自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置及装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置及装配方法，装置包括数控装置、五轴联动纳米级平台装置、半球谐振陀螺仪零部件传输装置、X射线原位成像对中校准装置、装配装置和三维激光扫描装置；数控装置对X射线原位成像对中校准装置和三维激光扫描装置所测数据进行数据处理，生成指令控制五轴联动纳米级平台装置进行相应的移动和旋转运动，实现装配过程中半球谐振陀螺仪零部件空间相对位置的变换，从而控制装配装置实现半球谐振陀螺仪的精密装配。本发明专利技术可实现半球谐振陀螺仪的自动化装配，降低对工作人员操作水平的要求，提高半球谐振陀螺仪的装配效率，降低成本和废品率，保证精度要求。保证精度要求。保证精度要求。

【技术实现步骤摘要】
自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置及装配方法


[0001]本专利技术涉及精密设备自动化高精密装配
，具体而言，尤其涉及一种自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置及装配方法。

技术介绍

[0002]陀螺仪作为测量旋转物体角速度或角加速度的惯性测量元件，是惯性导航与组合导航系统中不可或缺的部分。无转子结构陀螺仪是一种新兴的陀螺仪，与传统机械陀螺仪相比，无转子结构陀螺仪具有结构简单、没有部件磨损、无需后期维护、不需预热，启动时间短、具有很强的抗冲击能力、能承受大的机动过载等优点。半球谐振陀螺仪是一种基于哥氏效应工作原理的无转子结构惯性级固体波动陀螺仪。相较于激光陀螺仪、光纤陀螺仪、量子陀螺仪等在内的无转子结构陀螺仪，半球谐振陀螺仪的物理特性更为稳定，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、军事、深空探测、汽车自动驾驶和工业控制等惯导系统中的最为理想的惯性器件。
[0003]半球谐振陀螺仪是一种三件套结构，包括激励罩、半球谐振子和信号读出基座三个部分，如图1所示。半球谐振子由半球面结构和贯穿半球面的半球谐振子中心杆组成，中心杆根据半球谐振子的球面结构方向的不同分为半球谐振子球凸面中心杆和半球谐振子球凹面中心杆。在半球谐振陀螺仪的装配过程中要求半球谐振子球凸面中心杆和半球谐振子球凹面中心杆分别与激励罩激励电极中心孔和信号信号读出基座输出检测中心孔同轴心配合。所述激励罩、半球谐振子和信号读出基座装配的质量将会直接影响半球谐振陀螺仪的零漂、随机游走、带宽和抗震性能等参数精度，进而影响半球谐振陀螺仪的整体性能。因此，在半球谐振陀螺仪的生产制造过程中，半球谐振陀螺仪的装配工艺与技术成为了制约其整体性能和稳定性的主要原因之一。
[0004]传统的半球谐振陀螺仪的装配以人工的方式进行装配，装配过程依赖操作人员的经验，对操作人员操作水平要求较高，使得装配效率低下、成本高昂，并且人工装配的半球谐振陀螺仪严重存在上述影响半球谐振陀螺仪精度的轴孔中轴线不重合问题、轴孔配合装配不到位问题，废品率较高。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的现有半球谐振陀螺仪装配轴孔中轴线不重合和轴孔配合装配不到位的技术问题，而提供一种自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置及装配方法。本专利技术主要通过五轴联动纳米级平台装置进行半球谐振陀螺仪的实时变位装配，五轴联动纳米级平台装置的移动平台可以在空间坐标系内实现沿X、Y、Z三个方向的移动，五轴联动纳米级平台装置的转动平台可以在空间坐标系内实现绕Y轴和Z轴两个方向的旋转，实现A、B轴的转动，通过半球谐振陀螺仪零部件夹持装置将传送带输送至平台的半球谐振陀螺仪零部件夹取并放置在五轴联动纳米级转动平台上，通过平台的移动和旋转，实现装配过程中半
球谐振陀螺仪部件的旋转和平动，以满足装配要求；通过三维激光扫描装置建立高精度、高分辨率的数字三维模型，检测半球谐振陀螺仪部件的轮廓、尺寸和装配精度；通过X射线原位成像对中校准装置，检测半球谐振陀螺仪中的半球谐振子中心杆、激励罩激励电极中心孔、信号读出基座输出检测中心孔正在装配过程中孔与轴的相对位置是否发生倾斜、是否轴孔安装到位，通过实时信号反馈，控制五轴联动纳米级平台装置的相对运动，实现实时调整装配，保证半球谐振子中心杆分别与激励罩激励电极中心孔和信号读出基座输出检测中心孔的轴孔中轴线重合和装配到位。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，包括：安装在床身上的数控装置、五轴联动纳米级平台装置、半球谐振陀螺仪零部件传输装置、X射线原位成像对中校准装置、装配装置和三维激光扫描装置。所述数控装置控制各装置运行实现功能；所述半球谐振陀螺仪零部件传输装置用于输入待装配的零部件以及输出装配完成的半球谐振陀螺仪；所述装配装置安装在五轴联动纳米级平台装置上，在五轴联动纳米级平台装置的驱动下进行零部件装配以及待装配零件和已装配好半球谐振陀螺仪的抓取与定位夹紧；所述X射线原位成像对中校准装置用于检测装配过程中零部件中心轴线的相对偏转角度；所述三维激光扫描装置用于检测装配过程中零部件的轮廓特征和装配精度；所述数控装置对X射线原位成像对中校准装置和三维激光扫描装置实时传输的检测数据进行数据处理，得到实现半球谐振陀螺仪零部件装配的最优空间运动计算结果，控制五轴联动纳米级平台装置进行相应的移动和旋转运动，实现装配过程中半球谐振陀螺仪零部件空间相对位置的变换，以控制装配装置实现半球谐振陀螺仪的精密装配。
[0008]进一步地，所述半球谐振陀螺仪零部件传输装置包括半球谐振陀螺仪零件输入传送带和半球谐振陀螺仪输出传送带。半球谐振陀螺仪零件输入传送带包括信号读出基座输入传送带、半球谐振子输入传送带和激励罩输入传送带，分别用于输入信号读出基座、半球谐振子和激励罩三种待装配的零部件；半球谐振陀螺仪输出传送带用于输出已经装配好的半球谐振陀螺仪至下一个工位。
[0009]进一步地，所述五轴联动纳米级平台装置为半球谐振陀螺仪的装配平台，由床身以及安装在床身上的五轴联动纳米级移动平台和五轴联动纳米级转动平台组成。五轴联动纳米级移动平台与五轴联动纳米级转动平台通过数控装置的控制实现装配平台的联动，五轴联动纳米级转动平台用于实现装配装置的旋转运动，五轴联动纳米级移动平台包括五轴联动纳米级移动平台X轴移动机构、五轴联动纳米级移动平台Y轴移动机构和五轴联动纳米级移动平台Z轴移动机构，三个移动机构相互协调运动实现装配装置在空间内沿X、Y、Z轴三个方向的移动；所述五轴联动纳米级转动平台安装于床身底部靠右侧部位，其可绕Y轴在
‑
120
°
至+120
°
之间旋转，绕Z轴在0
°
至360
°
之间旋转，实现五轴联动纳米级转动平台沿A轴和B轴的转动运动。
[0010]进一步地，所述装配装置包括安装在五轴联动纳米级移动平台Z轴移动机构上的半球谐振陀螺仪零部件夹持装置和安装在五轴联动纳米级转动平台底端主轴的三爪卡盘。半球谐振陀螺仪零部件夹持装置在五轴联动纳米级移动平台的带动下实现空间范围内沿X、Y、Z轴三个方向的移动，用于将半球谐振陀螺仪零部件传输装置输入的待装配零部件夹取并放置在五轴联动纳米级转动平台上和将已经装配好的半球谐振陀螺仪从五轴联动纳
米级转动平台上夹取下来放置在半球谐振陀螺仪零部件传输装置上输出；三爪卡盘用于固定由半球谐振陀螺仪零部件夹持装置夹持转移来的零部件。由数控系统控制五轴联动纳米级移动平台和五轴联动纳米级转动平台的运动带动半球谐振陀螺仪零部件夹持装置和三爪卡盘实现相对运动，实现半球谐振陀螺仪的高精度装配。
[0011]进一步地，所述三爪卡盘通过液压控制夹紧半球谐振陀螺仪零部件，在五轴联动纳米级转动平台的带动下实现半球谐振陀螺仪零部件在A轴和B轴两个方向的转动；所述三爪卡盘与半球谐振陀螺仪零部件夹持装置的夹头均由橡胶材质制成，实现半球谐振陀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，包括：安装在床身上的数控装置、五轴联动纳米级平台装置、半球谐振陀螺仪零部件传输装置、X射线原位成像对中校准装置、装配装置和三维激光扫描装置；所述数控装置用于控制各装置运行；所述半球谐振陀螺仪零部件传输装置用于输入待装配的零部件以及输出装配完成的半球谐振陀螺仪；所述装配装置安装在五轴联动纳米级平台装置上，在五轴联动纳米级平台装置的驱动下进行零部件装配以及待装配零件和已装配好半球谐振陀螺仪的抓取与定位夹紧；所述X射线原位成像对中校准装置用于检测装配过程中零部件中心轴线的相对偏转角度；所述三维激光扫描装置用于检测装配过程中零部件的轮廓特征和装配精度；所述数控装置对X射线原位成像对中校准装置和三维激光扫描装置实时传输的检测数据进行数据处理，得到实现半球谐振陀螺仪零部件装配的最优空间运动计算结果，控制五轴联动纳米级平台装置进行相应的移动和旋转运动，实现装配过程中半球谐振陀螺仪零部件空间相对位置的变换，以实现半球谐振陀螺仪的精密装配。2.根据权利要求1所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述半球谐振陀螺仪零部件传输装置包括半球谐振陀螺仪零件输入传送带和半球谐振陀螺仪输出传送带；半球谐振陀螺仪零件输入传送带包括信号读出基座输入传送带、半球谐振子输入传送带和激励罩输入传送带，分别用于输入信号读出基座、半球谐振子和激励罩三种待装配的零部件；半球谐振陀螺仪输出传送带用于输出已经装配好的半球谐振陀螺仪至下一个工位。3.根据权利要求1所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述五轴联动纳米级平台装置为半球谐振陀螺仪的装配平台，由床身以及安装在床身上的五轴联动纳米级移动平台和五轴联动纳米级转动平台组成；五轴联动纳米级移动平台与五轴联动纳米级转动平台通过数控装置的控制实现装配平台的联动；五轴联动纳米级转动平台用于实现装配装置的旋转运动；五轴联动纳米级移动平台包括五轴联动纳米级移动平台X轴移动机构、五轴联动纳米级移动平台Y轴移动机构和五轴联动纳米级移动平台Z轴移动机构，三个移动机构相互协调运动实现装配装置在空间内沿X、Y、Z轴三个方向的移动；所述五轴联动纳米级转动平台安装于床身底部靠右侧部位，其可绕Y轴在
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120
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至+120
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之间旋转，绕Z轴在0
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至360
°
之间旋转，实现五轴联动纳米级转动平台沿A轴和B轴的转动运动。4.根据权利要求3所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述装配装置包括安装在五轴联动纳米级移动平台Z轴移动机构上的半球谐振陀螺仪零部件夹持装置和安装在五轴联动纳米级转动平台底端主轴的三爪卡盘；半球谐振陀螺仪零部件夹持装置在五轴联动纳米级移动平台的带动下实现空间范围内沿X、Y、Z轴三个方向的移动，用于将半球谐振陀螺仪零部件传输装置输入的待装配零部件夹取并放置在五轴联动纳米级转动平台上以及将已经装配好的半球谐振陀螺仪从五轴联动纳米级转动平台上夹取下来放置在半球谐振陀螺仪零部件传输装置上输出；三爪卡盘用于固定由半球谐振陀螺仪零部件夹持装置夹持转移来的零部件；由数控系统控制五轴联动纳米级移动平台和五轴联动纳米级转动平台的运动带动半球谐振陀螺仪零部件夹持装置和三爪卡盘实现相对运动，实现半球谐振陀螺仪的高精度装配。5.根据权利要求4所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述三爪卡盘通过液压控制夹紧半球谐振陀螺仪零部件，在五轴联动纳米级转动平台的带动下
实现半球谐振陀螺仪零部件在A轴和B轴两个方向的转动；所述三爪卡盘与半球谐振陀螺仪零部件夹持装置的夹头均由橡胶材质制成，实现半球谐振陀螺仪零部件的无伤无损夹持。6.根据权利要求1所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述三维激光扫描装置包括安装在床身上的旋转底座、与旋转底座铰接的空间机械臂装置和三维激光扫描仪；空间机械臂由铰接的第一杆件和第二杆件构成，第一杆件与旋转底座铰接，三维激光扫描仪与第二杆件铰接，通过控制两杆之间所成的角度调整三维激光扫描仪所处空间位置的高度；三维激光扫描仪与空间机械臂装置铰接，用于实现三维激光扫描仪绕铰接中心线的360
°
转动，通过旋转底座和空间机械臂装置复合运动实现三维激光扫描仪进行XY平面360
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的旋转运动、XZ平面360
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的旋转运动、YZ平面360
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的旋转运动以及120cm范围内的升降运动，从而利用激光干涉原位成像原理实现全方位、多角度覆盖式精确在线检测装配过程中各个零部件的轮廓特征和装配精度，并将检测数据实时反馈到数控装置，进行闭环反馈控制，实时调整待装配零部件的相对位置，保证半球谐振陀螺仪的装配精度。7.根据权利要求4所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述X射线原位成像对中校准装置设有两个，其中一个对准五轴联动纳米级转动平台的X轴方向，另一个对准五轴联动纳米级转动平台的Y轴方向，二者配合五轴联动纳米级转动平台绕Y轴和Z轴的转动运动同时工作，实时检测在X轴方向和Y轴方向分别由半球谐振陀螺仪零部件夹持装置和三爪卡盘所夹持的半球谐振子球凸面中心杆轴线与激励罩的激励罩激励电极中心孔轴线的夹角、半球谐振子球凹面中心杆轴线与信号读出基座输出检测中心孔的夹角，并将检测数据实时传送至数控装置，通过数控装置分析，利用实时输入的检测数据共同计算出中心孔中轴线与中心杆轴线的空间夹角，控制五轴联动纳米级平台装置进行包括转动和平动在内的相应的联动运动，控制五轴联动纳米级转动平台转动相应的偏转角度，实现半球谐振陀螺仪在装配过程中半球谐振子中心杆与激励罩激励电极中心孔、信号读出基座输出检测中心孔的轴孔中轴线重合和轴孔的装配到位。8.根据权利要求7所述的自动化原位成像半球谐振陀螺仪装配装置，其特征在于，所述X射线原位成像对中校准装置包括固定在床身上的横向移动底座导轨、与横向移动底座导轨滑动连接的纵向升降架、与纵向升降架相连的纵向二级升降平台以及与纵向二级升降平台相连的X射线原位成像仪；纵向升降架与横向移动底座导轨之间通过导轨相连接，在横向移动底座导轨进行横向移动；纵向二级升降平台与纵向升降架之间通过导轨相连接，沿纵向升降架导轨进行竖直方向的上下运动；X射线原位成像仪与纵向二级升降平台通过导轨相连接，在纵向二级升降平台上沿竖直方向进行上下运动，利用纵向升降架和纵向二级升降平台从而实现X射线原位成像仪在竖直方向上的两级升降，扩大X射线原位成像仪的工作区域。9.根据权利要求1所述的自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，吴斌，孟凡宁，张富旭，万省作，顾秦铭，刘冬冬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：