CN115165047A - 一种同步测量重量与重心的电子天平 - Google Patents

一种同步测量重量与重心的电子天平 Download PDF

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CN115165047A CN202210589164.7A CN202210589164A CN115165047A CN 115165047 A CN115165047 A CN 115165047A CN 202210589164 A CN202210589164 A CN 202210589164A CN 115165047 A CN115165047 A CN 115165047A
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赵铁铭
脱朝智
王标
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Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本申请提供了一种同步测量重量与重心的电子天平，包括：平面重量与重心测量装置，平面重量与重心测量装置包括三个用于进行重量测量的压力传感器、承载在三个压力传感器上的水平托盘以及连接三个压力传感器的数据处理装置，通过三个压力传感器测量放置在水平托盘内的模型重量时，同时对三个压力传感器的测量数值及位置坐标进行解算得到模型试件的平面重心坐标；三维扫描建模装置，三维扫描建模装置用于在模型样件三维重心测量中构造出模型试件的几何模型；三维重心分析装置，三维重心分析装置用于将从三维扫描建模装置获取的模型试件的几何外形三个任意平面的重心构建成三个重心平面，解算重心平面的交点从而得到模型试件的三维重心。

Description

一种同步测量重量与重心的电子天平
技术领域
本申请涉及气动弹性测量技术领域，特别涉及一种同步测量重量与重心的电子天平。
背景技术
颤振设计是飞机结构设计的难题，在飞机设计中机体结构除必须满足的强度要求外，在尽量轻的重量下满足颤振要求的结构刚度。而高精度的颤振设计不仅可以保证飞机的性能要求还可以为结构减重提供设计依据。颤振设计一般从两方面着手，即数值仿真和试验验证。颤振风洞试验是对分析方法、结果进行验证的有效手段。通过设计和加工出满足试验要求的模型来完成颤振风洞试验。
对于颤振模型结构来说，通常需要进行重量、重心分析。通过对颤振模型结构的重量、重心进行分析，一方面可以检验颤振模型加工的工艺质量是否满足试验要求，另一方面可以用于修正仿真分析的数学颤振模型从而提高分析的精度。
对于颤振模型结构的重量特性——重量及重心，现有技术中通常是通过实测得到的，即先通过电子秤测得颤振模型试件的质量数据，再通过悬吊法测量模型试件的重心数据。但该方法过程十分繁琐、效率较低且精度不高。
发明内容
本申请的目的是提供了一种同步测量重量与重心的电子天平，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种同步测量重量与重心的电子天平，所述电子天平包括：
平面重量与重心测量装置，所述平面重量与重心测量装置包括三个用于进行重量测量的压力传感器、承载在所述三个压力传感器上的水平托盘以及连接三个压力传感器的数据处理装置，通过三个所述压力传感器测量放置在水平托盘内的模型重量时，同时对三个压力传感器的测量数值及位置坐标进行解算得到所述模型试件的平面重心坐标；
三维扫描建模装置，所述三维扫描建模装置用于在模型样件三维重心测量中构造出模型试件的几何模型；
三维重心分析装置，所述三维重心分析装置用于将从三维扫描建模装置获取的模型试件的几何外形三个任意平面的重心构建成三个重心平面，解算重心平面的交点从而得到模型试件的三维重心。
进一步的，三个所述压力传感器在平面内成规则排布。
进一步的，所述规则排布为：三个所述压力传感器的连线正三角形。
进一步的，所述模型试件的重量满足：
M1+M2+M3＝M
式中：M为解算的模型试件重量及重心坐标，M1～M3为三个压力传感器测出的单点重量。
进一步的，所述模型试件的平面重心坐标满足：
M1*X1+M2*X2+M3*X3＝M*X
M1*Y1+M2*Y2+M3*Y3＝M*Y
式中：M、X、Y分别为解算的模型试件重量及重心坐标，M1～M3为三个压力传感器测出的单点重量，X1～X3、Y1～Y3分别为三个压力传感器的平面坐标。
进一步的，所述三维扫描建模装置为三维扫描仪。
进一步的，所述电子天平还包括：显示模块，所述显示模块用于显示所述模型试件的重量、平面重心及三维重心。
本申请提供的电子天平采用多点测量、数学分析的方法，测量分析模型结构的重量、重心数据，不仅可以较精确地得到模型结构特性还可以极大的节约模型加工过程中的时间成本，本申请的电子天平分析过程简单，数据处理方便，可对颤振模型结构试件进行快速的重量、重心测量，极大地提高了模型加工的效率和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的电子天平组成示意图。
图2为本申请的平面重量与重心测量装置示意图。
图3为本申请一实施例的模型试件重心确定过程示意图。
图4为本申请一实施例的机翼颤振模型示意图。
图5为本申请一实施例的木框单元结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了克服现有技术中所提出的问题，本申请应用多点测量、数学分析等方法，提出了一种可以快速、高效、精确地测量分析模型结构的重量、重心的电子天平。
如图1所示，本申请的自动同步同步测量重量与重心的电子天平10包括：平面重量与重心测量装置11、三维扫描建模装置12和三维重心分析装置13。
如图2所示，该平面重量与重心测量装置11主要包括三个用于进行重量测量的压力传感器111、承载在三个压力传感器111上的水平托盘112以及连接三个压力传感器111的数据处理装置113。压力传感器111用于测量模型试件的重量，通过对三个压力传感器111在平面内进行排布，当通过三个压力传感器111测量放置在水平托盘112内的模型重量时，同时对三个压力传感器111的测量数值及位置坐标进行解算，可求出模型试件的平面重心坐标，其满足如下关系：
M1+M2+M3＝M
M1*X1+M2*X2+M3*X3＝M*X
M1*Y1+M2*Y2+M3*Y3＝M*Y
式中：M、X、Y分别为解算的模型试件重量及重心坐标，M1～M3为三个压力传感器111测出的单点重量，X1～X3、Y1～Y3分别为三个压力传感器111的平面坐标。
在本申请优选实施例中，三个压力传感器111成规则排布，例如三个压力传感器111的连线成正三角形。
水平托盘112放置在三个压力传感器11上，用于对模型试件进行均载，从而模型试件的重量分布到三个压力传感器111上。
数据处理装置113连接至三个压力传感器111，用于按照上述方法对三个压力传感器111的测量数据进行重量、重心平面坐标分析，从而将压力传感器111的压力数据转换为模型试件的重量数据。
在本申请一些实施例中，该平面重量与重心测量装置11还可以包括三维固定托架，该三维固定托架用于将模型试件固定放置在三个压力传感器111上进行空间重心测量。
三维扫描建模装置12即三维扫码仪，用于在模型样件三维重心测量中构造出模型试件的几何模型，从而实现模型试件的重心标定。其中，通过三维扫描仪可以创建模型样件与三维固定托架组合体的几何表面点云图，从而构造出模型试件的表面形状进行模型试件结构的三维重建。扫描后得到的模型样件发送给三维重心分析装置13用于三维重心分析。
三维重心分析装置13为具有数据处理的计算机，其将从三维扫描建模装置12获取的模型试件的几何外形、模型试件与三维固定托架的安装关系组合，从而形成一个用于三维重心测量的组合体。将测量得到的组合体三个任意平面的重心构建成三个重心平面，求取重心平面的交点即为模型试件的三维重心。
如图3所示为长方体实施例的模型试件重心确定过程示意图，当该长方体模型试件的底面放置于平面重量与重心测量装置11上时，通过平面重量与重心测量装置11可以得到的模型试件重心A，同时可以通过三维扫描建模装置12得到其几何模型，当长方体模型试件的左面放置于平面重量与重心测量装置11上时，通过平面重量与重心测量装置11可以得到的模型试件重心B，同时可以通过三维扫描建模装置12再次得到其几何模型，当长方体模型试件的后面放置于平面重量与重心测量装置11上时，通过平面重量与重心测量装置11可以得到的模型试件重心C，同时可以通过三维扫描建模装置12再次得到其几何模型。通过将三个的几何模型互关联后，重心A、重心B、重心C的交点即模型试件重心O所在位置。
在本申请一些实施例中，该电子天平还包括：显示模块，该显示模块可以直观的显示模型试件的重量、平面重心及三维重心。
本申请提供的电子天平为以平面重量与重心测量为基础，通过平面内多点重量测量及重心求解得到模型试件的重量及平面重心，再通过多平面多次测量重量与重心并应用数学分析方法获得模型结构的重量数据和三维重心数据，为后续的模型动力学特性及颤振特性分析提供分析依据。
如图4所示为某型飞机的机翼低速颤振模型俯视图，该机翼颤振模型包括金属梁架21、金属单梁22及框段23构成金属梁与木框维形的结构形式。如图5所示为图4中D区域的木框单元结构示意图，该机翼颤振模型的气动外形通过木框单元进行模拟，该木框单元包括前缘24、后缘25、边肋26、加强肋27及维形条28。在机翼颤振模型加工过程中通过对每一个木框单元进行重量、重心测量，并通过模型配重共同保证颤振模态的质量分布与原准模型一致。
该木框单元的重量、重心测量步骤如下：
1)将机翼颤振模型的木框单元与三维固定托架进行安装形成待测组合体；
2)使用三维扫描建模装置获取组合体的几何表面点云信息并发送至用于三维重心分析的三维重心分析装置；
3)在三维重心分析装置中将点云信息进行几何重构形成待测组合体的几何模型，并对木框单元与三维固定托架的几何位置关系进行分析标定；
4)选取待测组合体置于平面重量与重心测量装置11上，测量基于某一平面的重量和面内重心，发送至三维重心分析装置中在已有的测组合体几何模型上标记出当前平面下的重心平面；
5)按照前一条的方法再测量任意两个平面的重量和面内重心，并进行分析；
6)最后由三维重心分析装置进行几何计算分析得出试件的三维重心及试件重量。
本申请提供的电子天平采用多点测量、数学分析的方法，测量分析模型结构的重量、重心数据，不仅可以较精确地得到模型结构特性还可以极大的节约模型加工过程中的时间成本，本申请的电子天平分析过程简单，数据处理方便，可对颤振模型结构试件进行快速的重量、重心测量，极大地提高了模型加工的效率和精度。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述电子天平包括：
平面重量与重心测量装置(11)，所述平面重量与重心测量装置(11)包括三个用于进行重量测量的压力传感器(111)、承载在所述三个压力传感器(111)上的水平托盘(112)以及连接三个压力传感器(111)的数据处理装置(113)，通过三个所述压力传感器(111)测量放置在水平托盘(112)内的模型重量时，同时对三个压力传感器(111)的测量数值及位置坐标进行解算得到所述模型试件的平面重心坐标；
三维扫描建模装置(12)，所述三维扫描建模装置(12)用于在模型样件三维重心测量中构造出模型试件的几何模型；
三维重心分析装置(13)，所述三维重心分析装置(13)用于将从三维扫描建模装置(12)获取的模型试件的几何外形三个任意平面的重心构建成三个重心平面，解算重心平面的交点从而得到模型试件的三维重心。
2.如权利要求1所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，三个所述压力传感器(111)在平面内成规则排布。
3.如权利要求2所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述规则排布为：三个所述压力传感器(111)的连线正三角形。
4.如权利要求1至3任一所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述模型试件的重量满足：
M1+M2+M3＝M
式中：M为解算的模型试件重量及重心坐标，M1～M3为三个压力传感器测出的单点重量。
5.如权利要求4所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述模型试件的平面重心坐标满足：
M1*X1+M2*X2+M3*X3＝M*X
M1*Y1+M2*Y2+M3*Y3＝M*Y
式中：M、X、Y分别为解算的模型试件重量及重心坐标，M1～M3为三个压力传感器测出的单点重量，X1～X3、Y1～Y3分别为三个压力传感器的平面坐标。
6.如权利要求1所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述三维扫描建模装置(12)为三维扫描仪。
7.如权利要求1所述的同步测量重量与重心的电子天平，其特征在于，所述电子天平还包括：显示模块，所述显示模块用于显示所述模型试件的重量、平面重心及三维重心。
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