一種物體質心測量裝置與方法

2023-05-12 05:42:36

專利名稱：一種物體質心測量裝置與方法
技術領域：
本發明涉及一種物體質心測量裝置與方法，尤其涉及一種汽車動力總成 質心測量裝置與方法。
背景技術：
物體的質心位置是物體的一個基本屬性。例如，汽車動力總成質心坐標 直接關係到發動機懸置的設計與布局，因此，精確測量汽車動力總成質心坐 標有重要的意義。汽車動力總成是指包括發動機、變速箱在內的及兩者剛性 連接的所有汽車部件。它是汽車最核心的部分，其性能直接地影響至汽車的 各種性能，而且其懸置點的位置及安裝方法也直接地關係到汽車的振動性
能，汽車動力總成的質心坐標是CAE分析進行汽車懸置設置的基礎。然而發 動機是一個複雜的不規則物體，對於其質心測量，目前主要的方法有懸吊法。 懸吊法原理是，用繩子吊起被測動力總成，則其質心線必然會在通過吊點的 鉛垂線上，找出鉛垂線的另一個端子，即可確定這一條垂線；然後更換一個 吊點，找出這個吊點的鉛垂線，兩條鉛垂線的交點即為被測發動機的質心。 但是，由於懸吊是柔性連接，容易受到各種不確定因素的幹擾，操作時間長， 誤差不容易控制，還必須通過複雜的計算才能得出質心坐標。
中國專利CN 00115925. 9公開了一種用於測量物體質心、形心和質心偏 離量的測量裝置，包括通過結合物相結合的承物盤和旋轉立軸，旋轉立軸通 過固接在支承座上的十字支撐臂架放在機座上；十字支撐臂是由兩根對稱設 置的擺動支撐臂和兩根對稱設置的傳感支撐臂組成；所述擺動支撐臂通過刀 口副架放在機座上，所述傳感支撐臂通過傳感元件與機座相連；機座上設置 有帶有傳感器的升降臂；所述旋轉立軸上連接有一角度測量元件。其不足之 處是不適合用於汽車動力總成這樣複雜的物體，缺乏與整車參照坐標系的關聯，機械裝置結構複雜，安裝不方便，操作不方便。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種物體質心測量裝置。它不僅誤差容易控
制，而且構造簡單、操作快捷。
本發明的另一個目的是提供一種使用該裝置的物體質心測量方法。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種物體質心測量裝置，
包括稱重傳感器、測量臺面、三角基座、支撐腳及計算機組成。在三角基座
的三個角下面有三個可調整高低的支撐腳，用於支撐測試臺架與調水平；其
三個角上面有三個稱重傳感器，三個稱重傳感器精確定位，位置點分別為
A 、 B、C，呈正三角形分布；三個稱重傳感器上布置一塊測量臺面，此臺
面在測量時需要調節水平，檯面上刻有標度尺，建立直角坐標。稱重傳感器 與測量臺面實現點接觸以精確定位。在安裝被測物體時，為了保護三個稱重 傳感器不受到過大的衝擊，在三角基座與測量臺面之間布置三個保護支撐螺 柱。此測量裝置通過採用計算機監控三個力傳感器所受到的力值，由程序自 動進行對監控到的數據進行處理，自動得出質心坐標。所有的算法由計算機 自動完成，快速、可靠，避免了出錯的可能。
本發明的原理是，當被測物安放於測量檯面上時，檯面上A 、 B 、 C 三個點會受到不同的力，通過力矩平衡計算，即可得到被測物體質心的二維 坐標，要測量質心的三維坐標只要將被測物體旋轉90度，再測量其質心二 維坐標，由此可得質心的三維坐標。
l.質心二維坐標測量要測量物體質心，必先確定一個坐標系(對於汽
車動力總成，可利用其整車坐標系)。先做XY平面的質心坐標測量，在其數 模上找到三個可以支撐起被測物的點，在數模上求取它們的坐標，利用這個 坐標配置固定被測物的夾具高度及在檯面上的擺放位置，支撐起被測物，使 被測物的XY坐標與測量臺面的XY坐標平行，根據三個支點的受力情況，即 可用計算機計算出質心在XY平面的坐標。三點測力法求質心，如圖3所示: 由力矩平衡原理可得
formula see original document page 6式1formula see original document page 6式2 (GL指圖3中點G與點L之間的距離)由式1和式2可得:
formula see original document page 6式3 formula see original document page 6式4
其中Xg、 Yg為質心的X坐標和Y坐標，G被測物重量，Fa， Fb， Fc 為A、 B、 C三個力傳感器受到的力值，H為等邊三角形ABC的高。
2.去皮算法由於的夾具與測量臺面也有一個重量，這會對質心測量 有很大的影響，必須去掉這個影響。可利用去皮算法，如圖4所示。
formula see original document page 6
糾-
總體測量 重量Z
測量臺面與夾具測量重量P
質心坐標(Xz， Yz) 質心坐標(Xp， Yp) 質心坐標(Xg， Yg)
此時得到的只是質心在測量臺面坐標系中的XY平面上的坐標，若要轉
換到被測動力總成在整車坐標系中的話，只需要進行簡單的坐標加減平移換
算。若要得到質心的三維坐標，則必須將被測物翻轉，其使xz平面與臺面
坐標系中的XY平面平行，再測量其質心坐標，由此可得出質心在XZ平面一種使用所上述裝置的物體質心測量方法，包括如下步驟
1. 選擇能將被測物支撐起來的支點，確定各支點在參照坐標系(質心測 試之前必須先確定被測物的參考坐標系，對於動力總成而言一般選擇整車坐 標系作為參考坐標系，可在被測物的數字模型中找出參考坐標系)中的坐標； 根據此坐標配置夾具的高度與位置，支撐起被測物，使被測物坐標系中的 XY平面與測量臺面坐標系中的XY平面平行；
2. 測出測量臺面加被測物加夾具的總質量及測量臺面坐標系中的質心 坐標；
3. 除去被測物，保持夾具位置不變，測出測量臺面和夾具的質量及測量 臺面坐標系中的質心坐標；
4. 利用去皮算法，得出被測物的質心在及測量臺面坐標系中的XY平面
內的坐標； '
5. 將質心坐標從測量臺面坐標系轉化到參照坐標系。
6. 將被測物翻轉，使被測物的YZ坐標與測量臺面坐標系的XY坐標平行， 按照上述2、 3、 4步驟，測量得出被測物的質心在YZ平面內的質心坐標。
本發明的有益效果是，由於僅採用三點測力法的原理設計物體質心測量 裝置，其裝置構造簡單，操作快捷，採用硬性夾具連接被測物，其誤差容易 控制，以計算機進行數據處理，能直接得出被測物的三維質心坐標。測量方 法中很好地利用了發動機支架為支撐點，質心測量結果能為轉動慣量測量做 好基礎。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。


圖1為本發明的立體構造示意圖。 圖2為本發明測試臺面的主視圖。 圖3為質心線求取示意圖。 圖4為去皮算法示意圖。圖中1.可調高基腳、2.三角基架、3.稱重傳感器、4.保護支撐、 5.測量臺面。
具體實施例方式
實施例 如圖l、 2所示， 一種物體質心測量裝置，包括三個稱重傳 感器3、測量臺面5、三角基座2、可調高支撐腳l、計算機組成。三個稱重 傳感器電連接計算機。在三角基座2的三個角下面分別安裝有三個可調高支 撐腳l，其三個角上面安裝三個稱重傳感器3，三個稱重傳感器精確定位， 位置點分別為A 、 B、 C，呈正三角形分布；三個稱重傳感器上布置一塊測 量臺面，此臺面在測量時需要調節水平，檯面上刻有標度尺，建立直角坐標。 稱重傳感器與水平臺面實現點接觸以精確定位。在安裝被測物體時，為了保 護三個力傳感器不受到過大的衝擊，在三角基座與測量臺面之間布置三個保 護支撐螺柱。
測量實施例一種汽車動力總成質心測量方法，包括如下步驟
1. 選擇能將被測動力總成支撐起來的支點，確定各支點在參照坐標 系(整車坐標系)中的坐標。為了測量質心，必先確定被測物體的坐標系， 可利用整車坐標系，先在被測動力總成上找出適合於支撐動力總成的支點， 然後標出各點在整車坐標系中的坐標，根據此坐標配置夾具的高度與位置，
支撐起被測動力總成，使動力總成坐標系中的XY平面與測量臺面坐標系中 的XY平面平行。
2. 測出測量臺面加被測物加夾具的質量與質心坐標。記下三個點力 傳感器測量得出的力值，利用三點測力法求出質心坐標與重量。
3. 測量臺面加夾具的質心坐標吊走被測物，保持夾具位置不變， 測量臺面和夾具的質量與質心坐標。
4. 求被測物質心坐標:利用去皮算法，得出被測物的質心在XY平面 內的坐標。5. 將被測動力總成翻轉，使被測動力總成的YZ坐標與測量臺面坐標
系的XY坐標平行，按照上述2、 3、 4步驟，測量得出被測動力總成質心在 YZ平面內的質心坐標。
6. 坐標換算由於此時測量得到的還只是質心在測量臺面坐標系中 的坐標，必須將此坐標從臺面坐標系轉換到整車坐標系，由於這兩個坐標系 是平行的，所以只需要將此坐標進行簡單的加減法運算即可得出質心三維坐 標在整車坐標系中的坐標。
權利要求
1、一種物體質心測量裝置，包括稱重傳感器、測量臺面、三角基座、支撐腳及計算機。其特徵在於在三角基座的三個角下面有三個可調整高低的支撐腳，其三個角上面有三個稱重傳感器；三個稱重傳感器位置點分別為A、B、C，呈正三角形分布；在三個稱重傳感器上布置一塊測量臺面，檯面上刻有直角坐標標度尺。
2、 根據權利要求l所述的物體質心測量裝置，其特徵在於所述的稱 重傳感器與測量臺面實現精確定位的點接觸。
3、 根據權利要求1或2所述的物體質心測量裝置，其特徵在於在三角基座與測量臺面之間布置保護稱重傳感器的支撐螺柱。
4、 根據權利要求3所述的物體質心測量裝置，其特徵在於所述的支撐螺柱有三個。
5、 根據權利要求1所述的物體質心測量裝置的物體質心測量方法，包括如下步驟 -(1) .選擇能將被測物支撐起來的支點，確定各支點在參照坐標系中的 坐標；根據此坐標配置夾具的高度與位置，支撐起被測物，使被測物坐標系 中的XY平面與測量臺面坐標系中的XY平面平行；(2) .測出測量臺面加被測物加夾具的總質量及測量臺面坐標系中的質 心坐標；(3) .除去被測物，保持夾具位置不變，測出測量臺面和夾具的質量及 測量臺面坐標系中的質心坐標；(4) .利用去皮算法，得出被測物的質心在及測量臺面坐標系中的XY平面內的坐標。(5) .將質心坐標從測量臺面坐標系轉化到參照坐標系。
6、根據權利要求5所述的物體質心測量方法，其特徵在於，還有如下 步驟將被測物翻轉，使被測物的YZ坐標與測量臺面坐標系的XY坐標平行， 按照上述(2)、 (3)、 (4)步驟，測量得出被測物的質心在YZ平面內的質心 坐標。
全文摘要
一種物體質心測量裝置，包括稱重傳感器、測量臺面、三角基座、支撐腳及計算機組成。在三角基座的三個角下面有三個可調整高低的支撐腳，其三個角上面有三個稱重傳感器，三個稱重傳感器精確定位，位置點分別為A、B、C，呈正三角形分布；三個稱重傳感器上布置一塊測量臺面，在測量時需要調節水平，檯面上刻有標度尺，建立直角坐標。在三角基座與測量臺面之間還布置三個保護支撐螺柱。當被測物安放於水平檯面上時，A、B、C三個點會受到不同的力，通過力矩平衡計算，即可得到被測物質心的二維坐標，只要將被測被測物旋轉90度，再測量其質心二維坐標，由此可得質心的三維坐標。由於採用計算機進行數據採集、處理，可快速、可靠得出質心坐標。
文檔編號G01M1/00GK101413840SQ200710125530
公開日2009年4月22日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者張厚平, 郭喜晨, 陽軒鐸 申請人:奇瑞汽車股份有限公司