[發(fā)明專利]一種質(zhì)心測量系統(tǒng)及測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811364862.7
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109406049A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔凱;李治國;司敬芝;劉鵬;謝友金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明涉及一種質(zhì)心測量系統(tǒng)及測量方法。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)緊湊可靠且能夠測試任意狀態(tài)下被測試件質(zhì)心。該方法計(jì)算過程簡單，計(jì)算精度高。系統(tǒng)主要包括三軸氣浮力矩測試臺(tái)、二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及第二質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；三軸氣浮力矩測試臺(tái)包括支座、氣浮軸承、氣浮平臺(tái)臺(tái)面、重力平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及力傳感器組件；氣浮平臺(tái)臺(tái)面下表面安裝有用于調(diào)節(jié)X、Y、Z三個(gè)方向的重力平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及用于測量X、Y、Z三個(gè)方向受力情況的力傳感器組件；二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在氣浮平臺(tái)臺(tái)面的上表面，二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中俯仰部分的載物平板下表面安裝第一質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，上表面放置被測試件；二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方位部分安裝第二質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種質(zhì)心測量系統(tǒng)及測量方法。

技術(shù)背景

空間高速運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對轉(zhuǎn)子的質(zhì)心配平精度要求較高，而高精度的質(zhì)心測量是基礎(chǔ)。常見的衛(wèi)星上姿控飛輪的輸出力矩0.15Nm，允許的外界力矩干擾一般不超過1/5，即0.03Nm，對于200kg轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)載，在100°/s旋轉(zhuǎn)時(shí)，對應(yīng)的質(zhì)心偏差要求優(yōu)于24μm，否則在空間微重力環(huán)境下，高速轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心造成的不平衡力矩可能導(dǎo)致航天器姿態(tài)角產(chǎn)生周期性進(jìn)動(dòng)失穩(wěn)。

大負(fù)載高速轉(zhuǎn)子在地面重力環(huán)境下會(huì)經(jīng)歷長達(dá)數(shù)月的調(diào)試測試階段，同樣存在問題，其質(zhì)心偏心在重力作用下會(huì)造成偏心力矩，常規(guī)地面上基于稱重的質(zhì)心測量儀的質(zhì)心測試精度在毫米量級，200kg負(fù)載偏心1mm，對應(yīng)的偏心重力矩達(dá)到19.6Nm。

一方面地面長時(shí)間測試調(diào)試階段對支撐軸系的高精度運(yùn)轉(zhuǎn)極易造成損害，影響軸系壽命；

另一方面，地面調(diào)試階段存在的額外19.6Nm干擾力矩，在衛(wèi)星發(fā)射入軌后微重力環(huán)境下將大幅減小，地面調(diào)試階段設(shè)計(jì)優(yōu)化的控制參數(shù)有可能不再適用空間運(yùn)行環(huán)境，帶來隱患。

更高精度的質(zhì)心測量與配平可基于動(dòng)平衡機(jī)完成，通過布置在動(dòng)平衡機(jī)轉(zhuǎn)軸上的壓力傳感器進(jìn)行高精度動(dòng)平衡測量。動(dòng)平衡機(jī)達(dá)到的轉(zhuǎn)速越高，理論上測試精度越高，60rmp轉(zhuǎn)速下的殘余靜不平衡量可達(dá)3kgmm，測試精度可以滿足，但對被測產(chǎn)品的要求較高。該方法適用與規(guī)則形狀的小部件測試。而對于較大部件：一方面對動(dòng)平衡機(jī)的承載能力、運(yùn)動(dòng)空間包絡(luò)要求高；另一方面高速旋轉(zhuǎn)情況下的部件產(chǎn)生的大氣風(fēng)阻產(chǎn)生的粘滯阻力對測試結(jié)果影響嚴(yán)重。

針對該問題現(xiàn)有技術(shù)還提出了低氣壓艙高精度質(zhì)心測量的解決方案，但產(chǎn)品測試流程復(fù)雜，高速旋轉(zhuǎn)對產(chǎn)品自身可能造成安全隱患。

經(jīng)檢索，中國專利，專利申請?zhí)枮?01510655822.8，公開了一種名稱為三軸氣浮臺(tái)質(zhì)心調(diào)平衡方法及裝置，在該發(fā)明采用的技術(shù)方案是：以氣浮狀態(tài)下的臺(tái)面激光跟蹤儀測試的角度反饋和激光陀螺測試的角速度反饋，以安裝在三個(gè)方向的飛輪為控制單元進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)心調(diào)平。該技術(shù)方案存在以下缺陷：

1、浮空狀態(tài)下氣浮臺(tái)六個(gè)自由度均無約束，常見飛輪的最大輸出力矩不超過0.15Nm，距離回轉(zhuǎn)中心1m處15g的質(zhì)量偏心即可使飛輪轉(zhuǎn)速飽和，在粗調(diào)平過程臺(tái)面極易傾覆，調(diào)試過程需要多次反復(fù)，操作繁瑣；

2、該方法通過測試飛輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行微分，再乘以慣量間接進(jìn)行力矩測試，飛輪轉(zhuǎn)速的反饋又依賴于激光跟蹤儀的測試精度和控制反饋，計(jì)算過程繁瑣、復(fù)雜；

3、該測試方法只能進(jìn)行被測試件一種固定狀態(tài)下的質(zhì)心測試。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)緊湊可靠且能夠測試任意狀態(tài)下被測試件質(zhì)心的質(zhì)心測量系統(tǒng)。

同時(shí)，還提供一種易于調(diào)試、計(jì)算過程簡單的質(zhì)心測量的方法。

本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)原理是：