陀螺谐振结构频率裂解的修调系统与方法技术方案

本申请涉及一种陀螺谐振结构频率裂解的修调系统及方法，采用了飞秒激光的方式，由飞秒激光控制系统配合陀螺频率裂解测试平台和飞秒激光加工平台，实现了在线自动化对陀螺谐振结构进行精准调修，精度小于等于1mHz，并且，本技术方案通过建立修调数据库，当陀螺频率裂解测试平台测出频率裂解后，直接调用修调数据库相对应的数据编号后开始加工，不需要人工每次都画修调图形和设置加工参数，节省了大量的人工时间，相比传统方法，本技术方案的修调过程排除了真空度、温度、灰尘等环境因素以及人工多次装夹和调参的误差干扰，提高了修调精度和调修效率，大大提升了陀螺仪的性能。大大提升了陀螺仪的性能。大大提升了陀螺仪的性能。

【技术实现步骤摘要】
陀螺谐振结构频率裂解的修调系统与方法


[0001]本申请涉及陀螺仪性能提升
，特别是涉及一种陀螺谐振结构频率裂解的修调系统与方法。

技术介绍

[0002]惯性导航系统是一种无源式的自主式导航系统，是支撑航空航天、海洋测量、无人平台以及武器装备的核心技术之一，在国防工业和国民经济领域中发挥着重大作用。陀螺仪是检测物体角速度的传感器，是惯性导航系统的核心器件，陀螺仪直接决定了惯性导航系统的成本、体积与精度等关键指标。随着各种小型无人平台、灵巧型制导炮弹和测量勘探设备等对自主导航定位的能力要求日益提升，迫切需要高精度的陀螺仪。
[0003]陀螺工作时，驱动模态与检测模态频率必须一致才能保证高灵敏度与噪声特性，但由于材料缺陷与制造误差，陀螺敏感结构不可避免的存在频率裂解(即驱动模态与检测模态的频率差值，或高频轴频率与低频轴频率轴之间的差值)，目前的初始频差普遍大于5Hz。当存在频率裂解时，陀螺灵敏度将显著降级，机械热噪声也会增大，严重限制陀螺性能提升。
[0004]目前主要是采用静电或机械调频方法来实现工作模态匹配以保证陀螺高性能，其中，静电调频是在高频模态方向施加偏置电压，降低局部等效刚度来实现频率匹配，该方法须采用复杂的闭环调频算法，尤其是在全温区、高动态工作时，对算法和电源模块等要求极高。另外一种是机械调频方法，其原理是在陀螺结构上刻蚀修调结构，改变局部质量或刚度来调控模态频率。通过机械修调后，陀螺的频差将保持稳定，对于提升陀螺的精度与稳定性等具有显著效果。
[0005]然而，根据目前已有的静电调频或机械调频方法，修调精度与修调效率都不理想，修调精度普遍限制在0.1Hz左右。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，以及一种陀螺谐振结构频率裂解的修调方法，能够很好地提升陀螺仪的修调精度与修调效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术实施例提供一种陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，包括陀螺频率裂解测试平台、飞秒激光控制系统和飞秒激光加工平台；
[0009]陀螺频率裂解测试平台固定在飞秒激光加工平台上，飞秒激光控制系统分别通讯连接陀螺频率裂解测试平台和飞秒激光加工平台；
[0010]陀螺频率裂解测试平台用于测试陀螺表头在振动过程中的模态参数，将模态参数传输给飞秒激光控制系统；模态参数包括频率裂解值Δf和刚度轴角度θ；
[0011]飞秒激光控制系统用于根据陀螺表头的频率裂解值Δf和刚度轴角度θ，向飞秒激
光加工平台发送陀螺修调指令；
[0012]飞秒激光加工平台用于接收陀螺修调指令，根据陀螺修调指令对陀螺表头进行激光修调，直至陀螺表头的频率裂解符合目标值；激光修调包括质量修调与刚度修调。
[0013]在其中一个实施例中，陀螺频率裂解测试平台包括电源、电路板、上位机、陀螺表头、陀螺夹具和真空腔体；
[0014]电源电连接电路板，陀螺表头通过陀螺夹具通讯连接电路板，电路板通讯连接上位机，上位机通讯连接飞秒激光控制系统；
[0015]陀螺夹具用于固定陀螺表头，陀螺夹具与电路板可拆卸地固定在真空腔体内部；
[0016]上位机用于通过扫频法或振型进动法测试陀螺表头在振动过程中的模态参数。
[0017]在其中一个实施例中，质量修调为：以陀螺表头中心为零点O，设低频率刚度轴点位为P点，以OP为质量修调半径，将OP与X轴的夹角作为低频率刚度轴角度θ1；
[0018]刚性修调为：以陀螺表头中心为零点O，设高频率刚度轴点位为Q点，以OQ为质量修调半径，将OQ与X轴的夹角作为高频率刚度轴角度θ2。
[0019]在其中一个实施例中，飞秒激光控制系统包括激光器参数控制系统、加工参数控制系统、图形参数控制系统和运动控制系统；
[0020]加工参数控制系统用于调用加工参数库中的加工参数，加工参数包括功率、重复频率、脉宽、加工速度、加工次数和单次加工量；
[0021]图形参数控制系统用于调用加工图形文件库中的加工图形文件，加工图形文件中的加工图形包括尺寸不同的圆形和/或正多边形；
[0022]加工图形文件库中的加工图形文件与加工参数库中的加工参数相互组合编号形成修调数据库。
[0023]在其中一个实施例中，飞秒激光加工平台为三轴运动平台，飞秒激光加工平台在收到飞秒激光控制系统的陀螺修调指令后，根据陀螺修调指令将陀螺表头的待修调位置移动到飞秒激光聚焦光路出光口位置进行激光修调。
[0024]在其中一个实施例中，飞秒激光加工平台的X轴和Y轴的行程均大于或等于300mm，Z轴的行程大于或等于200mm，X轴、Y轴和Z轴的三轴重复定位精度均小于或等于3μm。
[0025]在其中一个实施例中，真空腔体的盖板设有玻璃窗，用于透过飞秒激光。
[0026]另一方面，还提供一种陀螺谐振结构频率裂解的修调方法，包括：
[0027]将陀螺表头固定在陀螺夹具上并置于真空腔体内；陀螺表头通过陀螺夹具电连接电路板，真空腔体安装在飞秒激光加工平台；
[0028]通过数据转接口连接飞秒激光控制系统与陀螺频率裂解测试平台，通过信号线分别连接陀螺频率裂解测试平台中的电源、电路板和上位机，飞秒激光控制系统包括修调数据库存储系统和运动控制系统；
[0029]将电源通电，待电源电压和电流正常后盖上真空腔体的盖板，对真空腔体抽真空；
[0030]启动上位机的测试程序，激励表头振动，测试振动过程中陀螺表头的模态参数并将模态参数传输给飞秒激光控制系统；模态参数包括频率裂解值Δf和刚度轴角度θ；
[0031]飞秒激光控制系统根据频率裂解值Δf在修调数据库存储系统中调用相应的加工图形文件与加工参数；
[0032]运动控制系统根据刚度轴角度θ向飞秒激光加工平台发送待修调位置的坐标指
令；
[0033]飞秒激光加工平台接收坐标指令后，将陀螺表头的待修调位置移动到光路聚焦出光口处的激光焦点位置，对陀螺表头进行激光修调；激光修调包括质量修调与刚度修调；
[0034]通过上位机实时观测陀螺表头的频率、频率裂解值和刚度轴角度信息，当频率裂解值达到预期目标值后完成当前陀螺表头的频率裂解修调。
[0035]在其中一个实施例中，当频率裂解达到预期目标值后，完成当前陀螺表头的频率裂解修调的步骤，若频率裂解值没有达到预期目标值，则循环修调步骤直至频率裂解值达到预期目标值停止。
[0036]在其中一个实施例中，完成当前陀螺表头的频率裂解修调之后，将当前陀螺表头卸下并更换下一个待修调的陀螺表头后，返回将陀螺表头固定在陀螺夹具上并置于真空腔体内的步骤。
[0037]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0038]上述陀螺谐振结构频率裂解的修调系统与方法，通过搭建并关联陀螺频率裂解测试平台，飞秒激光控制系统和飞秒激光加工平台，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，其特征在于，包括陀螺频率裂解测试平台、飞秒激光控制系统和飞秒激光加工平台；所述陀螺频率裂解测试平台固定在所述飞秒激光加工平台上，所述飞秒激光控制系统分别通讯连接所述陀螺频率裂解测试平台和所述飞秒激光加工平台；所述陀螺频率裂解测试平台用于测试陀螺表头在振动过程中的模态参数，将所述模态参数传输给所述飞秒激光控制系统；所述模态参数包括频率裂解值Δf和刚度轴角度θ；所述飞秒激光控制系统用于根据所述陀螺表头的频率裂解值Δf和刚度轴角度θ，向所述飞秒激光加工平台发送陀螺修调指令；所述飞秒激光加工平台用于接收所述陀螺修调指令，根据所述陀螺修调指令对所述陀螺表头进行激光修调，直至所述陀螺表头的频率裂解符合目标值；所述激光修调包括质量修调与刚度修调。2.根据权利要求1所述的陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，其特征在于，所述陀螺频率裂解测试平台包括电源、电路板、上位机、陀螺表头、陀螺夹具和真空腔体；所述电源电连接所述电路板，所述陀螺表头通过所述陀螺夹具通讯连接所述电路板，所述电路板通讯连接所述上位机，所述上位机通讯连接所述飞秒激光控制系统；所述陀螺夹具用于固定所述陀螺表头，所述陀螺夹具与所述电路板可拆卸地固定在所述真空腔体内部；所述上位机用于通过扫频法或振型进动法测试所述陀螺表头在振动过程中的所述模态参数。3.根据权利要求2所述的陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，其特征在于，所述质量修调为：以所述陀螺表头中心为零点O，设低频率刚度轴点位为P点，以OP为质量修调半径，将OP与X轴的夹角作为低频率刚度轴角度θ1；所述刚性修调为：以所述陀螺表头中心为零点O，设高频率刚度轴点位为Q点，以OQ为质量修调半径，将OQ与X轴的夹角作为高频率刚度轴角度θ2。4.根据权利要求2所述的陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，其特征在于，所述飞秒激光控制系统包括激光器参数控制系统、加工参数控制系统、图形参数控制系统和运动控制系统；所述加工参数控制系统用于调用加工参数库中的加工参数，所述加工参数包括功率、重复频率、脉宽、加工速度、加工次数和单次加工量；所述图形参数控制系统用于调用加工图形文件库中的加工图形文件，所述加工图形文件中的加工图形包括尺寸不同的圆形和/或正多边形；所述加工图形文件库中的加工图形文件与加工参数库中的加工参数相互组合编号形成修调数据库。5.根据权利要求4所述的陀螺谐振结构频率裂解的修调系统，其特征在于，所述飞秒激光加工平台为三轴运动平台，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙江坤，吴学忠，肖定邦，李斌，席翔，张勇猛，卢坤，石岩，李青松，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：