一种陀螺仪装配时光路调整系统的制作方法

1.本发明涉及陀螺仪制造设备技术领域，具体是指一种陀螺仪装配时光路调整系统。


背景技术：

2.激光陀螺谐振腔的完整装配是将电极、反射镜片装配到谐振腔腔体上，由于电极的装配不影响激光回路得到闭合性，因而没有很高的装配精度要求，并不是陀螺仪制造的瓶颈。而反射镜的装配定位精度需要达到微米甚至亚微米量级，以及需要克服多种光学玻璃零件装配接触时的光胶吸引干扰定位的问题。以某一小型激光陀螺仪为例，目前，我国仍然存在着传统的人工手动装配技术，该小型激光陀螺的体积较小、质量较小，人工手动装配对于小尺寸零件有着天然的缺陷和瓶颈，谐振光路的调整无法通过操作经验和技巧的提升而从根本上解决。即使是载有图像处理系统的装配系统受限于聚焦精度以及分辨率的影响因素也无法实现在装配时进行谐振光路的精确调整。
3.同时，该小型激光陀螺仪由于体积的影响，其安装倾角以及安装倾斜方位角的误差相较于传统的装配方法明显更大，从而无法实现谐振光路的精确装配以及调整校正。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种陀螺仪装配时光路调整系统，用于通过减小装配时的安装倾角、倾斜方位角的误差来进行谐振光路的精确调整。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种陀螺仪装配时光路调整系统，包括带有工作台的机架，待装配的腔体与谐振光路组件，所述机架上设置有装配组件，所述工作台上设置有用于固定所述腔体的固定组件，所述谐振光路组件通过所述装配组件在调整谐振光路后安装至腔体内；所述固定组件内设置有若干用于检测腔体底面平行程度的检测组件，所述检测组件包括：透明塑性套、两块电极板以及设置在两块所述电极板之间的塑性件，两块电极板之间形成电极腔，所述透明塑性套内设置有用于容纳、发射检测液滴的出液器，所述出液器连接有软管并通过软管与所述电极腔连通，所述电极腔的下方设置有收集器，所述透明塑性套内部的底部设置有回收通道，所述收集器通过所述回收通道与所述出液器连通，两块电极板通电时，检测液滴能够在电极腔内做上下往复运动；所述固定组件内还设置若干有用于捕捉检测液滴运动状态的高速相机，所述高速相机信号连接有处理模块，所述处理模块通过分析检测液滴的运动状态产生腔体底面的倾斜信号，所述处理模块信号连接有调整模块，所述调整模块用于接收倾斜信号并根据倾斜信号产生调整信号，所述调整模块与所述装配组件信号连接，所述装配组件包括装配爪，所述装配组件接收到调整信号后通过控制装配爪调整谐振光路组件的位置。
6.进一步地，对于激光陀螺的谐振腔，一般是由作为主基体的腔体、放置在内部的反射镜、提供放点激励的电极和氦氖工作气体组成，放电激发时其中的一些氖原子实现集聚
数反转，从而辐射出光子，这些光子将在至少三个反射镜之间形成闭合环路，经过选频与放大，形成单色激光。由上可知，激光陀螺仪发生的原理的关键为：反射镜之间的激光光路模式的确定，更进一步地，激光光路模式的确定依赖于反射镜的装配精度，即在陀螺仪的装配过程中实现激光光路的精确调整显得尤为重要。鉴于上述情况，提出了一种陀螺仪装配时光路调整系统，具体通过：在腔体的底面与固定组件之间设置检测组件来检测腔体底面的相对平行度，并根据腔体底面的相对平行度产生腔体底面的倾斜信号，倾斜信号包括腔体底面的倾斜角度、倾斜角度的差值、倾斜处的位置等，并将倾斜信号传递至调整模块，调整模块能够根据倾斜信号分析产生谐振光路组件对应位置的调整信号，装配组件根据调整信号精确调整谐振光路组件安装时的安装倾角、倾斜方位角的误差，最终实现了装配时谐振光路的精确调整。
7.进一步地，所述固定组件包括：壳体、气缸、固定盘、转动盘以及若干带有固定爪的固定件，所述工作台的端面上设置有滑动组件，所述壳体的下端面与所述滑动组件连接，所述转动盘转动设置在所述壳体的内部，所述气缸设置在所述壳体内且输出端与所述转动盘底部的外侧转动连接，若干所述固定件以所述转动盘的轴线为基准呈圆周阵列分布且滑动设置在所述固定盘上，所述固定件的底部设置有凸起，所述转动盘上开设有若干限位孔，所述凸起置于所述限位孔内，所述转动盘转动时能够通过限位孔与凸起实现固定件在固定盘上的开合，若干所述高速相机架设在所述固定盘的外周，若干所述检测组件间隔均布在所述固定盘上，且所述高速相机与所述检测组件对应。基于上述结构，固定组件能够通过气缸实现腔体底面的同步夹紧，大幅度减小了装配时的系统误差。
8.进一步地，所述固定盘的上端面设置有缓冲组件，所述缓冲组件包括：缓冲盘、若干缓冲件、配重盘以及平衡件，所述缓冲盘设置在所述固定盘的上方，若干所述缓冲件的两端与所述固定盘、缓冲盘连接，所述配重盘固定连接在所述缓冲盘的上端面，所述平衡件设置在所述配重盘上端面的中心且能够伸缩，所述检测组件设置在所述配重盘上，初始状态下，所述检测组件的上端面与所述平衡件的上端面平齐。在实际使用过程中，检测组件置于固定组件上，腔体通过固定爪固定在检测组件的上方，由于检测组件在整体结构上具有明显的塑性，导致了腔体的底面倾斜程度较大，进而导致需要进行调整的谐振光路组件增多，间接增加的工作量以及出错概率。鉴于这一情况，在固定盘的上端面设置缓冲组件，通过缓冲组件内的配重盘以及平衡件增加腔体在固定的过程中的稳定性，从而辅助提高腔体底面的平行度。
9.进一步地，所述机架上还滑动设置有图像采集组件，所述图像采集组件始终位于所述腔体的上方，调整时，所述装配组件在腔体内放置有标定板，所述图像采集组件包括：标定相机、筛选模块，所述标定相机与所述筛选模块信号连接，所述标定相机用于采集谐振光路组件在标定板上的标定图像，并将标定图像传递至筛选模块，所述筛选模块与所述处理模块信号连接，所述筛选模块用于接收标定图像并筛选掉未出现角点图的标定图像，并将筛选出的图片传递至处理模块，所述处理模块根据接收的标定图像计算谐振光路组件的安装倾角与倾斜方位角，并将角度信号传递至调整模块，调整模块能够结合倾斜信号与角度信号产生调整信号。需要说明的是，角度信号包括安装倾角、倾斜方位角的位置、角度信号，调整模块在根据倾斜信号分析产生谐振光路组件对应位置调整信号的过程中，脱离于腔体及谐振光路组件的具体模型，其产生的倾斜信号同样未建立在该模型上。对于这一情
况，通过图像采集组件内的标定相机采集、筛选模块筛选得到的标定图像，标定图像传递至处理模块后，处理模块根据标定图像建立谐振光路组件的模型，并利用模型产生角度信号，再将角度信号传递至调整模块。
10.进一步地，所述机架上还设置有转动件，所述转动件的自由端设置有光路检测件，所述光路检测件包括激光头，检测时，所述激光头的出射端始终正对所述谐振光路组件的入射端。通过光路检测件来对光路调整后的陀螺仪进行光路检测，从而验证其工作精度。
11.进一步地，所述机架上设置有固定块，所述固定块上设置有液压缸，所述液压缸的输出端连接有固定板，所述图像采集组件设置在所述固定板上。基于上述机构，实现图像采集组件的位置调整，从而适应不同型号、不同位置的图像采集作业。
12.作为优选，所述机架的上方转动设置有转盘，所述转盘的外周设置有若干支撑架，若干所述支撑架的下方均滑动设置有液压杆，所述液压杆的输出端与装配精度不同的装配爪连接，所述装配爪包括用于驱动装配动作的电机、用于控制装配动作的控制器。需要说明的是，对于不同型号的激光陀螺，其装配精度的要求同样存在差异，为了增加系统的适配性，通过在机架的上方设置转盘，并在转盘上装上装配精度不同的装配爪，进而适应不同的装配精度以及不同的装配作业。
13.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明通过在腔体的底面与固定组件之间设置检测组件来检测腔体底面的相对平行度，并根据腔体底面的相对平行度产生腔体底面的倾斜信号，倾斜信号包括腔体底面的倾斜角度、倾斜角度的差值、倾斜处的位置等，并将倾斜信号传递至调整模块，调整模块能够根据倾斜信号分析产生谐振光路组件对应位置的调整信号，装配组件根据调整信号精确调整谐振光路组件安装时的安装倾角、倾斜方位角的误差，最终实现了装配时谐振光路的精确调整；2、本发明通过固定组件能够实现对腔体的同步夹紧，减小了现有技术的夹持固定件对腔体夹持的系统误差，从而提高的调整精度；3、本发明通过光路检测件来对光路调整后的陀螺仪进行光路检测，从而验证其工作精度，避免了多次装卸检测带来的繁琐工序。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明的结构示意图；图2为图1中a的放大结构示意图；图3为检测组件的剖面结构示意图；图4为固定组件的结构示意图；图5为固定组件的仰视图；图6为图1中b的放大结构示意图；图7为本发明的工作原理示意图。
15.附图中标记及对应的零部件名称：1-机架，2-工作台，3-装配组件，31-装配爪，4-固定组件，41-高速相机，42-壳体，
43-气缸，44-固定盘，45-转动盘，46-固定件，47-固定爪，48-凸起，49-限位孔，50-缓冲组件，501-缓冲盘，502-缓冲件，503-配重盘，504-平衡件，5-腔体，6-谐振光路组件，7-图像采集组件，8-检测组件，81-透明塑性套，82-电极板，83-塑性件，84-电极腔，85-出液器，86-收集器，87-回收通道，9-滑动组件，10-光路检测件，11-转动件，12-激光头，13-固定块，14-液压缸，15-固定板，16-转盘，17-支撑架，18-液压杆，19-标定相机。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。
17.实施例1：如图1所示，一种陀螺仪装配时光路调整系统，包括带有工作台2的机架1，待装配的腔体5与谐振光路组件6，所述机架1上设置有装配组件3，所述工作台2上设置有用于固定所述腔体5的固定组件4，所述谐振光路组件6通过所述装配组件3在调整谐振光路后安装至腔体5内；需要说明的是，谐振光路组件6为待装配的若干反射镜片，装配组件3包括装配爪31以及支撑装配爪31完成装配作业的驱动结构以及动力组件，还包括了接收、传输信号以及控制装配作业的控制元件。需要说明的是，腔体5上下表面的加工精度极高，通过提高腔体5加工精度来提高陀螺仪的装配精度的方式存在较大瓶颈，故谐振光路组件6的装配调整需要依托于腔体5的放置状态。还需要说明的是，谐振光路组件6的固定通过采用粘合剂将其固定连接，在装配的过程中，由于设备、夹具等方面的原因，导致谐振光路组件6在装配的过程中产生了偏心、倾斜等装配误差，直接影响了谐振光路组件6与腔体5、电极之间的初始间距不均匀，从而使得激光陀螺在工作时产生较大的误差。
18.需要说明的是，如图3所示，所述固定组件4内设置有若干用于检测腔体5底面平行程度的检测组件8，所述检测组件8包括：透明塑性套81、两块电极板82以及设置在两块所述电极板82之间的塑性件83，两块电极板82之间形成电极腔84，所述透明塑性套81内设置有用于容纳、发射检测液滴的出液器85，所述出液器85连接有软管并通过软管与所述电极腔84连通，所述电极腔84的下方设置有收集器86，所述透明塑性套81内部的底部设置有回收通道87，所述收集器86通过所述回收通道87与所述出液器85连通，两块电极板82通电时，检测液滴能够在电极腔84内做上下往复运动；还需要说明的是，由于激光陀螺本身为光电元件，若采用现有激光平行度检测装置来进行平行度检测，二者电极之间相互影响将会影响电磁场的分布，从而影响其平行度检测。
19.为了克服上述问题，提出利用高速相机41拍摄检测液滴在带电电极板82之间的往复运动来判断腔体5底面对应的平行度情况。透明塑性套81具有高隔绝性能；塑性件83优选为密封性能好的弹簧杆等；出液器85优选为微型出液泵；回收通道87内还可以填充过滤材料；检测液滴优选为能够带电的液体；检测组件8还包括了给电极板82供电的电力元件。其工作原理为：在两块带电电极板82之间的电极腔84内发射水平方向初速度较小的带电液滴，两块带电电极板82之间存在电池，通过控制接通电压的大小控制液体的速度，当电压的不断增加，带电液滴受到的电场力超过自身重力至一定值后，带电液滴克服自身的重力后根据电场力的受力方向开始云顶，当外界施加的电压控制在一个固定值后，由于电场的理
化性质，当液体向上运动一段距离之后会进行返回，最终实现上下的往复跳跃运动。这里值得说明的是检测组件8优选数量为8，且以腔体5的轴线为基准呈圆周阵列排布，检测时，每个检测组件8的电压相同。可以理解的是，腔体5理想平行状态下检测组件8内的检测液滴的运动状态应该高度重合，当腔体5的某一位置倾斜时，对应检测组件8内的检测液滴的运动状态较理想状态下的检测液滴不同。利用检测液滴的运动状态来作为腔体5的平行度参考标准在微观表现上是对平行度的一种“放大”行为，其能够检测到腔体5底面的微小倾斜量。
20.需要说明的是，如图2所示，所述固定组件4内还设置若干有用于捕捉检测液滴运动状态的高速相机41，所述高速相机41信号连接有处理模块，所述处理模块通过分析检测液滴的运动状态产生腔体5底面的倾斜信号，所述处理模块信号连接有调整模块，所述调整模块用于接收倾斜信号并根据倾斜信号产生调整信号，所述调整模块与所述装配组件3信号连接，所述装配组件3包括装配爪31，所述装配组件3接收到调整信号后通过控制装配爪31调整谐振光路组件6的位置。还需要说明的是，高速相机41优选以60000帧每秒的速度记录检测液滴的运动状态过程。
21.需要说明的是，对于激光陀螺的谐振腔，一般是由作为主基体的腔体5、放置在内部的反射镜、提供放点激励的电极和氦氖工作气体组成，放电激发时其中的一些氖原子实现集聚数反转，从而辐射出光子，这些光子将在至少三个反射镜之间形成闭合环路，经过选频与放大，形成单色激光。由上可知，激光陀螺仪发生的原理的关键为：反射镜之间的激光光路模式的确定，更进一步地，激光光路模式的确定依赖于反射镜的装配精度，即在陀螺仪的装配过程中实现激光光路的精确调整显得尤为重要。鉴于上述情况，提出了一种陀螺仪装配时光路调整系统，具体通过：在腔体5的底面与固定组件4之间设置检测组件8来检测腔体5底面的相对平行度，并根据腔体5底面的相对平行度产生腔体5底面的倾斜信号，倾斜信号包括腔体5底面的倾斜角度、倾斜角度的差值、倾斜处的位置等，并将倾斜信号传递至调整模块，调整模块能够根据倾斜信号分析产生谐振光路组件6对应位置的调整信号，装配组件3根据调整信号精确调整谐振光路组件6安装时的安装倾角、倾斜方位角的误差，最终实现了装配时谐振光路的精确调整。
22.需要说明的是，如图4至图5所示，所述固定组件4包括：壳体42、气缸43、固定盘44、转动盘45以及若干带有固定爪47的固定件46，所述工作台2的端面上设置有滑动组件9，所述壳体42的下端面与所述滑动组件9连接，所述转动盘45转动设置在所述壳体42的内部，所述气缸43设置在所述壳体42内且输出端与所述转动盘45底部的外侧转动连接，若干所述固定件46以所述转动盘45的轴线为基准呈圆周阵列分布且滑动设置在所述固定盘44上，所述固定件46的底部设置有凸起48，所述转动盘45上开设有若干限位孔49，所述凸起48置于所述限位孔49内，所述转动盘45转动时能够通过限位孔49与凸起48实现固定件46在固定盘44上的开合，若干所述高速相机41架设在所述固定盘44的外周，若干所述检测组件8间隔均布在所述固定盘44上，且所述高速相机41与所述检测组件8对应。还需要说明的是，气缸43的输出端通过导柱与转动盘45的下端面铰接，当气缸43受控进行输出时，带动转动盘45进行转动，由于固定件46的底部带有凸起48，且凸起48与限位孔49配合，并且固定件46通过滑轨与固定盘44滑动设置，转动盘45转动时，在凸起48与限位孔49的作用下，固定件46在滑轨上进行移动，在腔体5上的表现为对腔体5外周及上端面的同步夹持，避免传统的夹具造成的固定偏差。基于上述结构，固定组件4能够通过气缸43实现腔体5底面的同步夹紧，大幅度减
小了装配时的系统误差。
23.实施例2：本实施例仅记述区别于实施例1的部分，具体为：所述固定盘44的上端面设置有缓冲组件50，所述缓冲组件50包括：缓冲盘501、若干缓冲件502、配重盘503以及平衡件504，所述缓冲盘501设置在所述固定盘44的上方，若干所述缓冲件502的两端与所述固定盘44、缓冲盘501连接，所述配重盘503固定连接在所述缓冲盘501的上端面，所述平衡件504设置在所述配重盘503上端面的中心且能够伸缩，所述检测组件8设置在所述配重盘503上，初始状态下，所述检测组件8的上端面与所述平衡件504的上端面平齐。在实际使用过程中，检测组件8置于固定组件4上，腔体5通过固定爪47固定在检测组件8的上方，由于检测组件8在整体结构上具有明显的塑性，导致了腔体5的底面倾斜程度较大，进而导致需要进行调整的谐振光路组件6增多，间接增加的工作量以及出错概率。鉴于这一情况，在固定盘44的上端面设置缓冲组件50，通过缓冲组件50内的配重盘503以及平衡件504增加腔体5在固定的过程中的稳定性，从而辅助提高腔体5底面的平行度。
24.实施例3：本实施例仅记述区别于实施例2的部分，具体为：如图6至图7所示，所述机架1上还滑动设置有图像采集组件7，所述图像采集组件7始终位于所述腔体5的上方，调整时，所述装配组件3在腔体5内放置有标定板，所述图像采集组件7包括：标定相机19、筛选模块，所述标定相机19与所述筛选模块信号连接，所述标定相机19用于采集谐振光路组件6在标定板上的标定图像，并将标定图像传递至筛选模块，所述筛选模块与所述处理模块信号连接，所述筛选模块用于接收标定图像并筛选掉未出现角点图的标定图像，并将筛选出的图片传递至处理模块，所述处理模块根据接收的标定图像计算谐振光路组件6的安装倾角与倾斜方位角，并将角度信号传递至调整模块，调整模块能够结合倾斜信号与角度信号产生调整信号。需要说明的是，角度信号包括安装倾角、倾斜方位角的位置、角度信号，调整模块在根据倾斜信号分析产生谐振光路组件6对应位置调整信号的过程中，脱离于腔体5及谐振光路组件6的具体模型，其产生的倾斜信号同样未建立在该模型上。对于这一情况，通过图像采集组件7内的标定相机19采集、筛选模块筛选得到的标定图像，标定图像传递至处理模块后，处理模块根据标定图像建立谐振光路组件6的模型，并利用模型产生角度信号，再将角度信号传递至调整模块。
25.图像采集组件7的具体工作过程为：装配爪31在腔体5内安装放置定制标定板，使谐振光路组件6的出现在标定相机19视野内，并进行采集作业，利用开源标定程序筛选标定图像，不满足筛选条件的图像需要再次采集进行补充，使满足条件的标定图像达到16张，补充图像时，可以调整外界光线的强弱，处理模块接收到标定图像后，将标定图像输入至标定函数中，计算出谐振光路组件6在标定系上的主点坐标、焦距、标定轴上像素间的实际距离，使用最小二乘法拟合得到谐振光路组件6在成像介质平面上倾斜轴的斜率，再利用主点坐标得到倾斜轴方程，代入数据后即得安装倾角，进而使用二分法搜索函数方程得到倾斜方位角，最后求得角度信号。
26.实施例4：本实施例仅记述区别于实施例3的部分，具体为：所述机架1上还设置有转动件11，所述转动件11的自由端设置有光路检测件10，所
述光路检测件10包括激光头12，检测时，所述激光头12的出射端始终正对所述谐振光路组件6的入射端。通过光路检测件10来对光路调整后的陀螺仪进行光路检测，从而验证其工作精度。
27.进一步地，所述机架1上设置有固定块13，所述固定块13上设置有液压缸14，所述液压缸14的输出端连接有固定板15，所述图像采集组件7设置在所述固定板15上。基于上述机构，实现图像采集组件7的位置调整，从而适应不同型号、不同位置的图像采集作业。
28.作为优选，所述机架1的上方转动设置有转盘16，所述转盘16的外周设置有若干支撑架17，若干所述支撑架17的下方均滑动设置有液压杆18，所述液压杆18的输出端与装配精度不同的装配爪31连接，所述装配爪31包括用于驱动装配动作的电机、用于控制装配动作的控制器。需要说明的是，对于不同型号的激光陀螺，其装配精度的要求同样存在差异，为了增加系统的适配性，通过在机架1的上方设置转盘16，并在转盘16上装上装配精度不同的装配爪31，进而适应不同的装配精度以及不同的装配作业。
29.实施例5：对于调整系统的软件设计部分，是以windows为系统操作平台，安装labview软件，通过软件以及通讯协议将调整系统的各个硬件在数据上连接起来，并通过labview软件的设计、编程、调试，使调整系统的各个硬件能够实现硬件自身的基本功能。最后通过软件的加强、扩展、优化、安全性和可靠性提升，实现包括腔体5底面平行度检测、谐振光路组件6的数字图像采集、筛选、计算和定位、谐振光路组件6的模型建立分析、谐振光路组件6的装配调整在内的软件功能，构件一个基于机电一体化的光路调整系统。
30.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。