CN101413840A

CN101413840A - 一种物体质心测量装置与方法

Info

Publication number: CN101413840A
Application number: CNA2007101255309A
Authority: CN
Inventors: 阳轩铎; 张厚平; 郭喜晨
Original assignee: SAIC Chery Automobile Co Ltd
Current assignee: Chery Automobile Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: CN101413840B

Abstract

一种物体质心测量装置，包括称重传感器、测量台面、三角基座、支撑脚及计算机组成。在三角基座的三个角下面有三个可调整高低的支撑脚，其三个角上面有三个称重传感器，三个称重传感器精确定位，位置点分别为A、B、C，呈正三角形分布；三个称重传感器上布置一块测量台面，在测量时需要调节水平，台面上刻有标度尺，建立直角坐标。在三角基座与测量台面之间还布置三个保护支撑螺柱。当被测物安放于水平台面上时，A、B、C三个点会受到不同的力，通过力矩平衡计算，即可得到被测物质心的二维坐标，只要将被测被测物旋转90度，再测量其质心二维坐标，由此可得质心的三维坐标。由于采用计算机进行数据采集、处理，可快速、可靠得出质心坐标。

Description

一种物体质心测量装置与方法

技术领域

本发明涉及一种物体质心测量装置与方法，尤其涉及一种汽车动力总成质心测量装置与方法。

背景技术

物体的质心位置是物体的一个基本属性。例如，汽车动力总成质心坐标直接关系到发动机悬置的设计与布局，因此，精确测量汽车动力总成质心坐标有重要的意义。汽车动力总成是指包括发动机、变速箱在内的及两者刚性连接的所有汽车部件。它是汽车最核心的部分，其性能直接地影响至汽车的各种性能，而且其悬置点的位置及安装方法也直接地关系到汽车的振动性能，汽车动力总成的质心坐标是CAE分析进行汽车悬置设置的基础。然而发动机是一个复杂的不规则物体，对于其质心测量，目前主要的方法有悬吊法。悬吊法原理是，用绳子吊起被测动力总成，则其质心线必然会在通过吊点的铅垂线上，找出铅垂线的另一个端子，即可确定这一条垂线；然后更换一个吊点，找出这个吊点的铅垂线，两条铅垂线的交点即为被测发动机的质心。但是，由于悬吊是柔性连接，容易受到各种不确定因素的干扰，操作时间长，误差不容易控制，还必须通过复杂的计算才能得出质心坐标。

中国专利CN 00115925.9公开了一种用于测量物体质心、形心和质心偏离量的测量装置，包括通过结合物相结合的承物盘和旋转立轴，旋转立轴通过固接在支承座上的十字支撑臂架放在机座上；十字支撑臂是由两根对称设置的摆动支撑臂和两根对称设置的传感支撑臂组成；所述摆动支撑臂通过刀口副架放在机座上，所述传感支撑臂通过传感元件与机座相连；机座上设置有带有传感器的升降臂；所述旋转立轴上连接有一角度测量元件。其不足之处是不适合用于汽车动力总成这样复杂的物体，缺乏与整车参照坐标系的关联，机械装置结构复杂，安装不方便，操作不方便。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种物体质心测量装置。它不仅误差容易控制，而且构造简单、操作快捷。

本发明的另一个目的是提供一种使用该装置的物体质心测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种物体质心测量装置，包括称重传感器、测量台面、三角基座、支撑脚及计算机组成。在三角基座的三个角下面有三个可调整高低的支撑脚，用于支撑测试台架与调水平；其三个角上面有三个称重传感器，三个称重传感器精确定位，位置点分别为A、B、C，呈正三角形分布；三个称重传感器上布置一块测量台面，此台面在测量时需要调节水平，台面上刻有标度尺，建立直角坐标。称重传感器与测量台面实现点接触以精确定位。在安装被测物体时，为了保护三个称重传感器不受到过大的冲击，在三角基座与测量台面之间布置三个保护支撑螺柱。此测量装置通过采用计算机监控三个力传感器所受到的力值，由程序自动进行对监控到的数据进行处理，自动得出质心坐标。所有的算法由计算机自动完成，快速、可靠，避免了出错的可能。

本发明的原理是，当被测物安放于测量台面上时，台面上A、B、C三个点会受到不同的力，通过力矩平衡计算，即可得到被测物体质心的二维坐标，要测量质心的三维坐标只要将被测物体旋转90度，再测量其质心二维坐标，由此可得质心的三维坐标。

1.质心二维坐标测量：要测量物体质心，必先确定一个坐标系(对于汽车动力总成，可利用其整车坐标系)。先做XY平面的质心坐标测量，在其数模上找到三个可以支撑起被测物的点，在数模上求取它们的坐标，利用这个坐标配置固定被测物的夹具高度及在台面上的摆放位置，支撑起被测物，使被测物的XY坐标与测量台面的XY坐标平行，根据三个支点的受力情况，即可用计算机计算出质心在XY平面的坐标。

三点测力法求质心，如图3所示：

由力矩平衡原理可得：

F_B*H＝G*Y_g 式1

F_c*H＝G*GL 式2(GL指图3中点G与点L之间的距离)

由式1和式2可得：

Y_{g} = \frac{F_{B} * H}{G}

式3

X_{g} = \frac{H - Y_{g}}{\sqrt{3}} - \frac{2 F_{c} * H}{\sqrt{3 *} G}

式4

其中：Xg、Yg为质心的X坐标和Y坐标，G被测物重量，Fa，Fb，Fc为A、B、C三个力传感器受到的力值，H为等边三角形ABC的高。

2.去皮算法：由于的夹具与测量台面也有一个重量，这会对质心测量有很大的影响，必须去掉这个影响。可利用去皮算法，如图4所示。

G＝Z-P

K＝(Yz-Yp)/(Xz-Xp)

Xg＝(Z*Yz-P*Yp-Yp*G)/K*G+Xp

Yg＝Yp+K*(Xg-Xp)

其中：

总体测量：重量：Z 质心坐标：(Xz，Yz)

测量台面与夹具测量：重量：P 质心坐标：(Xp，Yp)

被测物测量：重量：G 质心坐标：(Xg，Yg)

此时得到的只是质心在测量台面坐标系中的XY平面上的坐标，若要转换到被测动力总成在整车坐标系中的话，只需要进行简单的坐标加减平移换算。若要得到质心的三维坐标，则必须将被测物翻转，其使XZ平面与台面坐标系中的XY平面平行，再测量其质心坐标，由此可得出质心在XZ平面的坐标，至此己得出被测物质心的三维坐标。

一种使用所上述装置的物体质心测量方法，包括如下步骤：

1.选择能将被测物支撑起来的支点，确定各支点在参照坐标系(质心测试之前必须先确定被测物的参考坐标系，对于动力总成而言一般选择整车坐标系作为参考坐标系，可在被测物的数字模型中找出参考坐标系)中的坐标；根据此坐标配置夹具的高度与位置，支撑起被测物，使被测物坐标系中的XY平面与测量台面坐标系中的XY平面平行；

2.测出测量台面加被测物加夹具的总质量及测量台面坐标系中的质心坐标；

3.除去被测物，保持夹具位置不变，测出测量台面和夹具的质量及测量台面坐标系中的质心坐标；

4.利用去皮算法，得出被测物的质心在及测量台面坐标系中的XY平面内的坐标；

5.将质心坐标从测量台面坐标系转化到参照坐标系。

6.将被测物翻转，使被测物的YZ坐标与测量台面坐标系的XY坐标平行，按照上述2、3、4步骤，测量得出被测物的质心在YZ平面内的质心坐标。

本发明的有益效果是，由于仅采用三点测力法的原理设计物体质心测量装置，其装置构造简单，操作快捷，采用硬性夹具连接被测物，其误差容易控制，以计算机进行数据处理，能直接得出被测物的三维质心坐标。测量方法中很好地利用了发动机支架为支撑点，质心测量结果能为转动惯量测量做好基础。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的立体构造示意图。

图2为本发明测试台面的主视图。

图3为质心线求取示意图。

图4为去皮算法示意图。

图中：1.可调高基脚、2.三角基架、3.称重传感器、4.保护支撑、5.测量台面。

具体实施方式

实施例如图1、2所示，一种物体质心测量装置，包括三个称重传感器3、测量台面5、三角基座2、可调高支撑脚1、计算机组成。三个称重传感器电连接计算机。在三角基座2的三个角下面分别安装有三个可调高支撑脚1，其三个角上面安装三个称重传感器3，三个称重传感器精确定位，位置点分别为A、B、C，呈正三角形分布；三个称重传感器上布置一块测量台面，此台面在测量时需要调节水平，台面上刻有标度尺，建立直角坐标。称重传感器与水平台面实现点接触以精确定位。在安装被测物体时，为了保护三个力传感器不受到过大的冲击，在三角基座与测量台面之间布置三个保护支撑螺柱。

测量实施例一种汽车动力总成质心测量方法，包括如下步骤：

1.选择能将被测动力总成支撑起来的支点，确定各支点在参照坐标系(整车坐标系)中的坐标。为了测量质心，必先确定被测物体的坐标系，可利用整车坐标系，先在被测动力总成上找出适合于支撑动力总成的支点，然后标出各点在整车坐标系中的坐标，根据此坐标配置夹具的高度与位置，支撑起被测动力总成，使动力总成坐标系中的XY平面与测量台面坐标系中的XY平面平行。

2.测出测量台面加被测物加夹具的质量与质心坐标。记下三个点力传感器测量得出的力值，利用三点测力法求出质心坐标与重量。

3.测量台面加夹具的质心坐标：吊走被测物，保持夹具位置不变，测量台面和夹具的质量与质心坐标。

4.求被测物质心坐标：利用去皮算法，得出被测物的质心在XY平面内的坐标。

5.将被测动力总成翻转，使被测动力总成的YZ坐标与测量台面坐标系的XY坐标平行，按照上述2、3、4步骤，测量得出被测动力总成质心在YZ平面内的质心坐标。

6.坐标换算：由于此时测量得到的还只是质心在测量台面坐标系中的坐标，必须将此坐标从台面坐标系转换到整车坐标系，由于这两个坐标系是平行的，所以只需要将此坐标进行简单的加减法运算即可得出质心三维坐标在整车坐标系中的坐标。

Claims

1、一种物体质心测量装置，包括称重传感器、测量台面、三角基座、支撑脚及计算机。其特征在于：在三角基座的三个角下面有三个可调整高低的支撑脚，其三个角上面有三个称重传感器；三个称重传感器位置点分别为A、B、C，呈正三角形分布；在三个称重传感器上布置一块测量台面，台面上刻有直角坐标标度尺。

2、根据权利要求1所述的物体质心测量装置，其特征在于：所述的称重传感器与测量台面实现精确定位的点接触。

3、根据权利要求1或2所述的物体质心测量装置，其特征在于：在三角基座与测量台面之间布置保护称重传感器的支撑螺柱。

4、根据权利要求3所述的物体质心测量装置，其特征在于：所述的支撑螺柱有三个。

5、根据权利要求1所述的物体质心测量装置的物体质心测量方法，包括如下步骤：

(1).选择能将被测物支撑起来的支点，确定各支点在参照坐标系中的坐标；根据此坐标配置夹具的高度与位置，支撑起被测物，使被测物坐标系中的XY平面与测量台面坐标系中的XY平面平行；

(2).测出测量台面加被测物加夹具的总质量及测量台面坐标系中的质心坐标；

(3).除去被测物，保持夹具位置不变，测出测量台面和夹具的质量及测量台面坐标系中的质心坐标；

(4).利用去皮算法，得出被测物的质心在及测量台面坐标系中的XY平面内的坐标。

(5).将质心坐标从测量台面坐标系转化到参照坐标系。

6、根据权利要求5所述的物体质心测量方法，其特征在于，还有如下步骤：将被测物翻转，使被测物的YZ坐标与测量台面坐标系的XY坐标平行，按照上述(2)、(3)、(4)步骤，测量得出被测物的质心在YZ平面内的质心坐标。