CN104280300B - 模态冲击测试组件、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开用于模态冲击测试的组件(10)、系统(12)和方法(150)。组件(10)具有第一组构件(14)。第一组构件(14)包括冲击组件(16)、耦合到冲击组件(16)的循环控制元件(18)和设置在与冲击组件(16)相对的位置处的信号响应测量装置(20)。所述组件(10)进一步包括与第一组构件(14)分离的第二组构件(28)。第二组构件(28)包括耦合到循环控制元件(18)的第一控制器(30)和耦合到信号响应测量装置(20)的第二控制器(34)。第一组构件(14)和第二组构件(28)形成用于模态冲击测试的模态冲击测试组件(10)。模态冲击测试组件(10)的冲击组件(16)经配置以冲击测试元件(46)以操作速度旋转。
Description
技术领域
本发明一般涉及模态分析组件、系统和方法，更具体地涉及用于测试操作速度上的旋转元件的模态冲击测试组件、系统和方法。
背景技术
模态分析常常用于测试和分析用于制造航空航天、汽车和结构性工程和设计行业以及其他行业中的结构和零部件的设备和机器。模态分析包括机械结构的模态测试，其涉及在由输入激励时，采集、测量和分析机械结构的动态特性。例如，模态测试可用于确定自由振动期间机械结构的固有模态形状和频率，以评估结构动力学问题的可能性(例如疲劳，振动和噪声)。
一种已知的模态测试的系统和方法包括模态冲击测试，例如冲击锤测试。冲击锤测试使用具有测力传感器的锤设备测量测试结构的冲击力。冲击锤测试已被用于执行用于加工金属配件或其他零部件的旋转切割机或其他机床设备的旋转元件(例如主轴)的模态冲击测试。这种冲击锤测试可用于确定旋转切割机或其他机床设备的精确操作行为和操作参数。旋转元件(例如主轴)的冲击锤测试通常包括操作员利用手持冲击锤手动地冲击固定的主轴以及使用加速计提供响应信号。
然而，为了以提高的速度成功操作，某些主轴可以基于它们的旋转速度而改变其轴承预负荷值。如本文所使用的，“轴承预负荷值”是指在施加任何外部负荷之前，能够使主轴旋转的设置在主轴中的滚动元件或球轴承上的负荷的量。轴承预负荷值的这种改变可以改变模态冲击测试的结果。接着，这会影响正在进行模态冲击测试的旋转切割机或其他机床设备的精确操作行为和操作参数的确定。此前，即使使用旧的冲击锤测试，仍然需要几周和几个月的测试制造和生产运行以正确表征操作性旋转主轴的静态和动态制造性能。
因此，对于这类主轴，为了获得正在进行模态冲击测试的旋转切割机或其他机床设备的精确操作行为和操作参数，需要一种模态冲击测试系统或方法在主轴正以操作速度旋转时执行。然而，手动冲击旋转主轴要求操作员在模态冲击测试期间靠近旋转主轴和旋转切割机。这会对操作员产生增加的风险。而且，如果加速计用于模态冲击测试，这种加速计通常要求使用连接器元件(例如电线)，其连接在加速计与主轴之间。然而，如果不是不可能的话，将连接器元件(例如电线)连接到旋转主轴会是困难的。
因此，本领域需要一种改进的模态冲击测试组件、系统和方法用于操作速度下的旋转测试元件的模态冲击测试，这种改进的组件、系统和方法提供优于已知组件、系统和方法的优点。
发明内容
本发明满足这种用于测试操作速度下的旋转元件的改进的模态冲击测试组件、系统和方法的需求。如下面具体描述所讨论的，用于操作速度下的旋转测试元件的模态冲击测试的改进的模态冲击测试组件、系统和方法可以提供超过现有组件、系统和方法的明显优点。
在本公开的实施例中，提供一种用于模态冲击测试的组件。所述组件包括第一组构件。所述第一组构件包括冲击组件、耦合到所述冲击组件的循环控制元件和设置在与冲击组件相对的位置处的信号响应测量装置。所述组件进一步包括与所述第一组构件分离的第二组构件。所述第二组构件包括耦合到所述循环控制元件的第一控制器和耦合到信号响应测量装置的第二控制器。所述第一组构件和第二组构件包括用于模态冲击测试的模态冲击测试组件，所述模态冲击测试组件的冲击组件经配置以冲击在操作速度下旋转的测试元件。
模态冲击测试组件可以是固定的模态冲击测试组件，以及第一组构件和测试元件优选包含在壳体结构内。可供选择地，模态冲击测试组件可以是便携式模态冲击测试组件，而第一组构件优选基本上包含在壳体结构内。
模态冲击测试组件的冲击组件可以包括具有测力传感器的冲击元件，测力传感器经配置以在冲击元件冲击测试元件时释放冲击力输出。冲击组件可以进一步包括附接到冲击元件的弹性驱动元件。冲击组件可以进一步包括致动元件，所述致动元件经配置以致动冲击元件和弹性驱动元件，以便冲击元件冲击测试元件。
冲击元件优选包括具有前端部的冲击锤，所述前端部经配置以冲击测试元件的一部分。弹性驱动元件优选包括长度调整的弹簧片。致动元件优选包括电磁螺线管。
循环控制元件优选包括触发电路装置，所述触发电路装置经配置以触发冲击组件，从而冲击测试元件。信号响应测量装置优选包括激光干涉仪装置，其经配置以在冲击组件冲击测试元件时测量信号响应。
第一控制器优选包括臂触发开关和电力元件。第一控制器经配置以控制循环控制元件并向循环控制元件供电。第一控制器优选经由有线连接元件或经由无线连接耦合到循环控制元件。
第二控制器优选包括激光干涉仪控制器。第二控制器经配置以控制信号响应测量装置并向信号响应测量装置供电。第二控制器优选经由有线连接元件或经由无线连接耦合到信号响应测量装置。
在本公开的另一个实施例中，提供一种用于模态冲击测试的系统。所述系统包括模态冲击测试组件。模态冲击测试组件包括第一组构件。第一组构件包括冲击组件、耦合到冲击组件的循环控制元件和设置在与冲击组件相对的位置处的信号响应测量装置。
模态冲击测试组件进一步包括与第一组构件分离的第二组构件。第二组构件包括耦合到模态冲击测试组件的循环控制元件的第一控制器。第二组构件进一步包括耦合到模态冲击测试组件的信号响应测量装置的第二控制器。系统进一步包括经配置以在冲击组件与信号响应测量装置之间对齐的测试元件。测试元件被固定到保持元件。保持元件附接到旋转元件。模态冲击测试组件的冲击组件经配置以在测试元件以操作速度旋转时冲击测试元件。系统进一步包括耦合到模态冲击测试组件的数据采集组件。模态冲击测试组件、测试元件和数据采集组件共同包括用于操作速度下旋转的测试元件的模态冲击测试的模态冲击测试系统。
模态冲击测试系统可以是固定的模态冲击测试系统，并且第一组构件和测试元件优选包含在壳体结构内。可供选择地，模态冲击测试系统可以是便携式模态冲击测试系统，并且第一组构件优选基本上包含在壳体结构内。
模态冲击测试系统的模态冲击测试组件的冲击组件可以包括具有测力传感器的冲击元件，所述测力传感器经配置以在冲击元件冲击测试元件时释放冲击力输出。冲击组件可以进一步包括附接到冲击元件的弹性驱动元件。冲击组件可以进一步包括致动元件，所述致动元件经配置以致动冲击元件和弹性驱动元件，以便冲击元件冲击测试元件。
信号响应测量装置优选包括激光干涉仪装置，所述激光干涉仪装置经配置以在冲击组件冲击测试元件时测量信号响应。第一控制器优选包括臂触发开关和电力元件。第二控制器优选包括激光干涉仪控制器。第一控制器和第二控制器优选经由有线连接元件或经由无线连接耦合到模态冲击测试组件。
数据采集组件优选包括信号分析器，计算机，计算机处理器以及电源中的一个或更多个。电源可以优选包括集成电子压电式电源。数据采集组件优选经由一个或更多个信号电缆连接元件或经由无线连接耦合到模态冲击测试组件。
在本公开的另一个实施例中，提供一种用于模态冲击测试的方法。所述方法包括将测试元件固定到保持元件并将保持元件附接到旋转元件的步骤。所述方法进一步包括通过使测试元件在模态冲击测试组件的冲击组件与信号响应测量装置之间对齐，以将测试元件设置在与模态冲击测试组件相对的位置处的步骤。所述方法进一步包括将第一控制器耦合到模态冲击测试组件的循环控制元件的步骤。
所述方法进一步包括将第二控制器耦合到模态冲击测试组件的信号响应测量装置的步骤。所述方法进一步包括将数据采集组件耦合到第一控制器和第二控制器的步骤。所述方法进一步包括旋转测试元件以确定初始旋转速度的步骤。所述方法进一步包括激活(arming)第一控制器的步骤。所述方法进一步包括触发第一控制器以启动旋转测试元件的模态冲击测试的步骤。所述方法进一步包括利用数据采集组件获得旋转测试元件的不同旋转速度下的数据的步骤。
已经讨论的上述特征、功能和优点能够在本公开的各种实施例中单独实现，或可以在其他实施例中组合，参考下列具体实施方式和附图能够理解其进一步细节。
附图说明
通过参考结合附图的下列详细描述能够更好地理解本公开，其中所述附图示出优选和示例性实施例，但是其不一定按比例绘制，其中：
图1示出的方框图示出本公开的模态冲击测试组件的实施例和模态冲击测试系统的实施例；
图2A示出本公开的模态冲击测试组件的实施例和模态冲击测试系统的实施例的透视图；
图2B示出可用在本公开的模态冲击测试组件和模态冲击测试系统中的测试元件的实施例的特写透视图；
图2C示出可用在本公开的模态冲击测试组件和模态冲击测试系统中的测试元件的另一个实施例的特写透视图；
图3A示出冲击组件的实施例的特写透视侧视图，所述冲击组件被示出位于相对于可用在本公开的模态冲击测试组件和模态冲击测试系统中的测试元件的实施例的第一位置；
图3B示出图3A的冲击组件的特写透视侧视图，所述冲击组件被示出位于相对于图3A的测试元件的第二位置；
图3C示出图3A的冲击组件的特写透视侧视图，所述冲击组件被示出位于相对于图3A的测试元件的第三位置；
图3D示出图3A的冲击组件的特写透视侧视图，所述冲击组件被示出位于相对于图3A的测试元件的第四位置；
图4A示出本公开的模态冲击测试组件和模态冲击测试系统的另一个实施例的侧透视图；
图4B示出图4A的模态冲击测试组件和模态冲击测试系统的顶部透视图；
图5示出本公开的模态冲击测试方法的实施例的示意图；
图6示出本公开的航空器制造和维护方法的实施例的流程图；以及，
图7示出本公开的航空器的实施例的功能性框图。
具体实施方式
现将参考附图在下文中更全面描述所公开的实施例，其中所述附图示出本公开的一些实施例，而不是示出所有公开的实施例。实际上，可以提供若干不同的实施例，但不应当将其理解为是对本文所述实施例的限制。相反，这些实施例被提供以使本公开完整，并向本领域的技术人员充分表达本公开的范围。
现参照附图，图1示出本公开的模态冲击测试组件10的实施例和模态冲击测试系统12的实施例的框图。如本文所使用的，“模态冲击测试”(例如，由本文公开的模态冲击测试组件10和模态冲击测试系统12执行的模态冲击锤测试)是指对待测结构进行振动测试的一种形式。这种模态冲击测试可用于确定被测测试元件46(参照图1和2A)的固有(模态)频率，被测测试元件46(参照图1和2A)的模态频率和模态阻尼比，或被测测试元件46(参照图1和2A)的模态频率、模态阻尼比和模态形状。冲击时间的持续时间与施加的力的频率成分直接相关。
所公开的模态冲击测试组件10(参照图1和2A)、模态冲击测试系统12(参照图1和2A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)的实施例的教导可用于执行模态冲击测试并测试用在飞行器的制造和生产中的结构和零部件。这类飞行器可以包括商用航空器、货运航空器，军用航空器，旋翼航空器以及其他类型的航空器或飞行器。还应当明白，所公开的模态冲击测试组件10(参照图1)、模态冲击测试系统12(参照图2A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)的实施例可用于执行模态冲击测试以及测试用在汽车、卡车、公共汽车或其他合适的运输交通工具的制造和生产中的结构和零部件。
在一个实施例中，公开一种模态冲击测试组件10(参照图1，2A，4A)。模态冲击测试组件10(参照图1，2A，4A)优选是模态冲击测试系统12(参照图1，2A，4A)的部分。在一个实施例中，如图2A所示，模态冲击测试组件10可以是固定的模态冲击测试组件10a的形式。在如图4A-4B所示的另一个实施例中，模态冲击测试组件10可以是便携式模态冲击测试组件10b的形式。
如图1所示，模态冲击测试组件10包括第一组构件14。第一组构件14包括冲击组件16、耦合到冲击组件16的循环控制元件18以及设置在与冲击组件16相对的位置处的信号响应测量装置20。如图1进一步所示，冲击组件16包括冲击元件22、弹性驱动元件24以及致动元件26。
如图1所示，模态冲击测试组件10进一步包括与第一组构件14分离的第二组构件28。如图1所示，第二组构件28包括耦合到第一组构件14的循环控制元件18的第一控制器30。第一控制器30优选地经配置以控制循环控制元件18并向循环控制元件供电。第一控制器30可以经由有线连接元件32a(参照图1)或无线连接(未示出)耦合到第一组构件14的循环控制元件18。
如图1所示，第二组构件28进一步包括耦合到第一组构件14的信号响应测量装置20的第二控制器34。第二控制器34优选经配置以控制信号响应测量装置20并向信号响应测量装置供电。第二控制器32可以经由有线连接元件32b(参照图1)或无线连接(未示出)耦合到第一组构件14的信号响应测量装置20。
在本公开的另一个实施例中，提供一种模态冲击测试系统12(参照图1，2A，4A)。在图2A所示的一个实施例中，模态冲击测试系统12可以是固定的模态冲击测试系统12a的形式。在图4A-4B所示的另一个实施例中，模态冲击测试系统12可以是便携式模态冲击测试组件12b的形式。
如图1和2A所示，模态冲击测试系统12包括模态冲击测试组件10，并进一步包括数据采集组件36。如图1和2A所示，数据采集组件36可以包括信号分析器38，计算机40，计算机处理器42，电源44，或另外的合适的数据采集或数据记录装置中的一个或更多个。电源44优选包括集成电子压电式电源或另外的合适的电源。
如图1和2A所示，数据采集组件36优选经由第一信号电缆连接元件37a并经由第二信号电缆连接元件37b耦合到模态冲击测试组件10。可供选择地，数据采集组件36可以经由无线连接(未示出)耦合到模态冲击测试组件10。
如图1所示，模态冲击测试系统12进一步包括在下面详细讨论的测试元件46。模态冲击测试组件10和模态冲击测试系统12能够在测试元件46以操作速度旋转时进行测试元件46的模态冲击测试。
第一组构件14(参照图1)和第二组构件28(参照图2)组成用于模态冲击测试的模态冲击测试组件10(参照图1)。模态冲击测试组件10(参照图1)的冲击组件16(参照图1)经配置以在测试元件46(参照图1)正以操作速度旋转时冲击测试元件46(参照图1)。模态冲击测试组件10(参照图1)、测试元件(参照图1)和数据采集组件36(参照图1)共同包括模态冲击测试系统12(参照图1)，其用于以操作速度旋转的测试元件46(参照图1)的模态冲击测试。
图2A示出本公开的模态冲击测试组件10的实施例和模态冲击测试系统12的实施例的透视图。如图2A所示，模态冲击测试组件10是固定的模态冲击测试组件10a的形式，并且模态冲击测试系统12是固定的模态冲击测试系统12a的形式。如图2A所示，第一组构件14和测试元件46包含在壳体结构48内(例如固定的壳体结构48a的形式内)。壳体结构48优选是正在执行模态冲击测试时操作员不可接近的外壳。
图2A示出第一组构件14，其包括冲击组件16、耦合到冲击组件16的循环控制元件18以及设置在与冲击组件16相对的位置处的信号响应测量装置20。图2A进一步示出冲击组件16，其包括冲击元件22、弹性驱动元件24以及致动元件26。图2A进一步示出与所述第一组构件14分离的第二组构件28。第二组构件28包括经由有线连接元件32a(参照图2A)耦合到循环控制元件18(参照图2A)的第一控制器30(参照图2A)。第二组构件28进一步包括经由有线连接元件32b(参照图2A)耦合到信号响应测量装置20(参照图2A)的第二控制器34(参照图2A)。
对于第一组构件14，如图2A所示，冲击组件16的冲击元件22优选包括冲击锤22a。冲击锤22a优选具有测力传感器50(参照图2A)，测力传感器50经配置以在冲击元件22冲击测试元件46(参照图2A)时释放冲击力输出。如图2A进一步所示，冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)包括第一端部52a、第二端部52b以及本体部54。优选地，第一端部52a具有前端部56(参照图2A)，前端部56经配置以冲击测试元件46(参照图2A)的一部分58(参照图2A)。冲击锤22a(参照图2A，4A)优选以模态方式调整并优选地发射远程触发的激励脉冲。
如图2A所示，冲击组件16的弹性驱动元件24优选包括长度调整的弹簧片24a并优选地附接到冲击元件22。如图2A进一步所示，弹性驱动元件24(例如，长度调整的弹簧片24a的形式)包括第一端部60a、第二端部60b以及细长本体部62。如图2A进一步所示，弹性驱动元件24(例如，长度调整的弹簧片24a的形式)的第一端部60a可以耦合或附接到冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)的第二端部52b。如图2A进一步所示，弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的第二端部60b可以耦合或附接到基部64。基部64可以具有可调整元件66(参照图2A)，可调整元件66经配置以在如箭头68所示(参照图2A)的沿水平方向来回调整弹性驱动元件24以及附接到弹性驱动元件的冲击元件22的位置。基部64可以耦合到平台元件70(参照图2A)。
如图2A所示，冲击组件16的致动元件26优选包括电磁螺线管26a。电磁螺线管26a优选地经配置以致动冲击元件22和弹性驱动元件24，以便冲击元件22冲击测试元件46。如图2A进一步所示，致动元件26(例如，电磁螺线管26a的形式)包括第一端部72a、第二端部72b以及本体部74。致动元件26(例如，电磁螺线管26a的形式)的第一端部72a优选具有磁性前端部76(也参照图3B)。磁性前端部76被优选设计以在测试元件46上执行模态冲击测试时，接触、保持和释放弹性驱动元件24(例如，长度调整的弹簧片24a的形式)的细长本体部62的一部分78(也参照图3B)。
如图2A进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的本体部74优选耦合或附接到具有附接部82的直立架80，附接部82经配置以将致动元件26附接到直立架80。直立架80可以耦合到平台元件70(参照图2A)。
如图2A所示，第一组构件14的循环控制元件18优选包括触发电路装置18a。触发电路装置18a优选地经配置以触发冲击组件16，并且具体地，触发冲击组件16的冲击元件22以冲击测试元件46。如图2A进一步所示，循环控制元件18(例如，触发电路装置18a的形式)包括第一端部84a、第二端部84b以及本体部86。
如图2A进一步所示，循环控制元件18(例如触发电路装置18a的形式)的第一端部84a优选连接到致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)。循环控制元件18(参照图2A)可以经由一个或更多个连接器元件88(参照图2A)(例如一个或更多个电线88a(参照图2A)的形式)连接到致动元件26(参照图2A)。如图2A进一步所示，循环控制元件18(例如触发电路装置18a的形式)的第二端部84b优选经由有线连接元件32a连接到第一控制器30。可供选择地，循环控制元件18(例如触发电路装置18a的形式)可以无线连接到第一控制器30。
如图2A所示，第一组构件14的信号响应测量装置20优选包括激光干涉仪装置20a，例如激光干涉仪头。激光干涉仪装置20a优选地经配置以在冲击组件16，具体地，冲击组件16的冲击元件22冲击测试元件46时测量信号响应。
优选地，激光干涉仪装置20a是用作提供信号响应的元件的非接触式激光干涉仪装置。如图2A进一步所示，信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)包括第一端部90a、第二端部90b以及本体部92。如图2A进一步所示，信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)的第一端部90a优选具有信号响应测量部94。信号响应测量部94被优选设计以在测试元件46在模态冲击测试期间以如箭头98所示的旋转方向旋转时，发射激光束96并测量和提供测试元件46的信号响应。
如图2A进一步所示，信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)的第二端部90b优选耦合或附接到高度可调整元件100。高度可调整元件100优选地经配置以调整信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)的高度，以便信号响应测量部94与测试元件46对齐。
如图2A进一步所示，高度可调整元件100可以包括细长直立部102，细长直立部102具有沿细长直立部102的长度的开口104。开口104可用于在例如箭头106所示的垂直方向上下调整信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)的高度。细长直立部102(参照图2A)可以耦合或附接到基部108(参照图2A)。
如图2A进一步所示，信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)的第二端部90b优选经由有线连接元件32b连接到第二控制器34。可供选择地，信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)可以无线连接到第二控制器34。
模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)包括模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)。如上面所讨论的，模态冲击测试组件10包括第一组构件14(参照图2A，4A)。第一组构件14包括冲击组件16(参照图1，2A)、耦合到冲击组件16的循环控制元件18(参照图2A，4A)以及设置在与冲击组件16相对的位置处的信号响应测量装置20(参照图2A，4A)。
冲击组件16(参照图2A，4A)包括具有测力传感器50(参照图2A，4A)的冲击元件22(参照图2A，4A)，测力传感器经配置以在冲击元件22冲击测试元件46(参照图2A，4A)时释放冲击力输出。冲击组件16(参照图2A，4A)进一步包括附接到冲击元件22的弹性驱动元件24(参照图2A，4A)。
冲击组件16进一步包括致动元件26(参照图2A，4A)。致动元件26(参照图2A，4A)优选地经配置以致动冲击元件22和弹性驱动元件24(参照图2A，4A)，以便冲击元件22冲击测试元件46。信号响应测量装置20优选包括激光干涉仪装置20a(参照图2A，4A)。激光干涉仪装置20a(参照图2A，4A)优选地经配置以在冲击组件16冲击测试元件46时测量信号响应。
在一个实施例中，模态冲击测试系统12以固定的模态冲击测试系统12a(参照图2A)的形式，并且第一组构件14(参照图2A)和测试元件46(参照图2A)包含在壳体结构48(参照图2A)内，例如固定的壳体结构48a(参照图2A)内。在另一个实施例中，模态冲击测试系统12是以便携式模态冲击测试系统12b(参照图4A)的形式，并且第一组构件14(参照图1)基本上包含在壳体结构48(参照图4B)(例如，便携式壳体结构48b(参照图4B)的形式)内。
模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)进一步包括与第一组构件14分离的第二组构件28(参照图2A，4A)。第二组构件28包括耦合到模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)的循环控制元件18的第一控制器30(参照图2A，4A)。
对于第二组构件28，如图2A所示，第一控制器30优选包括臂触发开关110和电力元件112。优选地，臂触发开关110包括臂开关114和触发开关116。优选地，电力元件112包括电池组118(参照图2A)或另外的合适的电力源。第一控制器30(参照图2A)优选地经配置以控制循环控制元件18(参照图2A)(例如触发电路装置18a(参照图2A)的形式)并向循环控制元件18供电。第一控制器30优选经由有线连接元件32a或无线连接(未示出)耦合到循环控制元件18(例如触发电路装置18a的形式)。
如图2A所示，第二组构件28的第二控制器34优选包括具有控制接口部122的激光干涉仪控制器120。第二控制器34优选地经配置以控制信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)并向信号响应测量装置20供电。第二控制器34驱动激光干涉仪装置20a的连续操作。来自激光干涉仪装置20a的响应信号或输出信号优选是连续的，并且可以根据需要由数据采集系统36采样。第二控制器34(参照图2A)优选经由有线连接元件32b(参照图2A)或经由无线连接(未示出)耦合到信号响应测量装置20(参照图2A)(例如激光干涉仪装置20a的形式(参照图2A))。
如图2A所示，模态冲击测试系统12(也参照图4A)进一步包括数据采集组件36(也参照图4A)。数据采集组件36优选包括信号分析器38(参照图2A，4A)，计算机40(参照图2A，4A)，计算机处理器42(参照图2A，4A)以及电源44(参照图2A，4A)中的一个或更多个。优选地，电源44包括集成电子压电式电源或另外的合适的电源。
数据采集组件36(参照图2A，4A)可以经由第一信号电缆连接元件37a(参照图2A，4A)并经由第二信号电缆连接元件37b(参照图2A，4A)耦合到模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)。可供选择地，数据采集组件36(参照图2A，4A)可以经由无线连接(未示出)耦合到模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)。
如图2A所示，模态冲击测试系统12(例如固定的模态冲击测试系统12a的形式)进一步包括测试元件46。在如图2A-2B所示的一个实施例中，测试元件46可以是测试圆盘46a的形式。图2B示出可以用于本公开的模态冲击测试组件10和模态冲击测试系统12的测试元件46(例如测试圆盘46a的形式)的实施例的特写透视图。
在如图2C所示的另一个实施例中，测试元件46可以是测试棒46b的形式。图2C示出可以用于本公开的模态冲击测试组件10和模态冲击测试系统12的测试元件46(例如测试棒46b的形式)的另一个实施例的特写透视图。可供选择地，测试元件46可以是另外的合适的形式或配置。
如图2A所示，测试元件46优选地经配置以设置在冲击组件16与信号响应测量装置20之间并与冲击组件16和信号响应测量装置20对齐。如图2A-2C所示，测试元件46优选固定到保持元件124(例如工具架124a的形式)。保持元件124(例如工具架124a的形式)优选附接到旋转元件126(例如主轴126a的形式)。旋转元件126(例如主轴126a的形式)优选是加工设备128(参照图2B-2C)的部分。
加工设备128(参照图2B-2C)可以包括加工机床、旋转切割机、CNC(计算机数控)机床或可以进行模态冲击测试的另外的合适的加工设备。具体地，具有旋转元件的任意加工设备都可以被测试。此外，会需要模态信息的任意加工设备的任意元件，可以进行非手动施加冲击锤测试而被测试。
优选地，测试元件46具有和现有或已知的加工设备或机床(例如旋转切割机或CNC(计算机数控)机床)的现有或已知切割装置的质量基本上类似的质量。模态冲击测试组件10和模态冲击测试系统12能够在测试元件46以操作速度旋转时对其进行模态冲击测试。
图3A-3D示出在冲击测试循环期间，冲击组件16的冲击元件22相对于测试元件46的各种位置。图3A示出冲击组件16的一个实施例的特写透视侧视图，所述冲击组件16被示出位于相对于可用于本公开的模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)和模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)的测试元件46(例如测试圆盘46a的形式)的实施例的第一位置130。
图3A还示出在第一位置130中，冲击组件16没有被激活(armed)并且没有运行。图3A示出冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)具有第一端部52a、第二端部52b以及具有测力传感器50的本体部54，所述第一端部52a具有前端部56。前端部56(参照图3A)优选地经配置以冲击测试元件46(参照图3A)(例如测试圆盘46a的形式)的一部分58(参照图3A)。
如图3A所示，冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)的第二端部52b优选耦合或附接到弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的第一端部60a。如图3A进一步所示，弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的第二端部60b可以耦合或附接到基部64。
如图3A进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的第一端部72a优选具有磁性前端部76。磁性前端部76被优选设计以在测试元件46(参照图3A)上执行模态冲击测试时，接触、保持和释放弹性驱动元件24(参照图3A)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3A)的形式)的细长本体部62(参照图3A)的部分78(参照图3B)。如图3A进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的本体部74优选耦合或附接到直立架80。直立架80(参照图3A)优选具有附接部82(参照图3A)，附接部82经配置以将致动元件26(参照图3A)附接到直立架80(参照图3A)。
如图3A进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)可以经由一个或更多个电线88a耦合或附接到循环控制元件18(参照图2A)。如图3A所示，在第一位置130中，冲击元件22不与测试元件46接触，并且弹性驱动元件24不与致动元件26接触。
图3B示出图3A的冲击组件16的特写透视侧视图，其中，冲击组件被示出位于相对于图3A的测试元件46(例如测试圆盘46a的形式)的第二位置132。在第二位置132，臂触发开关110(参照图2A，4A)的臂开关114(参照图2A，4A)被接通或激励。这使得冲击元件22和弹性驱动元件24向后移动，以便优选由金属材料制成的弹性驱动元件24的部分78接触致动元件26的磁性前端部76。致动元件26的磁性前端部76将弹性驱动元件24的部分78保持在第二位置132，其为激活(armed)位置。
图3B示出冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)具有第一端部52a、第二端部52b以及具有测力传感器50的本体部54，所述第一端部52a具有前端部56。前端部56(参照图3B)优选地经配置以冲击测试元件46(参照图3B)(例如测试圆盘46a的形式)的部分58(参照图3B)。如图3B所示，冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)的第二端部52b优选附接或耦合到弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的第一端部60a。弹性驱动元件24(参照图3B)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3B)的形式)的第二端部60b(参照图3B)可以耦合或附接到基部64(参照图3B)。
如图3B进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的第一端部72a优选具有磁性前端部76。磁性前端部76优选设计为在测试元件46上执行模态冲击测试时，接触、保持和释放弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的细长本体部62的部分78。如图3B进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的本体部74优选耦合或附接到具有附接部82的直立架80。
继续参照图3B，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)可以经由一个或更多个电线88a耦合或附接到循环控制元件18(参照图2A)。如图3B所示，在第二位置132，冲击元件22不与测试元件46接触，但是弹性驱动元件24现在与致动元件26接触，并且致动元件26保持弹性驱动元件24。致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)创建的磁场将弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)吸回并将其保持，直到充电被中断，然后释放弹性驱动元件。
图3C示出图3A的冲击组件16的特写透视侧视图，其中冲击组件16被示出位于相对于图3A的测试元件46(例如测试圆盘46a的形式)的第三位置134。在第三位置134，或触发位置，臂触发开关110(参照图2A，4A)的触发开关116(参照图2A，4A)被接通或激励。这使得致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)释放弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的细长本体部62。在释放弹性驱动元件24(参照图3C)后，冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)以及弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)用朝测试元件46的弹簧力向前弹射。这使得冲击元件22的前端部56冲击或接触测试元件46的部分58。
图3C示出冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)具有第一端部52a、第二端部52b以及具有测力传感器50的本体部54，所述第一端部52a具有前端部56。如图3C所示，冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)的第二端部52b优选附接或耦合到弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的第一端部60a。弹性驱动元件24(参照图3C)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3C)的形式)的第二端部60b(参照图3C)可以耦合或附接到基部64(参照图3C)。
如图3C进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的第一端部72a优选具有磁性前端部76，所述磁性前端部76被设计以在测试元件46上执行模态冲击测试时，接触、保持和释放弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)的细长本体部62的部分78(参照图3B)。如图3C进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的本体部74优选耦合或附接到具有附接部82的直立架80。
如图3C进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)可以经由一个或更多个电线88a耦合或附接到循环控制元件18(参照图2A)。如图3C所示，在第三位置134，冲击元件22与测试元件46接触，但是弹性驱动元件24不与致动元件26的磁性前端部76接触。
图3D示出图3A的冲击组件16的特写透视侧视图，其中，冲击组件被示出位于相对于图3A的测试元件46(例如测试圆盘46a的形式)的第四位置136。在第四位置136，在冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)已经冲击测试元件46后，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)重新上电并重新捕获弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)。这使得冲击元件22(参照图3D)和弹性驱动元件24(参照图3D)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3D)的形式)从测试元件46(参照图3D)的部分58(参照图3D)的冲击回跳弹回。
继续参照图3D，致动元件26的第一端部72a的磁性前端部76将弹性驱动元件24的细长本体部62的部分78保持在第四位置136。第四位置136是触发后位置。图3D示出冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)具有第一端部52a、第二端部52b以及具有测力传感器50的本体部54，所述第一端部52a具有前端部56。如图3D所示，冲击元件22的第二端部52b优选附接或耦合到弹性驱动元件24的第一端部60a。如图3D进一步所示，弹性驱动元件24的第二端部60b可以耦合或附接到基部64。
如图3D进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)的本体部74优选耦合或附接到直立架80。附接部82(参照图3D)优选地经配置以将致动元件26附接到直立架80。
如图3D进一步所示，致动元件26(例如电磁螺线管26a的形式)可以经由一个或更多个电线88a耦合或附接到循环控制元件18(参照图2A)。如图3D所示，在第四位置136，冲击元件22不与测试元件46接触，并且弹性驱动元件24与致动元件26接触。致动元件26保持弹性驱动元件24。
图4A-4B示出模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)的另一个实施例。图4A-4B进一步示出模态冲击测试系统12(例如便携式模态冲击测试系统12b的形式)的另一个实施例。
图4A示出模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)的侧透视图。此外，图4A示出本公开的模态冲击测试系统12(例如便携式模态冲击测试系统12b的形式)的侧透视图。
图4B示出模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)的顶部透视图。此外，图4B示出图4A的模态冲击测试系统12(例如便携式模态冲击测试系统12b的形式)的顶部透视图。
如图4A-4B所示，模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)包括壳体结构48(例如便携式壳体结构48b的形式)。如图4A-4B所示，壳体结构48(例如便携式壳体结构48b的形式)包括第一塔部(Towerpart)138a、第二塔部138b以及基部140。基部140(参照图4A-4B)优选设置在第一塔部138a的基底与第二塔部138b的基底之间。
如图4A-4B所示，第一塔部138a容纳信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)。如图4A进一步所示，第一塔部138a可以具有细长切口部142和多个细长狭槽144(也参照图4B)。细长狭槽144优选地经配置以允许信号响应测量装置20(例如激光干涉仪装置20a的形式)根据需要在第一塔部138a内上下垂直滑动。接着，这允许信号响应测量装置20(参照图4A)与测试元件46(参照图4A)(例如测试棒46b(参照图4A)的形式)对齐。
如图4A-4B所示，第二塔部138b容纳冲击元件22(例如冲击锤22a的形式)。如图4A进一步所示，第二塔部138b容纳弹性驱动元件24(例如长度调整的弹簧片24a的形式)。第二塔部138b(参照图4A)进一步容纳致动元件26(参照图4A)(例如电磁螺线管26a的形式)，所述致动元件26附接到直立架80(参照图4A)。
第二塔部138b(参照图4A)进一步容纳循环控制元件18(参照图4A)(例如触发电路装置18a的形式)。循环控制元件18(参照图4A)优选经由一个或更多个电线88a(参照图4A)连接到致动元件26(参照图4A)。如图4A进一步所示，第二塔部138b包括允许接近冲击元件22、弹性驱动元件24、致动元件26和循环控制元件18的接近部146。
如图4A-4B所示，测试元件46(例如测试棒46b的形式)设置在第一塔部138a与第二塔部138b之间。如图4A-4B进一步所示，测试元件46优选耦合或附接到保持元件124(例如工具架124a的形式)。如图4B所示，保持元件124优选附接到旋转元件126，例如主轴126a。旋转元件126(参照图4B)优选附接到加工设备128(参照图4B)。
第一塔部138a(参照图4A)与第二塔部138b(参照图4A)之间的距离优选在基部140(参照图4A)处可调整。这允许改变冲击元件22(例如冲击锤22a)对测试元件46的冲击强度。
如图4A-4B所示，模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)可以进一步包括第二组构件28。第二组构件28包括经由有线连接元件32a或经由无线连接(未示出)耦合到循环控制元件18的第一控制器30。第二组构件28进一步包括经由有线连接元件32b或经由无线连接(未示出)耦合到信号响应测量装置20的第二控制器34。
如图4A-4B所示，第一控制器30优选包括臂触发开关110和电力元件112。优选地，臂触发开关110包括臂开关114(参照图4A-4B)和触发开关116(参照图4A-4B)。优选地，电力元件112包括电池组118(参照图4A-4B)或另外的合适的电力源。第一控制器30(参照图4A-4B)优选地经配置以控制循环控制元件18(参照图4A)(例如触发电路装置18a(参照图4A)的形式)并向所述循环控制元件18供电。
如图4A-4B所示，第二控制器34优选包括具有控制接口部122的激光干涉仪控制器120。第二控制器34优选地经配置以控制信号响应测量装置20(参照图4A-4B)(例如激光干涉仪装置20a的形式(参照图4A-4B))并向所述信号响应测量装置20供电。
如图4A-4B所示，模态冲击测试系统12(例如便携式模态冲击测试系统12b的形式)进一步包括数据采集组件36。如图4A-4B所示，数据采集组件36包括信号分析器38、计算机40、计算机处理器42以及电源44中的一个或更多个。电源44优选包括集成电子压电式电源或另外合适的电源。如图4A-4B所示，数据采集组件36优选耦合到模态冲击测试组件10(例如便携式模态冲击测试组件10b的形式)的第一控制器30和第二控制器34。
如图4A-4B进一步所示，数据采集组件36优选经由第一信号电缆连接元件37a耦合到第二控制器34。如图4A-4B进一步所示，数据采集组件36优选经由第二信号电缆连接元件37b耦合到第一控制器30。可供选择地，数据采集组件36可经由无线连接(未示出)耦合到第一控制器30和第二控制器34。
在本公开的另一个实施例中，提供一种模态冲击测试方法150(参照图5)。图5示出本公开的模态冲击测试方法150的实施例的示意图。如图5所示，方法150包括将测试元件46(参照图2A-2C)固定到保持元件124(参照图2A-2C)的步骤152。步骤152进一步包括将保持元件124附接到加工设备128(参照图2B-2C)的旋转元件126(参照图2A-2C)。
如图5所示，方法150进一步包括，通过将测试元件46在模态冲击测试组件10的冲击组件16(参照图2A，4A)与信号响应测量装置20(参照图2A，4A)之间对齐，以相对于模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)设置测试元件46(参照图2A，4A)的步骤154。所述测试元件46(参照图2A，4A)在冲击组件16(参照图2A，4A)与信号响应测量装置20(参照图2A，4A)之间的对齐优选包括将测试元件46(参照图2A，4A)在冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a(参照图2A，4A)的形式)之间对齐。冲击锤22a(参照图2A，4A)优选地经配置以冲击测试元件46(参照图2A，4A)。
信号响应测量装置20(参照图2A，4A)(例如激光干涉仪装置20a(参照图2A，4A)的形式)优选地经配置以在用冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a的形式)冲击后，测量来自测试元件46(参照图2A，4A)的响应信号。相对于模态冲击测试组件10设置测试元件46的步骤154可以进一步包括相对于固定的模态冲击测试组件10a(参照图2A)或便携式模态冲击测试组件10b(参照图4A)设置测试元件46。
如图5所示，方法150进一步包括将第一控制器30(参照图2A，4A)耦合到模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)的循环控制元件18(参照图2A，4A)的步骤156。步骤156进一步包括将第二控制器34(参照图2A，4A)耦合到模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)的信号响应测量装置20(参照图2A，4A)。
如上面详细讨论的，第一控制器30(参照图2A，4A)优选包括臂触发开关110(参照图2A，4A)和电力元件112(参照图2A，4A)。优选地，臂触发开关110(参照图2A，4A)包括臂开关114(参照图2A，4A)和触发开关116(参照图2A，4A)。优选地，电力元件112(参照图2A，4A)包括电池组118(参照图2A，4A)或另外合适的电力源。如上面详细讨论的，第二控制器34(参照图2A，4A)优选包括具有控制接口部122(参照图2A，4A)的激光干涉仪控制器120(参照图2A，4A)。
如图5所示，方法150进一步包括将数据采集组件36(参照图2A，4A)耦合到第一控制器30(参照图2A，4A)和第二控制器34(参照图2A，4A)的步骤158。将数据采集组件36耦合到第一控制器30和第二控制器34的步骤158进一步包括耦合包含信号分析器38(参照图2A，4A)、计算机40(参照图2A，4A)、计算机处理器42(参照图2A，4A)和电源44(参照图2A，4A)中的一个或更多个的数据采集组件36。优选地，电源44包括集成电子压电式电源或另外合适的电源。
数据采集组件36(参照图2A，4A)优选经由第二信号电缆连接元件37b(参照图2A，4A)耦合到第一控制器30(参照图2A，4A)。数据采集组件36(参照图2A，4A)优选经由第一信号电缆连接元件37a(参照图2A，4A)耦合到第二控制器34(参照图2A，4A)。可供选择地，数据采集组件36可以经由无线连接(未示出)耦合到第一控制器30和第二控制器34。
如图5所示，方法150进一步包括旋转测试元件46(参照图2A，4A)以确定初始旋转速度的步骤160。由于旋转元件126(参照图2B，4B)或加工设备128(参照图2B，4B)的振动特性，一些旋转速度可能不像其他旋转速度那样起作用。优选地避免已知切割装置的颤振(再生性振动)。随着已知切割装置穿过被加工的材料移动，这类颤振会因谐振频率与输入力和振动的相互作用产生。
如图5所示，方法150进一步包括激活第一控制器30(参照图2A，4A)的步骤162。如在3B中的上述讨论和图示，将第一控制器30在第二位置132或激活位置激活包括接通或激励臂触发开关110(参照图2A，4A)的臂开关114(参照图2A，4A)。这促使冲击元件22(参照图3B)和弹性驱动元件24(参照图3B)向后移动。在这种方式中，优选由金属材料制成的弹性驱动元件24的部分78(参照图3B)接触致动元件26(参照图3B)的磁性前端部76(参照图3B)。致动元件26(参照图3B)的磁性前端部76(参照图3B)将弹性驱动元件24(参照图3B)的部分78(参照图3B)保持在第二位置132(参照图3B)，或激活位置。
利用步骤162，冲击元件22(参照图3B)不与测试元件46(参照图3B)接触，并且弹性驱动元件24(参照图3B)与致动元件26(参照图3B)接触。致动元件26(参照图3B)将弹性驱动元件24(参照图3B)保持在合适位置。
如图5所示，方法150进一步包括触发第一控制器30(参照图2A，4A)以开始旋转测试元件46(参照图2A，4A)的模态冲击测试的步骤164。如上面在3C中所讨论和所图示的，在第三位置134或触发位置触发第一控制器30包括接通或激励臂触发开关110(参照图2A，4A)的触发开关116(参照图2A，4A)。这使得致动元件26(参照图3C)(例如电磁螺线管26a(参照图3C)的形式)释放弹性驱动元件24(参照图3C)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3C)的形式)的细长本体部62(参照图3C)。接着，这使得冲击元件22(参照图3C)(例如冲击锤22a的形式)和弹性驱动元件24(参照图3C)(例如长度调整的弹簧片24a(参照图3C)的形式)用朝着测试元件46(参照图3C)的弹簧力向前弹射。
接着冲击元件22(参照图3C)的前端部56(参照图3C)冲击或接触测试元件46(参照图3C)是部分58(参照图3C)。如图3C所示，在第三位置134，冲击元件22与测试元件46接触，并且弹性驱动元件24不与致动元件26接触。
如图5所示，方法150进一步包括利用数据采集组件36(参照图2A，4A)获得旋转测试元件46的不同旋转速度上的数据的步骤166。所述数据从模态冲击测试获得。如上所述，数据采集组件36(参照图2A，4A)可以优选包括信号分析器38(参照图2A，4A)、计算机40(参照图2A，4A)、计算机处理器42(参照图2A，4A)以及电源44(参照图2A，4A)中的一个或更多个。电源44(参照图2A，4A)优选包括集成电子压电式电源或另外合适的电源。
如图5所示，方法150可以进一步包括在获得步骤166后，重复触发第一控制器30(参照图2A，4A)以启动旋转测试元件46(参照图2A，4A)的测试的步骤164和利用数据采集组件36(参照图2A，4A)获得旋转测试元件46的不同旋转速度下的数据的步骤166一次或更多次的步骤168。根据需要，通过重复步骤164和步骤166，可以获得期望的平均旋转速度。利用冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a(参照图2A，4A)的形式)的模态冲击测试优选需要在测试元件46(参照图2A，4A)的若干点或位置上构建。
如图5所示，方法150可以进一步包括在重复步骤168和获得步骤166后，确定旋转测试元件46(参照图2A，4A)的操作速度的范围的步骤170。确定旋转测试元件46(参照图2A，4A)的操作速度的范围可以优选在速度X到N(参照图5)。确定操作速度的范围和获得数据可以通过在启动冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a(参照图2A，4A))的一次或更多次击打之前以及在数据采集之前，在多个离散设置位置设置旋转测试元件46和/或旋转元件126(参照图2A，4A)来实现。可供选择地，确定操作速度的范围和获得数据可以通过连续升高速度和启动冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a(参照图2A，4A)的一次或更多次击打以及以预定rpm(每分钟转数)进行数据采集而实现。可供选择地，确定操作速度的范围和获得数据可以通过连续升高速度和启动冲击元件22(参照图2A，4A)(例如冲击锤22a(参照图2A，4A))的一次或更多次击打以及以随机间隔(rpm(每分钟转数)可以通过数据分析确定)进行数据采集而实现。
如图5所示，步骤170可以进一步包括将旋转测试元件46(参照图2A，4A)的旋转速度改变到下一个期望的速度的步骤172。确定旋转测试元件46(参照图2A，4A)的操作速度的范围的步骤170优选包括确定在从约1000rpm(每分钟转数)到约20000rpm(每分钟转数)的范围中操作，或取决于所使用的加工设备128(参照图2B)的另外合适的rpm的操作。
如图5所示，方法150可以进一步包括在已经从模态冲击测试获得所有期望的冲击数据时测试完成的步骤174。如图5所示，方法150可以进一步包括利用数据采集组件36(参照图2A，4A)分析和/或处理来自模态冲击测试的数据的步骤176。来自模态冲击测试的数据是由数据采集组件36(参照图2A，4A)获得的数据。所述数据可以被分析和/或处理，以定义加工设备128(参照图2B)(例如已知的切割机)的切割装置的操作或切割参数。
使用具有模态冲击测试组件10的模态冲击测试系统12的模态冲击测试方法150优选用于分析加工设备128(参照图2B-2C和4B)的动力学特征或特性。例如，测试元件46(用已知的切割装置代替)；保持元件124(参照图2A，4A)(例如工具架124a(参照图2A，4A))；以及旋转元件126(参照图2B-2C，4B)(例如主轴126a(参照图2B-2C，4B))的每个组合都可以被分析。
使用具有模态冲击测试组件10的模态冲击测试系统12的模态冲击测试方法150优选用在不同的操作或切割参数。操作或切割参数优选包括进给速率；切割装置的旋转速度；切割装置的切割方向和深度；切割装置的切割元件的数量、间距和几何结构；或其他合适的操作或切割参数中的一个或更多个。
图6示出航空器制造和维护方法200的流程图。图7示出本公开的航空器216的实施例的功能性框图。参照图6-7，本公开的示例性实施例可以在如图6所示的航空器制造和维护方法200以及如图7所示的航空器216的背景中进行描述。
在预生产阶段，示例性航空器制造和维护方法200可以包括航空器216的规格和设计202以及材料采购204。在制造阶段，进行航空器216的构件和子组件制造206以及系统集成208。此后，航空器216可以通过认证和交付210，以投入使用212。当由用户使用212时，航空器216可以定期进行例行维修和维护214(其还可以包括修改、重新配置、翻新以及其他合适的维护)。
航空器制造和维护方法200的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或实现。出于本描述的目的，系统集成商可以包括，但不限于，任意数量的航空器制造商和主系统分包商。第三方可以包括，但不限于，任意数量的销售商、分包商和供应商。操作者可以包括航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织和其他合适的操作者运营商。
如图7所示，通过示例性航空器制造和维护方法200生产的航空器216可以包括具有多个系统220的机身218和内部222。多个系统的示例可以包括推进系统224、电气系统226、液压系统228以及环境系统230中的一个或更多个。可以包括任意数量的其他系统。虽然示出了航空航天的示例，但是本公开的原理可以应用于其他行业，例如汽车行业。
本文所述的方法和系统可以在航空器制造和维护方法200的任意一个或更多个阶段期间被采用。例如，对应于构件和子组件制造206的构件或子组件可以以类似于在航空器216使用212时生产的构件或子组件的方式被制作或制造。而且，可以在构件和子组件制造206以及系统集成208期间利用设备实施例、方法实施例或其组合中的一个或更多个，例如，通过加快航空器216的组装或降低航空器216的成本。类似地，在航空器216使用212时，例如，但不限于，维修和维护214时，也可以使用设备实施例、方法实施例或其组合中的一个或更多个。
所公开的模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)、模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)的实施例能够在正以操作速度旋转的测试元件46(参照图2A，4A)上执行模态冲击测试，而对操作员没有造成风险。模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)、模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)使用来自冲击锤22a(参照图2A，4A)的远程触发的激励脉冲和非接触式激光干涉仪装置20a(参照图2A，4A)。激光干涉仪装置20a(参照图2A，4A)用作提供响应信号的元件。优选需要在测试元件46(参照图2A，4A)的若干点上完成。
接着，这允许在测试元件46(参照图2A，4A)正以操作速度旋转时，获得加工设备128(参照图2B-2C)的精确操作行为和操作参数的预测。加工设备128(参照图2B-2C)可以包括旋转切割机(例如可用于加工金属配件的旋转切割机)或其他正在进行模态冲击测试的机床设备。
因此，所公开的实施例通过使用测试元件46(例如测试圆盘46a(参照图2A，4A)或测试棒46b(参照图2A，4A))替代已知的切割装置，解决了在已知的旋转元件(例如旋转主轴)上执行冲击模态测试的问题。测试元件46优选具有与已知切割装置的质量类似的质量。此外，冲击模态测试优选在不可接近的机器外壳(例如壳体结构48(参照图2A，4A))内执行。
进一步地，所公开的模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)、模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)的实施例允许在测试元件46旋转时对测试元件46测试期间获得的数据分析，所述测试元件46代替已知的切割装置。在测试期间获得的数据优选被分析以确定在进入制造环境之前旋转元件126(参照图2B，4B)(例如加工设备128(参照图2B-2C)的旋转主轴126a(参照图2B，4B))的精确操作行为。这可以节省没有进行这种冲击模态测试和分析的引入制造环境的加工装备所需要进行的试验生产的几个月。
此外，所公开的模态冲击测试组件10(参照图2A，4A)、模态冲击测试系统12(参照图2A，4A)以及模态冲击测试方法150(参照图5)不需要操作员在致动冲击锤22a(参照图2A)时靠近旋转元件126(参照图2A)和测试元件46(参照图2A，4A)。此外，所公开的实施例不需要连接元件(例如电线)在测试元件46旋转时附接在信号响应测量装置20(参照图2A，4A)与测试元件46之间。
而且，所公开的实施例允许在旋转元件126接通时，附接到加工设备128(参照图2B)的旋转元件126(参照图2A，4A)的测试元件46(参照图2A，4A)的模态冲击测试。进一步地，所公开的实施例允许在加工设备128(参照图2B，4B)的冲击模态测试期间，获得用于旋转测试元件46的冲击模态分析的数据，所述测试元件46替换已知的切割装置。所公开的实施例能够确定加工设备程序员(例如机床程序员)所需的精确操作参数，而无需额外和昂贵的试验和误差分析。
进一步地，所公开的实施例提供可以用在例如机器测试中心的固定的模态冲击测试组件10a(参照图2A)和固定的模态冲击测试系统12a(参照图2A)。可供选择地，所公开的实施例提供可以被封装到能够现场使用的便携式单元中的便携式模态冲击测试组件10b(参照图4A)和便携式模态冲击测试系统12b(参照图4A)。
而且，本公开包括根据下列实施例的实施例：
实施例1：一种用于模态冲击测试的系统(12)，所述系统(12)包括：
模态冲击测试组件(10)，其包括：
第一组构件(14)，其包括：
冲击组件(16)；
耦合到所述冲击组件(16)的循环控制元件(18)；和，
设置在与所述冲击组件相对的位置处的信号响应测量装置(20)；和，
与所述第一组构件(14)分离的第二组构件(28)，所述第二组构件(28)包括：
耦合到所述模态冲击测试组件的循环控制元件(18)的第一控制器(30)；和，
耦合到所述模态冲击测试组件的信号响应测量装置(20)的第二控制器(34)，
测试元件(46)，所述测试元件(46)经配置以在所述冲击组件(16)与所述信号响应测量装置(20)之间对齐，所述测试元件(46)固定到保持元件，所述保持元件附接到旋转元件，其中所述模态冲击测试组件的冲击组件(16)经配置以在所述测试元件(46)以操作速度旋转时冲击所述测试元件(46)；和
耦合到所述模态冲击测试组件的数据采集组件(36)，
所述模态冲击测试组件(10)、所述测试元件(46)和所述数据采集组件(36)共同包括用于以操作速度旋转的所述测试元件(46)的模态冲击测试的模态冲击测试系统(12)。
实施例2：根据实施例1所述的系统(12)，其中所述模态冲击测试系统(12)是固定的模态冲击测试系统，并且所述第一组构件(14)和测试元件(46)包含在壳体结构(48)内。
实施例3：14.根据实施例1所述的系统(12)，其中所述模态冲击测试系统(12)是便携式模态冲击测试系统(12)，并且所述第一组构件(14)基本上包含在壳体结构(48)内。
实施例4：15.根据实施例1所述的系统(12)，其中所述冲击组件(16)包括：
具有测力传感器(50)的冲击元件(22)，所述测力传感器(50)经配置以在所述冲击元件(22)冲击所述测试元件(46)时释放冲击力输出；
附接到所述冲击元件(22)的弹性驱动元件(24)；和，
致动元件(26)，所述致动元件(26)经配置以致动所述冲击元件(22)和所述弹性驱动元件(24)，以便所述冲击元件(22)冲击所述测试元件(46)。
实施例5：16.根据实施例1所述的系统(12)，其中所述信号响应测量装置(20)包括激光干涉仪装置，所述激光干涉仪装置经配置以在所述冲击组件(16)冲击所述测试元件(46)时测量信号响应。
实施例6：17.根据实施例1所述的系统(12)，其中所述第一控制器(30)包括臂触发开关(110)和电力元件(112)，并且所述第二控制器(34)包括激光干涉仪控制器(120)，所述第一控制器(30)和第二控制器(34)经由有线连接元件(32b)或经由无线连接耦合到所述模态冲击测试组件(10)。
实施例7：18.根据实施例1所述的系统(12)，其中所述数据采集组件(36)包括信号分析器(38)、计算机(40)、计算机处理器(42)和电源(44)中的一个或更多个，其中所述电源(44)包括集成电子压电式电源(44)，所述数据采集组件(36)经由一个或更多个信号电线连接元件(37a)或经由无线连接耦合到所述模态冲击测试组件。
针对在前述描述和相关附图中阐述的教导的益处，本领域的技术人员将想到符合本发明的本公开的许多更改和其他实施例。本文所述的实施例仅仅是示例性的，并不旨在限制或穷尽。虽然本文采用了具体的术语，但是它们仅具有一般性和描述性含义而不是为了限制目的。
Claims (25)
1.一种用于模态冲击测试的组件(10)，所述用于模态冲击测试的组件(10)包括：
第一组构件(14)，其包括：
冲击组件(16)；
耦合到所述冲击组件(16)的循环控制元件(18)；和
设置在与所述冲击组件(16)相对的位置处的信号响应测量装置(20)，其包括激光干涉仪装置；和
与所述第一组构件(14)分离的第二组构件(28)，所述第二组构件(28)包括：
耦合到所述循环控制元件(18)的第一控制器(30)；和
耦合到包括所述激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置(20)的第二控制器(34)，其包括激光干涉仪控制器，
所述冲击组件(16)经配置以冲击以操作速度旋转的测试元件(46)，所述测试元件被固定到附接到旋转元件的保持元件，所述旋转元件经配置以旋转所述测试元件，所述保持元件固定所述测试元件以在所述冲击组件与所述信号响应测量装置之间对齐。
2.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述用于模态冲击测试的组件是固定的模态冲击测试组件(10)，并且所述第一组构件(14)和所述测试元件(46)包含在壳体结构(48)内。
3.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述用于模态冲击测试的组件是便携式模态冲击测试组件(10)，并且所述第一组构件(14)被包含在壳体结构(48)内。
4.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述冲击组件(16)包括：
具有测力传感器(50)的冲击元件(22)，所述测力传感器(50)经配置以在所述冲击元件(22)冲击所述测试元件(46)时释放冲击力输出；
附接到所述冲击元件(22)的弹性驱动元件(24)；和
致动元件(26)，所述致动元件(26)经配置以致动所述冲击元件(22)和所述弹性驱动元件(24)，以便所述冲击元件(22)冲击所述测试元件(46)。
5.根据权利要求4所述的组件(10)，其中所述冲击元件(22)包括具有前端部(56)的冲击锤(22a)，所述冲击锤(22a)经配置以冲击所述测试元件(46)的一部分。
6.根据权利要求4所述的组件，其中所述弹性驱动元件(24)包括长度调整的弹簧片(24a)。
7.根据权利要求4所述的组件，其中所述致动元件(26)包括电磁螺线管(26a)。
8.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述循环控制元件(18)包括触发电路装置(18a)，所述触发电路装置(18a)经配置以触发所述冲击组件(16)，从而冲击所述测试元件(46)。
9.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述激光干涉仪装置(20a)经配置以在所述冲击组件(16)冲击所述测试元件(46)时测量信号响应。
10.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述第一控制器(30)包括臂触发开关(110)和电力元件(112)，所述第一控制器(30)经配置以控制所述循环控制元件(18)并向所述循环控制元件(18)供电，并且所述第一控制器(30)经由有线连接元件(32a)或经由无线连接耦合到所述循环控制元件(18)。
11.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述激光干涉仪控制器(120)经配置以控制包括所述激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置(20)并向所述信号响应测量装置(20)供电，以及所述激光干涉仪控制器经由有线连接元件(32b)或经由无线连接耦合到包括所述激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置(20)。
12.一种用于模态冲击测试的系统，所述系统包括：
模态冲击测试组件，其包括：
第一组构件，其包括：
冲击组件；
耦合到所述冲击组件的循环控制元件；和，
设置在与所述冲击组件相对的位置处并包括激光干涉仪装置的信号响应测量装置；和，
与所述第一组构件分离的第二组构件，所述第二组构件包括：
耦合到所述模态冲击测试组件的循环控制元件的第一控制器；和，
耦合到包括所述模态冲击测试组件的所述激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置的第二控制器，所述第二控制器包括激光干涉仪控制器，
测试元件，所述测试元件被固定到附接到旋转元件的保持元件，所述旋转元件经配置以旋转所述测试元件，所述保持元件固定所述测试元件以在所述冲击组件与所述信号响应测量装置之间对齐，其中所述模态冲击测试组件的冲击组件经配置以在所述测试元件以操作速度旋转时冲击所述测试元件；和
耦合到所述模态冲击测试组件的数据采集组件，
所述模态冲击测试组件、所述测试元件和所述数据采集组件共同构成用于以操作速度旋转的所述测试元件的模态冲击测试的模态冲击测试系统。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述模态冲击测试系统是固定的模态冲击测试系统，并且所述第一组构件和所述测试元件包含在壳体结构内。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述模态冲击测试系统是便携式模态冲击测试系统，并且所述第一组构件包含在壳体结构内。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述冲击组件包括：
具有测力传感器的冲击元件，所述测力传感器经配置以在所述冲击元件冲击所述测试元件时释放冲击力输出；
附接到所述冲击元件的弹性驱动元件；和，
致动元件，所述致动元件经配置以致动所述冲击元件和所述弹性驱动元件，以便所述冲击元件冲击所述测试元件。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述激光干涉仪装置经配置以在所述冲击组件冲击所述测试元件时测量信号响应。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一控制器包括臂触发开关和电力元件，并且所述第一控制器和第二控制器经由有线连接元件或经由无线连接单独耦合到所述模态冲击测试组件。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述数据采集组件包括信号分析器、计算机、计算机处理器和电源中的一个或更多个，其中所述电源包括集成电子压电式电源，所述数据采集组件经由一个或更多个信号电线连接元件或经由无线连接耦合到所述模态冲击测试组件。
19.一种用于模态冲击测试的方法(150)，所述方法(150)包括以下步骤：
将测试元件(46)固定到保持元件并将所述保持元件附接到旋转元件，其中所述旋转元件经配置以旋转所述测试元件；
通过将所述测试元件(46)在模态冲击测试组件(10)的冲击组件(16)与信号响应测量装置(20)之间对齐，将所述测试元件(46)设置在与所述模态冲击测试组件相关的位置处，所述信号响应测量装置包括激光干涉仪装置；
将第一控制器(30)耦合到所述模态冲击测试组件(10)的循环控制元件(18)；
将包括激光干涉仪控制器的第二控制器(34)耦合到包括所述模态冲击测试组件(10)的激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置(20)；
将数据采集组件(36)耦合到所述第一控制器(30)和所述第二控制器(34)；
旋转所述测试元件(46)以确定初始旋转速度；
激活所述第一控制器(30)；
触发所述第一控制器(30)以启动所述旋转测试元件(46)的模态冲击测试；以及
利用所述数据采集组件(36)获得所述旋转测试元件(46)的不同旋转速度上的数据。
20.根据权利要求19所述的方法(150)，其进一步包括在所述获得步骤后，重复下列步骤一次或更多次：触发所述第一控制器(30)以启动所述旋转测试元件(46)的模态冲击测试的步骤和利用所述数据采集组件(36)获得所述旋转测试元件(46)的不同旋转速度上的数据的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法(150)，其进一步包括在所述重复步骤后，确定所述旋转测试元件(46)的操作速度的范围的步骤和利用所述数据采集组件(36)分析所述数据以定义加工设备的切割装置的操作或切割参数的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法(150)，其中所述分析所述数据的步骤进一步包括定义操作或切割参数，所述操作或切割参数包括进给速率；所述切割装置的旋转速度；所述切割装置的切割方向和深度；以及所述切割装置的切割元件的数量、间距和几何结构中的一个或更多。
23.根据权利要求19所述的方法(150)，其中将所述测试元件(46)在所述冲击组件(16)与包括所述激光干涉仪装置的所述信号响应测量装置(20)之间对齐包括将所述测试元件(46)在冲击锤(22a)与所述激光干涉仪装置之间对齐，所述冲击锤(22a)经配置以冲击所述测试元件(46)，所述激光干涉仪装置经配置以在利用所述冲击锤(22a)冲击之后测量来自所述测试元件(46)的响应信号。
24.根据权利要求19所述的方法(150)，其中将所述测试元件(46)设置在模态冲击测试组件(10)中的步骤包括将所述测试元件(46)设置在与固定的模态冲击测试组件(10)或便携式模态冲击测试组件(10)相关的位置处。
25.根据权利要求19所述的方法(150)，其中将所述数据采集组件(36)耦合到所述第一控制器(30)和所述第二控制器(34)的步骤包括，将包括信号分析器(38)、计算机(40)、计算机处理器(42)和电源(44)中的一个或更多个的所述数据采集组件(36)经由一个或更多个信号电缆连接元件(37a)或经由无线连接耦合到所述第一控制器(30)和所述第二控制器(34)。
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