多自由度天平校準(zhǔn)裝置以及天平校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天平校準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多自由度天平校準(zhǔn)裝置以及天平校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空飛行器的研制過(guò)程中，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究飛行器氣動(dòng)特性的常用方法之一。飛行器設(shè)計(jì)要求的提高對(duì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度提出了更高的要求。天平作為風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中主要的測(cè)量部件，對(duì)其精度的要求越來(lái)越高。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)前對(duì)測(cè)量天平進(jìn)行校準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)成功的必要步驟。
[0003]專利號(hào)CN203587316U，公開(kāi)日2014年5月7日，實(shí)用新型專利名稱為一種具有六自由度調(diào)整的天平校準(zhǔn)臺(tái)，該申請(qǐng)公開(kāi)了一種具有六自由度調(diào)整的天平校準(zhǔn)臺(tái)，該校準(zhǔn)臺(tái)采用激光位移計(jì)測(cè)量線位移和角位移，通過(guò)調(diào)整六聯(lián)桿機(jī)構(gòu)中的電動(dòng)缸的不同伸縮量使加載頭回到初始位置。該實(shí)用新型適合進(jìn)行大載荷天平的校準(zhǔn)工作。然而，其不足之處是，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，不適合進(jìn)行小量程天平的校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種多自由度天平校準(zhǔn)裝置以及天平校準(zhǔn)方法，可有效解決上述問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供一種多自由度天平校準(zhǔn)裝置，包括:底座(1)、撐桿(2)、連接件(3)、校準(zhǔn)力臂⑷和力引導(dǎo)裝置(5);
[0007]其中，所述連接件(3)包括第1連接件(3A)和第2連接件(3B);所述校準(zhǔn)力臂(4)包括X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)和Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B);所述力引導(dǎo)裝置(5)包括8個(gè)力引導(dǎo)裝置，分別為第1力引導(dǎo)裝置(5A)、第2力引導(dǎo)裝置(5B)、第3力引導(dǎo)裝置(5C)、第4力引導(dǎo)裝置(?)、第5力引導(dǎo)裝置(5E)、第6力引導(dǎo)裝置(5F)、第7力引導(dǎo)裝置(5G)和第8力引導(dǎo)裝置(5H);
[0008]所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)和所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)通過(guò)槽定位實(shí)現(xiàn)“十”字形對(duì)稱連接；在所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)和所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)的交叉位置底端按自上而下順序，依次同軸垂直固定安裝所述第2連接件(3B)、被校準(zhǔn)天平、所述第1連接件(3A)和所述撐桿(2)，并且，所述撐桿(2)的底端固定安裝到所述底座(1);
[0009]所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)的左右兩端面中心位置分別開(kāi)有沿X向水平設(shè)置的第1螺紋孔和第2螺紋孔；所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)的前端面開(kāi)有沿Y向水平設(shè)置且左右對(duì)稱的第3螺紋孔和第4螺紋孔；所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)的底端面開(kāi)有垂直向且左右對(duì)稱的第5螺紋孔和第6螺紋孔；
[0010]所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)的左右兩端面中心位置分別開(kāi)有沿Y向水平設(shè)置的第7螺紋孔和第8螺紋孔；所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)的底端面開(kāi)有垂直向且左右對(duì)稱的第9螺紋孔和第10螺紋孔；所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)的頂端面中心開(kāi)有垂直向的第11螺紋孔；
[0011]另外，所述第1螺紋孔、所述第2螺紋孔、所述第3螺紋孔、所述第4螺紋孔、所述第5螺紋孔、所述第6螺紋孔、所述第7螺紋孔、所述第8螺紋孔、所述第9螺紋孔、所述第10螺紋孔和所述第11螺紋孔中分別安裝有帶通孔的第1螺栓、第2螺栓(4.2)、第3螺栓(4.3)、第4螺栓(4.4)、第5螺栓(4.5)、第6螺栓(4.6)、第7螺栓(4.7)、第8螺栓、第9螺栓(4.9)、第10螺栓(4.10)和第11螺栓(4.11);各個(gè)螺栓的通孔分別穿過(guò)一條與螺栓栓接的細(xì)線；
[0012]所述第1力引導(dǎo)裝置(5A)、所述第2力引導(dǎo)裝置(5B)、所述第3力引導(dǎo)裝置(5C)、所述第4力引導(dǎo)裝置05D)、所述第5力引導(dǎo)裝置(5E)、所述第6力引導(dǎo)裝置(5F)、所述第7力引導(dǎo)裝置(5G)和所述第8力引導(dǎo)裝置(5H)均包括固定安裝于底座(1)的滑輪支架(7)以及豎直設(shè)置于所述滑輪支架(7)的滑輪(8);并且，所述第1力引導(dǎo)裝置(5A)、所述第2力引導(dǎo)裝置(5B)、所述第3力引導(dǎo)裝置(5C)、所述第4力引導(dǎo)裝置05D)、所述第5力引導(dǎo)裝置(5E)、所述第6力引導(dǎo)裝置(5F)分別設(shè)置于所述第1螺栓、所述第2螺栓(4.2)、所述第3螺栓(4.3)、所述第4螺栓(4.4)、所述第7螺栓(4.7)和所述第8螺栓的外側(cè)，并且，力引導(dǎo)裝置中滑輪的上沿切線與對(duì)應(yīng)螺栓的軸線重合，從螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)對(duì)應(yīng)滑輪后，在細(xì)線的末端掛載砝碼，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)力臂施加水平方向的拉力；
[0013]所述第7力引導(dǎo)裝置(5G)的滑輪設(shè)置于所述第11螺栓(4.11)的上方，所述第7力引導(dǎo)裝置(5G)的滑輪的豎直方向切線與第11螺栓(4.11)中心孔的軸線重合；所述第8力引導(dǎo)裝置(5H)固定于所述底座(1)，并且，所述第8力引導(dǎo)裝置(5H)的滑輪與所述第7力引導(dǎo)裝置(5G)的滑輪的上沿切線共線；從第11螺栓(4.11)通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第7力引導(dǎo)裝置(5G)的滑輪后，再繼續(xù)繞過(guò)第8力引導(dǎo)裝置(5H)的滑輪，最后，在細(xì)線的末端掛載砝碼，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)力臂施加垂直方向的拉力。
[0014]優(yōu)選的，所述被校準(zhǔn)天平的上端面開(kāi)設(shè)有呈正三角形分布的三個(gè)螺紋孔，在該三個(gè)螺紋孔中，標(biāo)注出X軸向的指定螺紋孔；所述被校準(zhǔn)天平的下端面開(kāi)設(shè)有呈正三角形分布的三個(gè)螺紋孔；
[0015]根據(jù)被校準(zhǔn)天平的螺紋孔設(shè)計(jì)所述第2連接件(3B)、所述第1連接件(3A)和所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)的螺紋孔布置方式，進(jìn)而保證所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)與被校準(zhǔn)天平的X軸向重合。
[0016]優(yōu)選的，所述第1連接件(3A)為圓柱形構(gòu)件，并且沿軸線開(kāi)有四個(gè)相互平行的通孔，其中一個(gè)通過(guò)位于圓心，用于與所述撐桿(2)的頂端通過(guò)螺栓連接；另外三個(gè)通孔呈正三角形分布，與被校準(zhǔn)天平下端面設(shè)置的三個(gè)螺紋孔的布置方式相同，用于與被校準(zhǔn)天平下端面通過(guò)螺栓連接；
[0017]所述第2連接件(3B)為圓柱形構(gòu)件，并且沿軸線開(kāi)有六個(gè)相互平行的通孔，且沿周向均勻分布，其中三個(gè)相互間隔的通孔與被校準(zhǔn)天平上端面設(shè)置的三個(gè)螺紋孔的布置方式相同，用于與被校準(zhǔn)天平上端面通過(guò)螺栓連接；其它三個(gè)相互間隔的通孔用于與X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)通過(guò)螺栓連接。
[0018]優(yōu)選的，所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)和所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)均在中間部位開(kāi)槽，并且，所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)開(kāi)設(shè)有上凹槽，所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)開(kāi)設(shè)有下凹槽；所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)的下凹槽扣合到所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)的上凹槽中。
[0019]優(yōu)選的，所述X軸向校準(zhǔn)力臂(4A)和所述Y軸向校準(zhǔn)力臂(4B)均為等尺寸的直四棱柱形；所述上凹槽和所述下凹槽的深度為校準(zhǔn)力臂高度的二分之一。
[0020]本發(fā)明還提供一種多自由度天平的校準(zhǔn)方法，包括以下步驟:
[0021]被校準(zhǔn)天平為六分量天平，通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)對(duì)天平X軸向力的校準(zhǔn):
[0022]從第2螺栓(4.2)的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第2力引導(dǎo)裝置(5B)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平X軸向施加不同大小的X正方向力，此時(shí)，每次所掛載砝碼的重量為已知真實(shí)值，而每次掛載砝碼后天平均輸出對(duì)應(yīng)的測(cè)量值，記錄一系列已知真實(shí)值和測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到已知真實(shí)值和測(cè)量值的函數(shù)關(guān)系；后續(xù)過(guò)程中，當(dāng)采用天平進(jìn)行X正方向力的測(cè)量時(shí)，每次得到的測(cè)量值采用函數(shù)關(guān)系進(jìn)行修正，得到真實(shí)值；
[0023]從第1螺栓的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第1力引導(dǎo)裝置(5A)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平X軸向施加不同大小的X負(fù)方向力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)天平X軸向負(fù)方向力的校準(zhǔn)；
[0024]同理，從第4螺栓(4.4)的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第4力引導(dǎo)裝置(5D)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞Z軸負(fù)向力矩的校準(zhǔn)；
[0025]從第3螺栓(4.3)的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第3力引導(dǎo)裝置(5C)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞Z軸正向力矩的校準(zhǔn)；
[0026]同理，從第5螺栓(4.5)的螺栓通孔引出的細(xì)線末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞Y軸負(fù)向力矩的校準(zhǔn)；
[0027]從第6螺栓(4.6)的螺栓通孔引出的細(xì)線末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞Y軸正向力矩的校準(zhǔn)；
[0028]同理，從第7螺栓(4.7)的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第5力引導(dǎo)裝置(5E)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平Y(jié)軸負(fù)向力的校準(zhǔn)；
[0029]從第8螺栓的螺栓通孔引出的細(xì)線繞過(guò)第6力引導(dǎo)裝置(5F)的滑輪后，在細(xì)線的末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平Y(jié)軸正向力的校準(zhǔn)；
[0030]同理，從第9螺栓(4.9)的螺栓通孔引出的細(xì)線末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞X軸正向力矩的校準(zhǔn)；
[0031]從第10螺栓(4.10)的螺栓通孔引出的細(xì)線末端掛載不同數(shù)量的砝碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)天平繞X軸負(fù)向力矩的校準(zhǔn)；
[0032]同理，同時(shí)從第9螺栓(4.9)和第10螺栓(4.10)的螺栓通孔引出兩條細(xì)線，并且，兩條細(xì)線的末端同時(shí)施加相等重量的砝碼，進(jìn)而同時(shí)施加相等的向下拉力，實(shí)現(xiàn)對(duì)