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重心测量仪及重心测量方法

阅读：540发布：2020-05-12

专利汇可以提供重心测量仪及重心测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种重心测量仪及其测量方法，包括水平台、支座、处理单元、摇杆、支撑杆、微分头、载物盒、水平仪和一对夹紧螺母。支座固定于水平台上，处理单元固定于水平台上且包含压力传感器并具有数据处理功能，摇杆与支座转动连接，微分头设置于支撑杆端部且在压力传感器上方沿竖直方向移动，载物盒固定于摇杆上且承载待测物的，水平仪设置于支撑杆上的。本发明结构简单、易于操作，可以测量一些外形复杂或质量分布不均的物体的重心位置。，下面是重心测量仪及重心测量方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种重心测量仪，其特征在于，包括：
一水平台(1)，
一固定于水平台(1)上的支座(2)，
一固定于水平台(1)上且包含压力传感器并具有数据处理功能的处理单元(6)，一与支座(2)转动连接的摇杆(8)，
一对夹紧螺母(9)夹紧摇杆(8)，防止其晃动影响精度，
一固定于摇杆(8)上且承载待测物的载物盒(3)，
一固定于载物盒(3)上的支撑杆(7)，
一设置于支撑杆(7)上的水平仪(4)，及
一设置于支撑杆(7)端部且在压力传感器上方沿竖直方向移动的微分头(5)。
2.根据权利要求1所述的重心测量仪，其特征在于，所述水平仪(4)和微分头(5)，调节微分头(5)并观察水平仪(4)使摇杆(8)和载物盒(3)均水平。
3.根据权利要求1所述的重心测量仪，其特征在于，所述处理单元(6)还包括：
模式选择模块，用于选择测量待测物重力的模式一或选择获得待测物重心的模式二；
模数转换模块，用于将压力传感器601获得的参数转换为数字信号；
存储模块，用于存储压力传感器测量的数据和重心测量仪的尺寸；
置零模块，用于将摇杆(8)处于水平时微分头(5)端部施加于压力传感器的压力置为零；
运算模块，基于力矩平衡获取待测物的重心；
显示屏，用于显示压力传感器测量的数据和运算模块计算的数据。
4.根据权利要求3所述的重心测量仪，其特征在于，所述存储模块存储如下参数：
传感器测量的待测物重力G，
待测物置于载物盒(3)中调节杆(5)端部施加于传感器的压力Ni，
摇杆(8)的长度L，
摇杆(8)与支座(2)转动连接处至载物盒(3)靠近该转动连接处一边盒壁的垂直距离l0。
5.根据权利要求4所述的重心测量仪，其特征在于，运算模块包括：
乘法器，用于Ni和L相乘，
除法器，用于Ni和L的乘积与G相除，
减法器，用于Ni和L的乘积与G的商与l0做差。
6.采用上述权利要求所述的重心测量仪测量物体重心的方法，其特征在于，包括：
采用处理器(6)获得待测物的重力，
确定待测物的三个基准面和载物盒(3)的基准面，
设置摇杆(8)处于水平时调节杆(5)端部施加于压力传感器的压力为零，分别将待测物的三个基准面置于载物盒(3)的基准面上，基于力矩平衡获得待测物重心距三个基准面的垂直距离s1,s2,s3，
分别平行于待测物三个基准面且距离相应基准面满足s1,s2,s3的三个平面的交点为待测物的重心。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用力矩平衡获取重心至待测物每一基准面的距离，包括：
令摇杆(8)与支座(2)转动连接处为T，
获得T至待测物重心D所在垂直于基准面的平面的距离
获得待测物重心D距每一基准面的距离si＝li-l0；
所述i＝1,2,3分别为基准面的索引值，Ni为待测物不同基准面置于载物盒(3)上时调节杆(5)端部施加于压力传感器的压力，G为待测物采用处理器(6)获得的重力，L为摇杆(8)的长度，l0为T至载物盒(3)靠近T一端盒壁的垂直距离。

说明书全文

重心测量仪及重心测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及测量设备技术，特别是一种重心测量仪及重心测量方法。

背景技术

[0002] 重心，是在重力场中，物体处于任何方位时其所有质点的重力的合力都通过的那一点。因此，物体的重心是确定的，与物体的空间位置无关。无论在工程实际中，还是日常生活中，确定物体重心的位置都具有非常重要的意义。

[0003] 通常，规则而密度均匀的物体的重心即其几何中心，根据物体的尺寸和形状，能够易于获得物体的重心。但大部分物体会呈不规则的形状，尤其是在工程中，大多是一些外形复杂或质量分布不均的物体和设备，几何中心计算重心的方式不再适用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种重心测量仪及重心测量方法，该测量仪结构简单、易于操作，可以测量一些外形复杂或质量分布不均的物体的重心位置。

[0005] 一种重心测量仪，包括水平台、支座、处理单元、摇杆、支撑杆、载物盒、微分头、水平仪。支座固定于水平台上，处理单元固定于水平台上且包含压力传感器并具有数据处理功能，摇杆与支座转动连接，微分头设置于支撑杆端部且在压力传感器上方沿竖直方向移动，载物盒固定于摇杆上且承载待测物的，水平仪设置于支撑杆上的。

[0006] 采用上述的重心测量仪，处理单元还包括：模式选择模块、存储模块、置零模块、运算模块、模数转换模块、显示屏。模式选择模块用于选择测量待测物重力的模式一或选择获得待测物重心的模式二；模数转换模块，用于将压力传感器601获得的参数转换为数字信号；存储模块用于存储压力传感器测量的数据和重心测量仪的尺寸；置零模块用于将摇杆处于水平时调节杆端部施加于压力传感器的压力置为零；运算模块基于力矩平衡获取待测物的重心；显示屏用于显示压力传感器测量的数据和运算模块计算的数据。

[0007] 采用上述的重心测量仪进行测量重心的方法，包括以下步骤：

[0008] 采用处理器获得待测物的重力；

[0009] 确定待测物的三个基准面和载物盒的基准面；

[0010] 设置摇杆处于水平时调节杆端部施加于压力传感器的压力为零；

[0011] 分别将待测物的三个基准面置于载物盒的基准面上，基于力矩平衡获得待测物重心距三个基准面的垂直距离s1,s2,s3；

[0012] 分别平行于待测物三个基准面且距离相应基准面满足s1,s2,s3的三个平面的交点为待测物的重心。

[0013] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)测试装置各部分零部件结构简单，易于加工，移动、调节方便；(2)处理单元对测量数据基于力矩平衡原理进行计算，可以直接得到结果；(3)对形复杂或质量分布不均的物体均适用。

[0014] 下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

[0015] 图1为本发明整体结构示意图，其中图1(a)为主视图，图1(b)为俯视图。

[0016] 图2为本发明处理单元的局部示意图。

[0017] 图3为本发明处理单元原理框图。

具体实施方式

[0018] 结合图1(a)(b)，一种重心测量仪，包括水平台1、支座2、处理单元6、摇杆8、微分头5、支撑杆7、载物盒3、水平仪4。所述水平台1用于承载重心测量仪的其它部件，其放置方式与水平面平行；所述支座2固定于水平台1上；所述处理单元6固定于水平台1上且包含压力传感器601并具有数据处理功能，用于计算待测物重心位置；所述摇杆8尾端与支座2上端转动连接；所述微分头设置于轴10前端部且在压力传感器上方沿竖直方向移动，工作时，微分头5的端部抵压在压力传感器601上；所述载物盒3固定于轴10上且承载待测物的；所述水平仪4设置于摇杆8上，用于测量摇杆8是否处于水平状态。

[0019] 所述处理单元6还包括：模式选择模块、模数转换模块、存储模块、置零模块、运算模块、显示屏。模式选择模块用于选择测量待测物重力的模式一或选择获得待测物重心的模式二；模数转换模块，用于将压力传感器601获得的参数转换为数字信号；存储模块用于存储压力传感器601测量的数据和重心测量仪的尺寸；置零模块用于将摇杆8处于水平时调节杆5端部施加于压力传感器601的压力置为零；运算模块基于力矩平衡获取待测物的重心；显示屏用于显示压力传感器601测量的数据和运算模块计算的数据。

[0020] 所述存储模块存储如下参数：(1)压力传感器601测量的待测物重力G，(2)待测物置于载物盒3中调节杆5端部施加于压力传感器601的压力Ni，(3)摇杆8的长度L，(4)摇杆8与支座2转动连接处至载物盒3靠近该转动连接处一边盒壁的垂直距离l0。

[0021] 运算模块包括乘法器、除法器、减法器。乘法器，用于Ni和L相乘；除法器，用于Ni和L的乘积与G相除；减法器，用于Ni和L的乘积与G的商与l0做差。

[0022] 一种物体重心测量方法，包括以下步骤：

[0023] 步骤S101，选择处理单元6模式一，压力传感器601测得待测物的重力G，[0024] 步骤S102，取下待测物，将调节杆5安装于摇杆8的端部，并将调节杆5的端部抵于处理单元6的压力传感器601上，调节调节杆5上下移动直至水平仪4显示摇杆8处于水平状态，设置摇杆8此时调节杆5端部施加于压力传感器601的压力为零；

[0025] 步骤S103，确定待测物的三个基准面和载物盒3的基准面，最优方案是选取待测物三个基准面相互垂直；

[0026] 步骤S104，将待测物的基准面A置于载物盒3的基准面上，基于力矩平衡获得待测物重心距基准面A的垂直距离s1；

[0027] 步骤S105，将待测物取出，并将待测物的基准面B置于载物盒3的基准面上，于力矩平衡获得待测物重心距基准面B的垂直距离s2；

[0028] 步骤S106，将待测物取出，并将待测物的基准面C置于载物盒3的基准面上，于力矩平衡获得待测物重心距基准面C的垂直距离s3；

[0029] 步骤S107，计算待测物的重心，即分别平行于待测物三个基准面且距离相应基准面满足s1,s2,s3的三个平面的交点为待测物的重心。

[0030] 在步骤S104、S105、S106中，采用力矩平衡获取重心至待测物每一基准面的距离，包括：

[0031] 步骤S201，令摇杆8与支座2转动连接处为T，

[0032] 步骤S202，获得T至待测物重心D所在垂直于基准面的平面的距离

[0033] 步骤S203，获得待测物重心D距每一基准面的距离si＝li-l0；

[0034] 所述i＝1,2,3分别为基准面的索引值，Ni为待测物不同基准面置于载物盒3上时调节杆5端部施加于压力传感器的压力，G为待测物采用处理器6获得的重力，L为摇杆8的长度，l0为T至载物盒3靠近T一端盒壁的垂直距离。

[0035] 实施例一

[0036] 一种重心测量仪，包括水平台1、支座2、处理单元6、摇杆8、调节杆5、载物盒3、水平仪4。所述调节杆5为微分头。所述支座2的底部通过螺钉与水平台1固定连接，支座2上端设置U型槽。所述处理单元6的底部通过螺钉与水平台固定连接。所述摇杆8尾端沿水平方向设置一轴孔，转轴10穿过轴孔与支座2上端U型槽壁之间通过轴承转动连接，摇杆8于转轴10处附近设有外螺纹，通过两个螺母紧固摇杆8和转轴10。所述微分头与摇杆8前端固定连接。载物盒通过螺钉固定于摇杆8上。水平仪固定于摇杆8上。

[0037] 结合图2，处理单元6包括承载待测物和微分头的托盘，及设置显示屏和功能按键的功能区。所述压力传感器601位于托盘上。功能区的按键包括“存储键”、“模式键”、“置零键”、“开关键”。结合图3，处理单元6还包括模式选择模块、模数转化模块603、置零模块、运算模块605、显示屏606。所述模式选择模块和置零模块的功能集成于一单片机604中，此外该单片机还能完成控制存储模块602存储参数的功能，其中单片机应当包含4个输入端，分别响应于“存储键”、“模式键”、“置零键”、“开关键”按下时传送的电平信号，单片机604的输出端分别与存储模块602、运算模块605、显示屏606连接；当用户按下“开关键”时，单片机604开始工作；当用户按下“存储键”时，单片机604控制存储模块602存储数据；当用户按下“模式键”时，单片机控制存储模块602将数据发送至运算模块605或显示屏，及控制运算模块605开始运算；当用户按下“置零键”时，显示屏显示数字清零。

[0038] 所述存储模块存储如下参数：(1)压力传感器601测量的待测物重力G，(2)待测物置于载物盒3中调节杆5端部施加于压力传感器601的压力Ni，(3)摇杆8的长度L，(4)摇杆8与支座2转动连接处至载物盒3靠近该转动连接处一边盒壁的垂直距离l0。

[0039] 运算模块包括乘法器、除法器、减法器。乘法器，用于Ni和L相乘；除法器，用于Ni和L的乘积与G相除；减法器，用于Ni和L的乘积与G的商与l0做差。

[0040] 实施例二

[0041] 所述载物盒3为长方体，设置其盒体内靠近支柱2的侧壁为基准面。

[0042] 待测物以长方体为例，其密度不均匀，因此其重心并非位于几何中心处，设置待测物相互垂直的三个面为基准面。

[0043] 先测量待测物的重量，在调节摇杆8处于水平状态，然后将待测物第一基准面靠在载物盒3使得基准面上，测得第一组数据；然后将待测物取出旋转，将第二基准面靠在载物盒3使得基准面上，测得第二组数据；然后将待测物取出旋转，将第三基准面靠在载物盒3使得基准面上，测得第三组数据。

[0044] 将所有的数据基于力矩平衡原理计算得出s1,s2,s3，分别平行于待测物三个基准面且距离相应基准面满足s1,s2,s3的三个平面的交点为待测物的重心。

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