質(zhì)心測(cè)量?jī)x器及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及物體質(zhì)心位置的測(cè)量?jī)x器及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)心是物體的質(zhì)量中心，在重力場(chǎng)均勻時(shí)也為所受重力的中心，它是眾多工程領(lǐng) 域中需要精確測(cè)定的重要參數(shù)，有非常重要的實(shí)用意義，在質(zhì)心偏離設(shè)定的幾何中心點(diǎn)時(shí) 稱(chēng)為偏心。例如，無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV)上的航拍相機(jī)的質(zhì)心對(duì)于定位 相機(jī)的云臺(tái)的設(shè)計(jì)有著非常重要的意義，質(zhì)心偏差對(duì)于云臺(tái)的穩(wěn)定性有非常大的影響，因 此迫切需要一種高精度通用的測(cè)定物體質(zhì)心位置的儀器和方法。
[0003] 現(xiàn)有一些市場(chǎng)上能夠找到的質(zhì)心測(cè)量?jī)x器通常具有特定的應(yīng)用場(chǎng)合，在遇到具體 的測(cè)量要求時(shí)，常常會(huì)存在測(cè)量的量程過(guò)大，或者測(cè)量精度不夠等問(wèn)題。并且市場(chǎng)上的測(cè)量 儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種質(zhì)心測(cè)量?jī)x器及其測(cè)量方法，可簡(jiǎn) 單方便的實(shí)現(xiàn)物體質(zhì)心的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果精度較高，并且可以進(jìn)行多種物品的測(cè)量，具有通 用性。
[0005] -方面，本發(fā)明提供了一種質(zhì)心測(cè)量?jī)x器，包括：
[0006] 平衡桿，所述平衡桿的中心下方設(shè)有支撐刀口塊，且與所述支撐刀口塊相同距離 的兩側(cè)分別設(shè)有測(cè)量刀口塊，所述平衡桿的中心上方支撐待測(cè)物體；
[0007] 刀口座，所述刀口座支撐所述支撐刀口塊；以及
[0008] 兩個(gè)電子稱(chēng)分別支撐所述測(cè)量刀口塊，在待測(cè)物體的質(zhì)心偏心時(shí)，所述兩個(gè)電子 稱(chēng)有示數(shù)的差值，所述質(zhì)心測(cè)量?jī)x器在所述平衡桿達(dá)到預(yù)定的水平狀態(tài)時(shí)，所述兩個(gè)電子 稱(chēng)示數(shù)的差值力乘以所述測(cè)量刀口塊與支撐刀口塊的距離獲得待測(cè)物體的質(zhì)心偏心產(chǎn)生 的力矩，再根據(jù)力矩原理將力矩除以待測(cè)物體的重力獲得待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離。
[0009] 所述兩個(gè)電子稱(chēng)選用精度為0. 00lg的電子稱(chēng)。
[0010] 所述質(zhì)心測(cè)量?jī)x器還包括兩個(gè)升降裝置用于支撐所述兩個(gè)電子稱(chēng)，并調(diào)節(jié)所述兩 個(gè)電子稱(chēng)的高度使所述平衡桿達(dá)到預(yù)定的水平狀態(tài)。
[0011] 所述質(zhì)心測(cè)量?jī)x器還包括儀器底座，用于水平支撐所述刀口座和兩個(gè)升降裝置。
[0012] 所述質(zhì)心測(cè)量?jī)x器還包括用于定位待測(cè)物體的定位夾具部件，所述定位夾具部件 包括水平定位夾具和豎直定位夾具，所述水平定位夾具連接至所述平衡桿。
[0013] 所述水平定位夾具和所述豎直定位夾具可拆卸交換連接至所述平衡桿。
[0014] 所述平衡桿的中心上方開(kāi)設(shè)有滑槽，所述水平定位夾具和所述豎直定位夾具分別 設(shè)有定位柱，所述水平定位夾具或所述豎直定位夾具通過(guò)所述定位柱與所述滑槽的配合連 接至所述平衡桿。
[0015] 所述刀口座朝向所述支撐刀口塊的表面開(kāi)設(shè)有線(xiàn)槽，所述支撐刀口塊具有刀尖， 所述刀尖插入所述線(xiàn)槽中。
[0016] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了使用上述測(cè)量?jī)x器的質(zhì)心測(cè)量方法，包括如下 步驟：
[0017] 調(diào)節(jié)平衡桿達(dá)到預(yù)定的水平狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)電子稱(chēng)中示數(shù)較大的電子稱(chēng)的 高度，使兩個(gè)電子稱(chēng)均有正示數(shù)，且兩側(cè)的示數(shù)近似為零時(shí)認(rèn)為平衡桿達(dá)到預(yù)定的水平狀 態(tài)；
[0018] 將待測(cè)物體定位放置在所述平衡桿的中心上方，重復(fù)調(diào)節(jié)平衡桿水平的步驟，獲 得兩個(gè)電子稱(chēng)的示數(shù)的差值；以及
[0019] 根據(jù)力矩原理公式計(jì)算待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離，通過(guò)將所述兩個(gè)電子稱(chēng)示數(shù)的 差值力乘以所述測(cè)量刀口塊與支撐刀口塊的距離獲得待測(cè)物體的質(zhì)心偏心產(chǎn)生的力矩，再 根據(jù)力矩原理將力矩除以待測(cè)物體的重力獲得待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離。
[0020] 所述兩個(gè)電子稱(chēng)的示數(shù)的差值通過(guò)先記錄所述兩個(gè)電子稱(chēng)的示數(shù)的差值為第一 次差值，然后將待測(cè)物體左右側(cè)調(diào)換位置重新定位放置到所述平衡桿的中心上方，重復(fù)調(diào) 節(jié)平衡桿水平的步驟，此時(shí)記錄兩個(gè)電子稱(chēng)的示數(shù)的差值為第二次差值，通過(guò)取第一次差 值和第二次差值的平均值以獲得兩個(gè)電子稱(chēng)的示數(shù)的差值。
[0021] 所述質(zhì)心測(cè)量方法還包括提供定位夾具部件以將待測(cè)物體定位放置在所述平衡 桿的中心上方，計(jì)算待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離時(shí)利用定位夾具和待測(cè)物體產(chǎn)生的總力矩扣 除定位夾具部件產(chǎn)生的力矩。
[0022] 所述力矩原理公式選用WT= GXL = F iXQ，其中L為待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離， 匕為所述兩個(gè)電子稱(chēng)示數(shù)的差值力，L i為所述測(cè)量刀口塊與支撐刀口塊的設(shè)定距離，G為待 測(cè)物體的重力，并且計(jì)算待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離時(shí)力矩的扣除轉(zhuǎn)化為定位夾具和待測(cè)物 體產(chǎn)生的所述兩個(gè)電子稱(chēng)示數(shù)的差值力扣除定位夾具部件產(chǎn)生的所述兩個(gè)電子稱(chēng)示數(shù)的 差值力。
[0023] 所述質(zhì)心測(cè)量方法還包括將待測(cè)物體和定位夾具轉(zhuǎn)換至三維坐標(biāo)系中另兩個(gè)方 向，重復(fù)所述測(cè)量步驟以分別得到另兩個(gè)方向維度的待測(cè)物體的質(zhì)心偏心距離。
[0024] 所述質(zhì)心測(cè)量方法還包括利用已知質(zhì)心位置的精度測(cè)試塊代替待測(cè)物體進(jìn)行測(cè) 量計(jì)算，以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的精確度。
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)平衡刀口和電子稱(chēng)的作用，在平衡桿達(dá)到預(yù)定的水平狀態(tài)時(shí)， 記錄下兩側(cè)電子稱(chēng)的示數(shù)差值，再利用力矩原理公式計(jì)算出質(zhì)心的偏心距離，測(cè)量?jī)x器構(gòu) 造簡(jiǎn)單，測(cè)量方法簡(jiǎn)單方便，對(duì)不同待測(cè)物體具有通用性，刀口和電子稱(chēng)可以使精度較高。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種質(zhì)心測(cè)量?jī)x器的立體示意圖，其用于測(cè)量相機(jī)的 質(zhì)心位置；
[0027] 圖2是圖1的質(zhì)心測(cè)量?jī)x器的正視圖；
[0028] 圖3是圖1的質(zhì)心測(cè)量?jī)x器的俯視圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種質(zhì)心測(cè)量方法的流程圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例使用的精度測(cè)試塊的立體示意圖。
[0031] 主要元件符號(hào)說(shuō)明
[0032] 質(zhì)心測(cè)量?jī)x器 100
[0033] 相機(jī) 200
[0034] 質(zhì)心測(cè)量部件 10
[0035] 定位夾具部件 20
[0036] 平衡桿 11
[0037] 刀口座 12
[0038] 電子稱(chēng) 13
[0039] 升降臺(tái) 14
[0040] 滑臺(tái)面 142
[0041] 手動(dòng)轉(zhuǎn)軸 143
[0042] 儀器底座 15
[0043] 第一水平定位夾具21
[0044] 第二水平定位夾具22
[0045] 第三豎直定位夾具23
[0046] 第四豎直定位夾具24
[0047] 裝配體 210
[0048] 定位柱 222
[0049] 螺桿 220
[0050] 線(xiàn)槽 120
[0051] 滑槽 111
[0052] 支撐刀口塊 112
[0053] 測(cè)量刀口塊 113
[0054] 精度測(cè)試塊 16
[0055] 如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的 實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下 所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0057] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供的質(zhì)心測(cè)量?jī)x器，能夠簡(jiǎn)單、方便、較高精度測(cè)出待測(cè)物體 的質(zhì)心位置，本實(shí)施例用于測(cè)量高精度要求的航拍相機(jī)的質(zhì)心位置，以對(duì)定位相機(jī)的云臺(tái) 的設(shè)計(jì)提供重要參數(shù)。該物體質(zhì)心的測(cè)量?jī)x器包括質(zhì)心測(cè)量部件和定位夾具部件，定位夾 具部件主要針對(duì)特定的待測(cè)物體設(shè)計(jì)，起到可靠的定位待測(cè)物體的作用。定位夾具部件在 水平和垂直兩個(gè)方向上有通用的定位夾具，用于和質(zhì)心測(cè)量部件的平衡桿連接，通過(guò)定位 夾具的方向的調(diào)換，可以測(cè)得待測(cè)物體三維質(zhì)心位置。
[0058] 具體的，請(qǐng)參見(jiàn)圖1至圖3,是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種質(zhì)心測(cè)量?jī)x器100,用于測(cè) 量待測(cè)物體的質(zhì)心位置。所述待測(cè)物可以為、但并不限于為相機(jī)200。該質(zhì)心測(cè)量?jī)x器100 包括質(zhì)心測(cè)量部件10和定位夾具部件20。該質(zhì)心測(cè)量部件10主要包括平衡桿11，刀口座 12,兩個(gè)電子稱(chēng)13,兩個(gè)升降臺(tái)14和儀器底座15。該定位夾具部件20包括第一水平定位 夾具21、第二水平定位夾具22、第一豎直定位夾具23和第二豎直定位夾具24。該第一水平 定位夾具21和第二水平定位夾具22相對(duì)設(shè)置，該第一豎直定位夾具23和第二豎直定位夾 具24相對(duì)設(shè)置。該第一水平定位夾具21、第二水平定位夾具22、第一豎直定位夾具23和 第二豎直定位夾具24共同構(gòu)成一個(gè)定位待測(cè)物體的裝配體210,且其中第一水平定位夾具 21連接至平衡桿11。在測(cè)量方向變換時(shí)，第一、第二水平定位夾具21、22和第一、第二豎直 定位夾具23、24可交換位置，即至少第一水平定位夾具21和第一豎直定位夾具23設(shè)有定 位柱222,用于連接定位至平衡桿11。在裝配和拆卸待測(cè)的該相機(jī)200時(shí)，可以通過(guò)擰出第 二水平定位夾具22上的螺桿220,再將相機(jī)200裝配入該裝配體210,或自該裝配體210取 出。
[0059] 該平衡桿11的中間上表面設(shè)有放置所述第一水平定位夾具21的滑槽111，所述滑 槽111用于與定位柱222配合，以將裝配體210連接定位至平衡桿11。該平衡桿11的下表 面設(shè)有支撐刀口塊112,該平衡桿11的下表面的兩側(cè)設(shè)有測(cè)量刀口塊113。該刀口座12設(shè) 置于該支撐刀口塊112的下方，該刀口座12朝向該支撐刀口塊112的表面設(shè)有供該支撐刀 口塊112的刀尖接觸的線(xiàn)槽120。該兩個(gè)電子稱(chēng)13分別位于該兩個(gè)測(cè)量刀口塊113的刀尖 下方。該兩個(gè)升降臺(tái)14分別位于該兩個(gè)電子稱(chēng)13的下方。該儀器底座15置于水平面上， 其上表面為平面，用于水平支撐上述裝置。
[0060] 該兩個(gè)電子稱(chēng)13和升降臺(tái)14均為高精度儀器，以使測(cè)量結(jié)果有較高精度。本實(shí)施 例中，該兩個(gè)電子稱(chēng)13選用精度為0. 001g的電子稱(chēng)。該兩個(gè)升降臺(tái)14選用精度為0. 003mm 的Z軸手動(dòng)滑臺(tái)，且每個(gè)Z軸手動(dòng)滑臺(tái)包括水平支撐電子稱(chēng)13的滑臺(tái)面142,和用于升降滑 臺(tái)面142的手動(dòng)轉(zhuǎn)軸143。
[0061] 待測(cè)的相機(jī)200定位于該裝配體210內(nèi)，且置于平衡桿11的中間。當(dāng)相機(jī)200的 質(zhì)心偏心時(shí)，相對(duì)應(yīng)的測(cè)量刀口塊113下的電子稱(chēng)13受到作用力，此時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述手動(dòng) 轉(zhuǎn)軸14