CN105547588A - 一种三维质心一体测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维质心一体测量装置及方法。其在基座左右两侧固定基座立柱，在每个基座立柱顶端架设横梁，横梁的底面中心为杠杆支点；在每个横梁上方中心依次设置横向质心调节铊和纵向质心调节铊；右侧横梁的两侧固定悬挂有两个横梁立柱，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆连接；两根水平连杆中间通过两根竖直连杆连接；由两根水平连杆与两根竖直连杆形成的平面为测量平面；机械转台固定在测量平面中间；将被测对象定置于机械转台上。本发明采用力矩平衡法，可在一次装卡中直接得到三维质心结果，具有高效率的特点，准确度能得到很大提高。

Description

一种三维质心一体测量装置及方法
技术领域
本发明属于力学计量技术领域，应用于质心测量，具体涉及一种三维质心一体测量装置及方法。
背景技术
质心是研究、生产过程中非常重要的参数，其影响范围包括飞行轨道及姿态控制、命中精度等。目前的质心测量方法众多，比较有代表性的方法有：多点称重法、力矩平衡法、悬挂法等。这些方法的原理各异，但都不能在一个工况下测出被测对象的三维质心，如多点称重法、力矩平衡法至少需要通过两个工况、悬挂法需要通过三个工况才能测出被测对象的三维质心。
发明内容
本发明提供一种三维质心一体测量装置及方法，其以力矩平衡法为基础，通过具有随遇平衡的杠杆系统，可在一个工况下测出被测对象的三维质心。
本发明所述的一种三维质心一体测量装置，其包括基座，基座左右两侧固定有基座立柱，在每个基座立柱顶端均架设横梁，横梁的底面中心为杠杆支点；右侧横梁的两侧固定悬挂有两个横梁立柱，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆连接；两根水平连杆中间通过两根竖直连杆连接；由两根水平连杆与两根竖直连杆形成的平面为测量平面；机械转台固定在测量平面中间；机械转台中心与杠杆支点在同一个垂直平面内；在每个横梁中心上方依次设置横向质心调节铊和纵向质心调节铊。
如上所述的一种三维质心一体测量装置，其所述的机械转台为可准确测控旋转角度的机械转台，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
如上所述的一种三维质心一体测量装置，其所述的纵向质心调节铊位于横向质心调节铊上方。
本发明所述的一种三维质心一体测量方法，其包括如下步骤：
(a)设置基座，在基座左右两侧固定基座立柱，在每个基座立柱顶端架设横梁，横梁的底面中心为杠杆支点；在每个横梁上方中心依次设置横向质心调节铊和纵向质心调节铊；右侧横梁的两侧固定悬挂有两个横梁立柱，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆连接；两根水平连杆中间通过两根竖直连杆连接；由两根水平连杆与两根竖直连杆形成的平面为测量平面；机械转台固定在测量平面中间；所述的机械转台中心与杠杆支点在同一个垂直平面内；
(b)通过纵向质心调节铊和横向质心调节铊，调整横梁及测量平面的质心至杠杆支点上；
(c)测量被测对象的质量；将被测对象定置于机械转台上；
(d)通过测量得到被测对象定义坐标系与机械转台定义坐标系之间的关系，计算两坐标系的转化关系；
(e)使机械转台旋转90°得到最大的力矩值，通过力矩平衡法，直接计算得到被测对象质心点距离杠杆支点的距离，根据机械转台旋转角度，即得到被测对象二维质心位置坐标；
(f)使测量平面受力偏转，根据测量平面受力偏转的角度，利用三角形相似的原理，计算得到被测对象另一维质心。
如上所述的一种三维质心一体测量方法，其所述的机械转台为可准确测控旋转角度的机械转台，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
如上所述的一种三维质心一体测量方法，其所述的机械转台定义坐标系，以机械转台的回转中心作为坐标原点，机械转台上表面过坐标圆点的任意一条直线定义为x轴，相应定义为y轴。
本发明的效果在于：采用本发明所述的三维质心一体测量装置及方法，以具有随遇平衡特性的分体式杠杆系统为基础，采用力矩平衡法，可在一次装卡中直接得到三维质心结果，具有高效率的特点；由于采用了杠杆系统，相当于直接使用了力矩平衡法校准质心，相较于采用多点称重法校准质心，该方法准确度能得到很大提高。
附图说明
图1为本发明所述的一种三维质心一体测量装置示意图；
图2为轴向质心校准示意图；
图中：1—纵向质心调节铊；2—横向质心调节铊；3—杠杆支点；4—横梁；5—基座立柱；6—机械转台；7—测量平面；8—基座；9—横梁立柱；10—竖直连杆；11—水平连杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种三维质心一体测量装置及方法作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种三维质心一体测量装置其主要包括纵向质心调节铊1、横向质心渊节铊2、横梁4、杠杆支点3、基座立柱5、测量平面7、基座8等。
基座8左右两侧固定有基座立柱5，在每个基座立柱5顶端均架设横梁4，横梁4的底面中心为杠杆支点3。
右侧横梁4的两侧固定悬挂有两个横梁立柱9，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆11连接；两根水平连杆11中间通过两根竖直连杆10连接；由两根水平连杆11与两根竖直连杆10形成的平面为测量平面7。
机械转台6固定在测量平面7中间；机械转台6中心与杠杆支点3在同一个垂直平面内。机械转台6为可准确测控旋转角度的机械转台6，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
在每个横梁4中心上方依次设置横向质心调节铊2和纵向质心调节铊1。纵向质心调节铊1位于横向质心调节铊2上方。
实施例2
如图1和图2所示，本发明所述的一种三维质心一体测量方法，其包括如下步骤：
(a)设置基座8，在基座8左右两侧固定基座立柱5，在每个基座立柱5顶端架设横梁4，横梁4的底面中心为杠杆支点3；在每个横梁4上方中心依次设置横向质心调节铊2和纵向质心调节铊1；
右侧横梁4的两侧固定悬挂有两个横梁立柱9，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆11连接；两根水平连杆11中间通过两根竖直连杆10连接；由两根水平连杆11与两根竖直连杆10形成的平面为测量平面7；
机械转台6固定在测量平面7中间；所述的机械转台6中心与杠杆支点3在同一个垂直平面内；机械转台6为可准确测控旋转角度的机械转台6，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
(b)通过纵向质心调节铊1和横向质心调节铊2，调整横梁4及测量平面7的质心至杠杆支点3上。
(c)测量被测对象的质量；将被测对象定置于机械转台6上。
(d)通过测量得到被测对象定义坐标系与机械转台定义坐标系之间的关系，计算两坐标系的转化关系。例如：机械转台6定义坐标系，以机械转台6的回转中心作为坐标原点，机械转台6上表面过坐标圆点的任意一条直线定义为x轴，相应定义为y轴。
(e)使机械转台6旋转90°得到最大的力矩值，通过力矩平衡法，直接计算得到被测对象质心点距离杠杆支点3的距离，根据机械转台6旋转角度，即得到被测对象二维质心位置坐标。
(f)使测量平面7受力偏转，根据测量平面7受力偏转的角度，利用三角形相似的原理，计算得到被测对象另一维质心。

Claims (6)

1.一种三维质心一体测量装置，其特征在于：该装置包括基座(8)，基座(8)左右两侧固定有基座立柱(5)，在每个基座立柱(5)顶端均架设横梁(4)，横梁(4)的底面中心为杠杆支点(3)；
右侧横梁(4)的两侧固定悬挂有两个横梁立柱(9)，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆(11)连接；两根水平连杆(11)中间通过两根竖直连杆(10)连接；由两根水平连杆(11)与两根竖直连杆(10)形成的平面为测量平面(7)；
机械转台(6)固定在测量平面(7)中间；机械转台(6)中心与杠杆支点(3)在同一个垂直平面内；
在每个横梁(4)中心上方依次设置横向质心调节铊(2)和纵向质心调节铊(1)。
2.根据权利要求1所述的一种三维质心一体测量装置，其特征在于：所述的机械转台(6)为可准确测控旋转角度的机械转台(6)，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
3.根据权利要求1所述的一种三维质心一体测量装置，其特征在于：所述的纵向质心调节铊(1)位于横向质心调节铊(2)上方。
4.一种三维质心一体测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)设置基座(8)，在基座(8)左右两侧固定基座立柱(5)，在每个基座立柱(5)顶端架设横梁(4)，横梁(4)的底面中心为杠杆支点(3)；在每个横梁(4)上方中心依次设置横向质心调节铊(2)和纵向质心调节铊(1)；右侧横梁(4)的两侧固定悬挂有两个横梁立柱(9)，左侧横梁的两侧也固定悬挂有两个横梁立柱；左侧横梁的两个横梁立柱与右侧横梁的两个横梁立柱之间通过两根水平连杆(11)连接；两根水平连杆(11)中间通过两根竖直连杆(10)连接；由两根水平连杆(11)与两根竖直连杆(10)形成的平面为测量平面(7)；机械转台(6)固定在测量平面(7)中间；所述的机械转台(6)中心与杠杆支点(3)在同一个垂直平面内；
(b)通过纵向质心调节铊(1)和横向质心调节铊(2)，调整横梁(4)及测量平面(7)的质心至杠杆支点(3)上；
(c)测量被测对象的质量；将被测对象定置于机械转台(6)上；
(d)通过测量得到被测对象定义坐标系与机械转台定义坐标系之间的关系，计算两坐标系的转化关系；
(e)使机械转台(6)旋转90°得到最大的力矩值，通过力矩平衡法，直接计算得到被测对象质心点距离杠杆支点(3)的距离，根据机械转台(6)旋转角度，即得到被测对象二维质心位置坐标；
(f)使测量平面(7)受力偏转，根据测量平面(7)受力偏转的角度，利用三角形相似的原理，计算得到被测对象另一维质心。
5.根据权利要求1所述的一种三维质心一体测量方法，其特征在于，所述的机械转台(6)为可准确测控旋转角度的机械转台(6)，角度旋转控制的准确度不大于0.05°。
6.根据权利要求1所述的一种三维质心一体测量方法，其特征在于，所述的机械转台(6)定义坐标系，以机械转台(6)的回转中心作为坐标原点，机械转台(6)上表面过坐标圆点的任意一条直线定义为x轴，相应定义为y轴。
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