[发明专利]一种半球谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量系统及方法，包括半球谐振子、彩色共聚焦传感器、和计算机；所述半球谐振子安装在机床主轴上；所述彩色共聚焦传感器包括一束宽光谱复色光光源、色散镜头、光谱仪和控制器；该彩色共聚焦传感器同轴安装到机床B轴上；所述彩色共焦传感器与半球谐振子相连接，用于测量半球谐振子壁厚；该彩色共焦传感器的控制器及光谱仪与计算机相连接，用于将测量数据输出至计算机进行统计分析。本发明可实现对谐振子壁厚及周向壁厚不均匀性的在线测量，对于控制谐振子壁厚及壁厚不均加工误差具有重要意义。

技术领域

本发明属于惯性测量传感器技术领域，涉及半球谐振子壁厚及周向壁厚不均匀性的原位测量技术，尤其是一种半球谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量系统及方法。

背景技术

半球谐振陀螺是一种新型惯性级固体陀螺。它具有精度高、体积小、抗冲击能力强、寿命长、可靠性高等独特优点，在军事应用中具有明显的优势。谐振子是半球谐振陀螺的核心功能构件，其振动特性直接决定了陀螺的工作性能。由于材料不均匀和加工误差的存在，半球谐振子结构存在不同程度的壁厚、密度、刚度和阻尼不均匀误差，这些误差引起的谐振子模态不匹配现象严重影响了陀螺的性能。依据国内外误差模型计算，要求谐振子球壳壁厚不均匀度在微米量级，属于超精密加工领域，对机床和加工工艺提出了非常高的要求。另外，谐振子壁厚是决定其谐振频率的重要参数，因此在加工过程中需要对谐振子壁厚进行严格的控制。

对于谐振子形位精度的测量，目前商用测量设备只能测量谐振子的圆度、球度、同轴度、偏心量等参数，不能获得谐振子壁厚信息。谐振子壁厚及周向壁厚均匀性对于谐振子振动性能具有重要影响，而目前仅有对谐振子壁厚不均匀性误差对谐振陀螺精度影响的误差分析，而尚无对谐振子壁厚参数进行检测的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半球谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量系统及方法，能够实现半球谐振子壁厚及周向壁厚不均匀性的原位测量，为谐振子加工误差补偿提供定量指导，从而提高半球谐振子壁厚及壁厚均匀性的加工精度与合格率。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量系统，包括半球谐振子、彩色共聚焦传感器、和计算机；所述半球谐振子安装在机床主轴上；所述彩色共聚焦传感器包括一束宽光谱复色光光源、色散镜头、光谱仪和控制器；该彩色共聚焦传感器同轴安装到机床B轴上；所述宽光谱复色光光源与色散镜头相连接，所述控制器控制宽光谱复色光光源射出的宽光谱复色光通过色散镜头发生光谱色散，形成不同波长的单色光；所述色散镜头与光谱仪相连接，光谱仪感测满足共焦条件的单色光；所述光谱仪和控制器相连接，用于将满足共焦条件的单色光光波波长反馈给控制器，控制器通过分析被感测到的光波波长获得被测物体的距离值；所述彩色共焦传感器与半球谐振子相连接，用于测量半球谐振子壁厚；该彩色共焦传感器的控制器及光谱仪与计算机相连接，用于将测量数据输出至计算机进行统计分析。

而且，所述半球谐振子的形状为在极点区域固定在圆柱形支脚上的薄壁半球壳。

一种谐振子壁厚及壁厚均匀性原位测量方法，包括以下步骤：

步骤1、谐振子加工完成后，将彩色共焦测量传感器安装在机床B轴上，通过出射光斑与返回光斑的光斑位置，调整彩色共焦测头位置和角度，使出射光线沿水平方向并经过谐振子球心位置，此时彩色共焦测头的出射光线经过谐振子唇沿并垂直于唇沿；

步骤2、上位机控制参数设置：在上位机控制程序上设置谐振子周向测量速度s、轴向测量点间距h0及轴向测量范围下限H；

步骤3、根据上位机控制参数控制机床和测量设备联动，按照实现对谐振子壁厚参数和壁厚不均匀度的测量。

而且，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)读取上位机测量设置谐振子周向测量速度s、轴向测量点间距h0和轴向测量范围下限H；