CN106153100B - 回转式质量质心测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转式质量质心测试仪，它包括控制箱、标准样棒和测试台，测试台包括回转托架、基座、传感器、光栅定位机构、升降机构，回转托架由回转架、托架、支脚组成，回转架由上回转架、下回转架、轴承、转轴、固定螺母组成，托架由托板、V型滑动架、导轨组成，支脚由滚轮、滚轮架组成，所说的回转托架一端通过回转架与传感器固定连接，一端通过支脚与传感器浮动连接。本发明采用回转托架相对测试基准和传感器位置固定，消除位置变化带来的系统误差，采用回转托架结构，消除结构内力，符合多传感器多点受力条件下的传感器受力原理和条件，满足小型物体高精度测量的需要，同时提高系统测试的重复性。

Description

回转式质量质心测试仪

一技术领域

本发明涉及一种用于测定物体质量质心测试仪，特别是一种回转式质量质心测试仪。

二背景技术

现有质量质心测试仪一般是托架式质量质心测试仪，它是由托架、举升机构、机架等组成，机架上设有传感器，定位尺设在托架上，托架上升下降由举升机构实现。其测试方法是：首先将被测体放置在托架上，通过举升机构再将托架与被测体一同落在测试机架上的三个或四个传感器上，将三个或四个传感器受力量值求和得到质量，由定位尺得到被测体距测量基准的距离，知晓传感器、被测体等之间的相对位置，通过力矩平衡公式计算质心位置。影响其测试精度和重复性的主要因素由质量测量误差、结构误差和位置误差等。

多点测量时，由于托架结构的变形、托架底部脚不在同一个测试平面内，多点与传感器同时接触，造成结构内力不能释放，产生传感器四角受力误差，从而产生结构误差和测量误差。另外，测量时托架需上下运动，被测体相对测量基准的位置是动态的，因而随位置变化产生系统的位置误差；托架底部的脚放置在机架传感器上，是一种悬浮结构，托架始终处于一种不稳定状态，受外部一些因素的影响，也会造成托架位移，导致力矩发生变化，这些因素都会造成位置误差。目前，采用托架式方式测量小型物体(如20g-500g，500g-50kg)的测试精度和重复性都不理想，目前还没有一种测试方式满足小被测体高精度测量的需要。

双立面质量、质心、偏心测试仪成功解决了长径比较大的轴类型物体的测量，尤其是对超大型物体(如：200Kg-10000Kg，长3m-20m)效果十分明显。由于受到结构和方法的限制，双立面质量、质心、偏心测试仪很难适合于小型物体的精确测量。

综上所述，现有的测试仪不能满足小物体高精度的质心测量，测试的重复性也低。

三发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的测试方法，回转托架相对测试基准位置和传感器固定，使系统始终处于稳定状态，消除位置变化带来的系统误差，采用回转托架结构，消除结构内力，符合多传感器多点受力条件下的传感器受力原理和技术要求，满足小型物体高精度测量的实际需要，同时提高系统测试的重复性。

本发明的技术方案是一种用于回转式质量质心测试仪，包括控制箱、标准样棒、测试台，控制箱包括数据采集仪、工控机和专用软件，控制箱通过数据传输线与测试台连接，标准样棒用来标定传感器和效验测试仪的测试精度，测试台包括回转托架、基座、传感器、光栅定位机构、升降机构，回转托架由回转架、托架、支脚组成，回转架、支脚分别设在托架下面的两端，回转架由上回转架、下回转架、轴承、转轴、固定螺母组成，托架由托板、V型滑动架、导轨组成，支脚由滚轮和滚轮架组成，上回转架通过轴承与转轴连接，转轴再与下回转架连接，上回转架、下回转架、轴承和转轴形成可以旋转的一维机构，导轨固定在托板上，V型滑动架安装在导轨上，根据需要调节V型滑动架之间的距离，回转架通过上回转架与托架的托板连接，支脚通过滚轮架与托架的托板连接，回转架与支脚分别在回转托架的两端，形成两处受力点，基座由测试平台、机架和水平调节座组成，测试平台放置在机架上，水平调节座安装在机架底部，传感器安装在测试平台上，传感器分别通过下回转架、滚轮与回转托架连接，使回转托架与传感器的连接整体是硬性连接、局部是柔性连接，光栅定位机构由光栅尺、导轨、导轨滑块、定位块和靠栅组成，光栅尺以定位块为基准，光栅尺的移动尺标与导轨滑块连接，导轨滑块安装在导轨上，靠栅固定在导轨滑块上，光栅尺、导轨和定位块分别固定在测试平台上，被测体落到回转托架上，通过靠栅接触被测体轴向基准知道被测体相对测量基准的位置，根据力矩平衡原理，进行计算得到质心精确位置，升降机构由上固定板、下固定板、导柱、升降台、升降机和电机组成，上固定板通过导柱与下固定板连接，形成一个框架，升降台由升降柱、预托架、小V型架和升降底座组成，升降台与导柱连接，升降台通过升降底座与升降机和电机连接，升降台沿导柱上下移动，小V型架通过预托架与升降柱连接，升降柱固定在升降底座上，升降机构通过上固定板固定在测试平台的底部，升降机构起到预托被测体的功能，测量时，首先，将被测物体放置在预托架的小V型架上，再通过升降机构将被物体落到回转托架的V型滑动架上，小V型架的间距可调，适应不同物体测量的需要。

测试原理如下：

回转托架处于一种平衡状态，根据力矩平衡原理，可得到平衡方程，如图1所示：

根据力矩原理有：

M＝F1+F2+F3

x＝(L1×F1+L2×(F2+F3))/M-C

其中：

F1——传感器1的支撑力；

F2、F3——传感器2、传感器3的支撑力；

L1——传感器1到光栅传感器基面的距离；

L2——传感器2、传感器3到光栅传感器基面的距离；

C——光栅传感器基准面到待测物体端面的距离；

x——待测物体端面到质心的距离；

M——待测物体质量。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.回转托架相对测试平台的测试基准和传感器相对位置固定，回转架托始终处于稳定状态，消除了位置变化而产生的系统误差，使测试仪空载的重复性和载物的重复性都十分好；

2.回转托架通过回转结构和滚轮结构分别与传感器固定连接和浮动连接，使回转托架与传感器的连接整体是硬性连接和局部是柔性连接，能够有效的解决结构变形、加工制造、安装带来的误差，自动释放由结构引起的内力，对传感器进行四角补偿，消除系统的结构误差和测量误差，保证和提高系统的测试精度；

3.采用一维回转关节机械结构符合应变式压力传感器受力原理和受力条件，保证多点测量与单点测量传感器受力物理状态的一致性，有效解决多个传感器多点同时受力的测量难题，提高了系统测试的准确性和测试精度；

4.采用预托与回转托架分离结构，保证被测体初始状态的一致性，同时避免上下被测体时对传感器的直接冲击，保证测试系统的重复性。

在Φ12.7mm、长30mm、重量37g标准弹测试实验中，外部条件：传感器(100g、C3级、三只)、数据采集系统、量程范围、托架与回转托架重量、标定软件、测试软件等完全相同的条件下，选用托架式质量质心测试仪和回转式质量质心测试仪两种测试仪，进行测试比对：

在Φ300mm、长2000mm、重量50kg标准体测试实验中，外部条件：20kg传感器(C3级、2只)、30kg传感器(C3级、1只)、数据采集系统、托架与回转托架重量、标定软件、测试软件等完全相同的条件下，选用两种测试方法、结构进行测试比对：

四附图说明

图1是本发明实施方式的测试原理示意图

图2是本发明实施方式的主视图

图3所示实施方式的俯视图

图4所示实施方式的左视图

图5所示实施方式的回转托架局部视图的主视图

图6所示实施方式的回转托架局部视图的左视图

图7所示实施方式的升降机构局部视图

五具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

从图2、图3、图4、图5、图6、图7中可知，一种用于测试质量质心的回转式质量质心测试仪，包括控制箱、标准样棒、测试台，控制箱包括数据采集仪(V3-2型)、研华工控机和NJLGDX专用软件，控制箱通过数据传输线与测试台连接，标准样棒用来标定传感器33和效验测试仪的测试精度，测试台包括回转托架31、基座32、传感器33、光栅定位机构34、升降机构35，回转托架31由回转架311、托架312、支脚313组成，回转架311、支脚313分别设在托架312下面的两端，回转架311由上回转架3111、下回转架3112、轴承3113、转轴3114、固定螺母3115组成，托架312由托板3121、V型滑动架3122、导轨3123组成，支脚313由滚轮3131和滚轮架3132组成，上回转架3111通过轴承3113与转轴3114连接，转轴3114再与下回转架3112连接，固定螺母3115在转轴3114上用于固定轴承3113和上回转架3111，上回转架3111、下回转架3112、轴承3113、转轴3114和固定螺母3115形成可以回转的一维回转机构，导轨3123固定在托板3121上，两个V型滑动架3122安装在导轨3123上，根据需要调节V型滑动架3122之间的距离，保证其间距与弹带间距一致，回转架311通过上回转架3111与托架312托板3121连接，支脚313通过滚轮架3131与托架312托板3121连接，回转架311与支脚313分别在回转托架31的两边，形成两处受力点，回转架311的数量通常为一个，支脚313的数量与安装在同一边的传感器33数量一致，测小被测体(如重量：500g＜)采用一个支脚313，测大被测体通常采用两个支脚313，基座32由测试平台321、机架322和水平调节座323组成，测试平台321放置在机架322上，水平调节座323安装在机架322底部，测试平台321作为基准有平面度加工要求，材料可为铸铁件，传感器33安装在测试平台321上，传感器33数量可2个或3个，大被测体采用3个，小被测体采用2个，传感器33通过下回转架3111与回转托架311固定连接，另一端的传感器33通过滚轮3131与回转托架311浮动连接，使回转托架31与传感器33的连接整体是硬性连接、局部是柔性连接，传感器33可选择HBM-PW1C3-MR单点称重传感器，光栅定位机构34由光栅尺341、导轨342、导轨滑块343、定位块344和靠栅345组成，光栅尺341以定位块344为基准，光栅尺341的移动尺标与导轨滑块343连接，导轨滑块343安装在导轨342上，靠栅345固定在导轨滑块343上，光栅尺341、导轨342和定位块344分别固定在测试平台321上，光栅尺可选择SGC-2型号，升降机构35由上固定板351、下固定板352、导柱353、升降台354、升降机355和电机356组成，上固定板351通过导柱353与下固定板352连接，形成一个框架，升降台354由升降柱3541、预托架3542、小V型架3543和升降底座3544组成，升降台354与导柱353连接，升降台354通过升降底座3544与升降机355、电机356连接，升降台354沿导柱353上下移动，小V型架3543通过预托架3542与升降柱3541连接，升降柱3541固定在升降底座3544上，升降机构35起到预托被测体的功能，测量时，首先将被测体放置在预托架3542的小V型架3543上，再通过升降机构35将被测体落到回转托架31的V型滑动架3122上，两个小V型架3543的间距可调，适应不同被测体的需要，通过靠栅345接触被测体轴向基准知道被测体相对测量基准的位置，通过控制箱采集传感器33的数据，根据力矩平衡原理，进行计算得到质心精确位置。

本发明的工作过程如下：

以测量Φ12.7mm、长30mm、重量37g标准弹为例，根据弹定心距调节升降台354两个小V型架3543和回转托架31两个V型滑动架3122的间距，将被测弹放在预托架3542上，通过升降机构35将被测弹落到回转托架31上，将光栅定位机构34靠栅345接触被测弹基准点(头部端面)再移开，在工控机上用专用软件进行操作，读取传感器的数值，通过计算可得到弹的质量和质心。

Claims (2)

1.一种回转式质量质心测试仪，包括控制箱、标准样棒和测试台(3)，控制箱包括数据采集仪、工控机和专用软件，控制箱通过数据传输线与测试台(3)连接，标准样棒用来标定传感器(33)和效验测试仪的测试精度，测试台(3)包括回转托架(31)、基座(32)、传感器(33)、光栅定位机构(34)和升降机构(35)；其特征在于：

回转托架(31)包括回转架(311)、托架(312)和支脚(313)，

托架(312)包括托板(3121)、V型滑动架(3122)，

V型滑动架(3122)有两个且可滑动的设置于托板(3121)上，

回转架(311)和支脚(313)分别设在托板(3121)下底面的两端，

回转架(311)包括上回转架(3111)和下回转架(3112)，

上回转架(3111)与托板(3121)连接，

上回转架(3111)和下回转架(3112)之间转动连接，

支脚(313)由滚轮(3131)、滚轮架(3132)组成，

滚轮架(3132)与托板(3121)连接，

滚轮(3131)设置于滚轮架(3132)下端，

基座(32)设置测试平台(321)，

传感器(33)设置若干且分别安装在测试平台(321)上，

部分传感器(33)与下回转架(3112)固定连接，

另一部分传感器(33)与滚轮(3131)浮动连接；

光栅定位机构(34)设置于测试平台(321)上；

升降机构(35)包括升降台(354)、升降机(355)、电机(356)，

升降台(354)由升降柱(3541)、预托架(3542)、小V型架(3543)、升降底座(3544)组成，

升降底座(3544)与升降机(355)、电机(356)连接，

升降柱(3541)固定于升降底座(3544)上，

预托架(3542)与升降柱(3541)上端连接，

小V型架(3543)设置两个且位于预托架(3542)的两侧。

2.根据权利要求1所述的回转式质量质心测试仪，其特征在于：

所述的上回转架(3111)通过轴承(3113)与转轴(3114)连接，

转轴(3114)再与下回转架(3112)连接，

上回转架(3111)、下回转架(3112)、轴承(3113)、转轴(3114)和固定螺母(3115)形成可以回转的一维回转机构。

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