MX2014012912A - Metodo y aparato para la medicion del amortiguamiento en una pieza de trabajo. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método y un aparato para la medición del amortiguamiento en una pieza de trabajo. El método incluye la determinación de por lo menos una ubicación adecuada para medir el amortiguamiento en la pieza de trabajo, la excitación de la pieza de trabajo en por lo menos una ubicación adecuada, la medición de una respuesta dinámica de la pieza de trabajo en la ubicación adecuada y el cálculo de un factor de amortiguamiento y de un factor Q de la respuesta dinámica. El aparato incluye un dispositivo de medición de respuesta configurado para obtener los datos de respuesta, como los datos de desplazamiento y/o de velocidad, usado para determinar por lo menos una ubicación adecuada para medir el amortiguamiento.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA LA MEDICIÓN DEL AMORTIGUAMIENTO EN UNA PIEZA DE TRABAJO Referencia Cruzada a la Solicitud Relacionada Esta solicitud de patente reclama la prioridad al Número de Serie de Patente Provisional Americana 61/637,060, presentado el 23 de abril de 2012 que se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.

Antecedentes de la Invención La siguiente descripción se refiere a un método de medición de amortiguamiento de una pieza de trabajo y, en particular, a un método de medición de amortiguamiento para mejorar la eficiencia.

El amortiguamiento generalmente se refiere a la capacidad de una parte de absorber la energía cuando está excitada. Una medición de amortiguamiento puede usarse para evaluar la propensión al ruido de freno del vehículo y proporciona una comparación útil para determinar la vibración de la pieza de trabajo mediante la captura de la capacidad de la pieza de trabajo para absorber la energía de vibración no deseada. Las mediciones de amortiguamiento pueden denominarse usando diferente terminología que incluye, por ejemplo, factor de amortiguamiento, relación de amortiguamiento, factor de calidad ("factor Q"), factor de pérdida, tangente delta y/o capacidad específica de amortiguamiento.

Los actuales métodos de medición de amortiguamiento pueden implicar la excitación de una parte usando un dispositivo de excitación. El amortiguamiento puede medirse después de que el dispositivo de excitación golpea la parte. Una respuesta de tiempo y/o de frecuencia entonces se registra usando un sensor, como un acelerómetro y/o un micrófono. Estos datos se procesan para obtener un factor Q, que también puede denominarse como un índice de amortiguamiento. Puesto que el índice de amortiguamiento (factor Q) depende de la ubicación de la pieza de trabajo donde golpea el martillo de impulso, la ubicación de medición en la pieza de trabajo y la frecuencia de vibración, se requieren múltiples mediciones en diferentes áreas de la pieza de trabajo para llegar a una ubicación óptima para extraer los números usados para determinar el factor Q. Este tipo de proceso iterativo de medición puede tardar un período no adecuado de tiempo en completarse. Por ejemplo, el proceso iterativo puede tardar tres o cuatro minutos. En un entorno de producción o de laboratorio, el retraso debido a este tiempo de medición puede causar otros retrasos.

Con el fin de reducir el tiempo de medición, las mediciones pueden realizarse en múltiples ubicaciones simultáneamente. Sin embargo, esto requiere un gran número de sensores para colocarse en o cerca del rotor. Esto aumenta el número de canales de medición necesitados.

En consecuencia, es conveniente establecer un método para medir el amortiguamiento limitado a las áreas específicas en la pieza de trabajo para reducir el tiempo de medición.

Breve Descripción de la Invención En uno de los aspectos generales, se proporciona un método de medición de amortiguamiento de una pieza de trabajo. El método incluye la determinación de por lo menos una ubicación para medir el amortiguamiento en la pieza de trabajo, la excitación de la pieza de trabajo en por lo menos una ubicación adecuada, la medición de una respuesta dinámica de la pieza de trabajo en la ubicación adecuada y el cálculo de un factor de amortiguamiento y de un factor Q de dicha respuesta dinámica.

En otro aspecto general, se proporciona un método de medición de amortiguamiento de una pieza de trabajo. El método incluye la colocación de una pieza de trabajo sobre un soporte, la colocación de un dispositivo de medición de desplazamiento próximo a la pieza de trabajo, la excitación de la pieza de trabajo con un dispositivo de excitación, el registro de una respuesta dinámica de la pieza de trabajo durante una cantidad determinada de tiempo y la extracción de un historial de tiempo de respuesta de desplazamiento de los puntos seleccionados sobre una superficie de la pieza de trabajo. El método además incluye la determinación de una frecuencia de los modos seleccionados de vibración, la aplicación de un filtro con respecto al historial de tiempo de respuesta de desplazamiento para extraer las frecuencias y los modos usados para el cálculo de un factor de amortiguamiento y de un factor Q y la determinación de los nodos y/o los antinodos de la pieza de trabajo a las frecuencias seleccionadas. La pieza de trabajo entonces se excita usando el dispositivo de excitación en los nodos y/o los antinodos, el historial de tiempo de respuesta dinámica de la pieza de trabajo se registra en los nodos y/o los antinodos, y un factor de amortiguamiento y un factor Q se calculan en los nodos y/o los anti nodos.

En otro aspecto, se proporciona un aparato para la medición de amortiguamiento en una pieza de trabajo. El aparato incluye una superficie de soporte configurada para soportar la pieza de trabajo, un dispositivo de excitación configurado para excitar la pieza de trabajo, un dispositivo de medición de desplazamiento colocado cerca de la superficie de soporte y configurado para capturar una respuesta dinámica de movimiento de la pieza de trabajo, y una unidad de control conectada de manera operable al dispositivo de medición de desplazamiento configurado para operar el dispositivo de medición de desplazamiento y extraer los datos obtenidos por medio del dispositivo de medición de desplazamiento.

Estas y otras ventajas y características serán más evidentes a partir de la siguiente descripción considerada en combinación con los dibujos.

Breve Descripción de los Dibujos La materia que se considera como la invención se indica de manera particular y se reivindica de manera clara en las reivindicaciones en la conclusión de la especificación. Estas y otras características y ventajas de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada considerada en combinación con los dibujos anexos en los cuales: La figura 1 ilustra un método para la medición de amortiguamiento en una pieza de trabajo de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 2 ilustra un ajuste para la medición de la respuesta dinámica de una pieza de trabajo con las cámaras de alta velocidad, de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 3 ilustra una gráfica que representa un ejemplo del producto de desplazamiento generado por medio de un sistema de correlación de imágenes digitales usando las cámaras de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 4 ilustra una pieza de trabajo con un patrón moteado y los marcadores aplicados de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 5 ilustra un ajuste para medir la respuesta dinámica de una pieza de trabajo con un vibrómetro láser de exploración de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 6 representa gráficamente un ejemplo del producto de velocidad generado por medio del vibrómetro láser de exploración de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 7 muestra un ajuste normal para medir el factor de amortiguamiento y el factor Q de una pieza de trabajo de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 8 muestra una gráfica que representa un ejemplo de un método de decremento logarítmico para medir el factor de amortiguamiento y el factor Q de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 9 ilustra las gráficas que representan los ejemplos de un cálculo del factor Q usando el método de extinción de envolvente de dominio de tiempo de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; La figura 10 muestra una gráfica que representa un ejemplo cuantificado de la extinción de la respuesta trazada contra el tiempo de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención ; La figura 11 muestra una gráfica que representa un ejemplo de un pico de respuesta y de los parámetros usados para calcular un factor Q modal de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención; y La figura 12 muestra una gráfica que representa un ejemplo de una función de respuesta en frecuencia (FRF, por sus siglas en inglés) a partir del cual un factor Q puede calcularse de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Haciendo referencia ahora a las figuras, donde la invención se describirá con referencia a las modalidades específicas, sin limitar la misma, y de acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención, la figura 1 es un diagrama que muestra un método de medición de amortiguamiento de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

Con referencia a las figuras 1, 2 y 7, el método generalmente incluye dos etapas: Una etapa de colocación y una etapa de medición. En la etapa de colocación, una pieza de trabajo 20 se excita por medio de un dispositivo de excitación 30, el cual causa el movimiento dinámico de la pieza de trabajo 20. El movimiento dinámico de la pieza de trabajo se captura por medio de un dispositivo de medición de respuesta 10, 15. El dispositivo de medición de respuesta mide los datos de respuesta de la pieza de trabajo. Los datos de respuesta pueden incluir, por ejemplo, el desplazamiento, la velocidad y/o la aceleración de la pieza de trabajo 20 y varias ubicaciones. Los datos de respuesta de la pieza de trabajo 20 durante el movimiento dinámico de la pieza de trabajo 20 ya sea se extrae o se calcula a partir del movimiento dinámico capturado de la pieza de trabajo, o se mide directamente por medio del dispositivo de medición de respuesta 10, 15 durante el movimiento dinámico de la pieza de trabajo. Una ubicación conveniente en la pieza de trabajo 20 para la excitación y la medición de una respuesta dinámica para determinar el amortiguamiento de la pieza de trabajo 20 a diferentes frecuencias de medición, entonces se determina con base en los datos de respuesta. Una ubicación adecuada puede ser un nodo o un antinodo.

En una modalidad ejemplar, la pieza de trabajo 20 puede ser un rotor de freno. Sin embargo, se entiende que la pieza de trabajo 20 no se limita a solo un rotor de freno, y también puede referirse a, por ejemplo, un tambor de freno o a otro componente.

El dispositivo de medición de respuesta puede ser, por ejemplo, una cámara 10, un láser 15, u otro dispositivo de medición adecuado que pueda detectar y medir, por ejemplo, el desplazamiento y/o la velocidad en una pieza de trabajo excitada.

En una modalidad ejemplar de la presente invención, el dispositivo de medición de respuesta es una cámara 10. La cámara 10 puede ser una cámara de alta velocidad. Con referencia a la figura 2, la cámara de alta velocidad 10 se coloca cerca de la pieza de trabajo 20. La cámara de alta velocidad 10 captura el movimiento dinámico de la pieza de trabajo 20 después de que la pieza de trabajo 20 es golpeada con un dispositivo de excitación 30, como un martillo de impulso o máquina agitadora. Otros dispositivos de excitación adecuados también pueden usarse. Además, la excitación de la pieza de trabajo 20 puede resultar a partir de un sistema o componente exterior.

Los datos de respuesta obtenidos a partir del movimiento dinámico capturado de la pieza de trabajo 20 pueden incluir, entre otras cosas, los datos de desplazamiento de la pieza de trabajo 20, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 3. Las ubicaciones adecuadas, como los nodos y los antinodos, se determinan a partir de los datos de desplazamiento. Además, los datos de velocidad y de aceleración pueden determinarse con base, en parte, en los datos de desplazamiento medidos.

Con referencia adicional a la figura 3, la cámara de alta velocidad 10 toma fotografías de la pieza de trabajo 20 en diferentes momentos, para de tal modo captura los datos de desplazamiento en función del tiempo. Estos datos de desplazamiento se trazan contra el tiempo para que un desplazamiento dinámico tridimensional para el movimiento de la pieza de trabajo se trace mientras la pieza de trabajo se mueve en el tiempo.

La cámara de alta velocidad 10 puede conectarse de manera operable con, y controlarse y operarse por medio de, una unidad de control 40 para tomar las fotografías de la pieza de trabajo 20. La unidad de control 40 incluye un microprocesador y el software almacenado en una memoria que controla la toma de fotografías y procesa los datos resultantes, es decir, el movimiento dinámico, que incluye los datos de desplazamiento, para obtener un análisis dinámico de movimiento tridimensional de la pieza de trabajo.

En una modalidad ejemplar, la cámara de alta velocidad 10 puede incluir el hardware y el software que se usa para realizar las operaciones como captura, almacenamiento y/o procesamiento de una imagen o imágenes. Por ejemplo, ciertos sistemas de software, como PONTOS, ARAMIS y VIC-3D junto con los sistemas de hardware de cámara como la serie PHANTOM de Vision Research, Inc. y la serie FASTCAM de Photron, Inc., podrían modificarse para tomar las fotografías y procesar los datos resultantes para obtener el análisis dinámico de movimiento tridimensional.

Con referencia a la figura 4, en una modalidad ejemplar, los marcadores 21 y/o los patrones moteados 22 se colocan en la pieza de trabajo 20 para localizar los puntos diferentes mientras se mueve la pieza de trabajo 20. En otra modalidad ejemplar, un tono claro puede proyectarse para ubicar los diferentes puntos de la pieza de trabajo 20 mientras se mueve la pieza de trabajo.

Con referencia a la figura 5, en otra modalidad ejemplar de la presente invención, el dispositivo de medición de respuesta puede ser un láser 15, por ejemplo, un vibrómetro láser de exploración. El vibrómetro láser de exploración 15 puede moverse con relación a la pieza de trabajo 20, o viceversa, para capturar los datos de respuesta del movimiento dinámico de la trabajo pieza 20 después de que la pieza de trabajo 20 es golpeada con un dispositivo de excitación 30. En una modalidad ejemplar, los datos de respuesta capturados por medio del vibrómetro láser de exploración 15 son los datos de velocidad. Los datos de velocidad, tal como se muestra en la figura 6, por ejemplo, se usan para determinar la ubicación adecuada en la pieza de trabajo 20 para la excitación y la medición de la respuesta dinámica de la pieza de trabajo 20 para obtener el amortiguamiento de la pieza de trabajo 20 a distintas frecuencias. Las ubicaciones adecuadas pueden ser nodos y antinodos. Se entiende que el vibrómetro láser puede configurarse para medir los datos de desplazamiento en lugar de, o además de, los datos de velocidad. Los datos de aceleración también pueden obtenerse. Además incluso, los datos de desplazamiento, de velocidad o de aceleración pueden determinarse cuando otros datos de desplazamiento, de velocidad o de aceleración se miden por medio del vibrómetro láser y se conocen otros datos, como el tiempo.

El vibrómetro láser de exploración se conecta de manera operable con una unidad de control 40, tal como se describió anteriormente. La unidad de control 40 controla la operación del vibrómetro láser de exploración 15 y registra y procesa los datos obtenidos del vibrómetro láser de exploración 15.

Usando un vibrómetro láser de exploración 15 para registrar el movimiento dinámico de la pieza de trabajo 20, se ha descubierto que la respuesta dinámica de cualquier punto de la pieza de trabajo 20 puede determinarse en un corto período de tiempo. El vibrómetro láser de exploración 15 registra el movimiento dinámico de la pieza de trabajo como los datos de velocidad durante una determinada cantidad de tiempo. Estos datos de velocidad pueden trazarse contra el tiempo o en función de la frecuencia. En una modalidad ejemplar, los sistemas de vibrómetro láser como aquellos fabricados por POLYTEC INC pueden modificarse para capturar los datos y procesar la pieza de trabajo para obtener un análisis dinámico de movimiento tridimensional.

Tal como se describió anteriormente, el uso de un dispositivo de medición de respuesta, como una cámara de alta velocidad 10 o un vibrómetro láser de exploración 15, permite que se determinen las ubicaciones convenientes en una pieza de trabajo. En consecuencia, en la etapa de medición, donde se miden las características de amortiguamiento, la medición puede limitarse a las ubicaciones adecuadas en la pieza de trabajo en lugar de toda la pieza de trabajo 20. Así, podrán realizarse menos mediciones y menos datos necesitan analizarse, de tal modo que pueda mejorarse la eficiencia. Es decir, solo un número limitado de mediciones de amortiguamiento necesita realizarse en la etapa de medición después de que las ubicaciones convenientes se hayan determinado por medio del dispositivo de medición de desplazamiento.

Además, mediante el uso de un dispositivo de medición de respuesta 10, 15 para registrar el movimiento de la pieza de trabajo 20, tal como se describió anteriormente, múltiples golpes y mediciones que se requieren en los sistemas tradicionales pueden reducirse o eliminarse. Por lo tanto, la presente invención puede ser más práctica para un uso en el entorno de producción.

Las siguientes etapas describen una modalidad ejemplar de cómo pueden determinarse las ubicaciones adecuadas en la pieza de trabajo: Colocar la pieza de trabajo 20 sobre un soporte 25, por ejemplo, tal como se muestra en las figuras 2 y 5; Colocar el dispositivo de medición de respuesta 10, 15, próximo a la pieza de trabajo, tal como se muestra en las figuras 2 y 5; Excitar la pieza de trabajo 20 usando el dispositivo de excitación 30. En una modalidad ejemplar, el dispositivo de excitación 30 está equipado con un transductor de fuerza; Registrar el historial de tiempo de respuesta de movimiento dinámico de la pieza de trabajo 20 después de excitar la pieza de trabajo 20 durante una cantidad predeterminada de tiempo, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 3.

Extraer el historial de tiempo de respuesta de movimiento dinámico de los puntos seleccionados en la superficie de la pieza de trabajo 20. La velocidad, el desplazamiento y la aceleración se extraen del software o se calculan a partir del historial de tiempo de respuesta de movimiento dinámico también pueden usarse para su procesamiento adicional; Determinar la frecuencia de los modos de vibración seleccionados. En una modalidad ejemplar, se puede usar un método de transformada rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés); Aplicar un filtro a los datos de tiempo para extraer la respuesta de las frecuencias y los modos para el factor de amortiguamiento y los cálculos del factor Q; y Determinar ubicaciones convenientes para medir el amortiguamiento, como los nodos (mínimo desplazamiento) y los antinodos (desplazamiento máximo) de la pieza de trabajo a las frecuencias seleccionadas. Registrar la ubicación del punto con magnitudes de desplazamiento máximo y mínimo.

Después de que las ubicaciones adecuadas, es decir, los nodos y/o los antinodos, se determinan en la etapa de ubicación, el amortiguamiento de la pieza de trabajo puede medirse en la etapa de medición. Con referencia a la figura 7, el amortiguamiento puede medirse usando, por ejemplo, los acelerómetros, los micrófonos u otros sensores 17, colocados próximos a la pieza de trabajo 20 y configurados para medir el amortiguamiento en las ubicaciones adecuadas. Los sensores están conectados de manera operable a la unidad de control 40, de tal manera que la unidad de control 40 controle la operación de los sensores 17, almacene y procese los datos obtenidos por medio de los sensores. En la operación, las siguientes etapas describen un ejemplo no limitante de cómo puede medirse el amortiguamiento una vez que se determinan las ubicaciones convenientes, por medio del cálculo del factor Q y/o del factor de amortiguamiento: Excitar la pieza de trabajo usando el dispositivo de excitación 30 en las ubicaciones adecuadas determinadas en la etapa de ubicación 20. En una modalidad ejemplar, el dispositivo de excitación 30 está equipado con un transductor de fuerza; Registrar el historial de tiempo de respuesta dinámica de la pieza de trabajo durante una cantidad predeterminada de tiempo; y Calcular el factor de amortiguamiento y el factor Q de las ubicaciones adecuadas con base en la respuesta dinámica de la pieza de trabajo, incluir los datos de desplazamiento, de velocidad y/o aceleración.

Se entiende que el amortiguamiento puede calcularse completamente o solo un número limitado de ubicaciones convenientes determinadas en la etapa de ubicación. Además, se entiende que la etapa de medición puede realizarse ya sea en el mismo aparato como la etapa de ubicación o en un aparato diferente. Por ejemplo, después de la etapa de ubicación, la pieza de trabajo puede moverse a un aparato diferente para la etapa de medición.

En una modalidad ejemplar, el factor de amortiguamiento y el factor Q y los puntos seleccionados podrán calcularse usando una de las siguientes técnicas: a) Método de decremento logarítmico de dominio de tiempo: Usando este método, los datos de respuesta de movimiento dinámico incluyen un índice de extinción de la respuesta dinámica calculado a partir del historial de tiempo. El factor Q y el factor de amortiguamiento se calculan a partir de la respuesta dinámica. Este método se describe a continuación. b) Cálculo de envolvente de dominio de tiempo y de constante de extinción usando la transformada de Hilbert: En este método, una envolvente de la señal de tiempo se calcula para una señal sinusoidal usando una transformada de Hilbert y el índice de extinción. El factor Q y el factor de amortiguamiento se calculan a partir de ese resultado. Este método se describe a continuación. c) Extracción de la función de respuesta en frecuencia del producto usando la transformada rápida de Fourier y determinación del factor de amortiguamiento modal y del factor Q modal usando el método de 3dB que se describe a continuación. Una variación del método 3dB, denominada método ndB, puede usarse en su lugar, donde "n" es cualquier número o fracción. d) Extracción de la respuesta de frecuencia del producto usando la FFT y determinación del factor de amortiguamiento y del factor Q usando un algoritmo/programa de ajuste de curva modal. En un proceso de ajuste de curva modal, una curva teórica se ajusta para coincidir con la función de respuesta en frecuencia (FRF, por sus siglas en inglés) medida y se calcula la frecuencia, el amortiguamiento y la forma modal. La respuesta dinámica de una condición operacional puede usarse en lugar de una excitación externa de la pieza de trabajo y el amortiguamiento puede obtenerse mediante la respuesta o a través de un análisis modal operacional. e) Método de inyección de potencia (PIM, por sus siglas en inglés): Este método se basa en una comparación de la energía disipada de un sistema a su máxima energía de tensión bajo la vibración de estado constante, que proporciona los valores de amortiguamiento promediado con la frecuencia, similares a los que se mencionan en B. Bloss, M.D. Rao, Measurement of Damping in Structures by the Power Input Method, Experimental Technique, volumen 26, número 3, páginas 30-32, mayo de 2002.

Además de los métodos anteriores, puede aplicarse un método estándar como un método ASTM usando a una probeta en lugar de la pieza de trabajo. Se entiende que las técnicas anteriores son ejemplos no limitantes de cómo la amortiguamiento puede medirse usando el sistema descrito en el presente documento. Otros métodos adecuados de cálculo también pueden usarse.

En el método de decremento logarítmico de dominio de tiempo descrito anteriormente, se mide el historial de amplitud de desplazamiento de vibración libre de un sistema a un impulso. Se genera una curva de extinción libre, tal como se muestra en la figura 8. El decremento logarítmico es el valor logarítmico natural de la relación de dos valores máximos adyacente del desplazamiento en vibración de extinción libre tal como se muestra en la figura 8.

En el cálculo de extinción de envolvente de dominio de tiempo, la señal se filtra primero para extraer la frecuencia de interés. Entonces, la envolvente de la señal sinusoidal se extrae usando una transformada de Hilbert. La señal resultante puede trazarse en una escala logarítmica y el índice de extinción puede obtenerse a partir de la misma. Un ejemplo de este proceso se muestra en la figura 9.

Un factor Q modal puede determinarse donde el amortiguamiento en la pieza de trabajo 20 es una medida del índice en el cual la energía se disipa cuando la respuesta de vibración se extingue. El factor Q modal compara la frecuencia, a la cual un sistema oscila, al índice, al cual se disipa su energía. Un mayor factor Q modal indica un menor índice de disipación de energía con relación a la frecuencia de oscilación. El factor Q modal puede calcularse al aplicar una fuerza de impacto a la pieza de trabajo 20 y al medir la función de respuesta en frecuencia (FRF, por sus siglas en inglés) de la respuesta dinámica. Es decir, el factor Q modal es un caso específico del factor Q mencionado anteriormente que se calcula al medir la FRF de la respuesta dinámica.

La figura 10 muestra la extinción de la respuesta trazada contra el tiempo. Puesto que la potencia y la energía son proporcionales al cuadrado de la amplitud de oscilación, puede medirse el ancho de banda en una gráfica de amplitud-frecuencia al v¾ del pico o a aproximadamente -3 db.

La figura 11 muestra el pico de respuesta y los parámetros usados para calcular el factor Q. Tal como se observa en la figura 11, "fn" es la frecuencia natural y f1 y f2 son las frecuencias a la disminución 3dB en la amplitud de la función de respuesta en frecuencia (FRF, por sus siglas en inglés). La anchura del pico con relación a la frecuencia del pico determina el factor Q y el factor de amortiguamiento en la pieza de trabajo 20. Tal como puede observarse, cuanto mayor sea la diferencia entre f1 y f2, más amplio será el pico y mayor el amortiguamiento en la parte. La figura 12 muestra un ejemplo de una función de respuesta en frecuencia (FRF, por sus siglas en inglés) a partir de la cual se calcula el factor Q.

FN Q = (f1 - f2) Un factor de amortiguamiento modal o una relación de amortiguamiento modal es la relación del amortiguamiento en la pieza de trabajo 20 a un valor de amortiguamiento crítico. El valor de amortiguamiento crítico es el valor en el cual no hay ninguna oscilación y la amplitud desaparece sin pasar por ninguna oscilación. 2.

Factor de amortiguamiento v = c/cc = c 2 K.V M donde ce = 2 K.M es el valor de amortiguamiento crítico; K es la rigidez; M es la masa; y c es la constante de amortiguamiento que se representa matemáticamente como la relación de la fuerza de amortiguamiento a la velocidad, que es una propiedad inherente de un material.

El factor de amortiguamiento se relaciona con el factor Q mediante la siguiente fórmula: v = 1 2Q o puede representarse como un porcentaje de: v = 100 2Q Por lo tanto, el factor Q puede representarse como: Q = K. M donde K es la rigidez, M es la masa y c es la constante de amortiguamiento.

El método anterior puede llevarse a cabo en la unidad de control 40. Los datos obtenidos por medio del dispositivo de medición de desplazamiento 10, 15 y los sensores 17 pueden almacenarse en la memoria de la unidad de control 40. Además, el software puede almacenarse en la memoria de la unidad de control 40 como las instrucciones de programa ejecutables que se llevan a cabo por medio del microprocesador de la unidad de control 40. Los cálculos y los métodos descritos anteriormente pueden llevarse a cabo por medio de la unidad de control 40 con base en los datos obtenidos a partir del dispositivo de medición de desplazamiento 10, 15, de los sensores 17, y/o de otra entrada de datos a la unidad de control 40 a través de un módulo de entrada/salida (l/O, por sus siglas en inglés).

Los métodos anteriores pueden proporcionar una ventaja con respecto a los métodos tradicionales en los cuales las ubicaciones adecuadas se determinan para registrar la respuesta dinámica de una pieza de trabajo para medir el amortiguamiento de la pieza de trabajo. Por lo tanto, menos mediciones se requieren y menos datos necesitan procesarse. Es decir, los métodos anteriores permiten que se identifiquen los puntos específicos sobre una pieza de trabajo, y entonces se mide el factor Q y el factor de amortiguamiento del punto o puntos específicos en la pieza de trabajo. Al medir el factor Q y el factor de amortiguamiento solo en los puntos específicos, podrán capturarse menos mediciones, y menos datos necesitan procesarse. Por lo tanto, la medición del factor Q y del factor de amortiguamiento puede realizarse en un corto período de tiempo.

Aunque la invención se ha descrito a detalle con relación a solo un número limitado de modalidades, debe entenderse fácilmente que la invención no está limitada a esas modalidades divulgadas. Por el contrario, la invención puede modificarse para incorporar cualquier número de conjuntos de variaciones, alteraciones, sustituciones o equivalentes no descritos antes, pero que son acordes con la esencia y el alcance de la invención. Además, aunque se han descrito varias modalidades de la invención, se entenderá que los aspectos de la invención pueden incluir solo algunas de las modalidades descritas. En consecuencia, la invención no debe considerarse como limitada por la descripción anterior.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un método de medición de amortiguamiento de una pieza de trabajo, que comprende: determinar por lo menos una ubicación para medir el amortiguamiento en la pieza de trabajo; excitar la pieza de trabajo en por lo menos una ubicación adecuada; medir una respuesta dinámica de la pieza de trabajo en el lugar adecuado; y calcular un factor de amortiguamiento y un factor Q a partir de dicha respuesta dinámica.

2. El método de la reivindicación 1, donde la determinación de por lo menos una ubicación comprende: excitar la pieza de trabajo con un dispositivo de excitación; registrar la respuesta dinámica de movimiento de la pieza de trabajo con un dispositivo de medición de respuesta; y determinar por lo menos una ubicación para medir el amortiguamiento con base en los datos de respuesta obtenidos a partir de la respuesta dinámica de movimiento registrada por medio del dispositivo de medición de respuesta;

3. El método de la reivindicación 2, donde por lo menos una ubicación es un nodo y/o un antinodo.

4. El método de la reivindicación 2, donde el dispositivo de medición de respuesta es una cámara y los datos de respuesta son los datos de desplazamiento de la pieza de trabajo.

5. El método de la reivindicación 2, donde el dispositivo de medición de respuesta es un láser y los datos de respuesta son los datos de velocidad de la pieza de trabajo.

6. El método de la reivindicación 1, donde la pieza de trabajo es un rotor de freno.

7. El método de la reivindicación 1, donde la pieza de trabajo es un tambor de freno.

8. El método de la reivindicación 1, donde el cálculo del factor de amortiguamiento y del factor Q comprende calcular un factor de amortiguamiento y el factor Q a partir de un índice de extinción de la respuesta dinámica.

9. El método de la reivindicación 1, donde el cálculo del factor de amortiguamiento y del factor Q comprende calcular un factor de amortiguamiento y el factor Q con base en una función de respuesta en frecuencia.

10. El método de la reivindicación 1, donde la excitación de la pieza de trabajo comprende la excitación de la pieza de trabajo con un martillo de impulso.

11. El método de la reivindicación 1, donde la excitación de la pieza de trabajo comprende la excitación de la pieza de trabajo con una máquina agitadora.

12. Un método de medición de amortiguamiento de una pieza de trabajo, que comprende: colocar una pieza de trabajo sobre un soporte; colocar un dispositivo de medición de respuesta próximo a la pieza de trabajo; excitar la pieza de trabajo con un dispositivo de excitación; registrar una respuesta dinámica de la pieza de trabajo durante una determinada cantidad de tiempo; extraer un historial de tiempo de respuesta de desplazamiento de los puntos seleccionados sobre una superficie de la pieza de trabajo; determinar una frecuencia de los modos de vibración seleccionados; aplicar un filtro en el historial de tiempo de respuesta de desplazamiento para extraer las frecuencias y los modos usados para un cálculo del factor de amortiguamiento y del factor Q; determinar los nodos y/o los antinodos de la pieza de trabajo a las frecuencias seleccionadas; excitar la pieza de trabajo usando el dispositivo de excitación en los nodos y/o los antinodos; registrar el historial de tiempo de respuesta dinámica de la pieza de trabajo en los nodos y/o los antinodos; calcular un factor de amortiguamiento y un factor Q en los nodos y/o los antinodos.

13. El método de la reivindicación 12, que incluye equipar dicho dispositivo de excitación con un transductor de fuerza.

14. El método de la reivindicación 12, que además comprende calcular la velocidad, el desplazamiento y la aceleración con base en el historial de tiempo de respuesta dinámica.

15. Un aparato para la medición de un amortiguamiento en una pieza de trabajo, el aparato comprende: una superficie de soporte configurada para soportar la pieza de trabajo; un dispositivo de excitación configurado para excitar la pieza de trabajo; un dispositivo de medición de respuesta colocado próximo a la superficie de soporte y configurado para capturar una respuesta dinámica de movimiento de la pieza de trabajo; y una unidad de control conectada de manera operable con el dispositivo de medición de respuesta y configurada para operar el dispositivo de medición de respuesta y extraer los datos obtenidos por medio del dispositivo de medición de respuesta.

16. El aparato de la reivindicación 15, donde el dispositivo de medición de respuesta es una cámara y los datos extraídos son los datos de desplazamiento.

17. El aparato de la reivindicación 15, donde el dispositivo de medición de respuesta es un láser y los datos extraídos son los datos de velocidad.

18. El aparato de la reivindicación 15, donde la unidad de control se configura para determinar los nodos y/o los antinodos sobre la pieza de trabajo excitada con base en los datos obtenidos por medio del dispositivo de medición de respuesta.

19. El aparato de la reivindicación 18, donde el dispositivo de excitación está configurado para excitar la pieza de trabajo en los nodos y/o antinodos.

20. El aparato de la reivindicación 19, que además comprende por lo menos un sensor configurado para medir los datos de amortiguamiento en los nodos y/o los antinodos.

21. El aparato de la reivindicación 20, donde la unidad de control se configura para calcular un factor de amortiguamiento y un factor Q en los nodos y/o los antinodos con base en los datos de amortiguamiento medidos por medio de por lo menos un sensor.