CN102607769A - 盘形零件质心测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘形零件质心测量装置及其测量方法，测量装置包括测量平台、机械定位装置及质心测量装置，测量平台上设有定位孔，被测零件及质心测量装置中的一部分安装在测量平台上，机械定位装置用于确定被测零件在测量平台上的位置，质心测量装置用于控制机械定位装置的运动以及完成质心测量及显示测量结果；测量方法包括将盘形被测零件放置于测量平台上，计算机控制机械定位装置控制单元驱动机械定位装置向上运动，使被测零件被顶起，驱动机械定位装置向下运动，使被测零件产生的压力由测力传感器支撑。本发明采用静态测量的方式，其测量过程更稳定可靠，测量结果准确度高，实现成本低。

Description

盘形零件质心测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及测控技术领域，具体是一种盘形零件质心测量装置及其测量方法。

背景技术

在工程实践中，为了保证机械零件的加工质量以及在使用过程中满足规定的要求，有时需要测量零件的质心位置。例如对于各种车轮、齿轮等盘形机械零件，为了保证其在旋转过程中可靠地工作，并避免其在工作过程中产生有害的振动，要求它们的质心应尽可能地位于旋转轴线上。

测量机械零件的中心可采用诸如质量定心机等测量装置来完成。质量定心机是一种专门用来测量机械零件质量、质心位置的机器，其成本高、测量过程复杂、测量时间长。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种盘形零件质心测量装置及其测量方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种盘形零件质心测量装置，包括测量平台、机械定位装置及质心测量装置，其中，测量平台上设有定位孔，被测零件及质心测量装置中的一部分安装在测量平台上，所述机械定位装置用于确定被测零件在测量平台上的位置，所述质心测量装置用于控制机械定位装置的运动以及完成质心测量及显示测量结果。

所述质心测量装置包括：第一测力传感器、第二测力传感器、第三测力传感器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、A/D转换器、计算机、显示器、键盘及机械定位装置控制单元，其中，第一测力传感器、第二测力传感器和第三测力传感器安装在测量平台上，第一测力传感器、第二测力传感器及第三测力传感器分别通过电路与第一信号调理电路、第二信号调理电路及第三信号调理电路相连接，第一信号调理电路、第二信号调理电路及第三信号调理电路分别与A/D转换器相连接，A/D转换器与计算机相连接，显示器、键盘及机械定位装置控制单元均连接在计算机上。

所述质心测量装置还包括打印机，所述打印机连接在计算机上。

所述三个测力传感器可采用电容式、电感式、压电式、压阻式或电阻应变式测力传感器；所述三个信号调理电路采用与三个测力传感器相匹配的通用模拟电路；所述A/D转换器采用高分辨率的AD集成芯片，分辨率一般应不低于12位；所述计算机采用嵌入式微处理器或工业控制计算机；所述机械定位装置控制单元为气动、液压或者电动单元。

所述定位孔的中心与被测零件的中心孔的中心重合，所述定位孔及被测零件的中心孔允许机械定位装置的顶部穿过。

所述机械定位装置顶部为锥形头。

所述三个测力传感器在测力平台上直角坐标系xOy中位置用每一个测力传感器到定位孔中心O的极径以及极径相对于x轴的夹角来表示，其中，三个测力传感器到定位孔中心O的极径分别为r₁、r₂、r₃，极径与x轴的夹角分别为α₁、α₂、α₃；所述被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{r_1\cos {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\cos {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\cos {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\\ y_C=\frac{r_1\sin {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\sin {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\sin {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\end{array}\right.,$

其中，N₁、N₂、N₃分别为三个测力传感器测得的盘形零件所产生的压力。

优选地，所述三个测力传感器在测力平台上直角坐标系xOy中的位置为α₁＝0°，α₂＝120°，α₃＝240°，r₁＝r₂＝r₃＝r；所述被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{2N_1-N_2-N_3}{2(N_1+N_2+N_3)}r\\ y_C=\frac{\sqrt{3}(N_2-N_3)}{2(N_1+N_2+N_3)}r\end{array}\right..$

所述盘形零件质心测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将盘形被测零件放置于测量平台上，使被测零件的中心孔和测量平台的定位孔对齐；

步骤2，通过计算机控制机械定位装置控制单元，驱动机械定位装置向上直线运动，机械定位装置顶部通过定位孔及被测零件的中心孔将被测零件顶起；

步骤3，机械定位装置控制单元驱动机械定位装置向下直线运动，机械定位装置顶部脱离被测零件的中心孔，被测零件产生的压力全部由三个测力传感器的测头支撑；

步骤4，三个测力传感器将测到的压力模拟信号分别传送给对应的三个信号调理电路，信号调理电路将收到的模拟信号经过处理后传送到A/D转换器转换为数字信号，并将该数字信号传送到计算机作进一步处理，通过计算机上的显示器、键盘或打印机，将最终的测试结果显示出来。

本发明的盘形零件质心测量装置及其测量方法采用静态测量的方式，相比于质量定心机的动态测量方式，测量过程更稳定、可靠，测量结果的准确度更高，实现成本较低。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明传感器结构示意图；

图3为本发明被测零件定位方式示意图；

图4为本发明质心位置坐标示意图；

图中，1为测量平台、2为机械定位装置、3为第一测力传感器，4为第二测力传感器，5为第三测力传感器，6为第一信号调理电路，7为第二信号调理电路，8为第三信号调理电路，9为A/D转换器，10为计算机，11为显示器，12为键盘，13为打印机，14为机械定位装置控制单元，15为定位孔，16为被测零件，17为锥形头。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括测量平台1、机械定位装置2及质心测量装置，其中，测量平台1上设有定位孔15，被测零件16及质心测量装置中的一部分安装在测量平台1上，机械定位装置2用于确定被测零件16在测量平台1上的位置，质心测量装置用于控制机械定位装置2的运动以及完成质心测量及显示测量结果。该质心测量装置包括第一测力传感器3、第二测力传感器4、第三测力传感器5、第一信号调理电路6、第二信号调理电路7、第三信号调理电路8、A/D转换器9、计算机10、显示器11、键盘12及机械定位装置控制单元14，其中，第一测力传感器3、第二测力传感器4和第三测力传感器5安装在测量平台1上，第一测力传感器3、第二测力传感器4及第三测力传感器5分别通过电路与第一信号调理电路6、第二信号调理电路7及第三信号调理电路8相连接，第一信号调理电路6、第二信号调理电路7及第三信号调理电路8分别与A/D转换器9相连接，A/D转换器9与计算机10相连接，显示器11、键盘12及机械定位装置控制单元14均连接在计算机10上。该质心测量装置还可以包括打印机13，该打印机13也连接在计算机10上。

测量平台1为一个平面，其上设有定位孔15，该定位孔15的中心与被测零件16的中心孔的中心重合，定位孔15及被测零件16的中心孔可以允许机械定位装置2的顶部的锥形头17穿过。

如图2所示，测量平台1上安装有三个测力传感器，其位置应该保证被测零件16通过机械定位装置2放置于测量平台1上时，测力传感器能够敏感被测零件由于自身质量而产生的压力。定位孔的中心为O，OR为基准线，被测零件16放置于测量平台1时应保证零件上的基准线与OR重合，其中，第一测力传感器3、点O、点R不必在一条直线上。

三个测力传感器可以采用电容式、电感式、压电式、压阻式或电阻应变式测力传感器；三个信号调理电路采用与三个测力传感器相匹配的通用模拟电路；A/D转换器9采用高分辨率的AD集成芯片，分辨率一般应不低于12位；计算机10采用嵌入式微处理器或工业控制计算机。

如图3所示，机械定位装置2顶部为锥形头17。机械定位装置2通过机械定位装置控制单元14进行驱动，该机械定位装置控制单元14可以为气动、液压或者电动单元。

本实施例提供的盘形零件质心测量装置的测量方法包括以下步骤：

步骤1，将盘形机械零件放置于测量平台上，使零件的中心孔和测量平台的定位孔大致对齐；

步骤2，通过计算机控制机械定位装置控制单元，驱动机械定位装置向上直线运动，机械定位装置顶部的锥形头通过定位孔及被测零件的中心孔将被测零件顶起；

步骤3，机械定位装置控制单元驱动机械定位装置向下直线运动，锥形头脱离被测零件的中心孔，被测零件产生的压力全部由三个测力传感器的测头支撑；

步骤4，三个测力传感器将测到的压力模拟信号分别传送给对应的三个信号调理电路，三个信号调理电路将收到的模拟信号经过处理后传送到A/D转换器转换为数字信号，并将该数字信号传送到计算机作进一步处理，通过计算机上的显示器、键盘或打印机，将最终的测试结果显示出来。

需要说明的是，机械定位装置的作用就是保证被测零件放置于测量平台时被测零件中心孔的中心与测量平台定位孔的中心O重合，或者说，保证被测零件放置于测量平台时零件中心孔在测量水平面上位置是固定的。

如图4所示，以测量平台定位孔中心O为原点，OR为x轴建立直角坐标系xOy。三个测力传感器在测力平台上直角坐标系xOy中位置可以用传感器到定位孔中心O的极径以及极径相对于x轴的夹角来表示，三个测力传感器到定位孔中心O的极径分别为r₁、r₂、r₃，极径与x轴的夹角分别为α₁、α₂、α₃。假设盘形零件放置于测量平面上，通过三个测力传感器测得的盘形零件所产生的压力分别为N₁、N₂、N₃，则被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{r_1\cos {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\cos {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\cos {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\\ y_C=\frac{r_1\sin {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\sin {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\sin {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\end{array}\right.---\left(1\right).$

尽管三个测力传感器在测量平台上的位置是任意的，但在实施本专利时可采用特殊的位置。如可取α₁＝0°，α₂＝120°，α₃＝240°，r₁＝r₂＝r₃＝r。此时被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{2N_1-N_2-N_3}{2(N_1+N_2+N_3)}r\\ y_C=\frac{\sqrt{3}(N_2-N_3)}{2(N_1+N_2+N_3)}r\end{array}\right.---\left(2\right).$

本发明的盘形零件质心测量装置及其测量方法采用静态测量的方式，相比于质量定心机的动态测量方式，测量过程更稳定、可靠，测量结果的准确度更高，实现成本较低。

Claims (9)

1.一种盘形零件质心测量装置，其特征在于，包括测量平台、机械定位装置及质心测量装置，其中，测量平台上设有定位孔，被测零件及质心测量装置中的一部分安装在测量平台上，所述机械定位装置用于确定被测零件在测量平台上的位置，所述质心测量装置用于控制机械定位装置的运动以及完成质心测量及显示测量结果。

2.根据权利要求1所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述定位孔的中心与被测零件的中心孔的中心重合，所述定位孔及被测零件的中心孔允许机械定位装置的顶部穿过。

3.根据权利要求1所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述机械定位装置顶部为锥形头。

4.根据权利要求1所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述质心测量装置包括：第一测力传感器、第二测力传感器、第三测力传感器、第一信号调理电路、第二信号调理电路、第三信号调理电路、A/D转换器、计算机、显示器、键盘及机械定位装置控制单元，其中，第一测力传感器、第二测力传感器和第三测力传感器安装在测量平台上，第一测力传感器、第二测力传感器及第三测力传感器分别通过电路与第一信号调理电路、第二信号调理电路及第三信号调理电路相连接，第一信号调理电路、第二信号调理电路及第三信号调理电路分别与A/D转换器相连接，A/D转换器与计算机相连接，显示器、键盘及机械定位装置控制单元均连接在计算机上。

5.根据权利要求4所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述质心测量装置还包括打印机，所述打印机连接在计算机上。

6.根据权利要求4所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述三个测力传感器采用电容式、电感式、压电式、压阻式或电阻应变式测力传感器；所述三个信号调理电路采用与三个测力传感器相匹配的通用模拟电路；所述A/D转换器采用高分辨率的AD集成芯片，分辨率一般应不低于12位；所述计算机采用嵌入式微处理器或工业控制计算机；所述机械定位装置控制单元为气动、液压或者电动单元。

7.根据权利要求1所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述三个测力传感器在测力平台上直角坐标系xOy中位置用每一个测力传感器到定位孔中心O的极径以及极径相对于x轴的夹角来表示，其中，三个测力传感器到定位孔中心O的极径分别为r₁、r₂、r₃，极径与x轴的夹角分别为α₁、α₂、α₃；所述被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{r_1\cos {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\cos {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\cos {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\\ y_C=\frac{r_1\sin {\mathrm{\α}}_1\×N_1+r_2\sin {\mathrm{\α}}_2\×N_2+r_3\sin {\mathrm{\α}}_3\×N_3}{N_1+N_2+N_3}\end{array}\right.,$

其中，N1、N2、N3分别为三个测力传感器测得的盘形零件所产生的压力。

8.根据权利要求7所述的盘形零件质心测量装置，其特征在于，所述三个测力传感器在测力平台上直角坐标系xOy中的位置为α₁＝0°，α₂＝120°，α₃＝240°，r₁＝r₂＝r₃＝r；所述被测零件在测力平台直角坐标系xOy中质心位置坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_C=\frac{2N_1-N_2-N_3}{2(N_1+N_2+N_3)}r\\ y_C=\frac{\sqrt{3}(N_2-N_3)}{2(N_1+N_2+N_3)}r\end{array}\right..$

9.一种利用如权利要求1所述的盘形零件质心测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将盘形被测零件放置于测量平台上，使被测零件的中心孔和测量平台的定位孔对齐；

步骤2，通过计算机控制机械定位装置控制单元，驱动机械定位装置向上直线运动，机械定位装置顶部通过定位孔及被测零件的中心孔将被测零件顶起；

步骤3，机械定位装置控制单元驱动机械定位装置向下直线运动，机械定位装置顶部脱离被测零件的中心孔，被测零件产生的压力全部由三个测力传感器的测头支撑；

步骤4，三个测力传感器将测到的压力模拟信号分别传送给对应的三个信号调理电路，信号调理电路将收到的模拟信号经处理后传送到A/D转换器转换为数字信号，并将该数字信号传送到计算机作进一步处理，通过计算机上的显示器、键盘或打印机，将最终的测试结果显示出来。

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