[发明专利]一种高精度的大型结构件质心测量系统以及方法

说明书

本发明涉及一种高精度的大型结构件质心测量系统，包括上位机、数据采集器、信号调理器、横梁、连杆、力传感器、立柱、结构件、底座；底座设置于地面上；立柱垂直安装于底座上；横梁与立柱的固定；连杆上端与横梁连接，下端与结构件连接；每个连杆分为上下两段，该上下两段分别连接在力传感器的上下端面；力传感器、数据采集器、信号调理器依次通过信号线相连；还涉及一种测量方法，包括：1保持结构件的某一轴线沿水平方向放置；2采集此时的测力值F_a和F_b；3建立力矩平衡公式；4得到质心位置公式；5将结构件翻转180°，采集此时的测力值F_a′和F_b′，建立第二组力矩平衡公式；6得到真实的质心位置。本发明可以精确测量大型结构件的质心位置。

技术领域

本发明飞行器的质心测量技术领域，具体涉及一种高精度的大型结构件质心测量系统以及方法。

背景技术

离心试验使用离心机提供高加速度环境，研究试件在离心环境下的结构性能及可靠性。质心测量技术主要应用于航天航空、车辆、农业机械等领域，随着科学技术发展，质心测量技术将获得更广泛的应用。我国也有相关规定，需要对飞机、直升飞机、导弹等性能要求较高的产品进行模拟加速度环境试验。随着科学技术的发展，离心试验技术也将应用到综合环境试验、熔体铸造、生物技术等方面。

在进行离心试验时，从试验安全角度考虑，需要确定试件的质心位置，从而计算试件在离心过载过程中对离心机销轴的弯矩。如果超过销轴的承受范围，则会对销轴产生巨大剪切力，使销轴与涨套之间发生相对滑动，导致试件在离心机前端发生转动，进而发生重大安全事故。所以需要对试件进行配重，以保证质心在安全使用范围内。因此试验前对试件质心的精确测量就显得尤为重要。

对于大型结构件来说，由于加工精度及装配精度的影响，其实际质心可能偏离理论质心几百毫米，而在进行离心试验或者其他试验时，质心偏离将对试验结果造成重大影响，所以需要通过多种手段确定被测件的实际质心位置，从而对试验装置进行调整，以满足试验要求。

目前结构件的质心测量方法主要分为两大类：一类是采用地秤法，一类是采用悬挂法。地秤法主要是将被测件采用工装固定在地秤上，通过2点或3点处获得的测力值计算得到被测件在某一方向上的质心位置。悬挂法在大型结构件的质心测量中使用的不多，但是这两种方法在进行质心测量过程中，都是通过机械结构来保证测量精度，没有进行后期修正。因此只能通过结构的加工精度来确定测量精度，而无法对测量结果进行实际考察，根据测量方式的不同，该测量误差有可能达到几毫米到几十毫米之间。根据不同的试验要求，需要将质心测量精度控制在几毫米之内或者更小时，目前的测量方法就不能适用，否则测量结果无法验证，即会产生重大安全隐患。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种通过有效的误差修正降低硬件的测量误差和数据采集系统的软件误差，从而达到精确测量目的的质心测量系统以及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种高精度的大型结构件质心测量系统，包括上位机、数据采集器、信号调理器、横梁、连杆、力传感器、立柱、结构件、底座；

所述底座设置于地面上；若干根所述立柱垂直安装于底座上；所述横梁两端分别与若干根立柱的顶端固定连接；若干个所述连杆上端连接在横梁下端面；连杆下端与结构件连接；每个连杆分为上下两段，该上下两段分别连接在力传感器的上下端面；所述力传感器通过信号线与数据采集器相连；数据采集器通过信号线与信号调理器连接；所述信号调理器通过信号线与上位机连接。

所述底座包括四根铸铁块，该四根铸铁块收尾依次垂直相连，形成沿垂直于地面方向自上而下看的“口”字形结构，所述四根铸铁彼此之间通过的勾头螺钉固定连接。

每个连杆包括一组由上螺杆和下螺杆组成的全螺纹螺杆，每个连杆的上螺杆和下螺杆之间只有一个平行的转动自由度；所述每个连杆的上螺杆上端与横梁下端面之间通过螺纹和螺母限位的装置连接；所述每个连杆的下螺杆上端与结构件连接。