CN106248299B - 一种基于多维力质心测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多维力的质心测试系统，包括：多个基座水平调节装置，具有小量程的升降行程；测试刚性基座，设置在基座水平调节装置上方；承重平台；力矩测量模块，设置在测试刚性基座上，利用小量程高精度传感器测量升降调节支撑在承重平台上的支撑点处的压力；柔性中心支撑模块，设置在所述测试刚性基座的中心位置，按照所述承重平台、所述万向球轴承、所述大量程多维力传感器以及所述测试刚性基座依次叠放。本发明还提供一种基于多维力的质心测试系统的测试方法。本发明提供的基于多维力的质心测试系统，可以实现航天器产品高精度质心测试，同时可实现重量的称重，降低试验成本的同时，提高了质心测试精度。

Description

一种基于多维力质心测试系统
技术领域
本发明涉及飞行器地面测试技术领域，特别涉及一种基于多维力的质心测试系统及其测试方法。
背景技术
卫星的姿态控制中动平衡是非常重要的因素，卫星姿态确定、控制器算法中的参数、飞轮电机输出力矩、推力器力矩都以质心位置为基准计算，质心偏移预定位置不仅仅导致姿态波动增加，从而进一步增加能源消耗负担，更为重要的是造成测量误差和电机输出力矩、推力器力矩计算误差，导致无法纠正的姿态偏差。因此，飞行器质心偏差产生的动不平衡降低了飞行器姿态精度、增加姿控能源和工质消耗，最终导致飞行器姿态产生系统误差。由此可见，飞行器质量质心的高精度检测对提高飞行器姿态控制精度意义重大。
目前飞行器质心测试通常采用的测试方法有三点法和气浮球轴承法，三点法的测试精度与传感器的测试精度直接相关，在传感器精度一定情况下提高质心测试精度较难实现，气浮球轴承法由于采用气浮球轴承，使其制造成本以及使用维护成本较高，调试难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多维力的质心测试系统及其测试方法，以解决目前飞行器质心测试中质心测试精度较难实现以及调试难度较大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种基于多维力的质心测试系统，包括：多个基座水平调节装置，具有小量程的升降行程；测试刚性基座，设置在所述基座水平调节装置上方；承重平台；力矩测量模块，设置在所述测试刚性基座上，所述测试刚性基座由小量程高精度传感器及升降调节支撑组成，利用所述小量程高精度传感器测量所述升降调节支撑在所述承重平台上的支撑点处的压力；柔性中心支撑模块，设置在所述测试刚性基座的中心位置，由万向球轴承以及大量程多维力传感器组成，按照所述承重平台、所述万向球轴承、所述大量程多维力传感器以及所述测试刚性基座依次叠放。
进一步地，所述基座水平调节装置为三个，沿四周均布。
进一步地，所述万向球轴承由一个承载球和一个半球形杯壳中的多个小球组成。
进一步地，所述承重平台表面设有与测试产品对接接口。
进一步地，基于多维力的质心测试系统还包括三个支撑模块，沿四周均布于所述承重平台下方。
本发明还提供一种基于多维力的质心测试系统的测试方法，包括通过升降调节支撑调节承重平台的水平度；利用小量程高精度传感器测量所述升降调节支撑在承重平台上的支撑点处的压力，并通过压力测量获得质心偏心力矩；通过大量程多维力传感器对测量产品进行称重测量以及对两个旋转轴方向进行力矩测量获得由万向球轴承产生的静摩擦力力矩；通过计算质心偏心力矩以及静摩擦力力矩之和获得的总力矩，以及小量程高精度传感器测量的压力和大量程多维力传感器对测量产品进行称重获得测量产品的总重，计算获得质心位置。
本发明提供的基于多维力的质心测试系统，可以实现航天器产品高精度质心测试，同时可实现重量的称重，降低试验成本的同时，提高了质心测试精度。
本发明提供的基于多维力的质心测试系统的测试方法，相比三点法提高了质心测试精度，同时相比气浮球轴承测试方法大大降低了制造成本及使用维护的成本。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的测试方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于多维力的质心测试系统及其测试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的基于多维力的质心测试系统，可以实现航天器产品高精度质心测试，同时可实现重量的称重，降低试验成本的同时，提高了质心测试精度。本发明提供的基于多维力的质心测试系统的测试方法，相比三点法提高了质心测试精度，同时相比气浮球轴承测试方法大大降低了制造成本及使用维护的成本。
图1为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的结构示意图；图2为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的俯视结构示意图。参照图1以及图2，提供一种基于多维力的质心测试系统，包括：多个基座水平调节装置11，具有小量程的升降行程；测试刚性基座12，设置在所述基座水平调节装置11上方；承重平台13；力矩测量模块，设置在所述测试刚性基座12上，所述测试刚性基座12由小量程高精度传感器14及升降调节支撑15组成，利用所述小量程高精度传感器14测量所述升降调节支撑15在所述承重平台13上的支撑点处的压力；柔性中心支撑模块，设置在所述测试刚性基座12的中心位置，由万向球轴承16以及大量程多维力传感器17组成，按照所述承重平台13、所述万向球轴承16、所述大量程多维力传感器17以及所述测试刚性基座12依次叠放。
具体地，基座水平调节装置11、测试刚性基座12实现平台的支撑和水平调节，测试刚性基座12位于基座水平调节装置11上方，具有足够的刚性，可以保证测试过程无明显的变形，所述基座水平调节装置11具有小量程的升降行程，基座水平调节装置11共三个，沿四周均布，通过基座水平调节装置11可以实现测试刚性基座12的水平调节，设置三个均布方案最佳，根据实际情况数量可以增加。
具有万向球轴承16、大量程多维力传感器17的柔性支撑模块实现90%以上重力的承载以及测试过程中两个轴向转矩的测量，具有小量程高精度传感器14、升降调节支撑15的力矩测量模块实现不平衡力矩的测量，承重平台13用于与测试产品相连。
所述万向球轴承16由一个大的承载球和装在一个半球形杯壳中的多个小球组成，具有承载能力大、摩擦系数小的特点，实现测试平台的柔性支撑，所述承重平台13与万向球轴承16的半球对中安装，所述大量程多维力传感器17具有称重及两个旋转轴方向力矩测量，承受测试产品及测试平台的绝大部分重力。
基于多维力的质心测试系统还包括三个支撑模块18，沿四周均布于所述承重平台13下方。
图3为本发明实施例提供的基于多维力的质心测试系统的测试方法的步骤流程图。参照图3，基于多维力的质心测试系统的测试方法包括：
S31、通过升降调节支撑调节承重平台的水平度；
S32、利用小量程高精度传感器测量所述升降调节支撑在承重平台上的支撑点处的压力，并通过压力测量获得质心偏心力矩；
S33、通过大量程多维力传感器对测量产品进行称重测量以及对两个旋转轴方向进行力矩测量获得由万向球轴承产生的静摩擦力力矩；
S34、通过计算质心偏心力矩以及静摩擦力力矩之和获得的总力矩，以及小量程高精度传感器测量的压力和大量程多维力传感器对测量产品进行称重获得测量产品的总重，计算获得质心位置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于多维力的质心测试系统，其特征在于，包括：
多个基座水平调节装置，具有小量程的升降行程；
测试刚性基座，设置在所述基座水平调节装置上方；
承重平台；
力矩测量模块，设置在所述测试刚性基座上，所述测试刚性基座由小量程高精度传感器及升降调节支撑组成，利用所述小量程高精度传感器测量所述升降调节支撑在所述承重平台上的支撑点处的压力；
柔性中心支撑模块，设置在所述测试刚性基座的中心位置，由万向球轴承以及大量程多维力传感器组成，按照所述承重平台、所述万向球轴承、所述大量程多维力传感器以及所述测试刚性基座依次叠放；
所述基座水平调节装置为三个，沿四周均布；
所述万向球轴承由一个承载球和一个半球形杯壳中的多个小球组成。
2.如权利要求1所述的基于多维力的质心测试系统，其特征在于，所述承重平台表面设有与测试产品对接接口。
3.如权利要求1所述的基于多维力的质心测试系统，其特征在于，还包括三个支撑模块，沿四周均布于所述承重平台下方。
4.一种如权利要求1所述的基于多维力的质心测试系统的测试方法，其特征在于，包括：
通过升降调节支撑调节承重平台的水平度；
利用小量程高精度传感器测量所述升降调节支撑在承重平台上的支撑点处的压力，并通过压力测量获得质心偏心力矩；
通过大量程多维力传感器对测量产品进行称重测量以及对两个旋转轴方向进行力矩测量获得由万向球轴承产生的静摩擦力力矩；
通过计算质心偏心力矩以及静摩擦力力矩之和获得的总力矩，以及小量程高精度传感器测量的压力和大量程多维力传感器对测量产品进行称重获得测量产品的总重，计算获得质心位置。
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