CN109540385B - 一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置及方法，支撑装置位于地面上，支撑装置上端通过主刀支撑杠杆，而左右两个顶升机构用来支撑杠杆，并实现对杠杆的顶升，杠杆左端安装电磁力矩器与位移器，而杠杆右端安装自动加载系统，用于加载配重砝码，配重砝码通过副刀将力值加载到杠杆上；在杠杆上有产品定位销，用于将被测产品定位在工装之上，而工装定位销则用于将工装定位在杠杆上。

Description

一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置及方法
技术领域
本发明属于质心测量领域，具体涉及一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置及方法。
背景技术
质心是飞行器的重要静态参数之一，将直接影响到飞行器的飞行姿态，及至影响到系统的命中概率，目前国内外质量质心测试主要采用多点支承称重法。多支点称重法的基本测试原理是用三个或更多的称重传感器共同支承被测物体，使得各传感器受力，再结合各传感器相对基准中心点的位置求矩计算得到。该测试方法较为为简单，并且可以同时测量出质量和质心参数，但采用这种方法由于受制于传感器的精度及安装误差，一般其准确度也难以达到较高的水平。
发明内容
本发明的目的在于：通过采用力矩平衡的原理实现被测产品一维质心的高准确度测量。
本发明的技术方案如下：一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置，支撑装置位于地面上，支撑装置上端通过主刀支撑杠杆，而左右两个顶升机构用来支撑杠杆，并实现对杠杆的顶升，杠杆左端安装电磁力矩器与位移器，而杠杆右端安装自动加载系统，用于加载配重砝码，配重砝码通过副刀将力值加载到杠杆上；在杠杆上有产品定位销，用于将被测产品定位在工装之上，而工装定位销则用于将工装定位在杠杆上。
一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法，包括以下步骤：
第1步：以主刀的位置为原点，在水平方向上以垂直于主刀的刀线方向为x轴建立坐标系，顶升机构将杠杆及其上方的部件顶起；
第2步：安装产品工装；
第3步：降下顶升机构，记录此时x向配平载荷为dx；
第4步：再次顶起杠杆，安装被测产品；
第5步：被测产品安装完成后降下顶升机构，假设x向的副刀的刀点距主刀的刀线水平距离为LX，产品质量为M，由称重法测量得到被测产品的质心位置为XG，那么测量时理论上在x向上的配平质量应为mX；
Figure BDA0001866879230000021
第6步：进行加载，若加载后系统的偏载超出了电磁力矩器的调节能力，则根据偏载方向改变加载载荷，直至系统处于电磁力矩器可控范围内，设此时实际加载的砝码为
Figure BDA0001866879230000022
第7步：启动电磁力矩器使一级平台在x向处于平衡状态，设由电磁力矩器加载的载荷量折算至副刀的刀点位置的载荷量为mX'，则总的配平载荷为
Figure BDA0001866879230000023
因其中包含了用于配平产品工装的配平载荷dX，所以实际用于平衡被测产品的载荷为
Figure BDA0001866879230000024
因此被测产品在杠杆水平状态下的x向质心坐标如下式X所示；
Figure BDA0001866879230000025
式中：
Figure BDA0001866879230000026
向实际加载的砝码量，即mX的取整，kg。
所述第2步中，使用定位销定位。
所述第4步中，使用产品定位销与产品工装进行定位。
所述第3步中，使用配重砝码和电磁力矩器将杠杆配平。
所述第4步中，启动顶升机构再次顶起杠杆。
所述第6步中，将mX取整至整千克数并采用配重砝码进行加载。
所述第2步中，安装产品工装至杠杆上。
所述第3步中，启动位移器，并将杠杆配平。
所述第4步中，将杠杆置于水平状态。
本发明的显著效果在于：一次装卡可以测量产品一个坐标方向的质心位置，测量精度不超过0.1mm；通过产品工装的设计，使产品在不同方位下安装于测量平台上，即可得到产品的三维质心。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置示意图图中：1—电磁力矩器，2—位移器，3—工装定位销，4—产品定位销，5—产品工装，6—主刀，7—被测产品，8—顶升机构，9—副刀，10—标准砝码，11—自动加载系统
具体实施方式
一种基于力矩平衡原理的一维质心测量装置，支撑装置12位于地面上，支撑装置12上端通过主刀6支撑杠杆13，而左右两个顶升机构8用来支撑杠杆13，并实现对杠杆13的顶升，杠杆13左端安装电磁力矩器1与位移器2，而杠杆13右端安装自动加载系统11，用于加载配重砝码10，配重砝码10通过副刀9将力值加载到杠杆13上；在杠杆13上有产品定位销4，用于将被测产品7定位在工装5之上，而工装定位销3则用于将工装5定位在杠杆13上。
一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：
第1步：以主刀6的位置为原点，在水平方向上以垂直于主刀6的刀线方向为x轴建立坐标系，顶升机构8将杠杆13及其上方的部件顶起。
第2步：安装产品工装5至杠杆13上，并使用定位销3定位。
第3步：降下顶升机构8，启动位移器2，并使用配重砝码10和电磁力矩器1将杠杆13配平，记录此时x向配平载荷为dx。
第4步：启动顶升机构8再次顶起杠杆13，将杠杆13置于水平状态，安装被测产品7，并使用产品定位销4与产品工装5进行定位。
第5步：被测产品7安装完成后降下顶升机构8，假设x向的副刀9的刀点距主刀6的刀线水平距离为LX，产品质量为M，由称重法测量得到被测产品7的质心位置为XG，那么测量时理论上在x向上的配平质量应为如下的mX。
Figure BDA0001866879230000041
第6步：将mX取整至整千克数并采用配重砝码10进行加载，若加载后系统的偏载超出了电磁力矩器1的调节能力，则根据偏载方向改变加载载荷，直至系统处于电磁力矩器1可控范围内，设此时实际加载的砝码为
Figure BDA0001866879230000042
第7步：启动电磁力矩器1使一级平台2在x向处于平衡状态，设由电磁力矩器1加载的载荷量折算至副刀9的刀点位置的载荷量为mX'，则总的配平载荷为
Figure BDA0001866879230000043
因其中包含了用于配平产品工装5的配平载荷dX，所以实际用于平衡被测产品7的载荷为
Figure BDA0001866879230000044
因此被测产品7在杠杆13水平状态下的x向质心坐标如下式X所示。
Figure BDA0001866879230000045
式中：
Figure BDA0001866879230000046
向实际加载的砝码量，即mX的取整，kg；
一次装卡可以测量产品一个坐标方向的质心位置，测量精度不超过0.1mm；通过产品工装的设计，使产品在不同方位下安装于测量平台上，即可得到产品的三维质心。

Claims (9)

1.一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
第1步：以主刀(6)的位置为原点，在水平方向上以垂直于主刀(6)的刀线方向为x轴建立坐标系，顶升机构(8)将杠杆(13)及其上方的部件顶起；
第2步：安装产品工装(5)；
第3步：降下顶升机构(8)，记录此时x向配平载荷为dx；
第4步：再次顶起杠杆(13)，安装被测产品(7)；
第5步：被测产品(7)安装完成后降下顶升机构(8)，假设x向的副刀(9)的刀点距主刀(6)的刀线水平距离为LX，产品质量为M，由称重法测量得到被测产品(7)的质心位置为XG，那么测量时理论上在x向上的配平质量应为mX；
Figure FDA0002696934570000016
第6步：进行加载，若加载后系统的偏载超出了电磁力矩器(1)的调节能力，则根据偏载方向改变加载载荷，直至系统处于电磁力矩器(1)可控范围内，设此时实际加载的砝码为
Figure FDA0002696934570000011
第7步：启动电磁力矩器(1)使位移器(2)在x向处于平衡状态，设由电磁力矩器(1)加载的载荷量折算至副刀(9)的刀点位置的载荷量为mX'，则总的配平载荷为
Figure FDA0002696934570000012
因其中包含了用于配平产品工装(5)的配平载荷dX，所以实际用于平衡被测产品(7)的载荷为
Figure FDA0002696934570000013
因此被测产品(7)在杠杆(13)水平状态下的x向质心坐标如下式X所示；
Figure FDA0002696934570000014
式中：
Figure FDA0002696934570000015
—x向实际加载的砝码量，即mX的取整，kg。
2.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第2步中，使用工装定位销(3)定位。
3.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第4步中，使用产品定位销(4)与产品工装(5)进行定位。
4.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第3步中，使用配重砝码(10)和电磁力矩器(1)将杠杆(13)配平。
5.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第4步中，启动顶升机构(8)再次顶起杠杆(13)。
6.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第6步中，将mX取整至整千克数并采用配重砝码(10)进行加载。
7.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第2步中，安装产品工装(5)至杠杆(13)上。
8.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第3步中，启动位移器(2)，并将杠杆(13)配平。
9.根据权利要求1所述的一种基于力矩平衡原理的一维质心测量方法：其特征在于：所述第4步中，将杠杆(13)置于水平状态。
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