用于确定物体的惯性特征的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明的主题是根据独立权利要求的装置以及根据另外的独立权利要求的方法。
【背景技术】
[0002]用于确定具有空间质量分布(相对于点质量)的物体的惯性特征的惯性测量例如用于模拟或预测物体的动态特性，该物体如汽车。通过确定惯性特征，即，质量、重心以及惯性张量的多个矩(惯性矩和/或偏差矩)，而提供例如关于汽车的动态处理的信息。用于确定惯性特征的多个工业应用已知在现有技术中。
[0003]例如在已知技术中已知的一种装置为雷松尼克有限公司(Resonic GmbH)的装置“Resonic 100”或“Resonic 350”。该装置包括承载件以及测量平台和多个弹簧元件，所述多个弹簧元件布置在测量平台和承载件之间。待测量的物体被放置在测量平台上并且测量平台通过随机敲打而偏转[出]，从而测量平台随后自由地振荡。放置在测量平台上的物体的惯性特征可以随后通过测量自由振荡的频谱来确定。测量平台以下被理解为用于待测量物体的刚性接收件。
[0004]用于确定惯性特征的另一装置从US 2012/0324991已知。该装置包括承载件、测量平台和球形接头，该球形接头布置在测量平台和承载件之间。测量平台之后(通过致动件)主动地移动并且由此作用的力经由力传感器确定。待测量的物体的惯性特征之后可以从力测量和平台的移动测量来确定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于确定惯性特征的装置，该装置提供针对从现有技术已经已知的装置的替选和/或改进。该目的通过独立权利要求的装置并且通过另外的独立权利要求的方法来实现。
[0006]本发明的第一方面包括一种装置，所述装置具有承载件、具有用于布置物体的测量平台、以及多个布置在所述测量平台和所述承载件之间的复位元件。所述测量平台可以相对于所述承载件在达到五个自由度(但是非在六个自由度)上运动，并且轴承布置和/或接头布置以这样的方式布置在所述承载件和所述测量平台之间，从而这允许所述测量平台相对于所述承载件在至少两个自由度上运动，优选地在至少三个自由度上运动。
[0007]所述轴承布置和/或接头布置允许测量平台相对于承载件在两个到五个自由度之间运动。复位元件以这样的方式布置在承载件和测量平台之间，从而测量平台可以围绕平衡位置自由振荡。由此，复位元件因此被理解为被动复位元件，并且非将主动运动传输到测量平台上的致动器。根据本应用的装置例如一旦已经偏转就自由振荡。对自由振荡的频率范围的测量提供了关于惯性特征的信息。永久的、被迫的振荡是不必要的。当测量物体时，通过η个自由度，η个振荡的自然频率和振幅优选地在至少η个测量点处探测到。
[0008]轴承布置和/或接头布置(以下称为轴承布置)适于容纳物体的静载荷，物体布置在测量平台上并且待测量。测量平台的位置和方向独立于待测量的物体，这是因为物体的布置恰好在轴承布置的上方。允许自由振荡的复位元件的刚度效果和惯性效果因此大体上对于每一待测量的物体是相同的。而且，物体的静载荷，也就是说重量，承载在轴承布置和/或接头布置上，并非在复位元件上，该情况例如是迄今现存的雷松尼克有限公司的装置。由于待测量的物体的载荷今后由轴承布置和/或接头布置承载，所以复位元件可以被选择成无限软或无限硬，从而例如可以测量高弹性测试物体(例如，卫星)，这是因为自由振荡的自然频率可以被设定成几乎无限低。
[0009]装置的校准，也就是说，复位元件的总刚度矩阵与复位元件和测量平台的组合质量矩阵的评价，而且可以例如通过一次性校准测量。测量平台的悬挂件的数学模型不取决于待测量的物体，因为校准可以独立于测试物体执行，并且假设物体的载荷位于轴承布置的上方，则测量平台的取向或位置独立于待测量的物体。这与早期的装置相反，通过该早期的装置，校准不可能独立于待测量的物体而执行，而是必须从单个的弹簧的特征而计算出。由此，建模仅针对某种弹簧是可行的或实际的。因此，例如不再需要将拉簧专门应用于本装置，但是可以同样地借助于其它被动的复位元件。
[0010]与将拉簧应用为被动复位元件的现有技术相反，通过本申请的装置，不再需要专门应用这些，但是其它复位元件也是可以的。通过根据现有技术的拉簧的应用限制了围绕测量平台的空间，这是因为拉簧悬挂测量平台并且因此测量平台的重心位于拉簧的上悬挂点的下方。然而，通过这样的方式，待测量的物体的尺寸大体上限制为比测量平台的尺寸小的尺寸。该物体可以形成为大于测量平台，并且测量平台的重心(特别是待测量的物体的重心)可以位于复位元件的悬挂点的上方，这是因为以下事实:本发明还允许其它类型的复位元件。相较于待测量的物体具有小惯性的测量平台由此可以被应用，并且因此可以更为精确地测量物体的惯性特征。
[0011]关于复位元件，其在该情况下例如可以为压缩弹簧、拉簧、弹簧片、螺旋弹簧、锥形弹簧、扭转弹簧、蜗旋弹簧、盘式弹簧或可以从现有技术中得知的类似弹簧。然而，其它被动的复位弹簧也是可以的，如，例如活塞在其中被引导的充气气缸，其中活塞/柱塞的载荷压缩保持在气缸中的气团，并且压力振荡发生在气缸中。另外的复位元件可以从现有技术中推断出。
[0012]关于承载件，例如，其可以在该情况下为房间的地板或框架，该框架与房间分开，并且框架可以连接至房间的各部分或由于其质量可以在测量惯性特征的过程中以空间固定的方式布置。
[0013]关于用于布置物体的测量平台，例如其在该情况下可以为框架或安装件，测量平台经由复位元件连接至承载件，在该方面优选地经由轴承布置和/或接头布置独立于复位元件地连接至承载件。即，复位元件将测量平台以直接的方式连接至承载件，从而复位元件不连接至轴承布置和/或接头布置。在一个变型中，承载件本身可以经由另外的轴承布置和/或接头布置或复位元件连接至另一承载件或房间，其中另一承载件优选地布置在承载件的下方。由此，在承载件和测量平台之间的复位元件以这样的方式布置，从而每一单独的复位元件可以在大于一个自由度上产生复位。在另一变型中，在另一承载件和测量平台之间有专门的复位元件。
[0014]测量平台或承载件可以由金属、复合材料(如，玻璃纤维加固塑料、碳、芳纶或凯夫拉尔纤维)或其它足够刚度的材料制成，或者可以由中空元件、实心承载件或以夹层结构方式构成的组件制成。该测量平台作为整体以刚性方式设计，从而这形成了刚性体。
[0015]在这里，“多个”被理解为复位元件的数目，该数目等于两个或大于二。
[0016]本应用的第一方面的另外的实施方式公开在从属权利要求以及实施方式示例中。
[0017]在实施方式中，多个复位元件为弹簧元件。弹簧元件相对简单地制成并且可以用于更宽领域的应用。可以根据待测量的物体的质量来选择弹簧的硬度，从而更硬的弹簧或附加弹簧可以阻止布置在测量平台上的物体翻倒，例如给出具有大的生产质量和重心高度的物体。重心几乎无限地位于测量平台上方的物体可以以这样的方式测量。自由振荡的自然频率可以通过将弹簧匹配到该质量和重心的高度而无限地减小，从而可以测量极其弹性的测试物体。
[0018]在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置以这样的方式设计，从而测量平台在优选的竖直平移运动方向上相对于承载件固定，即，测量平台以这样的方式安装，从而测量平台具有给定其偏转的空间固定点。在z方向上固定的情况下，作为整体的测量平台不能沿着Z轴平移移位。只要测量平台例如相对于承载件在平移运动方向上(在Z方向上，也就是说，在重力方向上)固定，则轴承布置和/或接头布置尤其适于容纳待测量的物体的静载荷。如最初所提到的，系统的校准通过此种结构被简化。
[0019]在另一实施方式中，以这样的方式选择多个复位元件，从而多个为大于或等于其中测量平台自由运动的自由度的数目。以这样的方式，可以确定，复位元件可靠地防止测量平台的翻倒。
[0020]在另一实施方式中，该装置包括多个复位元件，所述多个复位元件容纳竖直力以及水平力。
[0021]在另一实施方式中，多个复位元件包括第一组复