[发明专利]一种四点法的质量特性测量系统

说明书

本发明涉及一种四点法的质量特性测量系统，该系统包括底座、水平移动结构、称重结构、升降结构和控制结构；水平移动结构包括沿底座长度方向设置的两条平行滑轨和设置在平行滑轨上的滑块；称重结构包括设置在滑块上的左侧部分和设置底座上的右侧部分，左侧部分和右侧部分的结构相同，分别包括V型支撑块和设置在V型支撑块两个内侧斜面上的两个称重传感器；升降结构包括设置在滑块上的左侧部分和设置底座上的右侧部分，分别包括辅助支撑块和用于驱动辅助支撑块升降的伺服电机；控制结构包括工控机，工控机分别与伺服电机、右称重传感器连接。使用该系统测量质量、质心和质偏时，被测对象与称重传感器直接接触，测量精度高。

技术领域

本发明涉及物体质量特性测量技术领域，具体涉及一种质量特性测量系统。

背景技术

三点支撑法(简称三点法)是重量反应法的一种算法，通过三个称重传感器，根据力矩平衡原理完成对被测对象的质量、质心参数的测量。其计算过程如下所述。

质量测量一般采用静态称重原理进行测量，其称重平台设计成一块刚性整体，平台下面按照一定规则布置称重传感器，被测对象固定在平台上，系统稳定后，将称重传感器的示值求和然后减去平台自重，便获得被测对象的重量。三点法的称重平台下面布置三组称重传感器，如图1所示，平台保持水平，根据这三组称重传感器的读数值来计算被测对象的质量m₁，计算公式如下：

式中，m₁——被测对象的质量(kg)；

m₂——平台的质量(kg)。

F_i′——各铰点处称重传感器的读数值(N)，i＝1,2,3；

空载时，由称重传感器测出平台质量：

m₂g＝F₁+F₂+F₃ (2-2)

其中，F_i——空载时，各铰点称重传感器的读数值(N)，i＝1,2,3；

将公式(2-2)代入公式(2-1)，得被测对象的质量为：

三点法测量质心：

1、坐标系

根据三点法称重测量原理，平台有三个支撑点，分别安装称重传感器。为了获得被测对象的质心位置，需要建立平台坐标系和被测对象连体坐标系，描述平台与被测对象的相互位置关系，并由称重传感器示值建立力和力矩平衡方程，求解被测对象的质心位置。

(1)系统坐标系

选取支承铰的回转中心为坐标原点，建立笛卡尔直角坐标系OXYZ，如图2所示，其中OX轴为平台长边方向，OY轴为平台短边方向，OZ轴为竖直方向，称重传感器的测力方向沿OZ轴方向，符合右手定则。

(2)被测对象连体坐标系

将被测对象固定在承载平台上，选取合适位置和姿态，建立连体坐标系OX₁Y₁Z₁，如图3所示。被测对象连体坐标系与平台坐标系之间关系由被测对象的放置位置和姿态决定，通过相应的传感器进行测量，确定坐标转换矩阵。

通过上述分析，三点法测量质量和质心位置具有以下特点：

1、三点法测量被测对象质心的水平位置原理相对简单，操作方便，需要的称重传感器个数相对较少。

2、三点法测量质心高度位置时，机构相对比较复杂，需要施加两个移动驱动，并且要求实现同步运动，以保持工作台面姿态。在运动过程中，由于驱动铰点和支撑铰点是低副运动副，特别是支撑铰点，其运动精度影响三点法测量精度。