20螺纹接口，该螺纹接口与 连杆5的下螺杆上端相连；
[0061] 所述至少两个力传感器6通过自带的信号线与数据采集器2相连，向数据采集器 2传递实时测力值数据；数据采集器2通过信号线与信号调理器3连接，所述信号调理器3 将从数据采集器2传输来的实时测力值数据进行调理；所述信号调理器3通过信号线与上 位机1连接，所述信号调理器3将经过实时测力值数据调理后的试验数据传递给上位机1， 试验人员即可通过上位机1对试验数据进行分析计算，从而得到真实的质心位置。
[0062] 所述立柱7的高度大于等于结构件最大尺寸与连杆5高度的总和。
[0063] 如图2所示，本发明的质心测量系统获取结构件8翻转180°前的参数，包括2个 传感器测得的测量值F a、Fb，真实的力值Ga、Gb，误差参数Ka、K b，质心距离结构件大端的距离 X，结构件重量G ;
[0064] 如图3所示，本发明的质心测量系统获取结构件8翻转180°后的参数，包括2个 传感器测得的测量值F a'、Fb'，真实的力值Ga'、Gb'，误差参数V、K b'，质心距离结构 件大端的距离X，结构件重量G ;
[0065] 如图4所示，质心测量操作步骤主要包括调节、测量、翻转、二次测量、计算、输出 等主要步骤。
[0066] 如图5所示，本发明所提供的一种高精度的大型结构件质心测量方法，
[0067] 步骤一、保持结构件8的z轴沿水平方向放置；
[0068] 步骤二、将测量系统调平并静止稳定后，数据采集器2从2个测量通道a和b处的 力传感器6处，采集此时的测力值Fa和Fb ;取2个力传感器测量系统的系统误差分别为Ka 和Kb;
[0069] 步骤三、根据力矩平衡原理对整个系统取矩，建立力矩平衡公式；
[0070] 步骤四、将Fa和Fb，Ka和K b分别代入力矩平衡公式，可得质心位置公式；
[0071] 步骤五、将结构件水平翻转180°，数据采集器2从2个力传感器6处采集此时的 测力值Fa'和Fb'，取2个力传感器测量系统的系统误差分别为V、Kb';进而建立第二 组力矩平衡公式；
[0072] 步骤六、将两组力矩平衡公式分别化简，得到真实的质心位置；
[0073] 步骤七、保持试件的X方向沿水平放置，重复步骤二至六，获得X方向上的质心位 置；
[0074] 步骤八、保持试件的y方向沿水平放置，重复步骤二至六，获得y方向上的质心位 置。
[0075] 所述步骤二中，包括以下步骤：
[0076] (1)分别将两个力传感器6的测量误差设定为Ka和Kb ;
[0077] (2)分别将两个力传感器6需要测量的真实值设定为Ga、Gb ;
[0078] (3)分别将两个力传感器6的测量值分别设定为Fa、Fb ;
[0079] 贝U, Fa = Ga · Ka，Fb = Gb · Kb ;
[0080] 所述步骤三中，根据力矩平衡公式，对结构件大端取矩：
[0081] Gx = Gb · L ; (1)
[0082] G = Ga+Gb ;x为质心与结构件8大端面的距离；L为结构件8大端至小端的距离；
[0083] 进而可得真实的质心位置为
[0084] - (2)
[0085] 所述步骤五中，包括以下步骤：
[0086] (1)将结构件8翻转180° ;
[0087] (2)分别将两个力传感器6的测量误差设定为Ka'、Kb';
[0088] (3)分别将两个力传感器6需要测量的真实值设定为Ga'、Gb';
[0089] (4)分别将两个力传感器6的测量值分别设定为Fa'、Fb';
[0090] 贝lJ，Fa' =Ga' .Ka，，Fb' =Gb' .Kb' ；
[0091] 由于结构件水平翻转前后，所述测量通道a和b没有发生变化，则Ka' =Ka，Kb'= Kb5G^ =GbjG^ =Ga；
[0092] 所述步骤六中，将测量通道a的两次测量结果进行化简，可得
[0093] …- (3.)
[0094] 将式（3)带入式（2)，可得质心位置为
[0095] (4)
[0096] 由于？3和Fb和Fa'和Fb'均为测量值，G a、Gb为真实值，所以式（4)所表达的质心 位置尺寸就是去除系统误差后的真实质心距离值。
[0097] 上面结合附图和具体实施过程对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可 以采用现有技术。
【主权项】
1. 一种高精度的大型结构件质心测量系统，其特征在于：包括上位机、数据采集器、信 号调理器、横梁、连杆、力传感器、立柱、结构件、底座； 所述底座设置于地面上；若干根所述立柱垂直安装于底座上；所述横梁两端分别与若 干根立柱的顶端固定连接；若干个所述连杆上端连接在横梁下端面；连杆下端与结构件连 接；每个连杆分为上下两段，该上下两段分别连接在力传感器的上下端面；所述力传感器 通过信号线与数据采集器相连；数据采集器通过信号线与信号调理器连接；所述信号调理 器通过信号线与上位机连接。2. 按照权利要求1所述的高精度的大型结构件质心测量系统，其特征在于：所述底座 包括四根铸铁块，该四根铸铁块收尾依次垂直相连，形成沿垂直于地面方向自上而下看的 " 口"字形结构，所述四根铸铁彼此之间通过的勾头螺钉固定连接。3. 按照权利要求1所述的高精度的大型结构件质心测量系统，其特征在于：每个连杆 包括一组由上螺杆和下螺杆组成的全螺纹螺杆，每个连杆的上螺杆和下螺杆之间只有一个 平行的转动自由度；所述每个连杆的上螺杆上端与横梁下端面之间通过螺纹和螺母限位的 装置连接；所述每个连杆的下螺杆上端与结构件连接。4. 按照权利要求3所述的，其特征在于：力传感器的上端面设有螺纹接口，该螺纹接口 与连杆的上螺杆下端相连；力传感器下端面也设有螺纹接口，该螺纹接口与连杆的下螺杆 上端相连。5. 按照权利要求1所述的，其特征在于：所述立柱的高度大于等于结构件最大尺寸与 连杆高度的总和。6. 按照权利要求1至5中任意一项所述的高精度的大型结构件质心测量系统的测量方 法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一、保持结构件的z轴沿水平方向放置； 步骤二、将测量系统调平并静止稳定后，数据采集器从2个测量通道a和b处的力传感 器处，采集此时的测力值Fa和Fb ;设2个力传感器测量系统的系统误差分别为Ka和Kb ; 步骤三、根据力矩平衡原理对整个系统取矩，建立力矩平衡公式； 步骤四、将Fa和Fb，Ka和Kb分别代入力矩平衡公式，可得质心位置公式； 步骤五、将结构件翻转180°，数据采集器2从2个力传感器6处采集此时的测力值Fa' 和Fb'，取2个力传感器测量系统的系统误差分别为Ka'、Kb' ；进而建立第二组力矩平衡公 式； 步骤六、将两组力矩平衡公式分别化简，得到真实的质心位置； 步骤七、保持试件的x方向沿水平放置，重复步骤二至六，获得x方向上的质心位置； 步骤八、保持试件的y方向沿水平放置，重复步骤二至六，获得y方向上的质心位置。7. 按照权利要求6所述的大型结构件质心测量系统的测量方法，其特征在于：所述步 骤二中，包括以下步骤： (1) 分别将两个力传感器6的测量误差设定为Ka和Kb; (2) 分别将两个力传感器6需要测量的真实值设定为Ga、Gb ; (3) 分别将两个力传感器6的测量值分别设定为Fa、Fb ; 贝1J，Fa =Ga ?Ka，Fb =Gb ?Kb。8. 按照权利要求7所述的大型结构件质心测量系统的测量方法，其特征在于：所述步 骤三和四中，根据力矩平衡公式，对结构件大端取矩： Gx=Gb ?L; (1) G=Ga+Gb ;x为质心与结构件大端面的距离；L为结构件大端至小端的距离； 进而可得真实的质心位置为(2)。9. 按照权利要求8所述的大型结构件质心测量系统的测量方法，其特征在于：所述步 骤五中，包括以下步骤： (1) 将结构件翻转180° ; (2) 分别将两个测量通道的测量误差设定为Ka'、Kb' ； (3) 分别将两个测量通道的真实值设定为^'、心'； (4) 分别将两个测量通道的测量值分别设定为Fa'、Fb' ； 贝1J，Fa' =Ga' ?Ka'，Fb' =Gb' ?Kb' ； 由于结构件水平翻转前后，所述测量通道a和b没有发生变化，则Ka' =Ka，Kb' =Kb; Ga' =Gb，Gb' =Ga。10. 按照权利要求9所述的大型结构件质心测量系统的测量方法，其特征在于：所述步 骤六中，将测量通道a的两次测量结果进行化简，可得(3) 将式（3)带入式（2)，可得质心位置为(4) 。
【专利摘要】本发明涉及一种高精度的大型结构件质心测量系统，包括上位机、数据采集器、信号调理器、横梁、连杆、力传感器、立柱、结构件、底座；底座设置于地面上；立柱垂直安装于底座上；横梁与立柱的固定；连杆上端与横梁连接，下端与结构件连接；每个连杆分为上下两段，该上下两段分别连接在力传感器的上下端面；力传感器、数据采集器、信号调理器依次通过信号线相连；还涉及一种测量方法，包括：1保持结构件的某一轴线沿水平方向放置；2采集此时的测力值Fa和Fb；3建立力矩平衡公式；4得到质心位置公式；5将结构件翻转180°，采集此时的测力值Fa′和Fb′，建立第二组力矩平衡公式；6得到真实的质心位置。本发明可以精确测量大型结构件的质心位置。
【IPC分类】G01M1/12
【公开号】CN105092153
【申请号】CN201410201481
【发明人】丁洋, 张琪, 严鲁涛, 王晓晖, 杨志鹏, 李红
【申请人】天津航天瑞莱科技有限公司, 北京强度环境研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月13日