調距槳槳葉重心測量裝置和測量方法與流程

本發明涉及調距槳測量領域，特別是一種調距槳槳葉重心測量裝置和測量方法。

背景技術：

傳統的重心測量方法主要有：懸掛測重法、復擺測重法、配重平衡法和平面測定法等。其中，懸掛測量方法主要用來對厚度均勻的物體進行平面重心測量。復擺測量方法在物理上主要用來測量剛體的轉動慣量和重力加速度，適用于小體積剛體重心的粗略測量。配重平衡測量方法是在進行工件重心測定時，通過調整傳感器的安裝位置和配重質量，使工件達到平衡狀態，并根據力矩平衡關系，計算得到粗略的工件重心位置，但是對工件的形狀尺寸有一定要求。而目前的平面人工測定法僅能夠粗略地計算工件重心的平面位置，方法效率較低，精度較差。

以上重心測量方法，雖然具有原理簡單、操作簡便的特點，但在對大型復雜曲面工件的進行重心測量時，上述方法在管理操作、執行效率、誤差控制以及測量范圍等方面都有局限性。

現有技術中，調距槳槳葉重心測量臺多為單層結構，常規的測量方法為：用三個普通傳感器三點式固定于基座上，槳葉直接接觸到傳感器，用手動螺旋裝置調整槳葉狀態測量平衡。該方法存在以下問題：

1.槳葉為不規則形狀，調整工作周期長，調平難度大。

2.由于傳感器直接接觸到槳葉，在測量過程中槳葉容易撞擊稱重傳感器；槳葉為異形，工裝的支撐點易產生滑動等因素使測量結果受到影響，重復測量時數據變化比較大。

3.每片槳葉定位安裝、調整、稱重、拆卸要花費近幾個小時，耗時。

申請號為200920289621.0的中國專利，公開了一種船用調距槳槳葉重心測量儀，其結構為雙層結構，儀器底座上裝有四個液壓升降機構和三個稱重傳感器，測量架放置在四個液壓升降機構上，通過四個液壓升降機構上的四對球形接觸面自動定位，測量基座安裝在測量架上，通過定位裝置和螺釘將槳葉固定在測量基座上，再用螺釘將測量基座固定在測量架上。

上述專利的這種結構相對傳統的單層結構有了較大的改進，也只有在測量狀態下才會讓稱重傳感器受力，對其起到了保護作用。但是這種測量儀仍然存在如下不足：

1.四個液壓升降機構需同時工作，因而同步性難以保證，在上升和下降的過程中測量架可能會發生傾斜，不能保證稱重傳感器一開始就能同時受力，可能會對某一稱重傳感器造成過載，影響稱重傳感器使用壽命。

2.槳葉通過定位和螺釘安裝在測量基座上，安裝較麻煩。

3.可測量的槳葉種類單一，適用范圍小。

4.槳葉重心測量完需將槳葉和測量基座同時拆下，待槳葉放置好再將測量基座放回并固定在測量架上，來回裝拆費力耗時，工作效率低。

5.四個液壓缸頂部和測量架之間球面接觸，沒有導向機構，不能完全保證在升降過程中測量架沒有滑動。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種調距槳槳葉重心測量裝置，該調距槳槳葉重心測量裝置采用雙層結構，三個稱重傳感器能同時接觸測量臺，同時受力，對稱重傳感器的使用起到了保護作用；槳葉安裝方便，槳葉底盤安放在V型對心裝置上，能起到自動對心作用，還能適用多種不同規格的槳葉重心測量。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種調距槳槳葉重心測量裝置，包括機座、升降機構、稱重傳感器、測量臺、V型對心裝置、槳葉支撐組件和兩軸傾角傳感器。

測量臺通過升降機構設置在機座的正上方，測量臺的高度能夠升降。

稱重傳感器至少有三個，所有稱重傳感器均設置在位于測量臺正下方的機座上。

V型對心裝置固定設置在測量臺上，用于放置槳葉底盤。

槳葉支撐組件用于支撐槳葉葉片，槳葉支撐組件包括電磁吸盤、電動升降機構和槳葉接觸半球頭；槳葉接觸半球頭固定設置在電動升降機構的頂端，電動升降機構的底部滑動連接在測量臺上，電磁吸盤固定設置在與測量臺相接觸的電動升降機構底部。

兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上。

所述V型對心裝置的內側面設置有限位槽。

所述V型對心裝置的內側面固定有兩塊尼龍塊，兩塊尼龍塊之間的間隙形成所述限位槽。

還包括設置在機座和測量臺之間的若干個導向組件。

每個導向組件均包括從內至外依次同軸設置的導向軸、直線軸承和直線軸承安裝套筒；導向軸的底端固定在機座上，直線軸承內壁面與導向軸滑動連接，直線軸承外壁面或頂端與直線軸承套筒固定連接，直線軸承套筒頂端固定在測量臺下表面。

所述升降機構為螺旋升降機構，電動升降機構為電動缸。

本發明還提供一種調距槳槳葉重心測量方法，該調距槳槳葉重心測量方法能使三個稱重傳感器能同時接觸測量臺，同時受力，對稱重傳感器的使用起到了保護作用；槳葉安裝方便，槳葉底盤安放在V型對心裝置上，能起到自動對心作用，還能適用多種不同規格的槳葉重心測量。另外，兩次測量，通過去皮的方式得出槳葉重量，再利用力矩平衡公式計算出槳葉重心的位置，測量方便、計算誤差小。

一種調距槳槳葉的重心測量方法，包括如下步驟。

步驟1，測量臺坐標系建立：當槳葉水平放置時，在槳葉的正下方取三個呈三角形的重心測量點，每個重心測量點均設置一個稱重傳感器；其中一個重心測量點布置在槳葉底盤的正下方，另外兩個重心測量點布置在槳葉葉片的下方；以三個重心測量點為基礎建立XY面，且以位于槳葉底盤正下方的重心測量點為坐標原點O，沿槳葉葉片的延伸方向為X軸正方向，XY面內垂直于X軸向右為Y軸正方向。

步驟2，三個重心測量點位置輸入：位于三個重心測量點的三個稱重傳感器分別為第一稱重傳感器、第二稱重傳感器和第三稱重傳感器，則在步驟1建立的測量臺坐標系內，第一稱重傳感器的坐標值為(X₁，Y₁)，第二稱重傳感器的坐標值為(X₂，Y₂)，第三稱重傳感器的坐標值為(X₃，Y₃)。

步驟3，空載稱重：測量臺上不放置槳葉，測量臺高度下降，并與稱重傳感器緊密接觸；此時，稱重傳感器只測量測量臺及位于測量臺上的V型對心裝置以及槳葉支撐組件的重量，此時三個稱重傳感器測得的示數分別G₁、G₂、G₃，則槳葉重心測量裝置空載總重量為G＝G₁+G₂+G₃。

步驟4，槳葉調平：槳葉調平，包括如下步驟。

步驟41，槳葉初步調平：步驟1空載稱重完成后，測量臺高度上升；然后將槳葉底盤放置在V型對心裝置上，槳葉支撐組件滑移至槳葉葉片下方，通過控制電動升降機構的位置高低，使槳葉葉片處于初步水平狀態，完成槳葉初步調平。

步驟42，槳葉二次調平：將經過角度校正的兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上，通過再次控制電動升降機構的位置高低，使兩軸傾角傳感器檢測的角度值讀數在設定范圍內時，完成槳葉二次調平。

步驟5，槳葉稱重：槳葉調平完成后，測量臺高度再次下降，并與稱重傳感器緊密接觸；此時，三個稱重傳感器測得的示數分別為G₁’、G₂’、G₃’，則槳葉重心測量裝置和槳葉總重量為G’＝G₁’+G₂’+G₃’。

步驟6，槳葉重心位置計算：根據以下力矩平衡公式得出調距槳槳葉的重心位置(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為槳葉重心在測量臺坐標系中X軸上的坐標數值，Y為槳葉重心在測量臺坐標系中Y軸上的坐標數值。

所述步驟1中，測量臺坐標系建立時，在槳葉的正下方所取的三個重心測量點呈等腰三角形布置，其中，位于槳葉底盤正下方的重心測量點為等腰三角形的頂點。

三個稱重傳感器、兩軸傾角傳感器、電動升降機構以及控制測量臺高度升降的升降機構均與上位機相連接。

所述步驟42中，槳葉二次調平時，兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上后，兩軸傾角傳感器將所測得的角度值傳送給上位機，上位機經過計算后，得出電動升降機構所需要升降的高度值，并控制電動升降機構按照計算的高度值進行升降；然后兩軸傾角傳感器再次測量角度值，并控制電動升降機構升降，直至兩軸傾角傳感器檢測的角度值讀數在設定范圍內為止。

本發明采用上述結構和方法后，采用雙層結構，底座上面安裝有一個動力源—螺旋升降機構、四個導向組件和三個稱重組件，通過一個動力源帶動測量臺及其以上裝置的上下運動，通過四個導向組件不僅能始終保持測量臺上下平穩，不會發生傾斜，還有效的承擔了槳葉安裝時對測量臺產生的側向沖擊力；一個螺旋升降機構帶動測量臺上下運動，能保證三個稱重傳感器能同時接觸測量臺，同時受力，對稱重傳感器的使用起到了保護作用；槳葉安裝方便，槳葉底盤安放在V型對心裝置上，能起到自動對心作用，葉片再靠兩個位置可以移動的槳葉支撐組件和一個兩軸傾角傳感器將其調平，可以適用多種不同規格的槳葉測量。另外，兩次測量，通過去皮的方式得出槳葉重量，再利用力矩平衡公式計算出槳葉重心的位置，測量方便、計算誤差小。進一步，兩軸傾角傳感器可探測槳葉是否調平，調平簡單方便、快捷，可以不用人工參與，調平效率高、精度高。

附圖說明

圖1顯示了本發明調距槳槳葉重心測量裝置的立體結構示意圖。

圖2顯示了本發明調距槳槳葉重心測量裝置的主視圖。

圖3顯示了圖2中圓圈Ι區的結構放大視圖。

圖4顯示了本發明中V型對心裝置的結構示意圖。

圖5顯示了一種調距槳槳葉重心測量方法的流程圖。

其中有：1.機座；2.導向組件；2.1.導向軸；2.2.直線軸承；2.3.直線軸承套筒；3.螺旋升降機構；4.稱重組件；4.1.稱重傳感器安裝座；4.2.稱重傳感器；5.測量臺；6.V型對心裝置；6.1.V型焊接件；6.2.尼龍塊；7.槳葉支撐組件；7.1.電磁吸盤；7.2.電動缸底座；7.3.電動缸；7.4.槳葉接觸球頭；8.槳葉；9.兩軸傾角傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1和圖2所示，一種調距槳槳葉重心測量裝置，包括機座1、導向組件2、升降機構、稱重組件4、測量臺5、V型對心裝置6、槳葉支撐組件7、兩軸傾角傳感器9和上位機。

升降機構、稱重組件、兩軸傾角傳感器、電動升降機構以及升降機構均與上位機相連接。

測量臺通過升降機構設置在機座的正上方，測量臺的高度能夠升降。

升降機構優選為螺旋升降機構3，但也可以為電動千斤頂或電動螺旋升降機等。測量臺、升降機構和機座優選同軸設置。

上述升降機構的設置，能帶動測量臺上下運動，且為一個動力源控制測量臺的升降，因而能保證測量時，所有稱重傳感器4.2同時接觸，均勻受力，對稱重傳感器起到了保護作用。

稱重組件4至少有三個，本發明中優選設置為三個。三個稱重組件4優選呈三角形布置在位于測量臺正下方的機座上。其中一個稱重組件4布置在槳葉底盤的正下方，另外兩個稱重組件4布置在槳葉葉片的下方。

進一步，三個稱重組件4優選呈等腰三角形布置，其中，位于槳葉底盤正下方的稱重組件4為等腰三角形的頂點。

每個稱重組件4均包括稱重傳感器安裝座4.1和稱重傳感器4.2。

稱重傳感器安裝座4.1為啞鈴狀，兩端部均加工有普通螺紋孔，底端優選通過螺釘固定在機座1上，頂端安裝稱重傳感器4.2。通過稱重傳感器與測量臺接觸，可以測得槳葉8的重量。

導向組件2優選有四個，分別設置在機座和測量臺之間的四個邊角處。

如圖3所示，每個導向組件2均優選包括從內至外依次同軸設置的導向軸2.1、直線軸承2.2和直線軸承安裝套筒2.3。

導向軸2.1優選為一根法蘭軸，法蘭端面通過螺釘固定在機座1上，導向軸2.1外部套有直線軸承2.2；直線軸承安裝套筒2.3為一端面法蘭套筒，內部為階梯孔狀，階梯端面加工有四個普通螺紋孔，內孔安放直線軸承2.2，并通過螺釘將直線軸承2.2的法蘭面固定在直線軸承安裝套筒2.3的階梯端面上；直線軸承安裝套筒3.3的法蘭端面通過螺釘固定在測量臺上。導向組件2不僅起導向作用，能始終保持測量臺上下平穩，不會發生傾斜。同時還可以承受槳葉安裝時對測量臺產生的側向沖擊力，對稱重傳感器產生了保護作用。

V型對心裝置固定設置在測量臺上，用于放置槳葉底盤。

如圖4所示，V型對心裝置6包括V型焊接件6.1和尼龍塊6.2。

V型焊接件6.1主要有鋼板焊接而成近似V形狀，兩個V型面上加工有安裝基準面和普通螺紋孔，通過螺釘來安裝兩塊尼龍塊6.2，兩塊限位塊之間的間隙形成限位槽，用于對槳葉底盤進行限位。

V型焊接件6.1對槳葉底盤不僅起到支撐作用，還大致能起到自動對心功能，另一方面還能適應不同直徑的槳葉底盤，從而通用性強。

槳葉支撐組件用于支撐槳葉葉片，本發明中，槳葉支撐組件優選為兩個。

每個槳葉支撐組件均優選包括電磁吸盤7.1、電動升降機構和槳葉接觸半球頭7.4。槳葉接觸半球頭固定設置在電動升降機構的頂端，電動升降機構的底部滑動連接在測量臺上，電磁吸盤固定設置在與測量臺相接觸的電動升降機構底部。

電動升降機構主要包括電動缸7.3和電動缸底座7.2。電動缸底座7.2優選為一長方體，中心加工有一盲圓孔和幾個普通螺紋孔，盲孔內通過螺釘安裝電磁吸盤7.1；槳葉接觸半球頭7.4優選為銅質半球頭，端面加工有普通螺紋孔，安裝在電動缸7.3上部。兩組槳葉支撐組件7與V型對心裝置6協同工作，可將槳葉8調整到大致平衡狀態。

另外，上述電動升降機構均優選能在測量臺上進行滑移，從而能夠適應不夠類型的槳葉。槳葉支撐組件可以根據不同槳葉來調整支撐位置，在電磁吸盤斷電的時候，槳葉支撐組件可以移動，電磁吸盤通電，槳葉支撐組件吸附在測量臺上表面，不能移動。

兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上。兩軸傾角傳感器9為角度測量件，其體積相比槳葉8很小，將其安放在槳葉8表面，兩軸傾角傳感器9所安放的槳葉表面可近似為平面，通過兩軸傾角傳感器9可探測槳葉是否調平。

如圖5所示，一種調距槳槳葉的重心測量方法，包括如下步驟。

步驟1，測量臺坐標系建立：當槳葉水平放置時，在槳葉的正下方取三個呈三角形的重心測量點，每個重心測量點均設置一個稱重傳感器；其中一個重心測量點布置在槳葉底盤的正下方，另外兩個重心測量點布置在槳葉葉片的下方；以三個重心測量點為基礎建立XY面，且以位于槳葉底盤正下方的重心測量點為坐標原點O，沿槳葉葉片的延伸方向為X軸正方向，XY面內垂直于X軸向右為Y軸正方向。

步驟2，三個重心測量點位置輸入：位于三個重心測量點的三個稱重傳感器分別為第一稱重傳感器、第二稱重傳感器和第三稱重傳感器，則在步驟1建立的測量臺坐標系內，第一稱重傳感器的坐標值為(X₁，Y₁)，第二稱重傳感器的坐標值為(X₂，Y₂)，第三稱重傳感器的坐標值為(X₃，Y₃)。將上述三個稱重傳感器的位置坐標輸入到上位機內。

步驟3，空載稱重：測量臺上不放置槳葉，優選由上位機控制螺旋升降機構下降，帶動測量臺5及其以上的裝置沿著導向組件2下降，使測量臺與稱重傳感器相接觸；此時，螺旋升降機構3繼續下降并脫離測量臺5一小段距離后停止工作；此時記錄三個稱重傳感器4.2測得的示數G₁、G₂、G₃，則槳葉重心測量裝置空載總重量為G＝G₁+G₂+G₃。

示數記錄完畢后，上位機控制螺旋升降機構3上升，當測量臺5脫離三個稱重傳感器4.2后，螺旋升降機構3停止工作。

步驟4，槳葉調平：槳葉調平，包括如下步驟。

步驟41，槳葉初步調平：步驟1空載稱重完成后，測量臺高度上升。

此時，由螺旋升降機構3來支撐測量臺5，避免測量臺5與稱重傳感器4.2相接觸，減少稱重傳感器4.2壽命。

然后將槳葉底盤放置在V型對心裝置上，槳葉支撐組件滑移至槳葉葉片下方，通過控制電動升降機構的位置高低，使槳葉葉片處于初步水平狀態，完成槳葉初步調平。

步驟42，槳葉二次調平：將經過角度校正的兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上，通過再次控制電動升降機構的位置高低，使兩軸傾角傳感器檢測的角度值讀數在設定范圍內時，完成槳葉二次調平。

上述兩軸傾角傳感器放置在槳葉葉片上表面的平整表面上后，兩軸傾角傳感器將所測得的角度值傳送給上位機，上位機經過計算后，得出電動升降機構所需要升降的高度值，并控制電動升降機構按照計算的高度值進行升降；然后兩軸傾角傳感器再次測量角度值，并控制電動升降機構升降，直至兩軸傾角傳感器檢測的角度值讀數在設定范圍內為止。

步驟5，槳葉稱重：槳葉調平完成后，優選由上位機控制螺旋升降機構下降，進而使測量臺高度再次下降，并與稱重傳感器緊密接觸；此時，三個稱重傳感器測得的示數分別為G₁’、G₂’、G₃’，則槳葉重心測量裝置和槳葉總重量為G’＝G₁’+G₂’+G₃’。

步驟6，槳葉重心位置計算：根據以下力矩平衡公式得出調距槳槳葉的重心位置(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為槳葉重心在測量臺坐標系中X軸上的坐標數值，Y為槳葉重心在測量臺坐標系中Y軸上的坐標數值。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發明的保護范圍。