调距桨桨叶重心测量装置和测量方法与流程

本发明涉及调距桨测量领域，特别是一种调距桨桨叶重心测量装置和测量方法。

背景技术：

传统的重心测量方法主要有：悬挂测重法、复摆测重法、配重平衡法和平面测定法等。其中，悬挂测量方法主要用来对厚度均匀的物体进行平面重心测量。复摆测量方法在物理上主要用来测量刚体的转动惯量和重力加速度，适用于小体积刚体重心的粗略测量。配重平衡测量方法是在进行工件重心测定时，通过调整传感器的安装位置和配重质量，使工件达到平衡状态，并根据力矩平衡关系，计算得到粗略的工件重心位置，但是对工件的形状尺寸有一定要求。而目前的平面人工测定法仅能够粗略地计算工件重心的平面位置，方法效率较低，精度较差。

以上重心测量方法，虽然具有原理简单、操作简便的特点，但在对大型复杂曲面工件的进行重心测量时，上述方法在管理操作、执行效率、误差控制以及测量范围等方面都有局限性。

现有技术中，调距桨桨叶重心测量台多为单层结构，常规的测量方法为：用三个普通传感器三点式固定于基座上，桨叶直接接触到传感器，用手动螺旋装置调整桨叶状态测量平衡。该方法存在以下问题：

1.桨叶为不规则形状，调整工作周期长，调平难度大。

2.由于传感器直接接触到桨叶，在测量过程中桨叶容易撞击称重传感器；桨叶为异形，工装的支撑点易产生滑动等因素使测量结果受到影响，重复测量时数据变化比较大。

3.每片桨叶定位安装、调整、称重、拆卸要花费近几个小时，耗时。

申请号为200920289621.0的中国专利，公开了一种船用调距桨桨叶重心测量仪，其结构为双层结构，仪器底座上装有四个液压升降机构和三个称重传感器，测量架放置在四个液压升降机构上，通过四个液压升降机构上的四对球形接触面自动定位，测量基座安装在测量架上，通过定位装置和螺钉将桨叶固定在测量基座上，再用螺钉将测量基座固定在测量架上。

上述专利的这种结构相对传统的单层结构有了较大的改进，也只有在测量状态下才会让称重传感器受力，对其起到了保护作用。但是这种测量仪仍然存在如下不足：

1.四个液压升降机构需同时工作，因而同步性难以保证，在上升和下降的过程中测量架可能会发生倾斜，不能保证称重传感器一开始就能同时受力，可能会对某一称重传感器造成过载，影响称重传感器使用寿命。

2.桨叶通过定位和螺钉安装在测量基座上，安装较麻烦。

3.可测量的桨叶种类单一，适用范围小。

4.桨叶重心测量完需将桨叶和测量基座同时拆下，待桨叶放置好再将测量基座放回并固定在测量架上，来回装拆费力耗时，工作效率低。

5.四个液压缸顶部和测量架之间球面接触，没有导向机构，不能完全保证在升降过程中测量架没有滑动。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种调距桨桨叶重心测量装置，该调距桨桨叶重心测量装置采用双层结构，三个称重传感器能同时接触测量台，同时受力，对称重传感器的使用起到了保护作用；桨叶安装方便，桨叶底盘安放在V型对心装置上，能起到自动对心作用，还能适用多种不同规格的桨叶重心测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种调距桨桨叶重心测量装置，包括机座、升降机构、称重传感器、测量台、V型对心装置、桨叶支撑组件和两轴倾角传感器。

测量台通过升降机构设置在机座的正上方，测量台的高度能够升降。

称重传感器至少有三个，所有称重传感器均设置在位于测量台正下方的机座上。

V型对心装置固定设置在测量台上，用于放置桨叶底盘。

桨叶支撑组件用于支撑桨叶叶片，桨叶支撑组件包括电磁吸盘、电动升降机构和桨叶接触半球头；桨叶接触半球头固定设置在电动升降机构的顶端，电动升降机构的底部滑动连接在测量台上，电磁吸盘固定设置在与测量台相接触的电动升降机构底部。

两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上。

所述V型对心装置的内侧面设置有限位槽。

所述V型对心装置的内侧面固定有两块尼龙块，两块尼龙块之间的间隙形成所述限位槽。

还包括设置在机座和测量台之间的若干个导向组件。

每个导向组件均包括从内至外依次同轴设置的导向轴、直线轴承和直线轴承安装套筒；导向轴的底端固定在机座上，直线轴承内壁面与导向轴滑动连接，直线轴承外壁面或顶端与直线轴承套筒固定连接，直线轴承套筒顶端固定在测量台下表面。

所述升降机构为螺旋升降机构，电动升降机构为电动缸。

本发明还提供一种调距桨桨叶重心测量方法，该调距桨桨叶重心测量方法能使三个称重传感器能同时接触测量台，同时受力，对称重传感器的使用起到了保护作用；桨叶安装方便，桨叶底盘安放在V型对心装置上，能起到自动对心作用，还能适用多种不同规格的桨叶重心测量。另外，两次测量，通过去皮的方式得出桨叶重量，再利用力矩平衡公式计算出桨叶重心的位置，测量方便、计算误差小。

一种调距桨桨叶的重心测量方法，包括如下步骤。

步骤1，测量台坐标系建立：当桨叶水平放置时，在桨叶的正下方取三个呈三角形的重心测量点，每个重心测量点均设置一个称重传感器；其中一个重心测量点布置在桨叶底盘的正下方，另外两个重心测量点布置在桨叶叶片的下方；以三个重心测量点为基础建立XY面，且以位于桨叶底盘正下方的重心测量点为坐标原点O，沿桨叶叶片的延伸方向为X轴正方向，XY面内垂直于X轴向右为Y轴正方向。

步骤2，三个重心测量点位置输入：位于三个重心测量点的三个称重传感器分别为第一称重传感器、第二称重传感器和第三称重传感器，则在步骤1建立的测量台坐标系内，第一称重传感器的坐标值为(X₁，Y₁)，第二称重传感器的坐标值为(X₂，Y₂)，第三称重传感器的坐标值为(X₃，Y₃)。

步骤3，空载称重：测量台上不放置桨叶，测量台高度下降，并与称重传感器紧密接触；此时，称重传感器只测量测量台及位于测量台上的V型对心装置以及桨叶支撑组件的重量，此时三个称重传感器测得的示数分别G₁、G₂、G₃，则桨叶重心测量装置空载总重量为G＝G₁+G₂+G₃。

步骤4，桨叶调平：桨叶调平，包括如下步骤。

步骤41，桨叶初步调平：步骤1空载称重完成后，测量台高度上升；然后将桨叶底盘放置在V型对心装置上，桨叶支撑组件滑移至桨叶叶片下方，通过控制电动升降机构的位置高低，使桨叶叶片处于初步水平状态，完成桨叶初步调平。

步骤42，桨叶二次调平：将经过角度校正的两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上，通过再次控制电动升降机构的位置高低，使两轴倾角传感器检测的角度值读数在设定范围内时，完成桨叶二次调平。

步骤5，桨叶称重：桨叶调平完成后，测量台高度再次下降，并与称重传感器紧密接触；此时，三个称重传感器测得的示数分别为G₁’、G₂’、G₃’，则桨叶重心测量装置和桨叶总重量为G’＝G₁’+G₂’+G₃’。

步骤6，桨叶重心位置计算：根据以下力矩平衡公式得出调距桨桨叶的重心位置(X，Y)：

(G’-G)＝(G₁’-G₁)+(G₂’-G₂)+(G₃’-G₃)

(G’-G)×X＝(G₁’-G₁)×X₁+(G₂’-G₂)×X₂+(G₃’-G₃)×X₃

(G’-G)×Y＝(G₁’-G₁)×Y₁+(G₂’-G₂)×Y₂+(G₃’-G₃)×Y₃

式中：X为桨叶重心在测量台坐标系中X轴上的坐标数值，Y为桨叶重心在测量台坐标系中Y轴上的坐标数值。

所述步骤1中，测量台坐标系建立时，在桨叶的正下方所取的三个重心测量点呈等腰三角形布置，其中，位于桨叶底盘正下方的重心测量点为等腰三角形的顶点。

三个称重传感器、两轴倾角传感器、电动升降机构以及控制测量台高度升降的升降机构均与上位机相连接。

所述步骤42中，桨叶二次调平时，两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上后，两轴倾角传感器将所测得的角度值传送给上位机，上位机经过计算后，得出电动升降机构所需要升降的高度值，并控制电动升降机构按照计算的高度值进行升降；然后两轴倾角传感器再次测量角度值，并控制电动升降机构升降，直至两轴倾角传感器检测的角度值读数在设定范围内为止。

本发明采用上述结构和方法后，采用双层结构，底座上面安装有一个动力源—螺旋升降机构、四个导向组件和三个称重组件，通过一个动力源带动测量台及其以上装置的上下运动，通过四个导向组件不仅能始终保持测量台上下平稳，不会发生倾斜，还有效的承担了桨叶安装时对测量台产生的侧向冲击力；一个螺旋升降机构带动测量台上下运动，能保证三个称重传感器能同时接触测量台，同时受力，对称重传感器的使用起到了保护作用；桨叶安装方便，桨叶底盘安放在V型对心装置上，能起到自动对心作用，叶片再靠两个位置可以移动的桨叶支撑组件和一个两轴倾角传感器将其调平，可以适用多种不同规格的桨叶测量。另外，两次测量，通过去皮的方式得出桨叶重量，再利用力矩平衡公式计算出桨叶重心的位置，测量方便、计算误差小。进一步，两轴倾角传感器可探测桨叶是否调平，调平简单方便、快捷，可以不用人工参与，调平效率高、精度高。

附图说明

图1显示了本发明调距桨桨叶重心测量装置的立体结构示意图。

图2显示了本发明调距桨桨叶重心测量装置的主视图。

图3显示了图2中圆圈Ι区的结构放大视图。

图4显示了本发明中V型对心装置的结构示意图。

图5显示了一种调距桨桨叶重心测量方法的流程图。

其中有：1.机座；2.导向组件；2.1.导向轴；2.2.直线轴承；2.3.直线轴承套筒；3.螺旋升降机构；4.称重组件；4.1.称重传感器安装座；4.2.称重传感器；5.测量台；6.V型对心装置；6.1.V型焊接件；6.2.尼龙块；7.桨叶支撑组件；7.1.电磁吸盘；7.2.电动缸底座；7.3.电动缸；7.4.桨叶接触球头；8.桨叶；9.两轴倾角传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种调距桨桨叶重心测量装置，包括机座1、导向组件2、升降机构、称重组件4、测量台5、V型对心装置6、桨叶支撑组件7、两轴倾角传感器9和上位机。

升降机构、称重组件、两轴倾角传感器、电动升降机构以及升降机构均与上位机相连接。

测量台通过升降机构设置在机座的正上方，测量台的高度能够升降。

升降机构优选为螺旋升降机构3，但也可以为电动千斤顶或电动螺旋升降机等。测量台、升降机构和机座优选同轴设置。

上述升降机构的设置，能带动测量台上下运动，且为一个动力源控制测量台的升降，因而能保证测量时，所有称重传感器4.2同时接触，均匀受力，对称重传感器起到了保护作用。

称重组件4至少有三个，本发明中优选设置为三个。三个称重组件4优选呈三角形布置在位于测量台正下方的机座上。其中一个称重组件4布置在桨叶底盘的正下方，另外两个称重组件4布置在桨叶叶片的下方。

进一步，三个称重组件4优选呈等腰三角形布置，其中，位于桨叶底盘正下方的称重组件4为等腰三角形的顶点。

每个称重组件4均包括称重传感器安装座4.1和称重传感器4.2。

称重传感器安装座4.1为哑铃状，两端部均加工有普通螺纹孔，底端优选通过螺钉固定在机座1上，顶端安装称重传感器4.2。通过称重传感器与测量台接触，可以测得桨叶8的重量。

导向组件2优选有四个，分别设置在机座和测量台之间的四个边角处。

如图3所示，每个导向组件2均优选包括从内至外依次同轴设置的导向轴2.1、直线轴承2.2和直线轴承安装套筒2.3。

导向轴2.1优选为一根法兰轴，法兰端面通过螺钉固定在机座1上，导向轴2.1外部套有直线轴承2.2；直线轴承安装套筒2.3为一端面法兰套筒，内部为阶梯孔状，阶梯端面加工有四个普通螺纹孔，内孔安放直线轴承2.2，并通过螺钉将直线轴承2.2的法兰面固定在直线轴承安装套筒2.3的阶梯端面上；直线轴承安装套筒3.3的法兰端面通过螺钉固定在测量台上。导向组件2不仅起导向作用，能始终保持测量台上下平稳，不会发生倾斜。同时还可以承受桨叶安装时对测量台产生的侧向冲击力，对称重传感器产生了保护作用。

V型对心装置固定设置在测量台上，用于放置桨叶底盘。

如图4所示，V型对心装置6包括V型焊接件6.1和尼龙块6.2。

V型焊接件6.1主要有钢板焊接而成近似V形状，两个V型面上加工有安装基准面和普通螺纹孔，通过螺钉来安装两块尼龙块6.2，两块限位块之间的间隙形成限位槽，用于对桨叶底盘进行限位。

V型焊接件6.1对桨叶底盘不仅起到支撑作用，还大致能起到自动对心功能，另一方面还能适应不同直径的桨叶底盘，从而通用性强。

桨叶支撑组件用于支撑桨叶叶片，本发明中，桨叶支撑组件优选为两个。

每个桨叶支撑组件均优选包括电磁吸盘7.1、电动升降机构和桨叶接触半球头7.4。桨叶接触半球头固定设置在电动升降机构的顶端，电动升降机构的底部滑动连接在测量台上，电磁吸盘固定设置在与测量台相接触的电动升降机构底部。

电动升降机构主要包括电动缸7.3和电动缸底座7.2。电动缸底座7.2优选为一长方体，中心加工有一盲圆孔和几个普通螺纹孔，盲孔内通过螺钉安装电磁吸盘7.1；桨叶接触半球头7.4优选为铜质半球头，端面加工有普通螺纹孔，安装在电动缸7.3上部。两组桨叶支撑组件7与V型对心装置6协同工作，可将桨叶8调整到大致平衡状态。

另外，上述电动升降机构均优选能在测量台上进行滑移，从而能够适应不够类型的桨叶。桨叶支撑组件可以根据不同桨叶来调整支撑位置，在电磁吸盘断电的时候，桨叶支撑组件可以移动，电磁吸盘通电，桨叶支撑组件吸附在测量台上表面，不能移动。

两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上。两轴倾角传感器9为角度测量件，其体积相比桨叶8很小，将其安放在桨叶8表面，两轴倾角传感器9所安放的桨叶表面可近似为平面，通过两轴倾角传感器9可探测桨叶是否调平。

如图5所示，一种调距桨桨叶的重心测量方法，包括如下步骤。

步骤1，测量台坐标系建立：当桨叶水平放置时，在桨叶的正下方取三个呈三角形的重心测量点，每个重心测量点均设置一个称重传感器；其中一个重心测量点布置在桨叶底盘的正下方，另外两个重心测量点布置在桨叶叶片的下方；以三个重心测量点为基础建立XY面，且以位于桨叶底盘正下方的重心测量点为坐标原点O，沿桨叶叶片的延伸方向为X轴正方向，XY面内垂直于X轴向右为Y轴正方向。

步骤2，三个重心测量点位置输入：位于三个重心测量点的三个称重传感器分别为第一称重传感器、第二称重传感器和第三称重传感器，则在步骤1建立的测量台坐标系内，第一称重传感器的坐标值为(X₁，Y₁)，第二称重传感器的坐标值为(X₂，Y₂)，第三称重传感器的坐标值为(X₃，Y₃)。将上述三个称重传感器的位置坐标输入到上位机内。

步骤3，空载称重：测量台上不放置桨叶，优选由上位机控制螺旋升降机构下降，带动测量台5及其以上的装置沿着导向组件2下降，使测量台与称重传感器相接触；此时，螺旋升降机构3继续下降并脱离测量台5一小段距离后停止工作；此时记录三个称重传感器4.2测得的示数G₁、G₂、G₃，则桨叶重心测量装置空载总重量为G＝G₁+G₂+G₃。

示数记录完毕后，上位机控制螺旋升降机构3上升，当测量台5脱离三个称重传感器4.2后，螺旋升降机构3停止工作。

步骤4，桨叶调平：桨叶调平，包括如下步骤。

步骤41，桨叶初步调平：步骤1空载称重完成后，测量台高度上升。

此时，由螺旋升降机构3来支撑测量台5，避免测量台5与称重传感器4.2相接触，减少称重传感器4.2寿命。

然后将桨叶底盘放置在V型对心装置上，桨叶支撑组件滑移至桨叶叶片下方，通过控制电动升降机构的位置高低，使桨叶叶片处于初步水平状态，完成桨叶初步调平。

步骤42，桨叶二次调平：将经过角度校正的两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上，通过再次控制电动升降机构的位置高低，使两轴倾角传感器检测的角度值读数在设定范围内时，完成桨叶二次调平。

上述两轴倾角传感器放置在桨叶叶片上表面的平整表面上后，两轴倾角传感器将所测得的角度值传送给上位机，上位机经过计算后，得出电动升降机构所需要升降的高度值，并控制电动升降机构按照计算的高度值进行升降；然后两轴倾角传感器再次测量角度值，并控制电动升降机构升降，直至两轴倾角传感器检测的角度值读数在设定范围内为止。

步骤5，桨叶称重：桨叶调平完成后，优选由上位机控制螺旋升降机构下降，进而使测量台高度再次下降，并与称重传感器紧密接触；此时，三个称重传感器测得的示数分别为G₁’、G₂’、G₃’，则桨叶重心测量装置和桨叶总重量为G’＝G₁’+G₂’+G₃’。

步骤6，桨叶重心位置计算：根据以下力矩平衡公式得出调距桨桨叶的重心位置(X，Y)：

(G’-G)＝(G₁’-G₁)+(G₂’-G₂)+(G₃’-G₃)

(G’-G)×X＝(G₁’-G₁)×X₁+(G₂’-G₂)×X₂+(G₃’-G₃)×X₃

(G’-G)×Y＝(G₁’-G₁)×Y₁+(G₂’-G₂)×Y₂+(G₃’-G₃)×Y₃

式中：X为桨叶重心在测量台坐标系中X轴上的坐标数值，Y为桨叶重心在测量台坐标系中Y轴上的坐标数值。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。