[發明專利]一種高精度的大型結構件質心測量系統以及方法

有效

• 申請號: 201410201481.2
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN105092153B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 丁洋;張琪;嚴魯濤;王曉暉;楊志鵬;李紅
• 申請（專利權）人: 天津航天瑞萊科技有限公司;北京強度環境研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李臻洋

本發明涉及一種高精度的大型結構件質心測量系統，包括上位機、數據采集器、信號調理器、橫梁、連桿、力傳感器、立柱、結構件、底座；底座設置于地面上；立柱垂直安裝于底座上；橫梁與立柱的固定；連桿上端與橫梁連接，下端與結構件連接；每個連桿分為上下兩段，該上下兩段分別連接在力傳感器的上下端面；力傳感器、數據采集器、信號調理器依次通過信號線相連；還涉及一種測量方法，包括：1保持結構件的某一軸線沿水平方向放置；2采集此時的測力值F_a和F_b；3建立力矩平衡公式；4得到質心位置公式；5將結構件翻轉180°，采集此時的測力值F_a′和F_b′，建立第二組力矩平衡公式；6得到真實的質心位置。本發明可以精確測量大型結構件的質心位置。

技術領域

本發明飛行器的質心測量技術領域，具體涉及一種高精度的大型結構件質心測量系統以及方法。

背景技術

離心試驗使用離心機提供高加速度環境，研究試件在離心環境下的結構性能及可靠性。質心測量技術主要應用于航天航空、車輛、農業機械等領域，隨著科學技術發展，質心測量技術將獲得更廣泛的應用。我國也有相關規定，需要對飛機、直升飛機、導彈等性能要求較高的產品進行模擬加速度環境試驗。隨著科學技術的發展，離心試驗技術也將應用到綜合環境試驗、熔體鑄造、生物技術等方面。

在進行離心試驗時，從試驗安全角度考慮，需要確定試件的質心位置，從而計算試件在離心過載過程中對離心機銷軸的彎矩。如果超過銷軸的承受范圍，則會對銷軸產生巨大剪切力，使銷軸與漲套之間發生相對滑動，導致試件在離心機前端發生轉動，進而發生重大安全事故。所以需要對試件進行配重，以保證質心在安全使用范圍內。因此試驗前對試件質心的精確測量就顯得尤為重要。

對于大型結構件來說，由于加工精度及裝配精度的影響，其實際質心可能偏離理論質心幾百毫米，而在進行離心試驗或者其他試驗時，質心偏離將對試驗結果造成重大影響，所以需要通過多種手段確定被測件的實際質心位置，從而對試驗裝置進行調整，以滿足試驗要求。

目前結構件的質心測量方法主要分為兩大類：一類是采用地秤法，一類是采用懸掛法。地秤法主要是將被測件采用工裝固定在地秤上，通過2點或3點處獲得的測力值計算得到被測件在某一方向上的質心位置。懸掛法在大型結構件的質心測量中使用的不多，但是這兩種方法在進行質心測量過程中，都是通過機械結構來保證測量精度，沒有進行后期修正。因此只能通過結構的加工精度來確定測量精度，而無法對測量結果進行實際考察，根據測量方式的不同，該測量誤差有可能達到幾毫米到幾十毫米之間。根據不同的試驗要求，需要將質心測量精度控制在幾毫米之內或者更小時，目前的測量方法就不能適用，否則測量結果無法驗證，即會產生重大安全隱患。

發明內容

本發明的要解決的技術問題是提供一種通過有效的誤差修正降低硬件的測量誤差和數據采集系統的軟件誤差，從而達到精確測量目的的質心測量系統以及方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為，一種高精度的大型結構件質心測量系統，包括上位機、數據采集器、信號調理器、橫梁、連桿、力傳感器、立柱、結構件、底座；

所述底座設置于地面上；若干根所述立柱垂直安裝于底座上；所述橫梁兩端分別與若干根立柱的頂端固定連接；若干個所述連桿上端連接在橫梁下端面；連桿下端與結構件連接；每個連桿分為上下兩段，該上下兩段分別連接在力傳感器的上下端面；所述力傳感器通過信號線與數據采集器相連；數據采集器通過信號線與信號調理器連接；所述信號調理器通過信號線與上位機連接。

所述底座包括四根鑄鐵塊，該四根鑄鐵塊收尾依次垂直相連，形成沿垂直于地面方向自上而下看的“口”字形結構，所述四根鑄鐵彼此之間通過的勾頭螺釘固定連接。

每個連桿包括一組由上螺桿和下螺桿組成的全螺紋螺桿，每個連桿的上螺桿和下螺桿之間只有一個平行的轉動自由度；所述每個連桿的上螺桿上端與橫梁下端面之間通過螺紋和螺母限位的裝置連接；所述每個連桿的下螺桿上端與結構件連接。