CN109557186A - 一种机械装配动态质量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了机械装配动态质量检测方法,针对产品所关注的机械装配工艺界定对应装配件系统的部件A和B及之间的装配耦合联结点，在A和B上分别对应选取动态响应点和外力激励点，装配前，针对A和B分别做激振测试，得到各频率响应函数谱矩阵，装配后，对装配件系统做激振测试，得到频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算装配件系统动态“激励‑响应”比率矩阵HR，计算该矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值，对待检测产品和样机产品分别计算该平均值，对比后得其相对误差，按相对误差大小判别待检测产品所关注装配工艺动态质量。本发明方法可直接针对产品所关注机械装配工艺的动态质量进行检测，以判定出动态质量优劣。

Description

一种机械装配动态质量检测方法
技术领域
本发明涉及一种机电产品机械装配的质量控制与质量保证(QC/QA)领域，特别涉及一种机械装配动态质量检测方法。
背景技术
机电产品是由一系列零部件组合装配而成，这些零部件的装配质量优劣影响产品的质量水平，机械装配工艺的动态质量尤为关键，直接影响产品整体的动态质量，包括噪声、振动及其粗糙度(NVH)和操控运行稳定性等动态性能。
目前，与机械装配有关的质量控制与保证(QC/QA)主要是根据中华人民共和国机械行业标准针对特定机电产品，按相关标准进行一系列静态与动态测试。现有机械装配质量检测主要集中于装配工艺的“静态质量”，比如形位公差与尺寸协调性等指标的检测。对于常用的焊接、铆接、粘结及螺栓连接等装配工艺，为达到有关装配精度标准，选取合适的工艺方法(互换法、选配法、修配法和调整法等)，依据诸如《机械装配技术标准》(中国轻工业出版社,2010.2)、《现代机械加工技术操作程序规范与机械装配质量检测评定国家标准实施手册》(中国机械工业出版社,2011.9)和《机械装配质量管理》(机械工业出版社,2010.6)这类文献所述的规定准则进行装配位置的基准定位，尽量使装配的几何精度(位置、尺寸与角度)以及结构强度(应力与形变)达到有关标准规定的质量要求。相关标准和方法包括“机械装配标准与方法”、“机械装配工艺标准与方法”以及《中华人民共和国机械行业标准》涵盖的诸如“JB/T 5994-1992装配通用技术要求”、“JB/T5945-1991工程机械装配通用条件”等机械装配标准。以车辆产品为例，其底盘与车身联结的总装主要采用焊装、螺栓联结和粘结等工艺，不仅要按与车辆相关的装配系列标准进行拧紧力矩、静/动态应力检测，对主要的焊装装配，还要进行严格的装焊夹具工艺与调试以保证焊装质量，以使车辆在行驶中不会发生松脱、异响或形变等现象。
对于机电产品的“动态质量”，现有的检测与评价工作主要是对特定产品按相关动态质量标准进行产品整体的NVH及操控运行稳定性等指标的测试与评价。以车辆产品为例的相关标准有“汽车整车产品质量检验评定方法(QC/T900-1997)”、“汽车产品质量检验、整车装配调整和外观评定方法(QCn29008.1-1991)”、“汽车车辆噪声测量方法(GB/T 18697-2002)”、“客车车内噪声限值及测量方法(GB/T 25982-2010)”、“汽车操纵稳定性试验方法(GB/T6323.3/4-1994)”等。然而，对于产品生产过程中机械装配工艺的“动态质量”的检测、控制与质量保证，目前尚缺乏成熟的应用技术理论与实用化技术方法，更未形成规范的行业检测与评价标准。
为改善机电产品的动态质量，国内外在产品结构与系统动态性能方面的研发工作主要采用相对成熟的子结构动态分析相关的理论原理与技术方法，包括模态分析、有限元方法、统计能量分析以及相关的结构动力修改技术，它们与计算机技术相结合，构成计算机辅助设计(CAD)的核心技术。相关的分析计算和测试软件(如ME-Scope、ANSYS/NASTRAN/ABAQUS、Auto-SEA/SEAM、LMS/I-DEAS等)与现有的动态测试硬件设备一起构成了机电产品机械结构系统的动态分析、优化设计与性能测试的关键技术支撑。然而，这些传统的机械结构动力学技术方法多属于“正向”技术，即从已知或测得的部件(子结构)及其装配耦合联结界面的动态特性，综合预测产品整体的动态质量，多适用于产品设计阶段。另外，现有产品动态故障诊断技术多针对转子或扭力/矩传递系统展开动态响应测试评价，主要采用转子动力学与传统结构动力学方法。而各机械装配环节及其动态“激励-响应”传递路径的动态故障，目前亦缺乏成熟的检测诊断技术规范。
因此，对于产品整体及装配件系统的动态质量保证，现有机械装配检测技术方法只注重机械装配工艺的“静态质量”有失全面，机电产品的生产制造需要寻求新的技术方法，实现在装配阶段进行机械装配工艺“动态质量”的检测与评价。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种机械装配动态质量检测方法，该方法可直接针对产品所关注的机械装配工艺进行动态质量的检测，通过该方法检测出的动态质量结果可简单地用于综合度量装配工艺对装配部件及其联结件的动态“激励-响应”传递特性的影响作用,并用于判定装配工艺动态质量的优劣,进而为机电产品整体的动态质量缺陷提供装配起因与解决方向。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种机械装配动态质量检测方法，步骤如下：
步骤S1、针对于待检测产品，确定所关注的机械装配工艺，界定所关注机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，分别标记为部件A和部件B；同时针对于待检测产品，获取其对应的样机产品；
针对于样机产品，获取其中与待检测产品所关注的机械装配工艺相同的机械装配工艺，确定该机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，参考待检测产品分别标记为部件A和部件B，然后执行步骤S21至S24；在步骤S24后，最终获取得到样机产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值，作为基准值
步骤S2、针对于待检测产品，在通过步骤S1确定其装配件系统中所涉及的部件A和部件B后，确定其中构成装配件系统所涉及的部件A和部件B与样机产品中对应构成装配件系统所涉及的部件A和部件B是否存在质量一致性；
若否，执行步骤S21至步骤S24，最终获取得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均值然后进入步骤S3；
若是，则执行步骤S23，得到待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵；并且获取上述针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，然后根据待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵和针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值进入步骤S3；
其中：
步骤S21、根据产品机械装配工艺中实际生产或运行工况条件，确定出部件A和部件B之间的装配耦合联结点，包括位于部件A上的装配耦合联结点和位于部件B上的装配耦合联结点；然后在部件A上选取与部件A上的装配耦合联结点同样数目的动态响应点，在部件B上选取与部件B上的装配耦合联结点同样数目的外力激励点；
步骤S22、在部件A和部件B装配前，对自由或准自由状态的部件A和部件B，分别在部件A动态响应点、部件B外力激励点以及部件A和部件B之间的装配耦合联结点进行动态“激励-响应”激振测试，获取到各频率响应函数谱矩阵，包括：在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、以及在部件B上各装配耦合联结点动态力激励下，部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
步骤S23、在部件A与部件B装配得到装配件系统后，对自由或准自由状态的装配件系统进行动态“激励-响应”激振测试，获取到装配件系统的频率响应函数谱矩阵，对应为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
步骤S24、根据步骤S22和步骤S23中获取到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值；
步骤S3、计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg，然后按照相对误差的预定范围标准ε％，判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量。
优选的，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵HR为：
HR＝Hoaca×[Hs,oaib×Hcbib-1×(Hcaca+Hcbcb+Ks0 -1)]-1；
其中Ks0为装配联结件动刚度矩阵；
Hoaca为在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hoaca为：
其中Hoajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；f为激振测试频率；
Hcaca为在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcaca为：
其中Hcajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个装配耦合联结点caj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbib为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcbib为：
其中Hcbjibk(f)为部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbcb为在部件B上各装配耦合联结点动态力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcbcb为：
其中Hcbjcbk(f)为在部件B上第k个装配耦合联结点cbk动态力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hs,oaib为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hs,oaib为：
其中Hs,oajibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
其中，位于部件A上的装配耦合联结点的个数、位于部件B上的装配耦合联结点的个数、部件A上选取的动态响应点的个数以及部件B上选取的外力激励点个数均为N，N是一个定值。
更进一步的，针对于装配联结件动刚度矩阵Ks0：当装配联结件质量相比部件A和部件B质量小于一定值时，装配联结件动刚度矩阵Ks0设置为0，否则装配联结件动刚度矩阵Ks0为：
其中K0为装配联结件静刚度矩阵，C0为阻尼矩阵，f为激振测试频率。
优选的，装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均模值
其中|Meg，m(fn)|为装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的第m个本征值谱在第n个分析频率fn上的模值,n＝1,2,3,…,Nf；装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的本征值谱的个数为N，N是一个定值。
优选的，计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg：
优选的，所述步骤S3中，将相对误差ReMeg与预定范围标准ε％进行比较；
若ReMeg＜ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为优良；
若ε％＜ReMeg＜2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为中等；
若ReMeg>2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为差。
优选的，所述步骤S21中，当部件A和部件B之间的装配耦合联结为线或面的耦合联结时，将线或面等效离散化多个联结点。
优选的，所述步骤S21中，在部件A和部件B之间确定的装配耦合联结点便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量；
在部件A上选取动态响应点、在部件B上选取外力激励点满足以下条件：
在部件A上所选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点均便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量；
在部件A上所选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点分别对应分布于装配耦合联结点的两侧A部件和B部件上适当位置；
在部件A上所述选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点与装配耦合联结点的距离均使得各激振测试的动态响应与外力激励之间的相关系数大于等于一定值。
优选的，所述分析频率范围根据部件A和部件B及装配件系统的最大动态“激励-响应”的有效频率范围进行设定。
优选的，样机产品指的是：按照产品相关质量标准，甄选出的产品整体动态质量完全符合相关质量标准的与待检测产品同型的产品。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明机械装配动态质量检测方法，针对产品所关注的机械装配工艺界定对应装配件系统中部件A和B，首先获取A和B之间的装配耦合联结点，在部件A和B上分别对应选取动态响应点和外力激励点，装配前，针对部件A和B分别做激振测试，得到各频率响应函数谱矩阵，装配后，对装配件系统做激励测试，得到对应频率响应函数谱矩阵，根据上述获取得到的频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算出装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵，计算该矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值，对待检测产品和样机产品分别计算上述平均值，对比后得到相对误差，根据相对误差大小判别待测产品所关注装配工艺动态质量。本发明方法直接针对产品所关注的机械装配工艺的动态质量进行检测，通过本发明检测方法能够判定出特定机电产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量优劣。本发明方法获取到的结果可简单地用于综合度量装配工艺对装配部件及其联结件的动态“激励-响应”传递特性的影响作用,并用于判定装配工艺动态质量的优劣,进而为机电产品整体的动态质量缺陷提供装配起因与解决方向。因此,本发明方法的应用将有助于更为全面地评价机电产品的机械装配工艺质量水平，弥补现有机械装配工艺检测主要关注静态质量(形位公差与尺寸协调性等)的不足,为产品整体动态质量保证开辟新的技术途径。
(2)本发明机械装配动态质量检测方法的有效实施，使逆子结构动态分析这一新近发展的机械结构动力学理论实用化，将为机电产品在其机械装配工艺过程中进行质量控制和质量保证(QC/QA)提供一种新的技术方案。
附图说明
图1是本发明检测方法流程图。
图2是本发明实施例中车辆产品在装配前部件A(车体)的动态响应点以及装配耦合联结点的设置与激振测试FRF示意图；
图3是本发明实施例中车辆产品在装配前部件B(底盘)的外力激励点以及装配耦合联结点的设置与激振测试FRF示意图；
图4是本发明实施例中车辆产品在装配后装配件系统(整车)动态响应点、外力激励点以及装配耦合联结点的设置与激振测试FRF示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例公开了一种机械装配动态质量检测方法，如图1所示，步骤如下：
步骤S1、针对于待检测产品，确定所关注的机械装配工艺，界定所关注机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，分别标记为部件A和部件B；同时针对于待检测产品，获取其对应的样机产品；在本实施例中，样机产品指的是：按照产品相关质量标准，甄选出的产品整体动态质量(NVH及操控运行稳定性等指标)完全符合相关质量标准的与待检测产品同型的车辆产品。
针对于样机产品，获取其中与待检测产品所关注的机械装配工艺相同的机械装配工艺，确定该机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，参考待检测产品分别标记为部件A和部件B，其中样机产品中的部件A和待检测产品中的部件A为同一种部件，样机产品中的部件B和待检测产品中的部件B为同一种部件；然后执行步骤S21至S24；在步骤S24后，最终获取得到样机产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值，作为基准值
在本实施例中，产品所关注的机械装配工艺为二级装配工艺，就是将两个部件装配成一个装配件系统。例如，在本实施例中，当产品为车辆，其所关注的机械装配工艺为将车身和底盘装配成一个整车系统时，构成装配件系统所涉及的两个部件分别为车身和底盘，车身和底盘分别对应为本步骤中的部件A和部件B。在获取样机产品时，甑选整车NVH与操控运行稳定性等指标完全符合相关质量标准的“优等”车辆产品作为样车。
步骤S2、针对于待检测产品，在通过步骤S1确定其装配件系统中所涉及的部件A和部件B后，确定其中构成装配件系统所涉及的部件A和部件B与样机产品中对应构成装配件系统所涉及的部件A和部件B是否存在质量一致性；在本实施例中，质量一致性意指：针对所关注的装配工艺涉及的部件(A或B)，全部批量待检测产品和样机产品的相应部件的静态质量特性(包括刚度、强度、应力与形变分布等)和动态质量特性(包括动态“激励-响应”传递特性、动态稳定性等)均相同或可视为近似相同，尤其是其动态传递特性相同或相近。
若否，执行步骤S21至步骤S24，最终获取到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均值然后进入步骤S3；
若是，则执行步骤S23，得到待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵；并且获取上述针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，然后根据待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵和针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值进入步骤S3；在本步骤计算得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的计算式和步骤S24中所使用到的产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的计算式相同，只不过在本步骤中，计算式中的各频率响应函数谱矩阵为针对于样机产品所执行步骤S22后得到各频率响应函数谱矩阵。
其中：
步骤S21、根据产品机械装配工艺中实际生产或运行工况条件，确定出部件A和部件B之间的装配耦合联结点，包括位于部件A上的装配耦合联结点caj和位于部件B上的装配耦合联结点cbj；然后在部件A上选取与部件A上的装配耦合联结点同样数目的动态响应点oaj，在部件B上选取与部件B上的装配耦合联结点同样数目的外力激励点ibj；其中位于部件A上的装配耦合联结点的个数、位于部件B上的装配耦合联结点的个数、部件A上选取的动态响应点的个数以及部件B上选取的外力激励点个数均为N，因此j＝1,2,3,…,N。
在本实施例中，当部件A和部件B之间的装配耦合联结为线或面的耦合联结时，将线或面等效离散化为多个联结点。
在本实施例中，在部件A和部件B之间确定的装配耦合联结点要便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量。
在本实施例中，在部件A上选取动态响应点以及在部件B上选取外力激励点满足以下条件：
在部件A上所选取动态响应点、在部件B上所选取外力激励点以及在部件A与B之间选取装配耦合联结点均便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量；
在部件A上所选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点分别对应分布于装配耦合联结点的两侧A部件和B部件上适当位置，具体为尽量靠近于装配耦合联结点。
在部件A上所述选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点与装配耦合联结点的距离均使得各激振测试的动态响应与外力激励之间的相关系数大于等于一定值，以保证相关性为良好。
在本实施例中，当产品为车辆时，车辆产品中的车身和底盘其总装采用一系列机械装配，包括焊接、螺栓联结、铆接和/或粘结。在本实施例中，如图2和3所示，执行该步骤，确定出部件A车身和部件B底盘之间的装配耦合联结点个数为N＝8个，包括位于车身上的8个装配耦合联结点caj和位于底盘上的8个装配耦合联结点cbj，j＝1,2,3,…,8。其中，在本实施例中，各装配耦合联结点，从车头至车尾方向依次进行编号为：车身上的8个装配耦合联结点caj和底盘上的8个装配耦合联结点cbj位置相对应。在本实施例中车身上的8个装配耦合联结点caj和底盘上的8个装配耦合联结点cbj都尽量靠近车身和底盘联接结合处，便于进行激振测试操作，包括安装测振传感器(如加速度计)。如图2所示，在车身上选取在装配耦合联结点附近的动态响应点，在本实施例中，可以选定车内驾驶员及乘员座椅固定点(安装加速度计)和乘员室代表性空间点(安置传声器)作为动态响应点oaj，j＝1,2,3,…,8；其中车身上各动态响应点，从车头至车尾方向依次进行编号为：如图3所示，在底盘上选取在装配耦合联结点附近的外力激励点，在本实施例中，可以选定底盘4个轮辐中心和4个发动机底座作为底盘的外力激励点ibj，j＝1,2,3,…,8；其中底盘上各外力激励点，从车头至车尾方向依次进行编号为：
步骤S22、在部件A和部件B装配前，对自由或准自由状态的部件A和部件B，分别在部件A动态响应点、部件B外力激励点以及部件A和部件B之间的装配耦合联结点进行动态“激励-响应”激振测试，获取得到各频率响应函数谱矩阵，包括：在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵Hoaca、在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵Hcaca、在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵Hcbib、以及在部件B上各装配耦合联结点动态力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵Hcbcb；
在本实施例中，矩阵Hoaca为：
其中Hoajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；f为激振测试频率。
Hoajcak(f)＝Xoaj(f)/Fcak(f)；
其中Fcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak所施加的动态激励力Fcak(t)经傅里叶变换后得到频域信号；Xoaj(f)为部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应Xoaj(t)经傅里叶变换后得到频域信号；当产品为车辆时，如图2中所示，在车身第3个装配耦合联结点ca3(编号为③)上施加动态激励力Fca3(t)时，对应在车身第1个动态响应点oa1(编号为①)的动态响应为Xoa1(t)。
在本实施例中，矩阵Hcaca为：
其中Hcajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个装配耦合联结点caj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcajcak(f)＝Xcaj(f)/Fcak(f)；
其中Fcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak所施加的动态激励力Fcak(t)经傅里叶变换后得到频域信号；Xcaj(f)为部件A上第j个装配耦合联结点caj的动态响应Xcaj(t)经傅里叶变换后得到频域信号；当产品为车辆时，如图2所示，在车身上第3个装配耦合联结点ca3(编号为③)上施加动态激励力Fca3(t)时，对应在车身第N个装配耦合联结点caN(编号为)的动态响应为XcaN(t)。
在本实施例中，矩阵Hcbib为：
其中Hcbjibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbjibk(f)＝Xcbj(f)/Fibk(f)；
其中Fibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk所施加的动态激励外力Fibk(t)经傅里叶变换后得到频域信号；Xcbj(f)为部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应Xcbj(t)经傅里叶变换后得到频域信号；当产品为车辆时，如图3所示在，在底盘第2个力激励点ib2(编号为②)上施加动态激励外力Fib2(t)时，对应在底盘第N个装配耦合联结点cbN(编号为)的动态响应为XcbN(t)。
在本实施例中，矩阵Hcbcb为：
其中Hcbjcbk(f)为在部件B上第k个装配耦合联结点cbk力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbjcbk(f)＝Xcbj(f)/Fcbk(f)；
其中Fcbk(f)为在部件B上第k个装配耦合联结点cbk所施加的动态激励力Fcbk(t)经傅里叶变换后得到频域信号；Xcbj(f)为部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应Xcbj(t)经傅里叶变换后得到频域信号；当产品为车辆时，如图3所示，在底盘第2个装配耦合联结点cb2(编号为②)上施加动态激励力Fcb2(t)时，对应在底盘第N个装配耦合联结点cbN(编号为)的动态响应为XcbN(t)。
在本实施例中，针对于车辆产品的车身和底盘，在装配前后分别进行充分弹性地悬吊或支撑车身、底盘，使其处于准自由状态；在本步骤中，在车身和底盘上进行激振测试获得4组FRF谱：Hoajcak(f)及Hcajcak(f)、Hcbjibk(f)及Hcbjcbk(f)。
步骤S23、在部件A与部件B装配得到装配件系统后，对自由或准自由状态的装配件系统进行动态“激励-响应”激振测试，获取得到装配件系统的频率响应函数谱矩阵，对应为在部件B上各动态外力激励点外力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵Hs,oaib。当产品为车辆时，如图4所示，在本实施例的本步骤中，车身和底盘进行装配后，车身上的8个装配耦合联结点caj和底盘上相应位置的8个装配耦合联结点cbj重合。
本实施例中，矩阵Hs,oaib为：
其中Hs,oajibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hs,oajibk(f)＝Xs,oaj(f)/Fs,ibk(f)；
其中Fs,ibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk所施加的动态激励外力Fs,ibk(t)经傅里叶变换后得到频域信号；Xs,oaj(f)为部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应Xs,oaj(t)经傅里叶变换后得到频域信号。如图4所示，在底盘上第1个外力激励点ib1(编号为①)施加动态激励外力Fs,ib1(t)时，对应在车身第3个动态响应点oa3(编号为③)的动态响应为Xs,oa3(t)。
步骤S24、根据步骤S22和步骤S23中获取到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算该比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值。
在本实施例中，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵HR为：
HR＝Hoaca×[Hs,oaib×Hcbib-1×(Hcaca+Hcbcb+Ks0 -1)]-1；
其中，Ks0、Hoaca、Hcbib、Hcaca、Hcbcb、Hs,oaib和HR均为N×N方阵；‘-1’表示矩阵求逆运算；Ks0为装配联结件动刚度矩阵；针对于装配联结件动刚度矩阵Ks0：当装配联结件质量相比部件A和部件B质量小于一定值时，即联结件质量相对部件A、B很小时，装配联结件动刚度矩阵Ks0设置为0，即忽略不计，否则装配联结件动刚度矩阵Ks0为：
其中K0为装配联结件静刚度矩阵，C0为阻尼矩阵，f为激振测试频率。矩阵K0和C0中各元素的数值由装配联结件供货方提供或预先测定。
在本实施例中，装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均模值为：
其中|Meg，m(fn)|为装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的第m个本征值谱在第n个分析频率fn上的模值,n＝1,2,3,…,Nf；装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的本征值谱的个数为N，N是一个定值；即装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的本征值谱的个数和位于部件A上的装配耦合联结点的个数、位于部件B上的装配耦合联结点的个数、部件A上选取的动态响应点的个数以及部件B上选取的外力激励点个数均相同。针对于待检测产品上述计算式计算得到的平均模值作为装配动态质量的量化指标，而对于样机产品，通过上述计算式计算得到的平均模值作为基准值。
本实施例中，上述分析频率范围根据部件A和部件B及装配件系统的最大动态“激励-响应”的有效频率范围进行设定。具体通过：预先分别在2部件和装配件系统上激振测试3组代表性“外力激励点→动态响应点”的FRF谱，选择其中最大有效频率范围，并结合激振测试采样频率fs来确定Nf。若选取激振测试频率f在通常感兴趣的中低频范围0～800Hz，且激振测试采样频率fs＝2Hz，则Nf＝800/2+1＝401。
步骤S3、计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg，然后按照相对误差的预定范围标准ε％，判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量。
计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg：
本步骤中，将相对误差ReMeg与预定范围标准ε％进行比较；若ReMeg＜ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为优良；
若ε％＜ReMeg＜2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为中等；
若ReMeg>2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为差。
在本实施例中，当产品为车辆时，根据实际生产车辆及其“车身-底盘”装配工艺的质量控制标准，并考及目标客户与市场的具体需求，预先设定ReMeg的范围标准ε％，比如选取ε＝10。对于待检测车辆产品的“车身-底盘”装配工艺，根据上述步骤检测出ReMeg数值所处范围，分别判定ReMeg≦10％、10％～20％和>20％对应的装配工艺动态质量为优良、中等和差。
本实施例中实施的动态“激励-响应”激振测试及其FRF谱数据可由“力锤—加速度计—多通道信号采集分析”硬件测试系统来完成，作为装配动态质量量化指标和其基准值以及二者之间的相对误差ReMeg可由配套编制的专用软件处理完成。“硬件测试系统”是公知公用的机械结构动力学测试分析系统，主要包括激振用的力锤、振动响应测试用的一组测振传感器(加速度计)与或声响应测试用的传感器(传声器)、多通道信号采集分析仪(国产现有4～32通道智能信号采集处理DASP系统,国外类似有LMS、IDEAS等系统)，多通道信号采集分析仪主要由前置信号调节器(电荷放大器)组、模-数(AD)转换器和配置时频域动态信号读取、分析、显示、输出、打印等功能的配套软件的计算机构成；“专用软件”按程序模块完成：FRF谱测试数据加载、按上述公式计算和ReMeg(调用同一子程序)，设定ReMeg范围标准ε％，并判别装配工艺动态质量等级，可加载或配置到硬件测试分析系统的配套软件中，实现在线或离线完成装配动态质量检测的计算、分析与评价。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械装配动态质量检测方法，其特征在于，步骤如下：
步骤S1、针对于待检测产品，确定所关注的机械装配工艺，界定所关注机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，分别标记为部件A和部件B；同时针对于待检测产品，获取其对应的样机产品；
针对于样机产品，获取其中与待检测产品所关注的机械装配工艺相同的机械装配工艺，确定该机械装配工艺中构成装配件系统所涉及的两个部件，参考待检测产品分别标记为部件A和部件B，然后执行步骤S21至S24；在步骤S24后，最终获取得到样机产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值，作为基准值
步骤S2、针对于待检测产品，在通过步骤S1确定其装配件系统中所涉及的部件A和部件B后，确定其中构成装配件系统所涉及的部件A和部件B与样机产品中对应构成装配件系统所涉及的部件A和部件B是否存在质量一致性；
若否，执行步骤S21至步骤S24，最终获取得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均值然后进入步骤S3；
若是，则执行步骤S23，得到待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵；并且获取上述针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，然后根据待检测产品对应装配件系统的频率响应函数谱矩阵和针对于样机产品所执行步骤S22后得到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值进入步骤S3；
其中：
步骤S21、根据产品机械装配工艺中实际生产或运行工况条件，确定出部件A和部件B之间的装配耦合联结点，包括位于部件A上的装配耦合联结点和位于部件B上的装配耦合联结点；然后在部件A上选取与部件A上的装配耦合联结点同样数目的动态响应点，在部件B上选取与部件B上的装配耦合联结点同样数目的外力激励点；
步骤S22、在部件A和部件B装配前，对自由或准自由状态的部件A和部件B，分别在部件A动态响应点、部件B外力激励点以及部件A和部件B之间的装配耦合联结点进行动态“激励-响应”激振测试，获取到各频率响应函数谱矩阵，包括：在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵、以及在部件B上各装配耦合联结点动态力激励下，部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
步骤S23、在部件A与部件B装配得到装配件系统后，对自由或准自由状态的装配件系统进行动态“激励-响应”激振测试，获取到装配件系统的频率响应函数谱矩阵，对应为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
步骤S24、根据步骤S22和步骤S23中获取到的各频率响应函数谱矩阵，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵；计算装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值；
步骤S3、计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg，然后按照相对误差的预定范围标准ε％，判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量。
2.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，采用间接逆子结构分析方法计算得到装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵HR为：
HR＝Hoaca×[Hs,oaib×Hcbib-1×(Hcaca+Hcbcb+Ks0 -1)]-1；
其中Ks0为装配联结件动刚度矩阵；
Hoaca为在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hoaca为：
其中Hoajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；f为激振测试频率；
Hcaca为在部件A上各装配耦合联结点动态力激励下部件A上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcaca为：
其中Hcajcak(f)为在部件A上第k个装配耦合联结点cak动态力激励下部件A上第j个装配耦合联结点caj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbib为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcbib为：
其中Hcbjibk(f)为部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hcbcb为在部件B上各装配耦合联结点动态力激励下部件B上各装配耦合联结点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hcbcb为：
其中Hcbjcbk(f)为在部件B上第k个装配耦合联结点cbk动态力激励下部件B上第j个装配耦合联结点cbj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
Hs,oaib为在部件B上各外力激励点动态外力激励下部件A上各动态响应点的动态响应产生的各频率响应函数谱所构成的频率响应函数谱矩阵；
矩阵Hs,oaib为：
其中Hs,oajibk(f)为在部件B上第k个外力激励点ibk动态外力激励下部件A上第j个动态响应点oaj的动态响应产生的频率响应函数谱，其中j,k＝1,2,3,...N；
其中，位于部件A上的装配耦合联结点的个数、位于部件B上的装配耦合联结点的个数、部件A上选取的动态响应点的个数以及部件B上选取的外力激励点个数均为N，N是一个定值。
3.根据权利要求2所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，针对于装配联结件动刚度矩阵Ks0：当装配联结件质量相比部件A和部件B质量小于一定值时，装配联结件动刚度矩阵Ks0设置为0，否则装配联结件动刚度矩阵Ks0为：
其中K0为装配联结件静刚度矩阵，C0为阻尼矩阵，f为激振测试频率。
4.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的所有本征值谱在分析频率范围内的平均模值
其中|Meg，m(fn)|为装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的第m个本征值谱在第n个分析频率fn上的模值,n＝1,2,3,…,Nf；装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的本征值谱的个数为N，N是一个定值。
5.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，计算待检测产品对应装配件系统的动态“激励-响应”比率矩阵的全部本征值谱在分析频率范围内的平均值与基准值之间的相对误差ReMeg：
6.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，将相对误差ReMeg与预定范围标准ε％进行比较；
若ReMeg＜ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为优良；
若ε％＜ReMeg＜2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为中等；
若ReMeg>2ε％，则判别待检测产品对应装配件系统的装配工艺的动态质量为差。
7.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，所述步骤S21中，当部件A和部件B之间的装配耦合联结为线或面的耦合联结时，将线或面等效离散化多个联结点。
8.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，所述步骤S21中，在部件A和部件B之间确定的装配耦合联结点便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量；
在部件A上选取动态响应点、在部件B上选取外力激励点满足以下条件：
在部件A上所选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点均便于动态“激励-响应”激振测试的操作与测量；
在部件A上所选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点分别对应分布于装配耦合联结点的两侧A部件和B部件上适当位置；
在部件A上所述选取动态响应点和在部件B上所选取外力激励点与装配耦合联结点的距离均使得各激振测试的动态响应与外力激励之间的相关系数大于等于一定值。
9.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，所述分析频率范围根据部件A和部件B及装配件系统的最大动态“激励-响应”的有效频率范围进行设定。
10.根据权利要求1所述的机械装配动态质量检测方法，其特征在于，样机产品指的是：按照产品相关质量标准，甄选出的产品整体动态质量完全符合相关质量标准的与待检测产品同型的产品。
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