质心测量仪器及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量技术领域，尤其涉及物体质心位置的测量仪器及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 质心是物体的质量中心，在重力场均匀时也为所受重力的中心，它是众多工程领 域中需要精确测定的重要参数，有非常重要的实用意义，在质心偏离设定的几何中心点时 称为偏心。例如，无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV)上的航拍相机的质心对于定位 相机的云台的设计有着非常重要的意义，质心偏差对于云台的稳定性有非常大的影响，因 此迫切需要一种高精度通用的测定物体质心位置的仪器和方法。
[0003] 现有一些市场上能够找到的质心测量仪器通常具有特定的应用场合，在遇到具体 的测量要求时，常常会存在测量的量程过大，或者测量精度不够等问题。并且市场上的测量 仪系统结构比较复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种质心测量仪器及其测量方法，可简 单方便的实现物体质心的测量，测量结果精度较高，并且可以进行多种物品的测量，具有通 用性。
[0005] -方面，本发明提供了一种质心测量仪器，包括：
[0006] 平衡杆，所述平衡杆的中心下方设有支撑刀口块，且与所述支撑刀口块相同距离 的两侧分别设有测量刀口块，所述平衡杆的中心上方支撑待测物体；
[0007] 刀口座，所述刀口座支撑所述支撑刀口块；以及
[0008] 两个电子称分别支撑所述测量刀口块，在待测物体的质心偏心时，所述两个电子 称有示数的差值，所述质心测量仪器在所述平衡杆达到预定的水平状态时，所述两个电子 称示数的差值力乘以所述测量刀口块与支撑刀口块的距离获得待测物体的质心偏心产生 的力矩，再根据力矩原理将力矩除以待测物体的重力获得待测物体的质心偏心距离。
[0009] 所述两个电子称选用精度为0. 00lg的电子称。
[0010] 所述质心测量仪器还包括两个升降装置用于支撑所述两个电子称，并调节所述两 个电子称的高度使所述平衡杆达到预定的水平状态。
[0011] 所述质心测量仪器还包括仪器底座，用于水平支撑所述刀口座和两个升降装置。
[0012] 所述质心测量仪器还包括用于定位待测物体的定位夹具部件，所述定位夹具部件 包括水平定位夹具和竖直定位夹具，所述水平定位夹具连接至所述平衡杆。
[0013] 所述水平定位夹具和所述竖直定位夹具可拆卸交换连接至所述平衡杆。
[0014] 所述平衡杆的中心上方开设有滑槽，所述水平定位夹具和所述竖直定位夹具分别 设有定位柱，所述水平定位夹具或所述竖直定位夹具通过所述定位柱与所述滑槽的配合连 接至所述平衡杆。
[0015] 所述刀口座朝向所述支撑刀口块的表面开设有线槽，所述支撑刀口块具有刀尖， 所述刀尖插入所述线槽中。
[0016] 另一方面，本发明实施例还提供了使用上述测量仪器的质心测量方法，包括如下 步骤：
[0017] 调节平衡杆达到预定的水平状态，通过调节两个电子称中示数较大的电子称的 高度，使两个电子称均有正示数，且两侧的示数近似为零时认为平衡杆达到预定的水平状 态；
[0018] 将待测物体定位放置在所述平衡杆的中心上方，重复调节平衡杆水平的步骤，获 得两个电子称的示数的差值；以及
[0019] 根据力矩原理公式计算待测物体的质心偏心距离，通过将所述两个电子称示数的 差值力乘以所述测量刀口块与支撑刀口块的距离获得待测物体的质心偏心产生的力矩，再 根据力矩原理将力矩除以待测物体的重力获得待测物体的质心偏心距离。
[0020] 所述两个电子称的示数的差值通过先记录所述两个电子称的示数的差值为第一 次差值，然后将待测物体左右侧调换位置重新定位放置到所述平衡杆的中心上方，重复调 节平衡杆水平的步骤，此时记录两个电子称的示数的差值为第二次差值，通过取第一次差 值和第二次差值的平均值以获得两个电子称的示数的差值。
[0021] 所述质心测量方法还包括提供定位夹具部件以将待测物体定位放置在所述平衡 杆的中心上方，计算待测物体的质心偏心距离时利用定位夹具和待测物体产生的总力矩扣 除定位夹具部件产生的力矩。
[0022] 所述力矩原理公式选用WT= GXL = F iXQ，其中L为待测物体的质心偏心距离， 匕为所述两个电子称示数的差值力，L i为所述测量刀口块与支撑刀口块的设定距离，G为待 测物体的重力，并且计算待测物体的质心偏心距离时力矩的扣除转化为定位夹具和待测物 体产生的所述两个电子称示数的差值力扣除定位夹具部件产生的所述两个电子称示数的 差值力。
[0023] 所述质心测量方法还包括将待测物体和定位夹具转换至三维坐标系中另两个方 向，重复所述测量步骤以分别得到另两个方向维度的待测物体的质心偏心距离。
[0024] 所述质心测量方法还包括利用已知质心位置的精度测试块代替待测物体进行测 量计算，以验证计算结果的精确度。
[0025] 本发明实施例通过平衡刀口和电子称的作用，在平衡杆达到预定的水平状态时， 记录下两侧电子称的示数差值，再利用力矩原理公式计算出质心的偏心距离，测量仪器构 造简单，测量方法简单方便，对不同待测物体具有通用性，刀口和电子称可以使精度较高。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例提供的一种质心测量仪器的立体示意图，其用于测量相机的 质心位置；
[0027] 图2是图1的质心测量仪器的正视图；
[0028] 图3是图1的质心测量仪器的俯视图；
[0029] 图4是本发明实施例提供的一种质心测量方法的流程图；
[0030] 图5是本发明实施例使用的精度测试块的立体示意图。
[0031] 主要元件符号说明
[0032] 质心测量仪器 100
[0033] 相机 200
[0034] 质心测量部件 10
[0035] 定位夹具部件 20
[0036] 平衡杆 11
[0037] 刀口座 12
[0038] 电子称 13
[0039] 升降台 14
[0040] 滑台面 142
[0041] 手动转轴 143
[0042] 仪器底座 15
[0043] 第一水平定位夹具21
[0044] 第二水平定位夹具22
[0045] 第三竖直定位夹具23
[0046] 第四竖直定位夹具24
[0047] 装配体 210
[0048] 定位柱 222
[0049] 螺杆 220
[0050] 线槽 120
[0051] 滑槽 111
[0052] 支撑刀口块 112
[0053] 测量刀口块 113
[0054] 精度测试块 16
[0055] 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】
[0056] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0057] 本实用新型实施例提供的质心测量仪器，能够简单、方便、较高精度测出待测物体 的质心位置，本实施例用于测量高精度要求的航拍相机的质心位置，以对定位相机的云台 的设计提供重要参数。该物体质心的测量仪器包括质心测量部件和定位夹具部件，定位夹 具部件主要针对特定的待测物体设计，起到可靠的定位待测物体的作用。定位夹具部件在 水平和垂直两个方向上有通用的定位夹具，用于和质心测量部件的平衡杆连接，通过定位 夹具的方向的调换，可以测得待测物体三维质心位置。
[0058] 具体的，请参见图1至图3,是本实用新型实施例的一种质心测量仪器100,用于测 量待测物体的质心位置。所述待测物可以为、但并不限于为相机200。该质心测量仪器100 包括质心测量部件10和定位夹具部件20。该质心测量部件10主要包括平衡杆11，刀口座 12,两个电子称13,两个升降台14和仪器底座15。该定位夹具部件20包括第一水平定位 夹具21、第二水平定位夹具22、第一竖直定位夹具23和第二竖直定位夹具24。该第一水平 定位夹具21和第二水平定位夹具22相对设置，该第一竖直定位夹具23和第二竖直定位夹 具24相对设置。该第一水平定位夹具21、第二水平定位夹具22、第一竖直定位夹具23和 第二竖直定位夹具24共同构成一个定位待测物体的装配体210,且其中第一水平定位夹具 21连接至平衡杆11。在测量方向变换时，第一、第二水平定位夹具21、22和第一、第二竖直 定位夹具23、24可交换位置，即至少第一水平定位夹具21和第一竖直定位夹具23设有定 位柱222,用于连接定位至平衡杆11。在装配和拆卸待测的该相机200时，可以通过拧出第 二水平定位夹具22上的螺杆220,再将相机200装配入该装配体210,或自该装配体210取 出。
[0059] 该平衡杆11的中间上表面设有放置所述第一水平定位夹具21的滑槽111，所述滑 槽111用于与定位柱222配合，以将装配体210连接定位至平衡杆11。该平衡杆11的下表 面设有支撑刀口块112,该平衡杆11的下表面的两侧设有测量刀口块113。该刀口座12设 置于该支撑刀口块112的下方，该刀口座12朝向该支撑刀口块112的表面设有供该支撑刀 口块112的刀尖接触的线槽120。该两个电子称13分别位于该两个测量刀口块113的刀尖 下方。该两个升降台14分别位于该两个电子称13的下方。该仪器底座15置于水平面上， 其上表面为平面，用于水平支撑上述装置。
[0060] 该两个电子称13和升降台14均为高精度仪器，以使测量结果有较高精度。本实施 例中，该两个电子称13选用精度为0. 001g的电子称。该两个升降台14选用精度为0. 003mm 的Z轴手动滑台，且每个Z轴手动滑台包括水平支撑电子称13的滑台面142,和用于升降滑 台面142的手动转轴143。
[0061] 待测的相机200定位于该装配体210内，且置于平衡杆11的中间。当相机200的 质心偏心时，相对应的测量刀口块113下的电子称13受到作用力，此时通过旋转所述手动 转轴14