[發(fā)明專利]一種石英音叉止擋結(jié)構(gòu)的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210041591.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN103256927A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭辛;廖興才;楊軍;劉飛;丁凱;劉迎春;車一卓;李海燕;唐瓊;李佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01C19/5628
• 分類號(hào): G01C19/5628
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制造方法，具體涉及一種石英音叉止擋結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

石英音叉陀螺是一種微機(jī)械陀螺，具有體積小、成本低、可靠性高、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其性能可達(dá)到中等精度，能夠滿足大量戰(zhàn)術(shù)武器的要求。石英音叉陀螺的一個(gè)典型應(yīng)用是作為MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的組成部分應(yīng)用于制導(dǎo)炮彈(此類制導(dǎo)炮彈在發(fā)射以后熱電池被激活，陀螺開始通電工作，在發(fā)射過程中陀螺不工作)。

目前，大沖擊存活和沖擊后的精度成為制約石英音叉陀螺在炮射領(lǐng)域應(yīng)用的兩個(gè)最主要因素，而影響石英音叉陀螺抗沖擊能力的一個(gè)關(guān)鍵因素是其敏感元件石英音叉抵御大沖擊輸入引起的破壞(斷裂)或者顯著變形的能力。

石英音叉陀螺的敏感元件石英音叉呈H形，如圖1所示，石英音叉10主要包括驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊11、驅(qū)動(dòng)梁12、中間邊框13、減薄梁14、中間錨點(diǎn)15、檢測(cè)梁16、檢測(cè)質(zhì)量塊17等。石英音叉的基體為Z切的石英晶體，為各向異性材料，音叉的表面和側(cè)面含有電極薄層，材料為鉻/金，叉指端部為電鍍質(zhì)量塊，材料為金。石英音叉的厚度為200～450μm。

石英音叉在大沖擊輸入下的破壞機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，目前普遍的看法是大沖擊引起的應(yīng)力超過了石英音叉的極限應(yīng)力，進(jìn)而引起音叉的斷裂破壞。炮射環(huán)境大沖擊輸入作用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，相當(dāng)于一個(gè)靜態(tài)過載輸入過程。石英音叉的驅(qū)動(dòng)叉指和檢測(cè)叉指均為懸臂結(jié)構(gòu)，在炮射環(huán)境的大沖擊作用下易發(fā)生彎曲變形，進(jìn)而引起石英音叉薄弱部位(一般位于叉指最細(xì)處和減薄梁根部等)出現(xiàn)應(yīng)力集中，當(dāng)最大應(yīng)力值超過石英音叉的極限應(yīng)力時(shí)即造成音叉的斷裂破壞。通過有限元仿真等技術(shù)手段對(duì)石英音叉在大沖擊作用下的應(yīng)力分布以及變形情況進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示石英音叉抗Y向沖擊的能力最強(qiáng)，抗X向沖擊的能力次之，抗Z向沖擊的能力最弱。對(duì)石英音叉進(jìn)行Z向的離心試驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)離心加速度增大到6000g時(shí)，石英音叉普遍出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。因此在未采取抗沖擊防護(hù)措施的情況下，石英音叉無法在炮射環(huán)境中的大沖擊輸入條件下存活。

通常情況下，可以通過加大減薄梁厚度的方式來提高石英音叉的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，進(jìn)而提高石英音叉抗沖擊能力，但加大減薄梁厚度會(huì)增大石英音叉驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的頻差，使陀螺的靈敏度降低，同時(shí)會(huì)影響陀螺的穩(wěn)定性和抗振性能，此外該方法對(duì)于提高石英音叉抗沖擊能力的作用效果有限。

如果不通過加大減薄梁厚度的方法增加石英音叉的抗沖擊能力，就需要在石英音叉外增加保護(hù)裝置(止擋結(jié)構(gòu))，但這又存在下述困難：

1)平面定位精度要求

石英音叉總體長(zhǎng)約10mm，寬約3mm，高度約0.36mm，其和止擋結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的部位最細(xì)處僅有200μm；止擋結(jié)構(gòu)的底座總長(zhǎng)約5mm，寬約3.5mm，高度約0.8mm；支撐框的總長(zhǎng)約5mm，寬約0.4mm，高度約0.30mm；上蓋的總長(zhǎng)約5mm，寬約3.5mm，高度約0.6mm；底座和上蓋上的止擋限位凸臺(tái)的典型尺寸為0.5mm*0.1mm。為保證抗沖擊性能，整個(gè)止擋結(jié)構(gòu)的平面定位誤差需要控制在±20μm以內(nèi)。由于止擋結(jié)構(gòu)均為通過微加工藝實(shí)現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)，在無輔助結(jié)構(gòu)和工裝的條件下對(duì)其進(jìn)行裝配制造，難度較大，極易造成較大的平面定位偏差。

2)止擋間隙均勻性誤差控制

理想的止擋間隙一般在10μm以內(nèi)，為了保證抗沖擊性能，整個(gè)止擋結(jié)構(gòu)的止擋限位間隙均勻性誤差需要控制在±2μm以內(nèi)，用于在底座和上蓋之間起過渡支撐作用的支撐框的左右兩個(gè)部件互不連接、各自獨(dú)立，粘接時(shí)易產(chǎn)生較大的裝配制造誤差，進(jìn)而引起較大的止擋間隙均勻性誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種石英音叉止擋結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種石英音叉止擋結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，借助底座工裝實(shí)現(xiàn)底座的定位，定位基準(zhǔn)分別為底座定位X向基準(zhǔn)面、底座定位Y向基準(zhǔn)面；

第二步，借助底座工裝進(jìn)行石英音叉10和底座的粘接，定位基準(zhǔn)分別為底座和石英音叉粘接X向基準(zhǔn)面、底座和石英音叉粘接Y向基準(zhǔn)面，通過壓塊保證粘接強(qiáng)度和粘接間隙；

第三步，借助上蓋工裝進(jìn)行上蓋的定位，定位基準(zhǔn)分別為上蓋定位X向基準(zhǔn)面、上蓋定位Y向基準(zhǔn)面；

第四步，借助上蓋工裝進(jìn)行上蓋和支撐框的粘接，定位基準(zhǔn)分別為上蓋和改進(jìn)后的支撐框粘接X向基準(zhǔn)面、上蓋和改進(jìn)后的支撐框粘接Y向基準(zhǔn)面，通過壓塊保證粘接強(qiáng)度和粘接間隙。粘接完成后在改進(jìn)后的支撐框端部裂片點(diǎn)處進(jìn)行裂片，去除端部工藝輔助結(jié)構(gòu)，裂片后的上蓋和支撐框；