CN104075845B - 非规则外形导弹质量质心测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测控技术领域，具体公开了一种非规则外形导弹质量质心测量装置。测量装置采用倾斜平台式测量方法，调整承重平台下方的电动推杆，使平台位于水平和倾斜两种状态，通过称重传感器测量这两种状态下各支点的压力，通过受力平衡原理和力矩平衡原理可求出被测弹体的质量和质心位置。测量装置包括升降支撑单元、传感器单元、夹具单元及关节测量臂单元，其中，夹具单元可根据被测弹体各类截面形状的装夹要求更换对应的夹具和卡环，关节测量臂单元用于对被测弹体装夹后的位置姿态测量和系统坐标系的标定。相较于现有的测量设备，本发明的承载能力强、可靠性高，可应对非圆异形截面、大翼展跨度等非规则外形导弹的质量质心测量要求。
Description
技术领域
本发明属于测控技术领域，具体涉及一种非规则外形导弹质量质心测量装置。
背景技术
导弹作为现代军事一项重要尖端武器，其质量和质心位置是两项重要的设计参数，影响导弹的制导和飞行姿态控制。由于导弹内部结构复杂，质量分布不均，理论计算很难准确地确定其质量及质心位置，不能满足导弹制导和飞行控制的要求，因此必须对导弹进行实际质量和质心位置测量。
现有的导弹质量质心测量设备多采用多点支撑旋转法，如图1所示，测量样件48通过U型夹具50安装定位在升降平台51上，升降平台51下方安装有升降机构53与基础平台55固连；测量设备工作时，测量样件48与整个升降平台51一起在升降机构53作用下共同下降，接触头52将正压力传递至压力传感器54上，记录一次传感器读数后，转子49驱动测量样件48旋转一定的角度，再次记录一次传感器的读数，根据力矩平衡原理，由测量样件48旋转前后压力传感器54的读数构建力平衡与力矩平衡方程即可求得测量样件48的质量及其在系统坐标系下的质心位置，再通过坐标变换即可求得其在自身坐标系下的质心坐标。由于在测量过程中需要对弹体旋转，受限于外形结构、空间尺寸及结构强度等因素，此类设备只能应对小尺寸圆截面弹体，无法满足具备非圆异形截面、大翼展跨度等非规则外形导弹的质量质心测量要求，因此，一套能够应对具备各类截面形状和大翼展结构的导弹的质量质心测量装置亟待研发。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非规则外形导弹质量质心测量装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种非规则外形导弹质量质心测量装置，包括：升降支撑单元、传感器单元、夹具单元、关节测量臂单元；其中，所述的升降支撑单元用于对系统进行升降和支撑，所述的传感器单元用于对系统的测量参数进行测量，所述的夹具单元用于对测量弹体的装夹和固定，所述的关节测量臂单元用于对被测弹体装夹后的位置姿态测量和系统坐标系的标定。
在上述非规则外形导弹质量质心测量装置中，所述的升降支撑单元主要包括：承重平台、法兰座式电动推杆、铰接座式电动推杆、固定支撑座；其中，系统处于非工作状态时，承重平台放置于固定支撑座上，电动推杆处于卸载状态；系统处于工作状态时，电动推杆将平台升起或倾斜，以配合系统完成水平位置和倾斜位置的测量要求。
在上述非规则外形导弹质量质心测量装置中，所述的传感器单元主要包括：称重传感器、光栅尺、磁栅尺；其中，称重传感器安装在各支点下方的推杆头部，用于采集系统水平位置和倾斜位置的压力信号；光栅尺安装在各个电动推杆的侧方，用于反馈各个推杆的推送距离；磁栅尺安装在测量臂基座上，用于反馈关节测量臂的运动位置。
在上述非规则外形导弹质量质心测量装置中，所述的夹具单元主要包括：夹具、夹具安装板、夹具平台、卡环、夹具驱动电机、制动器；其中，夹具通过夹具安装板安装在夹具平台上，通过夹具驱动电机驱动夹具的开合和纵向装夹位置的调整，夹具与夹具安装板之间为可拆卸式螺钉连接，根据弹体各类装夹截面形状的装夹要求更换适合的夹具；卡环根据不同的装夹截面直径和形状设计，用于对弹体的紧定和安全保护；制动器安装于夹具驱动电机之后，用于对夹具开口位置的固定。
在上述非规则外形导弹质量质心测量装置中，所述的关节测量臂单元主要包括：关节测量臂、测量臂安装座、测量臂基座；其中，关节测量臂通过磁力吸盘安装在测量臂安装座上，测量臂安装座可在测量臂基座上自由滑动；需要对弹体标志点测量和坐标系标定时，手动推动测量臂至相应位置即可，其移动的位置坐标由其底部的磁栅尺反馈。
所述的非规则外形导弹质量质心测量装置的测量原理为：调整各电动推杆使被测弹体及承重平台位于水平位置，测量承重平台各个支点的受力，通过受力平衡和力矩平衡原理计算出弹体质量和弹体水平两个方向上质心坐标位置，再将承重平台一侧的电动推杆伸长一定的长度，使被测弹体及承重平台绕另一侧推杆的头部铰点旋转一定的角度，测量此时各个支点的受力，通过力矩平衡原理计算出弹体高度方向上的质心坐标位置，再通过坐标变换即可求得被测弹体在自身坐标系下的质心坐标位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述的测量装置以对平台的倾斜代替弹体本身的旋转，避免了由弹体自身外形结构和翼展造成的无法大角度旋转的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述的测量装置中的夹具与夹具平台之间设计为可拆分的螺钉连接方式，可根据不同的弹体装夹截面形状要求更换不同类型的夹具，以实现各类截面形状导弹的装夹。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述的测量装置采用关节测量臂测定弹体自身坐标系相对于系统坐标系的位置，测量方便快捷且弹体装夹时无须对中。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述的测量装置承载能力强、可靠性高，可应对更大质量范围导弹的测量需求。
本领域内技术人员的简单更改和替换都在本发明的保护范围之内。
附图说明
图1为现有导弹质量质心测量设备的结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为夹具单元的结构示意图；
图5为对称反螺旋滚珠丝杠示意图；
图6为夹具更换过程的示意图；
图7为导弹坐标系位姿测量过程的示意图；
图8为关节测量臂安装结构示意图。
图中：1.关节测量臂，2.测量臂安装座，3.磁栅尺，4.测量臂基座，5.夹具平台，6.卡环，7.被测弹体，8.夹具体，9.制动器，10.夹具横向驱动电机，11.承重平台，12.称重传感器，13.法兰座式电动推杆，14.光栅尺，15.固定支撑座，16.铰接座式电动推杆，17.隔振沟，18.基座导轨，19.夹具纵向导轨，20.夹具纵向驱动电机，21.纵向电机减速器，22.纵向联轴器，23.梯形丝杠，24.V形圆截面夹具，25.横向电机减速器，26.横向联轴器，27.滚珠丝杠，28.滚珠丝杠螺母，29.夹具横向导轨，30.夹具横向滑块，31.轴承座，32.梯形丝杠螺母，33.夹具纵向滑块，34.圆截面夹具缓冲垫，35.卡环缓冲垫，36.卡环安装螺钉，37.夹具安装板，38.滑块安装螺钉，39.夹具安装螺钉，40.异形截面夹具，41.异形截面夹具缓冲垫，42.弹体前端标志点，43.弹体尾端标志点，44.螺旋接头，45.磁力吸盘，46.磁栅尺读数头，47.测量臂座滑块，48.测量样件，49.转子，50.U型夹具，51.升降平台，52.接触头，53.升降机构，54.压力传感器，55.基础平台
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图2、图3为本发明的主视结构示意图和俯视结构示意图包括以承重平台11、法兰座式电动推杆13、铰接座式电动推杆16、固定支撑座15组成的升降支撑单元，以磁栅尺3、称重传感器12、光栅尺14组成的传感器单元，以夹具体8、卡环6、夹具平台5、夹具横向驱动电机10、夹具纵向驱动电机20组成的夹具单元，以关节测量臂1、测量臂安装座2、测量臂基座4组成的测量臂系统。所述的承重平台11为对称式结构，下方共有8个对称布置的支点；其中，外围的4个对称支点中的倾斜升起侧支点下方安装了1对铰接座式电动推杆16，倾斜旋绕侧支点下方安装了1对法兰座式电动推杆13；内围的4个对称支点下方设置了4个固定支撑座15；为了便于测量过程中人员的操作，在设备安装地面下方挖设一定深度的坑槽，使推杆和支撑座安装于地平面下方，以降低设备主体露出地面的高度。所述的称重传感器12安装在各支点下方的推杆头部，用于测量承重平台11水平状态下和倾斜状态下外围各个支点的压力；所述的光栅尺14安装在各个电动推杆的侧方，用于反馈各个推杆的推送距离；所述的磁栅尺3安装在测量臂基座上，用于反馈关节测量臂的运动位置。所述的承重平台11上表面对称铺设两条夹具纵向导轨19，安装了两组夹具单元，所述的两组夹具单元在纵向方向上装夹位置的调整通过两组夹具纵向驱动电机20输出动力，经由纵向电机减速器21、纵向联轴器22驱动梯形丝杠23实现。
参阅图3、图4，每组夹具单元中安装有一对夹具体8和一套卡环6。所述的卡环6通过卡环安装螺钉36安装在夹具体8上，其外形根据被测弹体7的装夹截面形状配套设计，与弹体的接触面一侧胶接有卡环缓冲垫35。所述的夹具体8通过夹具横向导轨29安装在夹具平台6上，夹具横向方向上开口大小的调整通过夹具横向驱动电机10输出动力，经由横向电机减速器25、横向联轴器26驱动滚珠丝杠27实现。滚珠丝杠27通过横向联轴器26与制动器9相连，所述的制动器9在装夹定位完成后将滚珠丝杠27抱死，以确保其在被测弹体7的重力的分力作用下不发生转动。
参阅图5，滚珠丝杠27采用对称反螺旋式结构，整条丝杠对称分为两段相反旋向的螺纹，每段螺纹上均安置1个滚珠丝杠螺母28，当滚珠丝杠27旋转时，由于螺纹的旋向相反，两个滚珠丝杠螺母28朝相反的方向做直线运动，以此实现一对夹具体8的开合。
参阅图6，测量装置对不同截面形状导弹的装夹是通过不同类型的夹具体8来实现的。所述的夹具体8设计为可拆卸更换式结构，V形圆截面夹具24通过夹具安装螺钉39固定在夹具安装板37上，夹具安装板37下方安装了4个横向滑块，更换时将夹具安装螺钉39卸下，将V形圆截面夹具替换为异形截面夹具40，拧入夹具安装螺钉39即完成夹具的更换。所述的V形圆截面夹具24和异形截面夹具40与被测弹体7的接触面上均安装有缓冲垫以防止被测弹体7的装夹接触面的变形。
参阅图7，在质心坐标测量的过程中，需要确定被测弹体7装夹固定后其自身坐标系在系统坐标系下的位置和姿态，方能通过坐标系变换求得弹体质心在其自身坐标系下的坐标位置。为了实现这一目标，在被测弹体7的前端和尾端分别设置3个弹体前端标志点42和弹体尾端标志点43，所述的弹体前端标志点42和弹体尾端标志点43在弹体自身坐标系下的坐标位置已知，通过关节测量臂1测量这6个标志点。
参阅图8，关节测量臂1通过螺旋接头44与磁力吸盘45连接。所述的磁力吸盘45吸附在测量臂安装座2上；所述的测量臂安装座2通过测量臂座滑块47安装在测量臂基座4上，可沿基座导轨18自由滑动；所述的测量臂安装座2下方还安装有磁栅尺读数头46，可读取测量臂基座4上方的磁栅尺3的读数，以反馈关节测量臂1的运动位置；所述的测量臂基座在系统坐标系下的位置标定已知。进行弹体自身坐标系位置姿态测量时，将测量臂安装座2分别移动至弹体前端标志点42和弹体尾端标志点43附近，固定测量臂安装座，拖动测量臂测量各个标志点，记录标志点的测量参数和磁栅尺的反馈位置参数。
本发明的具体操作方法如下：
系统空载时水平位置的测量：测量开始之前，设定夹具单元中的夹具体8的类型、夹具的开口大小及纵向装夹位置与待测导弹的要求一致，并安装上配套卡环6；测量开始，法兰座式电动推杆13与铰接座式电动推杆16共同向上推送一小段距离，将承重平台11升起，通过光栅尺14的反馈微调各个推杆的推送距离，将承重平台11调平，读取此时的4个称重传感器12的测量数据。
系统空载时倾斜位置的测量：完成空载时水平位置的测量后，铰接座式电动推杆16向上推送，使承重平台11绕法兰座式电动推杆13上端的铰接点旋转一定的角度；各支点间的间距固定已知，通过光栅尺14的对铰接座式电动推杆16推送距离的反馈，控制平台旋转角度至定值，完成倾斜后，读取此时4个称重传感器12的测量数据。
弹体的装夹固定：完成系统空载时的测量后，各推杆共同作用，将平台卸放至4个固定支撑座15上；卸下卡环6，将被测弹体7调整姿态吊装至平台各装夹位置，稳定安放后，重新安装卡环6。
弹体的位置姿态测量：装夹完成后，采用关节测量臂1测量导弹前后6个标志点在系统坐标系下的绝对坐标位置。
系统加载时水平位置的测量：位姿测量完成后，法兰座式电动推杆13与铰接座式电动推杆16共同向上推送一小段距离，将承重平台11和被测弹体7升起，通过光栅尺14的反馈微调各个推杆的推送距离，将承重平台11调平，读取此时的4个称重传感器12的测量数据。
系统加载时倾斜位置的测量：完成加载时水平位置的测量后，铰接座式电动推杆16向上推送，使承重平台11和被测弹体7绕法兰座式电动推杆13上端的铰接点旋转一定的角度；各支点间的间距固定已知，通过光栅尺14对铰接座式电动推杆16推送距离的反馈，控制平台旋转角度至定值，完成倾斜后，读取此时4个称重传感器12的测量数据。
空载时水平位置和倾斜位置的测量与加载时水平位置和倾斜位置的测量的平台升起高度和倾斜角度均一致，通过空载时与加载时水平位置和倾斜位置称重传感器12测量的4组数据以及弹体位置姿态的测量数据，导入系统软件即可得到被测弹体8的质量和质心位置。
Claims (3)
1.一种非规则外形导弹质量质心测量装置，包括：以承重平台(11)、法兰座式电动推杆(13)、铰接座式电动推杆(16)、固定支撑座(15)为主要部件的升降支撑单元，以称重传感器(12)、光栅尺(14)、磁栅尺(3)为主要部件的传感器单元(3)，以夹具体(8)、夹具平台(5)、卡环(6)、制动器(9)、夹具横向驱动电机(10)、夹具纵向驱动电机(20)、梯形丝杠(23)、滚珠丝杠(27)为主要部件的夹具单元，以关节测量臂(1)、测量臂安装座(2)、测量臂基座(4)为主要部件的关节测量臂单元；其中，
所述的升降支撑单元用于对系统进行升降和支撑，所述的承重平台(11)为对称式结构，下方共有8个对称布置的支点；其中，外围的4个对称支点中的倾斜升起侧支点下方安装了1对铰接座式电动推杆(16)，倾斜旋绕侧支点下方安装了1对法兰座式电动推杆(13)；内围的4个对称支点下方设置了4个固定支撑座(15)；
法兰座式电动推杆(13)与铰接座式电动推杆(16)用于共同向上推送一小段距离，将承重平台(11)升起，通过光栅尺(14)的反馈微调各个推杆的推送距离，将承重平台(11)调平；法兰座式电动推杆(13)与铰接座式电动推杆(16)还用于共同作用，将平台卸放至4个固定支撑座(15)上；
铰接座式电动推杆(16)用于向上推送，使承重平台(11)绕法兰座式电动推杆(13)上端的铰接点旋转一定的角度，通过光栅尺(14)对铰接座式电动推杆(16)推送距离的反馈，控制平台旋转角度至定值；
所述的传感器单元用于对系统的测量参数进行测量，所述的称重传感器(12)安装在各支点下方的推杆头部，用于测量承重平台(11)水平状态下和倾斜状态下外围各个支点的压力；所述的光栅尺(14)安装在各个电动推杆的侧方，用于反馈各个推杆的推送距离；所述的磁栅尺(3)安装在测量臂基座上，用于反馈关节测量臂(1)的运动位置；
所述的夹具单元用于对被测弹体(7)的装夹和固定；
所述的关节测量臂单元用于对被测弹体(7)装夹后的位置姿态测量和系统坐标系的标定；
所述的关节测量臂(1)与测量臂安装座(2)固连，可在测量臂基座(4)上纵向自由滑动，所述的测量臂基座(4)与测量臂安装座(2)之间安装了磁栅尺(3)，在被测弹体(7)位置姿态测量过程中，反馈关节测量臂(1)的位置；
所述的被测弹体(7)的前端和尾端分别设置了3个测量标志点。
2.根据权利要求1所述的非规则外形导弹质量质心测量装置，其特征在于：所述的夹具体(8)安装在夹具平台(5)上，通过夹具横向驱动电机(10)驱动滚珠丝杠(27)调整开口大小，所述的夹具平台(5)通过夹具纵向驱动电机(20)驱动梯形丝杠(23)调整纵向装夹位置。
3.根据权利要求2所述的非规则外形导弹质量质心测量装置，其特征在于：所述的滚珠丝杠(27)为对称反螺旋式结构，以实现夹具体(8)的对称开合，滚珠丝杠(27)一端连接制动器(9)，以实现弹体装夹后滚珠丝杠的可靠制动。
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