CN103884483A - 一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统及测试方法，属于激光多普勒测振技术领域。本发明的激光多普勒测振仪、试件安装台及激光反射单元均设置在基座上，激光多普勒测振仪的激光发射端与试件安装台相对应；激光反射单元的导轨及丝杠均固装在固定支架上，滑块固装在溜板上，溜板通过滑块与导轨滑动配合；丝母套装在丝杠上，丝母与溜板下表面相固接；测量臂一端固装在溜板上表面，且测量臂、丝杠及导轨均平行设置；反射镜设置在测量臂另一端，反射镜与竖直方向呈45°夹角，激光多普勒测振仪的激光发射端与反射镜相对应；在反射镜与测量臂之间安装有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴与反射镜相固连；在丝杠的轴端安装有第二驱动电机。

Description

一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于激光多普勒测振技术领域，特别是涉及一种基于激光多普勒测振技术的薄壁圆柱壳体构件振动测试系统及测试方法。

背景技术

航空航天领域中，发动机的研发设计至关重要，在发动机研发设计过程中，对发动机零部件进行振动测试又是重要的一环，而发动机零部件内还包含了大量的薄壁圆柱壳体构件，例如发动机外罩壳等，相关技术人员需要通过对这些薄壁圆柱壳体构件进行振动测试，以获取薄壁圆柱壳体构件的相关振动特性。

现阶段，常利用激光多普勒测振仪对这些薄壁圆柱壳体构件进行振动测试，但是这种测振方法面对薄壁圆柱壳体构件时，不足之处也非常明显。首先，激光多普勒测振仪很难对薄壁圆柱壳体构件进行周向的360°测量，因此想要实现全场测量和频率响应函数测量就更加困难；其次，测量时，很难保证激光多普勒测振仪发出的激光能够垂直入射到薄壁圆柱壳体构件外表面，从而导致测量效率低下，且测量稳定性不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统及测试方法，本发明能够轻松的实现对薄壁圆柱壳体构件的周向360°扫描测量，同时能够轻松实现薄壁圆柱壳体构件的全场测量和频率响应函数测量，且测量效率高，测量稳定性高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，包括基座、激光多普勒测振仪、试件安装台、激振器及激光反射单元，所述激光多普勒测振仪设置在基座上，所述试件安装台设置在基座上，激光多普勒测振仪的激光发射端与试件安装台相对应；所述激振器位于试件安装台侧部；所述激光反射单元通过固定支架设置在基座上；

所述激光反射单元包括反射镜及传动部分，所述传动部分包括导轨、滑块、溜板、丝杠、丝母及测量臂，所述导轨固装在固定支架上，滑块固装在溜板上，所述溜板通过滑块与导轨滑动配合；所述丝杠通过轴承座安装在固定支架上，丝母套装在丝杠上，丝母通过丝母座与溜板下表面相固接；所述测量臂一端固装在溜板上表面，所述测量臂、丝杠及导轨均平行设置；所述反射镜设置在测量臂另一端，反射镜与竖直方向呈45°夹角，所述激光多普勒测振仪的激光发射端与反射镜相对应；在所述反射镜与测量臂之间安装有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴与反射镜相固连；在所述丝杠的轴端安装有第二驱动电机。

在所述激光多普勒测振仪与基座之间安装有第一升降台。

在所述试件安装台与基座之间安装有第二升降台。

在所述基座上设置有若干T型槽。

所述第二驱动电机与丝杠之间通过联轴器相连接，在联轴器与第二驱动电机之间加装有减速器。

在所述第一驱动电机的输出轴与反射镜之间设置有隔震镜架，所述隔震镜架由多层海绵与橡胶堆叠粘接而成。

所述第一驱动电机及第二驱动电机均采用伺服电机。

采用所述的薄壁圆柱壳体构件振动测试系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：将待测零件水平固装在试件安装台上；

步骤二：启动激光多普勒测振仪，调整激光多普勒测振仪和试件安装台的高度，使激光多普勒测振仪发射的激光光束与待测零件的中心轴线相重合，同时使激光多普勒测振仪发射的激光光束照射在反射镜上，此时完成系统找正对准；

步骤三：将激振器的激振头与待测零件相固连；

步骤四：对待测零件进行全场测量

（1）第二驱动电机正向转动，测量臂沿着导轨向待测零件移动，直到反射镜反射出的激光光束垂直照射在待测零件内表面为止，此时第二驱动电机停止转动；

（2）启动激振器，为待测零件提供一个恒定激振频率；

（3）启动第一驱动电机，控制反射镜进行周向360°转动，进行待测零件在该截面处的周向360°扫描测量作业，直到周向360°扫描测量作业完成后，第一驱动电机停止转动；

（4）启动第二驱动电机，使第二驱动电机正向转动，将反射镜移动到待测零件的下一处截面位置，此时第二驱动电机停止转动；

（5）启动第一驱动电机，参照待测零件第一处截面的测量步骤，完成第二处截面的周向360°扫描测量作业；

（6）同理，完成待测零件其余若干截面处的周向360°扫描测量，最终完成待测零件的全场测量；

步骤五：对待测零件进行频率响应函数测量

（1）第二驱动电机反向转动，反射镜退回到任一截面处，此时第二驱动电机停止转动；

（2）改变激振器输出的激振频率；

（3）启动第一驱动电机，控制反射镜进行周向360°转动，完成待测零件在该截面处的周向360°扫描测量作业，最终完成待测零件的频率响应函数测量。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，通过反射镜实现了内薄壁圆柱壳体构件内表面进行测量，解决了传统技术中激光多普勒测振仪发出的激光难以垂直入射到薄壁圆柱壳体构件外表面的问题，同时能够轻松的实现对薄壁圆柱壳体构件的周向360°扫描测量，并能实现薄壁圆柱壳体构件的全场测量和频率响应函数测量，且测量效率高，测量稳定性高。

附图说明

图1为本发明的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统结构示意图；

图2为图1中激光反射单元的传动部分结构示意图；

图3为图1中激光反射单元的反射镜结构示意图；

图中，1—基座，2—激光多普勒测振仪，3—试件安装台，4—激振器，5—反射镜，6—测量臂，7—丝母，8—丝杠，9—溜板，10—滑块，11—导轨，12—固定支架，13—第一驱动电机，14—第二驱动电机，15—第一升降台，16—第二升降台，17—联轴器，18—减速器，19—隔震镜架，20—待测零件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3所示，一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，包括基座1、激光多普勒测振仪2、试件安装台3、激振器4及激光反射单元，所述激光多普勒测振仪2设置在基座1上，所述试件安装台3设置在基座1上，所述激光多普勒测振仪2的激光发射端与试件安装台3相对应；所述激振器4位于试件安装台3侧部；所述激光反射单元通过固定支架12设置在基座1上；

所述激光反射单元包括反射镜5及传动部分，所述传动部分包括导轨11、滑块10、溜板9、丝杠8、丝母7及测量臂6，所述导轨11固装在固定支架12上，滑块10固装在溜板9上，所述溜板9通过滑块10与导轨11滑动配合；所述丝杠8通过轴承座安装在固定支架12上，丝母7套装在丝杠8上，丝母7通过丝母座与溜板9下表面相固接；所述测量臂6的一端固装在溜板9上表面，所述测量臂6、丝杠8及导轨11均平行设置；所述反射镜5设置在测量臂6的另一端，反射镜5与竖直方向呈45°夹角，所述激光多普勒测振仪2的激光发射端与反射镜5相对应；在所述反射镜5与测量臂6之间安装有第一驱动电机13，第一驱动电机13的输出轴与反射镜5相固连；在所述丝杠8的轴端安装有第二驱动电机14。

在所述激光多普勒测振仪2与基座1之间安装有第一升降台15，振动测试前用来调节激光多普勒测振仪2的高度。

在所述试件安装台3与基座1之间安装有第二升降台16，振动测试时用来调节试件安装台3的高度，进而实现待测零件20高度的调整。

在所述基座1上设置有若干T型槽，所述固定支架12、第一升降台15及第二升降台16均通过T型槽固装在基座1上。

所述第二驱动电机14与丝杠8之间通过联轴器17相连接，在联轴器17与第二驱动电机14之间加装有减速器18。

在所述第一驱动电机13的输出轴与反射镜5之间设置有隔震镜架19，所述隔震镜架19由多层海绵与橡胶堆叠粘接而成。

为了更好的保证驱动电机的转动精度，所述第一驱动电机13及第二驱动电机14均采用伺服电机。

采用所述的薄壁圆柱壳体构件振动测试系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：如图1所示，将待测零件20水平固装在试件安装台3上；

步骤二：启动激光多普勒测振仪2，并调整激光多普勒测振仪2和试件安装台3的高度，使激光多普勒测振仪2发射的激光光束与待测零件20的中心轴线相重合，同时使激光多普勒测振仪2发射的激光光束照射在反射镜5的镜面上，此时完成系统找正对准；

步骤三：将激振器4的激振头与待测零件20相固连；

步骤四：对待测零件20进行全场测量

（1）第二驱动电机14正向转动，使测量臂6沿着导轨向待测零件20移动，直到反射镜5反射出的激光光束垂直照射在待测零件20内表面为止，此时第二驱动电机14停止转动；

（2）启动激振器4，为待测零件20提供一个恒定激振频率；

（3）启动第一驱动电机13，控制反射镜5进行周向360°转动，进行待测零件20在该截面处的周向360°扫描测量作业，直到周向360°扫描测量作业完成后，第一驱动电机13停止转动；

（4）启动第二驱动电机14，使第二驱动电机14正向转动，将反射镜5移动到待测零件20的下一处截面位置，此时第二驱动电机14停止转动；

（5）启动第一驱动电机13，参照待测零件20第一处截面的测量步骤，完成第二处截面的周向360°扫描测量作业；

（6）同理，完成待测零件20其余若干截面处的周向360°扫描测量（截面数量和截面位置已在测试前选定好），最终完成待测零件20的全场测量；

步骤五：对待测零件20进行频率响应函数测量

（1）第二驱动电机14反向转动，使反射镜5退回到任一截面处（截面位置已在测试前选定好），此时第二驱动电机14停止转动；

（2）改变激振器4输出的激振频率；

（3）启动第一驱动电机13，控制反射镜5进行周向360°转动，完成待测零件20在该截面处的周向360°扫描测量作业，最终完成待测零件20的频率响应函数测量。

实施例中，激光多普勒测振仪2的型号为OFV-5000-S/0FV-525，激振器4的型号为LW132.203.151-4.5，反射镜5采用型号为LLM0012-45的激光波长介质高反镜，第一驱动电机13采用型号为MSME5AZS1S的伺服电机，第二驱动电机14采用型号为MSME5AZS1S的伺服电机，第一升降台15采用型号为WN03VA100的电动升降台，第二升降台16采用型号为SJG0.9-0.5的固定式升降台。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：包括基座、激光多普勒测振仪、试件安装台、激振器及激光反射单元，所述激光多普勒测振仪设置在基座上，所述试件安装台设置在基座上，激光多普勒测振仪的激光发射端与试件安装台相对应；所述激振器位于试件安装台侧部；所述激光反射单元通过固定支架设置在基座上；

所述激光反射单元包括反射镜及传动部分，所述传动部分包括导轨、滑块、溜板、丝杠、丝母及测量臂，所述导轨固装在固定支架上，滑块固装在溜板上，所述溜板通过滑块与导轨滑动配合；所述丝杠通过轴承座安装在固定支架上，丝母套装在丝杠上，丝母通过丝母座与溜板下表面相固接；所述测量臂的一端固装在溜板上表面，所述测量臂、丝杠及导轨均平行设置；所述反射镜设置在测量臂的另一端，反射镜与竖直方向呈45°夹角，所述激光多普勒测振仪的激光发射端与反射镜相对应；在所述反射镜与测量臂之间安装有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴与反射镜相固连；在所述丝杠的轴端安装有第二驱动电机。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：在所述激光多普勒测振仪与基座之间安装有第一升降台。

3.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：在所述试件安装台与基座之间安装有第二升降台。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：在所述基座上设置有若干T型槽。

5.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：所述第二驱动电机与丝杠之间通过联轴器相连接，在联轴器与第二驱动电机之间加装有减速器。

6.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：在所述第一驱动电机的输出轴与反射镜之间设置有隔震镜架，所述隔震镜架由多层海绵与橡胶堆叠粘接而成。

7.根据权利要求1所述的一种薄壁圆柱壳体构件振动测试系统，其特征在于：所述第一驱动电机及第二驱动电机均采用伺服电机。

8.采用权利要求1所述的薄壁圆柱壳体构件振动测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将待测零件水平固装在试件安装台上；

步骤二：启动激光多普勒测振仪，调整激光多普勒测振仪和试件安装台的高度，使激光多普勒测振仪发射的激光光束与待测零件的中心轴线相重合，同时使激光多普勒测振仪发射的激光光束照射在反射镜上，此时完成系统找正对准；

步骤三：将激振器的激振头与待测零件相固连；

步骤四：对待测零件进行全场测量

（1）第二驱动电机正向转动，测量臂沿着导轨向待测零件移动，直到反射镜反射出的激光光束垂直照射在待测零件内表面为止，此时第二驱动电机停止转动；

（2）启动激振器，为待测零件提供一个恒定激振频率；

（3）启动第一驱动电机，控制反射镜进行周向360°转动，进行待测零件在该截面处的周向360°扫描测量作业，直到周向360°扫描测量作业完成后，第一驱动电机停止转动；

（4）启动第二驱动电机，使第二驱动电机正向转动，将反射镜移动到待测零件的下一处截面位置，此时第二驱动电机停止转动；

（5）启动第一驱动电机，参照待测零件第一处截面的测量步骤，完成第二处截面的周向360°扫描测量作业；

（6）同理，完成待测零件其余若干截面处的周向360°扫描测量，最终完成待测零件的全场测量；

步骤五：对待测零件进行频率响应函数测量

（1）第二驱动电机反向转动，反射镜退回到任一截面处，此时第二驱动电机停止转动；

（2）改变激振器输出的激振频率；

（3）启动第一驱动电机，控制反射镜进行周向360°转动，完成待测零件在该截面处的周向360°扫描测量作业，最终完成待测零件的频率响应函数测量。

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