非規則外形導彈質量質心測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及測控【技術領域】，具體公開了一種非規則外形導彈質量質心測量裝置。測量裝置采用傾斜平臺式測量方法，調整承重平臺下方的電動推桿，使平臺位于水平和傾斜兩種狀態，通過稱重傳感器測量這兩種狀態下各支點的壓力，通過受力平衡原理和力矩平衡原理可求出被測彈體的質量和質心位置。測量裝置包括升降支撐單元、傳感器單元、夾具單元及關節測量臂單元，其中，夾具單元可根據被測彈體各類截面形狀的裝夾要求更換對應的夾具和卡環，關節測量臂單元用于對被測彈體裝夾后的位置姿態測量和系統坐標系的標定。相較于現有的測量設備，本發明的承載能力強、可靠性高，可應對非圓異形截面、大翼展跨度等非規則外形導彈的質量質心測量要求。
【專利說明】非規則外形導彈質量質心測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于測控【技術領域】，具體涉及一種非規則外形導彈質量質心測量裝置。
【背景技術】
[0002]導彈作為現代軍事一項重要尖端武器，其質量和質心位置是兩項重要的設計參數，影響導彈的制導和飛行姿態控制。由于導彈內部結構復雜，質量分布不均，理論計算很難準確地確定其質量及質心位置，不能滿足導彈制導和飛行控制的要求，因此必須對導彈進行實際質量和質心位置測量。
[0003]現有的導彈質量質心測量設備多采用多點支撐旋轉法，如圖1所示，測量樣件48通過U型夾具50安裝定位在升降平臺51上，升降平臺51下方安裝有升降機構53與基礎平臺55固連；測量設備工作時，測量樣件48與整個升降平臺51 —起在升降機構53作用下共同下降，接觸頭52將正壓力傳遞至壓力傳感器54上，記錄一次傳感器讀數后，轉子49驅動測量樣件48旋轉一定的角度，再次記錄一次傳感器的讀數，根據力矩平衡原理，由測量樣件48旋轉前后壓力傳感器54的讀數構建力平衡與力矩平衡方程即可求得測量樣件48的質量及其在系統坐標系下的質心位置，再通過坐標變換即可求得其在自身坐標系下的質心坐標。由于在測量過程中需要對彈體旋轉，受限于外形結構、空間尺寸及結構強度等因素，此類設備只能應對小尺寸圓截面彈體，無法滿足具備非圓異形截面、大翼展跨度等非規則外形導彈的質量質心測量要求，因此，一套能夠應對具備各類截面形狀和大翼展結構的導彈的質量質心測量裝置亟待研發。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種非規則外形導彈質量質心測量
>J-U ρ?α裝直。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0006]一種非規則外形導彈質量質心測量裝置，包括:升降支撐單元、傳感器單元、夾具單元、關節測量臂單元；其中，所述的升降支撐單元用于對系統進行升降和支撐，所述的傳感器單元用于對系統的測量參數進行測量，所述的夾具單元用于對測量彈體的裝夾和固定，所述的關節測量臂單元用于對被測彈體裝夾后的位置姿態測量和系統坐標系的標定。
[0007]在上述非規則外形導彈質量質心測量裝置中，所述的升降支撐單元主要包括:承重平臺、法蘭座式電動推桿、鉸接座式電動推桿、固定支撐座；其中，系統處于非工作狀態時，承重平臺放置于固定支撐座上，電動推桿處于卸載狀態；系統處于工作狀態時，電動推桿將平臺升起或傾斜，以配合系統完成水平位置和傾斜位置的測量要求。
[0008]在上述非規則外形導彈質量質心測量裝置中，所述的傳感器單元主要包括:稱重傳感器、光柵尺、磁柵尺；其中，稱重傳感器安裝在各支點下方的推桿頭部，用于采集系統水平位置和傾斜位置的壓力信號；光柵尺安裝在各個電動推桿的側方，用于反饋各個推桿的推送距離；磁柵尺安裝在測量臂基座上，用于反饋測量臂的運動位置。
[0009]在上述非規則外形導彈質量質心測量裝置中，所述的夾具單元主要包括:夾具、夾具安裝板、夾具平臺、卡環、夾具驅動電機、制動器；其中，夾具通過夾具安裝板安裝在夾具平臺上，通過夾具驅動電機驅動夾具的開合和縱向裝夾位置的調整，夾具與夾具安裝板之間為可拆卸式螺釘連接，根據彈體各類裝夾截面形狀的裝夾要求更換適合的夾具；卡環根據不同的裝夾截面直徑和形狀設計，用于對彈體的緊定和安全保護；制動器安裝于夾具驅動電機之后，用于對夾具開口位置的固定。
[0010]在上述非規則外形導彈質量質心測量裝置中，所述的關節測量臂單元主要包括:關節測量臂、測量臂安裝座、測量臂基座；其中，關節測量臂通過磁力吸盤安裝在測量臂安裝座上，測量臂安裝座可在測量臂基座上自由滑動；需要對彈體標志點測量和坐標系標定時，手動推動測量臂至相應位置即可，其移動的位置坐標由其底部的磁柵尺反饋。
[0011]所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置的測量原理為:調整各電動推桿使被測彈體及承重平臺位于水平位置，測量承重平臺各個支點的受力，通過受力平衡和力矩平衡原理計算出彈體質量和彈體水平兩個方向上質心坐標位置，再將承重平臺一側的電動推桿伸長一定的長度，使被測彈體及承重平臺繞另一側推桿的頭部鉸點旋轉一定的角度，測量此時各個支點的受力，通過力矩平衡原理計算出彈體高度方向上的質心坐標位置，再通過坐標變換即可求得被測彈體在自身坐標系下的質心坐標位置。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:所述的測量裝置以對平臺的傾斜代替彈體本身的旋轉，避免了由彈體自身外形結構和翼展造成的無法大角度旋轉的問題。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:所述的測量裝置中的夾具與夾具平臺之間設計為可拆分的螺釘連接方式，可根據不同的彈體裝夾截面形狀要求更換不同類型的夾具，以實現各類截面形狀導彈的裝夾。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:所述的測量裝置采用關節測量臂測定彈體自身坐標系相對于系統坐標系的位置，測量方便快捷且彈體裝夾時無須對中。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:所述的測量裝置承載能力強、可靠性高，可應對更大質量范圍導彈的測量需求。
[0016]本領域內技術人員的簡單更改和替換都在本發明的保護范圍之內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為現有導彈質量質心測量設備的結構示意圖；
[0018]圖2為本發明的主視結構示意圖；
[0019]圖3為本發明的俯視結構示意圖；
[0020]圖4為夾具單元的結構示意圖；
[0021]圖5為對稱反螺旋滾珠絲杠示意圖；
[0022]圖6為夾具更換過程的示意圖；
[0023]圖7為導彈坐標系位姿測量過程的示意圖；
[0024]圖8為關節測量臂安裝結構示意圖。
[0025]圖中:1.關節測量臂，2.測量臂安裝座，3.磁柵尺，4.測量臂基座，5.夾具平臺，
6.卡環，7.被測彈體，8.夾具體，9.制動器，10.夾具橫向驅動電機，11.承重平臺，12.稱重傳感器，13.法蘭座式電動推桿，14.光柵尺，15.固定支撐座，16.鉸接座式電動推桿，17.隔振溝，18.基座導軌，19.夾具縱向導軌，20.夾具縱向驅動電機，21.縱向電機減速器，22.縱向聯軸器，23.梯形絲杠，24.V形圓截面夾具，25.橫向電機減速器，26.橫向聯軸器，27.滾珠絲杠，28.滾珠絲杠螺母，29.夾具橫向導軌，30.夾具橫向滑塊，31.軸承座，32.梯形絲杠螺母，33.夾具縱向滑塊，34.圓截面夾具緩沖墊，35.卡環緩沖墊，36.卡環安裝螺釘，37.夾具安裝板，38.滑塊安裝螺釘，39.夾具安裝螺釘，40.異形截面夾具，41.異形截面夾具緩沖墊,42.彈體前端標志點,43.彈體尾端標志點,44.螺旋接頭，45.磁力吸盤,46.磁柵尺讀數頭，47.測量臂座滑塊，48.測量樣件，49.轉子，50.U型夾具，51.升降平臺，52.接觸頭，
53.升降機構，54.壓力傳感器，55.基礎平臺
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0027]圖2、圖3為本發明的主視結構示意圖和俯視結構示意圖包括以承重平臺11、法蘭座式電動推桿13、鉸接座式電動推桿16、固定支撐座15組成的升降支撐單元，以磁柵尺3、稱重傳感器12、光柵尺14組成的傳感器單元，以夾具體8、卡環6、夾具平臺5、夾具橫向驅動電機10、夾具縱向驅動電機20組成的夾具單元，以關節測量臂1、測量臂安裝座2、測量臂基座4組成的測量臂系統。所述的承重平臺11為對稱式結構，下方共有8個對稱布置的支點；其中，外圍的4個對稱支點中的傾斜升起側支點下方安裝了 I對鉸接座式電動推桿16，傾斜旋繞側支點下方安裝了 I對法蘭座式電動推桿13 ;內圍的4個對稱支點下方設置了 4個固定支撐座15 ;為了便于測量過程中人員的操作，在設備安裝地面下方挖設一定深度的坑槽，使推桿和支撐座安裝于地平面下方，以降低設備主體露出地面的高度。所述的稱重傳感器12安裝在各支點下方的推桿頭部，用于測量承重平臺11水平狀態下和傾斜狀態下外圍各個支點的壓力；所述的光柵尺14安裝在各個電動推桿的側方，用于反饋各個推桿的推送距離；所述的磁柵尺3安裝在測量臂基座上，用于反饋測量臂的運動位置。所述的承重平臺11上表面對稱鋪設兩條夾具縱向導軌19，安裝了兩組夾具單元，所述的兩組夾具單元在縱向方向上裝夾位置的調整通過兩組夾具縱向驅動電機20輸出動力，經由縱向電機減速器21、縱向聯軸器22驅動梯形絲杠23實現。
[0028]參閱圖3、圖4，每組夾具單元中安裝有一對夾具體8和一套卡環6。所述的卡環6通過卡環安裝螺釘36安裝在夾具體8上，其外形根據被測彈體7的裝夾截面形狀配套設計，與彈體的接觸面一側膠接有卡環緩沖墊35。所述的夾具體8通過夾具橫向導軌29安裝在夾具平臺6上，夾具橫向方向上開口大小的調整通過夾具橫向驅動電機10輸出動力，經由橫向電機減速器25、橫向聯軸器26驅動滾珠絲杠27實現。滾珠絲杠27通過橫向聯軸器26與制動器9相連，所述的制動器9在裝夾定位完成后將滾珠絲杠27抱死，以確保其在被測彈體7的重力的分力作用下不發生轉動。
[0029]參閱圖5，滾珠絲杠27采用對稱反螺旋式結構，整條絲杠對稱分為兩段相反旋向的螺紋，每段螺紋上均安置I個滾珠絲杠螺母28，當滾珠絲杠27旋轉時，由于螺紋的旋向相反，兩個滾珠絲杠螺母28朝相反的方向做直線運動，以此實現一對夾具體8的開合。
[0030]參閱圖6，測量裝置對不同截面形狀導彈的裝夾是通過不同類型的夾具體8來實現的。所述的夾具體8設計為可拆卸更換式結構，V形圓截面夾具24通過夾具安裝螺釘39固定在夾具安裝板37上，夾具安裝板37下方安裝了 4個橫向滑塊，更換時將夾具安裝螺釘39卸下，將V形圓截面夾具替換為異形截面夾具40，擰入夾具安裝螺釘39即完成夾具的更換。所述的V形圓截面夾具24和異形截面夾具40與被測彈體7的接觸面上均安裝有緩沖墊以防止被測彈體7的裝夾接觸面的變形。
[0031]參閱圖7，在質心坐標測量的過程中，需要確定被測彈體7裝夾固定后其自身坐標系在系統坐標系下的位置和姿態，方能通過坐標系變換求得彈體質心在其自身坐標系下的坐標位置。為了實現這一目標，在被測彈體7的前端和尾端分別設置3個彈體前端標志點42和彈體尾端標志點43,所述的彈體前端標志點42和彈體尾端標志點43在彈體自身坐標系下的坐標位置已知，通過關節測量臂I測量這6個標志點。
[0032]參閱圖8，關節測量臂I通過螺旋接頭44與磁力吸盤45連接。所述的磁力吸盤45吸附在測量臂安裝座2上；所述的測量臂安裝座2通過測量臂座滑塊47安裝在測量臂基座4上，可沿基座導軌18自由滑動；所述的測量臂安裝座2下方還安裝有磁柵尺讀數頭46，可讀取測量臂基座4上方的磁柵尺3的讀數，以反饋關節測量臂I的運動位置；所述的測量臂基座在系統坐標系下的位置標定已知。進行彈體自身坐標系位置姿態測量時，將測量臂安裝座2分別移動至彈體前端標志點42和彈體尾端標志點43附近，固定測量臂安裝座，拖動測量臂測量各個標志點，記錄標志點的測量參數和磁柵尺的反饋位置參數。
[0033]本發明的具體操作方法如下:
[0034]系統空載時水平位置的測量:測量開始之前，設定夾具單元中的夾具體8的類型、夾具的開口大小及縱向裝夾位置與待測導彈的要求一致，并安裝上配套卡環6;測量開始，法蘭式電動推桿13與鉸接式電動推桿16共同向上推送一小段距離，將承重平臺11升起，通過光柵尺14的反饋微調各個推桿的推送距離，將承重平臺11調平，讀取此時的4個稱重傳感器12的測量數據。
[0035]系統空載時傾斜位置的測量:完成空載時水平位置的測量后，鉸接式電動推桿16向上推送，使承重平臺11繞法蘭式電動推桿13上端的鉸接點旋轉一定的角度；各支點間的間距固定已知，通過光柵尺14的對鉸接式電動推桿16推送距離的反饋，控制平臺旋轉角度至定值，完成傾斜后，讀取此時4個稱重傳感器12的測量數據。
[0036]彈體的裝夾固定:完成系統空載時的測量后，各推桿共同作用，將平臺卸放至4個固定支撐座15上；卸下卡環6，將被測彈體7調整姿態吊裝至平臺各裝夾位置，穩定安放后，重新安裝卡環6。
[0037]彈體的位置姿態測量:裝夾完成后，采用關節測量臂I測量導彈前后6個標志點在系統坐標系下的絕對坐標位置。
[0038]系統加載時水平位置的測量:位姿測量完成后，法蘭式電動推桿13與鉸接式電動推桿16共同向上推送一小段距離，將承重平臺11和被測彈體7升起，通過光柵尺14的反饋微調各個推桿的推送距離，將承重平臺11調平，讀取此時的4個稱重傳感器12的測量數據。
[0039]系統加載時傾斜位置的測量:完成加載時水平位置的測量后，鉸接式電動推桿16向上推送，使承重平臺11和被測彈體7繞法蘭式電動推桿13上端的鉸接點旋轉一定的角度；各支點間的間距固定已知，通過光柵尺14的對鉸接式電動推桿16推送距離的反饋，控制平臺旋轉角度至定值，完成傾斜后，讀取此時4個稱重傳感器12的測量數據。
[0040]空載時水平位置和傾斜位置的測量與加載時水平位置和傾斜位置的測量的平臺升起高度和傾斜角度均一致，通過空載時與加載時水平位置和傾斜位置稱重傳感器12測量的4組數據以及彈體位置姿態的測量數據，導入系統軟件即可得到被測彈體8的質量和質心位置。
【權利要求】
1.一種非規則外形導彈質量質心測量裝置，包括:以承重平臺11、法蘭座式電動推桿13、鉸接座式電動推桿16、固定支撐座15為主要部件的升降支撐單元，以稱重傳感器12、光柵尺14、磁柵尺3為主要部件的傳感器單元3，以夾具體8、夾具平臺5、卡環6、制動器9、夾具橫向驅動電機10、夾具縱向驅動電機20、梯形絲杠23、滾珠絲杠27為主要部件的夾具單元，以關節測量臂1、測量臂安裝座2、測量臂基座4為主要部件的關節測量臂單元；其中，所述的升降支撐單元用于對系統進行升降和支撐，所述的傳感器單元用于對系統的測量參數進行測量，所述的夾具單元用于對被測彈體7的裝夾和固定，所述的關節測量臂單元用于對被測彈體7裝夾后的位置姿態測量和系統坐標系的標定。
2.根據權利要求1所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的承重平臺11為對稱式結構，下方共有8個對稱布置的支點；其中，外圍的4個對稱支點中的傾斜升起側支點下方安裝了 I對鉸接座式電動推桿16，傾斜旋繞側支點下方安裝了 I對法蘭座式電動推桿13 ;內圍的4個對稱支點下方設置了 4個固定支撐座15。
3.根據權利要求1所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的法蘭座式電動推桿13和鉸接座式電動推桿16的側方安裝了光柵尺14，頭部鉸接點下方安裝了稱重傳感器12。
4.根據權利要求1所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的夾具體8安裝在夾具平臺5上，通過夾具橫向驅動電機10驅動滾珠絲杠27調整開口大小，所述的夾具平臺5通過夾具縱向驅動電機20驅動梯形絲杠23調整縱向裝夾位置。
5.根據權利要求4所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的滾珠絲杠27為對稱反螺旋式結構，以實現夾具體8的對稱開合，絲杠一端連接制動器9，以實現彈體裝夾后絲杠的可靠制動。
6.根據權利要求1所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的關節測量臂I與測量臂安裝座2固連，可在測量臂基座4上縱向自由滑動，所述的測量臂基座4與測量臂安裝座2之間安裝了磁柵尺3，在被測彈體7位置姿態測量過程中，反饋測量臂I的位置。
7.根據權利要求1所述的非規則外形導彈質量質心測量裝置，其特征在于:所述的被測彈體7的前端和尾端分別設置了 3個測量標志點。
【文檔編號】G01M1/12GK104075845SQ201410334503
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】楊洋, 張鷹華, 李大寨, 樊新華, 張雷雨 申請人:北京航空航天大學
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