描式电镜或其他高精度测量设备配合精密夹持及多方位调节治具（如六轴运动调节平台治具）来测量及调整半球谐振子唇沿与平板电极上表面各电极的间距，设备昂贵复杂，且测量及调整方法误差大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对平板电极式半球谐振陀螺因半球谐振子唇沿与平板电极上表面之间的间距调整困难，装配夹持治具及检测设备昂贵、以及测量及调整方法偏差较大等问题，提供一种结构稳定，使用操作简单便捷的半球谐振子与平板电极间隙调节治具及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具，包括底座，所述底座上安装转台和谐振子万向悬挂机构，所述转台上安装微动调节器，所述微动调节器上安装平板电极固定板，所述平板电极固定板上安装平板电极锁固机构；所述谐振子万向悬挂机构用于实现半球谐振子的方位调节，且所述谐振子万向悬挂机构上设置用于将半球谐振子位姿锁定的锁紧装置；所述微动调节器能够带动平板电极固定板上下移动，以使其上的平板电极靠近或远离半球谐振子，所述谐振子万向悬挂机构能够在平板电极接近半球谐振子时，调整半球谐振子的位姿至其唇沿平面在自适应重力作用下与平板电极的上表面贴合。

本发明基于半球谐振子与平板电极的现有精密加工能力：平面度及粗糙度均可达到纳米级别水准，先将半球谐振子通过谐振子万向悬挂机构悬挂起来，同时通过平板电极锁固机构将平板电极稳定安装于平板电极固定板上，接着通过调节谐振子万向悬挂机构使半球谐振子接近平板电极，直至借助半球谐振子自适应重力调节能力使半球谐振子唇沿平面与平板电极两者之间完全贴合，再通过锁紧装置将半球谐振子的位姿固定，最后通过微动调节器将平板电极固定板上的平板电极往下微调整至所需要的间距即可直接保证半球谐振子唇沿与平板电极上表面的间距基本一致，从而保证各个电极的电容值偏差处于极小值内，进而省去了昂贵的六轴运动调节平台治具的使用。

优选地，所述谐振子夹持机构包括关节固定装置、第一活动杆、第一锁紧装置、第二活动杆、谐振子固定装置及第二锁紧装置，所述关节固定装置固定安装在所述底座上，所述关节固定装置上活动安装第一活动杆的一端，第一活动杆的另一端依次铰接第二活动杆及谐振子固定装置，且所述第一活动杆与所述第二活动杆之间设置所述第一锁紧装置，用于将第一活动杆和第二活动杆的位姿锁定，所述谐振子固定装置上设置包括谐振子锁紧头及第二锁紧装置，第二锁紧装置用于锁定谐振子锁紧头的位姿。

优选地，所述平板电极锁固机构包括V型支撑板和拧紧装置，所述支撑板和拧紧装置相对安装，并在所述支撑板和所述拧紧装置之间形成平板电极安装空间。

优选地，所述底座上为设有呈标准矩阵排列的螺丝孔位，以方便精密安装转台。

优选地，所述转台为电动转台。

优选地，所述微动调节器为移动精度达4μm的三轴微调精密移动滑台。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具的半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面间隙调整方法，其包括如下步骤：

S1、利用谐振子万向悬挂机构调节半球谐振子的方位，使半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面在自适应重力调节作用下实现二者之间的零间隙轴向贴合；

S2、通过谐振子万向悬挂机构的锁紧装置将半球谐振子的位姿锁定；

S3、通过微动调节器将平板电极向下微移，至半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面的间距调整至设定值。

优选地，所述半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面间隙调整方法还包括：S4、通过微动调节器对平板电极进行X、Y方向调节，使半球谐振子安装柱与平板电极安装孔同轴布置。如此，本发明先将半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面贴合，并在半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面间隙调整到设定值后，再调整半球谐振子安装柱和平板电极安装孔的同轴度，调整更为容易，效果也更好。

优选地，所述半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面间隙调整方法还包括：S5、使用转台转动平板电极进行圆周检查，即测量半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面各电极的间距，如间距误差超设定值，重复步骤S1-S4，直至间距误差合格为止。

优选地，所述半球谐振子和平板电极间隙调节方法，在所述步骤S1之前还包括：S0、微动调节器带动平板电极固定板上移，以使其上的平板电极接近半球谐振子。

与现有技术相比，本发明的创新在于：

1、本发明基于半球谐振子与平板电极的现有通用精密加工能力：平面度及粗糙度均可达到纳米级别水准，先将半球谐振子固定在谐振子万向悬挂机构上，接着通过调节谐振子万向悬挂机构实现半球谐振子方位的调节，直至在自适应重力调节作用下实现半球谐振子唇沿平面与平板电极两者之间的零间隙轴向贴合，保证轴向位姿准确性，再通过拧紧锁紧装置的紧固螺丝实现半球谐振子位姿的固定，最后通过微动调节器将平板电极向下微移至半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面的间距至设定值，从而能够保证半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面各电极的间距基本一致，继而保证了各个电极的电容值偏差处于极小值内，省去了昂贵的六轴运动调节平台治具；

2、本发明采用谐振子万向悬挂机构来装夹半球谐振子实现了半球谐振子的方位（位置）的任意调节；

3、本发明通过三轴微调精密移动滑台的X、Y方向的调节可以实现半球谐振子安装柱和平板电极安装孔的同轴度调整，保证了周向位姿的准确性；

4、本发明通过谐振子万向悬挂机构的锁紧装置实现半球谐振子与平板电极之间的位姿锁定；

5、本发明采用刻度标尺细化的三轴微调精密移动滑台，其标尺最小可控精度可达4μm，实现了半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面间距的微调节；

6、本发明采用电动转台以便于半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面间距的后续观察及检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为平板电极式半球谐振陀螺的半球谐振子与平板电极贴合的结构示意图。

图2为平板电极式半球谐振陀螺的半球谐振子与平板电极间隙调节到设定值的结构示意图。

图3为本发明半球谐振子与平板电极间隙调节治具的总体结构示意图。

图4为本发明半球谐振子与平面电极平板电极间隙调节治具的爆炸示意图。

图中：1.关节固定装置；2.第一活动杆；3.第一锁紧装置；4.第二活动杆；5.谐振子固定装置；6.支撑板；7.拧紧装置；8.平板电极固定板；9.微动调节器；10.转台；11.底座；12.半球谐振子；13.平板电极；14.第二锁紧装置；121.半球谐振子安装柱；131.平板电极安装孔。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图3、图4所示，本发明半球谐振子与平板电极间隙调节治具的主要结构包括底座11，所述底座11上安装转台10和谐振子万向悬挂机构，所述转台10上安装微动调节器9，所述微动调节器9上安装平板电极固定板8，所述平板电极固定板8上安装平板电极锁固机构。

所述谐振子万向悬挂机构包括关节固定装置1、第一活动杆2、第一锁紧装置3、第二活动杆4、谐振子固定装置5及第二锁紧装置14，所述关节固定装置1固定安装在所述底座11上，所述关节固定装置1上活动安装第一活动杆2的一端，第一活动杆2的另一端依次铰接第二活动杆4及谐振子固定装置5，且所述第一活动杆2与所述第二活动杆4之间设置所述第一锁紧装置3，所述谐振子固定装置5上设置柔性谐振子锁紧头及第二锁紧装置14。所述谐振子万向悬挂机构类似于千分表底座，可实现半球谐振子的锁紧及前、后、左、右、上、下位置的任意调节。所述第一锁紧装置3、第二锁紧装置14可实现所述谐振子万向悬挂机构方位的锁定。

所述平板电极锁固机构包括V型支撑板6和拧紧装置7，所述支撑板6和拧紧装置7相对安装，并在所述支撑板6和所述拧紧装置7之间形成平板电极安装空间。

为方便精准安装，所述底座11上设有呈标准矩阵排列的螺丝孔位。所述底座11优选采用精密光学板。

为方便对转台10的控制，所述转台10优选采用电动转台。

为方便间隙的精密微调，所述微动调节器9优选采用移动精度达4μm的三轴微调精密移动滑台。

本发明半球谐振子与平板电极间隙调节治具的装配步骤为：

首先，将转台10、关节固定装置1固定在底座11上面，并将第一活动杆2的一端固定安装在关节固定装置1上，第一活动杆2的另一端依次铰接第二活动杆4及谐振子固定装置5，且所述第一活动杆2与所述第二活动杆4之间设置第一锁紧装置3，谐振子固定装置5上设置第二锁紧装置14，然后将半球谐振子12夹持在谐振子固定装置5的柔性谐振子锁紧头上。

然后，将平板电极13放置在平板电极固定板8上，平板电极固定板8上用螺丝固定V型支撑板6和拧紧装置7，支撑板6和拧紧装置7配合用于定位平板电极13的位置及将平板电极13夹紧。

再将平板电极固定板8用螺丝固定在微动调节器9上，最后整体用螺丝固定在转台10上。

利用上述半球谐振子与平板电极间隙调节治具进行半球谐振子和平板电极间隙调节的方法如下：

S0、利用谐振子万向悬挂机构装夹半球谐振子12，同时将平板电极13装夹到平板电极固定板8上，利用微动调节器9带动平板电极固定板8上移，以使其上的平板电极13接近半球谐振子12；

S1、如图1所示，利用谐振子万向悬挂机构调节半球谐振子12的方位，使半球谐振子安装柱121插入平板电极安装孔131内，且半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面在自适应重力调节作用下实现二者之间的零间隙轴向贴合；

S2、通过谐振子万向悬挂机构的锁紧装置（包括第一锁紧装置3和第二锁紧装置14）将半球谐振子12的位姿锁定；

S3、通过微动调节器9将平板电极13向下微移，至半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面的间距调整至设定值(如图2所示)；

S4、通过微动调节器9对平板电极13进行X、Y方向调节，使半球谐振子安装柱121与平板电极安装孔131同轴布置；

S5、使用转台10转动平板电极13进行圆周检查，即测量半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面各电极的间距，如间距误差超设定值，重复步骤S1-S4，直至间距误差合格为止；

S6：加热焊接材料，使其融化，焊接材料冷却后将半球谐振子安装柱和平板电极安装孔固定连接。

显然，本发明也可采用其他类型的谐振子万向悬挂机构来调节半球谐振子的方位，其他类型的锁紧装置来锁紧第一、二活动杆、以及其他种类的微动调节器来代替三轴微调精密移动滑台调节半球谐振子与平板电极之间的间距等。

图1-图4仅对本发明半球谐振子与平板电极间隙调节治具的实现原理进行了说明，第一、二活动杆样式、半球谐振子固定方法、锁紧装置、微动调节器的结构及款式等外在条件随着半球谐振子的样式及作用变更，在此不做具体描述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，比如可将金膜替换为银膜或铂膜或铟膜，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种半球谐振子与平板电极间隙调节治具，包括底座（11），其特征在于：

所述底座（11）上安装转台（10）和谐振子万向悬挂机构，所述转台（10）上安装微动调节器（9），所述微动调节器（9）上安装平板电极固定板（8），所述平板电极固定板（8）上安装平板电极锁固机构；所述谐振子万向悬挂机构用于实现半球谐振子（12）的方位调节，且所述谐振子万向悬挂机构上设置用于将半球谐振子（12）位姿锁定的锁紧装置；

所述微动调节器（9）能够带动平板电极固定板（8）上下移动，以使其上的平板电极（13）靠近或远离半球谐振子（12），所述谐振子万向悬挂机构能够在平板电极（13）接近半球谐振子（12）时，调整半球谐振子（12）的位姿至其唇沿平面在自适应重力作用下与平板电极（13）的上表面贴合。

2.根据权利要求1所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具，其特征在于，所述谐振子万向悬挂机构包括关节固定装置（1）、第一活动杆（2）、第一锁紧装置（3）、第二活动杆（4）、谐振子固定装置（5）及第二锁紧装置（14），所述关节固定装置（1）固定安装在所述底座（11）上，所述关节固定装置（1）上活动安装第一活动杆（2）的一端，第一活动杆的另一端依次铰接第二活动杆（4）及谐振子固定装置（5），且所述第一活动杆（2）与所述第二活动杆（4）之间设置所述第一锁紧装置（3），用于将第一活动杆（2）和第二活动杆（4）的位姿锁定，所述谐振子固定装置（5）包括谐振子锁紧头及第二锁紧装置（14），第二锁紧装置（14）用于锁定谐振子锁紧头的位姿。

3.根据权利要求1所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具，其特征在于，所述平板电极锁固机构包括V型支撑板（6）和拧紧装置（7），所述支撑板（6）和拧紧装置（7）相对安装，并在所述支撑板（6）和所述拧紧装置（7）之间形成平板电极安装空间。

4.根据权利要求1所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具，其特征在于，所述底座（11）上设有呈标准矩阵排列的螺丝孔位。

5.根据权利要求1所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具，其特征在于，所述转台（10）为电动转台。

6.根据权利要求1所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具，其特征在于，所述微动调节器（9）为移动精度达4μm的三轴微调精密移动滑台。

7.一种利用权利要求1－6中任一项所述半球谐振子与平板电极间隙调节治具的半球谐振子和平板电极间隙调节方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、利用谐振子万向悬挂机构调节半球谐振子（12）的方位，使半球谐振子唇沿平面和平板电极上表面在自适应重力调节作用下实现二者之间的零间隙轴向贴合；

S2、通过谐振子万向悬挂机构的锁紧装置将半球谐振子（12）的位姿锁定；

S3、通过微动调节器（9）将平板电极（13）向下微移，至半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面的间距调整至设定值。

8.根据权利要求7所述半球谐振子和平板电极间隙调节方法，其特征在于还包括：S4、通过微动调节器（9）对平板电极（13）进行X、Y方向调节，使半球谐振子安装柱（121）与平板电极安装孔（131）同轴布置。

9.根据权利要求8所述半球谐振子和平板电极间隙调节方法，其特征在于还包括：S5、使用转台（10）转动平板电极（13）进行圆周检查，即测量半球谐振子唇沿平面与平板电极上表面各电极的间距，如间距误差超设定值，重复步骤S1-S4，直至间距误差合格为止。

10.根据权利要求7所述半球谐振子和平板电极间隙调节方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：S0、微动调节器（9）带动平板电极固定板（8）上移，以使其上的平板电极（13）接近半球谐振子（12）。