[发明专利]一种基于位置恢复原理的静平衡测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于精密测量技术，具体是一种基于位置恢复原理的静平衡测量系统及测量方法。

背景技术

精密静平衡技术是精确制导、飞机发动机等领域的核心计量校准技术，是制约我国多个国防技术领域发展的瓶颈技术之一。目前的静平衡方法主要有位置恢复法、多点测量法和机械移位法等。国内一般采用的静平衡方法有两种：手工平衡法和多点测量法。手工平衡精度有限，难以定量测量，而且其他因素影响，产品精度一致性差；由于受被测对象质心位置变化等因素影响，多点测量法难以保证前后两次测量状态的一致性，而且测量精度随对象质量增加变差。美国等发达国家采用位置恢复原理配重仪对稳定平台进行精确配重，能够克服以上两种配重方法的缺点。但目前公开的测量系统依然难以避免其系统存在固有的摩擦，导致摩擦带来的非线性因素影响系统测量精度，目前急需解决消除测量系统摩擦的问题，提高配重精度，以提高稳定平台、涡轮发动机等系统的运动平稳性，同时降低系统能耗。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于位置恢复原理的静平衡测量系统及测量方法，能提高系统静平衡精度，从而降低系统能耗、提高系统运动平稳性和工作寿命。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于位置恢复原理的静平衡测系统，其特征在于它主要包含位置测量单元、力输出装置、枢轴、伺服控制单元、安装台以及基座，所说位置测量单元与力输出装置分别安装于安装台与基座之间内，该位置测量单元测量到的安装台与基座间的位置变化量信号送至伺服控制单元的输入端，该信号经伺服控制单元处理后输出的驱动力矩信号接至力输出装置信号输入端，该力输出装置输出反向倾覆力矩驱动安装台恢复初始位置，所说枢轴枢轴采用柔性铰链连接安装台和基座，保证安装台与基座间的无摩擦转动。

所说力输出装置采用线性电磁铁。

位置测量单元采用LVDT包括铁芯和感应线圈，该LVDT检测的位置变化量信号接至伺服控制单元的输入端，可进行无接触测量。

一种基于位置恢复原理的静平衡测量系统的测量方法，其特征在于测量试件包括步骤如下：

步骤A：被测试件固定到安装台上，使其回转轴与台面垂直，先保持试件位置不动，调整安装台面至水平位置；采用测量试件重量竖直方向施加在枢轴上，而静平衡测量方向为枢轴旋转方向，保证测量精度不随试件重量变化而变化；

步骤B：将试件的回转部分绕其回转轴转动一定角度，利用枢轴支承试件的重量，通过位置测量单元检测到安装台倾斜的位移量，由伺服控制单元根据安装台位置变化量，通过控制算法得到驱动信号来控制力输出装置产生与倾覆力矩大小相同、方向相反的恢复力矩，驱动安装台重新恢复到初始位置，所说的恢复力矩大小等同于试件在枢轴垂直方向的质量矩；

步骤C：将试件绕其回转轴旋转到多个位置，反复测量该试件对应不同回转位置的质量矩，通过矢量公式计算，得到试件绕其回转轴的静平衡误差，用于静平衡修正。

伺服控制单元驱动安装台重新恢复到初始位置的实现过程：

实时采集位置测量单元输出信息；

判断安装台位置是否为原始位置，如果不为原始位置，则通过控制算法处理，将该台面位置变化量转化为相应的驱动力矩信号，提供给力输出装置，由力输出装置输出反向倾覆力矩，然后接续位置检测判断程序步骤。

如果为原始位置，则检测并输出当前力矩大小值。

上述步骤A、步骤B和步骤C通过矢量公式计算得到试件绕其回转轴的静平衡误差的具体步骤如下：

首先，将被测试件的回转部分坐标系O₁X₁Y₁Z₁固联在被测回转部分上，Z₁轴与回转部分回转轴重合，且与安装台面M垂直，测量系统坐标系O₀X₀Y₀Z₀固联在安装台平面M上，Y₀轴与测量系统枢轴平行，令初始状态下两坐标系重合；

被测试件回转部分相对坐标系O₁X₁Y₁Z₁的质量矩定义为向量R(mx，my，mz)，其中m为被测试件回转部分质量，x、y、z分别为被测回转部分的质心在坐标系O₁X₁Y₁Z₁中的坐标；