CN104458124B - 一种质心测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量方法，特别是涉及一种质心测量方法。本质心测量方法运用自由悬挂状态下物体悬线过重心的基本原理，通过对不同自由悬挂状态下的悬线、被测物体几何空间外形的测量和计算机建模，拟合被测物体外形模型，解算重心铅垂线交点，找到物体重心位置。本发明解决了飞机部件、导弹等大型非均匀不规则三维物体的质心高精度测量问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量方法，特别是涉及一种质心测量方法。
背景技术
飞机部件、导弹等大型非均匀不规则物体，需要进行质心的高精度测量。
通常的质心测量方法是使用质心测量台，采用支撑力矩平衡的方法计算物体质心位置。但是，该方法在测量竖直方向质心时，需要将被测物体翻转90度，因此对于一些体积限制或有特殊要求无法翻转的物体，竖直方向质心难以测量。
悬挂法是测量非均匀不规则物体质心的一种方法，通常适用于平面薄板物体，三维物体采用该方法测量难以表述其空间关系。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种大型非均匀不规则三维物体的质心测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种质心测量方法，该方法步骤如下：
1）、用悬线悬挂被测物体，保持一种自由悬挂状态，悬线节点选取B1，该自由悬挂状态为第一状态；
2）、采用三维外形测量设备测量物体三维外形和悬线，被测物体a、b、c、d、a’、b’、c’、d’空间坐标点和悬线A1、B1空间坐标点，并进行计算机几何建模构造被测物体几何模型和重心铅垂线A1B1；
3）、取不同的悬线节点悬挂，改变被测物体悬挂状态，悬线节点为B2，该悬挂状态为第二状态；
4）、重复步骤2），计算机构造新的被测物体几何模型和重心铅垂线A2B2；
5）、多次重复步骤3）、4），得到多个不同悬挂状态下计算机构造的被测物体几何模型和重心铅垂线；
6）、对多次不同悬挂状态下所测量构造的被测物体几何模型进行外形拟合，被测物体a、b、c、d、a’、b’、c’、d’各点拟合；
7）、对多次测量构造的重心铅垂线相交拟合，交点即为被测物体质心点。
步骤2）中所述的三维外形测量设备为三坐标测量仪、激光跟踪仪。
重心铅垂线的空间相交拟合采用的计算方法为面积法，找到面积S最小的重心铅垂线截面圆的圆心，即为物体质心。
根据误差分析，几何解算中，质心误差范围为以CE为半径的圆球，CD为悬线点测量误差，CE=（1+2 BC/AB）CD；
调节悬线AB长度大于B点到重心C长度，可控制质心误差在3倍悬线点测量误差之内。
本质心测量方法运用自由悬挂状态下物体悬线过重心的基本原理，通过对不同自由悬挂状态下的悬线、被测物体几何空间外形的测量和计算机建模，拟合被测物体外形模型，解算重心铅垂线交点，找到物体重心位置。
本发明的有益效果：
本发明解决了飞机部件、导弹等大型非均匀不规则三维物体的质心高精度测量问题。
附图说明
图1为本发明第一状态的计算方法示意图；
图2为本发明第二状态的计算方法示意图；
图3为本发明第一、二状态拟合的计算方法示意图；
图4为本发明几何解算的计算方法示意图。
图中1为悬线；2为被测物体； 3——为重心铅垂线；4为重心。
具体实施方式
1）用悬线悬挂被测物体，保持一种自由悬挂状态，如附图1中第一状态，悬线节点选取B1；
2）采用三维外形测量设备，如三坐标测量仪、激光跟踪仪等测量物体三维外形和悬线，如附图1中被测物体a、b、c、d、a’、b’、c’、d’空间坐标点和悬线A1、B1空间坐标点，并进行计算机几何建模构造被测物体几何模型和重心铅垂线A1B1；
3）取不同的悬线节点悬挂，改变被测物体悬挂状态。如附图1中第二状态，悬线节点为B2；
4）重复步骤2），计算机构造新的被测物体几何模型和重心铅垂线A2B2；
5）多次重复步骤3）、4），得到多个不同悬挂状态下计算机构造的被测物体几何模型和重心铅垂线；
6）用计算机对多次不同悬挂状态下所测量构造的被测物体几何模型进行外形拟合。如附图1第一状态、第二状态拟合中，被测物体a、b、c、d、a’、b’、c’、d’各点拟合；
7）用计算机对多次测量构造的重心铅垂线相交拟合，交点即为被测物体质心点。如附图1第一状态、第二状态拟合中，第一状态重心铅垂线A1B1和第二状态重心铅垂线A2B2相交于4点；
8）重心铅垂线的空间相交拟合采用多种计算方法，其中一种为面积法，如附图1几何解算中，找到面积S最小的重心铅垂线截面圆的圆心，即为物体质心；
9）通过空间坐标计算被测物体质心与其外形相对几何关系，即质心相对位置；
10）根据误差分析，如附图1几何解算中，质心误差范围为以CE为半径的圆球，CD为悬线点测量误差，CE=（1+2 BC/AB）CD。调节悬线AB长度大于B点到重心C长度，可控制质心误差在3倍悬线点测量误差之内。高精度三坐标测量仪等设备的测量精度可达毫米级以上，因此可实现质心的高精度测量。
Claims (2)
1.一种质心测量方法，其特征在于：该方法步骤如下：
1）、用悬线悬挂被测物体，保持一种自由悬挂状态，悬线节点选取B1，该自由悬挂状态为第一状态；
2）、采用三维外形测量设备测量物体三维外形和悬线，得到被测物体空间坐标点：a、b、c、d、a’、b’、c’、d’和悬线空间坐标点：A1、B1，并进行计算机几何建模构造被测物体几何模型和重心铅垂线A1B1；
3）、取不同的悬线节点悬挂，改变被测物体悬挂状态，悬线节点为B2，该悬挂状态为第二状态；
4）、重复步骤2），计算机构造新的被测物体几何模型和重心铅垂线A2B2；
5）、多次重复步骤3）、4），得到多个不同悬挂状态下计算机构造的被测物体几何模型和重心铅垂线；
6）、对多次不同悬挂状态下所测量构造的被测物体几何模型进行外形拟合，被测物体空间坐标点：a、b、c、d、a’、b’、c’、d’各点拟合；
7）、对多次测量构造的重心铅垂线的空间相交拟合，交点即为被测物体质心；
重心铅垂线的空间相交拟合采用的计算方法为面积法，找到面积S最小的重心铅垂线截面圆的圆心，即为被测物体质心；
根据误差分析，几何解算中，质心误差范围为以CE为半径的圆球，CD为悬线点测量误差，CE=（1+2 BC/AB）CD；
调节悬线AB长度大于B点到质心C长度，可控制质心误差在3倍悬线点测量误差之内。
2.根据权利要求1所述的质心测量方法，其特征在于：步骤2）中所述的三维外形测量设备为三坐标测量仪和激光跟踪仪。
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