发明内容
本发明的第一目的是提供一种非接触式构件刚度检测方法。
本发明解决的第一个问题是,如何实现非接触式刚度检测,为此本发明实施例提供了以下技术方案:
一种非接触式构件刚度检测方法,包括以下步骤:
采用非接触方式使样件产生振动;
采集样件的振动信号波形;
根据所述振动信号波形,测算样件的刚度。
本发明要解决的第二个问题是,如何实现同时检测多个样件,即实现样件批量检测,为此根据本发明实施例,所述样件包括标定样件和至少一个待测样件,所述根据振动信号波形测算样件的刚度包括:
根据待测样件的振动信号波形的振幅和周期,测算得到待测样件的自然频率;
根据待测样件的自然频率、质量及待测样件与标定样件的自然频率比值,测算得到待测样件的刚度。
本发明的另一目的是提供一种可以实现上述方法的非接触式构件刚度检测设备,包括:
固定装置,用于固定样件的一端;
非接触式振动装置,用于以非接触方式使样件的另一端产生振动;
振动检测传感器,用于采集样件因振动产生的振动信号波形;
数据传输接口,用于将所测振动信号波形或振动信号波形的参数导出,以便于测算样件的刚度。
根据本发明实施例,所述固定装置包括底座和压板,样件放置于底座和压板之间。
本发明解决的第三个问题是,如何增强样件固定效果,根据本发明实施例,所述底座上设置有样件定位槽,用于放置样件。和/或,所述固定装置还包括气缸,用于给所述压板施加压力以进一步固定样件。将样件放置在样件定位槽内,可以限制样件在振动的过程中产生位置摆动,增强固定效果。通过气缸给样件施加压力,可以根据样件的不同固定要求施加不同大小的力,在具有更强固定效果的同时还更具有适应性,可以满足不同尺寸的样件。另外,提供气缸给压板施力可以使各个样件受力均衡,适用于一次进行多个样件刚度检测的情况。
根据本发明实施例,所述非接触式振动装置为气流喷射装置,用于向样件喷射气流以使样件产生振动。
根据本发明实施例,所述气流喷射装置包括分歧管、若干个电磁阀和若干个喷嘴,所述分歧管上设置有若干个出口,一个出口与一个电磁阀连接,一个电磁阀控制一个喷嘴中气流的通/断,所述振动检测传感器的数量与喷嘴的数量相同,一个振动传感器采集一个样件的振动信号波形。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
1)以非接触方式使样件产生振动,没有与样件直接接触,不会对样件造成损坏。
2)使样件产生一次振动即可进行刚度检测,无需进行多次试探性的施压操作,检测速度快,效率高。
3)批量样件可同时检测,进一步极大地提高了检测效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本实施例中提供了一种非接触式构件刚度检测方法,该方法包括以下步骤:
S10:采用非接触方式使样件产生振动。使样件产生振动的非接触方式可以多种,例如向样件喷射气流,对样件进行电磁非接触激励等。
S20:采集样件的振动信号波形。
S30:根据所述振动信号波形,测算样件的刚度。
构件的刚度与该构件的材质、形状、密度分布有关,材质、形状、密度又决定了该构件因振动而产生的振动信号波形的自然频率,因此,通过采集构件的振动信号波形,分析其自然频率,可以测算出该构件的刚度。
在本实施例所述方法中,一次可进行批量(多个)样件的刚度检测,作为一种可实施方式的举例,上述步骤S10-S30中所述样件包括一个标定样件和至少一个待测样件,步骤S30中所述根据振动信号波形测算样件的刚度,可以采用如下方式:
根据待测样件的振动信号波形的振幅和周期,及待测样件的质量,采用公式(1)(2)(3)测算得到待测样件的测试刚度;
其中,K为刚度,m为样件质量(重量),w为自然频率,δ为对数衰减比,Td为振动信号波形周期,A1、A3分别为相邻周期的波形振幅。
然后再根据标定样件与待测样件的自然频率比值的平方,得到比例系数,待测样件的测试刚度乘以该比例系数即为待测样件的最终刚度。例如某待测样件的振动信号波形如图2所示,标定样件的自然频率为w0,某待测样件的自然频率为w1,该待测样件经过上述公式(1)(2)(3)测算得到的测试刚度为K1,则检测出来该待测样件的最终刚度为K1',K1'=f·K1,f为比例系数,
标定样件与待测样件属于同一批次构件,理论上同一批次构件的刚度值应该相同,通过检测同一批次的各个构件的刚度可以评判各个构件的刚度性能是否合格。所述比例系数f可以通过测试同一样件分别在检测装置和标定装置上的刚度而获得。标定样件的刚度值可以采用如图5-6所示的标定装置测试获得。该标定装置包括:
试件平台32,用于放置标定样件38;
砝码盘33,用于放置砝码34;
压力针37,与标定样件38接触,用于将砝码34的重力施加到标定样件38上;
千分表31,用于检测标定样件38在砝码34的重力作用下产生的形变量;
刚度值是压力除以因压力产生的位移,即,砝码的重力与标定样件的形变量的比值即为标定样件的刚度值。
另外,该标定装置还包括底板35和支柱36,支柱36用于支撑试件平台32和砝码盘33,底板35用于支承整个标定装置的除其以外的其他部件。
请参阅图3,本实施例中提供了一种可以实现前述非接触式构件刚度检测方法的设备,该设备包括:
固定装置,用于固定样件的一端。本实施例中是通过采集样件的振动信号波形来测算样件的刚度,将样件的一端固定,是为了避免样件在振动过程中随意跑动而影响振动信号波形的采集。
气流喷射装置,用于向样件喷射气流,使样件的另一端产生振动。容易理解的,此处的另一端是指样件中除了被固定装置固定的部分外都称之为另一端,即包括样件的端部和中间部分,并非仅指样件的一个端部。
振动检测传感器,用于采集样件在气流的冲击下产生的振动信号波形。
数据传输接口,用于连接数据处理装置,以便于将测试所得振动信号波形或振动信号波形的参数传输给数据处理装置,以测算得到样件的刚度。
此处所述数据传输接口,针对于提供数据传输接口的振动检测传感器而言,即为振动检测传感器的数据传输接口,针对于不提供这样接口的振动检测传感器而言,则为设备额外设置的接口。
如图3-4所示,在本实施例中,整个刚度检测设备放置于测试平台11上。固定装置包括底座12、压板13和气缸16,在一种简单的实施方式下,可以直接将样件14放置于底座12与压板13之间,压板13通过定位销固定于底座12上,利用压板13自身的重力,通过压板13与底座12之间的配合实现对样件14的固定。在更优化的方案中,可以在底座12上设置样件定位槽21,将样件14放置于该样件定位槽21中,由于样件定位槽21限制了样件14的位置摆动,因此可以增强对样件14的固定效果,而且不需要压板13对样件14提供较大的压力,即对压板13的结构、材质没有更多的要求,无需要求压板13自身的重力很大。
在另一个优化方案中,还可以通过气缸16给压板13施加压力,使各个样件14可以受到较为均衡的压力,进一步增强对各个样件14的固定效果。采用气缸16方式施压,可以实现自动施压与泄压,实现方式简单,且控制精确。气缸16设置于支撑平板18上,支撑平板18通过支撑立板支19承,支撑立板19设置于试件平台11上。
如果样件14没有固定好,采集得到的振动信号波形可能不稳定,导致测试结果不准确,因此,可以采用压力计17检测各个样件14受到的压力值,在压力值稳定后才启动气流喷射装置给样件14喷射气流,以避免因各样件14不稳定而导致检测结果不准确。
在本实施例中,气流喷射装置包括分歧管、若干个电磁阀和若干个喷嘴15(图3中示例性地展示了5个),所述分歧管上设置有若干个出口,一个出口与一个电磁阀连接,一个电磁阀控制一个喷嘴15中气流的通/断,振动检测传感器的数量与喷嘴15的数量相同,若干个振动检测传感器设置于传感器架上,一个振动传感器20采集一个样件14的振动信号波形。作为另外一种实施方式,也可以是一个电磁阀15与若干个喷嘴连接,各个喷嘴之间相互独立。
在图3所示的示例中,5个样件为待测样件,检测出5个样件14的振动信号波形后,通过公式即可测算出待测样件的刚度。
在本实施例中,通过高压气源(例如高压气泵,高压气罐,空气压缩机)向气管中注入高压气流,打开电磁阀,高压气流从喷嘴15中喷出,使样件14产生振动,振动检测传感器采集对应样件14的振动信号波形,样件14的振动信号波形可以通过与振动检测传感器连接的显示器进行显示,或者是振动检测传感器将采集到的振动信号波形传输给数据处理装置,数据处理装置与显示器连接,将振动信号波形进行显示。显示器还可以用于显示压板13对样件14施加压力波形图、样件刚度值、同一次测试压力的最大值、最小值、平均值。
如图所示,喷嘴15与样件14没有直接接触,喷嘴15与样件14之间存在间隙,振动检测传感器也优选采用非接触式振动检测传感器进行振动信号波形采集,因此可以避免样件14在采用接触式刚度检测方法时因过于挤压而损坏(因固定而给样件14施加的压力相对较小,不会损伤样件14,尤其是通过样件14定位槽的设置后对样件14的压力更小)。另外,通过采集样件14的振动信号波形进行样件14刚度测算,样件14的振动强烈程度对刚度测算的准确度没有影响,喷射较小气流使样件14产生较小振动也可以进行刚度检测,因此也无需对样件14施加较大压力以固定样件14。喷射一次气流使样件14振动一次即可进行刚度检测,检测速度快,效率高,尤其是一次可进行多个样件14的刚度检测,进一步提高了检测效率。
本实施例中是以喷射气流的方式使样件产生振动,当然地,还可以采用其他多种非接触方式使样件产生振动,例如电磁激励等,因此,用于以非接触方式使样件产生振动的非接触是振动装置的结构不限于本实施例中所述气流喷射装置的结构。
数据处理装置可以是独立于所述非接触式构件刚度检测设备的工业电脑,振动检测传感器将采集到的振动信号波形传输给工业电脑,由工业电脑进行样件的刚度测算。
数据处理装置也可以是包含处理器、电源电路、存储器等电路器件的电路板模块,作为检测设备的组成部件。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。