半球谐振子全局轮廓快速测量装置

1.本发明属于精密测量仪器，主要涉及一种高速高精密评定半球谐振子尺寸及形位误差的测量仪器。


背景技术：

2.半球谐振陀螺是一种新一代惯性导航设备，其具有精度高、体积小、抗冲击能力强、寿命长、可靠性高等独特优点，由于陀螺的优良性能，军事和民用领域均对其有巨大的需求。
3.半球谐振子作为半球谐振陀螺的核心和敏感部件，采用硬脆的石英玻璃材料制作，为具有中心支撑杆的半球形薄壳结构，谐振子的振动特性直接决定陀螺工作性能。但由于加工误差的存在，半球谐振子结构存在不同程度的形位误差，这些误差引起的谐振子模态不匹配现象严重影响陀螺性能。
4.现通常采用坐标测量、轮廓扫描的方法对谐振子进行测量评定，但由于谐振子的特殊结构，坐标测量的方法需要谐振子进行多次转位，测量速度较慢，存在测量误差，高精度测量受限于探针长度难以测量谐振子内轮廓。轮廓扫描的方法需要将二维轮廓数据通过误差分离、数据处理后方可对其形位误差进行评定，测量误差较大。现有测量手段难以满足半球谐振子高速高精度测量评定的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合当前半球谐振陀螺产能的巨大需求，研究设计了一种半球谐振子形位误差专用测量装置，无需多次转位，一次测量半球谐振子内外轮廓形位误差。不仅可以适应和满足半球谐振子的精密测量使用、而且实现测量精度高、测量重复性好、测量速度快、效率高的目的。
6.本发明的目的是这样实现的：一种半球谐振子全局轮廓快速测量装置，内轮廓测头1和外轮廓测头2使用测头固定架固定，内轮廓测头1和外轮廓测头2测量点重合。半球谐振子5置于内轮廓测头1和外轮廓测头2测量范围之内，半球谐振子5轴线与内轮廓测头1、外轮廓测头2光束轴线呈一定角度，半球谐振子5沿其自身轴线旋转。
7.本发明的技术创新性及产生的良好效果在于：
8.1)复合两个非接触式测头，可以有效测量谐振子内外轮廓，且不会对谐振子本身造成损伤；
9.2)无需多次转位固定，一次测量获得半球谐振子全部内外轮廓数据，提高测量速度；同时测量数据无需多次处理，测量精度极高；
10.3)半球谐振子轴线与内轮廓测头、外轮廓测头光束轴线呈一定角度布置，有效的消除了非接触测量中半球谐振子球壳大倾角部位的测量盲区，可以有效的对半球谐振子薄壁壳体内外轮廓及中心支撑杆进行全局测量。
附图说明
11.图1为装置示意图
12.图中件号说明：1、内轮廓测头；2、外轮廓测头；3、测头固定架；4、测头光纤接口；5、半球谐振子；
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。
14.一种半球谐振子全局轮廓快速测量装置，内轮廓测头1和外轮廓测头2使用测头固定架3固定，内轮廓测头1和外轮廓测头2测量点重合；测头固定架3可沿横向、纵向、立向运动；半球谐振子5置于内轮廓测头1和外轮廓测头2测量范围之内，半球谐振子5轴线与内轮廓测头1、外轮廓测头2光束轴线呈一定角度，半球谐振子5沿其自身轴线旋转。
15.内轮廓测头1和外轮廓测头2使用非接触式测头。
16.内轮廓测头1和外轮廓测头2与控制器通过光纤连接，将检测到的信号反馈至控制器，由于内轮廓测头1和外轮廓测头2测量点重合，因此在横向、纵向、立向移动测头固定架3，内轮廓测头1和外轮廓测头2可以分别对谐振子内外轮廓进行测量。
17.在测量内轮廓时，由于半球谐振子5轴线与内轮廓测头1光束轴线呈一定角度，半球谐振子5沿其自身轴线旋转，可以沿一定路径对谐振子内轮廓及中杆进行全局无接触式扫描测量。扫描内轮廓时，外轮廓测头2产生光束不在焦平面上，因此检测不到光反射信号，对内轮廓测量结果无影响。
18.在测量外轮廓时，由于半球谐振子5轴线与外轮廓测头2光束轴线呈一定角度，半球谐振子5沿其自身轴线旋转，可以沿一定路径对谐振子外轮廓及中杆进行全局无接触式扫描测量。扫描外轮廓时，内轮廓测头1产生光束不在焦平面上，因此检测不到光反射信号，对外轮廓测量结果无影响。
19.本实施例中采用光谱共焦传感器为内轮廓测头1和外轮廓测头2。在测量内轮廓时，首先移动内轮廓测头1至待测轮廓位置，当其检测位移信号跨零点时，认为该测量点合格，标记该处测量点为一个各个的起始点，随后旋转半球谐振子5，依据内轮廓测头1测量得到的位移信号对半球谐振子5该位置圆轮廓进行扫描测量。
20.半球谐振子5轴线与外轮廓测头2光束轴线呈一定角度，内轮廓测头1和外轮廓测头2可以沿某一特定路径对半球谐振子5内外轮廓进行取点，配合半球谐振子5旋转运动，无须对半球谐振子5进行多次转位，可以快速对半球谐振子5内外圆轮廓进行高速高精度全局测量。


技术特征：
1.一种半球谐振子全局轮廓快速测量装置，其特征在于：内轮廓测头(1)和外轮廓测头(2)使用测头固定架(3)固定，内轮廓测头(1)和外轮廓测头(2)测量点重合；测头固定架(3)可沿横向、纵向、立向运动；半球谐振子(5)置于内轮廓测头(1)和外轮廓测头(2)测量范围之内，半球谐振子(5)轴线与内轮廓测头(1)、外轮廓测头(2)光束轴线呈一定角度，半球谐振子(5)沿其自身轴线旋转，测头光纤接口(4)与专用控制器相连接。2.根据权利要求1所述的半球谐振子全局轮廓快速测量装置，其特征在于：内轮廓测头(1)和外轮廓测头(2)使用非接触式测头。

技术总结
半球谐振子全局轮廓快速测量装置属于精密测量设备；该装置复合两个非接触式测头，半球谐振子轴线与非接触式测头轴线呈一定角度，配合半球谐振子沿自身轴线的旋转，无需多次转位，即可测量半球谐振子内外球壳及中心杆的全局轮廓；本装置针对半球谐振子设计，结构独特，可对半球谐振子尺寸及形位误差进行高速高精度测量。度测量。度测量。


技术研发人员：赵东方 崔俊宁 边星元 谭久彬
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.08.20
技术公布日：2022/11/22