CN113092007A - 一种通用型重心坐标测量装置及方法 - Google Patents

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黎振
何欣
王茜
陈鹏
霍相佐
潘金城
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明提供了一种通用型重心坐标测量装置及方法，底座、支撑组件、控制器、工件、计算机，扫描仪、连接线，底座上通过螺钉固定支撑组件，支撑组件的支撑标准球上放置工件，扫描仪与计算机通过连接线连接，支撑组件上安装有三向应力传感器，三向应力传感器通过连接线与控制器及计算机相连接。将工件放置在支撑组件的支撑标准球上，支撑标准球与工件点接触。通过扫描获得工件及支撑标准球的点云数据，通过点云拟合支撑标准球及工件接触部分，获得球心坐标及接触点位置，结合三向应力传感器，获得各个支撑球的受力，再计算出工件重心坐标。该装置结构简单，通用性好，方法计算精度高。

Description

一种通用型重心坐标测量装置及方法
技术领域
本发明涉及重心测量技术领域，尤其涉及一种具有通用型重心坐标测量装置及方法。
背景技术
在飞机、无人机、火箭、船舶、汽车等的生产过程中，其重心的位置对产品的动态性能影响十分显著。因此，在产品生产及出厂时，往往需要进行重心的测量及调整，以满足性能的要求。而且，随着这些器件运行速度越来越快，环境适应力要求越来越高，要求测量的重心精度日益提高。如公开号为CN10544855A的专利，提出了一种飞机重心测量调整装置。该方案采用三个点支撑飞机，然后调整支撑点的高度，根据其支撑部分压力的变化，获得飞机的重心。该装置针对特定机型，且接触位置为面接触，且随顶起过程发生变化，误差大，测试过程繁琐，飞机有侧翻的风险。公开号为CN112304408A公开了一种飞机重量重心自动化测量装置，该装置采用特殊的支撑装置，装置结构复杂，只能用于某些型号飞机的重心测量。公开号为CN212409960U公开了一种基于扫描的重心测量装置，该装置从理论上讲，具有很好的精度及通用性，结构简单。但是，需要将产品悬垂，对于大型产品或者不能悬垂的产品，则不能进行重心的测量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种通用型重心坐标测量装置，通过与扫描方法相结合，能够测量飞机、无人机、船舶、汽车、假人模型等多种产品的重心坐标，具有通用性，装置结构简单，支撑位置选择灵活，具有高效率、高精度、低成本、通用的优点。
本发明通过技术方案如下：
一种通用型重心坐标测量装置，包括底座、支撑组件、控制器、工件、计算机，扫描仪、连接线；所述的底座上通过螺钉固定支撑组件，支撑组件的支撑标准球上放置工件，工件与支撑标准球接触时为点接触；所述扫描仪与计算机通过连接线连接；所述的支撑组件上安装有三向应力传感器，能获得各个支撑标准球支撑工件时的三向应力；所述三向应力传感器通过连接线与控制器及计算机相连接；所述的计算机里安装有软件。
所述的支撑组件包括定位销钉，用来与底座上成组的销孔配合；所述的定位销钉固定在下固定板上，下固定板上安装有升降机构；所述升降机构上安装有上固定板，上固定板上固定有三向应力传感器；所述三向应力传感器上固定有支撑标准球，支撑标准球的高度可以通过升级机构进行调整，以使支撑标准球支撑在工件上上并承受工件部分的重力，支撑标准球与工件点接触；所述支撑标准球面轮廓度误差小于0.1mm。
所述的底座上有成组销孔及螺钉孔，可以根据被测工件的大小及支撑位置强度，在底座上分散布置三个或三个以上的支撑组件，保证工件被平稳支撑；所述销孔用来定位支撑组件；所述螺钉孔用来固定支撑组件。
所述的工件上粘贴有标记点，以用扫描仪进行数据采集时进行数据拼接，保证扫描的顺利进行，获得工件及支撑标准球空间位置的点云数据。
所述的升降机构安装有摇把，用来调整标准支撑球支撑的高度，使标准支持球承受工件的部分重力。
一种通用型重心坐标测量装置的测量方法，包括如下步骤：
1）将三个或以上的支撑组件通过螺钉固定在底板上，通过摇把调整固定支撑标准球的高度，使粘结有标记点的工件平稳支撑在支撑标准球上，支撑标准球与工件点接触；
2）将计算机与扫描仪、控制器连接；
3）采用扫描仪对工件及支撑标准球进行扫描，获得工件及支撑标准球的点云数据；
4）拟合各个支撑标准球及工件接触位置的点云数据，得到各组支撑标准球的球心点坐标；假设支撑组件为三个时，三个球心OA、OB、Oc及接触工件的接触点JA（XA，YA，ZA）、JB（XB，YB，ZB）、JC（XC，YC，ZC），计算OAJA、OBJB、OCJC与竖直方向的角度α、β、γ；
5）通过计算机读取三向应力传感器上的工件对支撑组件的作用力合力，分别为FA、FB、FC;
6）根据角度α、β、γ计算FA、FB、FC在竖直方向的重力分力：GA、GB、GC;
7）将各个支撑标准球的重力分力与对应的三个接触点坐标相乘后求和，除以相应的工件总重力，即可求出对应的重心的坐标值。
本发明一种通用型重心坐标测量装置及方法，可以用于各种形状、大小物体的重心坐标，包括但不限于飞机模型、无人机、假人模型、船体、航模等，具有很好的通用性，并且测量速度快，节省了大量的成本和时间。尤其对于异形不规则难测量零件，无须定制专用的装置，只需要合理调整支撑组件的数量、安装位置、标准支撑球高度，即可实现形状差异大的工件的测量。本发明具有适用性强、操作简单、成本低，精度高等特点，能满足结构材料复杂、形状各异的工件的重心坐标的测量要求。
附图说明
图1是本发明整体结构图；
图2是支撑组件的组成结构图；
图3是接触支撑点重心计算示意图。
图中：1-底座，2-销孔，3-螺钉孔，4-螺钉，5-支撑组件，6-工件，7-标记点，8-扫描仪，9-控制器，10-连接线，11-计算机，5.1-销钉，5.2-下固定板，5.3-升降机构，5.4-上固定板，5.5-三向应力传感器，5.6-支撑标准球，5.7-摇把。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明一种基于扫描的重心坐标测量装置及方法作出详细说明，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1及图2所示，一种通用型重心坐标测量装置，包括底座1、支撑组件5、控制器9、工件6、计算机11，扫描仪8、连接线10，底座1上通过螺钉4固定支撑组件5，支撑组件5的支撑标准球5.6上放置工件6，所述扫描仪8与计算机11通过连接线（10）连接，所述的支撑组件5上安装有三向应力传感器5.6，所述三向应力传感器5.6通过连接线10与控制器9及计算机11相连接。
如图2所示，所述的支撑组件5包括定位销钉5.1，所述定位销钉5.1固定在下固定板5.2上，所述下固定板5.2上安装有升降机构5.3，升降机构5.3上安装有上固定板5.4，所述上固定板5.4上固定有三向应力传感器5.5，所述三向应力传感器5.5上固定有支撑标准球5.6，所述的支撑标准球5.6的球面轮廓度要求误差小于0.1mm。
如图1所示，所述的底座1上有成组销孔2及螺钉孔3，所述的销孔2用来与支撑组件5的销钉5.1配合，定位支撑组件的位置；所述的螺钉孔3通过螺钉4来固定支撑组件5。
如图1及图2所示，所述的底座1上分散固定三个或以上的支撑组件5。
如图1所示，所述的工件6上粘贴有标记点7，以使扫描仪8在扫描时，获得工件6及标准支撑球5.6的点云数据。
如图2所示，所述的升降机构5.3安装有摇把5.7,摇动摇把5.7能调整标准支撑球5.6的高度，使其与承受工件6的部分重力。
所述的一种通用型重心坐标测量装置测量方法，包括如下步骤：
1）将三个或以上的支撑组件5通过螺钉4固定在底板1上，通过摇把5.7调整固定支撑标准球5.6的高度，使粘结有标记点7的工件6平稳支撑在支撑标准球5.6上；
2）将计算机11与扫描仪8、控制器9连接；
3）采用扫描仪8对工件6及支撑标准球5.6进行扫描，获得点云数据；
4）如图3所示，拟合各个支撑标准球5.6及工件6接触位置的点云数据，得到各组支撑标准球5.6的球心点坐标OA、OB、Oc及接触工件6的接触点JA（XA，YA，ZA）、JB（XB，YB，ZB）、JC（XC，YC，ZC），计算OAJA、OBJB、OCJC与竖直方向的角度α、β、γ；
5）通过计算机11读取三向应力传感器5.5上的工件6对支撑组件5的作用力合力，分别为FA、FB、FC;
6）根据角度α、β、γ计算FA、FB、FC在竖直方向的重力分力：GA、GB、GC;
7）重心坐标（Xz，Yz，Zz）的计算公式为：
Figure 460319DEST_PATH_IMAGE001
。
所述的支撑组件5支撑在工件6的不同位置，重复步骤1）-7），取多次测量平均值，可以提高测量精度。
本发明一种通用型重心坐标测量装置及方法具有装置简单，通用性强，操作简单，测量精度高的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以根据测量对象不同发生更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通用型重心坐标测量装置，包括底座（1）、支撑组件（5）、控制器（9）、工件（6）、计算机（11），扫描仪（8）、连接线（10），其特征在于底座（1）上通过螺钉（4）固定支撑组件（5），支撑组件（5）的支撑标准球（5.6）上放置工件（6），所述扫描仪（8）与计算机（11）通过连接线（10）连接，所述的支撑组件（5）上安装有三向应力传感器（5.6），所述三向应力传感器（5.6）通过连接线（10）与控制器（9）及计算机（11）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的支撑组件（5）包括定位销钉（5.1），所述定位销钉（5.1）固定在下固定板（5.2）上，所述下固定板（5.2）上安装有升降机构（5.3），所述升降机构（5.3）上安装有上固定板（5.4），所述上固定板（5.4）上固定有三向应力传感器（5.5），所述三向应力传感器（5.5）上固定有支撑标准球（5.6）。
3.根据权利要求1所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的底座（1）上有成组销孔（2）及螺钉孔（3）。
4.根据权利要求1所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的底座（1）上分散固定三个或以上的支撑组件（5）。
5.根据权利要求1所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的工件（6）上粘贴有标记点（7）。
6.根据权利要求2所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的升降机构（5.3）安装有摇把（5.7）。
7.根据权利要求2所述的一种通用型重心坐标测量装置，其特征在于，所述的支撑标准球（5.6）的球面轮廓度误差小于0.1mm。
8.根据权利要求1所述的一种通用型重心坐标测量装置及方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将三个或以上的支撑组件（5）通过螺钉（4）固定在底板（1）上，通过摇把（5.7）调整固定支撑标准球（5.6）的高度，使粘结有标记点（7）的工件（6）平稳支撑在支撑标准球（5.6）上；
2）将计算机（11）与扫描仪（8）、控制器（9）连接；
3）采用扫描仪（8）对工件（6）及支撑标准球（5.6）进行扫描，获得点云数据；
4）拟合各个支撑标准球（5.6）及工件（6）接触位置的点云数据，得到各组支撑标准球（5.6）的球心点坐标OA、OB、Oc及接触工件（6）的接触点JA（XA，YA，ZA）、JB（XB，YB，ZB）、JC（XC，YC，ZC），计算OAJA、OBJB、OCJC与竖直方向的角度α、β、γ；
5）通过计算机（11）读取三向应力传感器（5.5）上的工件（6）对支撑组件（5）的作用力合力，分别为FA、FB、FC;
6）根据角度α、β、γ计算FA、FB、FC在竖直方向的重力分力：GA、GB、GC;
7）将步骤4和步骤6的结构带入下面公式，即可求出重心坐标（Xz，Yz，Zz）：
Figure 728261DEST_PATH_IMAGE001
。
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