專利名稱：一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密測量技術(shù)，具體是ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)及測量方法。
背景技術(shù)：
精密靜平衡技術(shù)是精確制導(dǎo)、飛機發(fā)動機等領(lǐng)域的核心計量校準技木，是制約我國多個國防技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸技術(shù)之一。目前的靜平衡方法主要有位置恢復(fù)法、多點測量法和機械移位法等。國內(nèi)一般采用的靜平衡方法有兩種:手工平衡法和多點測量法。手エ平衡精度有限，難以定量測量，而且其他因素影響，產(chǎn)品精度一致性差；由于受被測對象質(zhì)心位置變化等因素影響，多點測量法難以保證前后兩次測量狀態(tài)的一致性，而且測量精度隨對象質(zhì)量增加變差。美國等發(fā)達國家采用位置恢復(fù)原理配重儀對穩(wěn)定平臺進行精確配重，能夠克服以上兩種配重方法的缺點。但目前公開的測量系統(tǒng)依然難以避免其系統(tǒng)存在固有的摩擦，導(dǎo)致摩擦帶來的非線性因素影響系統(tǒng)測量精度，目前急需解決消除測量系統(tǒng)摩擦的問題，提高配重精度，以提高穩(wěn)定平臺、渦輪發(fā)動機等系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性，同時降低系統(tǒng)能耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)及測量方法，能提高系統(tǒng)靜平衡精度，從而降低系統(tǒng)能耗、提高系統(tǒng)運動平穩(wěn)性和工作壽命。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測系統(tǒng)，其特征在于它主要包含位置測量單元、カ輸出裝置、樞軸、伺服控制單元、安裝臺以及基座，所說位置測量單元與力輸出裝置分別安裝于安裝臺與基座之間內(nèi)，該位置測量單元測量到的安裝臺與基座間的位置變化量信號送至伺服控制單元的輸入端，該信號經(jīng)伺服控制單元處理后輸出的驅(qū)動カ矩信號接至カ輸出裝置信號輸入端，該カ輸出裝置輸出反向傾覆カ矩驅(qū)動安裝臺恢復(fù)初始位置，所說樞軸樞軸采用柔性鉸鏈連接安裝臺和基座，保證安裝臺與基座間的無摩擦轉(zhuǎn)動。所說カ輸出裝置采用線性電磁鐵。位置測量單元采用LVDT包括鐵芯和感應(yīng)線圈，該LVDT檢測的位置變化量信號接至伺服控制單元的輸入端，可進行無接觸測量。一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于測量試件包括步驟如下:步驟A:被測試件固定到安裝臺上，使其回轉(zhuǎn)軸與臺面垂直，先保持試件位置不動，調(diào)整安裝臺面至水平位置；采用測量試件重量豎直方向施加在樞軸上，而靜平衡測量方向為樞軸旋轉(zhuǎn)方向，保證測量精度不隨試件重量變化而變化；步驟B:將試件的回轉(zhuǎn)部分繞其回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一定角度，利用樞軸支承試件的重量，通過位置測量單元檢測到安裝臺傾斜的位移量，由伺服控制單元根據(jù)安裝臺位置變化量，通過控制算法得到驅(qū)動信號來控制カ輸出裝置產(chǎn)生與傾覆カ矩大小相同、方向相反的恢復(fù)カ矩，驅(qū)動安裝臺重新恢復(fù)到初始位置，所說的恢復(fù)カ矩大小等同于試件在樞軸垂直方向的質(zhì)量矩；步驟C:將試件繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到多個位置，反復(fù)測量該試件對應(yīng)不同回轉(zhuǎn)位置的質(zhì)量矩，通過矢量公式計算，得到試件繞其回轉(zhuǎn)軸的靜平衡誤差，用于靜平衡修正。伺服控制單元驅(qū)動安裝臺重新恢復(fù)到初始位置的實現(xiàn)過程:實時采集位置測量單元輸出信息；判斷安裝臺位置是否為原始位置，如果不為原始位置，則通過控制算法處理，將該臺面位置變化量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的驅(qū)動カ矩信號，提供給カ輸出裝置，由カ輸出裝置輸出反向傾覆カ矩，然后接續(xù)位置檢測判斷程序步驟。

如果為原始位置，則檢測并輸出當(dāng)前カ矩大小值。上述步驟A、步驟B和步驟C通過矢量公式計算得到試件繞其回轉(zhuǎn)軸的靜平衡誤差的具體步驟如下:首先，將被測試件的回轉(zhuǎn)部分坐標系O1X1YA固聯(lián)在被測回轉(zhuǎn)部分上，Z1軸與回轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)軸重合，且與安裝臺面M垂直，測量系統(tǒng)坐標系OciXciYciZci固聯(lián)在安裝臺平面M上，Y。軸與測量系統(tǒng)樞軸平行，令初始狀態(tài)下兩坐標系重合；被測試件回轉(zhuǎn)部分相對坐標系O1X1Y1Z1的質(zhì)量矩定義為向量R(mx,my,mz),其中m為被測試件回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，x、y、z分別為被測回轉(zhuǎn)部分的質(zhì)心在坐標系O1X1YA中的坐標；再將被測試件回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)至a i角位置，R在坐標系OtlXtlYム中的質(zhì)量矩向量Ri Onxi, myi； Inzi)為:
權(quán)利要求
1.一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測系統(tǒng)，其特征在于它主要包含位置測量單元(7)、カ輸出裝置(3)、樞軸(8)、伺服控制單元(9)、安裝臺(2)以及基座(4)，所說位置測量単元(7)與力輸出裝置分別安裝于安裝臺(2)與基座(4)之間內(nèi)，該位置測量單元(7)測量到的安裝臺(2)與基座(4)間的位置變化量信號送至伺服控制單元(9)的輸入端，該信號經(jīng)伺服控制單元(9)處理后輸出的驅(qū)動カ矩信號接至カ輸出裝置(3)信號輸入端，該カ輸出裝置(3)輸出反向傾覆カ矩驅(qū)動安裝臺(2)恢復(fù)初始位置，所說樞軸(8)樞軸采用柔性鉸鏈連接安裝臺和基座，保證安裝臺(2)與基座(4)間的無摩擦轉(zhuǎn)動。
2.按權(quán)利要求1所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測系統(tǒng)，其特征在于所說カ輸出裝置(3)采用線性電磁鉄。
3.按權(quán)利要求1或2所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測系統(tǒng)，其特征在于位置測量單元(7)采用LVDT包括鐵芯和感應(yīng)線圈，該LVDT檢測的位置變化量信號接至伺服控制単元(9)的輸入端，可進行無接觸測量。
4.用權(quán)利要求1所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于測量試件包括步驟如下: 步驟A:被測試件￠)固定到安裝臺(2)上，使其回轉(zhuǎn)軸與臺面垂直，先保持試件位置不動，調(diào)整安裝臺面至水平位置；采用測量試件重量豎直方向施加在樞軸上，而靜平衡測量方向為樞軸旋轉(zhuǎn)方向，保證測量精度不隨試件重量變化而變化； 步驟B:將試件的回轉(zhuǎn)部分(5)繞其回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一定角度，利用樞軸(8)支承試件的重量，通過位置測量單元(7)檢測到安裝臺⑵傾斜的位移量，由伺服控制單元(9)根據(jù)安裝臺(2)位置變化量，通過控制算法得到驅(qū)動信號來控制カ輸出裝置(3)產(chǎn)生與傾覆カ矩大小相同、方向相反的恢復(fù)カ矩，驅(qū)動安裝臺(2)重新恢復(fù)到初始位置，所說的恢復(fù)カ矩大小等同于試件在樞軸垂直方向的質(zhì) 量矩； 步驟C:將試件繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到多個位置，反復(fù)測量該試件對應(yīng)不同回轉(zhuǎn)位置的質(zhì)量矩，通過矢量公式計算，得到試件繞其回轉(zhuǎn)軸的靜平衡誤差，用于靜平衡修正。
5.按權(quán)利要求4所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于伺服控制單元(9)驅(qū)動安裝臺(2)重新恢復(fù)到初始位置的過程: 實時采集位置測量單元(7)輸出信息； 判斷安裝臺(2)位置是否為原始位置，如果不為原始位置，則通過控制算法處理，將該臺面位置變化量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的驅(qū)動カ矩信號，提供給カ輸出裝置(3)，由カ輸出裝置(3)輸出反向傾覆カ矩，然后接續(xù)位置檢測判斷程序步驟。
6.按權(quán)利要求5所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于如果為原始位置，則檢測并輸出當(dāng)前カ矩大小值。
7.按權(quán)利要求4所述的ー種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于步驟A、步驟B和步驟C通過矢量公式計算得到試件繞其回轉(zhuǎn)軸的靜平衡誤差的具體步驟如下: 首先，將被測試件的回轉(zhuǎn)部分(5)坐標系O1X1Y1^固聯(lián)在被測回轉(zhuǎn)部分上，も軸與回轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)軸重合，且與安裝臺平面M垂直，測量系統(tǒng)坐標系OciXciYciZci固聯(lián)在安裝臺平面M上，Ytl軸與測量系統(tǒng)樞軸(8)平行，令初始狀態(tài)下兩坐標系重合； 被測試件回轉(zhuǎn)部分(5)相對坐標系O1X1Y1Z1的質(zhì)量矩定義為向量R(mx,my,mz),其中m為被測試件回轉(zhuǎn)部分(5)質(zhì)量，x、y、z分別為被測回轉(zhuǎn)部分(5)的質(zhì)心(I)在坐標系O1X1Y1Z1中的坐標； 再將被測試件回轉(zhuǎn)部分(5)轉(zhuǎn)至Cii角位置，R在坐標系OciXciYciZci中的質(zhì)量矩向量Ri Onxi, myi； Inzi)為:
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于位置恢復(fù)原理的靜平衡測量系統(tǒng)及測量方法，該系統(tǒng)主要包含位置測量單元、力輸出裝置、樞軸及伺服控制單元，由位置測量單元測量到的安裝臺與基座間的位置變化量信號送至伺服控制單元，其輸出的控制信號控制力輸出裝置輸出恢復(fù)力矩；該測量方法是固定試件于安裝臺上，利用樞軸支承試件的重量，當(dāng)試件的質(zhì)心位置變化產(chǎn)生的傾覆力矩，通過位置測量單元實時檢測到安裝臺的傾斜，由力輸出裝置輸出與傾覆力矩大小、方向相反恢復(fù)力矩，使安裝臺重新恢復(fù)到初始位置；將試件繞其回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到多個位置，反復(fù)測量恢復(fù)力矩，計算出試件靜平衡誤差并對其修正。本發(fā)明克服國防工業(yè)亟需解決的靜平衡測量精度差問題，具有很高的實際應(yīng)用價值。
文檔編號G01M1/12GK103091041SQ20111033476
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者王洪福, 史澤林, 向偉, 羅海波, 惠斌, 常錚, 張代軍, 張偉明, 林琳 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所