[发明专利]一种基于面形数据的谐振陀螺微米级间隙检测方法

说明书

本发明公开了一种基于面形数据的谐振陀螺微米级间隙检测方法，包括：S1、预定义谐振子A面、谐振子D面、平板电极B面和平板电极C面；S2、在谐振子和平板电极装配前，对谐振子和所述平板电极的尺寸数据进行测量并保存在数据库中；S3、在谐振子和平板电极装配过程中，对谐振子和平板电极端面面形及其位置误差进行实时检测，得到平板电极B面的面形数据、谐振子A面的面形数据以及A‑B面之间的位置误差；S4、根据谐振子和平板电极的编号，在数据库中查找到该平板电极B面和C面、谐振子A面和D面的面形数据及其位置误差；S5、通过预设的计算方法得到C‑D面的位置误差，即谐振陀螺的唇沿间隙。本发明易于实现，对检测传感器安装的位置误差不敏感。

技术领域

本发明涉及惯性器件及其精密装配、智能制造技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于面形数据的谐振陀螺微米级间隙检测方法。

背景技术

陀螺仪是测量载体在惯性空间角运动的传感器，是惯性导航和姿态测量系统的基础核心器件，在精确制导、无人平台、航空航天、稳定平台、空间飞行器等领域具有非常重要的军民两用的应用价值。

半球谐振陀螺是一种基于哥氏效应工作原理的无转子结构固体波动陀螺仪，相较于激光陀螺仪、光纤陀螺仪、机械转子陀螺仪等，半球谐振陀螺仪的物理特性更加稳定，同时具有更高的精度、更高的可靠性、更长的服役寿命以及小型化、集成化等诸多优势，被国内外惯性技术界公认为是21世纪可应用于航空航天航海、深空探测、汽车自动驾驶和工业控制等领域中最为理想的惯性器件。

按结构划分，半球谐振陀螺可分为三件套结构和两件套结构，如图1a所示，三件套结构包括激励罩(激励器)、谐振子和信号读出基座(拾振器)；如图1b所示，两件套结构是将三件套结构的激励罩和信号读出基座合成一个器件，即信号激励读出基座(电极基座)，因此，只包括谐振子和电极基座两个核心部件。

目前，半球谐振陀螺的核心技术只有美国和法国两个国家所掌握，他们都已经实现半球谐振陀螺的批产及实际应用，俄罗斯在该领域也拥有深厚的研究基础。美国的半球谐振陀螺主要是三件套结构形式，而法国和俄罗斯的则以两件套结构形式为主，相对于三件套式的球面电极结构，由法国赛峰公司研制的两件套平面电极结构的半球谐振陀螺的装配难度和生产成本大大降低，年产量可达25000只，零偏稳定性优于0.0001°/h，具有非常强的市场竞争力。目前，相对比三件套陀螺结构，两件套结构的半球谐振陀螺是国内外研究的趋势和重点。

由于技术封锁，国内在半球谐振陀螺的研究方面仍然处于攻关阶段，目前尚无能够匹敌西方国家高精度半球谐振陀螺的产品型号。其中，精密装配便是其中一个亟待解决的关键问题，业内对谐振陀螺精密装配技术的研究和报道相对较少。

为了保证半球谐振陀螺的高精度和高性能，对两件套结构，一个十分关键的装配指标在于，要保证谐振子唇沿和电极基座之间的间隙尺寸及其一致性，如图2所示，该间隙通常在几十微米至百微米之间，间隙周向不均匀性一般要低于微米级，甚至在亚微米级。在装配过程中，如果谐振子唇沿与电极基座的间隙不一致，就会导致陀螺各个电极之间的电容不一致，进而引入陀螺激励和检测的误差，从而降低了陀螺的精度和性能，因此在半球谐振陀螺的装配过程中，必须保证谐振子和平板电极之间的精确对准。

传统的半球谐振陀螺的装配以人工的方式进行，对装配技师的经验依赖程度较高，在装配过程中极易出现反复调整、装配精度不稳定和装配性能难以达到设计指标的问题，不利于谐振陀螺朝着自动化、数字化和智能化的制造方向发展，严重制约着谐振陀螺的装配精度、装配效率和装配稳定性。

现有的视觉测量、共聚焦传感器检测以及电容检测的方法，对传感器安装的位置较为敏感，如视觉检测过程中，光学系统的轴线与间隙不垂直的话会导致引入一定的测量误差，并且测量误差随着角度偏差的增大而增大。为此，确有必要开发一种基于面形数据的谐振陀螺微米级间隙检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于面形数据的谐振陀螺微米级间隙检测方法，以克服现有技术所存在的缺陷。