一種微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模態(tài)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，特別涉及一種微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一階模態(tài)具有特定的模態(tài)振型與固有頻率。模態(tài)振型與固有頻率可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析所得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。計(jì)算的方法一般通過(guò)有限元仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)的方法一般通過(guò)振動(dòng)測(cè)試儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)測(cè)試儀由采集卡、力錘、加速度傳感器等幾部分組成，力錘在部件合適的激勵(lì)位置進(jìn)行敲擊產(chǎn)生激勵(lì)，位于不同位置的加速度傳感器采集部件響應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)，采集卡拿到數(shù)據(jù)并處理后得到部件采集點(diǎn)處的頻率和幅值信息，多個(gè)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)綜合后得到部件的模態(tài)振型與固有頻率。
[0003]實(shí)際工程中，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或約束鏈很多的部件，測(cè)試人員很難直接判斷其振型和大致的頻率范圍，因此測(cè)試前往往需要先進(jìn)行有限元的仿真分析。仿真分析得到模態(tài)振型與固有頻率的信息后，供測(cè)試人員參考選擇合適的力錘、傳感器、激勵(lì)點(diǎn)、采集點(diǎn)，這樣測(cè)試才方便得到正確的模態(tài)振型與固有頻率，否則極有可能會(huì)得不到相應(yīng)的振型和頻率。正因?yàn)闇y(cè)試需要用到傳感器，而傳感器有一定的體積和質(zhì)量，這樣就要求被測(cè)部件不能過(guò)小，否則傳感器會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。比如PCB點(diǎn)膠機(jī)的點(diǎn)膠頭，飛針測(cè)試機(jī)的測(cè)頭彈簧，PCB機(jī)械鉆孔機(jī)的鉆頭等，這些關(guān)鍵部件尺寸都比較小，振動(dòng)測(cè)試儀的傳感器很難固定，就算可以固定也會(huì)對(duì)這些微小部件的模態(tài)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生非常大的影響，所以振動(dòng)測(cè)試儀對(duì)微小部件的測(cè)試方法有其局限性。目前對(duì)微小部件的模態(tài)測(cè)試是一大難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法，能夠完成微小部件的模態(tài)測(cè)試，并能方便快速獲得微小部件在工況下的模態(tài)振型與固有頻率。
[0005]為了解決以上提出的問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法，該模態(tài)測(cè)試方法具體步驟如下:
[0007]步驟S1:選擇需要被測(cè)試的部件，獲取所述被測(cè)部件的相關(guān)數(shù)據(jù)包括三維模型、材料屬性及各個(gè)部件之間的約束關(guān)系；
[0008]步驟S2:對(duì)選擇的被測(cè)部件進(jìn)行有限元模態(tài)分析，通過(guò)有限元仿真得到其在工況下的模態(tài)振型與固有頻率；
[0009]步驟S3:根據(jù)有限元仿真結(jié)果確定所關(guān)心的模態(tài)振型，并假定所關(guān)心的模態(tài)振型是真實(shí)存在，由此確定被測(cè)部件的激勵(lì)方向、激勵(lì)位置和拍攝硬件的拍攝方向；
[0010]步驟S4:根據(jù)有限元仿真得到的結(jié)果、被測(cè)部件的尺寸和拍攝工況確定合適的拍攝硬件和拍攝參數(shù)；
[0011]步驟S5:按照預(yù)定的激勵(lì)位置和激勵(lì)方向?qū)Ρ粶y(cè)部件實(shí)施激勵(lì)，并采用選定的拍攝硬件和拍攝方向展開拍攝記錄；
[0012]步驟S6:慢速播放拍攝記錄得到被測(cè)部件的振動(dòng)過(guò)程，并輸出拍攝時(shí)間，在獲得被測(cè)部件振型的同時(shí)，記錄下被測(cè)部件I秒鐘內(nèi)出現(xiàn)該振型的次數(shù)，從而得到其頻率；
[0013]步驟S7:將測(cè)試所得被測(cè)部件的振型與仿真得到的模態(tài)振型進(jìn)行比對(duì)，判斷兩者是否一致，如果兩者是一致的，則執(zhí)行下一步；如果兩者不一致，則返回步驟Si ；
[0014]步驟S8:比較測(cè)試所得被測(cè)部件的頻率與仿真得到的固有頻率，判斷兩者之間的誤差是否在允許范圍內(nèi)，如果在允許的誤差范圍內(nèi)，則執(zhí)行下一步；如果不在允許的誤差范圍內(nèi)，則返回步驟SI ；
[0015]步驟S9:采用測(cè)試所得被測(cè)部件的結(jié)果對(duì)仿真得到的結(jié)果進(jìn)行修正，從而最終得到被測(cè)部件的模態(tài)振型與固有頻率。
[0016]所述拍攝硬件采用高速攝像儀。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]本發(fā)明先通過(guò)有限元仿真了解微小零部件工況情況下的振型和頻率，針對(duì)所關(guān)心的振型，借助高速攝像儀的高速拍攝能力記錄下受激勵(lì)后的被測(cè)部件的振動(dòng)情況，后期從慢速播放的振動(dòng)過(guò)程中分析被測(cè)部件的振型以及記錄I秒鐘內(nèi)被測(cè)部件出現(xiàn)該振型的次數(shù)，將測(cè)試結(jié)果與仿真進(jìn)行比對(duì)，從而以測(cè)試結(jié)果為主仿真為輔獲得零部件的模態(tài)振型與固有頻率，即采用的模態(tài)測(cè)試方法簡(jiǎn)單、可靠及適用性廣，能夠針對(duì)微小部件完成模態(tài)測(cè)試，并能方便快速獲得微小部件在工況下的模態(tài)振型與固有頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法的流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中采用飛針測(cè)頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中飛針測(cè)頭的模態(tài)測(cè)試圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中飛針測(cè)頭工況模態(tài)有限元分析結(jié)果圖。
[0023]其中:1-彈黃支架、2_探針、3_彈黃、4_測(cè)試平臺(tái)、5_測(cè)頭、6_聞速攝像儀
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0025]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0026]一般來(lái)說(shuō)，物體理論上有無(wú)窮階模態(tài)，通常前幾階是簡(jiǎn)單振型，后面的振型多是復(fù)合而成。正常情況下，設(shè)計(jì)階段要看激振力的頻率范圍及其倍頻范圍，但是工程機(jī)械中，因?yàn)楦麟A模態(tài)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的貢獻(xiàn)度不同，前幾階比較大，越往后越小，即低階頻率一旦發(fā)生則破壞性強(qiáng)，加上工程中物體的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢，即大多數(shù)的激勵(lì)頻率比較低，振型越往后，物體要產(chǎn)生該階的振型就需要越高的激勵(lì)頻率，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)，取前面幾階模態(tài)形成了一種行業(yè)習(xí)慣。
[0027]本發(fā)明提供的一種微小部件工況下的模態(tài)測(cè)試方法，其簡(jiǎn)單概括為，以模態(tài)仿真分析結(jié)果為參考，采用直接對(duì)被激勵(lì)后的部件的振動(dòng)進(jìn)行全過(guò)程記錄的方式，利用鏡頭的光學(xué)放大效果將微小的振動(dòng)量放大顯示，借助高速攝像儀將視覺(jué)無(wú)法分辨的高速振動(dòng)過(guò)程記錄在存儲(chǔ)媒介，把高速振動(dòng)過(guò)程的規(guī)律直接清晰地展現(xiàn)出來(lái)，獲得振型的同時(shí)記錄部件在I秒鐘內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，將觀測(cè)所得振型和頻率與仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，最終確認(rèn)被測(cè)部件的模態(tài)振型與固有頻率。
[0028]整個(gè)過(guò)程見附圖的流程圖1，具體方法步驟如下:
[0029]步驟S1:選擇需要被測(cè)試的部件，獲取所述被測(cè)部件的相關(guān)數(shù)據(jù)包括三維模型、材料屬性及各個(gè)部件之間的約束關(guān)系等；
[0030]本步驟中，要求盡可能多的獲取被測(cè)部件真實(shí)數(shù)據(jù)以使后續(xù)的仿真結(jié)果更貼合現(xiàn)實(shí)。
[0031]步驟S2:對(duì)選擇的被測(cè)部件進(jìn)行有限元模態(tài)分析，通過(guò)有限元仿真得到其在工況下的模態(tài)振型與固有頻率。
[0032]步驟S3:根據(jù)有限元仿真結(jié)果確定所關(guān)心的模態(tài)振型，并假定所關(guān)心的模態(tài)振型是真實(shí)存在，由此確定被測(cè)部件的激勵(lì)方向、激勵(lì)位置和拍攝硬件的拍攝方向。
[0033]本步驟中，由于模態(tài)在理論上有無(wú)數(shù)階，所以要先確認(rèn)所關(guān)心的模態(tài)振型，再假定所關(guān)心的模態(tài)振型是真實(shí)存在。
[0034]確定激勵(lì)方向和位置是為了能更好的激勵(lì)起被測(cè)部件的該階振型，而確定拍攝硬件的拍攝方向是為了更好的觀測(cè)振型。
[0035]步驟S4:根據(jù)有限元仿真得到的結(jié)果、被測(cè)部件的尺寸、拍攝工況等確定合適的拍攝硬件和拍攝參數(shù)，如高速攝像儀、鏡頭、分辨率和拍攝速率等的確定。
[0036]本步驟中，拍攝硬件采用高速攝像儀，選擇高速攝像儀的關(guān)鍵參數(shù)是最高拍攝速率，主要是為了能將被測(cè)部件高速的振動(dòng)過(guò)程記錄下來(lái)，目前市面上高速攝像儀的最高拍攝速率能達(dá)到1000000幀/秒，所以拍攝速率足以滿足工程測(cè)試需要。
[0037]本步驟中，鏡頭是能清晰看到并放大被測(cè)部件的保證，鏡頭種類很多，如普通鏡頭、微距鏡頭、顯微鏡頭等，針對(duì)不同尺寸部件和拍攝工況需要采用合適的鏡頭。
[0038]本步驟中，拍攝速率當(dāng)然必須高于被測(cè)部件的該階振型的模態(tài)頻率，拍攝速率越高，最后的觀測(cè)結(jié)果越細(xì)膩，當(dāng)然能滿足需要即可，不必追求過(guò)高的拍攝速率，因?yàn)橥瑯拥呐臄z分辨率和拍攝時(shí)間下，越高的拍攝速率就需要越大容量的存儲(chǔ)媒介。
[0039]步驟S5:按照預(yù)定的激勵(lì)位置和激勵(lì)方向?qū)Ρ粶y(cè)部件實(shí)施激勵(lì)，并采用選定的拍攝硬件和拍攝方向展開拍攝記錄，為了達(dá)到比較理想的拍攝效果，需要對(duì)拍攝角度、鏡頭焦距、光照強(qiáng)度等進(jìn)行細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，力求得到高質(zhì)量的畫質(zhì)和細(xì)膩的振型。