机械抖动激光陀螺合光调整系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种机械抖动激光陀螺合光调整系统。它由合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统，图像采集系统和数据采集系统组成。合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统用于调整合光棱镜和光电管在谐振腔体上的位置，控制合光棱镜和光电管的位置达到最佳。图像采集系统用于采集陀螺谐振腔体输出的两束光信号，数据采集系统通过将光信号转化为电信号，并将信息发送给主控计算机。通过硬件和软件的相互配合实现合光棱镜及光电管在激光陀螺上半自动合光功能。本发明能够准确和高效安装合光棱镜及光电管，操作稳定精密，准确判断和计算信号波形的阈值参数。
【专利说明】机械抖动激光陀螺合光调整系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种精密装配系统，具体涉及一种机械抖动激光陀螺合光调整系统。
【背景技术】
[0002]激光陀螺是捷联式惯性导航系统的理想器件，尤其在军事领域，激光陀螺更占有举足轻重的地位。合光系统是测量激光陀螺角速度和角加速度的重要部分，而合光功能的实现是激光陀螺合光系统装配过程中的一个难点，合光的实现不仅直接关系到激光陀螺测量的效率和准确度，而且还直接影响激光陀螺的装配高效性。我国激光陀螺合光系统装配工艺比较落后，长期以来采用人工方式。以人工方式进行装配，主要依靠熟练的操作人员，对于操作者的经验和技巧要求很高，劳动强度大，效率低，稳定性差，而且受人为本身的影响，容易出现质量问题，严重制约了产品产量的提高和质量的控制，由于技术的限制，还大大限制了该领域微装配技术的产业化和工业化发展。现有的合光系统的人工装配对于合光棱镜和光电管的安装位置和装配模式只能进行定性的估计，无法得到准确的定量描述；而且在使用示波器采集两路信号波形和计算阈值参数时，不仅操作过程粗糙，并且不能进行准确的信号处理，计算误差大，无法快速高效的寻找到合光棱镜和光电管的安装位置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有人工装配方法无法准确和高效安装合光棱镜及光电管的问题，以及人工操作粗糙、不稳定，对于信号波形的阈值参数判断和计算不准确的缺点，从而提供一种机械抖动激光陀螺合光调整系统，实现机器精密装配。
[0004]为达到上述目的，本发明采用下述技术方案:
一种机械抖动激光陀螺合光调整系统，用于调整合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置及调整光电管在合光棱镜斜面上的位置，由合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统、图像采集系统、数据采集系统、主控计算机和谐振腔体组成，其特征在于:所述的主控计算机连接到合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统，合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统同时连接到图像采集系统、数据采集系统和谐振腔体，图像采集系统和数据采集系统又连接到主控计算机；
所述合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统由运动控制系统、合光棱镜夹持器、光电管夹持器、被调合光棱镜和被调光电管组成，所述的运动控制系统连接合光棱镜夹持器和光电管夹持器，运动控制系统的运动控制卡的型号为雷赛DMC2610,控制合光棱镜夹持器和光电管夹持器的运动，所述的合光棱镜夹持器夹持被调合光棱镜，用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器夹持被调光电管，用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置；
图像采集系统用于采集谐振腔体的光束经过被调合光棱镜输出的光干涉条纹图像，判断输出光是否合为一束光，并将捕捉到的图像发送给主控计算机；
数据采集系统用于采集经过被调合光棱镜的输出光，并将光信号转化为电信号，同时将信号发送给主控计算机；
主控计算机用于处理捕捉到的图像，处理采集到的数据，计算得到的两路幅值差和相位差，并以此作为判断参数与运动控制系统的自动搜索的阈值参数比较；还用于处理电信号显示两路信号的波形，以及两个波形形成的李萨如图形；
合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统用于通过运动控制系统将主控计算机所得到的两束输出光信号的幅值差与相位差的参数与其阈值参数比较，控制合光棱镜夹持器和光电管夹持器的动作，所述的合光棱镜夹持器用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置。
[0005]所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统的图像采集系统由合光棱镜、CCD摄像头和图像采集卡组成，所述的CCD摄像头置于合光棱镜斜面上方，CCD摄像头和图像采集卡相连接，图像采集卡的型号为大恒MER-500-7UM/UC-L，CCD摄像头的镜头朝向合光棱镜的输出光，CCD摄像头的图像输出端连接图像采集卡的图像输入端，图像采集卡的图像输出端连接主控计算机的图像输入端。
[0006]所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统的数据采集系统包括被调合光棱镜、被调光电管、前置放大器、高速数据采集卡，所述的被调光电管紧贴在合光棱镜斜面上，被调光电管的光窗采集合光棱镜的输出光，光电管又连接到前置放大器，被调光电管的输出端是连接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端连接高速数据采集卡的输入端，高速数据采集卡安装在主控计算机的PCI插槽内，高速数据采集卡的型号为LDI320。
[0007]所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统的合光棱镜夹持器由一个底板、一个X向手动工作台、一个Y向手动工作台、一个L形转接板、一个Z向手动工作台、一个电动旋转工作台、一个合光棱镜夹爪及合光棱镜紧定螺钉组成；所述的Y向手动工作台与X向手动工作台正交连接固定在底板上，Z向手动工作台通过L形转接板固定在Y向手动工作台上，合光棱镜夹爪与电动旋转工作台连接固定于Z向手动工作台上，合光棱镜紧定螺钉连接在合光棱镜夹爪的末端，用于固定合光棱镜。
[0008]所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统的光电管夹持器由一个定位板、一个右臂爪、一个左臂爪、两个转轴、一根弹簧、一个凸轮、一个滚花旋钮、一个L形支撑板、一个Z向电动工作台、一个L形连接板、一个倾斜支座、一个X向电动工作台及一个Y向电动工作台组成；所述的右臂爪、左臂爪分别通过转轴与L形支撑板连接，带有开槽的定位板固定在左臂爪上，用于实现光电管的定位，凸轮通过一根旋转轴与L形支撑板连接，滚花旋钮通过紧定螺钉与凸轮固定。滚花旋钮旋转时带动凸轮一起转动，进而推动右臂爪、左臂爪分别绕着两个转轴转动(即形成对称式杠杆机构)，从而实现光电管的夹紧和释放。弹簧通过螺钉连接在左臂爪与右臂爪的后半部分，用于保证凸轮始终与左臂爪、右臂爪接触。所述的L形支撑板固定在Z向电动工作台末端，Z向电动工作台固定在L形连接板上与X向电动工作台连接，X向电动工作台与Y向电动工作台正交连接后通过螺钉与倾斜支座连接。
[0009]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:本发明的合光调整系统，以图像采集系统代替人眼识别来调整光路，以合光棱镜和光电管的装配机构代替人工操作，对被调合光棱镜和被调光电管的安装位置进行高效且准确的判断和定位，同时将采集到的信号进行数据化处理，获取信号的波形及幅值差和相位差，显示李萨茹图形，提高被调合光棱镜和被调光电管的定位的直观性判断，反映各个位置情况下信号的实时性。实现的技术方案是:采用合光棱镜夹持器调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，用光电管夹持器调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置，定位准确、高效；以图像采集系统代替人眼识别来调整光路，并获取光干涉条纹图像，减小了人为误差的影响，确定了被调合光棱镜初步安装位置，为被调光电管的装配做好前期准备工作；通过被调光电管采集输出光，将光信号转化为电信号；并利用数据采集系统将该信号发送给主控计算机，在装配时实时显示幅值差和相位差的数据，比起人为的测量更加准确；通过自动搜索算法实现合光棱镜和光电管夹持器的配合运动，完成被调合光棱镜和被调光电管位置的自动搜索，从而实现自动合光系统装配的功能，提高合光的效率和准确率。本发明专利技术指标:位置调整平移分辨率:lum ;旋转分辨率:10角秒；两路信号幅值差5% ;两路信号相位差:90±2°。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的系统的结构示意图。
[0011]图2为本发明的图像采集系统的结构示意图。
[0012]图3为本发明的数据采集系统的结构示意图。
[0013]图4为合光棱镜夹持器机械结构三维不意图。
[0014]图5为光电管夹持器机械结构三维示意图。
[0015]图6为合光光束干涉条纹示意图。
[0016]图7为合光的自动搜索算法示意图。
[0017]图8为初始信号波形和实现合光后信号波形效果图。
【具体实施方式】
[0018]本发明的优选实例则结合附图详述如下:
实施例一:参见图1至图8，本机械抖动激光陀螺合光调整系统，用于调整合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置以及调整光电管在合光棱镜斜面上的位置；
本机械抖动激光陀螺合光调整系统，用于调整合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置及调整光电管在合光棱镜斜面上的位置，由合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)、图像采集系统(2)、数据采集系统(3)主控计算机(4)和谐振腔体(5)组成，其特征在于:所述的主控计算机(4)连接到合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(1)，合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)同时连接到图像采集系统(2)、数据采集系统(3)和谐振腔体(5)，图像采集系统(2)和数据采集系统(3)又连接到主控计算机(4)；
所述合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)由运动控制系统(6)、合光棱镜夹持器(7)、光电管夹持器(8)、被调合光棱镜和被调光电管组成，所述的运动控制系统(6)连接合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8),运动控制系统(6)的运动控制卡的型号为雷赛DMC2610,控制合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8)的运动,所述的合光棱镜夹持器(7)夹持被调合光棱镜，用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器
(8)夹持被调光电管,用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置；
图像采集系统(2)用于采集谐振腔体(5)的光束经过被调合光棱镜输出的光干涉条纹图像，判断输出光是否合为一束光，并将捕捉到的图像发送给主控计算机(4); 数据采集系统(3 )用于采集经过被调合光棱镜的输出光，并将光信号转化为电信号，同时将信号发送给主控计算机(4)；
主控计算机(4)用于处理捕捉到的图像，处理采集到的数据，计算得到的两路幅值差和相位差，并以此作为判断参数与运动控制系统(6)的自动搜索的阈值参数比较；还用于处理电信号显示两路信号的波形，以及两个波形形成的李萨如图形；
合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)用于通过运动控制系统(6)将主控计算机(4)所得到的两束输出光信号的幅值差与相位差的参数与其阈值参数比较，控制合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8)的动作,所述的合光棱镜夹持器(7)用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器(8)用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置。
[0019]由以上几部分构成一全闭环控制系统,米用合光棱镜夹持器与光电管夹持器相互配合运动调整的方式完成合光功能，合光棱镜夹持器的机械结构三维示意图如图4，光电管夹持器的机械结构三维示意图如图5。初始情况下，谐振腔体的顺逆两束输出光经过合光棱镜没有合成一束光，两束光的光斑不重合，米用运动控制系统6控制驱动合光棱镜夹持器运动，调整合光棱镜的位置实现光斑重合，显示干涉条纹，如图6 ;当谐振腔体的输出光的光斑重合后，运动控制系统6先按照自动搜索算法以一定步长连续单步控制驱动光电管夹持器运动，如图7，每行走一步都通过数据采集系统3实时获取代表该位置的信号发送给主控计算机4，主控计算机4绘制显示当前信号波形，通过信号处理方法计算显示当前两路信号的最大幅值与幅值差，直至获取的两路信号的幅值都最大并且幅值差在一定阈值范围内，停止光电管夹持器的运动，然后运动控制系统6再按照自动搜索算法以一定步长连续单步控制驱动合光棱镜夹持器运动，同样的每行走一步都通过数据采集系统3实时获取代表该位置的信号发送给主控计算机4，主控计算机4绘制显示当前信号波形，如图8 (a)，再通过去噪滤波的信号处理方法计算显示当前两路信号的相位差，直至获取的两路信号的相位差在一定阈值范围内，而且主控计算机4上显示两路信号去噪滤波后的李萨茹圆形图，如图8 (b)，说明已经实现合光功能，完成合光棱镜和光电管的定位，可以进行点胶。
[0020]实施例二:参见图2，本实施例与实施例一基本相同，不同点在于:图像采集系统2由合光棱镜、CXD摄像头(9)和图像采集卡(10)组成，所述的CXD摄像头(9)置于合光棱镜斜面上方，CCD摄像头(9)和图像采集卡(10)相连接，图像采集卡(10)的型号为大恒MER-500-7UM/UC-L, CXD摄像头(9)的镜头朝向合光棱镜的输出光，CXD摄像头(9)的图像输出端连接图像采集卡(10)的图像输入端，图像采集卡(10)的图像输出端连接主控计算机(4)的图像输入端。其它组成和连接方式与实施例一相同。
[0021]实施例三:参见图3，本实施例与实施例一基本相同，不同点在于:数据采集系统3包括被调合光棱镜、被调光电管、前置放大器(11)、高速数据采集卡(7)，所述的被调光电管紧贴在合光棱镜斜面上，被调光电管的光窗采集合光棱镜的输出光，光电管又连接到前置放大器(11 )，被调光电管的输出端是连接前置放大器(11)的输入端，前置放大器(11)的输出端连接高速数据采集卡(7)的输入端,高速数据采集卡(7)安装在主控计算机(4)的PCI插槽内，高速数据采集卡(7)的型号为LDI320。其它组成和连接方式与【具体实施方式】一相同。这种实时米样方式，高效快速。
[0022]实施例四:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:所述的合光棱镜夹持器(7)由一个底板(13)、一个X向手动工作台(14)、一个Y向手动工作台(15)、一个L形转接板(16)、一个Z向手动工作台(17)、一个电动旋转工作台(18)、一个合光棱镜夹爪(19)及一个合光棱镜紧定螺钉(20)组成；所述的Y向手动工作台(15)与X向手动工作台(14)正交连接固定在底板(13)上，Z向手动工作台(17)通过L形转接板(16)固定在Y向手动工作台(15)上，合光棱镜夹爪(19)与电动旋转工作台(18)连接固定于Z向手动工作台(17)上，合光棱镜紧定螺钉(20)连接在合光棱镜夹爪(19)的末端，用于固定合光棱镜。所述的光电管夹持器(8)由一个定位板(21)、一个右臂爪(22)、一个左臂爪(23)、两个转轴(24)、一根弹簧(25)、一个凸轮(26)、一个滚花旋钮(27)、一个L形支撑板(28)、一个Z向电动工作台(29)、一个L形连接板(30)、一个倾斜支座(31)、一个X向电动工作台(32)及一个Y向电动工作台(33)组成；所述的右臂爪(22)、左臂爪(23)分别通过转轴(24)与L形支撑板(28)连接，带有开槽的定位板(21)固定在左臂爪(23)上，用于实现光电管的定位，凸轮(26 )通过一根旋转轴与L形支撑板(28 )连接，滚花旋钮(27 )通过紧定螺钉与凸轮(26 )固定。滚花旋钮(27 )旋转时带动凸轮(26 ) —起转动，进而推动右臂爪(22 )、左臂爪(23 )分别绕着两个转轴(24)转动(即形成对称式杠杆机构)，从而实现光电管的夹紧和释放。弹簧
(25)通过螺钉连接在左臂爪(23)与右臂爪(22)的后半部分，用于保证凸轮(26)始终与左臂爪(23)、右臂爪(22)接触；所述的L形支撑板(28)固定在Z向电动工作台(29)末端，Z向电动工作台(29)固定在L形连接板(30)上与X向电动工作台(32)连接，X向电动工作台(32 )与Y向电动工作台(33 )正交连接后通过螺钉与倾斜支座(31)连接。
[0023]本
【发明内容】
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个【具体实施方式】的组合同样也可以实现发明的目的。
【权利要求】
1.机械抖动激光陀螺合光调整系统，用于调整合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置及调整光电管在合光棱镜斜面上的位置，由合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)、图像采集系统(2)、数据采集系统(3)、主控计算机(4)和谐振腔体(5)组成，其特征在于:所述的主控计算机(4)连接到合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(1)，合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)同时连接到图像采集系统(2)、数据采集系统(3)和谐振腔体(5)，图像采集系统(2)和数据采集系统(3)又连接到主控计算机(4)； 所述合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)由运动控制系统(6)、合光棱镜夹持器(7)、光电管夹持器(8)、被调合光棱镜和被调光电管组成，所述的运动控制系统(6)连接合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8),运动控制系统(6)的运动控制卡的型号为雷赛DMC2610,控制合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8)的运动,所述的合光棱镜夹持器(7)夹持被调合光棱镜，用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器(8)夹持被调光电管,用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置； 图像采集系统(2)用于采集谐振腔体(5)的光束经过被调合光棱镜输出的光干涉条纹图像，判断输出光是否合为一束光，并将捕捉到的图像发送给主控计算机(4); 数据采集系统(3 )用于采集经过被调合光棱镜的输出光，并将光信号转化为电信号，同时将信号发送给主控计算机(4)； 主控计算机(4)用于处理捕捉到的图像，处理采集到的数据，计算得到的两路幅值差和相位差，并以此作为判断参数与运动控制系统(6)的自动搜索的阈值参数比较；还用于处理电信号显示两路信号的波形，以及两个波形形成的李萨如图形； 合光棱镜与光电管装配机构及其控制系统(I)用于通过运动控制系统(6 )将主控计算机(4)所得到的两束输出光信号的幅值差与相位差的参数与其阈值参数比较，控制合光棱镜夹持器(7)和光电管夹持器(8)的动作,所述的合光棱镜夹持器(7)用于调整被调合光棱镜在谐振腔体的平面镜上的位置，光电管夹持器(8)用于调整被调光电管在合光棱镜斜面上的位置。
2.根据权利要求1所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统，其特征在于所述图像采集系统(2)由合光棱镜、CXD摄像头(9)和图像采集卡(10)组成，所述的CXD摄像头(9)置于合光棱镜斜面上方，CCD摄像头(9)和图像采集卡(10)相连接，图像采集卡(10)的型号为大恒MER-500-7UM/UC-L，CXD摄像头(9)的镜头朝向合光棱镜的输出光，CXD摄像头(9)的图像输出端连接图像采集卡(10)的图像输入端，图像采集卡(10)的图像输出端连接主控计算机(4)的图像输入端。
3.根据权利要求1或2所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统，其特征在于:所述数据采集系统(3)包括被调合光棱镜、被调光电管、前置放大器(11)、高速数据采集卡(12)，所述的被调光电管紧贴在合光棱镜斜面上，被调光电管的光窗米集合光棱镜的输出光，光电管又连接到前置放大器(11 )，被调光电管的输出端连接前置放大器(11)的输入端，前置放大器(11)的输出端连接高速数据采集卡(12)的输入端，高速数据采集卡(12)安装在主控计算机(4)的PCI插槽内，高速数据采集卡(12)的型号为LDI320。
4.根据权利要求1所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统，其特征在于:所述的合光棱镜夹持器(7)由一个底板(13)、一个X向手动工作台(14)、一个Y向手动工作台(15)、一个L形转接板(16)、一个Z向手动工作台(17)、一个电动旋转工作台(18)、一个合光棱镜夹爪(19)及一个合光棱镜紧定螺钉(20)组成；所述的Y向手动工作台(15)与X向手动工作台(14)正交连接固定在底板(13)上，Z向手动工作台(17)通过L形转接板(16)固定在Y向手动工作台(15)上，合光棱镜夹爪(19)与电动旋转工作台(18)连接固定于Z向手动工作台(17)上，合光棱镜紧定螺钉(20)连接在合光棱镜夹爪(19)的末端，用于固定合光棱镜。
5.根据权利要求1所述的机械抖动激光陀螺合光调整系统，其特征在于:所述的光电管夹持器(8)由一个定位板(21)、一个右臂爪(22)、一个左臂爪(23)、两个转轴(24)、一根弹簧(25)、一个凸轮(26)、一个滚花旋钮(27)、一个L形支撑板(28)、一个Z向电动工作台(29),一个L形连接板(30)、一个倾斜支座(31)、一个X向电动工作台(32)及一个Y向电动工作台(33)组成；所述的右臂爪(22)、左臂爪(23)分别通过转轴(24)与L形支撑板(28)连接，带有开槽的定位板(21)固定在左臂爪(23)上，用于实现光电管的定位，凸轮(26)通过一根旋转轴与L形支撑板(28)连接，滚花旋钮(27)通过紧定螺钉与凸轮(26)固定。滚花旋钮(27)旋转时带动凸轮(26) —起转动，进而推动右臂爪(22)、左臂爪(23)分别绕着两个转轴(24)转动(即形成对称式杠杆机构)，从而实现光电管的夹紧和释放。弹簧(25)通过螺钉连接在左臂爪(23)与右臂爪(22)的后半部分，用于保证凸轮(26)始终与左臂爪(23)、右臂爪(22)接触；所述的L形支撑板(28)固定在Z向电动工作台(29)末端，Z向电动工作台(29)固定在L形连接板(30)上与X向电动工作台(32)连接，X向电动工作台(32)与Y向电动工作台(33 )正交连接后通`过螺钉与倾斜支座(31)连接。
【文档编号】G05B15/02GK103454925SQ201310432546
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】马立, 谢炜, 刘波, 欧阳航空, 荣伟彬, 焦璐铭, 孙立宁 申请人:上海大学