CN109115403A - 一种质量特性一体化综合测试设备及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种质量特性一体化综合测试，特别是一种用于汽车、飞船、航天、卫星等类零部件及整机质量特性测试的测试设备及测试方法，包括测试台和固定安装在测试台上方的三坐标转换台，三坐标转换台包括第二底座、第二台面和转盘，第二底座上装有两个铰接装置和两个升降装置与第二台面连接，能够使第二台面与第二底座之间从平行状态变为倾斜状态，从而对测试件的质量质心进行水平和倾斜测试；第二台面上方还安装有能够相对于第二台面转动的转盘，从而对测试件的转动惯量进行水平和倾斜测试，本发明可以在同一设备上一次测量产品的质量特性参数，减少了人为干预所产生的误差，缩短了测量时间，提高了测量精度。

Description

一种质量特性一体化综合测试设备及测试方法

技术领域

本发明涉及一种质量特性一体化综合测试，特别是一种用于汽车、飞船、航天、卫星等类零部件及整机质量特性测试的测试设备及测试方法。

背景技术

质量特性参数包括质量、质心和转动惯量，对物体的运动稳定性、机动性和组合运动的一致性有着重要的影响，目前国内外质量特性测试设备从功能上分为质量测试设备、质量质心测试设备、转动惯量测试设备以及质心和转动惯量测试设备，目前测量质量特性的三个参数，至少要用到上述四种测试设备的两种，测量中需要将被测件在两种设备之间转移，并更换被测件的安装工装，因此对被测件需要进行多次拆装，测试过程复杂，周期长、效率低，测试过程中的精度一致性容易受到多次拆装的影响，随着工业和科技的发展，汽车、航空航天装备的产能和测试任务的增加，现有常用的测试方法受限于高人力成本和低效率等各种因素，越来越难以满足生产和测试的需要。

发明内容

为了克服现有技术中测量误差大、效率低、测量方法单一的不足，本发明提供了一种集测试质量、质心和转动惯量于一身的质量特性一体化综合测试设备及相应的测试方法，该测试设备及测试方法测量精度高，操作简便，可使被测工件的质量、质心位置的测量与转动惯量的测量在同一设备上互不干扰，分开进行，实现在同一设备同时测量工件的质量、质心及转动惯量。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种质量特性一体化综合测试平台，包括测试台和三坐标转换台。

所述测试台包括第一底座、两个支撑座、第一台面和两个称重传感器，第一底座和第一台面均为圆盘形结构，第一底座放置于地面，第一台面位于底座上方，第一台面和第一底座之间依靠两个支撑座支撑，两个支撑座沿第一底座圆周方向均匀分布在第一底座上表面和第一台面下表面之间；第一底座和第一台面之间还有两个称重传感器，也沿第一底座圆周方向均匀分布在第一底座上表面和第一台面下表面之间，称重传感器与支撑座均匀地交错分布。

进一步地，所述三坐标转换台通过螺栓固定安装于测试台上方，包括第二底座、第二台面和转盘，其内安装有第一伺服电机、换向器、升降装置、铰接装置、第二伺服电机、减速装置和转盘。第二底座通过螺钉固定安装于测试台的第一台面上，并通过两个铰接装置和两个升降装置与第二台面连接，两个铰接装置固定安装在第二底座上方中部的两侧，每个铰接装置包括一个第一支座和一个铰接件，第一支座和铰接件通过一根第一转轴连接，其中第一支座固定安装在第二底座上，铰接件固定安装在第二台面下表面，第二台面通过铰接装置可以绕铰接装置中的第一转轴轴线相对于第二底座转动；两个升降装置安装在第二底座上方尾部的两侧，升降装置用于支撑第二台面，每个升降装置包括一根蜗杆轴和一根蜗轮轴，蜗轮轴与固定安装在第二台面下表面的第二支座铰接连接，蜗杆轴通过换向器在第一伺服电机的驱动下带动蜗轮轴上下升降从而使第二台面与第二底座之间可以从平行状态变为两者具有一定角度的状态，也可以使两者从具有一定角度的状态再回到平行状态；第二台面上方还安装有转盘，两者通过芯轴连接，转盘可以在安装于第二台面底面的第二伺服电机的驱动下，经同样安装在第二台面底面的减速装置绕芯轴轴线相对于第二台面转动，第二伺服电机还装有旋转编码器，从而使转盘可以精确定位到指定的角度。

进一步地，所述三坐标转换台上固定安装有夹具工装，用于固定测试件，夹具工装规格可以根据测试件的尺寸大小进行更换。

本发明还提出了一种质量特性一体化综合测试方法，其测试过程包括以下步骤：

步骤一：设备准备，将测试台的第一台面压在称重传感器上进行预压。

步骤二：夹具工装质心质量测试，三坐标转换台处于水平状态，转盘对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具水平方向质量质心测试结果。启动第一伺服电机，使其正转，升降装置中的蜗轮轴上升使三坐标转换台为倾斜15°状态时，转盘对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具倾斜方向质量质心测试结果。随后按下第一伺服电机反转按钮，升降装置中的蜗轮轴下降到位后使三坐标转换台回到水平状态。

步骤二：夹具工装转动惯量测试，三坐标转换台处于水平状态，转盘对准0°方向，进行0度空载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果。启动第二伺服电机，转盘旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别得到夹具水平方向转动惯量测试结果，转盘回到0°时关闭第二伺服电机。启动第一伺服电机，使其正转，升降装置中的蜗轮轴上升使三坐标转换台为倾斜15°状态，转盘对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果，再次启动第二伺服电机，转盘旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘回到0°时关闭第二伺服电机，随后按下第一伺服电机反转按钮，升降装置中的蜗轮轴下降到位后使三坐标转换台回到水平状态。

步骤三：测试件质心质量测试，将测试件安装在夹具工装上锁紧，三坐标转换台处于水平状态，转盘对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具水平方向质量质心测试结果。启动第一伺服电机，使其正转，升降装置中的蜗轮轴上升使三坐标转换台为倾斜15°状态时，转盘对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具倾斜方向质量质心测试结果。随后按下第一伺服电机反转按钮，升降装置中的蜗轮轴下降到位后使三坐标转换台回到水平状态。

步骤四：测试件转动惯量测试，三坐标转换台处于水平状态，转盘对准0°方向，进行0度加载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果。启动第二伺服电机，转盘旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别得到夹具水平方向转动惯量测试结果，转盘回到0°时关闭第二伺服电机。启动第一伺服电机，使其正转，升降装置中的蜗轮轴上升使三坐标转换台为倾斜15°状态，转盘对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果，再次启动第二伺服电机，转盘旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘回到0°时关闭第二伺服电机，随后按下第一伺服电机反转按钮，升降装置中的蜗轮轴下降到位后使三坐标转换台回到水平状态。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下有益效果：

采用以上技术方案后：本发明通过一系列传递转换机构将测试台、三坐标转换台组合在一起，可以在同一设备上一次测量产品的质量、各方向质心及转动惯量等质量参数，无需将测试件在两种测试设备之间转移，减少了人为干预所产生的误差，同时整个测试过程为自动方式，只需分别开启两个伺服电机，就可以实现三坐标测试台的倾斜动作及转盘的旋转动作，缩短了测量时间，提高了测量精度，减少了测量过程中因装拆可能产生的不安全因素。

附图说明

图1是本发明实施例质量特性一体化综合测试设备轴侧立体图。

图2是本发明实施例质量特性一体化综合测试设备另一方向轴侧立体图。

图3是本发明实施例质量特性一体化综合测试设备安装上夹具工装及测试件后的轴侧立体图。

图4是本发明质量特性一体化综合测试方法中测试件质量质心水平和倾斜测试示意图。

图5是本发明质量特性一体化综合测试方法中测试件转动惯量水平测试示意图。

图6是本发明质量特性一体化综合测试方法中测试件转动惯量倾斜测试示意图。

上述图中：1-测试台；2-三坐标转换台；3-第一底座；4-支撑座；5-第一台面；6-称重传感器；7-第二底座；8-第二台面；9-转盘；10-第一伺服电机；11-换向器；12-升降装置；13-铰接装置；14-第二伺服电机；15-减速装置；16-芯轴；17-第一支座；18-铰接件；19-第一转轴；20-蜗杆轴；21-蜗轮轴；22-第二支座；23-旋转编码器；24-夹具工装；25-测试件。

具体实施方式

结合图1—图5，通过实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

如图1-图2所示，本发明包括测试台1和三坐标转换台2，测试台1包括第一底座3、两个支撑座4、第一台面5和两个称重传感器6，第一底座3和第一台面5均为圆盘形结构，第一底座3放置于地面，第一台面5位于第一底座3上方，第一台面5和第一底座3之间依靠两个支撑座4支撑，两个支撑座4沿第一底座3圆周方向均匀分布在第一底座3上表面和第一台面5下表面之间；第一底座3和第一台面5之间还有两个称重传感器6，也沿第一底座3圆周方向均匀分布在第一底座3上表面和第一台面5下表面之间，称重传感器6与支撑座4均匀地交错分布。

三坐标转换台2包括第二底座7、第二台面8和转盘9，其内安装有第一伺服电机10、换向器11、升降装置12、铰接装置13、第二伺服电机14、减速装置15和芯轴16。第二底座7由一块方形钢板和四根方钢焊接而成，四根方钢分别沿方形钢板的四条边焊接在方形钢板上，因此第二底座7为方形凹陷结构，第二底座7通过螺钉固定安装于测试台1的第一台面5上，并通过两个铰接装置13和两个升降装置12与位于上方的第二台面8连接，第二台面8为方盘形结构，两个铰接装置13固定安装在第二底座7与第二台面8之间中部的两侧，每个铰接装置13包括一个第一支座17和一个铰接件18，第一支座17和铰接18件通过一根第一转轴19连接，其中第一支座17固定安装在第二底座7上，铰接件18固定安装在第二台面8下表面，第二台面8通过铰接装置13可以绕铰接装置13中的第一转轴19轴线相对于第二底座7转动；两个升降装置12安装在第二底座7与第二台面8之间尾部的两侧，升降装置12用于支撑第二台面8，第二底座7上安装有一个第一伺服电机10，一个换向器11，其中换向器11有一根输入轴和两根垂直于输入轴的输出轴，第一伺服电机10的输出轴连接换向器11的输入轴，通过换向器11改变电机输出轴的转向力矩，每个升降装置12由一根蜗杆轴20和一根蜗轮轴21组成，通过蜗杆轴20的转动带动蜗轮轴21旋转实现蜗轮轴21的升降，两个升降装置12的蜗杆轴20分别通过两根第一转轴19铰接连接换向器11的两根输出轴，第一转轴19则通过铰接连接升降装置12的蜗杆轴20，蜗轮轴21与固定安装在第二台面8下表面的第二支座22铰接连接，蜗杆轴20在第一伺服电机10的驱动下带动蜗轮轴21上下升降从而使第二台面8与第二底座7之间可以从平行状态变为两者具有一定角度的状态，也可以使两者从具有一定角度的状态再回到平行状态。第二台面8上方还安装有转盘9，两者通过芯轴16连接，转盘9可以在安装于第二台面8底面的第二伺服电机14的驱动下，经同样安装在第二台面8底面的减速装置15绕芯轴16轴线相对于第二台面8转动，其中第二伺服电机14的输出轴连接减速装置15，减速装置15的输出轴连接芯轴16，从而驱动转盘9的旋转，同时第二伺服电机14还装有旋转编码器23，从而使转盘9可以精确定位到指定的角度。

如图3所示，三坐标转换台2上还固定安装有夹具工装24，用于固定测试件25，夹具工装24规格可以根据测试件25的尺寸大小进行更换。

结合图4至图5对本发明测试过程进行进一步的说明如下：

步骤一：设备准备，将测试台1的第一台面5压在称重传感器6上进行预压，保证称重传感器6达到最佳状态。

步骤二：夹具工装质心质量测试，将夹具工装25安装在转盘9上用螺栓锁紧，三坐标转换台2处于水平状态，转盘9对准0°方向，用插销锁紧，待称台称量数据稳定之后，进行0度空载测试，并记录称重数据，夹具工装水平方向质量质心测试完毕并保存数据。启动第一伺服电机10，使其正转，升降装置12中的蜗轮轴21上升使三坐标转换台2为倾斜15°状态，转盘9对准0°方向，用插销锁紧，待称台称量数据稳定之后，进行0度空载测试，并记录称重数据。按下第一伺服电机10反转按钮，使其反转，升降装置12中的蜗轮轴21下降到位后使三坐标转换台2回到水平状态，关闭第一伺服电机10，夹具工装倾斜方向质量质心测试完毕并保存数据。

步骤二：夹具工装转动惯量测试，三坐标转换台2处于水平状态，转盘9对准0°方向，进行0度空载测试，并记录转动惯量测试数据，启动第二伺服电机14，转盘9旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘9回到0°时关闭第二伺服电机14，夹具工装水平转动惯量测试完毕并保存数据。启动第一伺服电机10，使其正转，升降装置12中的蜗轮轴21上升使三坐标转换台2为倾斜15°状态，转盘对准0°方向，进行0度空载测试，并记录转动惯量测试数据，再次启动第二伺服电机14，转盘9旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘9回到0°时关闭第二伺服电机14，随后按下第一伺服电机10反转按钮，使其反转，升降装置12中的蜗轮轴21下降到位后使三坐标转换台2回到水平状态，关闭第一伺服电机10，夹具倾斜方向转动惯量测试完毕并保存数据。

步骤三：测试件质心质量测试，将测试件25安装在夹具工装24上用螺栓锁紧，三坐标转换台2处于水平状态，转盘9对准0°方向，用插销锁紧，待称量数据稳定之后，进行0度加载测试，并记录称重数据，夹具与测试件的水平方向质量质心测试完毕并保存数据。启动第一伺服电机10，使其正转，升降装置12中的蜗轮轴21上升使三坐标转换台2为倾斜15°状态，转盘9对准0°方向，用插销锁紧，待称台称量数据稳定之后，进行0度加载测试，并记录称重数据。按下第一伺服电机10反转按钮，使其反转，升降装置12中的蜗轮轴21下降使三坐标转换台2回到水平状态，夹具与测试件倾斜方向质量质心测试完毕。综合前述夹具质心质量测试和夹具与测试件质心质量测试结果可以得到测试件的质心质量测试结果。

步骤四：测试件转动惯量测试，三坐标转换台2处于水平状态，转盘9对准0°方向，进行0度加载测试，并记录转动惯量测试数据，启动第二伺服电机14，转盘9旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行加载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘回到0°时关闭第二伺服电机14，夹具工装水平转动惯量测试完毕并保存数据。启动第一伺服电机10，使其正转，升降装置12中的蜗轮轴21上升使三坐标转换台2为倾斜15°状态，转盘9对准0°方向，进行0度空载测试，并记录转动惯量测试数据，再次启动第二伺服电机14，转盘9旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行加载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘回到0°时关闭第二伺服电机14，随后按下第一伺服电机10反转按钮，使其反转，升降装置12中的蜗轮轴21下降到位后使三坐标转换台2回到水平状态，关闭第一伺服电机10，夹具倾斜方向转动惯量测试完毕并保存数据。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明方案做出的变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种质量特性一体化综合测试设备，包括测试台(1)和固定安装在测试台(1)上方的三坐标转换台(2)，其特征在于，所述三坐标转换台(2)包括第二底座(7)、第二台面(8)和转盘(9)，第二底座(7)上装有两个铰接装置(13)和两个升降装置(12)与第二台面(8)连接，两个铰接装置(13)固定安装在第二底座(7)与第二台面(8)之间中部的两侧，能够使第二台面(8)相对于第二底座(7)倾斜转动；两个升降装置(12)安装在第二底座(7)与第二台面(8)之间尾部的两侧，能够使第二台面(8)与第二底座(7)之间从平行状态变为倾斜状态或从倾斜状态再回到平行状态；第二台面(8)上方还安装有能够相对于第二台面(8)转动的转盘(9)。

2.根据权利要求1所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述铰接装置(13)包括一个固定安装在第二底座(7)上的第一支座(17)和一个固定安装在第二台面(8)下表面的铰接件，第一支座(17)和铰接件(18)通过一根第一转轴(19)连接，且两者之间能够绕第一转轴(19)轴线相对转动。

3.根据权利要求1所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述升降装置(12)为蜗轮蜗杆结构，包括一根蜗杆轴(20)和一根蜗轮轴(21)，蜗轮轴(21)与固定安装在第二台面(8)下表面的第二支座(22)铰接连接，蜗杆轴在安装于第二台面(8)上的第一伺服电机(10)的驱动下带动蜗轮轴(21)上下升降从而推动第二台面(8)运动。

4.根据权利要求2或3所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述测试台(1)包括第一底座(3)、两个支撑座(4)、第一台面(5)和两个称重传感器(6)，第一底座(3)和第一台面(8)均为圆盘形结构，第一台面在第一底座(3)上方，两个支撑座(4)沿第一底座(3)圆周方向均匀分布在第一底座(3)上表面和第一台面(8)下表面之间；第一底座(3)和第一台面(8)之间还有两个称重传感器(6)，也沿第一底座(3)圆周方向均匀分布在第一底座(3)上表面和第一台面(8)下表面之间，称重传感器(6)与支撑座(4)均匀地交错分布。

5.根据权利要求3所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述第一伺服电机(10)通过一个有一根输入轴和两根输出轴的换向器(11)连接两个升降装置(12)，所述两个升降装置(12)的蜗杆轴(20)与换向器之间(11)还各通过一根第一转轴(19)铰接连接。

6.根据权利要求1所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述转盘(9)与第二台面(8)之间通过一根芯轴(16)连接，芯轴(16)一端连接安装于第二台面(8)底面的第二伺服电机(14)，第二伺服电机(14)经安装在第二台面(8)底面的减速装置(15)驱动芯轴(16)旋转从而使转盘绕芯轴(16)轴线能够相对于第二台面(8)旋转。

7.根据权利要求6所述的质量特性一体化综合测试设备，其特征在于，所述第二伺服电机(14)装有能够使转盘(9)可以精确定位到指定的角度的旋转编码器(23)。

8.一种质量特性一体化综合测试方法，其特征在于其测试过程包括以下步骤：

步骤一：将测试台(1)的第一台面(5)压在称重传感器(6)上进行预压。

步骤二：夹具工装质心质量测试，三坐标转换台(2)处于水平状态，转盘(9)对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具水平方向质量质心测试结果。启动第一伺服电机(10)，使其正转，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)上升使三坐标转换台(2)为倾斜15°状态时，转盘(9)对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具倾斜方向质量质心测试结果。随后按下第一伺服电机(10)反转按钮，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)下降到位后使三坐标转换台(2)回到水平状态。

步骤三：夹具工装转动惯量测试，三坐标转换台(2)处于水平状态，转盘(9)对准0°方向，进行0度空载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果。启动第二伺服电机(14)，转盘(9)旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别得到夹具水平方向转动惯量测试结果，转盘(9)回到0°时关闭第二伺服电机(14)。启动第一伺服电机(10)，使其正转，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)上升使三坐标转换台(2)为倾斜15°状态，转盘对准0°方向时，进行0度空载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果，再次启动第二伺服电机(14)，转盘(9)旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘回到0°时关闭第二伺服电机(14)，随后按下第一伺服电机(10)反转按钮，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)下降到位后使三坐标转换台(2)回到水平状态。

步骤四：测试件质心质量测试，将测试件(25)安装在夹具工装(24)上锁紧，三坐标转换台(2)处于水平状态，转盘(9)对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具水平方向质量质心测试结果。启动第一伺服电机(10)，使其正转，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)上升使三坐标转换台(2)为倾斜15°状态时，转盘(9)对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具倾斜方向质量质心测试结果。随后按下第一伺服电机(10)反转按钮，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)下降到位后使三坐标转换台(2)回到水平状态。

步骤五：测试件转动惯量测试，三坐标转换台(2)处于水平状态，转盘(9)对准0°方向，进行0度加载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果。启动第二伺服电机(14)，转盘(9)旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别得到夹具水平方向转动惯量测试结果，转盘(9)回到0°时关闭第二伺服电机(14)。启动第一伺服电机(10)，使其正转，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)上升使三坐标转换台(2)为倾斜15°状态，转盘(9)对准0°方向时，进行0度加载测试得到夹具水平方向转动惯量测试结果，再次启动第二伺服电机(14)，转盘(9)旋转，分别旋转到45°、90°、180°、270°时进行空载测试，分别记录转动惯量测试数据，转盘(9)回到0°时关闭第二伺服电机(14)，随后按下第一伺服电机(10)反转按钮，升降装置(12)中的蜗轮轴(21)下降到位后使三坐标转换台(2)回到水平状态。