[发明专利]高精度头盔质量特性测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种高精度头盔质量特性测量系统，其特征在于：由头模框架、质心测量平台(1)、磁悬浮转动惯量测量平台(2)、磁悬浮控制器(3)、数据采集系统(4)、计算机(5)、数据处理计算软件(6)以及转动惯量标准试件组成，所述数据采集系统(4)与质心测量平台(1)和磁悬浮转动惯量测量平台(2)相连，数据采集系统(4)与计算机(5)相连，磁悬浮控制器(3)与磁悬浮转动惯量测量平台(2)相连；

所述头模框架包括框架(7)、固定于框架(7)上的头模(8)以及设置于框架(7)上的三个锥形接触点，三个锥形接触点分别为第一锥形接触点(91)、第二锥形接触点(92)以及第三锥形接触点(93)，所述框架(7)包括相互垂直的第一框架面(10)和第二框架面(11)，所述头模(8)和三个锥形接触点均设置于第二框架面(11)上朝向第一框架面(10)的表面上，在第二框架面(11)上背向第一框架面(10)的表面上设有Z向圆环卡槽(12)，在第一框架面(10)上背向第二框架面(11)的表面上设有Y向圆环卡槽(13)；

所述质心测量平台(1)包括称重传感器(14)、传感器安装平台(15)、测量平台(16)、第一支架(17)及第一底座(18)，所述第一支架(17)固定安装于第一底座(18)上，测量平台(16)水平固定在第一支架(17)上且位于第一底座(18)的上方，所述传感器安装平台(15)共包括有三个，且以三角形排布的形式设置于测量平台(16)上，所述传感器安装平台(15)的上表面处于水平位置，所述称重传感器(14)共包括有三个，且其分别设置在三个传感器安装平台(15)上；

所述磁悬浮转动惯量测量平台(2)包括转子(19)、扭簧(20)、弹簧加紧块(21)、螺钉(22)、扭摆平台(23)、径向磁悬浮轴承(24)、径向传感器(25)、轴向磁悬浮轴承(26)、轴向传感器(27)、推力盘(28)、高线位编码器(29)、圆环卡槽(30)以及第二底座(31)、第二支架(32)，所述轴向磁悬浮轴承(26)在通电后产生磁力将推力盘(28)抬起，从而带动转子(19)、扭摆平台(23)、圆环卡槽(30)以及安装在扭摆平台(23)上的待测头模框架一起悬浮起来，所述轴向磁悬浮轴承(26)安装于径向磁悬浮轴承(24)两端起固定转子(19)的作用，扭簧(20)与高线位编码器(29)安装在转子(19)的两端随转子(19)转动且不上下移动，所述弹簧加紧块(21)和螺钉(22)用于固定扭簧(20)，所述第二支架(32)固定安装于第二底座(31)上，所述轴向传感器(27)和径向传感器(25)与磁悬浮控制器(3)相连接并相其传输数据；

在测量质心时，头模框架放置于质心测量平台(1)的称重传感器(14)上称重，框架(7)上的三个锥形接触点与对应的三个称重传感器(14)上表面接触；在测量转动惯量时，头模框架安装在磁悬浮转动惯量测量平台(2)上，框架(7)上的Z向圆环卡槽或者Y向圆环卡槽的外表面与扭摆平台(23)上的圆环卡槽(30)内表面对接。

2.如权利要求1所述的高精度头盔质量特性测量系统，其特征在于：所述头模(8)用于安装头盔和面罩，采用树脂材料3D打印而成，与框架(7)固定在一起。

3.如权利要求2所述的高精度头盔质量特性测量系统，其特征在于：每个传感器安装平台(15)和设置在其上的称重传感器(14)形成了一组组合，在三组组合中有两组是固定在测量平台(16)上的，另外一组能够上下移动以控制头模框架的倾斜角度。

4.如权利要求3所述的高精度头盔质量特性测量系统，其特征在于：所述转动惯量标准试件为形状规则、密度均匀的金属圆盘。

5.一种高精度头盔质量特性测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤

1).开机预热，将系统预热30分钟左右，打开数据计算处理软件；

2).对数据计算处理软件系统测量值进行清0，将安装好头盔的头模框架水平放置在质心测量平台上，待框架静止后，操作数据计算处理软件，在计算机上读取三个称重传感器传来的数据；

3).将能够上下移动的一组称重传感器抬高，使框架倾斜一个角度，等框架静止后，再次测量得到三个称重传感器传来的数据；

4).根据两次所测数据，数据计算处理软件可自动计算出头盔的质量与质心位置；

5).将头模框架取下并安装到磁悬浮转动惯量测量平台上，待静止后，对测量值进行清0，之后将头盔扭转至最大位置松开，并在同一时刻开始计时，数据计算处理软件系统将自动记录摆动的时间和幅度，当扭摆时间超过1min后，系统自动停止计时，根据测量数据，便可计算出头盔绕Y轴或者Z轴的转动惯量；

6).重复测量多次取平均值；

7).关闭系统。