一种质心测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种质心测量系统。该系统不仅结构紧凑可靠且能够测试任意状态下被测试件质心。该方法计算过程简单，计算精度高。系统主要包括三轴气浮力矩测试台、二维转动机构、第一质心调节机构以及第二质心调节机构；三轴气浮力矩测试台包括支座、气浮轴承、气浮平台台面、重力平衡调节机构以及力传感器组件；气浮平台台面下表面安装有用于调节X、Y、Z三个方向的重力平衡调节机构以及用于测量X、Y、Z三个方向受力情况的力传感器组件；二维转动机构安装在气浮平台台面的上表面，二维转动机构中俯仰部分的载物平板下表面安装第一质心调节机构，上表面放置被测试件；二维转动机构的方位部分安装第二质心调节机构。

A Centroid Measuring System

【技术实现步骤摘要】
一种质心测量系统
本技术属于精密机械工程
，具体涉及一种质心测量系统。
技术介绍
空间高速运动机构对转子的质心配平精度要求较高，而高精度的质心测量是基础。常见的卫星上姿控飞轮的输出力矩0.15Nm，允许的外界力矩干扰一般不超过1/5，即0.03Nm，对于200kg转动负载，在100°/s旋转时，对应的质心偏差要求优于24μm，否则在空间微重力环境下，高速转子质量偏心造成的不平衡力矩可能导致航天器姿态角产生周期性进动失稳。大负载高速转子在地面重力环境下会经历长达数月的调试测试阶段，同样存在问题，其质心偏心在重力作用下会造成偏心力矩，常规地面上基于称重的质心测量仪的质心测试精度在毫米量级，200kg负载偏心1mm，对应的偏心重力矩达到19.6Nm。一方面地面长时间测试调试阶段对支撑轴系的高精度运转极易造成损害，影响轴系寿命；另一方面，地面调试阶段存在的额外19.6Nm干扰力矩，在卫星发射入轨后微重力环境下将大幅减小，地面调试阶段设计优化的控制参数有可能不再适用空间运行环境，带来隐患。更高精度的质心测量与配平可基于动平衡机完成，通过布置在动平衡机转轴上的压力传感器进行高精度动平衡测量。动平衡机达到的转速越高，理论上测试精度越高，60rmp转速下的残余静不平衡量可达3kgmm，测试精度可以满足，但对被测产品的要求较高。该方法适用与规则形状的小部件测试。而对于较大部件：一方面对动平衡机的承载能力、运动空间包络要求高；另一方面高速旋转情况下的部件产生的大气风阻产生的粘滞阻力对测试结果影响严重。针对该问题现有技术还提出了低气压舱高精度质心测量的解决方案，但产品测试流程复杂，高速旋转对产品自身可能造成安全隐患。经检索，中国专利，专利申请号为201510655822.8，公开了一种名称为三轴气浮台质心调平衡方法及装置，在该技术采用的技术方案是：以气浮状态下的台面激光跟踪仪测试的角度反馈和激光陀螺测试的角速度反馈，以安装在三个方向的飞轮为控制单元进行系统质心调平。该技术方案存在以下缺陷：1、浮空状态下气浮台六个自由度均无约束，常见飞轮的最大输出力矩不超过0.15Nm，距离回转中心1m处15g的质量偏心即可使飞轮转速饱和，在粗调平过程台面极易倾覆，调试过程需要多次反复，操作繁琐；2、该方法通过测试飞轮的转速进行微分，再乘以惯量间接进行力矩测试，飞轮转速的反馈又依赖于激光跟踪仪的测试精度和控制反馈，计算过程繁琐、复杂；3、该测试方法只能进行被测试件一种固定状态下的质心测试。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本技术一种结构紧凑可靠且能够测试任意状态下被测试件质心的质心测量系统。本技术的基本设计原理是：三轴气浮力矩测试台由气浮轴承支撑气浮平台台面，通过XYZ三个轴向固定安装的力传感器将气浮台面的六个自由度全部约束固定。三轴气浮力矩测试台上安装二维转动机构，被测试件安装在二维转动机构的载物平板上，二维转动机构上安装三个方向的自动重力平衡调节机构；在重力作用下，质心不在回转中心的被测试件将使三个方向的的力传感器的示数产生变化，通过精细调整三个方向的自动重力平衡调节机构将被测件质心调回系统回转中心，根据不同自动重力平衡调节机构的调节量和调节负载质量可以精确计算被测试件的质心偏差。进一步可通过二维转动载物台将试件转向不同角度测试系统质心。本技术的技术解决方案是：本技术提供了一种质心测量系统包括三轴气浮力矩测试台、二维转动机构、第一质心调节机构以及第二质心调节机构；三轴气浮力矩测试台包括支座、气浮轴承、气浮平台台面、重力平衡调节机构以及力传感器组件；气浮轴承安装在所述支座内，气浮轴承上安装气浮平台台面；气浮平台台面下表面安装有用于调节X、Y、Z三个方向的重力平衡调节机构以及用于测量X、Y、Z三个方向受力情况的力传感器组件；二维转动机构安装在气浮平台台面的上表面，二维转动机构包括方位部分以及安装在方位部分上的俯仰部分；俯仰部分的载物平板下表面安装第一质心调节机构，俯仰部分的载物平板上表面放置被测试件；二维转动机构的方位部分安装第二质心调节机构。进一步地，所述重力平衡调节机构为三个，一个沿X方向安装、一个沿Y方向安装、一个沿Z方向安装；每个重力平衡调节机构均包括丝杠电机、标准质量块以及丝杠电机转接板；丝杠电机的固定端通过丝杠电机转接板与气浮平台台面连接，丝杠电机的活动端安装标准质量块；丝杠电机驱动标准质量块往复移动，使标准质量块远离或靠近气浮轴承回转中心，实现气浮平台台面的重力平衡。进一步地，所述力传感器组件包括三个，一个沿X方向安装、一个沿Y方向安装、一个沿Z方向安装；力传感器组件包括传感器、锁紧钢丝以及传感器转接板；所述传感器一端设置在支座上，另一端与锁紧钢丝连接；传感器转接板一端安装锁紧钢丝，另一端安装在气浮平台台面上。进一步地，所述第一质心调节机构包括两个重力平衡调节机构，一个重力平衡调节机构沿X方向安装在载物平板下表面，另一个重力平衡调节机构沿Z方向安装在载物平板下表面；所述第二质心调节机构包括相互叠装的两个重力平衡调节机构；其中一个重力平衡调节机构沿X方向放置，另一个重力平衡调节机构沿Y方向放置。本技术的有益效果是：1、结构安全可靠。本技术采用的三轴气浮力矩测试台中气浮平台台面通过力传感器与气浮轴承固定，将台面的六个自由度完全约束，之后再进行粗调平，操作过程气浮平台台面不会倾覆，可保证产品安全。2、测试干扰误差小。气浮轴承与气浮平台台面之间靠气膜支撑，摩擦力矩小于0.003Nm，力传感器精度优于0.4mN，距离回转轴0.5m安装时力矩测量精度优于0.2mNm，力矩直接测量输出，且可利用标准砝码进行标定，标定方法简单可靠；3、易于操作。本技术的装置与采用动平衡机进行高精度质心测量的方法相比，无需进行高速旋转，无大气风阻等影响，仅需二维转动机构带动载物平板进行几个固定角度的步进转动即可。4、本技术装置通过将被测试件进行一次安装、两个方向的测量，即可实现被测试件质心的三维坐标高精度测量，适用于一维旋转负载和具有二维转动自由度的旋转负载；附图说明图1为本技术测量装置的结构示意图；图2为三个重力平衡调节机构和三个力传感器组件在气浮平台台面上的布局图；图3为重力平衡调节机构的结构示意图；图4为力传感器组件的结构示意图；图5为第二质心机构在二维转动机构方位部分的布局图；图6为本技术测量方法的流程框图。图7为绕Y轴旋转部分垂直面内的质心变化示意图；图8为绕Z轴旋转部分水平面内的质心变化示意图；附图标记如下：1-三轴气浮力矩测试台、11-支座、12-气浮轴承、13-气浮平台台面、14-重力平衡调节机构、141-丝杠电机、142-标准质量块、143-丝杠电机转接板、15-力传感器组件、151-传感器、152-锁紧钢丝、153-传感器转接板、2-二维转动机构、21-方位部分、22-俯仰部分、221-载物平板、3-第一质心调节机构、4-第二质心调节机构。具体实施方式下面结合附图对本技术的测量系统做进一步的介绍：测量系统组成如图1所示，一种质心测量系统，包括三轴气浮力矩测试台1、二维转动机构2、第一质心调节机构3以及第二质心调节机构4；三轴气浮力矩测试台1包括支座11、气浮轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质心测量系统，其特征在于：包括三轴气浮力矩测试台、二维转动机构、第一质心调节机构以及第二质心调节机构；三轴气浮力矩测试台包括支座、气浮轴承、气浮平台台面、重力平衡调节机构以及力传感器组件；气浮轴承安装在所述支座内，气浮轴承上安装气浮平台台面；气浮平台台面下表面安装有用于调节X、Y、Z三个方向的重力平衡调节机构以及用于测量X、Y、Z三个方向受力情况的力传感器组件；二维转动机构安装在气浮平台台面的上表面，二维转动机构包括方位部分以及安装在方位部分上的俯仰部分；俯仰部分的载物平板下表面安装第一质心调节机构，俯仰部分的载物平板上表面放置被测试件；二维转动机构的方位部分安装第二质心调节机构。

【技术特征摘要】
1.一种质心测量系统，其特征在于：包括三轴气浮力矩测试台、二维转动机构、第一质心调节机构以及第二质心调节机构；三轴气浮力矩测试台包括支座、气浮轴承、气浮平台台面、重力平衡调节机构以及力传感器组件；气浮轴承安装在所述支座内，气浮轴承上安装气浮平台台面；气浮平台台面下表面安装有用于调节X、Y、Z三个方向的重力平衡调节机构以及用于测量X、Y、Z三个方向受力情况的力传感器组件；二维转动机构安装在气浮平台台面的上表面，二维转动机构包括方位部分以及安装在方位部分上的俯仰部分；俯仰部分的载物平板下表面安装第一质心调节机构，俯仰部分的载物平板上表面放置被测试件；二维转动机构的方位部分安装第二质心调节机构。2.根据权利要求1所述的质心测量系统，其特征在于：所述重力平衡调节机构为三个，一个沿X方向安装、一个沿Y方向安装、一个沿Z方向安装；每个重力平衡调节机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔凯，李治国，司敬芝，刘鹏，谢友金，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61