[发明专利]一种基于力矩平衡原理的轴向质心测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于力矩平衡原理的轴向质心测量装置，其特征在于：包括一级平台(2)，一级平台(2)直接作用在主刀(6)上方，主刀(6)用以支撑一级平台(2)及其上方的部件并保持平衡；电磁力矩器(1)，用于测量时砝码粗配后的测量装置平衡，工装定位销(3)与产品定位销(4)分别用于产品工装(5)与被测产品(7)的定位；二级平台(12)布置在一级平台(2)上方，并绕平台转轴(11)在一级平台(2)上倾斜，垫块(13)用于支撑二级平台(12)使其和一级平台(2)形成固定的倾斜夹角，顶升机构(8)将一级平台(2)及其上方的部件顶起，从而脱离主刀(6)；二维副刀(9)为配重砝码(10)提供力点位置。

2.一种应用如权利要求1所述的基于力矩平衡原理的轴向质心测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

第1步：在顶升机构(8)顶起的状态下安装产品工装(5)，刀子坐标系定义为以主刀(6)的中心点为原点，在水平方向内垂直于二级平台(12)旋转轴线的刀线方向定义为Y向；

第2步：安装完成后降下顶升机构(8)，对产品工装(5)在Y向进行配平，假设此时Y向配平载荷为d_y1；

第3步：启动顶升机构(8)顶起一级平台(2)，然后倾斜二级平台(12)使其绕平台转轴(11)旋转到位，放置垫块(13)，使二级平台(12)支撑在垫块(13)上，保持固定的角度；

第4步：降下顶升机构(8)，对倾斜后的产品工装(5)进行配平，设此时的Y向配平载荷为d_y2；

第5步：启动顶升机构(8)再次顶起一级平台(2)，将二级平台(12)置于水平状态，安装被测产品(7)；

第6步：被测产品(7)安装完成后降下顶升机构(8)，假设Y向的二维副刀(9) 的刀点距主刀(6)的刀线水平距离为L_Y，由三点称重法测量得到被测产品(7)的质心位置为Y_G，那么测量时理论上在Y向上的配平质量应为如下的m_Y；

式中：

M——被测产品(7)的质量，kg；

第7步：采用配重砝码(10)进行加载，若加载后系统的偏载超出了电磁力矩器(1)的调节能力，则根据偏载方向改变加载载荷，直至系统处于电磁力矩器(1)可控范围内，设此时实际加载的砝码为

第8步：启动电磁力矩器(1)使一级平台(2)在Y向处于平衡状态，设由电磁力矩器(1)加载的载荷量折算至二维副刀(9)的刀点位置的载荷量为m_Y'，则总的配平载荷为因其中包含了用于配平产品工装(5)的配平载荷d_y1，所以实际用于平衡被测产品(7)的载荷为因此被测产品(7)在二级平台(12)水平状态下的Y向质心坐标如下式Y₁所示；

式中：

—Y向实际加载的砝码量，即m_Y的取整，kg；

第9步：启动顶升机构(8)再次顶起一级平台(2)，然后倾斜二级平台(12)使其绕平台转轴(11)旋转到位，移动垫块(13)至特定位置，使二级平台(12)支撑在垫块(13)上；

第10步：假设由三点称重法测量得到二级平台(12)倾斜状态下被测产品(7)的质心位置为Y_G2，那么测量时理论上在Y向上的配平质量应为如下的m_Y2；

采用配重砝码(10)进行加载，若加载后系统的偏载超出了电磁力矩器(1) 的调节能力，则根据偏载方向改变加载载荷，直至系统处于电磁力矩器(1)可控范围内，设此时实际加载的砝码为

第11步：启动电磁力矩器(1)配平后，设由电磁力矩器(1)加载的载荷量折算至二维副刀(9)的刀点位置的载荷量为m_Y2'，则实际配平载荷为因其中包含了用于配平倾斜状态下产品工装(5)的配平载荷，所以用于平衡被测产品(7)的载荷为因此倾斜状态下被测产品(7)的质心坐标在Y向上如下式中的Y₂所示；

式中：

—被测产品7倾斜状态下Y向实际加载的砝码量，即m_Y2的取整；

第12步：轴向质心的位置解算按下式进行，其中a为被测产品(7)的质心位置距底平面的垂直距离，即轴向质心位置；

式中：

L—被测产品(7)的总长，即顶点距底平面之间的垂直距离；

S—二级平台(12)的旋转轴到主刀(6)的刀点在水平面内的距离；

α—二级平台(12)的倾斜角度；

t—产品工装(5)上平面到平台转轴(11)在竖直方向上的距离。