[发明专利]一种质心测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种质心测量系统及测量方法。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。

技术领域

本发明属于精密机械工程技术领域，具体涉及一种质心测量系统及测量方法。

技术背景

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，在该发明采用的技术方案是：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。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明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。

同时，还提供一种易于调试、计算过程简单的质心测量的方法。

本发明的基本设计原理是：