用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统，属于计量技术领域。包括主控机、数据采集模块、控制接口模块、信号调理电路、电机驱动电路、测距装置、电源模块、升降电机、4个称重传感器、升降台。将圆柱体待测物一次装夹在托盘上，启动升降电机，把托盘降落在称重传感器上，移动测距装置测出圆柱体的基准距离，并在圆柱体旋转90°前后两次采集传感器数据，根据四点法得出该圆柱体质量、质心、质偏心的测试结果。本实用新型专利技术具有结构紧凑，测量直径范围大，测量精度较高，自动化程度高等特点，可用于圆柱体零件或产品的出场检测、入厂验收、质量特性检测等。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到一种质量、质心、质偏心检测系统，尤其适用于对圆柱体构件进行检测。属于计量
技术背景质量、质心、质偏是零件加工和工件出厂时常需要检测的参数，尤其是圆柱体性质的构件其装填或铸造时的质量特性直接关系到使用效果，有些甚至起着决定性的作用，进行质量、质心和质偏心的检测是确保具有良好的总体性能的必要条件。为此，需要研制适用于圆柱图的质量、质心、质偏心检测设备。质心检测中涉及测量精度和测量基准，目前已有一些类似的算法，如四点法，三点法等，根据传感器承重分析即多支点称重，来获得质心和质偏心等。目前需要一种操作简单，测量准确，并且自动化的实现圆柱体质量、质心、质偏检测的系统。
技术实现思路
为了检测圆柱形零件的质量、质心、质偏心是否满足设计要求，解决工件使用前的质量特性检测的问题，并且解决自动化操作的问题，提出一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统。一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统，包括主控机、数据采集模块、控制接口模块、信号调理电路、电机驱动电路、测距装置、电源模块、升降电机、4个称重传感器、升降台；其中，主控机、数据采集模块、信号调理电路、测距装置依次相连；主控机、控制接口模块、电机驱动电路、升降电机、升降台依次相连；称重传感器与信号调理电路相连；主控机，用于根据测距装置和称重传感器的测量结果计算被测圆柱体质量、质心、质偏心，以及向其它模块发送控制指令；主控机中具有数据处理软件和人机交互操控平台；数据采集模块，用于采集测量数据并进行AD转换；控制接口模块，用于向电机驱动电路发送控制指令；信号调理电路，用于对测量数据进行预处理，包括放大、滤波操作；电机驱动电路，用于根据主控机下达的指令对升降电机进行控制；测距装置，用于测量被测圆柱体后端面到测量坐标系中心点的距离；作为优选，测距装置采用光栅尺。电源模块，为系统中部分提供所需电源，所述电源模块包括直流电源和交流电源；升降电机，用于为升降台提供动力；驱动升降台上升或下降；所述4个称重传感器位于升降台下方，并固定在同一个工作平台上，呈矩形布置，并保持该工作平台水平，4个称重传感器安装后应保证接触点位于同一水平面上；选取圆柱体轴向上的2个称重传感器中靠近圆柱体后端面的称重传感器P1作为所述测量坐标系中心点，称重传感器P1与相邻的两个称重传感器构成XOY直角坐标系即测量坐标系；其中轴向上的2个称重传感器所在直线为Y轴。升降台具有承载待检测的圆柱体的托盘，升降台根据主控机发出的指令，在升降电机的作用下使托盘进行升降运动，包括将托盘落在称重传感器上直至与升降台脱离、以及将托盘从称重传感器上升起，且未承载圆柱体时的初始状态下，升降台及其托盘保持水平；作为优选的方案，升降台的托盘两端分别装有V型支架，用于支撑圆柱体并使圆柱体位置稳定，每个V型支架的V型夹角都是90度，并且V型支架可沿圆柱体轴向在托盘上滑动并固定，以适应不同长度圆柱体。进一步地，在每个V型支架的两翼内侧装有滚动轴承，用于支撑圆柱体转动。作为优选，所述升降台采用蜗轮蜗杆结构。作为优选，升降台与其托盘之间非固定连接，托盘置于升降台的支撑杆上，在未放置待检测圆柱体的初始状态时，托盘在支撑杆的支撑下稳定地位于升降台以及称重传感器上方并保持水平，当升降台进行下降时，托盘随升降台平稳落于称重传感器上，直至与支撑杆脱离；然后当升降台上升时，支撑杆将托盘从称重传感器上顶起，直至与称重传感器脱离 并上升到预定位置。作为优选，本测量系统还包括调平机构，用于对称重传感器所在的工作平台、升降台及其托盘进行调整水平操作。基于上述系统，一种圆柱体质量、质心、质偏心检测方法，包括如下步骤a)启动电源t旲块，使系统上电，启动王控机；b)升降台在升降电机的驱动下，将其托盘降落在称重传感器上，直至托盘脱离升降台，4个称重传感器的测量值均输出给信号调理电路，经其调理后，发给数据采集模块，转换为数字信号后发送给主控机，主控机计算各称重传感器测量值之和即为托盘质量pk，主控机保存Pk值；c)升降台在升降电机的驱动下，将托盘升起使其离开称重传感器直至预定位置后停止，等待将待检测圆柱体装夹在托盘上；d)当圆柱体装夹到托盘上后，升降台在升降电机的驱动下，将其托盘降落在称重传感器上直至托盘脱离升降台，然后通过测距装置测量出被测圆柱体后端面到测量坐标系中心点的轴向投影距离U，以此实现测量被测圆柱体轴向基准距离；测距装置的测量结果经信号调理电路、数据采集模块处理后发送给主控机并保存；同时，4个称重传感器的第一次测量值经过信号调理电路、数据采集模块处理后发送给主控机，主控机计算各称重传感器测量值之和P1，主控机保存P1值，以及四个称重传感器的第一次测量值Pu、P2i、Pm、P4i ；e)将托盘上的圆柱体以其轴心为圆心按顺时针方向转动90度后，第二次测量托盘和圆柱体的质量，即，将4个称重传感器的当前测量值，经过信号调理电路、数据采集模块处理后发送给主控机，主控机计算各称重传感器测量值之和P2,主控机保存P2值，以及四个称重传感器的第二次测量值p12、p22、p32、p42 ;主控机根据如下公式，获得测量结果①圆柱体质量测量结果为[^^2)/2]%②根据静力矩平衡原理，可得轴向质心位置的测量公式被测圆柱体质心到圆柱体后端面的距离Ls = [(p+Pkhyi-pj^L^Vp+I^其中p =(P^P2)/2 ； P1和p2分别为四个称重传感器在第一次和第二次采集测出的质量之和，C1U1,Y1)、C2 (x2, y2)为两次测量获得的质心在所述测量坐标系平面上的投影坐标，且 X1 = L1 (p21+p31) /P1 ;X2 = L1 (p22+p32) /P2 ;Y1 = L2(P3^P41)ZP1 ；y2 = L2 (p32+p42)/p2 ；Lp L2为位于测量坐标系中心点的称重传感器P1的接触点分别与相邻的2个称重传感器的接触点之间的距离山2是称重传感器P1接触点与其中轴向上的相邻的那个称重传感器接触点之间的距离； (I /2-x \ ③偏心角0= arctan J~-j-;偏心量——二——j [X2-L1/!)C = ^J(L1ZI-X1)2+(L1ZI-X2)2 ；f)升降台在升降电机的驱动下，将托盘升起使其离开称重传感器直至预定位置后停止，取下被测圆柱体，等待装夹下一发被测圆柱体进行检测；如果不需要继续测试，则关闭电源模块，结束操作。对比现有技术，本技术的有益效果在于，本技术在被测圆柱体质量、质心、质偏心检测的实际应用中，将被测圆柱体一次装夹在被测圆柱体的托盘架上，启动升降电机，把托盘架降落在称重传感器上，移动测距装置测出被测圆柱体的基准距离，然后就可以采集和分析数据操作，得出被测圆柱体质量、质心、质偏心的测试结果。本技术的优点有一、采用四点法只要一次装夹就可以实现被测圆柱体的质量、质心、质偏心的测量；二、测试支架采用了正好为90度的V型支架设计，省去了圆柱体转动时的测角装置；三、结构紧凑，测量直径范围大，一般中小口径圆柱体都能使用，且测量精度较高，以较低的成本换取较高的通用性；四、工作平台的升降、数据的采集等测量过程均由操作者通过控制软件来完成，既提高了工作效率、降低了工作强度，又增强了测量的精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统，其特征在于，包括：主控机(1)、数据采集模块(2)、控制接口模块(3)、信号调理电路(4)、电机驱动电路(5)、测距装置(6)、电源模块(7)、升降电机(8)、4个称重传感器(9)、升降台(10)；其中，主控机(1)、数据采集模块(2)、信号调理电路(4)、测距装置(6)依次相连；主控机(1)、控制接口模块(3)、电机驱动电路(5)、升降电机(8)、升降台(10)依次相连；称重传感器(9)与信号调理电路(4)相连；所述4个称重传感器(9)位于升降台(10)下方，并固定在同一个工作平台上，呈矩形布置，并保持该工作平台水平，4个称重传感器(9)安装后应保证接触点位于同一水平面上；升降台(10)具有承载待检测的被测圆柱体的托盘，且未承载被测圆柱体时的初始状态下，升降台(10)及其托盘保持水平；选取被测圆柱体轴向上的2个称重传感器中靠近被测圆柱体后端面的称重传感器P1作为所述测量坐标系中心点，称重传感器P1与相邻的两个称重传感器构成XOY直角坐标系即测量坐标系；其中轴向上的2个称重传感器所在直线为Y轴。

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统，其特征在于，包括 主控机(I)、数据采集模块(2)、控制接口模块(3)、信号调理电路(4)、电机驱动电路(5)、测距装置(6)、电源模块(7)、升降电机(8)、4个称重传感器(9)、升降台(10)； 其中，主控机(I)、数据采集模块⑵、信号调理电路(4)、测距装置(6)依次相连；主控机(I)、控制接口模块(3)、电机驱动电路(5)、升降电机(8)、升降台(10)依次相连；称重传感器(9)与信号调理电路⑷相连； 所述4个称重传感器(9)位于升降台(10)下方，并固定在同一个工作平台上，呈矩形布置，并保持该工作平台水平，4个称重传感器(9)安装后应保证接触点位于同一水平面上； 升降台(10)具有承载待检测的被测圆柱体的托盘，且未承载被测圆柱体时的初始状态下，升降台(10)及其托盘保持水平； 选取被测圆柱体轴向上的2个称重传感器中靠近被测圆柱体后端面的称重传感器P1作为所述测量坐标系中心点，称重传感器P1与相邻的两个称重传感器构成XOY直角坐标系即测量坐标系；其中轴向上的2个称重传感器所在直线为Y轴。2.根据权利要求I所述的一种用于圆柱体的质量、质心、质偏心检测系统，其特征在于升降台(10)的托盘两端分别装有V型支架，支撑被测圆柱体并使被测圆柱体位置稳定，每个V型支架的V型夹角都是90度，并且V型支架可沿被测圆柱体轴向在托盘上滑动并固定。3.根据权利要求2所述的一种用于圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘劲松，王明志，蒋宏斌，李慧，董长友，张光淼，岳立国，
申请(专利权)人：哈尔滨建成集团有限公司，
类型：实用新型
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