本公开涉及物体的测试和评估，并且涉及在测试和评估下确定物体重心的系统和方法。
背景技术：
各种应用都可以从确定物体重心的能力中获益，所述物体可以具有不规则形状、体积以及质量。一个航天工业的示例性应用涉及雷达截面测试，在测试期间诸如一架完整的飞机、其模型或其组件的物体可以安装在标塔上并位于雷达测试场内。为了平衡标塔上的物体，定位该物体使得物体的重心接近延伸穿过标塔的纵轴布置是有益的。从而，确定测试物体的重心的系统和方法可以有实用之处。
技术实现要素：
在各方面，提供确定设备重心的系统和方法。在一些实施例中，本文描述的系统和方法在物体以第一方向定位时首先确定测试物体在两个轴/轴线上的重心。接着，相对第三轴线旋转物体到第二方向，并且确定在两个轴线中的至少一个轴线中的重心。在第一方向和第二方向之间的重心变化可用于确定沿第三轴线的重心。在示例性系统中，第一轴线和第二轴线是X轴和Y轴，第三轴线是Z轴。
因此，在一个实施例中提供确定三维物体重心的方法，包括以第一方向上在测试平台上定位物体，确定物体在第一方向时沿第一轴线与第二轴线的重心的位置，关于基本正交于第一轴线与第二轴线的第三轴线旋转物体，确定物体在第二方向时沿第一轴线或第二轴线中的至少一个上的重心的位置，以及利用物体在第二方向时沿第一轴线或第二轴线中的至少一个的重心位置的变化确定沿第三轴线的重心位置。
在另一个实施例提供了确定三维物体重心的系统，其包括框架、耦合到框架并在其上安放物体的测试平台。在一些实施例中，测试平台可相对于框架绕第一位置和第二位置之间的轴线旋转，其中在第一位置物体在第一方向，在第二位置物体在第二方向。本系统还包括耦合到测试平台以收集与定位在测试平台上的物体有关的质量数据的至少三个负载单元以及耦合到至少三个负载单元的基于计算机的处理设备。
基于计算机的处理设备包括存储在非暂态计算机可读介质中的逻辑指令，这些逻辑指令被处理设备执行时配置处理设备以在物体以第一方向定位在测试平台上时接收来自至少三个负载单元的第一数据集、确定物体在第一方向时沿第一轴线和第二轴线的重心位置以及确定物体以第二方向定位在测试平台上时接收来自至少三个负载单元的第二数据集、确定物体在第二方向时沿第一轴线或第二轴线中的至少一个的重心位置，并在物体在第二方向上时利用沿第一轴线或第二轴线中的至少一个的重心位置的变化确定沿第三轴线的重心位置。
在另一实施例中，提供确定三维物体重心的基于计算机的系统，其包括非暂态存储器模块、耦合到存储器的基于计算机的处理设备以及存储在非暂态存储器模块中的逻辑指令，这些逻辑指令被处理设备执行时配置处理设备以接收来自耦合到测试平台支撑第一方向的物体的至少三个负载单元的第一数据集、确定物体在第一方向时三维空间中沿第一轴线和第二轴线的重心位置，以及当物体以不同于第一方向的第二方向定位在测试平台上时接收来自至少三个负载单元的第二数据集、确定物体在第二方向时沿第一轴线或第二轴线中的至少一个的重心位置，并使用物体在第二方向时沿第一轴线或第二轴线中的至少一个的重心位置的变化确定沿第三轴线的重心位置。
本文所述的特征、功能和优点可以在本文描述的各种实施例中独立实现，或者可以在其他实施例中组合实现，其更多细节可参考以下说明和附图。
附图说明
以下详细内容参照附图描述。
图1和2是根据一些实施例用于重心确定的系统的示意图、透视图。
图3是根据一些实施例用于重心确定的系统的示意图、俯视图。
图4是根据一些实施例用于重心确定的系统的示意图、侧视图。
图5是根据各实施例的计算系统的示意图，其中确定重心的系统的部分可以在该计算系统中实现。
图6是图示根据各实施例确定重心的方法中的操作的流程图。
图7是根据各实施例确定重心的几何模型的示意图。
具体实施方式
本文描述了确定重心的示例性系统和方法。在以下说明中，记载了许多具体细节以提供对各实施例的全面理解。然而，本领域技术人员应理解可以实施各种实施例而不需要具体细节。在其他实例中，并未详细图示或说明已知的方法、流程、组件以及电路以避免使特定实施例模糊。
图1和图2是根据一些实施例用于确定重心的系统的示意图、透视图，并且图3是根据一些实施例用于确定重心的系统的示意图、俯视图。参考图1-3，在一个实施例中，有线检测系统100包括框架110，耦合到框架110并且可以将物体安放在其上的测试平台140。测试平台140相对于框架110可以绕第一位置和第二位置之间的轴/轴线旋转，其中在第一位置中物体处于第一方向，在第二位置中物体处于第二方向上。系统100还包括至少三个负载单元160和耦合到至少三个负载单元的基于计算机的处理设备180，负载单元160耦合到框架110以收集与定位在测试平台140上的物体有关的质量数据。
更具体的，在图1-3所述的实施例中，框架110包括由合适的材料如钢、铝等形成的四个横杆112a、112b、112c、112d。横杆112a、112b、112c、112d在本文中用编号112统一表示，这些横杆连接起来形成刚性的矩形结构。本领域技术人员将意识到横杆可以使用其他材料以可替换的几何形状形成。
测试平台140安装在横杆114、116上，并且在第一末端利用铰链组件120且在相对末端利用提升机130支撑。在本文所述的实施例中，测试平台140还包括由合适的材料如钢、铝等类似材料构成的四个横杆142a、142b、142c、142d。横杆142a、142b、142c、142d可以用编号142统一表示，这些横杆连接起来构成刚性的矩形结构。本领域技术人员将意识到可以利用其他材料以可替换的几何形状构成这些横杆。
测试平台140还包括可以将物体安放在其上的安放板144。本文所述的安放板是安装在横杆142b、142c上的基本圆形结构钢板。本领域技术人员将认识到安放板144可以用其他材料以可替代的几何形状形成。
提升机130安装在横杆112d和横杆142d之间并且可起到提升和降低横杆142d的作用，从而绕C轴延伸穿过铰链组件旋转平台140。提升机130可以实现为液压提升机、电力提升机等。在本文所述的实施例中，提升机130耦合到电机132，其提升和降低提升机130以相对框架110旋转平台140。
多个负载单元160a、160b、160c、160d可以使用参考编号160统一表示，这些负载单元耦合到框架110以从位于框架110上的负载收集数据。在一个实施例中，四个负载单元安装在框架110上。负载单元160a、160b、160c在图1中可见。在图1的透视图中，负载单元160d在平台140后，因此是不可见的。负载单元160产生与应用在负载单元上的力成比例的输出。负载单元160的输出可以被放大或以其他方式处理并输入到基于计算机的处理设备180中。
参考图2-3，在一些实施例中，可以将框架110安装在车170上使得整个系统100可移动。车170包括由合适的材料如钢、铝或类似材料构成的四个横杆172a、172b、172c、172d。横杆172a、172b、172c、172d可以用参考编号172来统一表示，它们连接起来以构成刚性的矩形结构。本领域技术人员将认识到横杆可以用其他材料以可替换的几何形状形成。框架170被安装在车轮174a、174b、174c、174d上，这些车轮174a、174b、174c、174d在本文中可以用参考编号174统一表示，并且其适于停放在地面上。
可以在平台140周围的三维空间上绘制坐标系统。在一个实施例中，笛卡尔坐标系统可以用于绘制空间，其中x轴在大致平行于横杆112c的方向延伸，y轴大致平行于横杆112a，以及z轴大致垂直于x轴与y轴定义的平面。对于某些应用，x轴和y轴定义的平面与平台140停放在其上的地面平行或大致平行可能是优选的。在其他实施例中，坐标系统的原点可以置于负载单元160b。本领域技术人员将认识到特定的坐标系统不是本发明的关键并且可以用替换的坐标系如极坐标绘制空间，并且坐标系统的方向可以旋转或转换。
图5是根据本文所述一个或更多实施例的适于实施重心确定的计算系统180的示意图。参考图5，在一个实施例中，系统180可以包括一个或更多附带的输入/输出设备，其包括具有显示屏504的显示器502、一个或更多扬声器506、键盘510、一个或更多其它I/O设备512和鼠标514。其它I/O设备512可以包括触摸屏、声控输入设备、轨迹球以及允许系统180自用户接收输入的任意其它设备。
系统180包括系统硬件520和存储器530，存储器530可以作为随机访问存储器和/或只读存储器实现。文件存储580可以通信地耦合到系统180。文件存储580可以在计算设备508内部，计算设备508如一个或更多硬驱动器、CD-ROM驱动器、DVD-ROM驱动器或其他类型的存储设备。文件存储580也可以在计算机508外，计算机508如一个或更多外部硬盘驱动器、网络附属存储或独立的存储网络。
系统硬件520可包括一个或更多处理器522、至少两个图形处理器524、网络接口526和总线结构528。在一个实施例中，处理器522可以使用美国加利福尼亚州圣克拉拉市英特尔公司的Core2处理器实现。正如本文使用的，术语“处理器”指代任何类型的计算元件，例如但不限于，微处理器、微控制器、复杂指令集计算（CISC）微处理器、精简指令集（RISC）微处理器、超长指令字（VLIW）微处理器或任何其他类型的处理器或处理电路。
图形处理器524可以用作管理图像和/或视频操作的附属处理器。图形处理器524可以被集成到计算系统500的主板上或者可以通过扩展槽耦合到主板上。
在一个实施例中，网络接口526可以是有线接口或无线接口，有线接口如以太网接口（参看，例如，电子与电气工程师协会/IEEE802.3-2002），无线接口如IEEE 802.11a，b或g兼容接口（参看，例如，IEEE Standard for IT-Telecommunications and information exchangebetween systems LAN/MAN--Part II:Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specifications Amendment 4:FurtherHigher Data Rate Extension in the 2.4GHz Band,802.11G-2003）。无线接口的另一个示例是通用分组无线服务（GPRS）接口（参见，例如，Guidelineson GPRS Handset Requirements，Global System for MobileCommunication/GSM Association，Ver.3.0.1,December 2002）。
总线结构528连接系统硬件128的各组件。在一个实施例中，总线结构528可以是多种类型总线结构中的一种或更多，多种类型总线结构包括使用各种类型的可用总线架构的存储器总线、外设总线或外部总线和/或本地总线，其包括但不限于11-位总线、工业标准架构（ISA）、微通道架构（MSA）、扩展ISA（EISA）、智能驱动电子学（IDE）、VESA本地总线（VLB）、外围组件互连（PCI）、通用串行总线（USB）、高级图形端口（AGP）、个人计算机存储卡国际协会总线（PCMCIA）以及小型计算机系统接口（SCSI）。
存储器530可包括用于管理计算设备508的操作的操作系统540。在一个实施例中，操作系统540包括提供对系统硬件520的接口的硬件接口模块554。另外，操作系统540可以包括文件系统550和处理控制子系统552，文件系统550管理计算设备508的操作中使用的文件，控制子系统552管理在计算设备508上执行的过程。
操作系统540可以包括（或管理）可以与系统硬件120协同操作以自远程源收发数据包/分组和/或数据流的一个或更多通信接口。操作系统540还可以包括系统调用接口模块542，其在操作系统540与常驻于存储器530中的一个或更多应用模块之间提供接口。操作系统540可以实现为UNIX操作系统或任何其衍生的操作系统（例如，Linux、Solaris，等等），或者实现为例如品牌操作系统或其他操作系统。
在各种实施例中，系统180可以实现为个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理、移动电话、娱乐设备或其他计算设备。
在一个实施例中，存储器530包括一个或更多逻辑模块，这些逻辑模块实现为在有形、非暂态存储器上编码的逻辑指令以赋予系统180功能性。图5中描述的实施例包括数据收集模块562和分析模块564。有关由这些模块实现的过程和操作的额外细节参考下面的图4A-4B和图6描述。
在操作中，系统100可用于确定三维空间中安放在平台上的物体的重心。物体在形状、体积、密度和质量分布上可以是不规则的。在简要介绍中，在一个实施例中当平台140在大致平行于框架的第一位置时可以将物体定位在平台140上。数据收集模块562从负载单元160收集数据而分析模块566使用从负载单元160收集的数据沿X轴与Y轴确定重心。之后，提升机130被启动以将物体旋转预定的角度运动范围，从而沿X轴转变物体的重心。之后，重心位置沿X轴的变化可用于确定物体重心在Z轴的位置。
更具体地，参考图6，在一些实施例中，当平台处于基本水平的方向时，可以实施校准过程以确定平台140的重心，如图4A所示。通过示例的方式，系统100可以被启动并且数据收集模块562收集来自每个负载单元160的力数据。之后，分析模块562计算平台140在X轴的重心如下：
方程1：
其中L是负载单元160a和160b之间或160c和160d之间的距离而Ma、Mb、Mc和Md代表从160a到160d的每个负载单元上测量的负载。
变量记录如下：
Xp_offset：从原点到延伸穿过铰链枢轴点（pivot point）120的C轴的沿X轴的距离。
Zp_offset：从原点到延伸穿过铰链枢轴点120的C轴的沿Z轴的距离。
Za：沿Z轴从延伸穿过铰链枢轴点120的C轴到附着点平面144的距离。
M_rig：装配的结构100与140的总质量等于负载单元160a、160b、160c和160d的和。
X_rig_zero：根据方程1计算的零偏斜角下组合的结构100和140沿X轴的重心。
之后，提升机被启动以绕延伸经过铰链组件120的C轴旋转平台140预定角度θ。在一些实施例中，预定角度θ的大小在1度和10度之间，但是大于10度的角度也可以使用。角度θ可以使用倾斜仪或类似的仪器确定。然后，利用以上方程（1）计算平台140沿X轴的重心。这导致预定的旋转角度θ与X轴的重心X_rig_angle间的映射。此映射可以存储在存储模块中。
在一些实施例中，可以使用单个的旋转角度θ。在其他实施例中，校准过程可以以递增的方式在预定角度θ的范围内旋转平台并记录每个旋转角度θ的X轴重心X_rig_angle。这些值可以存储在系统180的存储器530内的数据表格或其他合适的数据结构中，或者存储在耦合到系统180的文件存储580中。
一旦校准数据被存入存储器，系统100即可用于确定安放在平台140上的物体的重心。因此，在操作615中，当平台在第一位置时物体被定位在平台上。在一些实施例中，第一位置对应于基本平行于框架110定位的平台，即，零度的旋转角度θ。此模型的质量确定为：
方程2：mmodel＝mtot-mrig
其中，mmodel代表安放在平台110上的物体的质量，mtot代表负载单元160测量的总质量，而mrig代表校准过程期间负载单元160测量的平台140的质量。
在操作620中，可以使用以下方程计算物体相对于由延伸穿过铰链组件120的C轴所定义的枢轴点的X轴重心（CG）：
方程3：
其中代表平台未旋转时，即在零度的旋转角度时，物体的X轴重心，代表平台未旋转时，即在零度的旋转角度时，物体和平台的X轴重心，而代表平台未旋转时，即在零度的旋转角度时，平台的X轴重心。
在操作625中，通过启动提升机组件绕延伸穿过铰链组件120的C轴旋转平台140到预定旋转角度θ而将物体旋转到第二方向，在操作610中，平台以角度θ校准。
在操作630中，物体相对于枢轴点的重心可以利用以下方程计算：
方程4：
其中代表平台以θ度的旋转角度旋转时物体的X轴重心，代表平台以θ度的旋转角度旋转时物体和平台的重心，而代表平台以θ度的旋转角度旋转时平台的X轴重心。
在操作635中，X轴重心的变化可用于确定沿基本上与X轴和Y轴所定义的平面正交的Z轴的物体重心。图7是根据各实施例确定重心的几何模型的示意图示。参考图7，在一些实施例中，Z轴上的重心可以使用以下方程确定：
方程5：
其中Zcgattach代表参考平台的附着点测量的物体的Z轴重心，X0代表当平台140在初始位置时，即以零度的旋转角度布置时，物体的X轴重心，Xt代表当平台140在第二位置时，即以旋转角度θ布置时，X轴重心。在一些实施例中，附着点可以从延伸穿过铰链组件140的C轴所定义的枢轴点沿着Z轴移位一定距离。从而，项Za代表附着点自枢轴点沿Z轴的移位。
图7所示模型用定位在附着点的坐标系统计算Z轴重心。在一些实施例中，将坐标系统转化为从平台的边缘测量的参考位置是有益的，如图3和4A-4B所示。在这样的坐标系统中，X轴可以被平移一定量，该量代表沿X轴的枢轴偏移并由图4A和4B中的Xpoffset表示。
在此坐标系统中，可以根据如下方程确定以第一位置定向即以零度的旋转角度布置的物体的X轴重心：
方程6：Xmzero_pivot＝Xmzero-Xpoffset
其中Xmzero_pivot代表以枢轴点为中心的坐标系统中的X轴重心，Xmzero代表从平台边缘测量的坐标系统中的X轴重心，而Xpoffset代表两者之间的X轴偏移。类似地，可以根据以下方程确定以第二位置定向即以θ度的旋转角度布置的物体的X轴重心：
方程7：Xmangle_pivot＝Xmangle-Xpoffset
其中Xmangle_pivot代表以枢轴点为中心的坐标系统中的X轴重心，Xmangle代表从平台边缘测量的坐标系统中的X轴重心，而Xpoffset代表两者之间的X轴偏移。在此坐标系统中，Z轴上的重心可根据以下方程计算：
方程8：
物体重心的(X,Y,Z)坐标可以存储在存储器模块中，如存储器530或计算系统180的文件存储580。在一些实施例中，这些坐标可用于后续操作，其中在这些后续操作中物体可以安放在诸如雷达截面测试中使用的标塔的设备上。
在本文和附图中，公开了一种确定三维物体重心的方法，其包括：以第一方向在测试平台140上定位物体，确定物体在第一方向时沿第一轴与第二轴的重心位置，相对基本正交于第一轴与第二轴的第三轴旋转物体从而在第二方向定位物体，当物体在第二方向时确定沿第一轴或第二轴中的至少一个的重心位置，以及使用物体在第二方向时重心位置沿第一轴或第二轴中的至少一个的变化确定沿第三轴的重心的位置。在一个变体中，本方法包括，其中以第一方向在测试平台140上定位物体包括在取向基本平行于地面的测试平台上定位物体。
在又一变体中，该方法包括：其中以第一方向在测试平台140上定位物体包括在相对于地面成一角度取向的测试平台140上定位物体。在另一变体中，该方法包括：其中确定物体在第一方向时沿第一轴与第二轴的重心位置包括，从耦合到测试平台140的至少三个负载单元160接收输入，以及使用来自至少三个负载单元160的输入确定物体在第一方向时沿基本平行于第一轴的X与基本平行于第二轴的Y轴的物体的重心位置。
在另一变体中，该方法包括：其中相对基本正交于第一轴与第二轴的第三轴旋转物体包括基本平行于X轴绕C轴将物体旋转一预定角度，X轴与第一轴基本平行，该预定角度的测量结果在2度与15度之间。在另一变体中，该方法包括：当物体在第二方向时使用重心位置沿第一轴或第二轴中的至少一个的变化确定沿第三轴的重心位置包括计算从C轴、基本平行于X轴测量的Z轴重心，其中Z轴基本平行于第三轴而X轴基本平行于第一轴。
在另一示例中，该方法还包括：实现校准过程以确定三维空间中的平台在第一方向与第二方向时的重心；以及调整物体重心的位置以补偿平台140的重心。
一方面，本发明公开一种确定三维物体的重心的系统，该系统包括：框架110、耦合到框架110的测试平台140、至少三个负载单元160和基于计算机的处理设备180，其中物体可安放到测试平台140上，其中测试平台140可相对框架110绕第一位置与第二位置之间的第一、第二和第三轴旋转，其中在第一位置物体在第一方向，在第二位置物体在第二方向，其中第三轴基本上正交于第一轴与第二轴，至少三个负载单元160耦合到框架110以收集与定位在测试平台140上的物体有关的质量数据，并且基于计算机的处理设备180耦合到至少三个负载单元160且包括存储在非暂态计算机可读介质中的逻辑指令，这些逻辑指令由处理设备180执行时，配置处理设备180。
处理设备180被配置为当以第一方向在测试平台上定位物体时接收来自至少三个负载单元160的第一数据集；确定物体在第一方向时沿第一轴与第二轴的重心位置；当物体绕第三轴旋转且以第二方向在测试平台140上定位时，自至少三个负载单元160接收第二数据集；确定物体在第二方向时沿第一轴或第二轴中的至少一个的重心位置；以及当物体在第二方向时，利用沿第一轴或第二轴中的至少一个的重心位置的变化确定沿第三轴的重心位置。在一个实例中，该系统包括，其中当测试平台140基本上平行于地面取向时，以第一方向在测试平台140上定位物体。在另一实例中，本系统包括，其中当测试平台相对于地面以一角度取向时，以第一方向在测试平台140上定位物体。
在另一实例中，该系统包括：其中基于计算机的处理设备180还包括存储在非暂态的计算机可读介质中的逻辑指令，这些逻辑指令被处理设备180执行时配置处理设备180以从耦合到测试平台140的至少三个负载单元160接收输入；以及当物体在第一方向时，利用至少三个负载单元160的输入确定物体沿X轴与Y轴的重心位置。
在一个变体中，该系统包括：其中物体相对于Z轴旋转在2到15度之间测量的预定角度。在另一个变量中，该系统包括：其中基于计算机的处理设备180还包括存储于非暂态计算机可读介质中的逻辑指令，这些逻辑指令被处理设备180执行时配置处理设备180以计算从C轴、基本平行于X轴测量的Z轴重心，X轴与第一轴基本平行。在另一实例中，该系统包括：其中基于计算机的处理设备180还包括存储于非暂态计算机可读介质的逻辑指令，这些逻辑指令被处理设备180执行时配置处理设备180实现校准过程从而确定三维空间内的平台在第一方向与第二方向的重心，以及调整物体的重心位置以补偿测试平台的重心。
另一方面，本发明公开一种基于计算机的系统以确定三维物体的重心，其包括：非暂态存储器模块、耦合到存储器的基于计算机的处理设备180以及存储在非暂态存储器模块中的逻辑指令，其被处理设备180执行时配置处理设备180以从耦合到测试平台140在第一方向支撑物体的至少三个负载单元160接收第一数据集，确定物体在第一方向时，三维空间中沿第一轴与第二轴的重心位置，当物体绕基本正交于第一与第二轴的第三轴旋转并在不同于第一方向的第二方向定位在测试平台140上时，从至少三个负载单元160接收第二数据集，确定物体在第二方向时沿第一轴或第二轴中的至少一个的重心位置，以及当物体在第二方向上时利用沿第一轴与第二轴中的至少一个的重心位置的变化确定沿第三轴的重心位置。在另一个实例中，基于计算机的系统包括其中当测试平台140基本平行于地面取向时以第一方向在测试平台140上定位物体。在另一示例中，基于计算机的系统包括其中当测试平台140相对于地面以一角度取向时，以第一方向在测试平台140上定位物体。
在另一变体中，基于计算机的系统还包括被处理设备180执行时执行以下操作的逻辑指令：配置处理设备180以从耦合到测试平台140的至少三个负载单元160接收输入；当物体在第一方向上时，利用来自三个负载单元160的输入确定沿X轴和Y轴的物体重心位置。在一个变体中，基于计算机的系统包括其中物体相对Z轴旋转在2度与15度之间测量的预定角度。在一个变体中，基于计算机的系统还包括被处理设备180执行时执行以下操作的逻辑指令：配置处理设备180以计算从C轴、基本平行于X轴测量的Z轴重心，X轴与第一轴基本平行。在另一变体中，基于计算机的系统还包括被处理设备180执行时执行以下操作的逻辑指令：配置处理设备180实现校准处理，从而确定三维空间中的测试平台140在第一方向和第二方向的重心，并调整物体的重心位置以补偿测试平台140的重心。
因此，本文所述的确定物体重心的系统确定物体以第一方向定位在平台上时在X-Y平面中的重心。
本说明书中提到的“一个实施例”或“一些实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在至少一种实现中。在说明书中多处出现的词组“在一个实施例中”可以指代或可以不全部指代相同实施例。
虽然使用针对特定结构特征与/或方法行为的语言描述了各实施例，但是应当理解要求保护的主题可以不限于描述的特定特征或行为。相反，这些特定特征与行为是作为实施要求保护的主题的示例形式而公开的。