一种石英摆片多参数自动化检测装置及方法与流程

1.本发明涉及一种自动化检测装置，特别涉及一种适用于石英摆片的多参数自动化检测装置及方法，属于测量检测装置的制造及其应用技术领域。


背景技术：

2.石英挠性摆式加速度计是目前捷联式航空重力仪采用的核心测量传感器，石英挠性摆式加速度计的结构相比于其他加速度计而言，具有可靠性高、测量精度高、使用寿命长、体积小、结构简单、易于批量化生产等特点。
3.石英摆片是石英挠性摆式加速度计的核心精密组件，它的加工精度直接影响整个系统的性能。石英摆片是由熔融石英平板加工形成的舌形挠性敏感元件，中心摆舌与石英外环通过两条平行的石英挠性梁相连接。石英摆片在镀膜成品后需对摆片成品进行特征尺寸检测，分别需要检测摆片两面各3个台阶的高度、摆片厚度和摆舌的下垂量。
4.目前生产现场使用卡尺测摆片厚度、偏光显微镜测台阶的高度、工具显微镜测摆舌的下垂量，这些方法存在大量需要人工介入判断的环节，无法实现数据的自动判读和自动导出，因此，急需研制专用检测设备，实现多参数快速、精确的自动化检测。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种石英摆片多参数自动化检测装置及方法，实现摆片台阶高度、摆片厚度和下垂量多参数自动化检测，提高摆片检测精度和检测效率。
6.本发明的技术解决方案是：
7.第一方面，提供了一种石英摆片多参数自动化检测装置，包括运动模块、传感模块、测量工装；测量工装包括具有高平面度的测量工装底座，测量工装底座表面开设有多个圆形孔，圆形孔的直径小于待测摆片的摆环的外径、大于待测摆片的的摆舌的直径，以使摆舌在圆形孔位置向下垂；运动模块带动传感模块移动，传感模块测量待测摆片。
8.在第一方面的某些实现方式中，所述测量工装还包括设置在测量工装底座表面的摆片固定基板，摆片固定基板上开设有v型槽，v型槽的角平分线过圆形孔的圆心，直角边缘的长度大于待测摆片的半径。
9.在第一方面的某些实现方式中，所述测量工装底座上开设有第二连接孔，摆片固定基板上开设有第二定位孔，销钉穿过第二定位孔插入到第二连接孔内。
10.在第一方面的某些实现方式中，所述测量工装底座表面开设有放置槽，放置槽与圆形孔连通，且沿着圆形孔径向方向向远离圆形孔的方向延伸。
11.在第一方面的某些实现方式中，所述圆形孔在测量工装底座设置多排，每一排圆形孔包括多个圆形孔x，摆片固定基板上对应一排圆形孔的v型槽连通到一起，直角槽位于一排圆形孔的同一侧。
12.在第一方面的某些实现方式中，所述运动模块包括高精度三维滑台，高精度三维
滑台包括移动托板，移动托板能够进行x、y、z向的移动，z向垂直于平台表面，传感模块安装在移动托板上；传感模块包括高精度激光位移传感器。
13.在第一方面的某些实现方式中，还包括机柜和控制模块，机柜包括机柜上部分、机柜下部分，平台固定于机柜上部分，控制模块设置于机柜下部分；控制模块包括控制器、计算机，计算机通过控制器、控制运动模块进行移动、传感模块进行检测。
14.第二方面，提供了一种石英摆片多参数自动化检测方法，根据上述任一所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，包括：
15.s1:将测量工装安装到平台上；并在测量工装上放置待测摆片；
16.s2:运动模块带动传感模块移动对待测摆片进行检测，传感模块移动至测量工装底座上表面，获得底座上表面位置h0，传感模块再移动至待测摆片台阶中心位置，检测获得待测摆片台阶高度h2，摆片厚度＝h2-h0；
17.s3:运动模块带动传感模块移动对待测摆片进行检测，传感模块移动至待测摆片的摆环非台阶位置正上方，检测获得摆环非台阶位置h1，传感模块再移动至待测摆片台阶中心位置，检测获得待测摆片台阶高度h2，台阶高度＝h2-h1；
18.s4:重复进行s3，测量其他两个台阶的高度；
19.s5:高精度激光位移传感器4移动到待测摆片上表面，传感模块移动至待测摆片53的摆环531非台阶位置正上方，检测获得摆环531非台阶位置h1，高精度激光位移传感器4移动到待测摆片的摆舌532的最低处h4，检测获得摆舌532最低处的位置h4，摆舌532的下垂量＝h4-h1；
20.s6:依次对每一个待测摆片的表面进行步骤s2-s5的检测；
21.s7:将待测摆片在测量工装上翻面，然后重复步骤s2-s5继续对每一个待测摆片反面进行检测。
22.在第二方面的某些实现方式中，所述正面和反面的测量，对于同一个待测摆片获得了多个摆片厚度，将同一个待测摆片的摆片厚度进行求均值，获得该待测摆片的摆片厚度。
23.装置由运动模块(高精度三维滑台)、传感模块(高精度激光位移传感器)、测量工装及控制模块构成。为了避免接触测量时对摆片造成的变形划伤等影响，采用高精度激光位移传感器进行非接触式测量；利用高精度三维滑台移动传感器，使之到达指定测量位置。该装置通过计算机对各个模块进行集中控制，具有较高的自动化程度、检测精度和检测效率。
24.综上所述，本技术至少包括以下有益技术效果：
25.1)针对石英摆片硬、脆、易碎，而且石英摆片外圆表面具有弹性，受力时会发生变形的特点，为了避免摆片受力过大所造成的摆片损伤和变形，采用非接触式的高精度激光位移传感器进行测量。
26.2)摆片装夹通过专用测量工装，使摆片在不受外力的情况下保持自由状态，测量结果更加真实有效。
27.3)高精度三维滑台和测量工装的高精度定位，使每个摆片测量位置相同，提高了测量的重复精度。
28.4)测量流程自动化程度高，可实现多参数检测一键式操作。
附图说明
29.图1是待测摆片的结构示意图；
30.图2是本发明的一种适用于石英摆片多参数自动化检测装置结构示意图；
31.图3是花岗岩平台上方结构的示意图；
32.图4为待测摆片及测量工装的整体示意图。
33.图5为测量工装底座的结构示意图。
34.图6为摆片固定基板的结构示意图。
35.附图标记说明：1、机柜上部分；2、机柜下部分；3、高精度三维滑台；4、高精度激光位移传感器；5、测量工装；6、花岗岩平台；7、控制器；8、计算机；
36.51、测量工装底座；52、摆片固定基板；53、待测摆片；
37.531、摆环；532、摆舌；533、台阶；
38.61、第一连接孔；62、定位块；
39.511、第一定位孔；512、圆形孔；513、放置槽；514、第二连接孔；
40.521、第二定位孔；522、v型槽。
具体实施方式
41.下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细的描述：
42.本技术实施例公开一种石英摆片多参数自动化检测装置，如图1和图2所示，包括机柜，以及容纳于机柜内的运动模块、传感模块、测量工装及控制模块。测量工装用于对待测摆片准确定位放置，运动模块用于带动传感模块移动对待测摆片进行测量，控制模块用于控制运动模块的移动和传感模块进行检测。
43.如图1所示，待测摆片包括摆环、通过连接部连接于摆环内的摆舌，摆舌由于自身重力、会使连接部产生一定变形，从而摆舌产生一定下垂，最终使摆舌与摆环不在同一平面。摆环的正面和反面上均设置3个台阶，台阶表面距离摆环非台阶表面之间的厚度为台阶高度；待测摆环的正反台阶表面之间的厚度为摆片厚度；待测摆片水平放置时，摆片最低点距离待测摆片上表面的距离为摆舌的下垂量。
44.如图2和图3所示，机柜作为整个装置的工作空间，分为上下两部分，分别为机柜上部分1、机柜下部分2，机柜上部分1作为整个装置的工作空间，容纳运动模块、传感模块、测量工装；机柜下部分2容纳控制模块。
45.机柜上部分1内固定安装有花岗岩平台，花岗岩平台是运动模块、传感模块、测量工装的基座。
46.运动模块包括高精度三维滑台3，高精度三维滑台3安装在平台上，本实施例中，平台为花岗岩平台6，高精度三维滑台3包括移动托板、两个x轴滑台、一个y轴滑台和一个z轴滑台，移动托板连接于z轴滑台上，y轴滑台可沿着x轴滑台进行x向移动，z轴滑台可沿着y轴滑台进行y向移动，移动托板可沿着z轴滑台进行z向移动，z向垂直于花岗岩平台6表面，从而移动托板能够进行x、y、z向的移动，实现三维空间高精度移动定位，带动传感模块到达待测位置。
47.传感模块包括高精度激光位移传感器4，高精度激光位移传感器4通过连接板安装在高精度三维滑台3的移动托板上，随着移动托板移动到待测位置，对石英的待测摆片进行
测量。
48.如图4-图6所示，测量工装5安装定位在花岗岩平台6上，测量工装5包括测量工装底座51、摆片固定基板52，花岗岩平台6上设置有第一连接孔61和相互垂直的两个定位块62，测量工装底座51上开设有第一定位孔511，第一定位孔511与第一连接孔61一一对应，两个定位块62的内侧边缘对测量工装底座51的两个相邻边进行定位，保证了在花岗岩平台上固定测量工装底座51时，第一定位孔511与第一连接孔61能准确对准，保证了安装位置重复精度。测量工装底座51的表面为具有高平面度的高精度表面。测量工装底座51表面开设有多个圆形孔512，圆形孔512的直径小于摆环531的外径、大于摆舌532的直径，使得摆环531能够置于测量工装底座51的表面，而摆舌532可以通过自重向下摆动到圆形孔512内，从而在该放置状态下可对摆舌532的下垂量进行测量；测量工装底座51上开设有第二连接孔514，摆片固定基板52上开设有第二定位孔521，第二定位孔521与第二连接孔514一一对应，为了保证摆片固定基板52在测量工装底座51上安装位置的精度，第二定位孔521为销孔，销钉穿过第二定位孔521插入到第二连接孔514内；摆片固定基板52上开设有通孔，待测摆片能够通过通孔放置于圆形孔512的正上方，通孔的一侧为v型槽522，v型槽522的角平分线过圆形孔512的圆心，本实施例中，v型槽522为直角槽，其直角边缘的长度大于待测摆片的半径，保证待测摆片的外圆面能够与两个直角边缘相切接触定位；放置待测摆片时，使待测摆片的外周向接触直角的内侧边缘，待测摆片的圆心能够准确对准圆形孔512的圆心，保证了待测摆片53摆放位置精度，并通过将待测摆片53上的刻线与直角顶角对齐保证待测摆片53摆放位置的方向。通过摆片固定基板52和测量工装底座51的配合设置，使得摆片固定基板52上仅开设圆形孔512即可，保证了摆片固定基板52的表面精度，而对待测摆片限位的结构设置于摆片固定基板52上，两者组合，能够实现待测摆片的摆舌532摆动状态的准确放置。
49.如图5所示，测量工装底座51上表面还开设有放置槽513，放置槽513与圆形孔512连通，且沿着圆形孔512的径向方向向远离圆形孔512的方向延伸。在放置槽513位置、通过镊子夹取待测摆片，可实现在测量工装底座51上对待测摆片的放置和取下。
50.具体的，本实施例中圆形孔512在测量工装底座51设置多排，每一排圆形孔512包括多个圆形孔512，摆片固定基板52上对应一排圆形孔512的通孔522连通到一起，v型槽522位于一排圆形孔512的同一侧。使得能够同时放置更多个，且便于放置和拿取。
51.控制模块包括控制器7、计算机8。控制器7包含运动模块控制器、传感模块控制器。计算机8通过控制运动模块控制器、传感模块控制器，带动高精度激光位移传感器4进行三维空间的移动，到达摆片上方进行测量。
52.一种基于石英摆片多参数自动化检测装置的检测方法，包括：
53.s1:将测量工装底座51安装到花岗岩平台6上、摆片固定基板52安装到测量工装底座51上，通过镊子夹取待测摆片，将待测摆片的外圆面与v型槽522接触、并将待测摆片放置于圆形孔512正上方，依次进行直到将测量工装5上放满待测摆片或者待测摆片全部放到测量工装5上；
54.s2:启动控制模块，控制模块驱动高精度三维滑台3的移动托板移动，移动托板带动高精度激光位移传感器4移动对待测摆片53进行检测，传感模块移动至测量工装底座5151上表面，获得底座51上表面位置h0，传感模块再移动至待测摆片53台阶中心位置，检测获得待测摆片53台阶高度h2，摆片厚度＝h2-h0；；
55.s3:移动托板带动高精度激光位移传感器4移动移动对待测摆片53进行检测，传感模块移动至待测摆片53的摆环531非台阶位置正上方，检测获得摆环531非台阶位置h1，传感模块再移动至待测摆片53台阶中心位置，检测获得待测摆片53台阶高度h2，台阶高度＝h2-h1；
56.s4:重复进行s3，测量其他两个台阶的高度；
57.s5:高精度激光位移传感器4移动到待测摆片上表面，传感模块移动至待测摆片53的摆环531非台阶位置正上方，检测获得摆环531非台阶位置h1，高精度激光位移传感器4移动到待测摆片的摆舌532的最低处h4，检测获得摆舌532最低处的位置h4，摆舌532的下垂量＝h4-h1；
58.s6:依次对每一个待测摆片进行以上检测；
59.s7:通过镊子夹取待测摆片并将待测摆片在测量工装5上翻面，然后重复步骤s2-s5继续对待测摆片反面的三个台阶533进行检测；
60.正面和反面的测量，使得对于同一个待测摆片获得了多个摆片厚度，将同一个待测摆片的摆片厚度进行求均值，获得该待测摆片的摆片厚度。
61.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：包括运动模块、传感模块、测量工装(5)；测量工装(5)包括具有高平面度的测量工装底座(51)，测量工装底座(51)表面开设有多个圆形孔(512)，圆形孔(512)的直径小于待测摆片(53)的摆环(531)的外径、大于待测摆片(53)的的摆舌(532)的直径，以使摆舌(532)在圆形孔(512)位置向下垂；运动模块带动传感模块移动，传感模块测量待测摆片(53)。2.根据权利要求1所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述运动模块和测量工装(5)安装在同一个平台上。3.根据权利要求1或2所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述测量工装(5)还包括设置在测量工装底座(51)表面的摆片固定基板(52)，摆片固定基板(52)上开设有通孔，通孔的一侧为v型槽(522)，v型槽(522)的角平分线过圆形孔(512)的圆心，直角边缘的长度大于待测摆片(53)的半径。4.根据权利要求3所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述测量工装底座(51)上开设有第二连接孔(514)，摆片固定基板(52)上开设有第二定位孔(521)，销钉穿过第二定位孔(521)插入到第二连接孔(514)内。5.根据权利要求3所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述测量工装底座(51)表面开设有放置槽(513)，放置槽(513)与圆形孔(512)连通，且沿着圆形孔(512)径向方向向远离圆形孔(512)的方向延伸。6.根据权利要求3所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述圆形孔(512)在测量工装底座(51)设置多排，每一排圆形孔(512)包括多个圆形孔x，摆片固定基板(52)上对应一排圆形孔(512)的v型槽(522)连通到一起，位于一排圆形孔(512)的同一侧。7.根据权利要求1所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：所述运动模块包括高精度三维滑台，高精度三维滑台包括移动托板，移动托板能够进行x、y、z向的移动，z向垂直于平台表面，传感模块安装在移动托板上；传感模块包括高精度激光位移传感器。8.根据权利要求2所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，其特征在于：还包括机柜和控制模块，机柜包括机柜上部分(1)、机柜下部分(2)，平台固定于机柜上部分(1)，控制模块设置于机柜下部分(2)；控制模块包括控制器(7)、计算机(8)，计算机(8)通过控制器、控制运动模块进行移动、传感模块进行检测。9.一种石英摆片多参数自动化检测方法，其特征在于：根据权利要求1-8任一所述的一种石英摆片多参数自动化检测装置，包括：s1:将测量工装(5)安装到平台上；并在测量工装(5)上放置待测摆片(53)；s2:运动模块带动传感模块移动对待测摆片(53)进行检测，传感模块移动至测量工装底座(51)上表面，获得测量工装底座(51)上表面位置h0，传感模块再移动至待测摆片(53)台阶中心位置，检测获得待测摆片(53)台阶高度h2，摆片厚度＝h2-h0；s3:运动模块带动传感模块移动对待测摆片(53)进行检测，传感模块移动至待测摆片(53)的摆环(531)非台阶位置正上方，检测获得摆环(531)非台阶位置h1，传感模块再移动至待测摆片(53)台阶中心位置，检测获得待测摆片(53)台阶高度h2，台阶高度＝h2-h1；
s4:重复进行s3，测量其他两个台阶的高度；s5:高精度激光位移传感器(4)移动到待测摆片上表面，传感模块移动至待测摆片53的摆环531非台阶位置正上方，检测获得摆环531非台阶位置h1，高精度激光位移传感器(4)移动到待测摆片的摆舌532的最低处h4，检测获得摆舌532最低处的位置h4，摆舌532的下垂量＝h4-h1；s6:依次对每一个待测摆片(53)的表面进行步骤s2-s5的检测；s7:将待测摆片(53)在测量工装(5)上翻面，然后重复步骤s2-s5继续对每一个待测摆片(53)反面进行检测。10.根据权利要求9所述的一种石英摆片多参数自动化检测方法，其特征在于：所述正面和反面的测量，对于同一个待测摆片(53)获得了多个摆片厚度，将同一个待测摆片(53)的摆片厚度进行求均值，获得该待测摆片(53)的摆片厚度。

技术总结
本发明针对石英摆片硬、脆、易碎，接触测量受力时会发生变形的问题，提供了一种适用于石英摆片的自动化检测装置及方法，属于测量检测装置的制造及其应用技术领域，包含运动模块、传感模块、测量工装及控制模块四个部分。运动模块将传感模块精确移动到指定位置，通过传感模块对放置在测量工装上的待测摆片的两面各3个台阶的高度、摆片厚度和摆舌的下垂量进行高精度测量。具有集成控制、一键操作、检测效率高和精度好的特点，可广泛应用于微小零件尺寸的高精度测量。高精度测量。高精度测量。


技术研发人员：王静 陈晓磊 张国锐 刘建梅 刘明智 崔璨
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/1