CN105247334B - 用于确定物体的惯性特征的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定物体的惯性特征的装置，所述装置包括支撑件和测量平台，所述支撑件和测量平台以这样的方式相对于彼此布置，从而可以有两个到五个自由度的运动接头布置。

Description

用于确定物体的惯性特征的装置和方法

技术领域

本发明的主题是用于确定物体的惯性特征的装置以及用于确定物体的惯性特征的方法。

背景技术

用于确定具有空间质量分布(相对于点质量)的物体的惯性特征的惯性测量例如用于模拟或预测物体的动态特性，该物体如汽车。通过确定惯性特征，即，质量、重心以及惯性张量的多个矩(惯性矩和/或偏差矩)，而提供例如关于汽车的动态处理的信息。用于确定惯性特征的多个工业应用已知在现有技术中。

例如在已知技术中已知的一种装置为雷松尼克有限公司(Resonic GmbH)的装置“Resonic 100”或“Resonic 350”。该装置包括承载件以及测量平台和多个弹簧元件，所述多个弹簧元件布置在测量平台和承载件之间。待测量的物体被放置在测量平台上并且测量平台通过随机敲打而偏转[出]，从而测量平台随后自由地振荡。放置在测量平台上的物体的惯性特征可以随后通过测量自由振荡的频谱来确定。测量平台以下被理解为用于待测量物体的刚性接收件。

用于确定惯性特征的另一装置从US 2012/0324991已知。该装置包括承载件、测量平台和球形接头，该球形接头布置在测量平台和承载件之间。测量平台之后(通过致动件)主动地移动并且由此作用的力经由力传感器确定。待测量的物体的惯性特征之后可以从力测量和平台的移动测量来确定。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定惯性特征的装置，该装置提供针对从现有技术已经已知的装置的替选和/或改进。该目的通过本发明的装置并且通过另外的本发明的方法来实现。

本发明的第一方面包括一种装置，所述装置具有承载件、具有用于布置物体的测量平台、以及多个布置在所述测量平台和所述承载件之间的复位元件。所述测量平台可以相对于所述承载件在达到五个自由度(但是非在六个自由度)上运动，并且轴承布置和/或接头布置以这样的方式布置在所述承载件和所述测量平台之间，从而这允许所述测量平台相对于所述承载件在至少两个自由度上运动，优选地在至少三个自由度上运动。

所述轴承布置和/或接头布置允许测量平台相对于承载件在两个到五个自由度之间运动。复位元件以这样的方式布置在承载件和测量平台之间，从而测量平台可以围绕平衡位置自由振荡。由此，复位元件因此被理解为被动复位元件，并且非将主动运动传输到测量平台上的致动器。根据本应用的装置例如一旦已经偏转就自由振荡。对自由振荡的频率范围的测量提供了关于惯性特征的信息。永久的、被迫的振荡是不必要的。当测量物体时，通过n个自由度，n个振荡的自然频率和振幅优选地在至少n个测量点处探测到。

轴承布置和/或接头布置(以下称为轴承布置)适于容纳物体的静载荷，物体布置在测量平台上并且待测量。测量平台的位置和方向独立于待测量的物体，这是因为物体的布置恰好在轴承布置的上方。允许自由振荡的复位元件的刚度效果和惯性效果因此大体上对于每一待测量的物体是相同的。而且，物体的静载荷，也就是说重量，承载在轴承布置和/或接头布置上，并非在复位元件上，该情况例如是迄今现存的雷松尼克有限公司的装置。由于待测量的物体的载荷今后由轴承布置和/或接头布置承载，所以复位元件可以被选择成无限软或无限硬，从而例如可以测量高弹性测试物体(例如，卫星)，这是因为自由振荡的自然频率可以被设定成几乎无限低。

装置的校准，也就是说，复位元件的总刚度矩阵与复位元件和测量平台的组合质量矩阵的评价，而且可以例如通过一次性校准测量。测量平台的悬挂件的数学模型不取决于待测量的物体，因为校准可以独立于测试物体执行，并且假设物体的载荷位于轴承布置的上方，则测量平台的取向或位置独立于待测量的物体。这与早期的装置相反，通过该早期的装置，校准不可能独立于待测量的物体而执行，而是必须从单个的弹簧的特征而计算出。由此，建模仅针对某种弹簧是可行的或实际的。因此，例如不再需要将拉簧专门应用于本装置，但是可以同样地借助于其它被动的复位元件。

与将拉簧应用为被动复位元件的现有技术相反，通过本申请的装置，不再需要专门应用这些，但是其它复位元件也是可以的。通过根据现有技术的拉簧的应用限制了围绕测量平台的空间，这是因为拉簧悬挂测量平台并且因此测量平台的重心位于拉簧的上悬挂点的下方。然而，通过这样的方式，待测量的物体的尺寸大体上限制为比测量平台的尺寸小的尺寸。该物体可以形成为大于测量平台，并且测量平台的重心(特别是待测量的物体的重心)可以位于复位元件的悬挂点的上方，这是因为以下事实：本发明还允许其它类型的复位元件。相较于待测量的物体具有小惯性的测量平台由此可以被应用，并且因此可以更为精确地测量物体的惯性特征。

关于复位元件，其在该情况下例如可以为压缩弹簧、拉簧、弹簧片、螺旋弹簧、锥形弹簧、扭转弹簧、蜗旋弹簧、盘式弹簧或可以从现有技术中得知的类似弹簧。然而，其它被动的复位弹簧也是可以的，如，例如活塞在其中被引导的充气气缸，其中活塞/柱塞的载荷压缩保持在气缸中的气团，并且压力振荡发生在气缸中。另外的复位元件可以从现有技术中推断出。

关于承载件，例如，其可以在该情况下为房间的地板或框架，该框架与房间分开，并且框架可以连接至房间的各部分或由于其质量可以在测量惯性特征的过程中以空间固定的方式布置。

关于用于布置物体的测量平台，例如其在该情况下可以为框架或安装件，测量平台经由复位元件连接至承载件，在该方面优选地经由轴承布置和/或接头布置独立于复位元件地连接至承载件。即，复位元件将测量平台以直接的方式连接至承载件，从而复位元件不连接至轴承布置和/或接头布置。在一个变型中，承载件本身可以经由另外的轴承布置和/或接头布置或复位元件连接至另一承载件或房间，其中另一承载件优选地布置在承载件的下方。由此，在承载件和测量平台之间的复位元件以这样的方式布置，从而每一单独的复位元件可以在大于一个自由度上产生复位。在另一变型中，在另一承载件和测量平台之间有专门的复位元件。

测量平台或承载件可以由金属、复合材料(如，玻璃纤维加固塑料、碳、芳纶或凯夫拉尔纤维)或其它足够刚度的材料制成，或者可以由中空元件、实心承载件或以夹层结构方式构成的组件制成。该测量平台作为整体以刚性方式设计，从而这形成了刚性体。

在这里，“多个”被理解为复位元件的数目，该数目等于两个或大于二。

本应用的第一方面的另外的实施方式公开在实施方式示例中。

在实施方式中，多个复位元件为弹簧元件。弹簧元件相对简单地制成并且可以用于更宽领域的应用。可以根据待测量的物体的质量来选择弹簧的硬度，从而更硬的弹簧或附加弹簧可以阻止布置在测量平台上的物体翻倒，例如给出具有大的生产质量和重心高度的物体。重心几乎无限地位于测量平台上方的物体可以以这样的方式测量。自由振荡的自然频率可以通过将弹簧匹配到该质量和重心的高度而无限地减小，从而可以测量极其弹性的测试物体。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置以这样的方式设计，从而测量平台在优选的竖直平移运动方向上相对于承载件固定，即，测量平台以这样的方式安装，从而测量平台具有给定其偏转的空间固定点。在z方向上固定的情况下，作为整体的测量平台不能沿着z轴平移移位。只要测量平台例如相对于承载件在平移运动方向上(在z方向上，也就是说，在重力方向上)固定，则轴承布置和/或接头布置尤其适于容纳待测量的物体的静载荷。如最初所提到的，系统的校准通过此种结构被简化。

在另一实施方式中，以这样的方式选择多个复位元件，从而多个为大于或等于其中测量平台自由运动的自由度的数目。以这样的方式，可以确定，复位元件可靠地防止测量平台的翻倒。

在另一实施方式中，该装置包括多个复位元件，所述多个复位元件容纳竖直力以及水平力。

在另一实施方式中，多个复位元件包括第一组复位元件和第二组复位元件，其中所述第一组复位元件以这样的方式布置，从而这些第一组复位元件主要容纳竖直力，并且所述第二组复位元件以这样的方式布置，从而这些第二组复位元件主要容纳水平力。不同组的复位元件在限制了测量平台的不同自由度的运动的位置中，这是由于以下事实，复位元件可以容纳不同力。因此，竖直复位元件优选地适于容纳围绕x方向和y方向而指向的旋转自由度，也就是说，围绕垂直于重力的平面。水平复位元件适于容纳平面中的平移运动以及围绕z轴的旋转。作为该情况，在z方向上指向的平移运动同样地被第一组限制。

在另一实施方式中，所述承载件优选地完全地布置在所述测量平台的下方。在该方式中的承载件不限制待测量物体的尺寸，该物体可以伸出超过测量平台。通过该种方式，可以测量相对较大的物体，从而增大了装置的应用可能性。

在一个变型中，测量平台以这样的方式连接至轴承布置和/或接头布置，从而运动同时在两个到五个自由度上受到影响。即，在每种情况下激励不同自由度的数个连续运动是不必要的。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置包括至少一个空气轴承。在其它部件之间，空气轴承具有例如通过压缩空气操作的优点，空气轴承可以呈现为低摩擦轴承。它们而且在市场上可以便宜地获得并且具有高刚度，从而自由振荡的动力学以大体上纯粹的方式反映了待测量物体的特征。关于空气轴承，例如其在该情况下可以为平面空气轴承或球面空气轴承。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置包括至少一个球面轴承和/或球面接头、扭转轴承、滚珠轴承和/或万向轴承，所述轴承布置和/或接头布置以这样的方式布置在承载件和测量平台之间，从而所述测量平台能够在至少两个自由度上运动。例如，由于上面提到的轴承，故可以允许围绕x轴和y轴的旋转。而且，测量平台的与轴承接合的点充当待测量物体的重量的支撑，这是由于上面提到的轴承或接头防止了例如沿着z轴的运动。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置包括平面滑动轴承，所述平面滑动轴承以这样的方式布置，从而所述测量平台在至少三个自由度上运动。由此，其在该情况下可以为在平面内的两个平移方向和围绕z轴的旋转。然而，还可以是仅允许单个平移方向或专门地围绕z轴的旋转的平面滑动轴承。

由此，值得一提的是，不同轴承可以彼此组合，从而测量平台的两个到五个自由度可以用于待测量的物体的惯性特征的测量。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置包括用于调整的装置，从而所述轴承布置可以相对于所述承载件和/或所述测量平台固定在预定位置中。所述预定位置优选地为“零位置”，也就是说，轴承布置的组件相对于测量平台或承载件的某种对齐在该位置中给出。以该方式，确定的是，由于该“零位置”，可以应用上述提到的装置的校准。该“零位置”的提供因此为硬件校准。

在另一实施方式中，轴承布置和/或接头布置以这样的方式设计，从而所述测量平台的重心布置成恰好在测量平台的重心的上方或下方。

在另一实施方式中，重力摆布置被布置在测量平台上，并且这可以额外于可以通过承载件和测量平台之间的运动呈现的自由度而增加附加自由度。然而，对相对于承载件在至少一个自由度上受限的测量平台的限制继续存在。

在另一实施方式中，所述装置包括多个传感器，以便通过测量技术来探测测量平台相对于承载件的运动。通过探测测量平台相对于承载件的运动可以确定振荡的频谱，并且因此重心以及质量可以优选地从惯性张量的振荡的自然频率和振幅来确定。

如果测量平台可以运动的自由度的数目减少到小于五个自由度，则可以确定仅仅十个参数的子集(六个惯性张量参数、三个重心参数以及质量)，并且必须具有关于物体的现有知识或必须执行数个测量，其中物体必须相对于承载件在两个测量之间不同地对齐。

优选地，传感器布置在承载件或在测量平台上或延伸在测量平台或承载件上。合适的传感器例如为激光测距传感器，所述激光测距传感器通过三角测量来确定承载件和测量平台的某些点彼此之间的距离，因此确定频谱和振幅。

尽管可以使用力传感器、加速度传感器或陀螺仪感测器，然而这些是不必要的，并且针对多个实施方式也不用设想出。

传感器的数据优选地进一步引导至布置在装置上的数据总线，其中数据总线以这样的方式配置，从而可以创建到数据处理设备的无线或有线连接通道。提供数据总线以用于将装置耦合至数据处理设备，其中传感器的数据通过数据总线被传输给数据处理设备。在替选实施方式中，信号处理的部分可以布置在装置本身中。这例如包括A/D转换器。

多个传感器可被选择成大于或等于测量平台自由运动的自由度的数目。不同自然频率和振荡振幅可以通过该方式得到很好地解决。

本发明的第二方面涉及一种用于确定物体的惯性特征的装置，其中所述装置包括：承载件；测量平台，所述测量平台用于布置所述物体；以及轴承布置和/或接头布置，其中所述轴承布置和/或接头布置以这样的方式布置在所述承载件和所述测量平台之间，从而，所述轴承布置和/或接头布置允许测量平台相对于承载件在至少两个自由度上运动。

在本发明的该方面，所述承载件布置在所述测量平台的上方，并且所述测量平台以这样的方式布置，从而所述物体布置在所述测量平台的下方。所述轴承布置和/或接头布置而且经由多个复位元件以这样的方式连接至所述承载件，从而所述轴承布置和/或接头布置相对于所述承载件在垂直于重力方向上可以在两个自由度上运动。

通过此结构，第二方面的布置或装置对应于重力摆，所述重力摆可以在一个自由度或两个自由度上振荡，其中重力摆的悬挂点可以在至少一个附加自由度上运动。通过该方式可以使用至少两个自由度，以便确定布置在平台下方的物体的惯性特征。类似于应用的第一方面，轴承布置可以包括球接头轴承或万向轴承，该球接头轴承或万向轴承可以在至少两个自由度上运动。在第二方面的变型中，复位元件创建了在承载件和轴承布置和/或接头布置之间的连接，从而轴承布置和/或接头布置例如被引导在x-y平面，即垂直于重力的平面，并且通过复位元件可以被复位在x-y平面内的空转位置(idle position)中。复位元件和测量平台之间的直接连接在该变型中是不必要的，并且在多个实施方式示例中不用被设想出，这由于在该实施方式中，通过该结构，测量物体布置在测量平台的下方，重力允许测量物体复位到空转位置中。

应当提到的是，类似于第一方面，承载件不仅可以为分开的组件，还可以由房间天花板等形成。复位元件的导向件之后可以紧固至天花板等上。

本方面的第三方面关于一种用于对上述的装置进行校准的方法，其中在校准方法中确定测量平台和多个复位元件的质量矩阵以及复位元件的总刚度矩阵。对已经已知惯性特征的不同校准物体的不同测量被执行用于校准测量。由此，该校准可以在装置的构成或制成之后一次性执行，并且随后仅需要规律的、较长的时间间隔执行。

在本发明的另一实施方式中，承载件和/或测量平台分别包括接合器，所述接合器以这样的方式设计，从而这包括在每种情况下包括用于至少一个复位元件的接收器。所述接合器优选以这样的方式设计，从而可以布置不同数目的复位元件。所述接合器由此可以例如接收一个、两个、三个或多个复位元件。如果该装置被用于确定不同物体的惯性特征，特别是具有大的不同质量和具有大的重心高度的物体，则这是很有用的。通过增加复位元件，该装置可以实现适于待测量的物体的所需的总刚度。例如为每一接合器可以增加复位元件，并且在每种情况下，在校准测量的框架内可以确定针对不同复位元件的总刚度矩阵。以该方式，该装置可以用在大的质量参数范围、大重心高度和大尺寸的物体上。

附图说明

通过随后的实施方式示例更详尽地阐述本发明的另外的实施方式。

图中：

图1为具有拉簧的第一方面的装置的第一实施方式；

图2a和图2b为装置的压缩弹簧的实施方式的视图，以及装置的接合的可能性；

图3a至图3c为轴承布置和/或接头布置的实施方式；

图4a至图4h为轴承布置和/或接头布置的另外的实施方式；

图5a至图5d为具有调整机构的装置的实施方式；

图6a至图6d为装置的另外的实施方式；

图7a和图7b为具有重力摆布置的装置的实施方式；

图8a至图8d为装置的另外的实施方式；

图9为根据应用的第二方面的装置的实施方式；

图10a/图10b为根据第一方面或第二方面的装置的校准的视图。

具体实施方式

图1显示了装置1，装置1包括测量平台2、轴承布置和/或接头布置3(以下还仅被称为轴承布置)以及多个复位元件4。而且，轴承布置3连接至“承载件”5，“承载件”5在当前的情况下不过是地板。复位元件4同样地布置在壁5'上，壁5'可以为承载件5位于其中的房间的一部分。可替选地，轴承布置3可以布置在安装件上，该安装件同样地包括用于复位元件4的悬挂件。

待测量的物体6布置在测量平台2上，其中物体6以这样的方式布置在测量平台2上，使得其重心沿着线7延伸。此外，附加质量块8布置在测量平台上或在测量平台处，并且以这样的方式移动，直到重心恰好位于轴承布置3的上方，以便实现重心在接头布置3上方的精确的调整。

在本实施方式中，复位元件4为拉簧。如果例如在所绘制的z方向上敲打测量平台，则测量平台2围绕x轴和y轴的旋转自由度而振荡，因为轴承布置2允许在两个自由度上运动，如示意性所呈现的。通过以下的实施方式示例将更详尽地阐述的，轴承布置3还可以以这样的方式设计，从而其在达到五个自由度上运动(之后优选地三个旋转自由度和在x方向和y方向上的两个平移自由度)。系统的周期性或重复的激励是不必要的。在绘制的情况下被设计为拉簧的复位元件位于所谓的零位置中，在该零位置中，测量平台垂直于z方向。如果测量平台偏转出该零位置，则系统开始围绕该零位置自由地振荡。系统的自然频率和振幅(其受到自由振荡的影响)与装置1的校准矩阵一起提供关于物体6的惯性特征的信息。自由振荡的自然频率和/或振幅可以通常被测量。

装置的接合的可能性在图2a和图2b中被处理。在图2a和图2b的每一者中呈现了在每种情况下相同的具有测量平台12和具有轴承布置13的同样的装置10。

在图2a中，相校于图2b的物体16'，物体16具有较小的质量并且在z方向上具有较低的重心并且较小的尺寸被保持在平台12上。通过所呈现的复位元件，连接在承载件15之间的压缩弹簧14是同样的情况，该承载件通过安装件(其未被更详细地绘制出)给出。在该实施方式中，复位元件14未连接至轴承布置13。相较于图2a中呈现的实施方式示例，增大了装置10的总体刚度的相同的复位元件14'额外地添加至复位元件14，以便将装置10适于测量较大的物体16'。以该种方式，系统可以适于待测量的物体并且相应地被设定尺寸(scaled)。复位元件优选地插入、螺接或钩入到接合器中。系统的自然频率可以通过该方式来减小并且优选地被最小化，而不折中系统的稳定性。特别地，通过这种方式可以测量弹性体。

在图2a和图2b中，测量平台布置在承载件上方。以这样的方式，如，例如在图2b中所呈现的，可以测量具有的尺寸伸出超过测量平台12的物体16'。

通过图3将阐述针对不同的轴承布置和/或接头布置可以如何在测量平台的多个自由度中来导向运动。

图3a显示了装置20，装置20包括测量平台22、轴承布置23和设计为压缩弹簧的复位元件24。轴承布置23和在每种情况下复位元件24的端部连接至充当承载件的框体25。通过轴承布置23，该轴承具有球面空气轴承，从而测量平台可以在围绕x轴、y轴和z轴在三个旋转自由度上运动。当测量平台22偏转成自由振荡时，测量平台22可以相对于承载件在这三个旋转自由度上运动。其它的球面轴承(例如，安装油的球面形式)、万向接头(具有围绕x轴和y轴的两个自由度)等还可以可替选地应用至球面空气轴承。该球面空气轴承尽管相对而言是昂贵的，但是具有非常良好(即，低)的摩擦，也就是说，测量平台可以围绕两个旋转自由度大体上无摩擦地振荡。

图3b中显示了装置30，装置30包括测量平台32、以及轴承布置33和复位元件34。而且还存在承载件35。测量平台32、复位元件34、以及承载件35可以相较于图3a中描述的元件。轴承布置33包括至少一个平面空气轴承，该至少一个平面空气轴承具有高刚度并且允许在x-y平面内的平移运动。而且，其允许围绕z轴运动，从而所呈现的轴承布置33允许测量平台相对于承载件在三个自由度上的运动。在本实施方式中，轴承布置3包括平面空气轴承，所述平面空气轴承以规律的距离布置在测量平台32的面向承载件的下侧上。

图3a中呈现的轴承以及图3b中呈现的轴承通过压缩的空气而操作。在很多实施方式中，承载件包括用于此的压缩空气供给管道，并且这些压缩空气供给管道例如可以连接至内部压缩机或外部压缩机。在变型中，图3a的布置可以布置在图3b的布置上，其中，在关于图3b的描述中提到的测量平台之后可以为总体布置的承载件，并且关于图3b中的描述中提到的承载件可以为另一承载件。关于图3a描述中提到的承载件之后可以对应于图3b的测量平台。总体布置的复位元件可以独立地在另一承载件和该承载件之间，以及在该承载件和测量平台之间延伸。

图3c中显示了装置40，装置40包括测量平台42、轴承布置43、复位元件44和承载件45。轴承布置43包括如在图3a的轴承布置23的背景下描述的球面轴承46。如在图3b的框架内描述的，轴承布置43而且包括多个平面空气轴承47。轴承布置43将球面轴承46和平面空气轴承47结合成单个轴承布置。在本实施方式示例中，球面轴承46将测量平台42连接到轴承布置43的中间板48。平面空气轴承47布置在中间板48的下侧上，并且允许沿着x/y平面运动。由于组合了球面轴承46和平面空气轴承47，故现在测量平台42可以在三个旋转自由度上和在x/y平面内的两个平移自由度上运动。如果测量平台42偏转，则测量平台由于复位元件而围绕零位置振荡，并且可以进行在五个上述自由度上的运动。

待测量的物体的惯性特征的评价可以在单个测量中，例如来自自然频率和振荡形状的测量。在此要注意的是，尽管装置迄今已经结合承载件而提到，但是在一个实施方式中装置还可以理解到这样的程度，这仅仅包含可以连接到承载件的复位元件，并且轴承布置同样地可连接至承载件。因此，例如图3c中显示的单元已经形成本申请的独立的主题，独立于应用的轴承布置。

通过图4阐述轴承布置的另外的变型。图4a中公开了装置50，装置50包括测量平台52、轴承布置53、以及复位元件54。在图4b中，同样的布置围绕z轴旋转90°而呈现。如图3c中显示的，轴承布置53包括多个平面空气轴承55，多个平面空气轴承55允许测量平台52在承载件上的滑动。平面轴承连接至中间板56。允许围绕x轴和y轴在两个旋转自由度上运动的另一轴承布置57布置在中间板上。轴承装置57包括第一半气缸59，第一半气缸59沿着y轴延伸并且其平坦一侧布置在测量平台52上。半气缸因此适于允许测量平台围绕y轴运动。这可以在图4c中示意性地看到，通过图4c，一方面，气缸58呈现在零位置中(用实线标注的气缸)以及偏转出该零位置(用虚线标注的气缸)。气缸58布置在板59上，板59例如为地面或硬板。沿着x轴延伸的另一半气缸60布置在平面的下边缘上。尽管不完全地必要，为了简化，确定的是，半气缸的其平坦一侧布置在板59的下侧上并且具有可与气缸58相比的长度和可比较的曲率半径。如果半气缸的平坦一侧布置在板56上而半气缸在板59上滚动，从而仅仅该板59需要变硬。

围绕气缸60的运动允许测量板52围绕x轴的旋转。因此，轴承布置57允许围绕两个旋转自由度x和y的运动。可以选择卵形(oval)或椭圆形或数个成行布置的半球形，而不选择圆柱气缸形状。轴承布置57具有相较于刃型支承具有很大的优势，因为轴承布置的表面挤压相较于刃型支承被显著地减小。半气缸的滚动行为在测量算法中被建模。

坚硬的金属、陶瓷或类金刚石复合材料被视为用于轴承布置57的材料。在轴承布置中半气缸(或其它弓形形状)的布置在彼此之上的基本原则对应于万向接头的布置的基本原则，这因为其允许围绕两个旋转自由度的旋转。在根据本应用的装置中，轴承布置57还可以不带有另一平面轴承而应用为独立的轴承布置。

图4d至图4h显示了另外的轴承布置。在图4d中呈现了装置61，装置61具有测量平台62、轴承布置63、复位元件64和承载框架65。复位元件将测量平台的下侧连接至承载框架65的上侧。该同样方式应用于轴承装置63，轴承装置63在测量平台62的中部(以就是说，测量平台62的重心)支撑测量平台62。对于轴承布置63，在该情况下为弹性杆，该弹性杆允许三个旋转自由度和x/y平面内的平移运动。该杆连接至测量平台和该承载件而没有另外的接合。该解决方案的一个优点是，轴承布置63的设计简单，通过设计简单的轴承布置63，然而可以使得达到五个自由度的运动，但是缺点在于以下的事实，必须借助于适合的校准方法。金属、塑料或复合材料被视为用于杆的材料。

类似于图4d，图4e中呈现了装置70，装置70包括测量平台72、轴承布置73、复位元件74和承载框架75。承载框架75由此相对于地板而静止，并且不能沿着该地板运动。轴承布置73包括刚性杆76，刚性杆76经由两个球形接头77和78连接至测量平台或承载框架。在该方式中可以有五个自由度的运动。该解决方案的一个优点是，轴承布置的结构简单，但是缺点在于以下事实，必须考虑轴承布置的几何刚度。

图4f中呈现了装置的另一实施方式。装置80包括测量平台82、轴承布置83、以及连接于地板85的复位元件84。轴承布置83包括多个平面空气轴承，该多个平面空气轴承允许测量平台82相对于基底85在x/y方向上和围绕z轴的运动。而且轴承布置包括板87，另一轴承布置88放置在该板87上。轴承装置88为基于柔性铰链的轴承。轴承布置89由此包括板89，其中四个柔性铰链90至93布置在本实施方式示例中，如还在图4g中所显示的。由此，柔性铰链90和柔性铰链91经由轴承座连接至板87，并且柔性铰链92和柔性铰链93经由杆连接至测量平台82。关于接头92和接头93可以有围绕y轴的运动，并且关于接头90和接头91可以有围绕x轴的运动。作为柔性铰链，例如可以借助于所谓的“挠性支承(flexural pivot)”，该“挠性支承”包括分为两部分的外壳并且两个外壳部分可以经由机构而彼此扭转。

图4h中示意性呈现了轴承布置的另一替选形式。安装在三个球105上的球冠103布置在测量平台102的下端，三个球105保持在球台形壳体(spherical-segment-shapedshell)104中。该平台因此可以经受围绕三个旋转自由度的运动。半球形壳体104因此可以布置在另一板上，在该另一板上布置有在平面内用于运动的附加轴承装置，或者半球形壳体可以被直接地组装在承载件上。

尽管已经讨论了多个可能的轴承布置，但是另外的轴承布置也是可以的。因此，例如在图4a中阐述的半圆柱可以在每种情况下被多个半球体或安装的实心球替代。而且，气缸可以被径向段空气轴承替代。而且，不同的呈现的轴承可以以这样的方式彼此组合，从而使得在每种情况下测量平台相对于承载件可以在两个到五个自由度上运动。

通过图5阐述了用于调整装置的机构。图4a(和图4b)中呈现的布置的细节显示在图5中。图5a和图5c以及图5b和图5d在每种情况下显示了用于确定惯性特征的装置的呈现，其在每种情况下围绕z轴旋转90°。测量平台52布置在轴承布置57上，轴承布置57(如图4所描述的)包括气缸58、接地板59和第二气缸60，第二气缸60布置成与第一气缸58成90°角。气缸60在另一板56上滚动。尽管在理想的情况下测量平台52仅仅执行围绕该零位置的滚转运动，但是可以发生例如气缸58相对于板59的横向偏移。该装置包括用于在零位置中调整测量平台52的机构110，以便在测量之前执行装置的硬件校准。该调整例如通过至少一个、优选为两个球头111和用于接合在球头上的相应装置112来执行。装置112例如可以具有圆锥形，装置112接合在球头上，以用于测量平台的自动调整。力首先施加在测量平台52的左侧，以用于校准装置。通过该操作，装置112下降到球头111上直到气缸58从板59释放。由于装置在球头上的校准，故可以将测量平台52相对于板59和板56成功地对齐。例如，这可以在图5b中识别出。

通过图5c和图5d可以清晰地识别出，用于调整的装置110还影响了沿着y轴的对齐，这因为存在多个装置，在该情况下为两个装置。同样地在图5d中可识别出以下事实，通过将装置112锁定在球头111上实现了轴承装置57的调整。测量平台相对于板56得以校准并且测量可以被初始化。

通过图6阐述了装置的另一变型。装置120包括测量平台122、轴承装置123、以及复位元件124，复位元件124未被详尽地呈现。与平面轴承125间隔开的轴承装置123包括板126，单个的气缸127位于板126上，从而可以围绕轴旋转。板126的平面图呈现在图6a中。可以识别出保持有气缸120的三个凹槽128、129和130。现在，在图6b至图6d，气缸127连续地布置在凹槽128、凹槽129和凹槽130中，从而在每种情况下，相对于测量平台122静止地固定的不同自由度的物体可以被激励以振荡。由于此原因，待测量的物体的所有惯性特征可以逐渐地分析。

在图7a和图7b中呈现了装置150的另一变型。该装置包括测量平台152、轴承装置153、以及复位元件154，复位元件154紧固在承载件155上。关于轴承布置，该情况为平面空气轴承，该平面空气轴承允许在x/y平面内运动并且围绕z轴旋转。此外，重力摆布置156布置在测量平台152上，通过该重力摆布置，接合器(adapter)157可以在测量平台的悬挂表面159上的两个悬挂点158处围绕摆动轴(其被绘制为虚线)摆动。待测量的本体160的例如围绕x轴的旋转由于摆动运动是可以的。因此，通过本装置，可以同时地执行四个自由度的测量。悬挂点158被设计为球帽。接触表面159以及多个悬挂点158呈现在图7b中。现在可以执行接合器157的顺时针或逆时针旋转，以便适于测量本体160，从而不同接触点位于接触表面159。可以以该方式进行对物体的完全的测量。

通过图8阐述装置的另外的实施方式。图8a显示了装置200的侧视图，然而，图8b显示了通过装置200的截面。图8c和图8d显示了装置200的不同的详图。

装置200包括测量平台201和承载件202，其中，在每种情况下，测量平台201和承载件202是具有在六边形的中点处的支柱的六角金属安装件。轴承装置203存在于测量平台201和承载件202之间，轴承装置203可以包括不同轴承或接头以便允许测量平台201相对于承载件202在两个到五个自由度上运动。存在另外的复位元件204和复位元件206，以便对抗测量平台201的偏转。复位元件204属于第一组复位元件，该第一组复位元件大体上竖直地容纳承载件和测量平台之间的竖直作用力。关于复位元件204，其在该情况下为压缩弹簧，在每种情况下该压缩弹簧连接到承载件和测量平台，即复位元件以直接的方式布置在承载件和测量平台上。承载件以及测量平台而且包括接合器205，附加复位元件可以铰接/悬挂在接合器205中。在所呈现的情况下，对于每一接合器205，仅存在一个复位元件，其中装置或复位元件的总刚度可以通过简单地增加或额外地悬挂另外的复位元件而适配。容纳竖直力的复位元件的增加还允许具有相对高重心的物体的测量。

复位元件206形成第二组复位元件，在此，第二组复位元件被设计成拉簧。复位元件206大体上水平地延伸，例如，通过图8c可以识别出。由此，第二组复位元件206容纳在测量平台21和承载件202之间的大体上作用在平面内的力。例如通过平移运动或围绕z轴的旋转可以提供复位力。

轴承装置203允许围绕五个自由度的运动。仅平面空气轴承207呈现在图8b的截面中，其中装置而且包括在彼此之上滚动的两个气缸，如图4a所示。承载件202而且包括高度可调整的脚部208，以便影响承载件平行于该平面的对齐。由此，例如通过旋入或旋出可以在这些脚部的高度上调整该脚部。装置200而且包括数据总线或空气供给件209，数据总线或空气供给件209连接至轴承装置203以及传感器210。该装置可以经由数据总线209连接至数据处理设备，该数据处理设备对由传感器210探测到的数据进行评价并且因此确定待测量的物体的惯性特征。针对传感器210，其在该情况为激光测距传感器，该激光测距传感器例如借助于图8d中所呈现的镜子211的帮助执行距离测量并且因此使得可以探测测量平台201相对于承载件202的运动。物体可以从评估的频率完全地测量。然而，作为镜子的替选，还可以应用其它表面，例如铝或无光泽的、不反射的表面。

尽管有这样的事实，在本实施方式中仅使用了用于探测频率的测距传感器，但是也可以想到另外的传感器。尽管力传感器更为复杂的事实，但是还可以使用力传感器，但在多个实施方式中这不会设想到。

通过图9示出了装置的另一实施方式。针对装置300，存在由安装件或例如房间天花板形成的承载件301。装置300而且包括待测量的物体306可以悬挂其上的测量平台302。测量平台302经由轴承布置和/或接头布置303和经由复位元件304连接至承载件301。由于复位元件或轴承布置303在导向件305中被引导，故沿着z轴的运动是不可能的，但是轴承布置在x/y平面内是可移动的并且可以围绕z轴进行旋转。针对轴承布置本身，其在该情况下为万向接头，该万向接头允许围绕两个旋转自由度的运动。在本实施方式示例中，由于复位元件304抵消轴承装置303在x/y平面内的运动或围绕z轴的旋转，并且使测量平台302围绕轴承布置303的两个自由度摆动的重心形成了“复位力”，故在没有测量平台302和承载件301之间的复位元件的情况下也是可以的。

针对轴承布置303的特征，从先前的实施方式示例的轴承布置可以大体上类似地推断出该特征。由此，可以应用万向轴承(cardanic bearing)。还可以使用平面轴承。针对装置300，因此其在还情况下大体上为重力摆，通过该重力摆，悬挂点可以活动达到三个自由度。

通过图10a和图10b处理了校准方法。装置400大体上对应于前面所描述的装置的实施方式示例的一者。复位元件的总刚度以及测量平台和复位元件的质量矩阵可以通过应用校准质量块402来精确地确定。惯性特征已知的不同物体放置在平台上并且为此执行惯性测量。在已经确定总刚度矩阵和质量矩阵以后，已知了装置的特征，只要待测量的该物体以这样的方式放置在平台上，从而其质量重心大体上精确地位于轴承布置的上方并且因此被轴承布置承载或悬挂起来。因此，具有物体的“真实”测量的该测量平台具有与校准测量相同的静止零位置。

Claims (17)

1.一种用于确定物体的惯性特征的装置(40)，其中所述装置包括：

-承载件；

-测量平台(42)，所述测量平台(42)布置在所述承载件的上方，并且用于所述物体的布置，

-以及多个复位元件(44)，所述复位元件(44)布置在所述测量平台和所述承载件之间，

其特征在于，所述测量平台能够相对于所述承载件在达到五个自由度上运动，并且轴承布置(43)以这样的方式布置在所述承载件和所述测量平台之间，从而允许所述测量平台相对于所述承载件在至少两个自由度上运动，其中所述测量平台经由所述复位元件连接至所述承载件，并且经由所述轴承布置和接头布置独立于所述复位元件。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述轴承布置和/或所述接头布置以这样的方式布置，从而容纳物体的静载荷，所述物体布置在所述测量平台上并且待测量。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述多个复位元件为弹簧元件。

4.如权利要求1或2所述的装置，其中所述测量平台相对于所述承载件在竖直平移运动方向上固定。

5.如权利要求1或2所述的装置，其中所述多个复位元件大于或等于所述测量平台自由运动的自由度的数目。

6.如权利要求1或2所述的装置，其中所述多个复位元件包括第一组复位元件和第二组复位元件，其中所述第一组复位元件(204)以这样的方式布置，从而所述第一组复位元件(204)主要容纳竖直力，并且所述第二组复位元件(206)以这样的方式布置，从而所述第二组复位元件(206)主要容纳水平力。

7.如权利要求1或2所述的装置，其中所述承载件完全地布置在所述测量平台的下方。

8.如权利要求1或2所述的装置，其中所述轴承布置包括至少一个球面轴承、扭转轴承、滚珠轴承和/或万向轴承，所述轴承布置以这样的方式布置，从而所述测量平台能够在至少两个自由度上运动。

9.如权利要求1或2所述的装置，其中所述轴承布置包括平面滑动轴承，所述平面滑动轴承以这样的方式布置，从而所述测量平台能够在至少三个自由度上运动。

10.如权利要求1或2所述的装置，其中轴承布置包括用于调整的装置(110)，从而所述轴承布置能够相对于所述承载件和/或所述测量平台固定在预定位置中。

11.如权利要求1或2所述的装置，其中所述轴承布置以这样的方式设计，从而所述测量平台的重心被所述轴承布置支撑。

12.如权利要求1或2所述的装置，其中存在多个传感器(210)，以便通过测量来探测所述测量平台相对于所述承载件的运动。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述多个传感器布置在所述承载件上。

14.如权利要求12所述的装置，其中存在数据总线(209)以用于将所述装置耦合至数据处理设备，其中将由多个传感器探测到的数据从各个所述传感器传输到所述数据总线。

15.一种用于确定物体的惯性特征的装置(300)，其中所述装置包括：

-承载件；

-测量平台(302)，所述测量平台(302)用于布置所述物体，

-以及轴承布置(303)，其中所述轴承布置以这样的方式布置在所述承载件和所述测量平台之间，从而所述测量平台能够相对于所述承载件在至少一个自由度上运动，所述承载件布置在所述测量平台的上方，并且所述测量平台以这样的方式设计，从而所述物体布置在所述测量平台的下方，

其特征在于，

所述轴承布置经由多个复位元件(304)以这样的方式连接至所述承载件，从而所述轴承布置相对于所述承载件在垂直于重力方向上能够在两个自由度上运动。

16.一种用于对如权利要求1至15中任一项所述的装置进行校准的方法，其特征在于，所述测量平台和所述多个复位元件的质量矩阵和所述复位元件的总刚度矩阵通过具有已知惯性特征的多个校准物体(402)在校准测量中确定。

17.一种用于通过如权利要求1至15中任一项所述的装置确定物体的所述惯性特征的方法，其特征在于，所述物体位于所述测量平台上，并且具有已知惯性特征的附加质量(8)以这样的方式位于所述测量平台上，从而所述物体和所述附加质量的公共重心恰好位于所述轴承布置的上方或恰好位于所述轴承布置的下方。