CN104977218B - 微小弹性零件刚度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小弹性零件刚度检测装置及方法，上述装置包括冲击载荷单元、配重块、位移检测传感器、数据采集器以及数据分析单元，待测零件固定在刚性支架上，所述冲击载荷单元设置在与所述待测零件相邻的一侧，所述配重块固定在所述待测零件的顶部，所述位移检测传感器设置在所述待测零件的另一侧，所述位移检测传感器与所述数据采集器连通，并将获得的信号反馈至所述数据分析单元，由所述数据分析单元对所述待测零件的固有频率进行分析和判断。本发明提供的微小弹性零件刚度检测装置及方法操作简单，检测精度高，重复性好，检测效率高，提高了大批量零件刚度的检测的精度。

Description

微小弹性零件刚度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及信息感知与识别技术领域，特别涉及一种微小弹性零件刚度检测装置及方法。

背景技术

微小型弹性零件在仪表、液压阀、控制等行业当中往往作为动态控制的执行单元，因此对其几何形状、尺寸精度、刚度和质量均有严格要求。刚度检测是零件生产过程中质量控制的重要环节。

传统方式的刚度检验方法采用静态测试法，即在零件上施加一定的静态载荷(力，力矩等)后测量相应的变形量(位移，转角等)，然后利用胡克定律(K＝F/S)来计算零件的刚度。对于载荷的施加主要是通过悬挂砝码来实现，而变形量的检测主要利用位移传感器，CCD和显微镜等。这种传统的测试方法测量精度受影响因素多，测试效率低，一般要求被测量对象有足够的尺寸以便于力和位移的测量。静态测试中，采用电容法测位移；使用力臂施加力，多点测量位移等方法也有研究，但未见推广应用。

动态测量是刚度测试的新方法，对零件施加一定的力激励，检测零件的动态响应，做进一步的结构动力学分析，获得的零件刚度。常用的激励有谐振激励(包括激振器激励、声波激励等)和瞬态激励(凸轮激励)等。而对零件的激励响应的测试常用的位移传感器(机械式、压电式、电容式和激光位移传感器)，CCD和显微镜等。在刚度动态测试中激励和响应检测是两个必不可少的检测参数。已有的刚度动态测量方法，多采用共振谐振激励，这种情况下可能因为共振而对零件造成损伤，影响其结构和力学性能。当谐振激励的频率与零件的固有频率不相吻合时，零件的响应时瞬态振动和简谐振动的叠加，反而增加结构参数识别的难度。此外，现有的激励设备结构较为复杂。对于零件的响应测量，机械式位移传感器的测量精度和安装都有局限性，而采用CCD和显微镜等对位移进行记录不但需要进行大量的图像识别处理而增加误差和工作量，还会因为采样率不够而造成误差。

总之，现有零件刚度动态测试方法，施加动态激励的系统复杂，不易操作，响应测量繁琐。不适应大批量零件刚度的快速检测。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种能够快速、高精度地完成大批量零件刚度的快速检测的微小弹性零件刚度检测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种微小弹性零件刚度检测装置，包括冲击载荷单元、配重块、位移检测传感器、数据采集器以及数据分析单元，待测零件固定在刚性支架上，所述冲击载荷单元设置在与所述待测零件相邻的一侧，所述配重块固定在所述待测零件的顶部，所述位移检测传感器设置在所述待测零件的另一侧，所述位移检测传感器与所述数据采集器连通，所述数据采集器将获得的信号反馈至所述数据分析单元，由具有分析和判断功能的所述数据分析单元对所述待测零件的频率进行分析，并将分析出的所述待测零件的频率与所述数据分析单元内预存储的标准件的固有频率比较，并判断所述待测零件是否合格。

较优地，在上述技术方案中，所述冲击载荷单元包括支架、滑槽和冲击质量体，所述滑槽铰接在支架的顶部，所述冲击质量体放置在所述支架上，并由所述支架顶部的挡板阻隔。

较优地，在上述技术方案中，所述冲击质量体为球体，所述滑槽末端与所述配重块的中心线在同一水平面上，并且所述滑槽末端与所述配重块间的水平距离大于所述冲击质量体的直径。

较优地，在上述技术方案中，所述数据采集器的检测频率为400Hz。

较优地，在上述技术方案中，所述数据分析单元包括激光位移传感器和16位数据采集卡，所述激光位移传感器固定在所述待测零件被撞面的对侧，所述激光位移传感器发射的光束与所述待测零件的反射面垂直。

较优地，在上述技术方案中，还包括显示单元，所述显示单元与所述数据分析单元连通，所述数据分析单元为计算机。

较优地，在上述技术方案中，所述配重块为长方体，所述配重块的长度大于所述待测零件的宽度。

较优地，在上述技术方案中，还包括刚度隔振基座，所述位移检测传感器和所述冲击载荷单元固定在所述刚度隔振基座上。

在上述方案的基础上还提供了一种微小弹性零件刚度检测方法，包括以下步骤：

步骤S10，启动计算机，并运行位移检测传感器和数据采集器；

步骤S20，将待测零件固定在刚性支架上，并在所述待测零件上固定配重块，并将冲击质量体放置在冲击载荷单元上的滑槽内；

步骤S30，调整所述冲击载荷单元与所述待测零件间的距离，以及所述待测零件与所述位移检测传感器间的相对位置；

步骤S40，启动所述冲击载荷单元，所述冲击质量体落下与所述配重块碰撞，所述数据采集器采取所述位移检测传感器反馈的所述待测零件位移的变化，并将所述待测零件的位移变化数据反馈至所述计算机并存储；

步骤S50，所述计算机对存储的位移变化数据进行频谱分析，获得所述待测零件的固有频率和阻尼比，并与预存储的标准零件的频率和阻尼比对比，判断所述待测零件刚度是否合格。

较优地，在上述技术方案中，所述步骤S50后还包括步骤S60，重复步骤S20至步骤S50，直至完成所有所述待测零件的检测。

本发明提供的微小弹性零件刚度检测装置，给弹性零件施加一个微小的冲击(脉冲信号)，利用激光位移传感器实施记录弹性零件的位移响应，对记录的数据进行分析得到零件的固有频率，将该频率与标准件的固有频率进行比对即可判断零件的刚度是否满足要求。与传统的检测方法相比，本方法操作简单；检测精度高，重复性好；检测效率高，节省工时。本发明有利于提高大批量零件刚度的检测的精度、节约成本、提高效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的微小弹性零件刚度检测装置的示意图；

图2是图1中微小弹性零件刚度检测装置的流程图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本发明提供的微小弹性零件刚度检测装置，包括冲击载荷单元、配重块4、位移检测传感器5、数据采集器6以及数据分析单元7，待测零件3固定在刚性支架上，冲击载荷单元设置在与待测零件3相邻的一侧，配重块4固定在待测零件3的顶部，位移检测传感器5设置在待测零件3的另一侧，位移检测传感器5与数据采集器6连通，并将获得的信号反馈至数据分析单元7，由由具有分析和判断功能的数据分析单元7对待测零件3的固有频率进行分析，并将分析出的待测零件的频率与数据分析单元7内预存储的标准件的固有频率比较，并判断待测零件是否合格。

较优地，在上述技术方案中，冲击载荷单元包括支架2、滑槽11和冲击质量体1，滑槽11铰接在支架2的顶部，冲击质量体1放置在支架2上，并由支架2顶部的挡板阻隔。滑槽11铰接在支架2的顶部，方便了对滑槽11角度的调节，使得上述测量装置使用的范围更广。

较优地，在上述技术方案中，冲击质量体1为球体，滑槽11末端与配重块4的中心线在同一水平面上，并且滑槽11末端与配重块4间的距离大于冲击质量体1的直径。球体的冲击质量体1在下滚时更加的方便，滑槽11末端与配重块4中心线在同一水平面上，保证了碰撞时的精确度，滑槽11末端与配重块4间的距离大于冲击质量体1的直径，使得冲击质量体1在与配重块4碰撞后会以自由落体下落，不会发生往复碰撞，提高了检测的精确度。

较优地，在上述技术方案中，数据采集器6的检测频率为400Hz。进一步，数据采集器6的调节频率为数十至数千Hz，有利于实验的进行，保证了检测的精确度。

较优地，在上述技术方案中，数据分析单元7包括激光位移传感器和16位数据采集卡，激光位移传感器固定在待测零件3被撞面的对侧，激光位移传感器发射的光束与待测零件3的反射面垂直。由激光位移传感器和16位数据采集卡组成的数据分析单元7，提高了实验检测数据的精确度。

较优地，在上述技术方案中，还包括显示单元，显示单元与数据分析单元7连通，数据分析单元7为计算机。

较优地，在上述技术方案中，配重块4为长方体，配重块4的长度大于待测零件3的宽度。配重块4的长度大于待测零件3的宽度方便了实验的进行，也提高了检测数据的精确度。

较优地，在上述技术方案中，还包括刚度隔振基座33，位移检测传感器5和冲击载荷单元固定在刚度隔振基座33上。高刚度隔振基座33为测试系统提供可靠的基础，隔离了环境的振动，为提高测试的精度提供了可靠的刚度保障。

实施例二：

如图2所示，在实施例一的基础上，本发明还提供了一种微小弹性零件刚度检测方法，包括以下步骤：

步骤S10，启动计算机，并运行位移检测传感器和数据采集器；

步骤S20，将待测零件固定在刚性支架上，并在待测零件上固定配重块，并将冲击质量体放置在冲击载荷单元上的滑槽内；

步骤S30，调整冲击载荷单元与待测零件间的距离，以及待测零件与位移检测传感器间的相对位置；

步骤S40，启动冲击载荷单元，冲击质量体落下与配重块碰撞，数据采集器采取位移检测传感器反馈的待测零件位移的变化，并将待测零件的位移变化数据反馈至计算机并存储；

步骤S50，计算机对存储的位移变化数据进行频谱分析，获得待测零件的固有频率和阻尼比，并与预存储的标准零件的频率和阻尼比对比，判断待测零件刚度是否合格。

较优地，在上述技术方案中，所述步骤S50后还包括步骤S60，重复步骤S20至步骤S50，直至完成所有待测零件的检测。

本发明提供的微小弹性零件刚度检测装置，给弹性零件施加一个微小的冲击(脉冲信号)，利用激光位移传感器实施记录弹性零件的位移响应，对记录的数据进行分析得到零件的固有频率，将该频率与标准件的固有频率进行比对即可判断零件的刚度是否满足要求。与传统的检测方法相比，本方法操作简单；检测精度高，重复性好；检测效率高，节省工时。本发明有利于提高大批量零件刚度的检测的精度、节约成本、提高效率。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：包括冲击载荷单元、配重块、位移检测传感器、数据采集器以及数据分析单元，待测零件固定在刚性支架上，所述冲击载荷单元设置在与所述待测零件相邻的一侧，所述配重块固定在所述待测零件的顶部，所述位移检测传感器设置在所述待测零件的另一侧，所述位移检测传感器与所述数据采集器连通，所述数据采集器将获得的信号反馈至所述数据分析单元，由具有分析和判断功能的所述数据分析单元对所述待测零件的频率进行分析，并将分析出的所述待测零件的频率与所述数据分析单元内预存储的标准件的固有频率比较，并判断所述待测零件是否合格；

所述冲击载荷单元包括支架、滑槽和冲击质量体，所述滑槽铰接在支架的顶部，所述冲击质量体放置在所述支架上，并由所述支架顶部的挡板阻隔；

所述冲击质量体为球体，所述滑槽末端与所述配重块的中心线在同一水平面上，并且所述滑槽末端与所述配重块间的水平距离大于所述冲击质量体的直径。

2.根据权利要求1所述的微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：所述数据采集器的检测频率为400Hz。

3.根据权利要求1所述的微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：所述数据分析单元包括精度激光位移传感器和16位数据采集卡，所述精度激光位移传感器固定在所述待测零件被撞面的对侧，所述激光位移传感器发射的光束与所述待测零件的反射面垂直。

4.根据权利要求1所述的微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：还包括显示单元，所述显示单元与所述数据分析单元连通，所述数据分析单元为计算机。

5.根据权利要求1所述的微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：所述配重块为长方体，所述配重块的长度大于所述待测零件的宽度。

6.根据权利要求1所述的微小弹性零件刚度检测装置，其特征在于：还包括刚度隔振基座，所述位移检测传感器和所述冲击载荷单元固定在所述刚度隔振基座上。

7.一种微小弹性零件刚度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S10，启动计算机，并运行位移检测传感器和数据采集器；

步骤S20，将待测零件固定在刚性支架上，并在所述待测零件上固定配重块，并将冲击质量体放置在冲击载荷单元上的滑槽内；

步骤S30，调整所述冲击载荷单元与所述待测零件间的距离，以及所述待测零件与所述位移检测传感器间的相对位置；

步骤S40，启动所述冲击载荷单元，所述冲击质量体落下与所述配重块碰撞，所述数据采集器采取所述位移检测传感器反馈的所述待测零件位移的变化，并将所述待测零件的位移变化数据反馈至所述计算机并存储；

步骤S50，所述计算机对存储的位移变化数据进行频谱分析，获得所述待测零件的固有频率和阻尼比，并与预存储的标准零件的频率和阻尼比对比，判断所述待测零件刚度是否合格。

8.根据权利要求7所述的微小弹性零件刚度检测方法，其特征在于：所述步骤S50后还包括步骤S60：重复步骤S20至步骤S50，直至完成所有所述待测零件的检测。