大运载质心柔性测量方法

摘要

大运载质心柔性测量方法，它涉及一种质心测量方法，本发明的目的是提供一种可实现高精度、自动化、通用性测量的大运载质心柔性测量方法。利用坐标测量系统测量四个称重传感器与工装接触点的坐标；工装空载，通过四个称重传感器1得到四个称重传感器的读数F1′～F4′和两个工装重力Fg1、Fg2；在工装上放置产品，得到四个传感器给工装及产品的支撑力F1～F4；建立产品的坐标系；得到产品坐标系下且经过质心的直线方程L1’；将产品旋转一定的角度，进行产品在第二个状态下的测量，在产品坐标系下得到另一条经过产品质心的直线L2’；两条直线都在产品坐标系中，且都经过产品质心，将两个直线方程联立得到产品质心在产品坐标系下的坐标。本发明适于大运载各个舱段的质心测量。

主权项

一种大运载质心柔性测量方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、假设竖直向上方向与测量坐标系x、y、z轴夹角分别是α、β、γ，将四个称重传感器(1)摆放好，利用坐标测量系统测量四个称重传感器(1)与机械工装(2)接触点的坐标为(xi，yi，zi)，i＝1～4，这些坐标值将作为称重传感器(1)支撑力的分力臂带入到力矩平衡方程中计算；步骤二、工装空载，称量工装(2)的重量，四个称重传感器(1)分成两对，每对称重传感器(1)在竖直方向上架设有一个工装(2)，通过四个称重传感器(1)得到四个称重传感器的读数F1′～F4′和两个工装重力Fg1、Fg2，再将这些力沿测量坐标系x、y、z轴分解，得到： F ix ′ = F i ′ cos α F iy ′ = F i ′ cos β F iz ′ = F i ′ cos γ , F g 1 x = F g 1 cos α F g 1 y = F g 1 cos β F g 1 z = F g 1 cos γ , F g 2 x = F g 2 cos α F g 2 y = F g 2 cos β F g 2 z = F g 2 cos γ - - - ( 1 ) i＝1，2，3，4，由于工装此时处于平衡状态，所受到的各个力相对于测量坐标系下各个坐标轴的力矩为零，即 M ( x ) = 0 M ( y ) = 0 M ( z ) = 0 经整理得到下列方程组： F g 1 z y g 1 - F g 1 y z g 1 + F g 2 z y g 2 - F g 2 y z g 2 = F 1 z ′ y 1 - F 1 y ′ z 1 + F 2 z ′ y 2 - F 2 y ′ z 2 + F 3 z ′ y 3 - F 3 y ′ z 3 + F 4 z ′ y 4 - F 4 y ′ z 4 F g 1 x z g 1 - F g 1 z x g 1 + F g 2 x z g 2 - F g 2 z x g 2 = F 1 x ′ z 1 - F 1 z ′ x 1 + F 2 x ′ z 2 - F 2 z ′ x 2 + F 3 x ′ z 3 - F 3 z ′ x 3 + F 4 x ′ z 4 - F 4 z ′ x 4 F g 1 y x g 1 - F g 1 x y g 1 + F g 2 y x g 2 - F g 2 x y g 2 = F 1 y ′ x 1 - F 1 x ′ y 1 + F 2 y ′ x 2 - F 2 x ′ y 2 + F 3 y ′ x 3 - F 3 x ′ y 3 + F 4 y ′ x 4 - F 4 x ′ y 4 - - - ( 2 ) 步骤三、将待测件(5)放置到两个称量工装(2)上，记录四个称重传感器(1)的读数，即为四个传感器给工装及产品的支撑力F1～F4，仍然将这些支撑力沿测量坐标系的x、y、z轴方向分解，得 F ix = F i cos α F iy = F i cos β F iz = F i cos γ - - - ( 3 ) i＝1，2，3，4此时工装及产品处于平衡状态，它们所受到的各个力相对于测量坐标系各坐标轴的力矩为零，列力矩平衡方程，整理得到下列方程组： p z y - p y z = F 1 z y 1 - F 1 y z 1 + F 2 z y 2 - F 2 y z 2 + F 3 z y 3 - F 3 y z 3 + F 4 z y 4 - F 4 y z 4 - ( F g 1 z y g 1 - F g 1 y z g 1 + F g 2 z y g 2 - F g 2 y z g 2 ) p x z - p z x = F 1 x z 1 - F 1 z x 1 + F 2 x z 2 - F 2 z x 2 + F 3 x z 3 - F 3 z x 3 + F 4 x z 4 - F 4 z x 4 - ( F g 1 x z g 1 - F g 1 z x g 1 + F g 2 x z g 2 - F g 2 z x g 2 ) p y x - p x y = F 1 y x 1 - F 1 x y 1 + F 2 y x 2 - F 2 x y 2 + F 3 y x 3 - F 3 x y 3 + F 4 y x 4 - F 4 x y 4 - ( F g 1 y x g 1 - F g 1 x y g 1 + F g 2 y x g 2 - F g 2 x y g 2 ) - - - ( 4 ) 其中px、py、pz分别为产品重力P沿测量坐标系x、y、z轴方向的分力： p x = P cos α p y = P cos β p z = P cos γ - - - ( 5 ) 将传感器与工装接触点坐标(xi，yi，zi)和公式(1)、(2)、(3)、(5)代入式(4)中，求解方程组，经整理，最后可得到一条直线方程L1，该直线在测量坐标系下且经过产品质心； L 1 : x = f 1 ( t ) y = f 2 ( t ) z = f 3 ( t ) - - - ( 6 ) 步骤四、建立产品的坐标系，并且利用两个坐标系之间的转换矩阵T将直线L1方程从测量坐标系下转换到产品坐标系下；步骤五、直线方程L1经过转换，得到产品坐标系下且经过质心的直线方程L1’； L 1 ' : x ′ = f 1 ′ ( t ) y ′ = f 2 ′ ( t ) z ′ = f 3 ′ ( t ) 这样就完成了产品在第一个状态下的测量；步骤六、然后将产品旋转一定的角度，进行产品在第二个状态下的测量，与产品在第一个状态时测量及计算方法一样，最后在产品坐标系下得到另一条经过产品质心的直线L2’ L 2 ' : x ′ = g 1 ′ ( t ) y ′ = g 2 ′ ( t ) z ′ = g 3 ′ ( t ) 两条直线都在产品坐标系中，且都经过产品质心，将两个直线方程联立，求得其交点，即为产品质心在产品坐标系下的坐标。