CN105651473A - 用于自动确定物体的动态刚度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定物体(1)的动态刚度的方法,该方法包括以下步骤:a)将该物体(1)定位在振动脱耦装置(2)上;b)将多个传感器装置(3)定位在该物体(1)上和/或该物体(1)附近,这些传感器各自被配置用于检测至少一个运动测量变量;c)将至少一个振动激励装置定位在该物体(1)附近;d)用该至少一个振动激励装置(4)来激励该物体(1);e)检测该物体(1)在步骤d)中的激励的幅度并且检测传感器装置(3)的运动测量变量;f)基于在步骤e)中检测的该物体(1)的激励的幅度和传感器装置(3)的运动测量变量来确定该物体(1)的动态刚度,其中,该方法在该物体(1)的生产过程中或生产过程结束后自动进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定物体的动态刚度的方法。
背景技术
物体的刚度总体上是相应物体抵抗由外力或外部转矩作用所引起的弹性变形的度量。刚度在此直接取决于制造物体的材料的弹性并且此外还取决于物体的几何形状。取决于作用在物体上的外部负载的类型,区分为轴向刚度、扭转刚度和挠曲刚度。
刚度例如在汽车的制造中是非常重要的。例如,车辆车身的扭转刚度和挠曲刚度在很大程度上影响了机动车辆的舒适度和品质印象。扭转刚度还对机动车辆的驾驶性能具有相当大的影响。此外,车辆车身的高的刚度水平引起弹性连接的底盘部件以及组件支承(Aggregatlagerungen)附接部分的小的相对运动的脱耦的改善。结果,能显著降低输入到车身中的固体声和因此显著降低车辆中的噪声水平以及甚至显著降低在不平坦的行驶道路上的噪声水平。
对于机动车辆的舒适度和品质印象而言,动态刚度或本征频率的位置具有主要意义。动态刚度是无法直接测量的,而是将成比例地取决于动态刚度的第一自然频率的位置作为一个相对度量。在机动车辆的结构构型中的另一个目的主要是将本征频率移位到最高可能频率,使得在机动车辆的通常的日常驾驶模式中,所述本征频率比在典型的激励频率之上的相对较低的频率显著更少地发生。此外,应尽可能避免例如行驶在不平坦道路上时引起在典型的激励频率范围中的本征频率的发生。
静态扭转刚度和挠曲刚度是来自机械观点的弹簧常数。扭转刚度被定义为致使物体扭转的转矩与由转矩的作用所引起的扭转角的商。扭转刚度取决于制造物体的材料的弹性模量、取决于物体的几何形状并且取决于旋转轴线之间的距离。物体的挠曲刚度被定义为引起弯曲的力和最大弯曲的商。在相应的弯曲试验中,将待检查的物体尽可能无振动地且与周围环境脱耦地安装在彼此间隔开的至少两个支承装置上。随后,将致使物体弯曲的力施加到物体上。明显的是,制造物体的材料的弹性模量的挠曲刚度取决于物体的几何形状并且取决于支承装置之间的距离。此外,负载类型影响物体的挠曲刚度。例如,物体是被加载以作用在两个支承装置之间的中心的单个力还是作用在偏离中心处的单个力或者线性作用在这些支承装置之间的负载或表面负载,这是有差别的。
为了确定物体的动态挠曲刚度,从现有技术中已知在开篇处所提及类型的对应方法。在此背景下,待研究的物体首先在振动技术方面与周围环境脱耦并且使用至少一个振动激励单元来产生振动。使用传感器装置来在物体的不同位置检测这些振动。借助于合适的数学方法、基于计算机的方式来就振动频率对激励变量和物体的振动进行评估,以便因此确定物体的谐振频率以及因此确定该物体的动态刚度的度量。
DE102010012781A1披露了一种用于确定具有多个致动器的车辆的车身变形的器件,这些致动器经由车辆的车轮来赋予车辆扭矩,其中车辆的每个车轮被提供一个致动器,并且,该器件带有一个紧固器件并具有至少一个传感器,通过该紧固器件来将车身按压或拉至对致动器来说的对应高度,基于该至少一个传感器可以测量车辆的车身的变形。此外,此文献披露了一种用于确定车辆的车身的变形的器件。
DE102010013061A1描述了一种用于研究在车身与待测试的部件之间的相互影响的柔性测试台。车辆的车身在此被建模为具有可调整的和/或可替换的横向构件以及可调整的和/或可替换的元件的梯形车架,其结果是可以调整车身的特征变量,特别是其静态和动态的挠曲和扭转刚度。
从经验上看,物体动态刚度的测量和测量结果的分析及解释是相对昂贵的,并且因此需要高度的专业知识。
发明内容
本发明所基于的目的是,使得用于确定在开篇处提及类型的物体动态刚度的方法可供使用,并且该方法能特别容易实施。
这个目的是借助于在开篇处提及类型的方法来实现的。进一步的保护方案涉及本发明的多个有利发展。
根据本发明的用于确定物体的动态刚度的方法包括以下步骤:
a)将该物体定位在振动脱耦器件上,
b)将多个传感器装置定位在该物体上和/或在该物体附近,这些传感器装置各自被配置用于检测至少一个运动测量变量,
c)将至少一个振动激励装置定位在该物体上和/或在该物体附近,或者使用a)的用于振动激励的器件。
d)用该至少一个振动激励装置来激励该物体,
e)检测该物体在步骤d)中的激励的幅度并且检测这些传感器装置的运动测量变量,
f)基于在步骤e)中检测的该物体的激励的幅度和这些传感器装置的运动测量变量来将共振频率确定为该物体的动态刚度的共振频率的度量。
根据本发明的方法的与众不同之处在于,该方法在该物体的生产过程中或生产过程结束后以自动方式进行。它有利于执行测量和测量结果的评估或解释,并且适于例如用于确定在生产过程中或在生产过程终止之后机动车辆的车身或其零件的动态刚度。根据本发明的方法提供的优势在于,在此背景下,可以连续地监控刚度相关的过程,例如焊接、粘接、钎焊等等。进一步的应用领域是,例如飞行器结构、海上船只或航天器或其零件的动态刚度研究。在此提出的方法中,能够被借以进行行程测量、速度测量或加速度测量的接触式或者甚至非接触式测量方法适合用于检测振动。尤其是,可以使用激光测量器件或加速度传感器装置。在物体的生产过程中或生产过程结束时自动执行该方法有利地准许了连续的质量控制。因此可以更迅速地检测到并且对应地修正故障的可能来源,其结果是还可以提高制造质量。
在一个优选实施例中,提出了在进行的生产过程中,借助于至少一个***件(尤其是借助于至少一个机器人器件)将物体定位在振动脱耦器件上。结果,物体在振动脱耦器件上的精确自动定位变为可能。
在确定动态刚度之后,物体可以优选地借助于至少一个***件(尤其是借助于至少一个机器人器件)而从振动脱耦器件中移除。在此,***件可以是已经用于将物体定位在振动脱耦器件上的一个***件。
在一个有利实施例中,可以借助于至少一个***件(尤其是借助于至少一个机器人器件)将传感器装置定位在物体上或在该物体附近。结果,传感器装置的精确自动定位变为可能。因此,可以有利地避免人工重新调整传感器装置的定位。此外,测量物体的精确定位也因此得以绕过。在执行测量之后,可以再次借助于该至少一个***件将传感器装置移除。
在特别有利的实施例中,可以提供的是,借助于至少一个***件(尤其是借助于至少一个机器人器件)将至少一个振动激励装置定位在该物体附近。结果,该至少一个振动激励装置的精确自动定位变为可能,可以有利地进行定位而无需另外的人工调整工作。
在一个优选实施例中,可以在频率范围内评估物体的激励的幅度以及物体的振动并且以相互之间的比率来表示以便形成传递函数。优选地借助于傅立叶分析或借助于快速傅立叶分析来进行评估。结果,在产生振动的外力与物体的所测量的加速度之间形成了传递函数,该加速度是物体对外部振动激励的结构响应。这个传递函数使得可以获得在频率空间中作为激励器变量的外力与物体的加速度之间的数学关系。传递函数的最小值和最大值的位置给出了被称为物体的本征频率形式(振动模式)的指示。谐振振动模式发生处的离散频率是物体的动态刚度度量。
在一个尤其有利的实施例中,提出了在频率响应中的第一最大值的位置被设定至一个设定点频率区间f1±Δf,并且借助于自动设定点与实际值的比较来检查该第一最大值的经测量的实际频率是否处于该设定点频率区间f1±Δf之内。如果第一最大值的经测量的实际频率处于设定点频率区间f1±Δf之内,则物体具有需要的动态挠曲刚度或扭转刚度。如果实际频率处于设定点频率区间f1±Δf之外并且因此更高或更低,则物体的动态挠曲刚度不符合要求。仅对一个频率的评估有利地减少了计算和评估费用。
所使用的振动激励装置可以优选地是至少一个空气声发生装置(特别是扬声器)或者一个固体声发生装置(特别是冲击器件或者电动的或流体动力的振动激励装置)或通过调制该脱耦器件。
附图说明
参照附图,基于优选示例性实施例的以下描述,本发明的进一步的特征和优点将变得清楚,在附图中:
图1示出了可以将外力施加于其上的杆形物体的示意性展示,以及用于确定物体的动态挠曲刚度的测量安排、用于确定物体的动态挠曲刚度的方法的流程图。
图2示出了用于确定物体的动态挠曲刚度的方法的功能流程图。
具体实施方式
在下文中参照图1和图2,将更详细地解释用于确定物体1的动态刚度的方法的顺序以及适合于实施这种方法的测量安排。
在第一步骤100中,待研究的并且在此出于简化具象图示的原因是杆形物体的物体1被定位在振动脱耦器件2上。振动脱耦器件2在此包括带有振动阻尼装置(尤其是空气弹簧)的两个支承装置20、21。物体1被定位在支承装置20、21上并且因此在振动技术方面与周围环境脱耦。物体1在振动脱耦器件2上的定位是以自动方式来进行,尤其借助于可以例如是机器人器件的***件5。
在第二步骤200中,将多个传感器装置3定位在物体1上或者在物体1附近,这些传感器装置各自被配置用于检测至少一个运动测量变量(行程、速度或加速度)。传感器装置3的定位同样以自动方式来进行,优选地使用同样可以是机器人器件的一个或多个***件6。能够被借以实施行程测量、速度测量或加速度测量的接触式或非接触式测量方法适合用于检测由至少一个振动激励装置4引起的物体1的振动。对应地,传感器装置3被配置用于检测至少一个运动测量变量(行程、速度或加速度)。传感器装置3可以例如被对应地实施为激光测量器件或加速度检测装置。
在第三步骤300中,能够被借以激励物体1进行振动的至少一个振动激励装置4能通过自动方式、使用***件7(尤其借助于机器人器件)而被定位在物体1附近。所使用的振动激励装置4可以例如是用于产生空气声的扬声器。替代地,所使用的振动激励装置4还可以是用于产生固体声的冲击器件或者电动的或流体动力的振动激励装置。
以自动方式借助于控制器件9来控制这些***件5、6、7。
在随后的步骤400(激励步骤)中,物体1借助于至少一个振动激励装置4而被激励并且发生振动。
在随后的步骤500中,检测并记录了物体1在前项步骤400中发生的激励的幅度以及传感器装置3的运动测量变量。
在随后的步骤600中,使用合适的数学评估方法(尤其使用傅立叶分析或使用快速傅立叶分析)在频率范围内借助于评估器件8对物体1的激励的幅度和振动进行评估并且用数学方法以相互之间的比率(即,相除)来表示。以此方式获得了传递函数。传递函数的最大值或最小值提供了被称为物体1的本征形式(振动模式)的指示。本征形式发生处的离散振动频率是物体1的动态刚度的度量。
在频率响应中的第一最大值的位置(基于该位置已经获得了物体1的动态刚度的有效信息)被设置为第一额定频率值f1,其中,定义了波动范围Δf以便考虑不临界的频率波动。借助于评估器件8以自动方式使所测量的频率经受额定值-实际值比较。如果第一最大值的所测量的实际频率处于额定频率区间f1±Δf之内,则物体1具有预期的动态挠曲刚度。如果实际频率处于额定频率区间f1±Δf之外,则物体1的动态挠曲刚度不符合要求。
本方法是在物体1的生产过程中以自动方式进行的。例如,本方法可以使用在机动车辆的车身或机动车辆的车身零件的正进行的生产中。它提供的优势在于,在此背景下,可以连续地监控刚度相关的过程,例如焊接、粘接、钎焊等等。进一步的应用领域是,例如飞行器结构、海上船只或航天器或其零件的动态刚度研究。
在此提出的方法例如可以在物体1的生产过程的结束时进行。替代地,本方法也可以在正进行的制造过程中的一个或多个制造过程站处作为一种质量监测方法来进行。因此能在生产过程中早期检测到故障的可能来源。
Claims (9)
1.一种用于确定物体(1)的动态刚度的方法,该方法包括以下步骤:
a)将该物体(1)定位在振动脱耦器件(2)上,
b)将多个传感器装置(3)定位在该物体(1)上和/或在该物体(1)附近,这些传感器装置各自被配置用于检测至少一个运动测量变量,
c)将至少一个振动激励装置定位在该物体(1)附近,
d)用该至少一个振动激励装置(4)来激励该物体(1),
e)检测该物体(1)在步骤d)中的激励的幅度并且检测这些传感器装置(3)的运动测量变量,
f)基于在步骤e)中检测的该物体(1)的激励的幅度和这些传感器装置(3)的运动测量变量来确定该物体(1)的动态刚度,
其特征在于,该方法在该物体(1)的生产过程中或生产过程结束后以自动方式进行。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该物体(1)借助于至少一个***件(5)而被定位在该振动脱耦器件(2)上。
3.如权利要求1或2之一所述的方法,其特征在于,该物体(1)在确定动态刚度之后借助于至少一个***件(5)而从该振动脱耦器件(2)移除。
4.如权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,这些传感器装置(3)借助于至少一个***件(6)被定位在该物体(1)上或在该物体(1)附近。
5.如权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,该至少一个振动激励装置(4)借助于至少一个***件(7)被定位在该物体(1)附近。
6.如权利要求1至5之一所述的方法,其特征在于,在频率范围内评估该物体(1)的激励的幅度以及该物体(1)的振动并且以其相互之间的比率来形成传递函数。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,借助于傅立叶分析或借助于快速傅立叶分析来在频率范围内对该物体(1)的振动进行评估。
8.如权利要求1至7之一所述的方法,其特征在于,在频率响应中的第一最大值的位置被设定至一个额定频率区间f1±Δf,并且借助于自动的额定值-实际值比较来检查该第一最大值的所测量的实际频率是否处于该额定频率区间f1±Δf之内。
9.如权利要求1至8之一所述的方法,其特征在于,至少一个空气声发生装置或一个固体声发生装置被用作该振动激励装置(4)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160608 |