CN105628302A - 一种自寻心质心校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自寻心质心校准装置及方法。其安全保护装置带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱；待校质心测量设备布置在4根支撑立柱中间；在待校质心测量设备上放置质心定位圆盘，质心定位圆盘上开有若干个凹槽，施力球的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内；自寻心结构位于质心定位圆盘上方，自寻心结构中间为呈正交的“十”字形支架结构，在自寻心结构的4个支腿的端部均连接1个杠杆，每个杠杆上分别加载砝码；在加载砝码时，自寻心结构的4个支腿放置在安全保护装置的4根支撑立柱上；在校准过程中，自寻心结构放置在施力球上。本发明可用于采用多点称重法的质心测量设备的校准。
Description
技术领域
本发明属于力学计量技术领域，应用于质心测量设备校准，具体涉及一种自寻心质心校准装置及方法。
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。因此，需要建立了相应的专用测试设备，对质心参数进行测试，以确保其符合设计要求。质心测量设备的量值是否准确、可靠是其测试结果可靠的前提和基础，因此必须对质心测量设备进行校准。
长期以来，对质心测量设备进行校准都采用标准样件，即对给定的具有规则形状的几何体，假定其几何中心即为质心，采用该质心标准对质心测量设备进行校准。
在某质心测量设备的校准过程中，测量结果与设计理论值偏差较大。经分析，采用规则形状几何体的几何中心作为其质心，其假设基础为规则形状几何体所采用材料的密度均匀，而事实上该假设条件并不成立，材料密度均匀与否在现阶段无法测量，且存在较大分散性，导致采用标准样件的方法对质心测量设备进行校准的不确定度较大，不满足要求。
发明内容
本发明的目的是建立一种具有自寻心特性，且可提供明确溯源途径的自寻心质心校准装置及方法，可用于采用多点称重法的质心测量设备的校准。
本发明所述的一种自寻心质心校准装置，其用于校准质心测量设备，其包括位于地面上的安全保护装置，所述的安全保护装置带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱；待校质心测量设备布置在4根支撑立柱中间；
在待校质心测量设备上放置质心定位圆盘，质心定位圆盘上开有若干个凹槽，施力球的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球的上半部分露出凹槽外；
自寻心结构中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的中心处下表面开有弧形槽；
在自寻心结构的4个支腿的端部均连接1个杠杆，每个杠杆上分别加载砝码，使得自寻心结构在垂直的两个方向上的水平度可调节；
自寻心结构位于质心定位圆盘上方，且放置在施力球上，即自寻心结构的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球上，使得自寻心结构的合力垂直作用在位于施力球所在的质心定位圆盘的凹槽位置处。
如上所述的一种自寻心质心校准装置，其所述的安全保护装置的4根支撑立柱高于待校质心测量设备；自寻心结构的4个支腿可放置在4根支撑立柱上。
本发明所述的一种自寻心质心校准方法，其用于校准质心测量设备，其包括如下步骤：
(a)在地面上放置安全保护装置，所述的安全保护装置带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱；待校质心测量设备布置在4根支撑立柱中间，4根支撑立柱高出待校质心测量设备；
(b)在待校质心测量设备上放置质心定位圆盘，质心定位圆盘上开有若干个凹槽，施力球的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球的上半部分露在凹槽外；
(c)自寻心结构位于质心定位圆盘上方，自寻心结构中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的下表面中心处开有弧形槽；
在自寻心结构的4个支腿的端部均连接1个杠杆，每个杠杆上分别加载砝码，使得自寻心结构在垂直的两个方向上的水平度可调节；在加载砝码时，自寻心结构的4个支腿放置在安全保护装置的4根支撑立柱上；
在校准过程中，自寻心结构放置在施力球上，即自寻心结构的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球上，使得自寻心结构的合力垂直作用在位于施力球所在的质心定位圆盘的凹槽位置处；此时，自寻心结构的4个支腿脱离在安全保护装置的4根支撑立柱上；
(d)将待校质心测量设备的坐标示值与此时施力球放置的质心定位圆盘的凹槽位置中心坐标值进行对比，得到坐标误差。
本发明的效果在于：采用本发明所述的自寻心质心校准装置，具有自寻心功能，可用于采用多点称重法的质心测量设备的校准。支撑立柱对自寻心结构和待校质心测量设备起到保护作用，防止校准设备对被校设备产生意外损伤。自寻心结构的4个支腿的端部杠杆上加载砝码，使得自寻心结构在垂直的两个方向上的水平度可调节。
附图说明
图1为本发明所述的一种自寻心质心校准装置示意图；
图2为自寻心结构接触位置示意图；
图3质心位置示意图；
图4为质心参考值及示值坐标比对图；
图5为各点x、y坐标误差图。
图中：1—杠杆，2—砝码，3—质心定位圆盘，4—待校质心测量设备，5—自寻心结构，6—安全保护装置；7—施力球；8—支撑立柱。
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自寻心质心校准装置作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种自寻心质心校准装置，其包括安全保护装置6、自寻心结构5、待校质心测量设备4、质心定位圆盘3、砝码2和杠杆1等。
安全保护装置6位于地面上，安全保护装置6带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱8。待校质心测量设备4布置在4根支撑立柱8中间。
在待校质心测量设备4上放置质心定位圆盘3，质心定位圆盘3上开有若干个凹槽(例如3个、10个或20个)，施力球7的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球7的上半部分露出凹槽外，如图2所示。
自寻心结构5中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的中心处下表面开有弧形槽。
在自寻心结构5的4个支腿的端部均连接1个杠杆1，每个杠杆1上分别加载砝码2，使得自寻心结构5在垂直的两个方向上的水平度可调节。
自寻心结构5位于质心定位圆盘3上方，且放置在施力球7上，如图2所示，即自寻心结构5的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球7上，使得自寻心结构5的合力垂直作用在位于施力球7所在的质心定位圆盘3的凹槽位置处。
上述安全保护装置6的4根支撑立柱8高于待校质心测量设备4；自寻心结构5的4个支腿可放置在4根支撑立柱8上。
实施例2
本发明所述的一种自寻心质心校准方法，其用于校准质心测量设备4，如图1和图2所示，其包括如下步骤：
(a)在地面上放置安全保护装置6，所述的安全保护装置6带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱8；待校质心测量设备4布置在4根支撑立柱8中间，4根支撑立柱8高出待校质心测量设备4；
(b)在待校质心测量设备4上放置质心定位圆盘3，质心定位圆盘3上开有若干个凹槽，施力球7的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球7的上半部分露在凹槽外；
(c)自寻心结构5位于质心定位圆盘3上方，自寻心结构5中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的下表面中心处开有弧形槽；
在自寻心结构5的4个支腿的端部均连接1个杠杆1，每个杠杆1上分别加载砝码2，使得自寻心结构5在垂直的两个方向上的水平度可调节；在加载砝码2时，自寻心结构5的4个支腿放置在安全保护装置6的4根支撑立柱8上；
在校准过程中，自寻心结构5放置在施力球7上，即自寻心结构5的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球7上，使得自寻心结构5的合力垂直作用在位于施力球7所在的质心定位圆盘3的凹槽位置处；此时，自寻心结构5的4个支腿脱离在安全保护装置6的4根支撑立柱8上；
(d)将待校质心测量设备4的坐标示值与此时施力球7放置的质心定位圆盘3的凹槽位置中心坐标值进行对比，得到坐标误差。图4所示为质心测量设备4坐标示值与本发明给出的质心参考值(施力球7放置的质心定位圆盘3的凹槽位置中心坐标值)在同一坐标系下的分布情况，单点x坐标误差及y坐标误差如图5所示。
本发明方法工作原理如下：当加载完毕所有砝码后，包含“十”字形支架和砝码整体的质心位置设计在支架受力点下方△x位置处，如图3所示。通过装置“质心落下”的思路，确保支架系统在微小受力不平衡状态下，支架系统通过自偏转使之达到平衡状态，不致使支架系统倾倒，此时通过四个杠杆的小砝码加载，即可使支架系统在垂直两个方向上保持水平平衡状态。以简化的二维视角来看，如图3所示，当图上所示的具有稳定平衡特性的杠杆系统臂长不等，或两边的质量不等，或虽然臂长相等、质量相等，但由于密度不均匀引起的杠杆系统对支点的力矩不等时，杠杆系统会自然偏转，直到对支点的力矩相等为止。由于杠杆系统设计成了刚性连接，整过杠杆系统的重心最终落于支点的正下方，由于质心在地球附近与重心重合，因此，只要杠杆系统刚性连接，且具有稳定平衡特性，该杠杆系统就具有自寻心功能。
Claims (3)
1.一种自寻心质心校准装置，其用于校准质心测量设备(4)，其特征在于：该装置包括位于地面上的安全保护装置(6)，所述的安全保护装置(6)带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱(8)；待校质心测量设备(4)布置在4根支撑立柱(8)中间；
在待校质心测量设备(4)上放置质心定位圆盘(3)，质心定位圆盘(3)上开有若干个凹槽，施力球(7)的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球(7)的上半部分露出凹槽外；
自寻心结构(5)中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的中心处下表面开有弧形槽；
在自寻心结构(5)的4个支腿的端部均连接1个杠杆(1)，每个杠杆(1)上分别加载砝码(2)，使得自寻心结构(5)在垂直的两个方向上的水平度可调节；
自寻心结构(5)位于质心定位圆盘(3)上方，且放置在施力球(7)上，即自寻心结构(5)的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球(7)上，使得自寻心结构(5)的合力垂直作用在位于施力球(7)所在的质心定位圆盘(3)的凹槽位置处。
2.根据权利要求1所述的一种自寻心质心校准装置，其特征在于：所述的安全保护装置(6)的4根支撑立柱(8)高于待校质心测量设备(4)；自寻心结构(5)的4个支腿可放置在4根支撑立柱(8)上。
3.一种自寻心质心校准方法，其用于校准质心测量设备(4)，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(a)在地面上放置安全保护装置(6)，所述的安全保护装置(6)带有呈方形布置的4根相同的支撑立柱(8)；待校质心测量设备(4)布置在4根支撑立柱(8)中间，4根支撑立柱(8)高出待校质心测量设备(4)；
(b)在待校质心测量设备(4)上放置质心定位圆盘(3)，质心定位圆盘(3)上开有若干个凹槽，施力球(7)的下半部分可放置在任意一个上述凹槽内，施力球(7)的上半部分露在凹槽外；
(c)自寻心结构(5)位于质心定位圆盘(3)上方，自寻心结构(5)中间为呈正交的“十”字形支架结构，在“十”字形结构的四端对称固定向上延伸的相同的4个支腿；在“十”字形支架的下表面中心处开有弧形槽；
在自寻心结构(5)的4个支腿的端部均连接1个杠杆(1)，每个杠杆(1)上分别加载砝码(2)，使得自寻心结构(5)在垂直的两个方向上的水平度可调节；在加载砝码(2)时，自寻心结构(5)的4个支腿放置在安全保护装置(6)的4根支撑立柱(8)上；
在校准过程中，自寻心结构(5)放置在施力球(7)上，即自寻心结构(5)的“十”字形支架的下表面弧形槽位于施力球(7)上，使得自寻心结构(5)的合力垂直作用在位于施力球(7)所在的质心定位圆盘(3)的凹槽位置处；此时，自寻心结构(5)的4个支腿脱离在安全保护装置(6)的4根支撑立柱(8)上；
(d)将待校质心测量设备(4)的坐标示值与此时施力球(7)放置的质心定位圆盘(3)的凹槽位置中心坐标值进行对比，得到坐标误差。
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