CN203382805U - 模态宽频振动消除应力设备 - Google Patents

Abstract

一种模态宽频振动消除应力设备，包括振动源和控制电路，其中：所述振动源包括底座、直线电机、工件夹紧装置和导轨，所述直线电机固定安装在底座上，所述工件夹紧装置通过导轨安装在底座上，所述直线电机的输出轴固定连接在工件夹紧装置上，所述直线电机的输出轴的轴线与导轨平行。本实用新型改善了中小型工件振动时效的处理效果，扩大了振动时效的应用范围。

Description

模态宽频振动消除应力设备

技术领域

本实用新型涉及一种振动设备，特别是涉及一种用于时效处理的振动设备。

背景技术

振动时效处理是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法，是利用机械方法使金属构件的工件振动，在共振条件下对工件施以循环动应力，使工件内部残余的内应力和附加的振动应力的矢量和达到超过材料屈服强度的时候，使材料发生微量的塑性变形，从而使材料内部的内应力得以松弛或重新分布而达到尺寸稳定的目的。与热时效相比，振动时效具有投资少、见效快、运行费用低和有利于环保等优点。

目前的振动时效装置都是采用具有偏心机构的激振器，使激振器和工件共振，以达到振动时效。激振器由偏心箱和高速电机组成。在振动时效过程中，激振器和工件必须刚性固定在一起，不能有丝毫松动，否则振动是无效的，起不到时效作用。目前，对于大型的工件，只需把激振器刚性固定在工件的合适位置即可，但对于小工件则根本无法将激振器和工件固定在一起。中国专利CN201470586U公开了一种振动时效装置，包括平台，激振器固定在平台的边缘，待时效处理的工件刚性固定在平台上，该装置将激振器和小工件固定在平台上，将平台作为载体，实现了激振器和小工件的共振，解决了因无法将激振器和小工件固定在一起振动而引起的无法对中小工件振动时效处理的问题。但是，采用该装置对中小型工件进行振动时效时，由于激振器振动频率不一定与固定安装有工件的平台的频率一致，也就是说，该装置难以准确的控制安装在平台上的工件的频率，从而导致中小型工件的振动时效效果并不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模态宽频振动消除应力设备，解决中小工件时效处理不易实现，处理效果差的技术问题。

本实用新型的模态宽频振动消除应力设备，包括振动源和控制电路，其中：

所述振动源包括底座、直线电机、工件夹紧装置和导轨，所述直线电机固定安装在底座上，所述工件夹紧装置通过导轨安装在底座上，所述直线电机的输出轴固定连接在工件夹紧装置上，所述直线电机的输出轴的轴线与导轨平行。

所述导轨为直线导轨，导轨的固定元件固定安装在底座上，导轨的移动元件与工件夹紧装置固定连接。

所述底座上固定安装有回复装置，所述工件夹紧装置与回复装置连接，所述回复装置用于提供回复力，平衡消除导轨的非线性摩擦力。

所述回复装置为两组，对称的设置在导轨的两侧，所述回复装置的回复力方向均与导轨平行，所述回复装置的两端均通过固定支腿固定安装在底座上，在工件夹紧装置的两侧分别固定安装有一个连接支腿，两个连接支腿分别与位于导轨同侧的所述回复装置的平衡位置固定连接。

所述工件夹紧装置包括工作台和夹持定位装置，工作台用于固定夹持定位装置，夹持定位装置用于工件在工作台上的定位，将完成定位的工件紧固在工作台上。

所述回复装置为弹簧，所述连接支腿与位于导轨同侧的弹簧的中部固定连接。

所述导轨为交叉圆锥滚子直线导轨。

所述控制电路由直线电机控制电路、位置传感器模块、实时驱动控制模块和集成显示处理模块组成，

位置传感器模块，用于采集宽频激振器工况时运动部件的状态信号，调理采集的状态信号；

实时驱动控制模块，用于依据存储的时效处理模型和待处理工件的初始化数据，进行振动数据计算，生成宽频激振器的控制数据，转换为驱动信号输出至宽频激振器的直线电机控制电路；

接收传感器采集的宽频激振器的工况数据，参与振动数据的计算，形成修正的控制数据；

传送宽频激振器的工况数据至集成显示处理模块；

接收集成显示处理模块传送的振动数据计算过程的控制参数；

集成显示处理模块，用于提供系统间的数据通信端口和人机交互界面，接收并存储实时驱动控制模块发送的宽频激振器的工况数据，生成并发送模态宽频振动消除应力控制参数。

所述位置传感器模块包括光栅尺位移传感器和激光位移传感器，

光栅尺位移传感器，用于采集宽频激振器的直线电机工况时的位移信号；

激光位移传感器，用于采集宽频激振器的直线电机工况时夹紧装置固定的工件的位移信号。

所述实时驱动控制模块包括数字信号处理器、可编程门阵列，数字信号处理器和可编程门阵列间通过数据总线连接；所述集成显示处理模块包括嵌入式处理器，

数字信号处理器，用于完成模态分析实时计算过程，生成振动数据传送至可编程门阵列；接收可编程门阵列传送的宽频激振器的工况数据，完成对宽频激振器的实时控制；

可编程门阵列，用于将生成的宽频激振器的驱动数据转换为宽频激振器直线电机的驱动信号，将宽频激振器的工况信号转换为工况数据，将驱动数据和工况数据按相应通信协议封装，发送相应通信端口；

嵌入式处理器，用于将宽频激振器的工况参数与不同系统进行数据交换，生成人机交互数据。

本实用新型的模态宽频振动消除应力设备通过控制电路控制宽频振荡器直线电机输出轴按照指定的频率与幅值往复运动，就能够直接控制工件夹紧装置的振动频率与幅值，从而能够准确的控制固定安装在其上的工件的振动频率与幅值，提高中小型工件的振动时效效果。控制电路中，将激振源振动的控制信号生成计算过程、对激

振源进行驱动的控制过程，从系统控制电路中分离出来，形成并列的用于数据处理和信号控制的实时驱动控制模块，用于人机交互和数据通信的集成显示处理模块。实时驱动控制模块满足较宽频率范围内需要实时响应的大数据量振动数据的生成，同时完成模态宽频振动消除应力设备工况参数的实时采集，实时修正振动数据的生成处理过程，集成显示处理模块将生成的振动数据和采集的工况参数进行进一步处理，完成与不同系统间的数据交换，同时提供丰富的人机交互界面，图形化直观显示实时驱动控制模块的底层数据，以及复杂的时效处理模型调整参数。既可以满足振动时效多振型振动数据的实时性，又满足了与其他系统间的数据交换效率。利用控制电路进行信号处理可以对中小型工件的不同频点下的时域稳态数据进行精确采集，利用控制电路的实时处理能力形成频域稳态数据供上位机形成时效振动处理的拟合曲线，有效提高对中小型工件时效处理的效果。

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的立体图；

图2为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的主视图；

图3为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的俯视图；

图4为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的使用状态图；

图5为本实用新型模态宽频振动消除应力设备控制电路的结构示意图；

图6为本实用新型模态宽频振动消除应力设备控制电路中位置传感器模块的结构示意图；

图7为本实用新型模态宽频振动消除应力设备控制电路中实时驱动控制模块的结构示意图；

图8为本实用新型模态宽频振动消除应力设备控制电路中集成显示处理模块的结构示意图；

图9为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的信号处理方法的工作流程示意图；

图10为本实用新型模态宽频振动消除应力设备的信号处理方法中第一正弦扫频信号控制直线电机往复运动产生的时域信号示意图。

具体实施方式

本实用新型的模态宽频振动消除应力设备充分利用了直线电机运动惯量小，动态响应迅速和定位精度高的特点，形成的宽频激振器，在其直线电机基本结构基础上结合数字控制电路，完成应用直线电机对中小工件进行振动时效处理的技术方案。

如图1所示，本实用新型模态宽频振动消除应力设备包括底座1、直线电机2、工件夹紧装置3和导轨4。底座1包括底板11、前支架12和后支架13，底板11为一矩形平板，在底板11的右端的前后侧面上通过螺栓固定安装前支架12和后支架13。直线电机2和导轨4均固定安装在底座1的底板11上，直线电机2位于导轨的左侧，导轨4为直线导轨，本实施例中采用交叉圆锥滚子直线导轨。导轨4的固定元件41通过垫板14固定安装在底座1上，导轨4的移动元件42与工件夹紧装置3固定连接。直线电机2的输出轴的轴线与导轨4平行，导轨4和工件夹紧装置3均位于前支架12和后支架13之间。

结合图2所示，工件夹紧装置3包括工作台31、作为夹持定位装置的第一夹块32、第二夹块33和第三夹块34，第一夹块32和第二夹块33通过螺栓固定安装在工作台31上，第一夹块32和第二夹块33左右对称，第三夹块34安装在第一夹块32和第二夹块33之间，第三夹块34的右侧面与第二夹块33的左侧面相贴合，该贴合面从上到下向左倾斜，第三夹块34上表面开设有螺栓孔，工作台31上也开设有螺栓孔，第三夹块34通过螺栓固定安装在工作台31上，工作台31上的螺栓孔略大于螺栓的直径，以便适应紧固第三夹块34时螺栓位置的改变。通过将贴合面设定成具有一定角度的斜面，能够将螺栓的扭矩转换为左右方向的夹紧力，能更有效地传递夹紧力。在第一夹块32和第三夹块34之间还可以设置垫块36，以用于不同厚度的工件的夹紧。结合图3所示，工作台31、第一夹块32、第二夹块33、第三夹块34和垫块36上均开设有减重孔。

如图3所示，在底座1的前支架12和后支架13上均固定安装有一根作为回复装置的弹簧5，两根弹簧5对称的设置在导轨4的两侧，每根弹簧5均与导轨4平行，两根弹簧5的左右两端均通过固定支腿6分别固定安装在前支架12的前侧面和后支架13的后侧面上。结合图2所示，在工件夹紧装置3的工作台31的前、后侧面上分别用螺栓固定安装有转接架35，转接架35呈T字形。在两个转接架35的前、后两侧的下端分别固定安装有一个连接支腿7，两个连接支腿7位于两根弹簧5之间，所有的连接支腿7、固定支腿6均在同一水平面上。两个连接支腿7分别与两根弹簧5的中部固定连接，以消除导轨4的非线性摩擦力。

本装置也可以只使用一根弹簧5，安装方式与上述实施例的安装方式一样，来克服导轨的非线性摩擦力。也可以使用两根弹簧，两根弹簧设置在工件夹紧装置的前后两侧，弹簧的一端与底座固定连接，弹簧的另一端固定在工件夹紧装置上，同样能够克服导轨的非线性摩擦力。

本装置在使用时，如图4所示，首先将工件8固定安装在工件夹紧装置3上，然后控制直线电机2的输出轴以设定的频率来回运动，从而带动固定安装在工件夹紧装置3上的工件8振动，实现工件8的振动时效处理。

本装置结构紧凑、装卡方式灵活，通过直线往复运动中材料的微观形变产生高频、甚高频激振力，在机械结构上摒弃了传统的旋转偏心机构，在降低噪音污染与整体功耗的同时，大幅提高了设备的可靠性与可维护性。本装置适于长期运行，维修方便，且激振力可以在线调节。

本实用新型模态宽频振动消除应力设备的激振力可实现全频带内在零至最大值之间的在线调节，可以针对不同振动应变与要处理的残余应力大小进行在线调节，提高振动时效的效率与效果；同时解决了振动过程中电机连续变频时的过峰问题——即降幅快速跨越系统共振频率以避免共振引起的激振器或工件破损。而传统激振器在大偏心转速在通过金属工件共振区域时，比如100HZ，对应电机转速6000rpm，电机与工件产生共振，导致电机工作状态失稳，电流和振幅急剧变大，超过电机承受范围，系统中断，而直线电机激振器不存在此现象。

由于模态宽频振动消除应力设备输出激振力的宽频特性（0Hz～3KHz,传统激振器频宽：0～167HZ)，可以实现高频振荡，并在多个频率点实现多振型振动（振动型态可实现：扭曲，弯曲，弯扭结合等，而传统激振器一般只有一种振动型态，对残余应力消除效果有限，而残余应力在金属内部成三维分布，只有多振型效果才好。），特别适用于高刚度（如高强铝合金、钛合金等）或结构复杂的中小型试件的频谱谐波时效处理，也可应用在一般试件的快速高效率频谱谐波时效处理，因此，本装置较适合于兵器工业或航空航天领域的高强度材料及异型结构的中小型试件的去应力时效处理。本实用新型模态宽频振动消除应力设备的宽频带和激振力可调还可以应用在对应力集中区明确的脆硬性试件，或易破损、易变形试件的频谱谐波时效中。该类工件由于脆硬性或易变形，对激振力幅值及振动频率的控制有较严苛的要求。

模态宽频振动消除应力设备包括的宽频激振器直线电机的现有控制电路是实现宽频激振器控制的必要组成部分。

如图5所示，本实用新型的模态宽频振动消除应力设备控制电路由位置传感器模块100、实时驱动控制模块200、集成显示处理模块300和宽频激振器50直线电机的控制电路组成，

位置传感器模块100，用于采集宽频激振器50工况时运动部件的状态信号，调理采集的状态信号；

实时驱动控制模块200，用于依据存储的时效处理模型和待处理工件的初始化数据，进行振动数据计算，生成宽频激振器50的控制数据，转换为驱动信号输出至宽频激振器50的直线电机控制电路；

接收传感器采集的宽频激振器50的工况数据，参与振动数据的计算，形成修正的控制数据；

传送宽频激振器50的工况数据至集成显示处理模块300；

接收集成显示处理模块300传送的振动数据计算过程的控制参数；

集成显示处理模块300，用于提供系统间的数据通信端口和人机交互界面，接收并存储实时驱动控制模块200发送的宽频激振器50的工况数据，生成并发送模态宽频振动消除应力控制参数。

本实用新型的宽频激振器控制电路还包括电源60，用于为宽频激振器50的直线电机提供150V工作电源，为实时驱动控制模块200提供24V工作电源，为集成显示处理模块300提供220V工作电源。

如图6所示，位置传感器模块100包括光栅尺位移传感器110和激光位移传感器120，

光栅尺位移传感器110，用于采集宽频激振器50的直线电机工况时的位移信号；

激光位移传感器120，用于采集宽频激振器50的直线电机工况时夹紧装置固定的工件的位移信号；

如图7所示，实时驱动控制模块200包括数字信号处理器（DSP）210、可编程门阵列（FPGA）220，数字信号处理器210和可编程门阵列220间通过数据总线连接，还包括与数字信号处理器210通过数据总线连接的第一运算存储器211和第一静态存储器212，还包括与可编程门阵列220通过数据总线连接的第二运算存储器221、第二静态存储器222、第一以太网端口223、串行输入电压输出数模转换器224、第一光电耦合输入输出端口225和第一模数转换器226，

数字信号处理器210，用于完成模态分析实时计算过程，生成振动数据传送至可编程门阵列220；接收可编程门阵列220传送的宽频激振器50的工况数据，完成对宽频激振器50的实时控制；

第一运算存储器211，用于存储完成振动数据计算过程中的中间数据；

第一静态存储器212，用于存储时效处理模型和待处理工件的初始化数据；

可编程门阵列220，用于将生成的宽频激振器50的驱动数据转换为宽频激振器50直线电机的驱动信号，将宽频激振器50的工况信号转换为工况数据，将驱动数据和工况数据按相应通信协议封装，发送相应通信端口；

第二运算存储器221，用于存储数据转换的中间数据；

第二静态存储器222，用于存储数据转换模型和协议转换模型；

第一以太网端口223，用于连接集成显示处理模块300的内联以太网端口317，完成控制电路内的数据通信；

串行输入电压输出数模转换器224，用于接收光栅尺位移传感器110采集的位移信号，发送宽频激振器50直线电机的驱动信号；

第一光电耦合输入输出端口225，用于接收激光位移传感器120采集的位移信号；

第一模数转换器226，用于接收宽频激振器50工况时的相应状态模拟参量；

利用可编程门阵列可以高速完成工况数据的采集，提高单位时间内的信号采集效率，降低数字信号处理器的性能要求，使数字信号处理器可以充分发挥高速数据处理的特长，专注于模态宽频振动数据处理过程，形成精确的宽频激振器驱动数据，在与可编程门阵列完成数据实时处理与同步的同时，与人机交互界面完成异步通讯，完成数据交互。

如图8所示，集成显示处理模块300包括嵌入式处理器310，和与嵌入式处理器310通过数据总线连接的第一串行端口311、第二串行端口312、视频数模转换器313、第二光电耦合输入输出端口314、第二模数转换器315、USB端口316、内联以太网端口317、外联以太网端口318、第三运算存储器319和第三静态存储器320，

嵌入式处理器310，用于将宽频激振器50的工况参数与不同系统进行数据交换，生成人机交互数据；

第一串行端口311，用于提供RS232通信端口；

第二串行端口312，用于提供RS485通信端口；

视频数模转换器313，用于将人机交互界面中显示数据转换为视频信号；

第二光电耦合输入输出端口314，用于完成电信号的隔离接收和发送；

第二模数转换器315，用于接收控制电路外围的模拟参量；

USB端口316，用于接收人机交互界面中的输入信号；

内联以太网端口317，用于连接实时驱动控制模块200的第一以太网端口223，完成控制电路内的数据通信；

外联以太网端口318，用于连接其他系统的相应以太网端口，完成控制电路与其他系统的数据通信；

第三运算存储器319，用于存储数据交换过程中的中间数据；

第三静态存储器320，用于存储数据交换的标准协议和基准数据；

利用嵌入式处理器的通用型，将人机交互过程与模态宽频振动数据处理过程分离开，可以使控制电路的接口数量和类型丰富，有利于控制电路与上位系统的衔接，使得模态宽频振动数据处理过程可以受到上位系统的实时监控，利用上位系统的数据分析能力，可以将数据处理修正参数及时反馈回模态宽频振动数据处理过程，提高时效振动处理效果。集成显示处理模块300通过预制的流程控制模型，或模态分析处理模型结合实时驱动控制模块200传送的工况数据，可以形成对数字信号处理器210有效控制参数，使得数字信号处理器210与可编程门阵列220间的处理过程在闭环控制告一段落时可以及时修正。

本实施例中嵌入式处理器310采用LPC3250系列芯片，第三运算存储器319采用IS42S16160系列芯片，第三静态存储器320采用K9F2G08系列芯片，内联以太网端口317和外联以太网端口318采用KSZ8041系列芯片，数字信号处理器210采用ADSP-BF518F系列芯片，可编程门阵列220采用赛灵思斯巴达六系列芯片，第一运算存储器211采用MT48LC32M16A2TG系列芯片，第一静态存储器212采用M29W320Eb70N系列芯片系列芯片，第二运算存储器221采用MT46H32M16LFBF系列芯片，第二静态存储器222采用N25Q128A13BSF40F系列芯片，第一以太网端口223采用DP83848K系列芯片，第一串行端口311和第二串行端口312采用MAX3232ID系列芯片，视频数模转换器313采用ADV7125KSTZ140系列芯片，第一光电耦合输入输出端口225和第二光电耦合输入输出端口314采用HCPL181系列芯片，第一模数转换器226和第二模数转换器315采用AD7606系列芯片，USB端口316采用TUSB2046BIVF系列芯片，串行输入电压输出数模转换器224采用AD5752R系列芯片。

利用上述硬件结构与直线电机的现有控制电路进行通信控制和数据采集，通过串行输入电压输出数模转换器224的第一模拟信号输出管脚和第二模拟信号输出管脚分别连接直线电机控制电路的两个控制信号输入端，输出差分控制信号，控制直线电机的工作频率和工作电流。采用差分信号传输可以有效克服直线电机处于高频工作状态时产生的机电信号，对同步传输的控制信号的共模干扰，提高控制信号的抗干扰能力，将控制信号的误差大幅降低。

第一光电耦合输入输出端口225的使能信号输出端连接直线电机控制电路使能输入端，隔离实时驱动控制模块200中高速处理芯片和外围电路工作时产生的微弱高频电信号，保证使能信号精确可靠，使得直线电机的工作状态同时受到差分控制信号和使能信号的控制，而两路信号的传输都避免相邻接电路的干扰。这样在工作状态时直线电机的各种工作参数才具有高度的可靠性，采集的状态数据质量才有保证。

第一模数转换器226通过三组管脚分别采集直线电机工况时的位移信号、频率信号和振幅信号，每组管脚包括接收一种类型工况信号的差分信号的两个管脚。第一模数转换器226将差分信号转换为相应的单端信号形成采集数据传送至可编程门阵列220。通过以上电路结构保证了直线电机可以精确执行控制信号，实时驱动控制模块200可以精确采集工况信号。

利用本实用新型的模态宽频振动消除应力设备控制电路对宽频激振器激振力进行控制的方法，包括以下步骤：

初始化控制电路，通过集成显示处理模块300的人机交互界面输入针对工件的初始化数据，调整时效处理模型工作参数，通过嵌入式处理器310形成控制数据；

实时驱动控制模块200中的数字信号处理器210接收控制数据进行振动数据计算生成驱动数据，可编程门阵列220将驱动数据转换为驱动信号输出，宽频激振器50进行相应振动；

光栅尺位移传感器110采集振动过程中直线电机工况时的位移信号，激光位移传感器120采集宽频激振器50的直线电机工况时夹紧装置固定的工件的位移信号，实时驱动控制模块200通过可编程门阵列220实时接收位移信号，传送至数字信号处理器210修正振动数据计算生成过程。

在实际应用中，控制电路驱动模态宽频振动消除应力设备上传感器和直线电机驱动电路，输出正弦扫频信号，采集工件的稳态数据并进行时域-频域转换，形成上位机稳态分析数据基础，并根据接收的稳态分析结果形成驱动直线电机进行时效振动的正弦扫频信号。

模态宽频振动消除应力设备控制电路的信号处理方法，主要包括以下步骤：

初始化控制电路及直线电机；

控制电路通过传感器检测直线电机和工件的时域信号；

控制电路发送第一扫频信号控制直线电机输出轴往复运动，同时采集工件的时域信号；

控制电路将采集的时域信号转换为频域的模态参数，由上位机进行模态分析；

控制电路根据上位机形成的频率数据，形成第二扫频信号，控制直线电机完成振动时效处理。

如图9所示，本实用新型模态宽频振动消除应力设备的信号处理方法的工作流程如下：

s100，宽频激振器、控制电路加电初始化；

s200，控制电路通过位移传感器检测直线电机工况时的时域位移信号，检测工件的时域位移信号；

s300，控制电路向直线电机发送第一正弦扫频信号，控制直线电机随高频信号往复运动；

s400，控制电路采集直线电机运动过程中工件产生的时域信号；

s500，控制电路根据位移信号判断直线电机工作状态是否正常，当工作状态正常时完成高频控制信号的发送；

s600，设定点频扫描范围，根据设定的点频扫描范围，重复s300～s500；

s700，控制电路将采集的时域信号处理为频域的模态信息，上传上位机进行模态分析；

s800，控制电路接收上位机发送的模态频率处理数据，形成第二正弦扫频信号；

s900，控制电路向直线电机发送第二正弦扫频信号，控制直线电机完成振动时效处理。

根据以上信号处理方法可以完成对中小工件振动的时域信号采集，频域模态信息的形成和分析，形成克服中小工件内应力的模态频率数据，转换为控制振动时效的正弦扫频信号，有效利用模态宽频振动消除应力设备的频率响应特性。

如图10所示，在时域中随时间变化，正弦波的振幅也动态变化。

在s300中，控制电路发送的第一正弦扫频信号设定如下：

u(t)=Acos(ωt)；                          1－1

A为控制输出的幅值；

当设初始状态为零时，其中

ω=2πf_curr；                               1－2

$t=\frac{i}{f_{\mathrm{ISR}}}---1-3$

其中：f_curr为当前激励信号的振荡频率；

f_ISR为DSP采样频率，例如为16kHz；

根据公式1-1、1-2、1-3可推出任一频率的第一正弦扫频信号如下：

$u^{\text{'}}\left(i\right)=A\cos (\frac{f_{\mathrm{curr}}}{f_{\mathrm{ISR}}}\×2\mathrm{\π}\×i),i=1,\·\·\·,N,N=16k---1-4$

根据s200中检测的时域位移信号y(i)可以形成时域速度信号v(i)：

v(i)=(y(i)-y(i-1))/f_ISR     y(0)=0        i=1,...,N      1－5

根据线性系统理论：

G₀(e^jw)为系统辨识后的传递函数；

transient为暂态误差；

不考虑暂态影响，对公式1－6求和去除噪声干扰项n(i)对计算结果的影响可得到：

其中N为在指定频率的激励信号下的采样次数；

Ic（N）为输出频率成分的S域实部；

Is（N）为输出频率成分的S域虚部；

进而可以计算出工件在该频率上的幅值信号稳态特性为：

$\left|G_0\left(e^{\mathrm{j\ω}}\right)\right|=\frac{\sqrt{{I_C}^2\left(N\right)+{I_s}^2\left(N\right)}}{A/2}---1-9$

相角信号稳态特性为：

在s400中，采集的时域信号包括工件的时域位置信号、时域速度信号和时域加速度信号。

运用本实用新型模态宽频振动消除应力设备的信号处理方法可以使得控制电路在点频扫频范围f0至ft之间，以一定的频率间隔步进，每个频点共完成N次u'(i)输出及v(i)采样，使得控制电路实时计算系统在该频率的稳态特性（幅值与相位），为形成频域的模态信息，上传上位机进行模态分析提供精确实时数据。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模态宽频振动消除应力设备，包括振动源和控制电路，其特征在于：

所述振动源包括底座（1）、直线电机（2）、工件夹紧装置（3）和导轨（4），所述直线电机（2）固定安装在底座（1）上，所述工件夹紧装置（3）通过导轨（4）安装在底座（1）上，所述直线电机（2）的输出轴固定连接在工件夹紧装置（3）上，所述直线电机（2）的输出轴的轴线与导轨（4）平行。

2.根据权利要求1所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述导轨（4）为直线导轨，导轨（4）的固定元件固定安装在底座（1）上，导轨（4）的移动元件与工件夹紧装置（3）固定连接。

3.根据权利要求2所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述底座（1）上固定安装有回复装置，所述工件夹紧装置（3）与回复装置连接，所述回复装置用于提供回复力，平衡消除导轨（4）的非线性摩擦力。

4.根据权利要求3所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述回复装置为两组，对称的设置在导轨（4）的两侧，所述回复装置的回复力方向均与导轨（4）平行，所述回复装置的两端均通过固定支腿（6）固定安装在底座（1）上，在工件夹紧装置（3）的两侧分别固定安装有一个连接支腿（7），两个连接支腿（7）分别与位于导轨（4）同侧的所述回复装置的平衡位置固定连接。

5.根据权利要求4所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述工件夹紧装置（3）包括工作台和夹持定位装置，工作台用于固定夹持定位装置，夹持定位装置用于工件在工作台上的定位，将完成定位的工件紧固在工作台上。

6.根据权利要求5所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述回复装置为弹簧（5），所述连接支腿（7）与位于导轨（4）同侧的弹簧（5）的中部固定连接。

7.根据权利要求6所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述导轨（4）为交叉圆锥滚子直线导轨。

8.根据权利要求1至7任一所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述控制电路由直线电机控制电路、位置传感器模块（100）、实时驱动控制模块（200）和集成显示处理模块（300）组成，

位置传感器模块（100），用于采集宽频激振器（50）工况时运动部件的状态信号，调理采集的状态信号；

实时驱动控制模块（200），用于依据存储的时效处理模型和待处理工件的初始化数据，进行振动数据计算，生成宽频激振器（50）的控制数据，转换为驱动信号输出至宽频激振器（50）的直线电机控制电路；

接收传感器采集的宽频激振器（50）的工况数据，参与振动数据的计算，形成修正的控制数据；

传送宽频激振器（50）的工况数据至集成显示处理模块（300）；

接收集成显示处理模块（300）传送的振动数据计算过程的控制参数；

集成显示处理模块（300），用于提供系统间的数据通信端口和人机交互界面，接收并存储实时驱动控制模块（200）发送的宽频激振器（50）的工况数据，生成并发送模态宽频振动消除应力控制参数。

9.根据权利要求8所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述位置传感器模块（100）包括光栅尺位移传感器（110）和激光位移传感器（120），

光栅尺位移传感器（110），用于采集宽频激振器（50）的直线电机工况时的位移信号；

激光位移传感器（120），用于采集宽频激振器（50）的直线电机工况时夹紧装置固定的工件的位移信号。

10.根据权利要求8所述的模态宽频振动消除应力设备，其特征在于：所述实时驱动控制模块（200）包括数字信号处理器（210）、可编程门阵列（220），数字信号处理器（210）和可编程门阵列（220）间通过数据总线连接；所述集成显示处理模块（300）包括嵌入式处理器（310），

数字信号处理器（210），用于完成模态分析实时计算过程，生成振动数据传送至可编程门阵列（220）；接收可编程门阵列（220）传送的宽频激振器（50）的工况数据，完成对宽频激振器（50）的实时控制；

可编程门阵列（220），用于将生成的宽频激振器（50）的驱动数据转换为宽频激振器（50）直线电机的驱动信号，将宽频激振器（50）的工况信号转换为工况数据，将驱动数据和工况数据按相应通信协议封装，发送相应通信端口；

嵌入式处理器（310），用于将宽频激振器（50）的工况参数与不同系统进行数据交换，生成人机交互数据。

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