DK162364B - Instrumenteret afproevningshammer til excitation af en genstand - Google Patents

Description

i

DK 162364 B

Den foreliggende opfindelse omhandler instrumenterede afprøvningshammere af den i krav l's kendetegnende del beskrevne art.

5

Der kendes eksempler på afprøvningshammere til excitation af en genstand til afprøvning. Sådanne kendte afprøv-ningshammere omfatter et hoved, et skaft, som strækker sig fra dette, og et håndtag, der er fastgjort på skaf-10 tets modsatte ende. Hovedet omfatter en anslagstap og en eller flere piezoelektriske krystaller, der er forbelastet mellem tappen og en anden masse. Derfor vil de piezoelektriske krystaller, når hammeren anslår en genstand, frembringe et elektrisk analogt signal proportionalt med 15 anslagskraften. De kendte håndtag er fremstillet af et forholdsvis hårdt, fjedrende materiale med en hårdhed på ca. 78 på en shore "A"-skala, når hårdheden måles med et durometer.

20 Detaljer om sådanne kendte hammere, deres anvendelse og brug er repræsentativt beskrevet i en eller flere af følgende referencer: Halverson and Brown "Impulse technique for structural frequency result testing", Sound and Vibration, November 1977 (pp 8-21); Lally, "Testing the Be-25 haviour of Structures", Test, August/September 1978; R.

W. Lally, "Transduction", PCB Piezotronics, Inc. (1981): "Stress Waves in a long Bar", PCB Piezotronics, Inc.

(1974)? "Piezo-electric Analogies", Electromechanical Design, December 1967 (pp. 52-53).

30

De kendte afprøvningshammere med transducere besidder imidlertid en række begrænsninger med hensyn til anvendelse og brug, da pålideligheden af de med en hammer frembragte data afhænger meget af den enkelte brugers eksper-35 tise, hvilket varierer fra person til person. Brugerens hånd og arm udgør i praksis ofte en del af hammerkonstruktionen, og indfører yderligere masse, stivhed og

DK 162364B

2 dæmpning. Ofte forøger dette hammerhovedets vibrationer efter anslag, hvilket frembringer parasitsvingninger i det frembragte elektriske signal, hvorved signalet ikke længere er proportionalt med anslagskraften. Nogle gange 5 forårsager sådanne hammeres dynamiske egenskaber et uønsket "dobbeltslag" mod genstanden, hvorved der frembringes en tilsvarende svingning i det elektriske signals spektrum. Ofte fejlfortolkes hammerresonanser, der optræder i afprøvningsresultatet, som dynamiske egenskaber ved 10 den genstand, der er under afprøvning.

Opfindelsen har til formål at afhjælpe de ovennævnte 1 ulemper.

15 Den foreliggende opfindelse anviser en forbedret prøv ningshammer til brug ved excitation af en genstand til afprøvning, hvor hammeren er "afstemt", så at det af hammeren frembragte elektriske signal er tilnærmelsesvis proportionalt med anslagskraften, og uafhængigt af brug- 20 erens dygtighed eller ekspertise.

Afprøvningshammeren til excitation af genstande til afprøvning er ifølge opfindelsen udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

25

Herved undgås i det væsentlige dannelsen af parasitsvingninger og fejlsignaler pga. vibrationer i hammerhovedet efter anslag.

30 Desuden opnås en forbedret testhammer, der kan kalibreres automatisk.

Opfindelsen skal i det efterfølgende forklares nærmere i forbindelse med foretrukne udførelsesformer og under hen-35 visning til tegningen, hvor: 3

DK 162364 B

fig. 1 viser et sidebillede af en foretrukken udførelsesform for en forbedret afprøvningshammer, hvori anvendes en krafttransducer, hvor denne afbildning desuden viser et accelerometer (vist ved stiplede linier), der kan an-5 vendes efter behov, hvor accelerometeret er fastgjort på hammerhovedet, og anvendes til at kalibrere det signal, der frembringes af transduceren; fig. 2 viser et eksploderet billede i delvist snit af den 10 i fig. 1 viste hammer, hvor skaftet, håndtaget og dele af hammerhovedet er vist i lodret snit, mens anslagstappen, transduceren og accelerometeret ses fra siden; fig. 3 viser i lodret snit og større målestok anslagstap-15 pen og krafttransduceren, der er vist i fig. 1 og 2; fig. 4 viser i delvist vandret snit det i fig. 1 viste skaft langs linien 4-4; 20 fig. 5 viser et sidebillede af en anden udførelsesform for afprøvningshammeren, hvor der i denne udførelsesform anvendes et accelerometer som den kraftaffølende del; fig. 6 viser i lodret snit den i fig. 5 viste afprøv-25 ningshammer, idet de forskellige dele er vist i snit, samtidig med, at anslagstappen fortsat ses fra siden; fig. 7 viser et lodret snit af det i fig. 5 viste hammerhoved i større målestok; 30 fig. 8 grafisk viser anslagskraften i forhold til tiden for tre forskellige anslagstappe; fig. 9 grafisk viser anslagskraften i forhold til fre-35 kvensen, for de tre anslagstappe i fig. 8;

DK 162364 B

4 fig. 10 viser et udsnit af den i fig. 9 viste kurve i større målestok, idet den i fig. 10 viste kurve tillader sammenligning mellem en "afstemt" hammer og en kendt hammer; 5 fig. 11 viser et diagram over håndgrebsmaterialets hårdhed i forhold til forholdet mellem hammerhovedet totale masse og den samlede masse for skaftet og håndtaget, idet dette diagram i forskellige punkter viser specielle kom-10 binationer af forskellige håndtagsmaterialer og forskellige forhold, og om den deraf resulterende hammer var ikke-afstemt, marginalafstemt eller fuldstændig afstemt, så at den var uafhængig af, hvorledes håndtaget holdes.

15 En forbedret afprøvningshammer, der er vist på tegningens fig. 1-4, kan anvendes til at excitere en genstand til afprøvning vibratorisk, og er i sin helhed ved en første foretrukken udførelsesform betegnet med henvisningstallet 20. Afprøvningshammeren 20 omfatter et hovedaggregat 21, 20 et skaft 22 og et støddæmpende håndtag 23, der er fastgjort til skaftets nedre del.

Hovedaggregatet er vist som værende langagtig langs en akse x-x, og er typisk opbygget af flere dele. Hoved-25 aggregatet omfatter (fra venstre mod højre i fig. 1 og 2) en anslagstap 24, en krafttransducer 25, et legeme 26 og en afstemningsmasse 28. Et valgfrit accelerometer 29 er vist med stiplede linier, og er fastgjort i aksial forlængelse af afstemningsmassen. Accelerometeret 29 anven-30 des til at kalibrere det elektriske signal, der frembringes af krafttransduceren. Selv om accelerometeret 29 er vist på tegningen med henblik på beskrivelsen af kalibreringsfunktionen, er det ikke en del af hammerens opbygning og virkemåde. Når krafttransduceren 25 er kali-35 breret, kan accelerometeret 29 fjernes.helt.

5

DK 162364 B

Der henvises nu til fig. 2 og 3. Anslagstappen 24 omfatter en specielt udformet, massiv metaldel 30, en indsats 31 og en vinylhætte 32. Metaldelen har en ringformet, plan højre endeflade 33, en ringformet, plan venstre 5 endeflade 34,' en keglestubformet endeflade 35, samt en cylinderflade 36, der forbinder endefladerne 33, 35. Som det bedst fremgår af fig. 3 strækker en udvendigt gevindskåret stamme 38 sig ud fra den højre endeflade 33. En recess er tildannet i endefladen 34 og strækker sig ak-10 sialt indad. Denne recess afgrænses af en cylinderflade 39, der strækker sig mod højre fra fladen 34, og en plan, cirkulær bundflade 40. Tapindsatsen 31 er vist som værende et langagtigt tilnærmelsesvis cylindrisk, massivt element. Den højre del af indsatsen optages i recessen. Res-15 ten af indsatsen strækker sig ud fra endefladen 34. Sædvanligvis fastholdes indsatsen i hulrummet med en prespasning eller et passende bindemiddel. I afhængighed af frekvensområdet, der har interesse, kan indsatserne være fremstillet af gummi (blødt), plast (medium) eller stål 20 (hårdt). Kappen 32 er skålformet og beskytter den udragende del af indsatsen. På denne måde kan brugeren nemt anbringe en anslagstap 24 på krafttransduceren 25, hvor anslagstappen har en indsats med den ønskede hårdhed.

Hvis kontakten mellem tappen og den afprøvede genstand er 25 aksial, vil hele anslagskraften, der udøves af genstanden mod tappen, blive overført til krafttransduceren.

Krafttransduceren 25 ses på fig. 3 at bestå af et tredelt legeme, og et par skiveformede piezoelektriske plader 41, 30 fortrinsvis quartskrystaller, med en elektrode 42 anbragt i en sandwich derimellem. Transducerlegemet omfatter en venstre del 43, en højre del 44 og en ydre del 45. Den venstre del 43 er en specielt udformet del med plane endeflader 46 og 48, samt en indvendig gevindskåren 35 gennemboring 49. Den venstre dels ydre flade omfatter (fra venstre mod højre i fig. 3) en cylinderflade 50, der strækker sig mod højre fra den venstre endeflade 46, en

DK 162364 B

6 mod venstre vendende ringformet, plan flade 51, en cylinderflade 52, en mod højre vendende ringformet, plan flade 53, en cylinderflade 54, en mod venstre konvergerende keglestubformet flade 55 og en cylinderflade 56, 5 der strækker sig mod højre til den afgrænses af den højre endeflade 48. Anslagstappen 24's gevindskårne stamme 38 optages i den venstre del af udboringen 49 på en sådan måde, at anslagstappens flade 33 ligger an imod endefladen 46.

10

Den højre del 44 afgrænses af to ringformede, plane endeflader 58 og 59, og af en anden ydre flade, der omfatter (fra venstre mod højre i fig. 3) en cylinderflade 60, der strækker sig mod højre fra den venstre endeflade 58, en 15 mod venstre vendende ringformet, plan flade 68, en cylinderflade 62, en mod højre vendende ringformet plan flade 63 og en cylinder flade 64, der strækker sig mod den mod højre vendende endeflade 59. Udvendigt gevindskårne stammer 65 og 66 strækker sig som integrerede dele mod 20 venstre og højre fra endefladerne 58 og 59. Den mod venstre vendende stamme 65 optages i den højre del af udboringen 49. Fra stammen 66’s fjerne ende strækker der sig en recess aksialt ind i delen 44. Recessen afgrænses af en cylinderflade 67, og en cirkulær, plan bundflade 25 68. En passage 69 forbinder bundfladen 68 med den mod venstre vendende endeflade 58, så at en ledning kan føres igennem fra elektroden 42. Transducerlegemet samles ved, at den højre del skrues ind i den venstre del, så at krystal-elektrode-krystal-enheden danner en sandwich-struk-30 tur under tryk, eller forbelastes mellem transducerlegemets endeflader 48 og 58 i passende grad.

Transducerlegemets ydre del 45 er en rørformet del, der forbinder transducerlegemets højre og venstre dele. Den 35 ydre del 45 er i fig. 3 vist med en indvendig cylinderflade 70, hvis yderste højre del er bragt i indgreb med fladen 62. Den rørformede del 45’s yderste venstre kant 7

DK 162364 B

omfatter en ringformet indskæring, hvori kanten mellem fladerne 52 og 53 optages. Delen 45 har en udvendig sekskantet overflade 71, hvorved det er nemmere at gribe og dreje denne del med et passende værktøj (ikke vist). Når 5 de piezoelektriske krystaller er forbelastet (dvs. komprimeret mellem endefladerne 48 og 58 i aksial retning) i den ønskede grad, svejses delen 45 på transducerlegemets venstre og højre dele 43 og 44 som vist, for at forhindre utilsigtet adskillelse af transducerlegemet. En isoleret 10 leder 72, der er forbundet til elektroden 42, passerer gennem passagen 69, recessen i stammen 66 og gennem en epoxyprop 73, der tætlukker recessens åbning. En MOSFET-isolationsforstærker 74 er forbundet i serie med lederen 72 for at gøre signalerne fra krystallerne kompatible med 15 kommercielt tilgængelige signalbehandlings- og signaludlæsningsinstrumenter. Som det fremgår af fig. 2, er hovedlegemet 26 vist som værende en massiv del med ringformede, plane endeflader 75 og 76, der hhv. vender mod venstre og højre, og en udvendig cylinderflade 78, der 20 strækker sig mellem endefladerne 75 og 76. En recess 79, der har et til håndtaget komplementært tværsnit strækker sig opad i legemet fra dets underside. En gevindskåren boring 80 er tilvirket i legemet 26's venstre endeflade 75, og står i forbindelse med recessen 79. Hulrummet 80 25 er indrettet til at optage transducer s tammen 66, så at transducerens højre endeflade 59 ligger an mod legemet 26’s venstre endeflade 75. En lukket, gevindskåret boring 81 er tilvirket i legemet 26’s højre endeflade 76.

30 Afstemningsmassen 28 er et lod med en sådan massefylde og størrelse, at den del af hammerhovedets masse, der befinder sig til venstre for håndtagets akse y-y er tilnærmelsesvis lig med og udbalancerer den del af hammer hovedet s masse, der befinder sig på højre side af håndtagets akse.

35 Den sidste del af massen omfatter selvfølgelig ikke ac-celerometeret 29's masse, da accelerometeret kun anvendes til at kalibrere de signaler, der frembringes af krystal-

DK 162364 B

8 lerne 41, 41 og derefter kan aftages fra hovedaggregatet.

Den viste afstemningsmasse er et skiveformet element med ringformede, plane endeflader 82, 83, en ydre cylinderflade 84, samt en gennemgående, gevindskåren boring 85..

5 Afstemningsmassen fastgøres til hovedaggregatet 26 ved hjælp af en fastgøringsbolt 86, så at afstemningsmassens venstre endeflade 80 ligger an mod legemets højre endeflade 76.

10 Skaftet 22 er rørformet og langagtigt langs aksen y-y. Skaftets øvre ende 88 optages i legemets recess 79, mens resten af skaftet strækker sig væk fra legemet 26. Skaftets akse y-y er vist lodret, og vil derfor være vinkelret på hovedets akse x-x, men dette er ikke kritisk eller 15 invariabelt, da vinklen mellem disse to akser kan variere. Ved denne udførelsesform vil skaftet, som det bedst fremgår af fig. 4, have et tilnærmelsesvis rektangulært tværsnit med rejfede kanter. Skaftets lange sider 89, 89 danner planer, der skræver over hovedaggregatets akse x-20 x, mens skaftets korte side 90, 90 er beliggende i planer, der skæres af aksen x-x. Skaftet 22 har, som det ses i fig. 2, et aksialt gennemgående hul 91. Et vandret hul 92 er boret ind i skaftets øvre ende fra endefladen 90, og har forbindelse til skaftets gennemgående hul 91. Når 25 hammeren er samlet, har hullet 92 forbindelse med recessen 80, så at lederen 72, der føres ud fra krafttransduceren, kan passere gennem passagerne 80, 92 og 91, og derved kan skjules inde i det hule skaft. En aksial recess 93 er tilvirket i skaftets nedre ende i en bort fra 30 hammerhovedet vendende endeflade 94, og er indrettet til at optage en rørformet bøsning 95 med en indvendig gevindskåren boring 96. Et elektrisk forbindelsesled, der i hovedsagen har form som en stavbolt, er skruet ind i den nedre del af boringen 96, og er samtidig på passende vis 35 forbundet med ledningen 92. På denne måde kan et passende forbindelseskabel (ikke vist) på enkel vis forbindes udløseligt med hammeren for at føre signaler i ledningen 92 9

DK 162364 B

til andre ikke viste apparater. I nogle tilfælde kan skaftet 22 være fremstillet i et relativt let materiale, såsom balsa-træ (med en massefylde på 0,12-0,20 g/cm ) eller et kulfiberforstærket epoxymateriale (med en masse- 3 5 fylde på 1,28-1,60 g/cm ), Disse eksempler er kun medtaget for illustrationens skyld, da det er forholdet mellem den totale masse af hovedaggregatet i forhold til den kombinerede masse af skaftet og håndtaget, der er væsentlig, hvilket vil blive beskrevet nedenfor.

10

Som det ses omgiver håndtaget 23 den nedre del af skaftet 22 i et område af dette, der befinder sig i afstand fra hovedaggregatet. Håndtagets overflade har et antal riller, hvoraf nogle har henvisningstallet 99, hvorved det 15 gøres nemmere at gribe omkring håndtaget. Håndtaget er fremstillet i et elastisk, støddæmpende materiale, såsom neoprengummi, hvilket materiale har en hårdhed, der er mindre end 60 på en Shore "A"-skala. Håndtaget kan være fremstillet i et materiale, der er "meget blødt" (dvs.

20 med en hårdhed mellem 5-15, og fortrinsvis omkring 10 Shore "A"-skala), "blødt" (dvs. med en hårdhed på 25-34, og fortrinsvis omkring 30 på en Shore "A"-skala), "medium" (dvs. med en hårdhed på 34-44, fortrinsvis omkring 39 på en Shore "A"-skala) eller "medium hårdt" (dvs. med en 25 hårdhed på 50-60, og fortrinsvis omkring 55 på en Shore "A"-skala).

Hammeren 20 samles som vist i fig. 1. Brugeren kan gribe om det støddæmpende håndtag, og slå anslagstappen 24 imod 30 genstanden til afprøvning. Hammerens anslag mod genstanden vil udøve en kraft på tappen, og denne kraft vil blive overført til krystallerne. En yderligere sammentrykning vil medføre, at de piezoelektriske krystaller frembringer et elektrisk analog signal, der vil være propor-35 tional med anslagskraften. Dette signal kan aftastes gennem kabelforbindelsen 98.

DK 162364B

ίο

Et accelerometer monteres midlertidigt på afstemningsmassen for at kalibrere signalerne, og hammerens tap bringes igen til anslag mod et objekt. Accelerometeret har et andet sæt piezoelektriske krystaller, der er forbelastet 5 mellem et legeme og en seismisk masse. Da accelerometeret er monteret på hovedaggregatet, udsættes det for den acceleration, der frembringes af den anslagskraft, som krafttransduceren registrerer. Accelerometeret har en kendt følsomhed, og kan derved anvendes til at bestemme 10 størrelsen af anslagskraften. Når først denne kendes, kan krafttransducerens følsomhed let kalibreres. Derefter kan accelerometeret fjernes fra hammeren, indtil hammeren på-! ny ønskes kalibreret. Denne autokalibreringsteknik er gjort mulig ved at "afstemme" hammerkonstruktionen, hvor-15 med hovedaggregatet effektivt isoleres fra såvel skaftet og håndtaget som brugerens hånd.

Ved en anden og i fig. 5-7 vist udførelsesform, er den forbedrede afprøvningshammer som helhed betegnet med hen-20 visningstallet 100. Hvor der ved den første udførelsesform blev anvendt en krafttransducer til at konvertere en anslagskraft til et dermed proportionalt elektrisk signal, anvendes der ved denne anden udførelsesform et accelerometer som af tastende og konverterende element. Da en 25 væsentlig del af konstruktionen af denne anden udførelsesform svarer til den tidligere beskrevne konstruktion, vil den efterfølgende beskrivelse blive noget forkortet.

Den i fig. 5-7 viste afprøvningshammer 100 omfatter et hovedaggregat, der består af (fra venstre mod højre) en 30 anslagstap 101, en afstemningsmasse 102, en monteringsstavbolt 103 til at forbinde massen til et legeme 104, og et accelerometer, der i sin helhed er angivet med henvisningstallet 105, og som omgives af en skålformet beskyttelseshætte 106. Et skaft 108, der strækker ud fra hoved-35 aggregatet, er ved sin nedre og i afstand fra hovedaggregatet vendende ende omsluttet af et støddæmpende håndtag 109.

11

DK 162364 B

Legemet 104 har, som det ses i fig. 7, en ringformet plan endeflade 110, der fungerer som understøtning for accele-rometeret. Accelerometeret omfatter to piezoelektriske krystaller 111, 111, der igen her fortrinsvis vil være 5 quartz-krystaller, og som er anbragt på hver side af en metalelektrode 112 i en sandwich-struktur* Hvert af krystallerne er udformet som en skiveformet ring. Krystal-elektrode-krystalkonstruktionen er optaget mellem inder-fladen 110 og den derimod vendende endeflade af den seis-10 miske masse 113, og fastholdes med en forbelastningsstav-bolt 114, der er i indgreb med både underlaget, i form af legemet 104, og massen 113. Når hammerens anslagstap bringes til anslag imod en genstand, vil krystallerne komprimeres yderligere, hvorved der vil dannes et elek-15 trisk signal, der er proportionalt med den affølte acceleration. Ifølge Newtons anden lov er kraften lig med produktet af massen og accelerationen (dvs. F = ma). Accelerationen vil således være proportional med kraften for en konstant masse. Følgelig vil produktet af den af-20 følte acceleration og hovedaggregatets masse være lig med anslagskraften. Signalet må selvfølgelig kalibreres for at give direkte udtryk for kraften.

Som tidligere nævnt, kan anslagstappen udskiftes i af-25 hængighed af en særlig anvendelse. En passende anslagstap med en indsats med den ønskede hårdhed kan vælges i afhængighed af frekvensområdet, der har interesse. Fig. 9 er en graf, der viser kraft (ordinat) som funktion af tid (abscisse) for anslagstappe med en indsats, der hhv. er 30 hård (f.eks. stål), medium (f.eks. plast) og blød (f.eks. gummi). En indsats med en hård tap vil således frembringe en impuls med den mindste pulsbredde i tidsmæssig henseende, mens indlægget med en blød tap vil frembringe en puls med den største pulsbredde i tidsmæssig henseende.

Når et sådant kraftsignal behandles og fremvises i frekvensdomænet, vil det, som det ses i fig. 9, fremgå, at 35

DK 162364 B

12 anslaget vil excitere objektet med i hovedsagen konstant kraft over et frekvensområde. Fig. 9 viser også, at frekvensområdet er størst for den hårde indsats og lavest for den bløde indsats. Frekvensområdet for indsatsen med 5 medium hårdhed vil selvfølgelig være beliggende mellem disse to yderpunkter.

Fig. 10 viser i større målestok en del af den i fig. 9 viste kurve for kraften (ordinat) i forhold til frekven-10 sen (abscisse) for den hårde tap. I fig. 10 er funktionen for en forbedret, "afstemt" hammer ifølge opfindelsen vist i forhold til en "ikke-afstemt" hammer ifølge kendt teknik. En fagmand vil kunne forstå, at de viste dele af funktionskurverne er vist forskudt for hinanden af hensyn 15 til overskueligheden, og ikke som direkte målinger af den angivne kraft. Kurvedelen for hammeren ifølge kendt teknik er altså med andre ord blevet forskudt nedad for at kunne adskilles fra og visuelt sammenlignes med funktionen af den forbedrede, "afstemte" hammer.' Fig. 10 vi-20 ser, at kurven for hammeren ifølge kendte teknik, har forskellige resonansspidser og andre anormali, hvorimod kurveformen for den forbedrede hammer er fri for spidser, samt er blød og kontinuerlig. Sådanne falske anormali og spidser, som hammeren ifølge kendt teknik udviser, for-25 modes at stamme fra hovedaggregatets vibrationer efter anslaget og dets naturlige resonansfrekvenser. Da kraften og accelerationen er direkte relateret til hinanden (F = ma), vil vibrationer efter anslaget i et hovedaggregat ifølge kendt teknik påføre aftastnings- og konverterings-30 elementet forskellige accelerationer, hvilket medfører, at der frembringes falske kraftsignaler.

Kilden til kendte hammeres resonansspidser, anti-reso-nansdale og anormali i øvrigt, har så vidt det har været 35 muligt at fastslå, været hovedaggregatets vibrationer efter anslag. Imidlertid varierer størrelsen af sådanne falske signaler fra bruger til bruger. Ved tilbageblik 13

DK 162364 B

anses det nu for sandsynligt, at denne forskel i resultater, i det mindste for en del, afhang af brugerens greb omkring skaftets håndtag. En bruger kunne f.eks. gribe fast om håndtaget, og en sådan stivhed frembragt af 5 brugerens hånd og eventuelt hans arm, kunne medføre en tilsyneladende forlængelse af selve skaftet. En anden bruger kan gribe for løst omkring håndtaget, hvorved skaftet tillades en yderligere frihed til at vibrere efter anslag. Konklusionen på dette er, at præcisionen af 10 hammere ifølge kendt teknik i vid udstrækning afhang på den enkelte brugeres ekspertise. Målet med den foreliggende forbedring er, at "afstemme" konstruktionen af afprøvningshammeren således, at knudepunktet for i det mindste den første translatoriske resonanstilstand for 15 hammeren i det plan, der udspændes af anslagsretning og håndtagets akse (dvs. et plan der udspændes af akserne x-x og y-y), vil være beliggende i umiddelbar nærhed af hovedaggregatet umiddelbart efter anslag mod genstanden, hvor beliggenheden desuden vil være i det væsentlige uaf-20 hængig af, hvorledes der gribes omkring håndtaget. Det kan være ønskeligt også at have et knudepunkt for den anden resonanstilstand beliggende i umiddelbar nærhed af hovedaggregatet. Med dette eller disse knudepunkter beliggende tæt ved hovedet, vil hovedaggregatet i det væ-25 sentlige ikke vibrere ved denne eller disse resonansfrekvenser og følgelig vil falske signaler, som fremkommer ved vibration af hovedaggregatet efter anslag, ikke genereres. Denne "afstemning" involverer i det væsentlige en ændring af svingningsformens geometri, så at hovedaggre-30 gatets vibrationer reduceres efter anslag. De dannede elektriske signaler vil derved ikke afhænge af, hvorledes en bruger griber om håndtaget. Samtidig er det ønskeligt at have et bredt udvalg af hammerstørreiser. Små afprøvningshamre anvendes til at afprøve små følsomme dele, 35 mens kraftige hamre anvendes til at afprøve store konstruktioner, såsom broer og lignende. På grundlag af empiriske data "afstemmes" de forbedrede hamre ved at vari-

DK 162364 B

14 ere forholdet mellem den totale masse af hammerhovedet i forhold til den samlede masse af skaftet og håndtaget, samt at anvende et forbedret håndtagsmateriale, der tillader skaftet en yderligere frihed til at vibrere efter 5 anslag, og bibringer nogen dæmpning. Disse empiriske data er illustreret i fig. 11.

En række afprøvningshamre ifølge kendt teknik og fremstillet af ansøgeren, PCB Piezotronics, Inc. of Depew, 10 New York har forskellige masseforhold. Imidlertid var håndtagsmaterialet hårdt, idet det havde en hårdhed på omkring 79 på en Shore "A"-skala. Ingen af afprøvningshamrene ifølge kendt teknik var "afstemt" for at være uafhængige af, hvorledes håndtaget blev holdt.

15

Ansøgeren har vist, at en instrumenteret afprøvningshammer af den art, der tidligere blev betegnet med henvisningstallene 20, 100, kan "afstemmes”, så at den er i det væsentlige uafhængig af en brugers ekspertise. Som det nu 20 er erkendt, kan en hammer "afstemmes" ved at variere hårdheden eller blødheden af håndtagsmaterialet, og ved at ændre hammerkonstruktionen, så at forholdet mellem hovedaggregatets samlede masse og den samlede masse for skaftet og håndtaget er mindst 1,0. Massen af et givet 25 skaft er en funktion af massefylden for det materiale, som skaftet er fremstillet af, såvel som skaftets tværsnit og længde. Erkendelsen af disse kritiske begrænsninger (dvs. håndtagsmateriale og masseforhold) har gjort det muligt at fremstille et antal afprøvningshammere, der 30 alle er "afstemt" ensartet, uanset forskellige fysiske dimensioner og forhold. Hovedaggregatets masse kan modificeres ved yderligere at tilføje en eller flere "afstemnings "-masser, der besidder passende dimensioner og vægt.

Et letvægtsskaft, der f.eks. er fremstillet af balsa-træ 35 eller kulfiberepoxy kan anvendes til en lille hammer. Ansøgeren har erfaret gennem eksperimenter, der fremgår af fig. 11, at hvis håndtaget er fremstillet af et hårdt ma- 15

DK 162364 B

teriale (dvs. har en hårdhed på mere end 60 på en Shore "A"-skala), hvilket er tilfældet for hammere ifølge kendt teknik, vil hammeren, uanset det relative masseforhold, ikke kunne "afstemmes", så hammeren er i det væsentlige 5 uafhængig af hvorledes en bruger griber om håndtaget og hans individuelle erfaring. Selv om der anvendes et blødere materiale, vil hammeren på den anden side ikke kunne "afstemmes" uafhængigt, hvis det relative masseforhold er mindre en omkring 1,0. For bløde håndtagsmaterialer og 10 forhold større end 1,0, viser ansøgerens empiriske data derimod, at hammeren vil være "afstemt" som forudsagt. Ansøgeren er på dette tidspunkt ikke bekendt med en øvre grænse for dette relative masseforhold. Hvorvidt hammeren er "afstemt" eller ej, synes at afhænge af begge variable 15 samt muligvis andre parametre.

Nærværende opfindelse kan realiseres på mange forskellige måder. F.eks. kan de forskellige dele opbygges af flere enkelt dele eller fremstilles som en helhed. De forskel-20 lige anvendte materialer kan varieres med forudsigelige resultater. Med hensyn til balancen, vil de korrekte dimensioner være en funktion af massefylden for de valgte materialer. Mange forskellige materialer vil være velegnet til anvendelse som skaft, hvilket er i overensstem-25 melse med de overordnede konstruktionskriterier. Selv om quartz er det foretrukne materiale til de piezoelektriske krystaller, vil andre piezoelektriske materialer kunne anvendes som erstatning. Transduceren behøver ikke nødvendigvis at anvende et piezoelektrisk materiale som af-30 følings- og konverteringsmekanisme. Yderligere masse kan let tilføjes hovedaggregatet, og/eller yderligere dæmpning kan tilføjes skaftet eller håndtaget, hvis dette ønskes. Der er i det foregående blevet beskrevet to foretrukne udførelsesformer for en forbedret afprøvningsham-35 mer, men en fagmand vil kunne udføre adskillige modifikationer og ændringer, uden at det resulterende produkt afviger fra opfindelsen, der er defineret i de følgende

Claims (15)

1. Instrumenteret afprøvningshammer (20, 100) til excitation af en genstand, kendetegnet ved, at den omfatter: 10 et hovedaggregat (21) med en anslagstap (24, 100) og en transducer (25, 105), der er operativt indrettet til at konvertere en anslagskraft mellem genstanden og anslags-tappen til et med kraften proportionalt elektrisk signal? 15 et langagtigt skaft (22, 108), der er forbundet til hovedaggregatet og strækker sig bort derfra? og et støddæmpende greb (23, 109), der omslutter en del af 20 skaftet i et i afstand fra hovedaggregatet værende område, hvor grebet har en ydre gribeflade, hvorom en bruger kan gribe, og hvor grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed, der er mindre end eller lig med 60 på en Shore "A"-skala? 25 hvilket skaft (22, 108) er valgt fremstillet af et materiale, samt dimensioneret og proportioneret således, at forholdet mellem hovedaggregatets samlede masse og massen af skaftet og grebet er mindst 1.0, så at knudepunktet 30 for hammerens første translatoriske, resonante sving ningstilstand i det plan, der udspændes af anslagsretningen og skaftets akse, efter anslaget mod genstanden, er beliggende i umiddelbar nærhed af hovedaggregatet, samt er i det væsentlige uafhængig af hvorledes grebet 35 holdes. DK 162364 B

2. Afprøvningshaminer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skaftet er fremstillet af et materiale med en o massefylde på ca. 0,12-0,20 g/cm .

3. Afprøvningshammer ifølge krav 2, kendetegnet ved, at skaftet er fremstillet af balsa-træ.

4. Afprøvningshammer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at skaftet er fremstillet af et grafitfibermateri- 10 ale*

5. Afprøvningshammer ifølge krav 4, kendetegnet ved, at skaftet er hult.

6. Afprøvningshammer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på 50-60 på en Shore "A"-skala.

7. Afprøvningshammer ifølge krav 6, kendetegnet 20 ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på ca. 55 på en Shore "A"-skala.

8. Afprøvningshammer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en 25 hårdhed på 34-44 på en Shore "A"-skala.

9. Afprøvningshammer ifølge krav 8, kendetegnet ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på ca. 39 på en Shore "A"-skala. 30

10. Afprøvningshammer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på 25-34 på en Shore "A"-skala.

11. Afprøvningshammer ifølge krav 10, kendeteg net ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på ca. 30 på en Shore "A"-skala. DK 162364 B

12. Afprøvningshammer ifølge krav 1, kendetegnet ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på 5-15 på en Shore "A"-skala.

13. Afprøvnirigshammer ifølge krav 12, kendeteg net ved, at grebet er fremstillet af et materiale med en hårdhed på ca. 10 på en Shore "A"-skala.

14. Afprøvningshammer ifølge krav 3, kendeteg-10 net ved, at grebet er fremstillet af et materiale med 3 en massefylde på mellem 1, 28 og 1, 60 g/cm .

15 20 25 30 35