CN112880953B - 一种振动试验装置及振动测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动试验装置，包括：主支撑框架、载台组件、重力补偿组件和载台驱动组件，载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件和提供水平向驱动力的第二驱动组件，重力补偿组件一端固定，另一端与载台组件连接，用于为载台组件提供支撑力。还提供了一种振动测试的方法。本发明的振动试验装置，通过第一驱动组件和第二驱动组件的驱动作用，可以使载台组件实现水平振动和垂向振动，可以提供六自由度的测试工况；并且，通过设置的重力补偿组件承受主要的负载重量，减小第一驱动组件的静负载，从而提高驱动电机的利用效率，因此，相对于现有技术，该试验装置能够承受更大的负载。

Description

一种振动试验装置及振动测试的方法

技术领域

本发明涉及一种振动试验装置，应用于自动化装备领域。

背景技术

在自动化装备制造领域，许多装备都是由精密的零件构成的，这些装备在工作过程中往往受到外部环境及地面振动带来的扰动问题。随着自动化技术的发展，自动化装备对机械系统的精密性和稳定性的要求越来越苛刻，尤其在半导体装备领域这样的要求几乎达到了极限。

随着自动化装备的系统集成度越来越复杂，通过离线的激振装置模拟实际工况下的振动模式，来实现对自动化装备的减振性能的测试越来越重要。离线的振动模拟测试，一方面可以在预设计阶段就完成对样机或样机部件的振动测试，辅助设计优化，另一方面可以模拟各种工况下的振动模式，辅助测试排查问题等。

对于大负载工况下的振动测试，传统的振动测试台采用液压技术，液压技术虽然可以做到很低的频率，但由于存在较大的响应延迟和阻尼问题，导致输出波形并非为谐振波形，且引入较多杂波，从而限制了振动测试台的应用范围。新兴的振动测试台采用电磁铁技术，电磁铁技术虽然可以提供较大的作用力，但其本质乃是通电后铁心磁化产生吸力，吸引衔铁运动产生位移，断电后铁心去磁，衔铁由弹簧拉动复位，存在着磁化和去磁化的滞后以及往复推拉力的形式变换问题，导致输出波形也并非为谐振波形，从而也限制了振动测试台的应用范围。

发明内容

本发明提供了一种振动试验装置，可以解决现有技术中的上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种振动试验装置，包括：主支撑框架(11)、用于承载负载的载台组件、重力补偿组件(15)和载台驱动组件，其中，所述载台组件支撑于所述主支撑框架(11)，所述载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件(16)和提供水平向驱动力的第二驱动组件(18)，所述第一驱动组件(16)的一端、所述第二驱动组件(18)的一端分别固定，所述第一驱动组件(16)的另一端、所述第二驱动组件(18)的另一端分别与所述载台组件连接；所述重力补偿组件(15)一端固定，另一端与所述载台组件连接，用于为所述载台组件提供支撑力。

本发明的振动试验装置，通过所述第一驱动组件16和所述第二驱动组件18的驱动作用，可以使载台组件实现水平振动和垂向振动，以提供六自由度的测试工况；并且，通过设置的重力补偿组件承受主要的负载重量，减小第一驱动组件的静负载，从而提高驱动电机的利用效率，因此，相对于现有技术，该试验装置能够承受更大的负载。

在一些实施例中，所述载台组件包括第一载台(12)和第二载台(13)，所述第一载台(12)支撑于所述主支撑框架(11)，所述第二载台(13)支撑于所述第一载台(12)；所述第一驱动组件(16)一端固定至所述第一载台(12)，另一端与所述第二载台(13)连接，所述第二驱动组件(18)一端固定，另一端与所述第二载台(13)连接。其中，载台组件、第一驱动组件(16)可以作为一个整体，通过第二驱动组件的驱动作用而提供水平向的振动测试，同时，当载台组件分开时，第一驱动组件(16)、第二驱动组件(18)的驱动作用，能够使第二载台(13)进行六自由度的振动测试，因而，相对于现有技术，这样的结构应用更加灵活。

在一些实施例中，所述主支撑框架(11)包括本体(21)、与所述本体(21)呈第一预定角度的辅助框架，所述载台组件支撑于所述本体(21)上方，所述第二驱动组件(18)一端固定于所述辅助框架，另一端固定于所述第二载台(13)，其中，所述第二驱动组件(18)包括至少一对呈第二预定角度安装的驱动电机(182、183)，通过至少一对所述驱动件(182、183)对所述第二载台(13)施加呈预定角度的驱动力，以驱动所述载台组件或第二载台在水平方向平移或转动。

优选的，一对所述驱动件(182、183)之间呈直角角度安装。

在一些实施例中，所述第二驱动组件(18)与所述第二载台(13)之间以可拆卸的方式连接。当拆除第二驱动组件(18)与所述第二载台(13)的连接时，第二载台可以进行大幅度的垂向振动测试，不会受到第二驱动组件的限制。

在一些实施例中，所述重力补偿组件(15)包括若干重力补偿单元，所述重力补偿单元一端固定于所述第一载台(12)，另一端支撑所述第二载台(13)。重力补偿单元主要平衡来自第二载台13施加的重力，降低多组音圈电机的垂向出力要求，保证用最小的输入实现尽可能大的输出。

在一些实施例中，所述第一驱动组件(16)包括若干音圈电机，其中，优选的，沿所述第二载台(13)的一个翻转方向至少布设两个所述音圈电机。在一个翻转方向上，通过控制该方向的两个音圈电机的驱动电流，可以实现第二载台的上下振动和翻转振动。

优选的，在第二载台的一个翻转方向上，至少两个所述音圈电机之间应垂直布设，在第二载台翻转振动时，其中一对音圈电机的动子与定子间发生平动，而另一对音圈电机的动子与定子间摆动。

在一些实施例中，所述第一驱动组件(16)、所述第二驱动组件(18)各自包括定子和动子，所述定子和所述动子中的一者构造为U型结构，另一者插设在该U型结构内；其中，该U型结构为永磁体阵列，而另一者作为线圈或线圈阵列，即线圈或线圈阵列可以在U型永磁体阵列内相对滑动和摆动，产生洛伦兹力，使载台组件或第二载台能够在水平方向转动，或第二载台的翻转振动。其中，定子与动子是相对的，在一些实施例中可以是U型结构的永磁体阵列作为动子，与第二载台进行固定，线圈或线圈阵列作为定子固定在主支撑框架的辅助框架上，在一些实施例中，U型结构的永磁体阵列也可以作为定子固定主支撑框架的辅助框架上，而线圈或线圈阵列作为动子与第二载台进行固定，此处不再赘述。

在一些实施例中，所述载台组件还包括至少一锁紧件(19)，所述锁紧件(19)分别连接所述第一载台(12)与所述第二载台(13)，且所述锁紧件(19)与所述第一载台(12)与所述第二载台(13)中至少一者为可拆卸连接。第一载台(12)与所述第二载台(13)锁定时，载台组件可以进行水平方向的振动测试，解除锁定时，第二载台可以进行六自由度的振动测试。

在一些实施例中，所述试验装置还包括若干气浮单元(14)，若干所述气浮单元(14)一端固定至所述主支撑框架(11)，另一端用于支撑所述第一载台(12)。

在一些实施例中，所述试验装置还包括用于限位和复位的防漂组件，所述防漂组件包括多组防漂单元(17)，所述防漂单元(17)设于所述主支撑框架(11)与所述载台组件之间；所述防漂单元(17)包括第一连接座(177)、第二连接座(178)、第一弹性件(175)和第二弹性件(176)，其中，所述第一弹性件(175)的一端、所述第二弹性件(176)的一端分别连接一第一连接座(177)，所述第一弹性件(175)的另一端、所述第二弹性件(176)的另一端分别连接至所述第二连接座(178)；所述第一连接座(177)与所述主支撑框架(11)、所述载台组件中的一者连接，所述第二连接座(178)与所述主支撑框架(11)、所述载台组件中的另一者连接。

在一些实施例中，所述第一连接座(177)固定连接于所述主支撑框架(11)，所述第二连接座(178)固定连接于所述载台组件；优选的，所述第二连接座(178)布设在靠近所述载台组件下端面中心的预定位置处。当防漂组件设置在主支撑框架(11)和第一载台(12)之间时，第一连接座(177)、所述第二连接座(178)分别与主支撑框架和第一载台连接。

进一步优选的，所述防漂单元(17)设于所述气浮单元(14)的周向。

在一些实施例中，所述试验装置还包括用于检测振动位移的位置传感器；优选的，所述试验装置还包括用于检测振动加速度的加速度传感器。

本发明还提供了一种振动测试的方法，包括提供一种振动试验装置，所述振动试验装置包括：主支撑框架(11)、用于承载负载的载台组件、重力补偿组件(15)和载台驱动组件，其中，所述载台组件支撑于所述主支撑框架(11)，所述载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件(16)和提供水平向驱动力的第二驱动组件(18)，所述第一驱动组件(16)的一端、所述第二驱动组件(18)的一端分别固定，所述第一驱动组件(16)的另一端、所述第二驱动组件(18)的另一端分别与所述载台组件连接；所述重力补偿组件(15)一端固定，另一端与所述载台组件连接，用于为所述载台组件提供支撑力；通过控制所述第一驱动组件(16)、所述第二驱动组件(18)的驱动电流，为负载提供水平向振动和垂向振动的测试条件。通过驱动电流的方向，控制载台组件的运动形式，如水平振动、垂向振动；通过控制驱动电流的大小控制驱动力的大小，通过控制驱动电流的波形，达到控制谐波振动波形的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明的振动试验装置，通过所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的驱动作用，可以使载台组件实现水平振动和垂向振动，可以提供六自由度的测试工况；并且，通过设置的重力补偿组件承受主要的负载重量，减小了第一驱动组件的静负载，从而提高驱动电机的利用效率，因此，相对于现有技术，本发明的试验装置能够承受更大的负载。

第二，本发明的振动试验装置，第一驱动组件采用音圈电机，音圈电机是一种反应频率极快的直驱式电机，具有零磁滞、零磁槽效应、高响应，高精度，高加速的特点，控制方便且分辨率可以做到很小；因此，通过控制驱动电流，可以输出谐波振动波形。

第三，本发明的振动试验装置，载台组件包括第一载台和第二载台，载台组件、第一驱动组件可以作为一个整体，通过第二驱动组件的驱动作用而提供水平向的振动测试，同时，当载台组件分开时，第一驱动组件、第二驱动组件的驱动作用，能够使第二载台进行六自由度的振动测试，因而，相对于现有技术，本发明的振动试验装置更加灵活，应用更加广泛。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的振动试验装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1的振动试验装置的另一整体结构示意图；

图3是本发明实施例1的第二驱动组件的结构示意图；

图4是本发明实施例1的振动试验装置的局部俯视示意图；

图5是本发明实施例1的第一驱动组件的整体结构示意图；

图6是本发明实施例1的振动试验装置的另一局部俯视示意图；

图7是本发明实施例1的防漂单元的整体结构示意图；

图8是本发明实施例1的振动试验装置的局部结构示意图；

图9是本发明实施例1的另一振动试验装置的结构示意图；

图10是本发明实施例1的另一振动试验装置的俯视图；

图11是本发明实施例1的另一振动试验装置的侧视图。

附图标记：试验装置10；主支撑框架11；第一载台12；第二载台13；气浮单元14；重力补偿组件15；第一驱动组件16；防漂单元17；第二驱动组件18；锁紧件19；本体21；第一端面22；第二端面23；第三端面24；第一侧表面25；第二侧表面26；第一框架27；第二框架28；加速度传感器32；驱动件(181、182、183；184)；第一音圈电机161；第二音圈电机162；第三音圈电机163；第四音圈电机164；第五音圈电机165；第六音圈电机166；第七音圈电机167；第八音圈电机168；第一重力补偿单元151；第二重力补偿单元152；第三重力补偿单元153；第四重力补偿单元154；第一气浮单元141；第二气浮单元142；第三气浮单元143；第四气浮单元144；所述防漂单元17；第一连接座177；第二连接座178；第一弹性件175；第二弹性件176；第一位置传感器311；第二位置传感器312；第三位置传感器313；第四位置传感器314；第五位置传感器315；第六位置传感器316；第七位置传感器317；第八位置传感器318；第一加速度传感器321；第二加速度传感器322；第三加速度传感器323；第四加速度传感器324。

具体实施方式

传统的液压技术的振动测试台，采用六足式液压伸缩位移实现振动测试的需求，液压装置填充和回流都需要一定的时间，造成反应滞后等问题。

新兴的电磁铁技术的振动测试台，采用电磁铁产生的电磁作用实现振动测试的需求，电磁铁通电后，铁心磁化产生的吸力吸引衔铁，断电后，铁心去磁，衔铁需由弹簧拉动复位，造成往复运动的推拉力属于两种形式，即一种属于麦克斯韦力，另一种属于弹簧机械拉力，因此不能输出较为理想的谐波波形。

本发明提供的振动试验装置，由于重力补偿组件承受主要的负载重量，减小第一驱动组件的静负载，从而提高驱动电机的利用效率，因而可以承受更大的负载。采用音圈电机，具有零磁滞、零磁槽效应、高响应，高精度，高加速的特点，控制方便且分辨率可以做到很小。第二驱动组件与第二载台解除固定时，可以进行大幅度的垂向振动测试，使用更加灵活，应用更加广泛。

在本发明的描述中，需要说明的是，第一驱动组件与第二驱动组件中，“动子”为一永磁体阵列，“定子”为一线圈或线圈阵列，通以驱动电流时，会产生洛伦兹力，使定子与动子之间产生相对移动，从而驱动与其连接的第二载台的垂向振动或水平振动。

本发明的振动试验装置，由于音圈电机具有高响应的特点，因而使该试验装置可以输出十分理想的谐振波形，而且输出力和输出频率有很大的可调范围，非常适用于自动化装备的振动测试。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

本实施例提供一种振动试验装置，参见图1-图11，为本实施例的试验装置10的结构示意图，该试验装置10包括：主支撑框架11、用于承载负载的载台组件、重力补偿组件15和载台驱动组件，其中，所述载台组件支撑于所述主支撑框架11，所述载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件16和提供水平向驱动力的第二驱动组件18，所述第一驱动组件16的一端、所述第二驱动组件18的一端分别固定，所述第一驱动组件16的另一端、所述第二驱动组件18的另一端分别与所述载台组件连接；所述重力补偿组件15一端固定，另一端与所述载台组件连接，用于为所述载台组件提供支撑力。

本实施例的振动试验装置，通过所述第一驱动组件16和所述第二驱动组件18的驱动作用，可以使载台组件实现水平振动和垂向振动，即可以提供六自由度的测试工况；并且，通过设置的重力补偿组件15承受主要的负载重量，减小了第一驱动组件16的静负载，从而提高了驱动电机的利用效率，因此，相对于现有技术，本实施例的试验装置能够承受更大的负载。六自由度，是指分别在X、Y、Z轴方向上的平移和在X、Y、Z轴方向上的转动。

在一些实施例中，所述载台组件包括第一载台12和第二载台13，所述第一载台12支撑于所述主支撑框架11，所述第二载台13支撑于所述第一载台12；所述第一驱动组件16一端固定至所述第一载台12，另一端与所述第二载台13连接，所述第二驱动组件18一端固定，另一端与所述第二载台13连接。其中，载台组件、第一驱动组件16可以作为一个整体，通过第二驱动组件18的驱动作用而提供水平向的振动测试，同时，当载台组件分开时，第一驱动组件16、第二驱动组件18的驱动作用，能够使第二载台13进行六自由度的振动测试，因而，相对于现有技术，这样的结构应用更加灵活。

在一些实施例中，所述主支撑框架11包括本体21、与所述本体呈第一预定角度的辅助框架，所述载台组件支撑于所述本体21上方，所述第二驱动组件18一端固定于所述辅助框架，另一端固定于所述第二载台13，其中，所述第二驱动组件18包括至少一对呈第二预定角度安装的驱动件(182、183)，通过至少一对所述驱动件(182、183)对所述载台组件施加呈第二预定角度的驱动力，以驱动所述载台组件或第二载台13在水平方向平移或转动。其中，第一预定角度和第二预定角度均小于180度。

如图1、图2所示，主支撑框架11的辅助框架包括第一框架27和第二框架28，其中，以主支撑框架11的本体21所在的方向为水平方向(XOY方向)，主支撑框架11的本体21、第一框架27和第二框架28之间相互垂直设置，即第一预定角度为90度。其中，本体21正交于第三方向(Z)，第一框架27正交于第二方向(Y)，第二框架28正交于第一方向(X)。第一载台12包括第一端面22(下端面)和第二端面23(上端面)，第一端面22和第二端面23均正交于第三方向(Z)，且与主支撑框架11的本体21相互平行。第二载台13包括第一侧表面25、第三端面24和第二侧表面26，其中，第三端面24与主支撑框架11的本体21相互平行，第一侧表面25正交于第二方向(Y)，第二侧表面26正交于第一方向(X)。

参见图2、图3，在一些实施例中，驱动件(182、183)包括定子与动子，动子为永磁体阵列，定子为线圈阵列，其中，定子固定于辅助框架，动子固定于第二载台13的第一侧表面25、第二侧表面26，且第二驱动组件18的一对驱动件182、驱动件183之间呈直角角度安装，即第二预定角度为90度。具体的，第二载台13可以为规则或不规则的几何形状，如多边形、圆形、椭圆形等，当驱动件(182、183)通以驱动电流时，呈直角角度安装的驱动件能够驱动第二载台13或载台组件沿第一方向(X)或第二方向(Y)平移，或转动。

具体的，驱动件182固定在第一框架27，驱动件183固定在第二框架28，因而驱动件182、驱动件183之间呈直角角度。其中，当驱动件182通电时，会产生大致沿第二方向(Y)的洛伦兹力，以驱动第二载台13或载台组件沿第二方向(Y)平移。当驱动件183通电时，会产生大致沿第一方向(X)的洛伦兹力，以驱动第二载台13或载台组件沿第一方向(X)平移。当驱动件182、驱动件183同时通电时，会同时产生沿第二方向(Y)和第一方向(X)的作用力，可以通过控制驱动件182、驱动件183中电流方向，使得其中一个驱动件对第二载台13产生一排斥力，而另一驱动件对第二载台13产生一吸引力，从而驱动第二载台13在水平方向内转动。

在一些实施例中，驱动件的动子构造为U型结构，驱动件的定子插设在U型结构内，因而动子可以相对于定子平移，并且动子可以相对于定子在水平方向呈预定角度摆动。该U型结构作为永磁体阵列，定子作为线圈阵列，在一些实施例中，U型结构的永磁体阵列也可以作为定子固定在辅助框架上，而线圈阵列作为动子固定在第二载台13的第一侧表面25、第二侧表面26，定子与动子之间为相对的，此处不再赘述。

进一步的，本实施例的第二驱动组件18共设置了两对驱动件，驱动件181、182、183和184，其中，第一框架27和第二框架28各自设置了两个驱动件，驱动件181、182以相同的方式固定于第一框架27和第二载台13的第一侧表面25，驱动件183、184以相同的方式固定于第二框架28和第二载台13的第二侧表面26。通过两对驱动件能够提供更大的水平方向的驱动力，以使第二载台13能够在水平方向大幅度的振动。其中，可以根据实际的测试需求设置驱动件的数量，此处不再赘述。

在一个优选的实施例中，所述第二驱动组件18与所述第二载台13之间以可拆卸的方式连接，其中，第二驱动组件18的每一驱动件均与第二载台13进行可拆卸式连接(如螺纹连接)。当本实施例的试验装置进行大幅度的垂向振动测试时，第二驱动组件18会限制第二载台13的垂向振动，因而可以撤除第二载台13与每一驱动件之间的固定连接，从而使第二载台13可以进行大幅度的垂向振动测试。

在一些实施例中，所述第一驱动组件16包括若干固定在所述第一载台12上的音圈电机，其中，沿所述第二载台13的各翻转方向分别至少布设两个所述音圈电机。当围绕X轴翻转震动时，翻转方向即为：图1所示中沿着靠近第一框架27至远离第一框架27的方向。当围绕Y轴翻转震动时，翻转方向即为：图1所示中沿着靠近第二框架28至远离第二框架28的方向。

因而，可以通过控制某一翻转方向的至少两个音圈电机的电流方向，使至少两个音圈电机电流方向相反，因而其中一个音圈电机对第二载台13产生吸引力，而另一音圈电机对第二载台产生排斥力，从而使第二载台13在该翻转方向上产生扭矩，即驱动第二载台13翻转振动。而当这些音圈电机通以同向电流时，将对第二载台13产生吸引力或排斥力，从而驱动第二载台13上下振动。

在一些实施例中，所述第一驱动组件16包括四个音圈电机，四个音圈电机呈方形分布，使得沿第一方向(X)布设有两个所述音圈电机，沿第二方向(Y)布设有两个所述音圈电机。具体的，四个音圈电机可以呈十字交叉的方式布设(图中未示出)，本实施例的第二载台13为方形，其中，每一对音圈电机可以配置在靠近第二载台13四边的中点的位置处，以提供垂向驱动力。在一个优选实施例中，为了保证第二载台13翻转振动的稳定性，四个音圈电机呈方形布设，其中，每一音圈电机均布设在靠近第二载台13四个顶点的预定位置处，因而可以提供更加稳定的驱动力。

在一个优选实施例中，在第二载台13的一个翻转方向上布设的音圈电机中，至少两个音圈电机之间应垂直布设。因而，在第二载台13翻转振动时，其中一音圈电机的动子与定子间发生平动，而另一对音圈电机的动子与定子间摆动。

具体的，音圈电机可以成对设置，以产生更强的驱动力。参见图1、图2、图4、图5，本实施例的第一驱动组件16包括四组成对设置的音圈电机，第一音圈电机161、第二音圈电机162、第三音圈电机163、第四音圈电机164、第五音圈电机165、第六音圈电机166、第七音圈电机167和第八音圈电机168，并且，任意两对音圈电机均沿翻转方向分布时，第一驱动组件16提供的驱动力可以有效抵消第二载台13在第三方向(Z)上产生的偏置力和偏置转矩，平衡第二载台13在第三方向(Z)上产生的偏置位移和偏置转动。

当四对音圈电机同时通入相同的驱动电流后，分别产生大致沿第三方向(Z)的洛伦兹力，能够引起第二载台13相对第一载台12沿着第三方向(Z)做平动；如推动第二载台13向上平动，或推动第二载台向下平动，只需通过改变电流方向即可实现。其中，音圈电机161、162、167、168的洛伦兹力(通以A方向电流)，配合音圈电机163、164、165、166的洛伦兹力(通以与A方向反向的电流)产生沿第一方向(X)的转矩。音圈电机161、162、163、164的洛伦兹力(通以A方向的电流)，配合音圈电机165、166、167、168的洛伦兹力(通以与A方向反向的电流)产生沿第二方向(Y)的转矩。通过对音圈电机驱动电流方向控制，从而使本实施例的第一驱动组件16能够驱动第二载台13相对第一载台12分别沿着第一方向(X)和第二方向(Y)做翻转振动。

本实施例中，音圈电机包括定子和动子，动子为永磁体阵列，定子为线圈或线圈阵列，定子固定于第一载台12上，动子固定在第二载台13的下表面(第三端面24)。通电时，定子与动子间相对运动，从而达到驱动第二载台13振动的效果。在一些实施例中，定子也可以与第二载台13进行固定，而动子与主支撑框架11固定。本实施例中，动子构造为U型结构，定子插设在U型结构内，因而动子可以相对于定子平移，并且动子可以相对于定子在水平方向呈预定角度摆动。

继续参见图1、图4，本实施例的重力补偿组件15包括第一重力补偿单元151、第二重力补偿单元152、第三重力补偿单元153和第四重力补偿单元154，重力补偿组件15可以沿第二载台13的第三端面24(下端面)均匀布设，其中，本实施例的重力补偿单元分别支撑在靠近第二载台13的四个顶点的预定位置处。具体的，重力补偿单元一端固定在第一载台12的第二端面23上，另一端支撑第二载台13的第三端面24，第二载台13在重力补偿单元15的支撑作用下可以进行垂向振动和水平移动。第一重力补偿单元151、第二重力补偿单元152、第三重力补偿单元153和第四重力补偿单元154自身存在一个沿第三方向(Z)的支持力，这样，多组重力补偿单元15可以为第二载台13提供的垂向支持力。具体的，第一重力补偿单元151、第二重力补偿单元152、第三重力补偿单元153和第四重力补偿单元154，可以是弹簧结构，可以是气囊结构，也可以是磁力结构。

在一些实施例中，所述载台组件还包括至少一锁紧件19，锁紧件19沿载台组件的周向布设，如图1、图2所示，所述锁紧件19分别连接所述第一载台12与所述第二载台13，且所述锁紧件19与所述第一载台12与所述第二载台13中至少一者为可拆卸连接。其中，锁紧件19用于锁定第一载台12和第二载台13，第一载台12和第二载台13锁定后，通过第二驱动机构18可以驱动载台组件在水平方向内平移或转动，并且载台组件可以进行水平方向的大幅度的振动试验。当解除第一载台12和第二载台13的锁定后，第二载台13在第一驱动组件16和第二驱动组件18的驱动下，可以进行六自由度的振动试验；进一步撤除第二驱动组件18与第二载台13的固定连接后，本实施例的试验装置可以进行大幅度的垂向振动测试。

优选的，锁紧件19分别与第一载台12、第二载台13可拆卸式连接，在进行大幅度垂向振动试验时，直接移除锁紧件19即可。本实施例中的锁紧件19可以为一板状结构，与两载台之间螺纹连接。

在一些实施例中，所述试验装置10还包括若干气浮单元14，如图1、图6、图8所示，若干所述气浮单元14一端固定至所述主支撑框架11，另一端用于支撑所述第一载台12。若干气浮单元14包括第一气浮单元141、第二气浮单元142、第三气浮单元143和第四气浮单元144，其中，气浮单元14的一端固定在主支撑框架11的本体21上，另一端抵近第一载台12的第一端面22(也即下端面)，第一载台的第一端面22充当气浮面。多组气浮单元14在气体驱动下，可以支撑载台组件相对于主支撑框架11在水平向上做平动和转动，即沿第一方向(X)和第二方向(Y)做平动，沿第三方向(Z)做转动。具体的，第一气浮单元141、第二气浮单元142、第三气浮单元143和第四气浮单元144，可以是微孔气浮垫装置，也可以是鼓风气垫装置。通过若干气浮单元14和重力补偿组件15的共同支撑作用，使得本实施例的试验装置能够承受更大的负载。

在一些实施例中，所述试验装置10还包括用于限位和复位的防漂组件，所述防漂组件包括多组防漂单元17，如图6、图7所示，所述防漂单元17设于所述支撑框架11与所述第一载台12之间；所述防漂单元17包括第一连接座177、第二连接座178、第一弹性件175和第二弹性件176，其中，所述第一弹性件175的一端、所述第二弹性件176的一端分别连接一第一连接座177，所述第一弹性件175的另一端、所述第二弹性件176的另一端分别连接至所述第二连接座178；所述第一连接座177与所述支撑框架11、所述第一载台12中的一者连接，所述第二连接座178与所述支撑框架11、所述第一载台12中的另一者连接。

具体的，所述载台组件可以沿第一方向(X)或第二方向(Y)平移，或转动，本实施例的防漂组件包括四组防漂单元，第一载台12为一方形平台，每一组防漂单元设置在靠近第一载台12四个顶点的预定位置处。通过四组防漂单元的作用，使载台组件在垂向振动或水平振动时，载台组件不至于超出预设的行程范围，起到安全限位的作用，并且在振动结束后或振动停歇间隙，使载台组件能够快速复位。

防漂单元主要起到限位和复位的功能，当载台组件做垂向振动或水平振动时，布设在四个角上的防漂单元171、172、173、174通过其包含的两个弹性件的拉伸或压缩，提供对载台组件的吸引力或者排斥力，以及由这些吸引力或排斥力组合引起的转矩，保证载台组件不会超出预设的工作行程范围，起到了安全限位的作用；另外，在垂向振动或水平振动结束后，或者振动停歇间隙，第一驱动组件16或第二驱动组件18停止出力，由于防漂单元171、172、173、174中的弹性件的拉伸或压缩变形，积蓄了能量，会在此时释放出来，弹性件回复，推动载台组件快速回到初始的零点位置。

在一些实施例中，所述第一连接座177固定连接于所述主支撑框架11，所述第二连接座178固定连接于所述第一载台12，第一载台12能够带动第二连接座178在主支撑框架11上滑移或上下振动，所述防漂单元17设于所述气浮单元14的周向。其中，通过四组防漂单元中的第一连接座177提供更加牢靠的固位力。设置在气浮单元14周向的防漂单元17，使得本实施例的试验装置结构更加紧凑。多组防漂单元17随着第一载台12或载台组件的位移变化，引起第一弹性件175和第二弹性件176的伸长或压缩，从而提供反位移方向的作用力，促使第一载台12或载台组件向中心平衡位姿移动的趋势。当然，在一些实施例中，第一连接座177可以与第一载台12固定，而第二连接座178与主支撑框架11进行固定，同样能够实现提供反作用力的效果。

优选的，四个第二连接座178设置在靠近第一载台12中心的预定位置处，进一步提高了整体结构的紧凑性，防漂单元主要起到复位的作用，靠近第一载台中心的第二连接座178能够提高实验装置整体的有效性与可靠性。上述的弹性件可以是弹簧。

在一些实施例中，上述试验装置还包括功率放大器，用来驱动所述第一驱动组件16和所述第二驱动组件18的电流，以产生力和位移，引起第二载台分别在垂向或水平向上的平动和转动。

进一步，在一个实施例中，如图9、图10所示，试验装置10还包括多个位置传感器，多个位置传感器包括第一位置传感器311、第二位置传感器312、第三位置传感器313、第四位置传感器314、第五位置传感器315、第六位置传感器316、第七位置传感器317和第八位置传感器318，其中，第一位置传感器311、第二位置传感器312、第三位置传感器313和第四位置传感器314配置在第一载台12上，第五位置传感器315、第六位置传感器316、第七位置传感器317和第八位置传感器318配置在主支撑框架11的辅助框架上。第一位置传感器311、第二位置传感器312、第三位置传感器313和第四位置传感器314的测量轴平行于第三方向(Z)，用来测量第二载台13相对第一载台12在第三方向(Z)上产生的位移。第五位置传感器315、第六位置传感器316的测量轴平行于第二方向(Y)，用来测量第二载台13相对主支撑框架11在第二方向(Y)上产生的位移。第七位置传感器317和第八位置传感器318的测量轴平行于第一方向(X)，用来测量第二载台13相对主支撑框架11在第一方向(X)上产生的位移。

如图11所示，该试验装置10还包括多个加速度传感器32，多个加速度传感器32包括第一加速度传感器321、第二加速度传感器322、第三加速度传感器323和第四加速度传感器324，第一加速度传感器321、第二加速度传感器322和第三加速度传感器323配置在第二载台13上，第四加速度传感器324配置在第一载台12上。第一加速度传感器321、第二加速度传感器322和第三加速度传感器323的测量轴平行于第三方向(Z)，用来测量第二载台13在第三方向(Z)上产生的振动加速度。第四加速度传感器324的测量轴平行于第三方向(Z)，用来测量第一载台12在第三方向(Z)上产生的振动加速度。

需要说明的是，本发明提供的振动试验装置10可应用于自动化装备的振动测试系统，自动化装备配置在第二载台13上，可以根据振动测试的测试要求和系统规划，调整试验装置10的测试输出轴向、输出力幅值和频率范围。这些可以根据第二驱动组件18、第一驱动组件16中的驱动件、音圈电机的通电与否，或驱动电流的大小、方向予以控制。

需要说明的是，本发明提供的振动试验装置10中，驱动件、音圈电机、气浮单元14、重力补偿单元15、防漂单元17、锁紧件19、位置传感器、加速度传感器32，这些功能件的数量可以根据实际需要进行设置，并不用于限制本发明的保护范围。

以上公开的仅为本发明优选实施例，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围，本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。以上不同实施例中的技术特征在不发生相互冲突的前提下可以任意的结合。

Claims (14)

1.一种振动试验装置，其特征在于，包括：主支撑框架（11）、用于承载负载的载台组件、重力补偿组件（15）和载台驱动组件，其中，

所述载台组件支撑于所述主支撑框架（11），所述载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件（16）和提供水平向驱动力的第二驱动组件（18），所述第一驱动组件（16）的一端、所述第二驱动组件（18）的一端分别固定，所述第一驱动组件（16）的另一端、所述第二驱动组件（18）的另一端分别与所述载台组件连接；

所述重力补偿组件（15）一端固定，另一端与所述载台组件连接，用于为所述载台组件提供支撑力；

所述载台组件包括第一载台（12）和第二载台（13），所述第一载台（12）支撑于所述主支撑框架（11），所述第二载台（13）支撑于所述第一载台（12）；

所述第一驱动组件（16）一端固定至所述第一载台（12），另一端与所述第二载台（13）连接，所述第二驱动组件（18）一端固定，另一端与所述第二载台（13）连接；

所述试验装置还包括若干气浮单元（14），若干所述气浮单元（14）一端固定至所述主支撑框架（11），另一端支撑所述第一载台（12）；

所述试验装置还包括用于限位和复位的防漂组件，所述防漂组件包括多组防漂单元（17），所述防漂单元（17）设于所述主支撑框架（11）与所述载台组件之间；

所述防漂单元（17）包括第一连接座（177）、第二连接座（178）、第一弹性件（175）和第二弹性件（176），其中，所述第一弹性件（175）的一端、所述第二弹性件（176）的一端分别连接至第一连接座（177），所述第一弹性件（175）的另一端、所述第二弹性件（176）的另一端分别连接至所述第二连接座（178）；

所述第一连接座（177）与所述主支撑框架（11）、所述载台组件中的一者连接，所述第二连接座（178）与所述主支撑框架（11）、所述载台组件中的另一者连接。

2.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述主支撑框架（11）包括本体（21）、与所述本体（21）呈第一预定角度的辅助框架，所述载台组件支撑于所述本体（21）上方，所述第二驱动组件（18）一端固定于所述辅助框架，另一端固定于所述第二载台（13），其中，

所述第二驱动组件（18）包括至少一对呈第二预定角度安装的驱动件（182、183），通过至少一对所述驱动件（182、183）对所述第二载台（13）施加呈第二预定角度的驱动力。

3.根据权利要求2所述的振动试验装置，其特征在于，一对所述驱动件（182、183）之间呈直角角度安装。

4.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述第二驱动组件（18）与所述第二载台（13）之间以可拆卸的方式连接。

5.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述重力补偿组件（15）包括若干重力补偿单元，所述重力补偿单元一端固定于所述第一载台（12），另一端支撑所述第二载台（13）。

6.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述第一驱动组件（16）包括若干音圈电机。

7.根据权利要求6所述的振动试验装置，其特征在于，沿所述第二载台（13）的一个翻转方向至少布设两个所述音圈电机。

8.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述第一驱动组件（16）、所述第二驱动组件（18）各自包括定子和动子，所述定子和所述动子中的一者构造为U型结构，另一者插设在该U型结构内。

9.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述载台组件还包括至少一锁紧件（19），所述锁紧件（19）分别连接所述第一载台（12）与所述第二载台（13），且所述锁紧件（19）与所述第一载台（12）与所述第二载台（13）中至少一者为可拆卸连接。

10.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述第一连接座（177）固定连接于所述主支撑框架（11），所述第二连接座（178）固定连接于所述载台组件。

11.根据权利要求10所述的振动试验装置，其特征在于，所述第二连接座（178）布设在靠近所述载台组件下端面中心的预定位置处。

12.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括用于检测振动位移的位置传感器。

13.根据权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括用于检测振动加速度的加速度传感器（32）。

14.一种振动测试的方法，其特征在于，包括提供一种振动试验装置，所述振动试验装置包括：主支撑框架（11）、用于承载负载的载台组件、重力补偿组件（15）和载台驱动组件，其中，

所述载台组件包括第一载台（12）和第二载台（13），所述第一载台（12）支撑于所述主支撑框架（11），所述第二载台（13）支撑于所述第一载台（12），所述载台驱动组件包括提供垂向驱动力的第一驱动组件（16）和提供水平向驱动力的第二驱动组件（18），所述第一驱动组件（16）一端固定至所述第一载台（12），另一端与所述第二载台（13）连接，所述第二驱动组件（18）一端固定，另一端与所述第二载台（13）连接；

所述重力补偿组件（15）一端固定，另一端与所述载台组件连接，若干气浮单元（14）一端固定至所述主支撑框架（11），另一端支撑所述第一载台（12），所述重力补偿组件（15）与所述气浮单元（14）用于为所述载台组件提供支撑力；

防漂组件包括多组防漂单元（17），所述防漂单元（17）设于所述主支撑框架（11）与所述第一载台（12）之间，所述防漂单元（17）包括第一连接座（177）、第二连接座（178）、第一弹性件（175）和第二弹性件（176），其中，所述第一弹性件（175）的一端、所述第二弹性件（176）的一端分别连接一第一连接座（177），所述第一弹性件（175）的另一端、所述第二弹性件（176）的另一端分别连接至所述第二连接座（178），所述第一连接座（177）与所述主支撑框架（11）、所述第一载台（12）中的一者连接，所述第二连接座（178）与所述主支撑框架（11）、所述第一载台（12）中的另一者连接；

通过控制所述第一驱动组件（16）、所述第二驱动组件（18）的驱动电流，为负载提供水平向振动和垂向振动的测试条件。

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