本發(fā)明屬于半球諧振陀螺儀領(lǐng)域，特別涉及衛(wèi)星捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中半球諧振陀螺儀激勵(lì)罩和基座空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置及對(duì)準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

半球諧振陀螺（Hemispherical Resonator Gyros，簡(jiǎn)稱HRG）是一種極具發(fā)展前景的新型高精度慣導(dǎo)級(jí)陀螺，其具有壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好、可靠性高、噪聲低、低功耗、抗輻射、啟動(dòng)時(shí)間短、無(wú)磨損、耐高沖擊和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在衛(wèi)星、導(dǎo)彈、定向鉆井等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注，被國(guó)際慣性技術(shù)界認(rèn)為是各類捷聯(lián)慣性系統(tǒng)中最理想的器件之一。

隨著空間探索難度的不斷提升，飛行載具對(duì)更高精度的半球諧振陀螺提出了迫切的需求。半球諧振陀螺主要技術(shù)之一是諧振子駐波的控制技術(shù)，這對(duì)控制電極間和讀出電極間的信號(hào)幅度和相位要求非常精確，而電極的物理位置分布精度是直接決定陀螺對(duì)諧振子駐波的控制能力，具有位置偏差或者不均勻的電極分布都將增大陀螺對(duì)諧振子駐波的控制難度，直接影響半球諧振陀螺的精度，如何實(shí)現(xiàn)電極的精確刻蝕是提高半球諧振陀螺性能的關(guān)鍵。

半球諧振陀螺電極均分布于激勵(lì)罩和基座石英玻璃球面上，采用激光刻蝕金屬薄膜來(lái)形成。為了實(shí)現(xiàn)球面電極的均勻分布和較小的位置偏差，需要在電極刻蝕之前確定基準(zhǔn)位置，因此需要進(jìn)行樣件空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)。

目前的樣件空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)采用的是激光穿孔的對(duì)準(zhǔn)方法，該方法利用機(jī)械加工的手段在半球面直徑上加工出一對(duì)孔洞10，然后利用一束激光11同時(shí)穿過(guò)這兩個(gè)孔洞10來(lái)實(shí)現(xiàn)激光穿過(guò)空間球面球心，完成樣件空間球面球心同激光中心的對(duì)準(zhǔn)。

但是，一方面因?yàn)闄C(jī)械加工存在精度限制，很難做到兩孔洞10同時(shí)處于球面同一直徑上，另一方面因?yàn)榭锥?0存在一定的寬度（約2 mm），縱使激光11光束同時(shí)穿過(guò)兩孔，也很難保證激光無(wú)偏差地穿過(guò)空間球面球心，如圖1所示。因此現(xiàn)有對(duì)準(zhǔn)方法很難實(shí)現(xiàn)高精度的空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)，存在較大的對(duì)準(zhǔn)偏差，電極位置偏差高達(dá)1.3±0.4度，將直接影響半球諧振陀螺的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的就是提供一種半球諧振陀螺空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置及對(duì)準(zhǔn)方法，本發(fā)明采用激光球面反射的對(duì)準(zhǔn)方法，無(wú)需依賴機(jī)械加工得到的孔洞，可實(shí)現(xiàn)高精度的空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種半球諧振陀螺空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置，包括激光光源單元，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的線形激光并照射樣件球面；激光信號(hào)檢測(cè)單元，用于識(shí)別照射于樣件球面上的入射線形激光與通過(guò)球面反射后得到的反射線形激光之間是否重疊；以及平移單元，用于安裝樣件球面并在垂直于入射線形激光方向上平移所述樣件球面，以調(diào)整樣件球面球心與激光光源單元的相對(duì)位置。

進(jìn)一步地，還包括信號(hào)反饋單元，信號(hào)反饋單元的輸入接激光信號(hào)檢測(cè)單元，輸出接平移單元，用于將所述激光信號(hào)檢測(cè)單元的輸出反饋于平移單元，若照射于樣件上的入射線形激光同反射線形激光不重疊，則自動(dòng)移動(dòng)平移單元以帶動(dòng)樣件平移實(shí)現(xiàn)入射線形激光同反射線形激光重疊。

所述樣件球面通過(guò)夾具固定于平移單元中。

所述激光光源單元為紅外激光發(fā)生器。

一種半球諧振陀螺空間球面球心對(duì)準(zhǔn)方法，采用前述的半球諧振陀螺空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)，對(duì)準(zhǔn)前，先將樣件球面安裝于平移單元中；對(duì)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)激光光源單元使之發(fā)射穩(wěn)定的線形激光并照射到所述樣件球面上并得到反射線形激光；激光信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)入射線形激光和反射線形激光是否重合，若重合，則樣件空間球面球心和激光中心對(duì)準(zhǔn)；若不重合則移動(dòng)平移單元，由平移單元帶動(dòng)樣件球面平移，直到入射線形激光和反射線形激光重合為止。

光強(qiáng)強(qiáng)的為入射線形激光，光強(qiáng)弱的為反射線形激光；若入射線形激光和反射線形激光不重合需要移動(dòng)樣件球面，則觀察反射線形激光相對(duì)入射線形激光的位置，將平移單元往入射線形激光所在方向移動(dòng)，直到入射線形激光和反射線形激光重合為止。

本發(fā)明檢測(cè)入射線形激光和反射線形激光是否重合，若不重疊，則調(diào)整所述平移單元帶動(dòng)樣件平移最終實(shí)現(xiàn)兩激光重疊，即可完成空間球面球心-激光中心的對(duì)準(zhǔn)。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用激光球面反射的對(duì)準(zhǔn)方法，無(wú)需依賴機(jī)械加工得到的孔洞，可實(shí)現(xiàn)高精度的空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)，最終電極位置偏差從1.3±0.4度提高到0.0±0.2度。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有半球諧振陀螺空間球面球心對(duì)準(zhǔn)方法示意圖。

圖2是本發(fā)明半球諧振陀螺空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)模塊示意圖。

圖3是本發(fā)明半球諧振陀螺空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置側(cè)面示意圖。

圖4是本發(fā)明半球諧振陀螺空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置正面示意圖。

圖5是本發(fā)明半球諧振陀螺空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)調(diào)控過(guò)程示意圖。

圖6是本發(fā)明半球諧振陀螺空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)方法的流程圖。

圖7是本發(fā)明對(duì)準(zhǔn)效果與傳統(tǒng)方法對(duì)準(zhǔn)效果比較圖。

其中，10-孔洞；11-激光；1-樣件空間球面；2-激光光源單元；3-激光信號(hào)檢測(cè)單元；4-平移單元；5-信號(hào)反饋單元。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置，用于對(duì)準(zhǔn)樣件球面1的球心與激光光源單元2的激光中心。本發(fā)明對(duì)準(zhǔn)裝置包括激光光源單元2，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的線形激光，且激光中心處于線形激光上，使線形激光照射所述樣件球面1；激光信號(hào)檢測(cè)單元3，用于檢測(cè)辨別照射于所述樣件球面1上的入射線形激光與通過(guò)所述樣件球面1反射后得到的反射線形激光之間是否重疊；以及平移單元4，用于在垂直于所述線形激光方向上（單軸向）平移所述樣件球面1，調(diào)整所述樣件球面1球心與激光光源單元2的相對(duì)位置。

在本實(shí)施例中，所述激光光源單元2為紅外激光光源發(fā)生器，其內(nèi)包含振鏡，可產(chǎn)生線形圖樣的激光光束。

在本實(shí)施例中，所述平移單元4為單軸平移平臺(tái)，圖示中為x軸。

如圖2所示，本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心對(duì)準(zhǔn)裝置還包括：信號(hào)反饋單元5，設(shè)置于所述激光信號(hào)檢測(cè)單元3和平移單元4之間，即信號(hào)反饋單元5的輸入接激光信號(hào)檢測(cè)單元3，輸出接平移單元4，用于將所述激光信號(hào)檢測(cè)單元3的輸出反饋于平移單元4，若照射于樣件球面1上的入射線形激光同反射線形激光不重疊，則調(diào)整所述平移單元4帶動(dòng)樣件球面1平移實(shí)現(xiàn)兩激光重疊，達(dá)到自動(dòng)調(diào)控所述平移單元4使得所述樣件球面1球心和激光中心對(duì)準(zhǔn)的目的。

本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置還可將提供的線形激光改為其他形狀圖樣的激光光束，例如三角形。對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置還包括夾具，位于所述平移單元4上，用于穩(wěn)固固定所述樣件球面。

此外，本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置適用范圍廣泛，可以對(duì)準(zhǔn)的空間球面種類不限于球面，還適用于其他對(duì)稱曲面，例如橢球面、拋物面等。

本發(fā)明不限于將空間球面球心在x軸方向上（見(jiàn)圖3、圖4和圖5）對(duì)準(zhǔn)于激光平面上，還可用于在其他方向上對(duì)準(zhǔn)，可保證空間球面球心對(duì)準(zhǔn)于任意取向的激光平面。

同時(shí)，本發(fā)面半球諧振陀螺儀空間球面球心的對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)對(duì)象范圍廣泛，可以對(duì)準(zhǔn)的樣件類別不限于半球諧振陀螺儀，還適用于其他需要曲面對(duì)準(zhǔn)的物體，例如探照燈反射鏡等。

如圖5和圖6所示，本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心對(duì)準(zhǔn)方法采用前述對(duì)準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)，對(duì)準(zhǔn)前，先將樣件球面通過(guò)夾具穩(wěn)固地安裝于平移單元中；對(duì)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)激光光源單元使之發(fā)射穩(wěn)定的線形激光并照射到所述樣件球面，同時(shí)由于球面對(duì)激光的反射作用，得到反射線形激光；激光信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)照射于樣件空間球面上的入射線形激光和反射線形激光，判斷兩激光是否重合；若重合，則樣件空間球面球心和激光中心對(duì)準(zhǔn)；若不重合，則通過(guò)信號(hào)反饋單元將激光信號(hào)檢測(cè)單元的輸出信號(hào)反饋于平移單元，調(diào)控平移單元帶動(dòng)所述樣件球面平移直到兩激光重合，樣件空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)成功。上述為有信號(hào)反饋單元的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)位移調(diào)整。若沒(méi)有信號(hào)反饋單元，則直接手動(dòng)移動(dòng)平移單元，使入射線形激光和反射線形激光重合為止。

實(shí)際對(duì)準(zhǔn)時(shí)，由于入射線形激光為向下照射的一個(gè)面（假設(shè)該面在垂直面上的投影為Y向），這樣對(duì)準(zhǔn)時(shí)就只需要球面沿X向移動(dòng)即可，即只需要調(diào)整一個(gè)方向。此時(shí)可以在X向設(shè)置類似滑軌的軌道，將滑塊作為平移單元安裝在軌道上，滑塊與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，由信號(hào)反饋單元接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滑塊在軌道上移動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)樣件球面按需要方向的移動(dòng)。如果手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，則不需要驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

激光信號(hào)檢測(cè)單元通過(guò)如下方法判斷入射和反射激光，光強(qiáng)強(qiáng)的為入射線形激光，光強(qiáng)弱的為反射線形激光；若入射線形激光和反射線形激光不重合需要移動(dòng)樣件球面，則觀察反射線形激光相對(duì)入射線形激光的位置，將平移單元往入射線形激光所在方向移動(dòng)，直到入射線形激光和反射線形激光重合為止。

本發(fā)明半球諧振陀螺儀空間球面球心對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的電極位置偏差測(cè)量結(jié)果與以前方法對(duì)比如圖7所示，可見(jiàn)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高精度的空間球面球心-激光中心對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。