CN112362334A - 非接触式叶片模态参数测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非接触式叶片模态参数测试装置，包括测试台架、非接触激励头和非接触激光位移测量仪；测试台架上设有用于装载叶片的安装支架；非接触激励头安装在测试台架上，用于对叶片施加激励使叶片在激振力作用下振动；激光扫描头安装在测试台架上，用于测试叶片外型坐标并建立叶片三维实体；非接触激光位移测量仪安装在测试台架上，用于采集叶片上的振动信号并输送至主控计算机；主控计算机用于***控制和数据管理、根据叶片的振动信号识别叶片模态参数；非接触激励头、非接触激光位移传感器、激光扫描头由主控计算机控制。该装置利用非接触激励头向叶片施加激励使叶片振动，成本低、能耗少。本发明还提供一种用于上述装置的方法。

Description

非接触式叶片模态参数测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及航空航天发动机叶片模态参数测试技术领域，更具体地说，涉及一种非接触式叶片模态参数测试装置，还涉及一种非接触式叶片模态参数测试方法。

背景技术

目前，航空航天发动机叶片模态参数测试以振动测试与信号处理技术为基础，测试需要采用大型电磁振动台施加外部激励，通过贴应变传感器进行叶片振动信号的采集，并通过FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)数据分析确定叶片频谱并运用模态参数识别技术识别叶片模态信息。整个测量过程中需要在大型电磁振动台上进行，电磁振动台向叶片提供振动激励。但是，电磁振动台采购成本高，能耗较大。

综上所述，如何降低叶片模态参数测试的设备和能耗成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种非接触式叶片模态参数测试装置，其利用非接触激励头向叶片施加激励，使叶片在激振力作用下振动，无需使用振动台，能降低采购成本、减少能耗。本发明还提供一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于上述测试装置，无需使用振动台，能降低测试成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非接触式叶片模态参数测试装置，包括：

测试台架，所述测试台架上设有用于装载叶片的安装支架；

非接触激励头，所述非接触激励头安装在所述测试台架上，用于对所述叶片施加激励，使所述叶片在激振力作用下振动；

非接触激光位移测量仪，所述非接触激光位移测量仪安装在所述测试台架上，用于采集所述叶片上的振动信号并输送至主控计算机；所述主控计算机用于根据所述叶片的振动信号提取叶片模态参数；

激光扫描头(非接触3D轮廓仪)用于测试叶片外观3D坐标，为虚拟试验分析做准备；

其中，所述非接触激励头由所述主控计算机控制。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，所述安装支架能够调整所述叶片的姿态。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，所述安装支架包括：

第一驱动电机，所述第一驱动电机安装在所述测试台架上；

第一转动平台，所述第一转动平台安装在所述第一驱动电机的输出端，且能够在所述第一驱动电机的驱动作用下绕第一轴线转动；

第二驱动电机，所述第二驱动电机安装在所述第一转动平台上，且所述第二驱动电机的输出端安装有第二转动平台；所述第二转动平台能够在所述第二驱动电机的驱动作用下绕第二轴线转动，所述第二转动平台上设有用于装夹叶片的叶片夹头。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，所述叶片夹头包括：

安装块，所述安装块固定在所述第二转动平台上；

螺纹顶杆，所述螺纹钉顶杆安装在所述安装块的螺纹孔处；

其中，所述螺纹顶杆为多个，且各所述螺纹顶杆用于沿不同方向顶紧所述叶片的安装榫头，实现装夹所述叶片。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，所述测试台架上设有支撑架，所述非接触激励头和所述非接触激光位移测量仪分别安装在所述支撑架上。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，所述支撑架上安装有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端设有第三转动平台；所述非接触激励头安装在所述第三转动平台上。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试装置中，还包括用于获取所述叶片外观几何信息的激光扫描头，所述激光扫描头安装在所述测试台架上；所述激光扫描头与所述主控计算机相连。

一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于上述技术方案中任意一项所述的非接触式叶片模态参数测试装置，包括：

1)将待测试的叶片装夹于所述安装支架；

2)利用所述非接触激励头对所述叶片施加激励，使所述叶片在激振力作用下振动起来；

3)通过非接触激光位移测量仪采集所述叶片上的振动信号，并发送至所述主控计算机；

4)所述主控计算机根据所述振动信号提取叶片模态参数，获得测试结果。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试方法中，所述步骤1)之后、所述步骤2)之前，还包括：

12)利用非接触式叶片模态参数测试装置的激光扫描头获取所述叶片的外观几何信息。

优选的，上述非接触式叶片模态参数测试方法中，所述步骤4)之后还包括：

5)所述主控计算机存储所述叶片模态参数，以及所述叶片的外观几何信息，以便进行信息查询和数据管理。

本发明提供一种非接触式叶片模态参数测试装置，包括测试台架、非接触激励头和非接触激光位移测量仪；测试台架上设有用于装载叶片的安装支架；非接触激励头安装在测试台架上，用于对叶片施加激励，使叶片在激振力作用下振动；非接触激光位移测量仪安装在测试台架上，用于采集叶片上的振动信号并输送至主控计算机；主控计算机用于根据叶片的振动信号提取叶片模态参数；其中，非接触激励头由主控计算机控制。

本发明提供的非接触式叶片模态参数测试装置中，利用非接触激励头向叶片施加激励，使叶片在激振力作用下振动，无需使用振动台，能降低设备成本，减少能耗，从而节约测试成本。

本发明还提供一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于上述测试装置，无需使用振动台，测试成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置的结构示意图；

其中，图1中：

测试台架1；电机多路控制器2；第一驱动电机3；第一转动平台4；第二驱动电机5；第二转动平台6；叶片夹头7；被测试对象叶片8；第三驱动电机9；第三转动平台10；非接触激励头11；激光扫描头12；非接触激光位移测量仪13；主控计算机14；备用横梁15。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种非接触式叶片模态参数测试装置，其利用非接触激励头向叶片施加激励，使叶片在激振力作用下振动，无需使用振动台，能降低采购成本、减少能耗。本发明实施例还公开一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于上述测试装置，无需使用振动台，能降低测试成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种非接触式叶片模态参数测试装置，包括测试台架1、非接触激励头11和非接触激光位移测量仪13；测试台架1上设有用于装载被测试对象叶片8的安装支架；非接触激励头11安装在测试台架1上，用于对被测试对象叶片8施加激励，使被测试对象叶片8在激振力作用下振动；非接触激光位移测量仪13安装在测试台架1上，用于采集被测试对象叶片8上的振动信号并输送至主控计算机14；主控计算机14用于根据被测试对象叶片8的振动信号提取被测试对象叶片8模态参数；其中，非接触激励头11由主控计算机14控制。

本发明实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置中，利用非接触激励头11向被测试对象叶片8施加激励，使被测试对象叶片8在激振力作用下振动，无需使用振动台，能降低设备成本，减少能耗，从而节约测试成本。

为了确保被测试对象叶片8表面正对非接触激励头11和非接触激光位移测量仪13，上述实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置中，安装支架设置为能够调整被测试对象叶片8的姿态。

具体的，安装支架包括：

第一驱动电机3，第一驱动电机3安装在测试台架1上；

第一转动平台4，第一转动平台4安装在第一驱动电机3的输出端，且能够在第一驱动电机3的驱动作用下绕第一轴线转动；

第二驱动电机5，第二驱动电机5安装在第一转动平台4上，且第二驱动电机5的输出端安装有第二转动平台6；第二转动平台6能够在第二驱动电机5的驱动作用下绕第二轴线转动，第二转动平台6上设有用于装夹叶片的叶片夹头7。第一轴线和第二轴线设置为相互垂直。

进一步的，上述实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置中，叶片夹头7包括：

安装块，安装块固定在第二转动平台6上；

螺纹顶杆，螺纹钉顶杆安装在上述安装块的螺纹孔处；

其中，螺纹顶杆为多个，且各螺纹顶杆用于沿不同方向顶紧被测试对象叶片8的安装榫头，实现装夹被测试对象叶片8。被测试对象叶片8包括叶片主体和固定在叶片主体根部的安装榫头。

为了方便安装，上述测试台架1上设有支撑架，非接触激励头11和非接触激光位移测量仪13分别安装在支撑架上，具体两者分别安装在支撑架的不同横梁上，支撑架上还设有备用横梁15。支撑架上安装有第三驱动电机9，第三驱动电机9的输出端设有第三转动平台10；非接触激励头11安装在第三转动平台10上。应用时，可根据需要控制第三驱动电机9转动，以调整非接触激励头11的角度。

上述非接触式叶片模态参数测试装置中，还包括激光扫描头(即非接触3D轮廓仪)12，激光扫描头12安装在测试台架1上，具体安装在支撑架上；激光扫描头12与主控计算机14相连。激光扫描头12用于测试叶片外观3D坐标，为虚拟试验分析做准备。

非接触激励头11为气流脉冲激励头或超声波激励头，本实施例不做限定。非接触激光位移测量仪13，是指一种自混相干的激光位移测量***，有别于其他反射式激光振动测量仪。激光扫描头12是3D扫描仪，能精确测量被测试对象叶片8的外观轮廓。主控计算机14包括电机多路控制器2、扫描控制器、数据采集器，电机多路控制器2控制安装支架和第三驱动电机9，扫描控制器用于控制激光扫描头12；数据采集器能够将非接触激光位移测量仪13输出的模拟信号转化为数字信号以便供软件分析处理。待测试的被测试对象叶片8是指透平机械中的，安装在叶轮上的叶片。

本实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置中，利用安装支架自动调整待测试叶片的姿态，利用非接触激光位移测量仪13采集被测试对象叶片8的振动信号，无需在被测试对象叶片8上设置传感器，无需每测试新的被测试对象叶片8时人工反复测试调整被测试对象叶片8姿态、被测试对象叶片8上传感器的采集位置、传感器采集信号是否完整，自动化程度更高，能够简化工序，也利于提高工作效率，还能满足大规模叶片生产厂家对被测试对象叶片8验证性的测试需求。另外，本实施例提供的测试装置还能够保存完整数据信息，方便进行查询和数据管理。再者本实施例提供的测试装置成本低，通用性高，且采用非接触激励和非接触测量方式，减小被测试对象叶片8附加质量和刚度的影响，能够提高测试精度。

本发明实施例还提供一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于上述实施例提供的非接触式叶片模态参数测试装置，包括：

1)将待测试的被测试对象叶片8装夹于安装支架；

2)利用非接触激励头11对被测试对象叶片8施加激励，使被测试对象叶片8在激振力作用下振动起来；

3)通过非接触激光位移测量仪13采集被测试对象叶片8上的振动信号，并发送至主控计算机；

4)主控计算机根据振动信号提取被测试对象叶片8模态参数。

具体的，上述测试方法中，步骤1)之后、所述步骤2)之前，还包括：12)利用非接触式叶片模态参数测试装置的激光扫描头12获得被测试对象叶片8的外观几何信息。

具体的，步骤1)为：利用多个螺纹顶杆同时夹紧被测试对象叶片8的安装榫头；步骤1)之后、步骤2)之前，还包括：012)利用安装支架调整被测试对象叶片8的姿态，使被测试对象叶片8表面正对非接触激光位移测量仪13和非接触激励头11。在具有步骤12)的实施方案中，步骤012)设置在步骤12)之前。

步骤4)之后还包括：5)主控计算机存储叶片模态参数，以及被测试对象叶片8的外观几何信息，以便进行信息查询和数据管理。

本实施例提供的非接触式叶片模态参数测试方法用于上述实施例提供的测试装置，无需使用振动台，测试成本低。当然，本实施例提供的测试方法还具有上述实施提供的有关测试装置的其它效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，包括：

测试台架，所述测试台架上设有用于装载叶片的安装支架；

非接触激励头，所述非接触激励头安装在所述测试台架上，用于对所述叶片施加激励，使所述叶片在激振力作用下振动；

非接触激光位移测量仪，所述非接触激光位移测量仪安装在所述测试台架上，用于采集所述叶片上的振动信号并输送至主控计算机；所述主控计算机用于根据所述叶片的振动信号提取叶片模态参数；

其中，所述非接触激励头由所述主控计算机控制。

2.根据权利要求1所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，所述安装支架能够调整所述叶片的姿态。

3.根据权利要求2所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，所述安装支架包括：

第一驱动电机，所述第一驱动电机安装在所述测试台架上；

第一转动平台，所述第一转动平台安装在所述第一驱动电机的输出端，且能够在所述第一驱动电机的驱动作用下绕第一轴线转动；

第二驱动电机，所述第二驱动电机安装在所述第一转动平台上，且所述第二驱动电机的输出端安装有第二转动平台；所述第二转动平台能够在所述第二驱动电机的驱动作用下绕第二轴线转动，所述第二转动平台上设有用于装夹叶片的叶片夹头。

4.根据权利要求3所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，所述叶片夹头包括：

安装块，所述安装块固定在所述第二转动平台上；

螺纹顶杆，所述螺纹钉顶杆安装在所述安装块的螺纹孔处；

其中，所述螺纹顶杆为多个，且各所述螺纹顶杆用于沿不同方向顶紧所述叶片的安装榫头，实现装夹所述叶片。

5.根据权利要求1所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，所述测试台架上设有支撑架，所述非接触激励头和所述非接触激光位移测量仪分别安装在所述支撑架上。

6.根据权利要求5所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，所述支撑架上安装有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端设有第三转动平台；所述非接触激励头安装在所述第三转动平台上。

7.根据权利要求1所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，还包括用于获取所述叶片外观几何信息的激光扫描头，所述激光扫描头安装在所述测试台架上；所述激光扫描头与所述主控计算机相连。

8.一种非接触式叶片模态参数测试方法，用于权利要求1-7任意一项所述的非接触式叶片模态参数测试装置，其特征在于，包括：

1)将待测试的叶片装夹于所述安装支架；

2)利用所述非接触激励头对所述叶片施加激励，使所述叶片在激振力作用下振动起来；

3)通过非接触激光位移测量仪采集所述叶片上的振动信号，并发送至所述主控计算机；

4)所述主控计算机根据所述振动信号提取叶片模态参数，获得测试结果。

9.根据权利要求8所述的非接触式叶片模态参数测试方法，其特征在于，所述步骤1)之后、所述步骤2)之前，还包括：

12)利用非接触式叶片模态参数测试装置的激光扫描头获取所述叶片的外观几何信息。

10.根据权利要求9所述的非接触式叶片模态参数测试方法，其特征在于，所述步骤4)之后还包括：

5)所述主控计算机存储所述叶片模态参数，以及所述叶片的外观几何信息，以便进行信息查询和数据管理。

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