CN113551691B - 具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法，该系统包括激光加工模块、测频模块、支撑模块与控制模块；微半球谐振陀螺设在支撑模块上且具有多方向移动与旋转的自由度；测频模块包括振动元件与激光测振仪，振动元件固定连接在微半球谐振陀螺上，且激光测振仪朝向微半球谐振陀螺的侧部；控制模块与测频模块通信相连，以得到微半球谐振陀螺所需的修调开孔深度与直径；激光加工模块位于微半球谐振陀螺的周围，以基于所需的修调开孔深度与直径完成微半球谐振陀螺的修调。本发明以用于振动陀螺技术领域，其在修调的过程中控制去除质量的深度，同时能在线测频，及时观察修调效果，大大提高了修调的效率。

Description

具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法

技术领域

本发明涉及振动陀螺技术领域，具体是一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法。

背景技术

微半球陀螺是一种新型的振动式微陀螺，其继承了传统半球陀螺动态范围大、精度高、寿命长、抗冲击性能好的优点，又兼具体积小、成本低、功耗小等特点。微半球陀螺品质因数可达百万量级，几何和物理参数均完全对称，当工作在速率积分模式，不受测量范围限制，几乎是目前微机电陀螺实现大动态、高精度角速度测量(如在高速旋转的制导炮弹中应用)的唯一选择，这些优势使微半球陀螺具有极好的发展应用前景。

微半球谐振陀螺由高品质微半球结构和高性能测控电路组成，微半球结构是一个高度对称的薄壁半球形变厚度壳体，直径1mm-15mm，壁厚在100um以内，最薄处仅十几微米。它有两个相差45°的工作模态，在外部激励作用下驱动模态以稳定的驻波振型振动。当有角速度输入时，微半球结构受到与振动方向相切的哥氏力，形成力偶引起驻波在惯性空间旋转进动，通过测量驻波方位就可以获得陀螺在惯性空间中的转动角度。

对于非理想谐振结构，其n＝2工作模态的谐振频率将不匹配，两模态谐振频率的差值称为频率裂解，两个模态的振型分别沿不同主刚度轴方向，两振型轴夹角为45°。在实际情况中，由于谐振结构不可避免的存在材料缺陷和几何误差，刚度轴产生不均匀分布并出现两个主刚度轴方向，谐振结构工作模态出现频率裂解。

2013年，Draper实验室探索了高能量密度飞秒激光刻蚀工艺对多晶金刚石微半球谐振陀螺频率修调规律。该半球谐振结构壳体边缘均匀分布有许多齿形结构，利用飞秒激光在齿形结构上刻蚀质量可实现刚度质量分布解耦修调。基于此修调工艺，该研究团队实现了谐振结构初始频率裂解从35.5Hz降低到0.5Hz内[J.J.Bernstein,M.G.Bancu,E.H.Cook,M.V.Chaparala,W.A.Teynor,M.S.Weinberg.A MEMS diamond hemisphericalresonator[J].J.Micromech.Microeng.,2013,23(12):125007]；2019年，国防科技大学微纳教研室对带T形质量块的微半球结构采用飞秒激光刻蚀的方式进行频率修调。采取在T形质量块上去除质量修调，微半球唇缘去除刚度修调的综合修调手段，将频率裂解从48Hz降低至0.1Hz左右[Lu K,Xi X,Li W,et al.Research on Precise Mechanical Trimming ofa Micro Shell Resonator with T-shape Masses Using Femtosecond Laser Ablation[J].Sensors and Actuators A Physical,2019,290:228-238]。

现有技术中采用的飞秒激光技术对微半球谐振陀螺进行频率修调，修调方法主要是激光完全去除齿形电极上特定体积的质量，因而减小了实际的电容面积，影响后期微半球陀螺的测试。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法，在修调的过程中控制去除质量的深度，同时能在线测频，及时观察修调效果，大大提高了修调的效率。

为实现上述目的，本发明提供一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，包括激光加工模块、测频模块、支撑模块与控制模块；

所述支撑模块包括位移平台与旋转平台，所述旋转平台滑动连接在所述位移平台的顶面上，且所述旋转平台在所述位移平台具有沿X轴、Y轴两个方向移动的行程；

所述旋转平台上设有能够固定微半球谐振陀螺的固定机构，所述固定机构转动连接在所述旋转平台上，所述固定机构的转动轴与所述微半球谐振陀螺同轴且平行于X轴或Y轴；

所述测频模块包括振动元件与激光测振仪，所述振动元件固定连接在所述微半球谐振陀螺上，且所述激光测振仪朝向所述微半球谐振陀螺的侧部，以获取所述微半球谐振陀螺的振动信号；

所述控制模块与所述测频模块通信相连，以基于振动信号得到所述微半球谐振陀螺所需的修调开孔深度与直径；

所述激光加工模块位于所述微半球谐振陀螺的周围，且与所述控制模块通信相连，以基于所需的修调开孔深度与直径完成所述微半球谐振陀螺的修调。

在其中一个实施例中，所述激光加工模块包括立柱、横杆以及设在所述横杆上的振镜与相机；

所述横杆设在所述立柱上，所述横杆位于所述位移平台的上方，且具有沿Z轴方向移动的行程；

所述振镜朝向所述位移平台，且所述振镜与所述控制模块通信相连，以用于将入射激光束分别沿X轴、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在所述微半球谐振陀螺上按所需的修调开孔深度与直径要求运动，完成所述微半球谐振陀螺的修调；

所述相机朝向所述位移平台，且所述相机与所述控制模块、所述振镜通信相连，以用于寻焦加工对象，确定加工对象在Z轴的坐标，以便于振镜进行加工。

在其中一个实施例中，所述振镜与所述激光测振仪均垂直于所述微半球谐振陀螺的待测或待修调位置。

在其中一个实施例中，所述测频模块还包括支架，所述激光测振仪设在所述支架上，且所述激光测振仪在所述支架上具有沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动的行程。

为实现上述目的，本发明还提供一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调方法，采用上述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，具体包括如下步骤：

步骤1，将微半球谐振陀螺安装在固定机构上，并对微半球谐振陀螺直径圆周方向的角度位置定义；

步骤2，判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴位置，并测试微半球谐振陀螺的频率裂解；

步骤3，确定微半球谐振陀螺上修调位置对应频率裂解分量，并计算所需修调开孔深度与直径；

步骤4，基于所需修调开孔深度与直径对微半球谐振陀螺进行打孔修调；

步骤5，重复步骤2-4，直至微半球谐振陀螺的频率裂解符合要求。

在其中一个实施例中，步骤1的具体过程为：

先将振动元件粘在微半球谐振陀螺的电极板底部，然后将它们一起安装到固定机构上，以电极板上T₁-1电极处作为微半球谐振陀螺0°位置，其中，电极板上每两个电极相隔22.5°或11.25°。

在其中一个实施例中，步骤2中，所述判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴位置，具体为：

步骤2.1，通过频率扫描仪器激励振动元件，使微半球谐振陀螺振动起来，激光测振仪将测量的振动信号传输给控制模块读取振动信号；

步骤2.2，转动固定机构，通过对微半球谐振陀螺不同的角度位置进行扫频，直至扫频曲线只有一个峰值，且峰值对应高频或低频模态频率，此时的位置即为高频刚性轴与低频刚性轴位置，并记下此时高频刚性轴与低频刚性轴对应的电极位置。

在其中一个实施例中，步骤2中，所述测试微半球谐振陀螺的频率裂解，具体为：

在判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴的过程中，扫出高频刚性轴与低频刚性轴对应的频率，二者差值即为频率裂解△f。

在其中一个实施例中，步骤3的具体过程为：

将有缺陷的微半球谐振陀螺等价为一个质量为M₀的等效圆环，其上有质量为m的附加质量点缺陷；

理想圆环在工作模式下作自由振动时的圆频率为ω₀，其径向振幅与切向振幅之比为振幅比α，此时谐振子高、低频方向上的圆频率ω₁、ω₂分别为：

根据式(1)、式(2)可以得出圆频率不匹配量Δω＝|ω₁-ω₂|，即：

当微半球谐振陀螺产生频率裂解的不平衡质量m很小时，可以近似地：

根据圆频率不匹配量Δω与频率裂解△f间的关系：

以及ω₀与谐振频率f₀的关系：

可以确定频率裂解与不平衡质量的关系为

为降低微半球谐振陀螺的频率裂解，在低频轴方向上去除N个质量点ΔM，此时微半球谐振陀螺高低频方向上的圆频率ω₁′、ω₂′分别为：

根据式(5)、式(6)得到圆频率不匹配量Δω′＝|ω′₁-ω′₂|，即：

当前圆频率不匹配量Δω′与初始频率不匹配量Δω有如下关系：

当前频率裂解△f′与初始频率裂解△f满足：

为了消除微半球谐振陀螺的频率裂解，即最终的频率理解值△f′为0，那么总的去除量可以表示为：

得到了需要去除的质量后，然后根据模拟仿真结果，可以标定去除当前质量所需打孔的直径及深度。

在其中一个实施例中，步骤4的具体过程为：

首先，对修调的位置进行标记：将微半球谐振陀螺水平放置，然后根据步骤2测得的高频刚性轴位置所对应电极板的边缘刻蚀一个槽作为修调的定位标记；

然后，调节移动平台使微半球谐振陀螺出现在相机的视野中，再转动旋转平台让定位标记垂直出现在相机视野中央，设置当前图像作为加工零点；

最后，利用激光加工模块，为避免加工时激光烧蚀微半球谐振结构与电极板上镀的导电金属膜，选择合适的加工参数后，振镜会根据相机设置的零点位置按照设计的修调开孔进行加工；

加工完一个修调位置后，驱动旋转机构旋转360°/N，再进行下一个修调位置的加工，直至第N个位置加工结束，且保持每次加工的参数一致，以确保修调后微半球谐振陀螺的对称性。

本发明提供的一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统及方法，相较于现有技术中采用飞秒激光技术对微半球谐振陀螺进行频率修调的方案，本发明在修调的过程中控制去除质量的深度，同时能在线测频，及时观察修调效果，大大提高了修调的效率，解决了修调过程中减小了实际的电容面积，影响后期微半球陀螺的测试的问题。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中在线激光修调系统的结构示意图；

图2为图1中旋转平台的放大结构示意图；

图3为本发明实施例中微半球谐振陀螺的结构示意图；

图4为本发明实施例中微半球谐振陀螺的电极板上的电极分布示意图；

图5为本发明实施例中在线激光修调方法的流程示意图。

附图标号：

位移平台101、旋转平台102、固定机构103、连接支板104；

振动元件201、激光测振仪202、支架203；

立柱301、横杆302、振镜303、相机304

微半球谐振陀螺40、微半球谐振结构401、电极板402。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-4所示为本实施例公开的一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，包括激光加工模块、测频模块、支撑模块与控制模块。其中，微半球谐振陀螺40由微半球谐振结构401与电极板402组成，结构与电极板402均为熔融石英材料，为面外平面电极的形式。参考图4，电极板402上具有多个呈圆周间隔分布的电极，每两个电极之间间隔的角度为22.5°或11.25°。

本实施例中，微半球谐振陀螺设在支撑模块上且具有多方向移动以及绕自身轴线旋转的自由度。具体地，支撑模块包括位移平台101与旋转平台102。旋转平台102通过一L型结构的连接支板104滑动连接在位移平台101的顶面上，且旋转平台102在位移平台101具有沿X轴、Y轴两个方向移动的行程。旋转平台102上设有能够固定微半球谐振陀螺40的固定机构103，固定机构103转动连接在旋转平台102上，固定机构103的转动轴与微半球谐振陀螺40同轴且平行于X轴或Y轴，使得微半球谐振陀螺40在支撑模块具有多方向移动与转动的自由度，以及通过固定机构103转动不同的角度实现微半球谐振陀螺40不同位置的加工。XOY平面为位移平台101所在的所在平面，Z轴方向为垂直于位移平台101的方向。其中，旋转平台102在位移平台101上的位移过程，以及固定机构103在旋转平台102上的旋转过程均由控制模块控制气缸、油缸或电机等驱动件实现，其实现过程均为所属领域的常规技术手段，因此本实施例中不再对其赘述。

本实施例中，测频模块包括振动元件201与激光测振仪202，振动元件201固定连接在微半球谐振陀螺40上，且激光测振仪202朝向微半球谐振陀螺40的侧部，以获取微半球谐振陀螺40的振动信号，控制模块与测频模块通信相连，以基于振动信号得到微半球谐振陀螺40所需的修调开孔深度与直径。其中，振动元件201可以采用压电片，激光测振仪202为单点多普勒激光测振仪202。振动元件201固定在微半球谐振陀螺40上电极板402的底部，并位于电极板402与固定机构103之间，同时振动元件201与锁相放大器或信号发生器连接。通过频率响应分析仪等频率扫描仪器激励振动元件201，使微半球谐振陀螺40振动起来，在微半球谐振陀螺40振动过程中，通过激光测振仪202测试微半球谐振陀螺40的模态频率与振型等振动信号，并通过控制模块读取振动信号，再通过计算与仿真得到微半球谐振陀螺40所需的修调开孔深度与直径。

优选地，测频模块还包括支架203，激光测振仪202设在支架203上，且激光测振仪202在支架203上具有沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动的行程。通过支架203实现激光测振仪202的固定与定位，通过支架203带动激光测振仪202作沿Z轴的上下运动或沿沿Y轴的左右运动，使激光对准需要测试的位置；通过支架203带动激光测振仪202作沿X轴的前后运动调节调节激光测振仪202的焦距。

本实施例中，激光加工模块位于微半球谐振陀螺40的周围，且与控制模块通信相连，以基于所需的修调开孔深度与直径完成微半球谐振陀螺40的修调。具体地，激光加工模块包括立柱301、横杆302以及设在横杆302上的振镜303与相机304，横杆302设在立柱301上，横杆302位于位移平台101的上方，且具有沿Z轴方向移动的行程，其中，相机304为CCD相机304。振镜303朝向位移平台101，且振镜303与控制模块通信相连，以用于将入射激光束分别沿X轴、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在微半球谐振陀螺40上按所需的修调开孔深度与直径要求运动，完成微半球谐振陀螺40的修调；相机304朝向位移平台101，且相机304与控制模块、振镜303通信相连，以用于寻焦加工对象，找到加工对象后，然后在需要加工的位置进行聚焦确定z轴加工坐标，方便振镜303进行加工。

作为优选地实施方式，振镜303与激光测振仪202均垂直于微半球谐振陀螺40的待测或待修调位置。

基于上述具有测频功能的微半球谐振陀螺40在线激光修调系统，本实施例还公开了一种具有测频功能的微半球谐振陀螺40在线激光修调方法，参考图5，该具体包括如下步骤：

步骤1，将微半球谐振陀螺40安装在固定机构103上，并对微半球谐振陀螺40直径圆周方向的角度位置定义，如0°、90°等；其具体过程为：

先将振动元件201粘在微半球谐振陀螺40的电极板402底部，然后将它们一起安装到固定机构103上，以电极板402上T₁-1电极处作为微半球谐振陀螺40的0°位置，即图4所示，电极板402上每两个电极相隔22.5°。

步骤2，判断微半球谐振陀螺40的高频刚性轴与低频刚性轴位置，并测试微半球谐振陀螺40的频率裂解。

本实施例中，判断微半球谐振陀螺40的高频刚性轴与低频刚性轴位置的具体过程为：

步骤2.1，通过频率响应分析仪等频率扫描仪器激励振动元件201，使微半球谐振陀螺40振动起来，激光测振仪202将测量的振动信号传输给控制模块读取振动信号；

步骤2.2，转动固定机构103，通过对微半球谐振陀螺40不同的角度位置进行扫频，直至扫频曲线只有一个峰值，且峰值对应高频或低频模态频率，此时的位置即为高频刚性轴与低频刚性轴位置，并记下此时高频刚性轴与低频刚性轴对应的电极位置。

在步骤2.1-2.2的具体实施过程中，首先固定微半球谐振陀螺40的半球谐振子的外支撑柱外表面，随后激励谐振子产生自由振动；当振动分别达到稳定时的两个主轴方向即为谐振子振动的主轴方向，其中频率较高的振动主轴是高频轴，频率较低的振动主轴是低频轴。

本实施例中，频率响应分析仪扫频范围在1-10kHz范围，激光测振仪202光斑打在图4中T₁-1位置对应的微半球谐振结构401的电极齿上，每测一次转动一个电极的位置，直到只出现一个低频谐振峰或高频谐振峰为止。

本实施例中，测试微半球谐振陀螺40的频率裂解，具体为：

按照步骤2.1-2.2的扫频方法，找到高频刚性轴和低频刚性轴过程中，可以扫出高低频轴对应的频率，二者差值即为频率裂解△f。本实施例中，测得的频率分别为7305.21、7306.53Hz，低频轴位于T1电极处，即频率裂解△f为1.32Hz。为了观察修调对微半球谐振陀螺40电容及品质因数的影响，修调前测试了待修调位置的电容及品质因数，电容分布为0.38/0.4/0.52/0.5pF，品质因数为153万和151万。

步骤3，确定微半球谐振陀螺40上修调位置对应频率裂解分量，并计算所需修调开孔深度d与直径

具体过程为：

将有缺陷的微半球谐振陀螺40等价为一个质量为M₀的等效圆环，其上有质量为m的附加质量点缺陷；

理想圆环在工作模式下作自由振动时的圆频率为ω₀，其径向振幅与切向振幅之比为振幅比α，此时谐振子高、低频方向上的圆频率ω₁、ω₂分别为：

根据式(1)、式(2)可以得出圆频率不匹配量Δω＝|ω₁-ω₂|，即：

当微半球谐振陀螺40产生频率裂解的不平衡质量m很小时，可以近似地：

根据圆频率不匹配量Δω与频率裂解△f间的关系：

以及ω₀与谐振频率f₀的关系：

可以确定频率裂解与不平衡质量的关系为

为降低微半球谐振陀螺40的频率裂解，在低频轴方向上去除N个质量点ΔM，本实施例中的N＝4；此时微半球谐振陀螺40高低频方向上的圆频率ω₁′、ω₂′分别为：

根据式(5)、式(6)得到圆频率不匹配量Δω′＝|ω′₁-ω′₂|，即：

当前圆频率不匹配量Δω′与初始频率不匹配量Δω有如下关系：

当前频率裂解△f′与初始频率裂解△f满足：

为了消除微半球谐振陀螺40的频率裂解，即最终的频率理解值△f′为0，那么总的去除量可以表示为：

得到了需要去除的质量后，然后根据模拟仿真结果，可以标定去除当前质量所需打孔的深度d与直径

步骤4，基于所需修调开孔深度与直径对微半球谐振陀螺40进行打孔修调；

步骤4的具体过程为：

首先，对修调的位置进行标记。如图4所示，由于是修调，垂直放置是看不见电极板402上的电极位置，因此先将微半球谐振陀螺40水平放置，然后根据步骤2测得的高频刚性轴位置所对应电极板402的边缘刻蚀一个槽作为修调的定位标记；

然后，调节移动平台使微半球谐振陀螺40出现在CCD相机304的视野中，再转动旋转平台102让定位标记垂直出现在CCD相机304视野中央，设置当前图像作为加工零点；

最后，利用激光加工模块，为避免加工时激光烧蚀微半球谐振结构401与电极板402上镀的导电金属膜，选择合适的加工参数后，如功率、频率、加工速度、跳转速度、下降次数、下降高度等，振镜303会根据CCD相机304设置的零点位置按照设计的修调开孔图形进行加工；

按照上述操作，加工完一个修调位置后，驱动旋转机构旋转90°，再进行下一个修调位置的加工，直至第4个位置加工结束，且保持每次加工的参数一致，以确保修调后微半球谐振陀螺40的对称性。

修调完一次后，经过测试，频率裂解从1.32Hz降低至0.22Hz，电容分布为0.35/0.38/0.5/0.55pF，品质因数为135W和163万。测试结果发现，修调后电容未发生变化，品质因数基本不影响，因此可以说明修调对微半球的谐振陀螺电极金膜及结构基本无影响。

步骤5，重复步骤2-4，直至微半球谐振陀螺40的频率裂解符合要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，其特征在于，包括激光加工模块、测频模块、支撑模块与控制模块；

所述支撑模块包括位移平台与旋转平台，所述旋转平台滑动连接在所述位移平台的顶面上，且所述旋转平台在所述位移平台具有沿X轴、Y轴两个方向移动的行程；

所述旋转平台上设有能够固定微半球谐振陀螺的固定机构，所述固定机构转动连接在所述旋转平台上，所述固定机构的转动轴与所述微半球谐振陀螺同轴且平行于X轴或Y轴；

所述测频模块包括振动元件与激光测振仪，所述振动元件固定连接在所述微半球谐振陀螺上，且所述激光测振仪朝向所述微半球谐振陀螺的侧部，以获取所述微半球谐振陀螺的振动信号；

所述控制模块与所述测频模块通信相连，以基于振动信号得到所述微半球谐振陀螺所需的修调开孔深度与直径；

所述激光加工模块位于所述微半球谐振陀螺的周围，且与所述控制模块通信相连，以基于所需的修调开孔深度与直径完成所述微半球谐振陀螺的修调；

所述激光加工模块包括立柱、横杆以及设在所述横杆上的振镜与相机；

所述横杆设在所述立柱上，所述横杆位于所述位移平台的上方，且具有沿Z轴方向移动的行程；

所述振镜朝向所述位移平台，且所述振镜与所述控制模块通信相连，以用于将入射激光束分别沿X轴、Y轴扫描，从而达到激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在所述微半球谐振陀螺上按所需的修调开孔深度与直径要求运动，完成所述微半球谐振陀螺的修调；

所述相机朝向所述位移平台，且所述相机与所述控制模块、所述振镜通信相连，以用于寻焦加工对象，确定加工对象在Z轴的坐标，以便于振镜进行加工；

所述振镜与所述激光测振仪均垂直于所述微半球谐振陀螺的待测或待修调位置。

2.根据权利要求1所述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，其特征在于，所述测频模块还包括支架，所述激光测振仪设在所述支架上，且所述激光测振仪在所述支架上具有沿X轴、Y轴、Z轴三个方向移动的行程。

3.一种具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调方法，其特征在于，采用权利要求1至2任一项所述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调系统，具体包括如下步骤：

步骤1，将微半球谐振陀螺安装在固定机构上，并对微半球谐振陀螺直径圆周方向的角度位置定义；

步骤2，判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴位置，并测试微半球谐振陀螺的频率裂解；

步骤3，确定微半球谐振陀螺上修调位置对应频率裂解分量，并计算所需修调开孔深度与直径；

步骤4，基于所需修调开孔深度与直径对微半球谐振陀螺进行打孔修调；

步骤5，重复步骤2-4，直至微半球谐振陀螺的频率裂解符合要求；

步骤2中，所述判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴位置，具体为：

步骤2.1，通过频率扫描仪器激励振动元件，使微半球谐振陀螺振动起来，激光测振仪将测量的振动信号传输给控制模块读取振动信号；

步骤2.2，转动固定机构，通过对微半球谐振陀螺不同的角度位置进行扫频，直至扫频曲线只有一个峰值，且峰值对应高频或低频模态频率，此时的位置即为高频刚性轴与低频刚性轴位置，并记下此时高频刚性轴与低频刚性轴对应的电极位置；

步骤2中，所述测试微半球谐振陀螺的频率裂解，具体为：

在判断微半球谐振陀螺的高频刚性轴与低频刚性轴的过程中，扫出高频刚性轴与低频刚性轴对应的频率，二者差值即为频率裂解△f。

4.根据权利要求3所述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：

先将振动元件粘在微半球谐振陀螺的电极板底部，然后将它们一起安装到固定机构上，以电极板上T₁-1电极处作为微半球谐振陀螺0°位置，其中，电极板上每两个电极相隔22.5°或11.25°。

5.根据权利要求4所述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调方法，其特征在于，步骤3的具体过程为：

将有缺陷的微半球谐振陀螺等价为一个质量为M₀的等效圆环，其上有质量为m的附加质量点缺陷；

理想圆环在工作模式下作自由振动时的圆频率为ω₀，其径向振幅与切向振幅之比为振幅比α，此时谐振子高、低频方向上的圆频率ω₁、ω₂分别为：

根据式(1)、式(2)得出圆频率不匹配量Δω＝|ω₁-ω₂|，即：

当微半球谐振陀螺产生频率裂解的不平衡质量m很小时，可以近似地：

ω₁+ω₂≈2ω₀，

根据圆频率不匹配量Δω与频率裂解△f间的关系：

以及ω₀与谐振频率f₀的关系：

可以确定频率裂解与不平衡质量的关系为

为降低微半球谐振陀螺的频率裂解，在低频轴方向上去除N个质量点ΔM，此时微半球谐振陀螺高低频方向上的圆频率ω₁′、ω₂′分别为：

根据式(5)、式(6)得到圆频率不匹配量Δω′＝|ω₁′-ω₂′|，即：

当前圆频率不匹配量Δω′与初始频率不匹配量Δω有如下关系：

当前频率裂解△f′与初始频率裂解△f满足：

为了消除微半球谐振陀螺的频率裂解，即最终的频率理解值△f′为0，那么总的去除量可以表示为：

得到了需要去除的质量后，然后根据模拟仿真结果，可以标定去除当前质量所需打孔的直径及深度。

6.根据权利要求3所述具有测频功能的微半球谐振陀螺在线激光修调方法，其特征在于，步骤4的具体过程为：

首先，对修调的位置进行标记：将微半球谐振陀螺水平放置，然后根据步骤2测得的高频刚性轴位置所对应电极板的边缘刻蚀一个槽作为修调的定位标记；

然后，调节移动平台使微半球谐振陀螺出现在相机的视野中，再转动旋转平台让定位标记垂直出现在相机视野中央，设置当前图像作为加工零点；

最后，利用激光加工模块，为避免加工时激光烧蚀微半球谐振结构与电极板上镀的导电金属膜，选择合适的加工参数后，振镜会根据相机设置的零点位置按照设计的修调开孔进行加工；

加工完一个修调位置后，驱动旋转机构旋转360°/N，再进行下一个修调位置的加工，直至第N个位置加工结束，且保持每次加工的参数一致，以确保修调后微半球谐振陀螺的对称性。

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