基于螺旋升降机的回转体轴向质心柔性测量装置的制作方法

本发明属于测控技术领域，具体涉及回转体轴向质心柔性测量装置，可用于装配生产线中。

背景技术：

在一些现代化的装配生产线中，通常需要测量一些回转体的质心沿轴线方向的位置，且该测量结果对回转体的动态特性及运输方式具有十分重要的意义。而在一些需要大批量生产且对运输安全有要求的领域如导弹、火箭等设备的装配过程中，需要尽量减轻装配过程的繁琐程度，尽量减少对零部件的吊装，并提高装配生产线的柔性，使其可以适用于多种型号零部件的装配。

综合考虑工人需求、装配效率、成本等因素的影响，设计回转体质心的测量装置应满足以下几点要求：一、为了减少设备在测量过程中精度的损失，该设备应具有较高的刚度和稳定性；二、为了提高该测量设备的自动化程度，其质心测量过程应自动化完成；三、为了满足设备的通用性，该设备可以针对不同规格的回转体做相应的调整；四、应尽量控制装备的成本，降低装置的复杂程度。

目前，国内有多家机构均提出了涉及质心测量的设备，其在一定程度上满足了质心测量功能的要求。如传统的回转体质心测量设备多采用多点支撑旋转法，利用夹具将待测部件固定于测量平台上，该测量平台由若干压力传感器托起。工作时，测量平台在升降机构的作用下将待测部件托起，测得各传感器的读数并通过力矩平衡原理解得质心所在垂线于工件坐标系中的位置。将待测件旋转一定的角度之后，依照上述方式测得另一条质心所在垂线于工件坐标系的位置，上述测得两垂线的交点即为待测回转体质心的位置。其所测得的质心位置是待测回转体质心的空间位置，但是对于大多数回转体如导弹的装配中，往往仅需要测得其质心沿轴线方向的位置，因此，传统的测量过程相对繁琐，且机构复杂、庞大，自动化程度低，不具有通用性。

为降低称重机构的复杂程度，提高测量机构的紧凑性与可靠性，国内有多家机构提出了多种解决方案。如授权公告号为CN 203606075的中国专利申请，公开了一种大尺寸大吨位圆筒形或圆柱形工件轴向质心测量仪。该实用新型包括地面平台、弧形刀口、平板电子秤。两台平板电子秤平行布置在地面平台上，且两台平板电子秤上各设置有一件水平支承工装，所述两个弧形刀口安装在待测工件的圆周面上，每个弧形刀口与一件水平支承工装相对应，所述弧形刀口与水平支承工装配合，弧形刀口与水平支承工装相对应。通过上述装置可以测出待测圆柱工件轴向质心的位置。但是，上述设备需要根据待测航天器的尺寸规格布置电子秤的位置，不具有自动调整的功能，自动化程度低，使用不便。并且对支承工装的布置需要人工搬运调整，该过程具有一定的随意性，因此精度较低。

为了解决测量过程中自动化程度低以及精度较低的问题，国内有多家机构提出了多种解决方案。如公开号为CN 104075845A的中国专利申请，公开了一种非规则外形导弹质心测量装置，该测量装置采用倾斜平台式测量方法，调整称重平台下方的电动推杆，使平台位于水平和倾斜两种状态，通过称重传感器测量这两种状态下各支点的压力，通过受力平衡原理和力矩平衡原理可求出被测弹体的质量和质心位置。该方案利用电动推杆自动调整称重支架的间距，从一定程度上解决了测量过程自动化程度低的问题，且可以测得待测导弹质心的空间位置，但是该设备结构相对复杂，需要单独设置于生产线之外，导弹需要被吊装到测量平台上，且使用多台伺服电机实现装置的自动调整，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于螺旋升降机的回转体轴向质心柔性测量装置，以解决上述回转体轴向质心测量装置结构复杂、精度低、成本高、适用性差的问题。

本发明的技术思路是：通过采用一个称重托架托起两个可以在其上沿前后滑动的称重立柱实现对不同长度待测回转体的称重功能，解决称重装置适用性差的问题；通过采用三组螺旋升降机对称重托架实现顶撑，避免由于较长回转体的重量使称重托架结构产生较大的弯曲变形的问题，解决称重装置精度低的问题；通过一组刚性轴连接三组螺旋升降机，并使用一部电机实现对称重托架的提升，解决称重装置成本高和结构复杂的问题。

根据上述思路，本发明基于螺旋升降机的回转体轴向质心柔性测量装置，包括测量装置底板1、测量装置支架2、升降机3、升降电机4、T型换向器5、传动轴6，其特征在于：

所述测量装置支架2，设为三个，即2a，2b，2c，且分别以相同的间隔依次固定在测量装置底板1上表面中轴线上；

所述升降机3，采用三个螺旋升降机，即3a，3b，3c，且对应设置在所述三个测量装置支架内部底面的中间位置，并保持三个螺旋升降机的蜗杆轴处在同一条直线上；

所述T型换向器5，位于第一螺旋升降机3a与第二螺旋升降机3b之间，其输入端与升降电机4连接，两个输出端分别通过传动轴6分别与第一螺旋升降机3a和第二螺旋升降机3b的蜗杆轴连接；第三螺旋升降机3c通过传动轴6与第二螺旋升降机3b相连；

所述的三个螺旋升降机3上架设有称重托架7，该称重托架7的上表面设置有两组称重立柱8。

作为优选，所述螺旋升降机3竖直方向的中轴线上设有丝杠9，即第一螺旋升降机3a上设有第一丝杠9a，第二螺旋升降机3b上设有第二丝杠9b，第三螺旋升降机3c上设有第三丝杠9c。

作为优选，所述称重托架7包括：托架框架71、两组直线导轨73和直线模组74；该托架框架71沿中轴线方向设置有三个升降螺母72，托架框架71通过三个升降螺母72分别与三根丝杠9a，9b，9c相连；该两组共4根直线导轨73沿长度方向左右对称地设置在托架框架71的顶面两端；该两套直线模组74前后对称地设置在托架框架71中间，每一套直线模组74的输入端均安装有一部立柱移动电机75，每套直线模组74的上方安装有模组滑块76。

作为优选，所述称重立柱8包括立柱体81和称重刃口84；该立柱体81的底面两侧左右对称地设置有若干组导轨滑块82，两个立柱体81通过导轨滑块82分别架设在两组直线导轨73上；两个立柱体81的底面分别与其同侧对应的模组滑块76连接；每个立柱体81的上端安装有称重传感器83，该称重传感器83上安装有称重刃口84。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一、本发明由于在满足使用需求的前提下，仅使用一台伺服电机完成对待测回转体的举升动作，使得整套装置结构紧凑且制造成本较低，而且使装置的整体结构也得以简化；同时由于本发明采用可升降的称重托架，可被集成于装配生产线或转运载具的内部，从而让使用者可以在装配过程中或者运输过程中对待测回转体的质心进行测量，而不需要专门的质心测量环节，简化了测量的流程。

第二、本发明采用直线模组自动调节两称重立柱之间的间距，与现有的采用夹具夹持舱段的专用质心测量设备相比，可以自动调整称重立柱之间的距离，以适用于不同长度回转体的测量，使一套生产线具有生产、测量多种规格回转体的能力，同时自动化程度更高。

第三、本发明采用三组及以上螺旋升降机作为支撑，且螺旋升降机之间通过传动系统进行连接，称重装置上升的同步性好且称重平台的弯曲变形量较小，有利于提高质心测量的精度，同时由于使用多个螺母移动的螺旋升降机举升称重托架，可以降低升降台的初始高度并在限制装置总高度的前提下提高称重托架的行程，使得结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明中的称重托架结构图；

图3为本发明中的称重立柱结构图；

图4为本发明中称重托架升起和收拢的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细描述：

参照图1，本发明包括测量装置底板1、测量装置支架2、螺旋升降机3、升降电机4、T型换向器5、传动轴6、称重托架7、称重立柱8和丝杠9。测量装置支架2设为三个，其中第一测量装置支架2a被固定在装置底板1上表面前端的中轴线上，第二测量装置支架2b被固定在装置底板1上表面中间位置的中轴线上，第三测量装置支架2c被固定在装置底板1上表面尾端的中轴线上，且第二测量装置支架2b分别与第一测量装置支架2a和第三测量装置支架2c之间的距离相等。螺旋升降机3设为三个，其中第一螺旋升降机3a安装在第一测量装置支架2a内部底面的中间位置，第二螺旋升降机3b安装在第二测量装置支架2b内部底面的中间位置，第三螺旋升降机3c安装在第三测量装置支架2c内部底面的中间位置，且第一螺旋升降机3a、第二螺旋升降机3b、第三螺旋升降机3c的这三者的蜗杆轴处在同一条直线上。丝杠9设置在对应螺旋升降机的中轴线上，即第一螺旋升降机3a上设有第一丝杠9a，第二螺旋升降机3b上设有第二丝杠9b，第三螺旋升降机3c上设有第三丝杠9c，每个丝杠的顶端为光杆，插入在所处测量装置支架2顶部的圆孔中，并可在其中绕轴线转动。

所述T型换向器5，位于第一螺旋升降机3a与第二螺旋升降机3b之间，其输入端与升降电机4连接，两个输出端分别通过传动轴6分别与第一螺旋升降机3a和第二螺旋升降机3b的蜗杆轴连接；第三螺旋升降机3c通过传动轴6与第二螺旋升降机3b相连。将升降电机4通过T型换向器5安装于两螺旋升降机之间，减小了螺旋升降机3和升降电机4之间的传动距离，减少了由于传动轴6发生弹性扭转时所带来的精度损失，提高了三台螺旋升降机3a，3b，3c运动的同步性。升降电机4通过传动轴6驱动三个螺旋升降机同步旋转，从而驱动称重托架7在竖直方向上或向下运动。

参照图2，所述称重托架7包括托架框架71，升降螺母72，直线导轨73，直线模组74.立柱移动电机75和模组滑块76；托架框架71由两根平行的方管焊接而成，两方管之间留有间隙，该托架框架71底面沿中轴线方向设有三个升降螺母72，这三个升降螺母分别与三个丝杠9a，9b，9c连接，且托架框架71通过升降螺母72架设在三个丝杠9a，9b，9c之上，由于托架框架71尺寸较长，采取两个以上的丝杠作为支撑可有效避免托架框架71在待测回转体重力的作用下发生弯曲的问题。托架框架71上表面前后两端沿长度方向左右对称地设置有两套共4根直线导轨73，用以安装前后两个称重立柱8。托架框架71中部的空隙中前后对称地安装有两套直线模组74，该直线模组74的模组滑块76可沿直线导轨73的长度方向移动。每一套直线模组74的输入端均安装有一部立柱移动电机75，该立柱移动电机75可通过与其相对应的直线模组74驱动称重立柱8沿托架71的长度方向运动，从而实现对不同长度待测回转体的测量。

参照图3，所述称重立柱8包括立柱体81、导轨滑块82、称重传感器83和称重刃口84。其中，立柱体81底面平行地设置有若干组导轨滑块82，两个立柱体81通过导轨滑块82分别架设在前后两组直线导轨73上，并与其下方的模组滑块76连接。通过上述直线导轨73，导轨滑块82，称重立柱8可以在称重托架7上沿托架长度方向运动。每个立柱体与导轨滑块82连接的同时与其下方对应位置的模组滑块76连接，通过此种结构立柱移动电机75可以驱动称重立柱8沿直线导轨73运动。每个立柱体81上端设有称重传感器83，称重传感器83上安装有称重刃口84。该称重刃口84顶面为弧面，其半径等于待测回转体半径，用以对待测回转体进行定位。该称重刃口84通过活动连接安装于称重传感器83上端并保持与称重传感器83的均匀接触，工作人员可根据不同待测回转体的直径更换不同规格的称重刃口84，以提高设备的通用性。通过称重刃口84，待测回转体的载荷可作用于称重传感器83之上，并被称重传感器83测得。

进行称重测量时，工业控制计算机首先根据存储于其内部数据库的待测回转体的尺寸规格调整两称重立柱8之间的间距，使得待测回转体质心位于两称重立柱8之间，同时，通过固连于立柱移动电机75上的编码器测算并分别记录两称重立柱的位置；工作人员根据待测回转体的直径更换不同规格的称重刃口84，使得称重刃口84上表面可以和待测回转体外圆周面完全贴合；然后，通过生产线上的导轨支架系统将待测回转体移动到测量装置上方，升降电机4通过T型换向器4和传动轴6同时驱动三个螺旋升降机3a，3b，3c转动，位于丝杠9a，9b，9c上的三个升降螺母72同步上升，从而使得称重托架7水平上升，位于称重托架7上的两个称重立柱8将待测回转体举起，如图4(a)所示；然后，位于称重刃口下方的称重传感器83将其测得的压力信号通过变送器送入工业控制计算机内，并转换为待测回转体分别作用于前方称重立柱和后方称重立柱上的重力分量F1和F2；计算机通过力矩平衡的原理计算出待测回转体质心在工作台坐标系下的位置，计算公式如下：

其中，F1和F2分别为待测回转体作用于前方称重立柱和后方称重立柱上的重力分量，L为两称重立柱之间的距离，x为质心到前部称重支柱的距离。

工作人员使用刻度尺根据计算得出的质心到前部称重支柱的距离x对待测回转体的轴向质心位置进行标识。而在非工作状态时，称重托架7降低，使得称重刃口收回至装配台面之下，此时整套装置不会影响生产线上生产活动的进行，如图4(b)所示。

由于大多数用于回转体设备装配的生产线尺寸均较为狭长，因此，集成于该种类型生产线的质心测量装置也应当具有与其相匹配的尺寸，而本发明的实施方式可以将其布置于上述狭长型装配生产线的内部，以达到和生产线集成的目的。

以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不对构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和实施原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求和保护范围之内。