一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于力學(xué)計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于質(zhì)心測(cè)量，具體涉及一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)心是研究、生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的參數(shù)，其影響范圍包括飛行軌道及姿態(tài)控制、命中精度等。目前的質(zhì)心測(cè)量方法眾多，比較有代表性的方法有:多點(diǎn)稱重法、力矩平衡法、懸掛法等。這些方法的原理各異，但都不能在一個(gè)工況下測(cè)出被測(cè)對(duì)象的三維質(zhì)心，如多點(diǎn)稱重法、力矩平衡法至少需要通過(guò)兩個(gè)工況、懸掛法需要通過(guò)三個(gè)工況才能測(cè)出被測(cè)對(duì)象的三維質(zhì)心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法，其以力矩平衡法為基礎(chǔ)，通過(guò)具有隨遇平衡的杠桿系統(tǒng)，可在一個(gè)工況下測(cè)出被測(cè)對(duì)象的三維質(zhì)心。
[0004]本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其包括基座，基座左右兩側(cè)固定有基座立柱，在每個(gè)基座立柱頂端均架設(shè)橫梁，橫梁的底面中心為杠桿支點(diǎn)；右側(cè)橫梁的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱，左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿連接；兩根水平連桿中間通過(guò)兩根豎直連桿連接；由兩根水平連桿與兩根豎直連桿形成的平面為測(cè)量平面；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)固定在測(cè)量平面中間；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)中心與杠桿支點(diǎn)在同一個(gè)垂直平面內(nèi)；在每個(gè)橫梁中心上方依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈。
[0005]如上所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于0.05°。
[0006]如上所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其所述的縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈位于橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈上方。
[0007]本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其包括如下步驟:
[0008](a)設(shè)置基座，在基座左右兩側(cè)固定基座立柱，在每個(gè)基座立柱頂端架設(shè)橫梁，橫梁的底面中心為杠桿支點(diǎn)；在每個(gè)橫梁上方中心依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈；右側(cè)橫梁的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱，左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿連接；兩根水平連桿中間通過(guò)兩根豎直連桿連接；由兩根水平連桿與兩根豎直連桿形成的平面為測(cè)量平面；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)固定在測(cè)量平面中間；所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)中心與杠桿支點(diǎn)在同一個(gè)垂直平面內(nèi)；
[0009](b)通過(guò)縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈和橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈，調(diào)整橫梁及測(cè)量平面的質(zhì)心至杠桿支點(diǎn)上；
[0010](C)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的質(zhì)量；將被測(cè)對(duì)象定置于機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上；
[0011](d)通過(guò)測(cè)量得到被測(cè)對(duì)象定義坐標(biāo)系與機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)定義坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計(jì)算兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系；
[0012](e)使機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°得到最大的力矩值，通過(guò)力矩平衡法，直接計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象質(zhì)心點(diǎn)距離杠桿支點(diǎn)的距離，根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度，即得到被測(cè)對(duì)象二維質(zhì)心位置坐標(biāo)；
[0013](f)使測(cè)量平面受力偏轉(zhuǎn)，根據(jù)測(cè)量平面受力偏轉(zhuǎn)的角度，利用三角形相似的原理，計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象另一維質(zhì)心。
[0014]如上所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于0.05°。
[0015]如上所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)定義坐標(biāo)系，以機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上表面過(guò)坐標(biāo)圓點(diǎn)的任意一條直線定義為X軸，相應(yīng)定義為I軸。
[0016]本發(fā)明的效果在于:采用本發(fā)明所述的三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法，以具有隨遇平衡特性的分體式杠桿系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用力矩平衡法，可在一次裝卡中直接得到三維質(zhì)心結(jié)果，具有高效率的特點(diǎn)；由于采用了杠桿系統(tǒng)，相當(dāng)于直接使用了力矩平衡法校準(zhǔn)質(zhì)心，相較于采用多點(diǎn)稱重法校準(zhǔn)質(zhì)心，該方法準(zhǔn)確度能得到很大提高。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置示意圖；
[0018]圖2為軸向質(zhì)心校準(zhǔn)示意圖；
[0019]圖中:1一縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)銘；2一橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)銘；3一杠桿支點(diǎn)；4一橫梁；5—基座立柱；6—機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)；7—測(cè)量平面；8—基座；9一橫梁立柱；10—豎直連桿；11 一7jC平連桿。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法作進(jìn)一步描述。
[0021]實(shí)施例1
[0022]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置其主要包括縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈1、橫向質(zhì)心淵節(jié)鉈2、橫梁4、杠桿支點(diǎn)3、基座立柱5、測(cè)量平面7、基座8等。
[0023]基座8左右兩側(cè)固定有基座立柱5，在每個(gè)基座立柱5頂端均架設(shè)橫梁4，橫梁4的底面中心為杠桿支點(diǎn)3。
[0024]右側(cè)橫梁4的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱9,左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿11連接；兩根水平連桿11中間通過(guò)兩根豎直連桿10連接；由兩根水平連桿11與兩根豎直連桿10形成的平面為測(cè)量平面7。
[0025]機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6固定在測(cè)量平面7中間；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6中心與杠桿支點(diǎn)3在同一個(gè)垂直平面內(nèi)。機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于
0.05° ο
[0026]在每個(gè)橫梁4中心上方依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈2和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈I?？v向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈I位于橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈2上方。
[0027]實(shí)施例2
[0028]如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其包括如下步驟:
[0029](a)設(shè)直基座8，在基座8左右兩側(cè)固定基座立柱5，在每個(gè)基座立柱5頂端架設(shè)橫梁4，橫梁4的底面中心為杠桿支點(diǎn)3 ;在每個(gè)橫梁4上方中心依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈2和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈I ;
[0030]右側(cè)橫梁4的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱9,左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿11連接；兩根水平連桿11中間通過(guò)兩根豎直連桿10連接；由兩根水平連桿11與兩根豎直連桿10形成的平面為測(cè)量平面7 ；
[0031]機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6固定在測(cè)量平面7中間；所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6中心與杠桿支點(diǎn)3在同一個(gè)垂直平面內(nèi)；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于0.05° ο
[0032](b)通過(guò)縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈I和橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈2，調(diào)整橫梁4及測(cè)量平面7的質(zhì)心至杠桿支點(diǎn)3上。
[0033](c)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的質(zhì)量；將被測(cè)對(duì)象定置于機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6上。
[0034](d)通過(guò)測(cè)量得到被測(cè)對(duì)象定義坐標(biāo)系與機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)定義坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計(jì)算兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系。例如:機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6定義坐標(biāo)系，以機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6的回轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6上表面過(guò)坐標(biāo)圓點(diǎn)的任意一條直線定義為X軸，相應(yīng)定義為y軸。
[0035](e)使機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6旋轉(zhuǎn)90°得到最大的力矩值，通過(guò)力矩平衡法，直接計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象質(zhì)心點(diǎn)距離杠桿支點(diǎn)3的距離，根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)6旋轉(zhuǎn)角度，即得到被測(cè)對(duì)象二維質(zhì)心位置坐標(biāo)。
[0036](f)使測(cè)量平面7受力偏轉(zhuǎn)，根據(jù)測(cè)量平面7受力偏轉(zhuǎn)的角度，利用三角形相似的原理，計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象另一維質(zhì)心。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置包括基座(8)，基座(8)左右兩側(cè)固定有基座立柱(5)，在每個(gè)基座立柱(5)頂端均架設(shè)橫梁(4)，橫梁(4)的底面中心為杠桿支點(diǎn)⑶； 右側(cè)橫梁(4)的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱(9)，左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿(11)連接；兩根水平連桿(11)中間通過(guò)兩根豎直連桿(10)連接；由兩根水平連桿(11)與兩根豎直連桿(10)形成的平面為測(cè)量平面(7)； 機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)固定在測(cè)量平面(7)中間；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)中心與杠桿支點(diǎn)(3)在同一個(gè)垂直平面內(nèi)； 在每個(gè)橫梁(4)中心上方依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(2)和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(I)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其特征在于:所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)￠)，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于0.05°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置，其特征在于:所述的縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(I)位于橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(2)上方。4.一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (a)設(shè)置基座(8)，在基座(8)左右兩側(cè)固定基座立柱(5)，在每個(gè)基座立柱(5)頂端架設(shè)橫梁(4)，橫梁(4)的底面中心為杠桿支點(diǎn)(3);在每個(gè)橫梁(4)上方中心依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(2)和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(I);右側(cè)橫梁(4)的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱(9)，左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿(11)連接；兩根水平連桿(11)中間通過(guò)兩根豎直連桿(10)連接；由兩根水平連桿(11)與兩根豎直連桿(10)形成的平面為測(cè)量平面(7);機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)固定在測(cè)量平面(7)中間；所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)中心與杠桿支點(diǎn)(3)在同一個(gè)垂直平面內(nèi)； (b)通過(guò)縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(I)和橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈(2)，調(diào)整橫梁(4)及測(cè)量平面(7)的質(zhì)心至杠桿支點(diǎn)⑶上； (c)測(cè)量被測(cè)對(duì)象的質(zhì)量；將被測(cè)對(duì)象定置于機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)上； (d)通過(guò)測(cè)量得到被測(cè)對(duì)象定義坐標(biāo)系與機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)定義坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計(jì)算兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系； (e)使機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)旋轉(zhuǎn)90°得到最大的力矩值，通過(guò)力矩平衡法，直接計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象質(zhì)心點(diǎn)距離杠桿支點(diǎn)(3)的距離，根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)旋轉(zhuǎn)角度，即得到被測(cè)對(duì)象二維質(zhì)心位置坐標(biāo)； (f)使測(cè)量平面(7)受力偏轉(zhuǎn)，根據(jù)測(cè)量平面(7)受力偏轉(zhuǎn)的角度，利用三角形相似的原理，計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象另一維質(zhì)心。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其特征在于，所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)為可準(zhǔn)確測(cè)控旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)￠)，角度旋轉(zhuǎn)控制的準(zhǔn)確度不大于0.05°。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維質(zhì)心一體測(cè)量方法，其特征在于，所述的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)定義坐標(biāo)系，以機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)￠)的回轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)(6)上表面過(guò)坐標(biāo)圓點(diǎn)的任意一條直線定義為X軸，相應(yīng)定義為y軸。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維質(zhì)心一體測(cè)量裝置及方法。其在基座左右兩側(cè)固定基座立柱，在每個(gè)基座立柱頂端架設(shè)橫梁，橫梁的底面中心為杠桿支點(diǎn)；在每個(gè)橫梁上方中心依次設(shè)置橫向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈和縱向質(zhì)心調(diào)節(jié)鉈；右側(cè)橫梁的兩側(cè)固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱，左側(cè)橫梁的兩側(cè)也固定懸掛有兩個(gè)橫梁立柱；左側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱與右側(cè)橫梁的兩個(gè)橫梁立柱之間通過(guò)兩根水平連桿連接；兩根水平連桿中間通過(guò)兩根豎直連桿連接；由兩根水平連桿與兩根豎直連桿形成的平面為測(cè)量平面；機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)固定在測(cè)量平面中間；將被測(cè)對(duì)象定置于機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)上。本發(fā)明采用力矩平衡法，可在一次裝卡中直接得到三維質(zhì)心結(jié)果，具有高效率的特點(diǎn)，準(zhǔn)確度能得到很大提高。
【IPC分類】G01M1/12
【公開號(hào)】CN105547588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410602865
【發(fā)明人】王小三, 閆磊, 孫鳳舉, 趙寶瑞, 李晶
【申請(qǐng)人】北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2014年11月2日