CN109342011B - 用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置及调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置及调整方法，包括：调节支撑架，其连接在天平校准装置的校准立支架上；X向调整架，其滑轨与调节支撑架的等直段连接；Y向调整架，其方孔与X向调整架的等直段连接；Mx向调整架，其圆柱形凸台与Y向调整架的圆孔配合连接；My向调整架，其等直段与Mx向调整架配合连接；十字光标器，其可拆卸连接在My向调整架的安装圆孔上，且可在My向调整架沿Mz向旋转，并通过螺栓固定在My向调整架上。本发明所述的天平姿态辅助调整装置能在天平姿态调整过程中给出准确的水平和竖直光束，便于天平姿态的调整，采用多自由度设计，可通过多方向的调整实现不同尺寸天平姿态的辅助调整。

Description

用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置及调整方法
技术领域
本发明属于航空航天试验技术领域，具体涉及一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置及调整方法，其能辅助天平姿态调整，实现测力天平在校准架上的准确安装。
背景技术
测力天平是风洞试验中重要的测力装置，为了准确地测量模型在风洞试验中的载荷，需要开展天平静态校准，获得准确的校准公式。在校准过程中，首先要天平姿态进行准确调整，确保校准过程中各分量的加载方向保持准确的笛卡尔坐标方向。
针对天平姿态调整问题，常采用目视法等简单的低精度方法，或激光标记等复杂的高精度方法，两种方法在装置复杂程度、成本和精度方面相矛盾，需要针对校准要求进行合理的选择。
为了能用简单低成本的装置，实现高精度的天平姿态调整，设计一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置是非常有意意义的。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，包括：
调节支撑架，其可拆卸连接在天平校准装置的校准立支架上；
X向调整架，其滑轨与调节支撑架的等直段连接，且可在调节支撑架上沿X向滑动，并通过螺栓固定在调整支撑架上；
Y向调整架，其方孔与X向调整架的等直段连接，且可在X向调整架上沿Y向滑动，并通过螺栓固定在X向调整架上；
Mx向调整架，其圆柱形凸台与Y向调整架的圆孔配合连接，且可在Y向调整架上沿Mz向旋转，并通过Y向调整架上的螺栓固定在Y向调整架上；
My向调整架，其等直段与Mx向调整架配合连接，且可在Mx向调整架上沿My向旋转，并通过Mx向调整架上的螺栓固定在Mx向调整架上；
十字光标器，其可拆卸连接在My向调整架的安装圆孔上，且可在My向调整架沿Mz向旋转，并通过螺栓固定在My向调整架上。
优选的是，所述天平姿态辅助调整装置的数量与天平校准装置的校准立支架的数量相同。
优选的是，所述天平姿态辅助调整装置可实现十字光标器在轴向X、法向Y、滚转力矩Mx、偏航My、仰俯力矩Mz 5个方向的调整。
优选的是，所述十字光标器的柱面上有凹槽，通过与My向调整架上的紧固螺栓连接，固定十字光标器在轴向方向的位置，且所述十字光标器能显示出两条相互垂直的光束，可用于标识天平的水平和竖直姿态。
优选的是，所述天平校准装置包括：
校准基座，其紧固连接在地面上；
六自由度调整台，其通过安装板螺栓连接在校准基座且与校准基座垂直；所述六自由度调整台可实现轴向X，法向Y，侧向Z，偏航My，俯仰力矩Mz，滚转力矩Mx六个方向的调整；
天平立支架，其包括垂直连接的竖直支架和水平连接板；所述竖直支架的顶部设置有圆孔；所述水平连接板螺栓连接在多自由度调整台的安装平面上；
一体式天平，其尾部等直段与天平立支架的竖直支架的圆孔配合，同时采用方键进行周向定位，并通过螺母Ⅰ拉紧固定在天平立支架上；
加载套，其内具有与一体式天平前端锥部相配合的锥形孔，其通过锥形孔与一体式天平前端锥部匹配连接，并通过螺母Ⅱ将一体式天平拉紧固定在加载套内；
三个校准立支架，其螺栓在校准基座上，且分别位于加载套的两侧和一体式天平的轴向方向；
滑轮，其通过带有轻质轴承的滑轮连接杆固定在校准立支架的支撑板上；
轴向/侧向/偏航加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，加载线置于滑轮的走线槽内，且一端连接在加载套上，另一端连接轴向/侧向/偏航加载托盘，可实现轴向力、侧向力和偏航力矩的加载；
法向/俯仰/滚转加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，可实现法向力、俯仰力矩和滚转力矩的加载。
优选的是，所述一体式天平将天平测量元件与支杆一体化设计，包括：前端螺纹段、前端锥部、轴向测量元件、法向/俯仰/侧向/偏航/滚转五分量测量元件、支杆段、尾部等直段。
优选的是，所述天平立支架的圆孔处有四个方键键槽，所述一体化天平可在周向四个位置，即0°，90°，180°和270°定位。
优选的是，所述滑轮连接杆与校准立支架的支撑板采用螺纹连接，通过螺纹调节实现滑轮在水平方向的微调。
优选的是，三个所述校准立支架的顶部的支撑板内均设置有两个滑轮。
本发明还提供一种采用上述的天平校准架用的天平姿态辅助调整装置进行天平姿态调整的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过可拆卸连接将天平姿态辅助调整装置固定在天平校准装置的校准立支架上；根据校准立支架的数量确定姿态辅助调整装置的数量；
步骤二、接通十字光标器的电源后，在竖直墙壁上显示出两条相互垂直的光束，在墙上放置铅锤，通过旋转十字光标器，确保十字光标器显示的相互垂直的光束中有一条光束与铅垂线重合，则十字光标器调整完毕，并将My向调整架上固定十字光标器的螺栓拧紧；调节天平姿态辅助调整装置的X向调整架、Y向调整架、Mx向调整架和My向调整架，使十字光标器的水平光线与天平校准装置的滑轮上沿相平，竖直光线与天平校准装置的滑轮的走线槽重合；按照此方法调整剩余的天平姿态辅助调整装置的十字光标器姿态；
步骤三、在天平校准装置的六自由度调整台的安装平面上放置倾角仪，调节六自由度调整台的Mx和Mz向运动机构，使该安装平面水平；
步骤四、在安装平面上安装天平立支架、一体式天平和加载套，并连接固定；
步骤五、调节六自由度调整台的Y向运动机构，使加载套的加载平面与十字光标器打出的水平光线重合；
步骤六、调节六自由度调整台的Z向和My向运动机构，使加载套的轴向加载线槽与十字光标器打出的竖直光线重合；
步骤七、调节六自由度调整台的X向运动机构，使加载套的侧向加载线槽与十字光标器打出的竖直光线重合；即实现了一体式天平姿态的调整。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明所述的天平姿态辅助调整装置能在天平姿态调整过程中给出准确的水平和竖直光束，便于天平姿态的调整。(2)采用多自由度设计，可通过多方向的调整实现不同尺寸天平姿态的辅助调整。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明天平辅助姿态调整装置的结构示意图；
图2为本发明十字光标器的校准示意图；
图3为本发明天平辅助姿态调整装置在校准立支架的安装示意图；
图4为本发明天平姿态辅助调整装置和天平校准装置的整体结构示意图；
图5为本发明十字光标器与My向调整架剖面图；
图6为本发明加载套的结构示意图；
图7为本发明一体式天平的结构示意图；
图8为本发明天平立支架的结构示意图；
图9为本发明加载套的截面结构示意图；
图10为本发明天平立支架、一体式天平和加载套的连接结构示意图；
图11为本发明加载托盘示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1～11示出了本发明的一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置2，包括：
调节支撑架201，其螺栓连接在天平校准装置的校准立支架1上；
X向调整架202，其滑轨与调节支撑架201的等直段连接(即调节支撑架的等直段***X向调整架的滑轨(孔结构)内，然后通过螺栓进行固定)，且可在调节支撑架201上沿X向滑动，并通过螺栓206固定在调整支撑架上；
Y向调整架203，其方孔与X向调整架202的等直段连接(即X向调整架202的等直段***Y向调整架的方孔内，然后通过螺栓进行固定)，且可在X向调整架202上沿Y向滑动，并通过螺栓207固定在X向调整架上；
Mx向调整架204，其圆柱形凸台与Y向调整架203的圆孔配合连接(即圆柱形凸台***Y向调整架的圆孔内，然后通过螺栓进行固定)，且可在Y向调整架203上沿Mz向旋转，并通过Y向调整架203上的螺栓208固定在Y向调整架上；
My向调整架205，其等直段与Mx向调整架204配合连接(即My向调整架的等直段***Mx向调整架的圆孔内，然后通过螺栓进行固定)，且可在Mx向调整架204上沿My向旋转，并通过Mx向调整架204上的螺栓209固定在Mx向调整架204上；
十字光标器3，其可拆卸连接在My向调整架205的安装圆孔上(即十字光标器***Mx向调整架的My向调整架的安装圆孔内，然后通过螺栓进行固定)，且可在My向调整架205沿Mz向旋转，并通过螺栓210固定在My向调整架上。
在上述技术方案中，所述天平姿态辅助调整装置的数量与天平校准装置的校准立支架1的数量相同。
在上述技术方案中，所述天平姿态辅助调整装置可实现十字光标器在轴向X、法向Y、滚转力矩Mx、偏航My、仰俯力矩Mz 5个方向的调整。
在上述技术方案中，所述十字光标器3的柱面31上有凹槽32，通过与My向调整架上的紧固螺栓210连接，固定十字光标器3在轴向方向的位置，且所述十字光标器能显示出两条相互垂直的光束，可用于标识天平的水平和竖直姿态。
在上述技术方案中，所述天平校准装置包括：
校准基座111，其紧固连接在地面上；
六自由度调整台10，其通过安装板螺栓连接在校准基座111且与校准基座垂直；所述六自由度调整台10可实现轴向X，法向Y，侧向Z，偏航My，俯仰力矩Mz，滚转力矩Mx六个方向的调整；
天平立支架8，其包括垂直连接的竖直支架81和水平连接板82；所述竖直支架81的顶部设置有圆孔811；所述水平连接板82螺栓连接在多自由度调整台10的安装平面9上；
一体式天平6，其尾部等直段68与天平立支架8的竖直支架81的圆孔811配合，同时采用方键67进行周向定位，并通过螺母Ⅰ83拉紧固定在天平立支架8上；
加载套7，其内具有与一体式天平前端锥部62相配合的锥形孔76，其通过锥形孔76与一体式天平前端锥部62匹配连接，并通过螺母Ⅱ84将一体式天平拉紧固定在加载套7内；
三个校准立支架1，其螺栓在校准基座111上，且分别位于加载套7的两侧和一体式天平6的轴向方向；
滑轮4，其通过带有轻质轴承的滑轮连接42杆固定在校准立支架1的支撑板11上；
轴向/侧向/偏航加载托盘501～506，其通过加载线51连接在加载套7的走线槽72和73上上，加载线51置于滑轮4的走线槽内，且一端连接在加载套7上，另一端连接轴向/侧向/偏航加载托盘501～506，可实现轴向力、侧向力和偏航力矩的加载；
法向/俯仰/滚转加载托盘507～510，其通过加载线51连接在加载套7上的走线槽75和74上，可实现法向力、俯仰力矩和滚转力矩的加载。
在上述技术方案中，所述一体式天平6将天平测量元件与支杆一体化设计，包括：前端螺纹段61、前端锥部62、轴向测量元件64、法向/俯仰/侧向/偏航/滚转五分量测量元件63和65、支杆段66、尾部等直段38。
在上述技术方案中，所述天平立支架8的圆孔811处有四个方键键槽812，所述一体化天平可在周向四个位置，即0°，90°，180°和270°定位。
在上述技术方案中，所述滑轮连接杆42与校准立支架1的支撑板11采用螺纹连接，通过螺纹调节实现滑轮在水平方向的微调。
在上述技术方案中，三个所述校准立支架1的顶部的支撑板11内均设置有两个滑轮，可同时施加力和力矩，且滑轮间距离可调整。
一种采用上述的天平校准架用的天平姿态辅助调整装置进行天平姿态调整的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过可拆卸连接将天平姿态辅助调整装置2固定在天平校准装置的校准立支架1上；根据校准立支架的数量确定姿态辅助调整装置的数量，在本技术方案中，选择3个校准立支架；
步骤二、接通十字光标器3的电源后，在竖直墙壁上显示出两条相互垂直的光束，在墙上放置铅锤35，通过旋转十字光标器3，确保十字光标器3显示的相互垂直的光束中有一条光束与铅垂线重合，则十字光标器3调整完毕，并将My向调整架205上固定十字光标器3的螺栓210拧紧；调节天平姿态辅助调整装置的X向调整架202、Y向调整架203、Mx向调整架204和My向调整架205，使十字光标器3的水平光线与天平校准装置的滑轮4上沿相平，竖直光线34与天平校准装置的滑轮4的走线槽重合；按照此方法调整剩余的天平姿态辅助调整装置的十字光标器姿态；
步骤三、在天平校准装置的六自由度调整台10的安装平面9上放置倾角仪，调节六自由度调台10的Mx和Mz向运动机构，使该安装平面水平；
步骤四、在安装平面9上安装天平立支架8、一体式天平6和加载套7，并连接固定；
步骤五、调节六自由度调整台10的Y向运动机构，使加载套7的加载水平标记线71与十字光标器3显示的水平光线33重合；
步骤六、调节六自由度调整台10的Z向和My向运动机构，使加载套7的轴向加载线槽72与十字光标器3打出的竖直光线34重合；
步骤七、调节六自由度调整台10的X向运动机构，使加载套7的侧向加载线槽73与十字光标器3打出的竖直光线34重合；即实现了一体式天平姿态的调整。
在上述技术方案中，将一体式天平的姿态调整完成后，根据加载要求选择单分量加载、两分量加载或综合加载；
单分量加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘501～506或法向/俯仰/滚转加载托盘507～510中单个托盘或两个托盘中加载和卸载砝码，实现单分量加载；两分量加载或综合加载时，分别在轴向/侧向/偏航加载托盘501～506或法向/俯仰/滚转加载托盘507～510中的多个托盘加载和卸载特定载荷，实现两分量和综合加载；
将一体化天平6绕天平立支架8的安装圆孔811旋转180°，按照上述加载过程重新加载和卸载；
根据上述加载的天平输出结果，计算天平的校准公式。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，包括：
调节支撑架，其可拆卸连接在天平校准装置的校准立支架上；
X向调整架，其滑轨与调节支撑架的等直段连接，且可在调节支撑架上沿X向滑动，并通过螺栓固定在调整支撑架上；
Y向调整架，其方孔与X向调整架的等直段连接，且可在X向调整架上沿Y向滑动，并通过螺栓固定在X向调整架上；
Mx向调整架，其圆柱形凸台与Y向调整架的圆孔配合连接，且可在Y向调整架上沿Mz向旋转，并通过Y向调整架上的螺栓固定在Y向调整架上；
My向调整架，其等直段与Mx向调整架配合连接，且可在Mx向调整架上沿My向旋转，并通过Mx向调整架上的螺栓固定在Mx向调整架上；
十字光标器，其可拆卸连接在My向调整架的安装圆孔上，且可在My向调整架沿Mz向旋转，并通过螺栓固定在My向调整架上；
所述天平校准装置包括：
校准基座，其紧固连接在地面上；
六自由度调整台，其通过安装板螺栓连接在校准基座且与校准基座垂直；所述六自由度调整台可实现轴向X，法向Y，侧向Z，偏航My，俯仰力矩Mz，滚转力矩Mx六个方向的调整；
天平立支架，其包括垂直连接的竖直支架和水平连接板；所述竖直支架的顶部设置有圆孔；所述水平连接板螺栓连接在多自由度调整台的安装平面上；
一体式天平，其尾部等直段与天平立支架的竖直支架的圆孔配合，同时采用方键进行周向定位，并通过螺母Ⅰ拉紧固定在天平立支架上；
加载套，其内具有与一体式天平前端锥部相配合的锥形孔，其通过锥形孔与一体式天平前端锥部匹配连接，并通过螺母Ⅱ将一体式天平拉紧固定在加载套内；
三个校准立支架，其螺栓在校准基座上，且分别位于加载套的两侧和一体式天平的轴向方向；
滑轮，其通过带有轻质轴承的滑轮连接杆固定在校准立支架的支撑板上；
轴向/侧向/偏航加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，加载线置于滑轮的走线槽内，且一端连接在加载套上，另一端连接轴向/侧向/偏航加载托盘，可实现轴向力、侧向力和偏航力矩的加载；
法向/俯仰/滚转加载托盘，其通过加载线连接在加载套上，可实现法向力、俯仰力矩和滚转力矩的加载；
所述一体式天平将天平测量元件与支杆一体化设计，包括：前端螺纹段、前端锥部、轴向测量元件、法向/俯仰/侧向/偏航/滚转五分量测量元件、支杆段、尾部等直段；
所述天平立支架的圆孔处有四个方键键槽，所述一体化天平可在周向四个位置，即0°，90°，180°和270°定位。
2.如权利要求1所述的用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，所述天平姿态辅助调整装置的数量与天平校准装置的校准立支架的数量相同。
3.如权利要求1所述的用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，所述天平姿态辅助调整装置可实现十字光标器在轴向X、法向Y、滚转力矩Mx、偏航My、仰俯力矩Mz 5个方向的调整。
4.如权利要求1所述的用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，所述十字光标器的柱面上有凹槽，通过与My向调整架上的紧固螺栓连接，固定十字光标器在轴向方向的位置，且所述十字光标器能显示出两条相互垂直的光束，可用于标识天平的水平和竖直姿态。
5.如权利要求1所述的用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，所述滑轮连接杆与校准立支架的支撑板采用螺纹连接，通过螺纹调节实现滑轮在水平方向的微调。
6.如权利要求1所述的用于天平校准装置的天平姿态辅助调整装置，其特征在于，三个所述校准立支架的顶部的支撑板内均设置有两个滑轮。
7.一种采用如权利要求1、5~6任一项所述的天平校准装置用的天平姿态辅助调整装置进行天平姿态调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过可拆卸连接将天平姿态辅助调整装置固定在天平校准装置的校准立支架上；根据校准立支架的数量确定姿态辅助调整装置的数量；
步骤二、接通十字光标器的电源后，在竖直墙壁上显示出两条相互垂直的光束，在墙上放置铅锤，通过旋转十字光标器，确保十字光标器显示的相互垂直的光束中有一条光束与铅垂线重合，则十字光标器调整完毕，并将My向调整架上固定十字光标器的螺栓拧紧；调节天平姿态辅助调整装置的X向调整架、Y向调整架、Mx向调整架和My向调整架，使十字光标器的水平光线与天平校准装置的滑轮上沿相平，竖直光线与天平校准装置的滑轮的走线槽重合；按照此方法调整剩余的天平姿态辅助调整装置的十字光标器姿态；
步骤三、在天平校准装置的六自由度调整台的安装平面上放置倾角仪，调节六自由度调整台的Mx和Mz向运动机构，使该安装平面水平；
步骤四、在安装平面上安装天平立支架、一体式天平和加载套，并连接固定；
步骤五、调节六自由度调整台的Y向运动机构，使加载套的加载平面与十字光标器打出的水平光线重合；
步骤六、调节六自由度调整台的Z向和My向运动机构，使加载套的轴向加载线槽与十字光标器打出的竖直光线重合；
步骤七、调节六自由度调整台的X向运动机构，使加载套的侧向加载线槽与十字光标器打出的竖直光线重合；即实现了一体式天平姿态的调整。
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