一种激光陀螺合光自动化设备

技术领域

本发明属于激光陀螺仪生产装配技术领域，具体涉及一种激光陀螺合光自动化设备。

背景技术

氦氖激光陀螺仪作为重要的惯性导航器件之一，被广泛应用在航空、航海、航天以及制导等领域。

激光陀螺仪合光工序是指在激光陀螺仪生产装配过程中精确调整合光棱镜与光电探测器的位置，目的是使谐振腔内运行的激光光束输出时产生干涉，通过光电探测器得到陀螺角速度的频差信息。

目前激光陀螺仪合光装配操作主要由人工手动装配，受到操作人员经验、技巧等因素影响，合光装配质量和效率均不高，无法满足批量生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于激光陀螺仪批量化生产装配的合光自动化设备，替代人工操作，提升装配质量以及生产装配效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光陀螺合光自动化设备，包括底座以及分别设置在底座上的腔体抖动机构和光电探测器位置调节机构，腔体抖动机构上设置有合光棱镜位置调节机构；所述的腔体抖动机构包括与底座连接的支撑背板以及设置在支撑背板上由抖动轮和压电陶瓷片组成的抖动组件，所述抖动轮的轴心外分别设置有转接盘和环绕转接盘的定位盘，所述定位盘外缘设置有两个轴向往外延伸的弧形定位块，转接盘外通过压紧螺母固定有中心定位块；所述的合光棱镜位置调节机构提供合光棱镜在“假光胶”状态微米级调整位置，包括设置在支撑背板上方的燕尾槽导轨支架以及设置在燕尾槽导轨支架上滑槽内的燕尾滑块，所述的燕尾滑块上设置有两个压电驱动器，每个压电驱动器上设置一个圆头螺钉，燕尾滑块上设置有露出燕尾槽导轨支架且与圆头螺钉平行的支杆，支杆上设置有螺旋测微头；所述的光电探测器位置调节机构提供光电探测器底面与合光棱镜上表面相对位置，包括斜块、设置在斜块上的X轴位移平台、设置在X轴位移平台上的Y轴位移平台以及设置在Y轴位移平台上的Z轴位移平台，所述的Z轴位移平台上设置有杠杆夹爪；所述的杠杆夹爪包括通过转动轴对向连接的杠杆支架一和杠杆支架二，杠杆支架一和杠杆支架二一端分别设置有夹头，另一端连接带压缩弹簧的松紧螺钉，夹头上端部设置有弹簧，所述的杠杆支架一或杠杆支架二顶端部通过固定端连接在Z轴位移平台上；还包括控制主机，所述的控制主机分别连接压电驱动器以及抖动组件、X轴位移平台、Y轴位移平台和Z轴位移平台的驱动机构。

所述的一种激光陀螺合光自动化设备，其控制主机包括控制模块、激光信号处理及显示模块和反馈算法模块。

所述的一种激光陀螺合光自动化设备，其燕尾滑块上设置有顶紧螺钉。

所述的一种激光陀螺合光自动化设备，其燕尾槽导轨支架的滑槽内还设置有对燕尾滑块限位的挡块。

本发明的有益效果是：本发明通过光棱镜位置调节机构提供合光棱镜在“假光胶”状态微米级调整位置，通过光电探测器位置调节机构提供光电探测器底面与合光棱镜上表面相对位置，通过腔体抖动机构提供谐振腔腔体偏频抖动以及腔体装配限位，使得腔体转配完成即完成平面镜相对位置找平；本发明自动化设备能为激光陀螺合光工序提供了装配质量佳、效率高、一致性好的技术方案，并通过闭环控制实现精确找正合光棱镜位置与光电探测器位置，与此同时通过机构设计实现光电探测器与棱镜上表面软接触，方便后续点胶操作。

附图说明

图1是本发明的总体结构图；

图2是合光棱镜位置调节机构的结构示意图；

图3是本发明腔体抖动机构的结构示意图；

图4是本发明杠杆夹爪的结构示意图。

各附图标记为：10—底座，2—合光棱镜位置调节机构，21—燕尾槽导轨支架，22—压电驱动器，23—圆头螺钉，24—燕尾滑块，25—挡块，26—螺旋测微头，27—支杆，28—顶紧螺钉，30—斜块，31—X轴位移平台，32—Y轴位移平台，33—Z轴位移平台，4—腔体抖动机构，41—支撑背板，42—抖动组件，43—中心定位块，44—转接盘，45—弧形定位块，46—压紧螺母，5—杠杆夹爪，51—杠杆支架一，52—杠杆支架二，53—转动轴，54—松紧螺钉，55—夹头，56—弹簧，57—固定端，6—谐振腔，7—控制主机，8—合光棱镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1所示，本发明公开的一种激光陀螺合光自动化设备，包括腔体抖动机构4、合光棱镜位置调节机构2、光电探测器位置调节机构及控制主机7四部分。

参照图2所示，所述的合光棱镜位置调节机构2提供合光棱镜8在“假光胶”状态微米级调整位置，包括设置在支撑背板41上方的燕尾槽导轨支架21以及设置在燕尾槽导轨支架21上滑槽内的燕尾滑块24，所述的燕尾滑块24上设置有两个压电驱动器22，每个压电驱动器22上设置一个圆头螺钉23，燕尾滑块24上设置有露出燕尾槽导轨支架21且与圆头螺钉23平行的支杆27，支杆27上设置有螺旋测微头26，燕尾滑块24上设置有顶紧螺钉28，顶紧螺钉28旋入燕尾滑块24与燕尾槽导轨支架21抵靠从而对燕尾滑块24限位，而燕尾槽导轨支架21的滑槽内设置有对燕尾滑块24限位的挡块25；在装配阶段需精细调整螺旋测微头26以及圆头螺钉23位置，以保证在合光过程中合光棱镜8侧面接触螺旋测微头26的顶端，通过螺旋测微头26和两个圆头螺钉23完成粗略3点定位，此时谐振腔6内两束激光经合光棱镜8反射后基本重合需精细调整，压电驱动器22前端连接圆头螺钉23目的是通过压电驱动器22接收电压变化，精细调整合光棱镜8的姿态。

所述的光电探测器位置调节机构提供光电探测器底面与合光棱镜8上表面相对位置，包括斜块30、设置在斜块30上的X轴位移平台31、设置在X轴位移平台31上的Y轴位移平台32以及设置在Y轴位移平台32上的Z轴位移平台33，所述的Z轴位移平台33上设置有杠杆夹爪5。

参照图3所示，所述的腔体抖动机构4提供谐振腔6腔体偏频抖动以及腔体装配限位，使得腔体转配完成即完成平面镜相对位置找平，包括与底座10连接的支撑背板41以及设置在支撑背板41上由抖动轮和压电陶瓷片组成的抖动组件42，所述抖动轮的轴心外分别设置有转接盘44和环绕转接盘44的定位盘，所述定位盘外缘设置有两个轴向往外延伸的弧形定位块45，转接盘44外通过压紧螺母46固定有中心定位块43、压板、压紧螺钉等组成；工作状态时谐振腔6通过弧形定位块45和中心定位块43及压紧螺母46等固定于转接盘44上，与此同时转接盘44与抖动组件42通过螺钉固连，抖动组件42提供偏置抖动，使得谐振腔6达到稳频谐振状态。

参照图4所示，所述的杠杆夹爪5包括通过转动轴53对向连接的杠杆支架一51和杠杆支架二52，杠杆支架一51和杠杆支架二52一端分别设置有夹头53，另一端连接带压缩弹簧的松紧螺钉54，夹头53上端部设置有弹簧56，所述的杠杆支架一51或杠杆支架二52顶端部通过固定端57连接在Z轴位移平台33上。工作状态时光电探测器由杠杆夹爪5固定夹持，整体由XYZ三维位移平台精细调整位置，以达到接收两束激光信号；且在完成合光操作后光电探测器下压接触光合棱镜8上端表面，夹头53上端的弹簧56压缩，实现软接触，防止磕碰导致光合棱镜8棱镜位置变化。

所述的控制主机7提供信号输出，数据处理等，由腔体抖动机构4的控制模块、压电驱动器22的控制模块、光电探测器位置调节机构XYZ三维位移平台的控制模块、激光信号处理及显示模块、反馈算法模块等五个部分，腔体抖动机构4的控制模块控制腔体抖动机构4各组件，压电驱动器22的控制模块通过激光信号处理后反馈信息驱动两个压电驱动器22配合工作，XYZ三维位移平台根据两束激光输出方向动态调整光电探测器位置，激光信号处理及显示部分作用是解码两束激光信号，并在显示模块上显示合光前为椭圆形，合光完成后为圆形，计算二者相位差，用于反馈。反馈算法模块作用是通过计算两束激光相位差，调节相应压电驱动器22电压，推动圆头螺钉23，以达到棱镜旋转目的，从而改变棱镜姿态。

本发明自动化设备工作流程如下。

1，完成本发明自动化设备的组装及调试，调整合光棱镜位置调节机构2上螺旋测微头26和两个圆头螺钉23完成粗略3个点的“粗定位”状态。

2，将激光陀螺按照指定姿态装配于腔体抖动机构4的指定位置，旋转压紧螺母46。

3，手动拧开燕尾滑块24上端的顶紧螺钉28，并挪开燕尾滑块24，使用棉球蘸取酒精擦拭平面镜上表面，完成清洁擦拭后，挪回燕尾滑块24至原位（通过挡块25标记原位），拧紧顶紧螺钉28。

4，开启控制主机7、压电驱动器22以及抖动组件42、X轴位移平台31、Y轴位移平台32和Z轴位移平台33的驱动机构的设备电源，XYZ三维位移平台归零位，激光陀螺起抖，点亮，稳频后手动将光电探测器夹持于杠杆夹爪5，压电驱动器22通指定电压（圆头螺钉23到指定位置）。

5，使用棉球蘸酒精擦拭合光棱镜8底面，完成清洁擦拭后手动将其放置于平面镜上，斜面接触螺旋测微头26顶端，侧面接触2个圆头螺钉23，轻微按压至“假光胶”状态。

6、XYZ三维位移平台开始运动，将光电探测器运送至指定位置接收两束激光信号。

7，控制主机7通过解码激光信号，驱动压电驱动器22精确调整棱镜姿态，达到两束激光相位差在90°±1″，即完成合光操作。

8，Z轴位移平台33向下运动，使得光电探测器接触合光棱镜8上表面，由操作人员检查屏幕李萨如图是否有明显变化，若无手动完成点胶操作，固定合光棱镜8的位置。

9，松开杠杆夹爪5，X轴位移平台31、Y轴位移平台32和Z轴位移平台33归零位，压电驱动器22归零位，操作人员手动拧开燕尾滑块24上端顶紧螺钉28，并挪开燕尾滑块24，屏幕点击激光陀螺熄灭，停抖，手动拧开压紧螺母46，拆卸下激光陀螺，即完成合光操作。

综上所述，本发明自动化设备通过设备组装调试达到以工装限位形式精确固定激光陀螺装配位置以及棱镜粗定位，又通过XYZ三维位移平台自动调节光电探测器位置，以及压电驱动器精细调节棱镜姿态，达到替代人工调节的目的，同时借助控制主机实现简单易操作的目的，大大减轻操作人员劳动强度以及对经验的高要求，为激光陀螺批量化生产装配提供有效合光高效率、高质量装配的解决方案。

本领域的技术人员容易解读，以上所述仅为本发明的较佳使用案例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明保护范围内。