模態寬頻振動消除應力設備的制作方法
【專利摘要】一種模態寬頻振動消除應力設備，包括振動源和控制電路，其中：所述振動源包括底座、直線電機、工件夾緊裝置和導軌，所述直線電機固定安裝在底座上，所述工件夾緊裝置通過導軌安裝在底座上，所述直線電機的輸出軸固定連接在工件夾緊裝置上，所述直線電機的輸出軸的軸線與導軌平行。本實用新型改善了中小型工件振動時效的處理效果，擴大了振動時效的應用范圍。
【專利說明】模態寬頻振動消除應力設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種振動設備，特別是涉及一種用于時效處理的振動設備。
【背景技術】
[0002]振動時效處理是工程材料常用的一種消除其內部殘余內應力的方法，是利用機械方法使金屬構件的工件振動，在共振條件下對工件施以循環動應力，使工件內部殘余的內應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候，使材料發生微量的塑性變形，從而使材料內部的內應力得以松弛或重新分布而達到尺寸穩定的目的。與熱時效相比，振動時效具有投資少、見效快、運行費用低和有利于環保等優點。
[0003]目前的振動時效裝置都是采用具有偏心機構的激振器，使激振器和工件共振，以達到振動時效。激振器由偏心箱和高速電機組成。在振動時效過程中，激振器和工件必須剛性固定在一起，不能有絲毫松動，否則振動是無效的，起不到時效作用。目前，對于大型的工件，只需把激振器剛性固定在工件的合適位置即可，但對于小工件則根本無法將激振器和工件固定在一起。中國專利CN201470586U公開了一種振動時效裝置，包括平臺，激振器固定在平臺的邊緣，待時效處理的工件剛性固定在平臺上，該裝置將激振器和小工件固定在平臺上，將平臺作為載體，實現了激振器和小工件的共振，解決了因無法將激振器和小工件固定在一起振動而引起的無法對中小工件振動時效處理的問題。但是，采用該裝置對中小型工件進行振動時效時，由于激振器振動頻率不一定與固定安裝有工件的平臺的頻率一致，也就是說，該裝置難以準確的控制安裝在平臺上的工件的頻率，從而導致中小型工件的振動時效效果并不理想。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種模態寬頻振動消除應力設備，解決中小工件時效處理不易實現，處理效果差的技術問題。
[0005]本實用新型的模態寬頻振動消除應力設備，包括振動源和控制電路，其中:
[0006]所述振動源包括底座、直線電機、工件夾緊裝置和導軌，所述直線電機固定安裝在底座上，所述工件夾緊裝置通過導軌安裝在底座上，所述直線電機的輸出軸固定連接在工件夾緊裝置上，所述直線電機的輸出軸的軸線與導軌平行。
[0007]所述導軌為直線導軌，導軌的固定元件固定安裝在底座上，導軌的移動元件與工件夾緊裝置固定連接。
[0008]所述底座上固定安裝有回復裝置，所述工件夾緊裝置與回復裝置連接，所述回復裝置用于提供回復力，平衡消除導軌的非線性摩擦力。
[0009]所述回復裝置為兩組，對稱的設置在導軌的兩側，所述回復裝置的回復力方向均與導軌平行，所述回復裝置的兩端均通過固定支腿固定安裝在底座上，在工件夾緊裝置的兩側分別固定安裝有一個連接支腿，兩個連接支腿分別與位于導軌同側的所述回復裝置的平衡位置固定連接。[0010]所述工件夾緊裝置包括工作臺和夾持定位裝置，工作臺用于固定夾持定位裝置，夾持定位裝置用于工件在工作臺上的定位，將完成定位的工件緊固在工作臺上。
[0011]所述回復裝置為彈簧，所述連接支腿與位于導軌同側的彈簧的中部固定連接。
[0012]所述導軌為交叉圓錐滾子直線導軌。
[0013]所述控制電路由直線電機控制電路、位置傳感器模塊、實時驅動控制模塊和集成顯示處理模塊組成，
[0014]位置傳感器模塊，用于采集寬頻激振器工況時運動部件的狀態信號，調理采集的狀態信號；
[0015]實時驅動控制模塊，用于依據存儲的時效處理模型和待處理工件的初始化數據，進行振動數據計算，生成寬頻激振器的控制數據，轉換為驅動信號輸出至寬頻激振器的直線電機控制電路；
[0016]接收傳感器采集的寬頻激振器的工況數據，參與振動數據的計算，形成修正的控制數據；
[0017]傳送寬頻激振器的工況數據至集成顯示處理模塊；
[0018]接收集成顯示處理模塊傳送的振動數據計算過程的控制參數；
[0019]集成顯示處理模塊，用于提供系統間的數據通信端口和人機交互界面，接收并存儲實時驅動控制模塊發送的寬頻激振器的工況數據，生成并發送模態寬頻振動消除應力控制參數。
[0020]所述位置傳感器模塊包括光柵尺位移傳感器和激光位移傳感器，
[0021]光柵尺位移傳感器，用于采集寬頻激振器的直線電機工況時的位移信號；
[0022]激光位移傳感器，用于采集寬頻激振器的直線電機工況時夾緊裝置固定的工件的位移信號。
[0023]所述實時驅動控制模塊包括數字信號處理器、可編程門陣列，數字信號處理器和可編程門陣列間通過數據總線連接；所述集成顯示處理模塊包括嵌入式處理器，
[0024]數字信號處理器，用于完成模態分析實時計算過程，生成振動數據傳送至可編程門陣列；接收可編程門陣列傳送的寬頻激振器的工況數據，完成對寬頻激振器的實時控制；
[0025]可編程門陣列，用于將生成的寬頻激振器的驅動數據轉換為寬頻激振器直線電機的驅動信號，將寬頻激振器的工況信號轉換為工況數據，將驅動數據和工況數據按相應通信協議封裝，發送相應通信端口 ；
[0026]嵌入式處理器，用于將寬頻激振器的工況參數與不同系統進行數據交換，生成人機交互數據。
[0027]本實用新型的模態寬頻振動消除應力設備通過控制電路控制寬頻振蕩器直線電機輸出軸按照指定的頻率與幅值往復運動，就能夠直接控制工件夾緊裝置的振動頻率與幅值，從而能夠準確的控制固定安裝在其上的工件的振動頻率與幅值，提高中小型工件的振動時效效果。控制電路中，將激振源振動的控制信號生成計算過程、對激
[0028]振源進行驅動的控制過程，從系統控制電路中分離出來，形成并列的用于數據處理和信號控制的實時驅動控制模塊，用于人機交互和數據通信的集成顯示處理模塊。實時驅動控制模塊滿足較寬頻率范圍內需要實時響應的大數據量振動數據的生成，同時完成模態寬頻振動消除應力設備工況參數的實時采集，實時修正振動數據的生成處理過程，集成顯示處理模塊將生成的振動數據和采集的工況參數進行進一步處理，完成與不同系統間的數據交換，同時提供豐富的人機交互界面，圖形化直觀顯示實時驅動控制模塊的底層數據，以及復雜的時效處理模型調整參數。既可以滿足振動時效多振型振動數據的實時性，又滿足了與其他系統間的數據交換效率。利用控制電路進行信號處理可以對中小型工件的不同頻點下的時域穩態數據進行精確采集，利用控制電路的實時處理能力形成頻域穩態數據供上位機形成時效振動處理的擬合曲線，有效提高對中小型工件時效處理的效果。
[0029]下面結合附圖對本實用新型的實施例作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的立體圖；
[0031]圖2為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的主視圖；
[0032]圖3為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的俯視圖；
[0033]圖4為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的使用狀態圖；
[0034]圖5為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備控制電路的結構示意圖；
[0035]圖6為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備控制電路中位置傳感器模塊的結構示意圖；
[0036]圖7為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備控制電路中實時驅動控制模塊的結構示意圖；
[0037]圖8為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備控制電路中集成顯示處理模塊的結構示意圖；
[0038]圖9為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的信號處理方法的工作流程示意圖；
[0039]圖10為本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的信號處理方法中第一正弦掃頻信號控制直線電機往復運動產生的時域信號示意圖。
【具體實施方式】
[0040]本實用新型的模態寬頻振動消除應力設備充分利用了直線電機運動慣量小，動態響應迅速和定位精度高的特點，形成的寬頻激振器，在其直線電機基本結構基礎上結合數字控制電路，完成應用直線電機對中小工件進行振動時效處理的技術方案。
[0041]如圖1所示，本實用新型模態寬頻振動消除應力設備包括底座1、直線電機2、工件夾緊裝置3和導軌4。底座I包括底板11、前支架12和后支架13，底板11為一矩形平板，在底板11的右端的前后側面上通過螺栓固定安裝前支架12和后支架13。直線電機2和導軌4均固定安裝在底座I的底板11上，直線電機2位于導軌的左側，導軌4為直線導軌，本實施例中采用交叉圓錐滾子直線導軌。導軌4的固定元件41通過墊板14固定安裝在底座I上，導軌4的移動元件42與工件夾緊裝置3固定連接。直線電機2的輸出軸的軸線與導軌4平行，導軌4和工件夾緊裝置3均位于前支架12和后支架13之間。
[0042]結合圖2所示，工件夾緊裝置3包括工作臺31、作為夾持定位裝置的第一夾塊32、第二夾塊33和第三夾塊34，第一夾塊32和第二夾塊33通過螺栓固定安裝在工作臺31上，第一夾塊32和第二夾塊33左右對稱，第三夾塊34安裝在第一夾塊32和第二夾塊33之間，第三夾塊34的右側面與第二夾塊33的左側面相貼合，該貼合面從上到下向左傾斜，第三夾塊34上表面開設有螺栓孔，工作臺31上也開設有螺栓孔，第三夾塊34通過螺栓固定安裝在工作臺31上，工作臺31上的螺栓孔略大于螺栓的直徑，以便適應緊固第三夾塊34時螺栓位置的改變。通過將貼合面設定成具有一定角度的斜面，能夠將螺栓的扭矩轉換為左右方向的夾緊力，能更有效地傳遞夾緊力。在第一夾塊32和第三夾塊34之間還可以設置墊塊36，以用于不同厚度的工件的夾緊。結合圖3所示，工作臺31、第一夾塊32、第二夾塊33、第三夾塊34和墊塊36上均開設有減重孔。
[0043]如圖3所示，在底座I的前支架12和后支架13上均固定安裝有一根作為回復裝置的彈簧5，兩根彈簧5對稱的設置在導軌4的兩側，每根彈簧5均與導軌4平行，兩根彈簧5的左右兩端均通過固定支腿6分別固定安裝在前支架12的前側面和后支架13的后側面上。結合圖2所示，在工件夾緊裝置3的工作臺31的前、后側面上分別用螺栓固定安裝有轉接架35，轉接架35呈T字形。在兩個轉接架35的前、后兩側的下端分別固定安裝有一個連接支腿7，兩個連接支腿7位于兩根彈簧5之間，所有的連接支腿7、固定支腿6均在同一水平面上。兩個連接支腿7分別與兩根彈簧5的中部固定連接，以消除導軌4的非線性摩擦力。
[0044]本裝置也可以只使用一根彈簧5，安裝方式與上述實施例的安裝方式一樣，來克服導軌的非線性摩擦力。也可以使用兩根彈簧，兩根彈簧設置在工件夾緊裝置的前后兩側，彈簧的一端與底座固定連接，彈簧的另一端固定在工件夾緊裝置上，同樣能夠克服導軌的非線性摩擦力。
[0045]本裝置在使用時，如圖4所示，首先將工件8固定安裝在工件夾緊裝置3上，然后控制直線電機2的輸出軸以設定的頻率來回運動，從而帶動固定安裝在工件夾緊裝置3上的工件8振動，實現工件8的振動時效處理。
[0046]本裝置結構緊湊、裝卡方式靈活，通過直線往復運動中材料的微觀形變產生高頻、甚高頻激振力，在機械結構上摒棄了傳統的旋轉偏心機構，在降低噪音污染與整體功耗的同時，大幅提高了設備的可靠性與可維護性。本裝置適于長期運行，維修方便，且激振力可以在線調節。
[0047]本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的激振力可實現全頻帶內在零至最大值之間的在線調節，可以針對不同振動應變與要處理的殘余應力大小進行在線調節，提高振動時效的效率與效果；同時解決了振動過程中電機連續變頻時的過峰問題——即降幅快速跨越系統共振頻率以避免共振引起的激振器或工件破損。而傳統激振器在大偏心轉速在通過金屬工件共振區域時，比如100HZ，對應電機轉速6000rpm，電機與工件產生共振，導致電機工作狀態失穩，電流和振幅急劇變大，超過電機承受范圍，系統中斷，而直線電機激振器不存在此現象。
[0048]由于模態寬頻振動消除應力設備輸出激振力的寬頻特性(OHz?3KHz，傳統激振器頻寬:0?167HZ)，可以實現高頻振蕩，并在多個頻率點實現多振型振動(振動型態可實現:扭曲，彎曲，彎扭結合等，而傳統激振器一般只有一種振動型態，對殘余應力消除效果有限，而殘余應力在金屬內部成三維分布，只有多振型效果才好。)，特別適用于高剛度(如高強鋁合金、鈦合金等)或結構復雜的中小型試件的頻譜諧波時效處理，也可應用在一般試件的快速高效率頻譜諧波時效處理，因此，本裝置較適合于兵器工業或航空航天領域的高強度材料及異型結構的中小型試件的去應力時效處理。本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的寬頻帶和激振力可調還可以應用在對應力集中區明確的脆硬性試件，或易破損、易變形試件的頻譜諧波時效中。該類工件由于脆硬性或易變形，對激振力幅值及振動頻率的控制有較嚴苛的要求。
[0049]模態寬頻振動消除應力設備包括的寬頻激振器直線電機的現有控制電路是實現寬頻激振器控制的必要組成部分。
[0050]如圖5所示，本實用新型的模態寬頻振動消除應力設備控制電路由位置傳感器模塊100、實時驅動控制模塊200、集成顯示處理模塊300和寬頻激振器50直線電機的控制電路組成，
[0051]位置傳感器模塊100，用于采集寬頻激振器50工況時運動部件的狀態信號，調理采集的狀態信號；
[0052]實時驅動控制模塊200，用于依據存儲的時效處理模型和待處理工件的初始化數據，進行振動數據計算，生成寬頻激振器50的控制數據，轉換為驅動信號輸出至寬頻激振器50的直線電機控制電路；
[0053]接收傳感器采集的寬頻激振器50的工況數據，參與振動數據的計算，形成修正的控制數據；
[0054]傳送寬頻激振器50的工況數據至集成顯示處理模塊300 ；
[0055]接收集成顯示處理模塊300傳送的振動數據計算過程的控制參數；
[0056]集成顯示處理模塊300，用于提供系統間的數據通信端口和人機交互界面，接收并存儲實時驅動控制模塊200發送的寬頻激振器50的工況數據，生成并發送模態寬頻振動消除應力控制參數。
[0057]本實用新型的寬頻激振器控制電路還包括電源60，用于為寬頻激振器50的直線電機提供150V工作電源，為實時驅動控制模塊200提供24V工作電源，為集成顯示處理模塊300提供220V工作電源。
[0058]如圖6所示，位置傳感器模塊100包括光柵尺位移傳感器110和激光位移傳感器120,
[0059]光柵尺位移傳感器110，用于采集寬頻激振器50的直線電機工況時的位移信號；
[0060]激光位移傳感器120，用于采集寬頻激振器50的直線電機工況時夾緊裝置固定的工件的位移信號；
[0061]如圖7所示，實時驅動控制模塊200包括數字信號處理器(DSP) 210、可編程門陣列(FPGA)220，數字信號處理器210和可編程門陣列220間通過數據總線連接，還包括與數字信號處理器210通過數據總線連接的第一運算存儲器211和第一靜態存儲器212，還包括與可編程門陣列220通過數據總線連接的第二運算存儲器221、第二靜態存儲器222、第一以太網端口 223、串行輸入電壓輸出數模轉換器224、第一光電f禹合輸入輸出端口 225和第一模數轉換器226,
[0062]數字信號處理器210，用于完成模態分析實時計算過程，生成振動數據傳送至可編程門陣列220 ;接收可編程門陣列220傳送的寬頻激振器50的工況數據，完成對寬頻激振器50的實時控制；[0063]第一運算存儲器211，用于存儲完成振動數據計算過程中的中間數據；[0064]第一靜態存儲器212，用于存儲時效處理模型和待處理工件的初始化數據；
[0065]可編程門陣列220，用于將生成的寬頻激振器50的驅動數據轉換為寬頻激振器50直線電機的驅動信號，將寬頻激振器50的工況信號轉換為工況數據，將驅動數據和工況數據按相應通信協議封裝，發送相應通信端口 ；
[0066]第二運算存儲器221，用于存儲數據轉換的中間數據；
[0067]第二靜態存儲器222，用于存儲數據轉換模型和協議轉換模型；
[0068]第一以太網端口 223，用于連接集成顯示處理模塊300的內聯以太網端口 317，完成控制電路內的數據通信；
[0069]串行輸入電壓輸出數模轉換器224，用于接收光柵尺位移傳感器110采集的位移信號，發送寬頻激振器50直線電機的驅動信號；
[0070]第一光電稱合輸入輸出端口 225,用于接收激光位移傳感器120米集的位移信號；
[0071]第一模數轉換器226,用于接收寬頻激振器50工況時的相應狀態模擬參量；
[0072]利用可編程門陣列可以高速完成工況數據的采集，提高單位時間內的信號采集效率，降低數字信號處理器的性能要求，使數字信號處理器可以充分發揮高速數據處理的特長，專注于模態寬頻振動數據處理過程，形成精確的寬頻激振器驅動數據，在與可編程門陣列完成數據實時處理與同步的同時，與人機交互界面完成異步通訊，完成數據交互。
[0073]如圖8所示，集成顯示處理模塊300包括嵌入式處理器310，和與嵌入式處理器310通過數據總線連接的第一串行端口 311、第二串行端口 312、視頻數模轉換器313、第二光電耦合輸入輸出端口 314、第二模數轉換器315、USB端口 316、內聯以太網端口 317、外聯以太網端口 318、第三運算存儲器319和第三靜態存儲器320，
[0074]嵌入式處理器310，用于將寬頻激振器50的工況參數與不同系統進行數據交換，生成人機交互數據；
[0075]第一串行端口 311，用于提供1?232通信端口 ；
[0076]第二串行端口 312，用于提供1?485通信端口 ；
[0077]視頻數模轉換器313，用于將人機交互界面中顯示數據轉換為視頻信號；
[0078]第二光電耦合輸入輸出端口 314，用于完成電信號的隔離接收和發送；
[0079]第二模數轉換器315，用于接收控制電路外圍的模擬參量；
[0080]USB端口 316，用于接收人機交互界面中的輸入信號；
[0081]內聯以太網端口 317，用于連接實時驅動控制模塊200的第一以太網端口 223，完成控制電路內的數據通信；
[0082]外聯以太網端口 318，用于連接其他系統的相應以太網端口，完成控制電路與其他系統的數據通信；
[0083]第三運算存儲器319，用于存儲數據交換過程中的中間數據；
[0084]第三靜態存儲器320，用于存儲數據交換的標準協議和基準數據；
[0085]利用嵌入式處理器的通用型，將人機交互過程與模態寬頻振動數據處理過程分離開，可以使控制電路的接口數量和類型豐富，有利于控制電路與上位系統的銜接，使得模態寬頻振動數據處理過程可以受到上位系統的實時監控，利用上位系統的數據分析能力，可以將數據處理修正參數及時反饋回模態寬頻振動數據處理過程，提高時效振動處理效果。集成顯示處理模塊300通過預制的流程控制模型，或模態分析處理模型結合實時驅動控制模塊200傳送的工況數據，可以形成對數字信號處理器210有效控制參數，使得數字信號處理器210與可編程門陣列220間的處理過程在閉環控制告一段落時可以及時修正。
[0086]本實施例中嵌入式處理器310采用LPC3250系列芯片，第三運算存儲器319采用IS42S16160系列芯片，第三靜態存儲器320采用K9F2G08系列芯片，內聯以太網端口 317和外聯以太網端口 318采用KSZ8041系列芯片，數字信號處理器210采用ADSP-BF518F系列芯片，可編程門陣列220采用賽靈思斯巴達六系列芯片，第一運算存儲器211采用MT48LC32M16A2TG系列芯片，第一靜態存儲器212采用M29W320Eb70N系列芯片系列芯片，第二運算存儲器221采用MT46H32M16LFBF系列芯片，第二靜態存儲器222采用N25Q128A13BSF40F系列芯片，第一以太網端口 223采用DP83848K系列芯片，第一串行端口 311和第二串行端口 312采用MAX3232ID系列芯片，視頻數模轉換器313采用ADV7125KSTZ140系列芯片，第一光電耦合輸入輸出端口 225和第二光電耦合輸入輸出端口314采用HCPL181系列芯片，第一模數轉換器226和第二模數轉換器315采用AD7606系列芯片，USB端口 316采用TUSB2046BIVF系列芯片，串行輸入電壓輸出數模轉換器224采用AD5752R系列芯片。
[0087]利用上述硬件結構與直線電機的現有控制電路進行通信控制和數據采集，通過串行輸入電壓輸出數模轉換器224的第一模擬信號輸出管腳和第二模擬信號輸出管腳分別連接直線電機控制電路的兩個控制信號輸入端，輸出差分控制信號，控制直線電機的工作頻率和工作電流。采用差分信號傳輸可以有效克服直線電機處于高頻工作狀態時產生的機電信號，對同步傳輸的控制信號的共模干擾，提高控制信號的抗干擾能力，將控制信號的誤差大幅降低。
[0088]第一光電I禹合輸入輸出端口 225的使能信號輸出端連接直線電機控制電路使能輸入端，隔離實時驅動控制模塊200中高速處理芯片和外圍電路工作時產生的微弱高頻電信號，保證使能信號精確可靠，使得直線電機的工作狀態同時受到差分控制信號和使能信號的控制，而兩路信號的傳輸都避免相鄰接電路的干擾。這樣在工作狀態時直線電機的各種工作參數才具有高度的可靠性，采集的狀態數據質量才有保證。
[0089]第一模數轉換器226通過三組管腳分別采集直線電機工況時的位移信號、頻率信號和振幅信號，每組管腳包括接收一種類型工況信號的差分信號的兩個管腳。第一模數轉換器226將差分信號轉換為相應的單端信號形成采集數據傳送至可編程門陣列220。通過以上電路結構保證了直線電機可以精確執行控制信號，實時驅動控制模塊200可以精確采集工況信號。
[0090]利用本實用新型的模態寬頻振動消除應力設備控制電路對寬頻激振器激振力進行控制的方法，包括以下步驟:
[0091]初始化控制電路，通過集成顯示處理模塊300的人機交互界面輸入針對工件的初始化數據，調整時效處理模型工作參數，通過嵌入式處理器310形成控制數據；
[0092]實時驅動控制模塊200中的數字信號處理器210接收控制數據進行振動數據計算生成驅動數據，可編程門陣列220將驅動數據轉換為驅動信號輸出，寬頻激振器50進行相應振動；
[0093]光柵尺位移傳感器110米集振動過程中直線電機工況時的位移信號,激光位移傳感器120采集寬頻激振器50的直線電機工況時夾緊裝置固定的工件的位移信號，實時驅動控制模塊200通過可編程門陣列220實時接收位移信號，傳送至數字信號處理器210修正振動數據計算生成過程。
[0094]在實際應用中，控制電路驅動模態寬頻振動消除應力設備上傳感器和直線電機驅動電路，輸出正弦掃頻信號，采集工件的穩態數據并進行時域-頻域轉換，形成上位機穩態分析數據基礎，并根據接收的穩態分析結果形成驅動直線電機進行時效振動的正弦掃頻信號。
[0095]模態寬頻振動消除應力設備控制電路的信號處理方法，主要包括以下步驟:
[0096]初始化控制電路及直線電機；
[0097]控制電路通過傳感器檢測直線電機和工件的時域信號；
[0098]控制電路發送第一掃頻信號控制直線電機輸出軸往復運動，同時采集工件的時域信號;
[0099]控制電路將采集的時域信號轉換為頻域的模態參數，由上位機進行模態分析；
[0100]控制電路根據上位機形成的頻率數據，形成第二掃頻信號，控制直線電機完成振動時效處理。
[0101]如圖9所示，本實用新型模態寬頻振動消除應力設備的信號處理方法的工作流程如下:
[0102]slOO，寬頻激振器、控制電路加電初始化；
[0103]S200，控制電路通過位移傳感器檢測直線電機工況時的時域位移信號，檢測工件的時域位移信號；
[0104]s300,控制電路向直線電機發送第一正弦掃頻信號，控制直線電機隨高頻信號往復運動；
[0105]s400，控制電路采集直線電機運動過程中工件產生的時域信號；
[0106]S500，控制電路根據位移信號判斷直線電機工作狀態是否正常，當工作狀態正常時完成高頻控制信號的發送；
[0107]s600，設定點頻掃描范圍，根據設定的點頻掃描范圍，重復s300?s500 ；
[0108]s700，控制電路將采集的時域信號處理為頻域的模態信息，上傳上位機進行模態分析；
[0109]S800，控制電路接收上位機發送的模態頻率處理數據，形成第二正弦掃頻信號；
[0110]s900，控制電路向直線電機發送第二正弦掃頻信號，控制直線電機完成振動時效處理。
[0111]根據以上信號處理方法可以完成對中小工件振動的時域信號采集，頻域模態信息的形成和分析，形成克服中小工件內應力的模態頻率數據，轉換為控制振動時效的正弦掃頻信號，有效利用模態寬頻振動消除應力設備的頻率響應特性。
[0112]如圖10所示，在時域中隨時間變化，正弦波的振幅也動態變化。
[0113]在s300中，控制電路發送的第一正弦掃頻信號設定如下:
[0114]u (t) =Acos ( ω t) ； 1 — 1
[0115]A為控制輸出的幅值；
[0116]當設初始狀態為零時，其中[0117]ω =2 Ji fcurr ； 1 — 2
【權利要求】
1.一種模態寬頻振動消除應力設備，包括振動源和控制電路，其特征在于: 所述振動源包括底座(1)、直線電機(2)、工件夾緊裝置(3)和導軌(4)，所述直線電機(2 )固定安裝在底座(1)上，所述工件夾緊裝置(3 )通過導軌(4)安裝在底座(1)上，所述直線電機(2)的輸出軸固定連接在工件夾緊裝置(3)上，所述直線電機(2)的輸出軸的軸線與導軌(4)平行。
2.根據權利要求1所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述導軌(4)為直線導軌，導軌(4)的固定元件固定安裝在底座(1)上，導軌(4)的移動元件與工件夾緊裝置(3)固定連接。
3.根據權利要求2所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述底座(1)上固定安裝有回復裝置，所述工件夾緊裝置(3)與回復裝置連接，所述回復裝置用于提供回復力，平衡消除導軌(4)的非線性摩擦力。
4.根據權利要求3所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述回復裝置為兩組，對稱的設置在導軌(4)的兩側，所述回復裝置的回復力方向均與導軌(4)平行，所述回復裝置的兩端均通過固定支腿(6)固定安裝在底座(1)上，在工件夾緊裝置(3)的兩側分別固定安裝有一個連接支腿(7)，兩個連接支腿(7)分別與位于導軌(4)同側的所述回復裝置的平衡位置固定連接。
5.根據權利要求4所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述工件夾緊裝置(3)包括工作臺和夾持定位裝置，工作臺用于固定夾持定位裝置，夾持定位裝置用于工件在工作臺上的定位，將完成定位的工件緊固在工作臺上。
6.根據權利要求5所述的模 態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述回復裝置為彈簧(5)，所述連接支腿(7)與位于導軌(4)同側的彈簧(5)的中部固定連接。
7.根據權利要求6所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述導軌(4)為交叉圓錐滾子直線導軌。
8.根據權利要求1至7任一所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述控制電路由直線電機控制電路、位置傳感器模塊(100)、實時驅動控制模塊(200)和集成顯示處理模塊(300)組成， 位置傳感器模塊(100)，用于采集寬頻激振器(50)工況時運動部件的狀態信號，調理采集的狀態信號； 實時驅動控制模塊(200)，用于依據存儲的時效處理模型和待處理工件的初始化數據，進行振動數據計算，生成寬頻激振器(50)的控制數據，轉換為驅動信號輸出至寬頻激振器(50)的直線電機控制電路； 接收傳感器采集的寬頻激振器(50)的工況數據，參與振動數據的計算，形成修正的控制數據； 傳送寬頻激振器(50)的工況數據至集成顯示處理模塊(300)； 接收集成顯示處理模塊(300)傳送的振動數據計算過程的控制參數； 集成顯示處理模塊(300)，用于提供系統間的數據通信端口和人機交互界面，接收并存儲實時驅動控制模塊(200)發送的寬頻激振器(50)的工況數據，生成并發送模態寬頻振動消除應力控制參數。
9.根據權利要求8所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述位置傳感器模塊(100 )包括光柵尺位移傳感器(Iio)和激光位移傳感器(120 )， 光柵尺位移傳感器(110)，用于采集寬頻激振器(50)的直線電機工況時的位移信號；激光位移傳感器(120)，用于采集寬頻激振器(50)的直線電機工況時夾緊裝置固定的工件的位移信號。
10.根據權利要求8所述的模態寬頻振動消除應力設備，其特征在于:所述實時驅動控制模塊(200)包括數字信號處理器(210)、可編程門陣列(220)，數字信號處理器(210)和可編程門陣列(220)間通過數據總線連接；所述集成顯示處理模塊(300)包括嵌入式處理器(310)， 數字信號處理器(210)，用于完成模態分析實時計算過程，生成振動數據傳送至可編程門陣列(220 );接收可編程門陣列(220 )傳送的寬頻激振器(50 )的工況數據，完成對寬頻激振器(50)的實時控制；可編程門陣列(220)，用于將生成的寬頻激振器(50)的驅動數據轉換為寬頻激振器(50)直線電機的驅動信號，將寬頻激振器(50)的工況信號轉換為工況數據，將驅動數據和工況數據按相應通信協議封裝，發送相 應通信端口 ； 嵌入式處理器(310)，用于將寬頻激振器(50)的工況參數與不同系統進行數據交換，生成人機交互數據。
【文檔編號】C21D11/00GK203382805SQ201320453605
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】鄭軒 申請人:北京翔博科技有限責任公司