УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА
APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE MECHANICAL PROPERTIES OF A PROTOTYPE

Изобретение касается устройства и способа для определения механических свойств, например, собственной частоты опытного образца, в частности тормозной накладки для автомобилей, согласно ограничительной части п.1 и п.12 формулы изобретения.
Механические свойства, такие как, например, собственная частота или модальное демпфирование какого-либо конструктивного элемента, используются, например, в рамках контроля качества при изготовлении конструктивных элементов, в частности в автомобильной области.
Конструктивные элементы, такие как, например, тормозная накладка автомобиля или другие части в конструкции автомобилей при изготовлении могут иметь недостатки, которые вызывают при эксплуатации нежелательные колебания, перегрузку и обусловленные этим шумовые показатели или дополнительный расход энергии. Такие колебания могут вызываться измененными физическими свойствами, геометрическими свойствами, дисбалансом во вращающихся частях, неравномерным трением, весом, влажностью или напряжением конструктивных элементов.
В автомобильной промышленности одним из параметров качества тормозных накладок является сжимаемость. Однако испытание для измерения этого параметра часто является очень дорогим и трудоемким, так как его очень трудно имплементировать в большой производственной линии, в которой применяется основывающийся на выборках анализ сжатия.
Обычно характеристика колебаний возбужденного опытного образца определяется по возникновению собственных колебаний при его собственных частотах. Эти собственные колебания могут иметь разные формы. Собственные частоты представляют собой характеристические значения системы или, соответственно, конструктивного элемента, то есть характерные для этого конструктивного элемента частоты. Для каждой из этих собственных частот есть соответствующая собственная форма, которая представляет собой ту деформацию, которую показывал бы анализируемый конструктивный элемент при колебании с этой частотой. По собственной частоте и собственной форме конструктивного элемента получают указание, как ведет себя какое-либо тело или какая-либо система при динамической нагрузке. С помощью модального анализа возникающая характеристика колебаний опытного образца может исследоваться и количественно оцениваться путем определения собственных частот и собственных форм. Результаты модального анализа, т.е. собственные значения, собственные частоты и собственные формы являются важными параметрами для расчета какой-либо структуры на динамические нагрузки. Основами модальной модели являются одна или несколько измеренных передаточных функций.
При модальном анализе в некоторой точке исследуемого опытного образца передается сила, в другой точке измеряется ответный сигнал или, соответственно, реакция опытного образца, и отсюда рассчитывается передаточная функция. Путем определения передаточной функции в множестве точек опытного образца находятся так называемые модовые формы, т.е. формы колебаний. На основе этой информации может определяться характеристика колебаний опытного образца. Решающими факторами для количества и распределения собственных частот опытного образца являются геометрия и физические свойства материала, т.е. масса и жесткость или демпфирование.
Для определения модальных параметров исследуемый опытный образец, как правило, возбуждается силовым толчком с помощью надлежащего источника возбуждения, например, импульсного молотка или электродинамического или, соответственно, гидравлического шейкера. Возбуждающая сила может измеряться пьезоэлектрическим датчиком силы. Одновременно регистрируются ответы структуры, например, с помощью датчиков ускорения, измерительных микрофонов или с помощью лазерных виброметров. Затем с использованием быстрого преобразования Фурье (FFT/FRF) рассчитываются частотные характеристики, или, соответственно, передаточная функция между возбуждением и ответом.
При методе импульсного молотка возбуждение опытного образца посредством импульса достигается предпочтительно с помощью модального или импульсного молотка для определения передаточной функции. Импульсный молоток представляет собой оснащенный молоток для возбуждения опытного образца импульсом. Импульсный молоток может быть снабжен сенсором силы.
С помощью других установленных на опытном образце сенсоров может исследоваться передача этого импульса в опытном образце. Такие исследования позволяют делать заключения, например, о структурных или об акустических свойствах предмета. Этим методом могут устанавливаться дефекты материала внутри данного опытного образца, например, строительного или технического материала, и оцениваться их масштабы. В акустической измерительной технологии импульсные молотки используются для возбуждения корпусного шума.
Для определения характеристики передачи определенных опытных образцов опытный образец возбуждается импульсным молотком с некоторым, как правило, известным благодаря сенсору силы, характером изменения силы. Датчиками корпусного шума может определяться колебание опытного образца, а микрофонами излучаемый воздушный шум. Из этих измеренных сигналов может рассчитываться характеристика передачи опытного образца.
Идеальный силовой толчок является почти бесконечно коротким во времени и имеет бесконечную амплитуду, и дает таким образом постоянную спектральную плотность мощности по всем частотам.
Для оптимальных результатов опытный образец должен располагаться так, чтобы он мог свободно колебаться. Обычно он упруго подвешивается или располагается на мате из вспененного материала.
Во избежание мешающих шумов, например, в автомобиле, применяются трудоемкие способы, так, например, у фрикционных тормозов в автомобилях, которые, как известно, склонны к тому, чтобы при приведении их в действие создавать неравномерным образом шумы, которые ощущаются человеком как неприятные. Если частота возникающих колебаний попадает в область собственных частот конструктивных элементов тормоза, или, соответственно, всей тормозной системы, имеющих большую площадь, они возбуждаются с колебаниями, имеющими возникающие на большой площади амплитуды перемещения, которые возникают при резонансных колебаниях в случае относительно малого демпфирования. Результирующие отсюда волны давления в окружающей атмосфере проникают в человеческий слух в виде мешающих шумов. В качестве ответной меры физические свойства, а также геометрия тормозной накладки, а также ее конструкция адаптируются так, чтобы возникновение нежелательных колебаний по возможности подавлялось. Однако это тоже реализуемо только с трудом, и даже тогда только не полностью.
DE 199 03 757 A1 предлагает, например, чтобы энергия колебаний, которая передается при по меньшей мере одной вызванной трением частоте возбуждения фрикционного тормоза или, соответственно, сцепления в какой-либо конструктивный элемент тормоза или, соответственно, сцепления, преобразовывалась путем возбуждения по меньшей мере одного соединенного с конструктивным элементом резонатора, первая собственная частота которого настроена на частоту возбуждения, а площади которого недостаточно для атмосферной передачи шумов. Поэтому один из конструктивных элементов соединен по меньшей мере с одним резонатором, первая собственная частота которого настроена на вызванную трением частоту возбуждения системы тормоза или, соответственно, сцепления, и площадь которого недостаточна для атмосферной передачи шумов.
Чтобы можно было обнаруживать колебания конструктивного элемента уже перед монтажом, например, в автомобиль, обычно применяются сенсоры колебаний. Для анализа опытного образца он, как правило, извлекается из промышленной производственной линии и только затем подвергается анализу. Из-за трудоемкого способа измерения происходит, таким образом, только выборочный контроль отдельных конструктивных элементов.
Из DE 248 438 A1 известен, например, способ неразрушающей проверки дискообразных тел. Проверяемая заготовка приводится в колебания ударом о ее поверхность. С помощью датчика колебаний снимаются механические колебания заготовки и преобразуются в электрические сигналы колебаний. Эти электрические сигналы колебаний вводятся в прецизионный импульсный измеритель уровня шума. После многократного усиления и фильтрации создается оцениваемый по частоте сигнал переменного напряжения, а также эффективное значение постоянного напряжения, которые вводятся в схему аналитической обработки и подвергаются электронной аналитической обработке. Проверяемая заготовка расположена в настраивающихся при возбуждении колебаний узловых точках колебаний без демпфирования и без напряжения. Возбудитель колебаний может быть выполнен в виде тела маятника, имеющего заглубленный закаленный стальной шар, который совершает удар по поверхности заготовки, приводящий тело в свободно затухающие колебания и одновременно создающий звук.
Из DE 10 2016 221 761 A1 известен способ и устройство для управления динамическими свойствами колеблющегося конструктивного элемента машины. Анализирующее устройство наблюдает за колебанием конструктивного элемента машины в реальном времени. Если динамические свойства конструктивного элемента машины ниже и близки к некоторому пороговому значению, анализирующее устройство в реальном времени дает указание на то, что колебание конструктивного элемента машины близко к пороговому значению. Анализирующее устройство получает динамические свойства конструктивного элемента машины на базе данных колебаний, которые ниже и близки к этому пороговому значению. Изменение динамических свойств влияет на близость колебания к этому пороговому значению.
Из EP 0 906 560 B1 известен способ и устройство для неразрушающего определения жесткости, прочности и/или структурных свойств испытуемого объекта. Для этого этот испытуемый объект перемещается в испытательное устройство, имеющее поворотный кронштейн и имеющее боек. Посредством этого бойка испытуемый объект приводится в свободные вибрации, имеющие по меньшей мере одно собственное резонансное колебание, так что путем обнаружения вибраций могут обнаруживаться механические свойства испытуемого объекта.
Наконец, из DE 10 2014 116 034 A1 известно устройство и способ для определения механических свойств мягкого на изгиб измеряемого объекта, которое имеет первое фиксирующее устройство, которым измеряемый объект может разъемно неподвижно фиксироваться в первом месте, а также второе фиксирующее устройство, которым измеряемый объект может разъемно неподвижно фиксироваться на стороне, противоположной его первой стороне. Первое фиксирующее устройство соединено с первым актуатором, с помощью которого на измеряемый объект могут передаваться механические возбуждения. Далее, устройство имеет блок управления для управления актуатором, а также оптическую сенсорную систему для сканирования трехмерной поверхности измеряемого объекта в фиксированном состоянии. Механические свойства измеряемого объекта находятся посредством модального анализа с помощью первого и второго блока аналитической обработки.
Предпосылкой для выполнения модального анализа и следующего из него вывода собственных частот отдельных опытных образцов является, что опытный образец во время измерения находится в так называемом «состоянии свободного колебания». Это означает, что опытный образец динамически изолирован от физического окружения, и устраняется контакт опытного образца с другими поверхностями. В идеальном случае опытный образец должен находиться в так называемом «состоянии парения». Однако известные способы определения собственных частот предусматривают подвеску опытного образца посредством гибких проволок или нитей или укладывание опытного образца на, как правило, мягкие маты из вспененного материала, так что это «состояние парения» не достигается.
Недостатком способов и устройств из уровня техники является, что из-за трудоемких способов измерения не может происходить проверка всех конструктивных элементов, например, в производственной линии. Происходит только анализ отдельных опытных образцов, которые, например, должны извлекаться из производственной линии для проверки. Поэтому этот способ проверки очень трудоемок и дает только выборочные точечные результаты.
Также недостатком у способов и устройств из уровня техники является, что применяемые там измерительные устройства имеют подвижные конструктивные элементы, которые особенно подвержены неисправностям. В частности, известные ударные актуаторы используют магнитную систему, имеющую подвижные поршни.
Исходя из вышеописанных недостатков, в основе изобретения лежит задача, предложить устройство и способ для определения механических свойств, например, собственной частоты или собственной формы колебаний имеющего ферромагнитные компоненты материала опытного образца, которое делает возможным надежное и быстрое определение механических свойств опытного образца.
Эта задача решается с помощью устройства для определения механических свойств опытного образца по п.1 формулы изобретения и с помощью способа по п.12 формулы изобретения.
Изобретение касается устройства для определения механических свойств, например, собственной частоты, модального демпфирования или собственной формы колебаний имеющего ферромагнитные компоненты материала опытного образца, в частности тормозной накладки для автомобиля.
В соответствии с изобретением предусмотрен электромагнитный актуатор, в частности электромагнит, для воздействия на опытный образец с силой магнитного притяжения, так что актуатор совершает силовой толчок опытного образца, и опытный образец приводится в колебания, спектр которых содержит по меньшей мере одно колебание опытного образца с собственной частотой.
Этот электромеханический актуатор воздействует на опытный образец с силой магнитного притяжения, так что он притягивается в направлении электромагнитного актуатора, когда сила магнитного притяжения имеет достаточную величину. Эта сила притяжения выбрана так, что опытный образец бьется об актуатор, так что на опытный образец действует силовой толчок, вследствие чего в опытный образец передаются механические возбуждения.
Продолжительность силы магнитного притяжения рассчитана таким образом, чтобы обычно лежащий на рабочем столе или на транспортерной ленте промышленной производственной линии или двигающийся опытный образец притягивался вверх к находящемуся над этим опытным образцом актуатору, так чтобы мог осуществляться силовой толчок.
Поэтому в момент силового толчка опытный образец находится в так называемом «состоянии парения», т.е. он динамически изолирован от физического окружения. Поэтому подвеска или демпфирование опытного образца посредством матов из вспененного материала или тому подобного, как известно из уровня техники, не является необходимым. Поэтому устройство может инсталлироваться в промышленные процессы, включающие в себя производственные линии, рабочие столы и т.д., так что сохраняются предпосылки состояния свободного колебания.
Так как это устройство, в противоположность известным ударным актуаторам, имеющим подвижные поршни, не имеет подвижных частей, получаются в целом более долгий срок службы устройства и, помимо этого, простая конструкция.
Благодаря этому изобретению также можно выполнять испытание на собственную частоту, которое базируется на испытании методом модулярного анализа и быстро и экономично и особенно предпочтительно может имплементироваться в сто процентов промышленного производства конструктивных элементов, в частности тормозных накладок. Поэтому настоящее изобретение представляет собой существенный вклад в автоматизацию и стандартизацию модального испытания ферромагнитных опытных образцов. Ведь собственная частота или демпфирование опытных образцов могут применяться в ста процентах производимых частей вместо применения только в отдельных образцах.
Как упомянуто, может быть предусмотрен электромагнит для притягивания опытного образца. Применение электромагнита для возбуждения собственных частот в опытном образце предпочтительно, так как как его сила магнитного притяжения, так и длительность могут настраиваться таким образом, что хотя опытный образец и притягивается к активирующей головке, однако прилипания к электромагниту удается избежать, и возможно возбуждение в частотном диапазоне прибл. до 10 кГц. Также путем управления электромагнитом можно избежать многократного биения опытного образца об активирующую головку.
Длительность соударения опытного образца с активирующей головкой сравнительно коротка и лежит в пределах сотых частей, или, соответственно, миллисекунд.
По первому предпочтительному варианту осуществления изобретения в исходном состоянии актуатор расположен, вися напротив опытного образца, в частности посредством удерживающего устройства. Под исходным состоянием следует понимать, что на опытный образец не воздействует сила магнитного притяжения актуатора, так что он без помех опирается на подложку. Удерживающее устройство вместе с актуатором может особенно просто вставляться в существующую производственную линию для обеспечения качества, при этом оно, например, располагается на транспортировочном устройстве, в частности конвейерной ленте, таким образом, что расположенный при эксплуатации, в частности на удерживающем устройстве, вися над опытными образцами, актуатор делает возможным измерение всех проходящих через этот актуатор опытных образцов.
Так как актуатор расположен, вися, при контакте опытного образца с актуатором во время силового толчка имеют место свободные условия колебаний опытного образца. Ведь опытный образец в момент времени силового толчка приводится силой магнитного притяжения в состояние парения, так что не нужны никакие держатели, такие как упругие тросы, или маты из вспененного материала.
По одному из предпочтительных вариантов изобретения актуатор удерживается на удерживающем устройстве посредством по меньшей мере одного демпфирующего элемента. Этот демпфирующий элемент может быть выполнен в виде подкладной шайбы, чтобы демпфировать создаваемые в устройстве колебания, так чтобы была обеспечена высокая стабильность устройства во время эксплуатации.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено транспортировочное устройство для транспортирования через устройство нескольких опытных образцов, расположенных друг за другом. Актуатор периодически воздействует на опытный образец с силой магнитного притяжения. Как упомянуто, удерживающее устройство может быть интегрировано в промышленную производственную линию. Обычно конструктивные элементы при изготовлении в промышленной производственной линии транспортируются, например, располагаясь на конвейерной ленте, лежа друг за другом, в частности для транспортировки от одного технологического шага к следующему. В конце технологического процесса или же для промежуточного анализа конструктивных элементов предлагаемое изобретением устройство может вставляться в эти производственные линии, чтобы обеспечивать анализ всех транспортируемых там конструктивных элементов.
Когда какой-либо конструктивный элемент проходит через устройство, активируется актуатор, так что на конструктивный элемент действует сила магнитного притяжения, и он притягивается к актуатору для передачи силового толчка. Как правило, прочие конструктивные элементы в это время продолжают двигаться посредством транспортировочного устройства. После анализа опытного образца актуатор обесточивается, так что опытный образец снова падает обратно на транспортировочное устройство и продолжает транспортироваться.
Благодаря периодическому воздействию силы магнитного притяжения на опытные образцы они могут непрерывно продолжать двигаться посредством транспортировочного устройства. Предпосылкой для этого является, что расстояние между соседними опытными образцами выбрано таким образом, что возможен анализ всех опытных образцов, и не происходит столкновений между отдельными опытными образцами, когда через устройство уже проходит следующий опытный образец, хотя еще происходит анализ опытного образца.
Во избежание ошибок измерения и помех при анализе транспортировочное устройство может быть изготовлено из неферромагнитного материала. Тем самым, в частности, предотвращается одновременное притягивание или, соответственно, подъем самих частей транспортировочного устройства, например, конвейерной ленты, при воздействии силы магнитного притяжения на опытный образец.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения актуатор имеет активирующую головку для передачи силового толчка на опытный образец. Движение, форма, масса и жесткость активирующей головки определены так, что достигается надлежащее физическое воздействие на опытный образец по частоте и содержанию энергии. Активирующая головка может, в частности, иметь выступающий участок, чтобы была возможна практически точечная передача силового толчка, так чтобы подвергающийся воздействию опытный образец имел отчетливо воспринимаемый спектр колебаний.
Активирующая головка своим ударным импульсом создает плоский, непрерывный спектр. Этот спектр при применении надлежащих активирующих головок может согласовываться с релевантным частотным диапазоном. Активирующая головка может быть выполнена по существу полусферической или пирамидальной. Длительность или, соответственно, форма спектра возбуждения получается из массы и жесткости активирующей головки и ее структуры. При твердой структуре, которая возбуждается относительно маленькой активирующей головкой, на спектр влияет преимущественно жесткость активирующей головки. Благодаря применению активирующих головок из различных материалов существует возможность адаптации спектра возбудителя к исследуемому частотному диапазону.
Активирующая головка может быть изготовлена, например, по существу из стали или пластмассы, или резины. Во-первых, тем самым гарантируется, что качество силового толчка опытного образца будет достаточным, и одновременно обеспечена хорошая сохранность активирующей головки.
По другому варианту осуществления изобретения предусмотрен сенсорный блок для оптической и/или акустической регистрации колебаний с собственной частотой возбужденного опытного образца, в частности микрофон или лазерный виброметр.
Лазерный виброметр является измерительным прибором для количественной оценки механических колебаний. Он может применяться для измерения частоты колебаний и амплитуды колебаний. Лазерный свет фокусируется на исследуемой поверхности. За счет эффекта Доплера при движении измеряемой поверхности, например, при колебании опытного образца, частота рассеиваемого обратно света смещается. Это смещение частоты аналитически обрабатывается в виброметре посредством интерферометра и выдается в виде сигналов напряжения или в виде потока цифровых данных. Такие виброметры применяются, например, в автомобильной области для замера режимов колебаний отдельных компонентов или же целых транспортных средств.
Триггер этого сенсорного блока может быть синхронизирован с началом силового толчка. Поэтому устройство по другому предпочтительному варианту может иметь блок управления для управления актуатором и/или для синхронизации сенсорного блока с передачей силового толчка на опытный образец.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения сенсорный блок имеет сенсор силы для измерения функции силы. Предлагаемый изобретением актуатор может быть предусмотрен не только для того, чтобы регистрировать собственные частоты опытного образца. Кроме того, он может быть также предусмотрен, чтобы включенный последовательно с актуатором сенсор силы определял функцию силы во время силового толчка. Этот сенсор силы может быть расположен на ударяющей стороне активирующей головки. Измерение сигнала силы позволяет судить о том, с какой силой и каким спектром осуществлен силовой толчок. Сигнал микрофона или, соответственно, лазерного виброметра может обсчитываться математически с сигналом сенсора силы, например, для вычисления неравномерных возбуждений.
В одном из усовершенствований изобретения предусмотрено устройство аналитической обработки для сравнения, для расчета и/или для проверки данных, измеренных и/или сохраненных в памяти предпочтительно посредством сенсорного блока. Эти данные могут сохраняться в памяти для обеспечения качества, а также для оценки технологического процесса.
Путем измерения онлайн у каждого конструктивного элемента проводится оценка, является ли этот конструктивный элемент бездефектным или имеет какой-либо недостаток. Дефектные конструктивные элементы могут изыматься из дальнейшего производственного процесса с помощью выводящего устройства.
Согласно независимой идее изобретения предусмотрен способ определения механических свойств, например, собственной частоты, демпфирования или собственной формы колебаний имеющего ферромагнитные компоненты материала опытного образца, в частности тормозной накладки для автомобиля, с помощью вышеописанного устройства, при этом на опытный образец действует сила магнитного притяжения для передачи на опытный образец силового толчка, так что он приводится в колебания, спектр которых содержит по меньшей мере одно колебание опытного образца с собственной частотой.
Опытный образец движется за счет силы магнитного притяжения в направлении актуатора, в частности активирующей головки актуатора, и вступает с ним в контакт, так что происходит воздействие на опытный образец силовым толчком об активирующую головку.
По первому предпочтительному варианту осуществления предлагаемого изобретением способа в момент времени воздействия активирующей головки имеют место по существу свободные условия колебаний опытного образца.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения измеряются собственные частоты, которые принадлежат к собственному колебанию опытного образца, и эти измеренные собственные частоты сравниваются с референтными значениями.
В другом варианте изобретения путем сравнения измеренных значений с референтными значениями выполняется согласование, которое используется в качестве базы для определения значений сжимаемости опытного образца.
Другие цели, преимущества, признаки и возможности применения настоящего изобретения вытекают из последующего описания одного из примеров осуществления с помощью чертежа. При этом все описанные и/или изображенные графически признаки самостоятельно или в любой целесообразной комбинации образуют предмет настоящего изобретения, также независимо от их формулировки в пунктах формулы изобретения или ссылки на них.
При этом, отчасти схематично, показано:
фиг.1: устройство для определения механических свойств опытного образца в первом положении a) на изображении в сечении сбоку и b) на изображении в сечении сверху,
фиг.2: устройство в соответствии с фиг.1 a) во втором положении и
фиг.3: схематичная блок-схема устройства в соответствии с фиг.1.
Одинаковые или одинаково действующие конструктивные элементы на изображенных ниже фигурах чертежа по одному из вариантов осуществления снабжаются ссылочными обозначениями для улучшения читаемости.
Из фиг.1 явствует устройство 10 для определения механических свойств, например, собственной частоты, демпфирования или собственной формы колебаний имеющего ферромагнитные компоненты материала опытного образца 1, в частности тормозной накладки для автомобиля. Электромагнитный актуатор 2, в частности электромагнит 4, предусмотрен для воздействия на опытный образец 1 с силой магнитного притяжения.
Эта сила магнитного притяжения выбрана так, что опытный образец 1 притягивается в направлении актуатора 2, так что актуатор за счет этой силы магнитного притяжения совершает силовой толчок опытного образца 1. Опытный образец 1 приводится силовым толчком в колебания, спектр которых содержит по меньшей мере одно колебание с собственной частотой опытного образца 1.
Как явствует из фиг.1 и 2, актуатор 2 расположен, вися напротив опытного образца 1 посредством удерживающего устройства 11. Актуатор 2 в настоящем примере осуществления закреплен на удерживающем устройстве 11 посредством винта 12, так то актуатор 2 в рабочем положении, вися, находится над проверяемыми конструктивными элементами или, соответственно, опытными образцами 1.
Актуатор 2 также удерживается на удерживающем устройстве 11 посредством двух демпфирующих элементов 9. Эти демпфирующие элементы 9 могут быть выполнены в виде подкладных шайб, чтобы при силовом толчке демпфировать создаваемые внутри устройства 10 колебания, так чтобы была обеспечена высокая стабильность устройства 10 во время эксплуатации.
Актуатор 2 имеет активирующую головку 3 для передачи силового толчка на опытный образец 1. Эта активирующая головка 3 своим ударным импульсом создает плоский, непрерывный спектр. Активирующая головка 3 может быть выполнена по существу полусферической или пирамидальной. Длительность или, соответственно, форма спектра возбуждения получается из массы и жесткости активирующей головки 3 и ее структуры. Благодаря применению активирующих головок из различных материалов существует возможность адаптации спектра возбудителя к исследуемому частотному диапазону.
Активирующая головка может быть изготовлена, например, по существу из стали или пластмассы, или резины.
Удерживающее устройство 11, имеющее актуатор 2, может вставляться в существующую промышленную производственную линию для обеспечения качества конструктивных элементов, при этом оно, например, располагается на транспортировочном устройстве, в частности на конвейерной ленте.
В момент времени активирования актуатора 2 на опытный образец 1 действует сила магнитного притяжения, так что он притягивается в направлении висящего актуатора 2, то есть вверх, как показано на фиг.2. Когда сила магнитного притяжения имеет достаточную величину, он ударяет по активирующей головке 3 актуатора 2, так что совершается силовой толчок опытного образца 1, и в опытный образец 1 передаются механические возбуждения. Длительность соударения опытного образца 1 с активирующей головкой 3 сравнительно коротка и лежит в пределах сотых частей, или, соответственно, миллисекунд.
Так как актуатор расположен, вися, при контакте опытного образца 1 с актуатором имеют место свободные условия колебаний опытного образца 1. Ведь опытный образец 1 в момент времени силового толчка приводится в так называемое состояние парения. В этом состоянии парения опытный образец 1 динамически изолирован от физического окружения и не имеет контакта с другими поверхностями. Поэтому подвеска или упругая опора опытного образца 1 посредством матов из вспененного материала или тому подобного не является необходимой.
Применение электромагнита 4 для возбуждения собственных частот в опытном образце 1 предпочтительно, т.к. как величина силы магнитного притяжения, так и продолжительность активирования могут настраиваться таким образом, что, хотя опытный образец 1 и притягивается к активирующей головке 3, но прилипания к электромагниту 4 удается избежать. Также путем управления электромагнитом 4 может предотвращаться многократное биение опытного образца 1 об активирующую головку 3.
Устройство 10 при промышленном способе изготовление может особенно просто и эффективно интегрироваться также в существующие производственные линии. Обычно в таких производственных линиях предусмотрено транспортировочное устройство для транспортирования нескольких расположенных друг за другом конструктивных элементов.
Актуатор 2 такого интегрированного устройства 10 действует на анализируемый опытный образец 1 с силой магнитного притяжения для силового толчка. Находящиеся на транспортировочном устройстве прочие опытные образцы 1 в это время продолжают двигаться посредством транспортировочного устройства. После выполнения силового толчка опытного образца 1 актуатор 2 обесточивается, так что опытный образец 1 снова падает обратно на транспортировочное устройство и продолжает транспортироваться, прежде чем будет притянут магнитом следующий опытный образец.
Благодаря периодическому воздействию силы магнитного притяжения на опытные образцы 1 они могут непрерывно продолжать двигаться посредством транспортировочного устройства. Предпосылкой для этого является, что расстояние между соседними опытными образцами 1 выбрано таким образом, что не происходит столкновений между отдельными опытными образцами, например, когда через устройство 10 уже проходит следующий опытный образец, хотя еще происходит анализ опытного образца 1.
Во избежание ошибок измерения и помех при анализе транспортировочное устройство может быть изготовлено из неферромагнитного материала.
Как показано на схематичном изображении в соответствии с фиг.3, посредством сенсорного блока 5 оптически и/или акустически регистрируются собственные частоты колебаний с собственной частотой возбужденного опытного образца 1. Измерение колебания опытного образца 1 может выполняться с помощью сенсорного блока 5, такого как, например, вибрационный сенсор, в частности микрофон или лазерный виброметр. Триггер этого сенсора 5 может быть синхронизирован с началом силового толчка. Поэтому устройство 10 может иметь блок 6 управления для управления актуатором 2 и/или для синхронизации сенсорного блока 5 с передачей силового толчка на опытный образец 1.
Дополнительно сенсорный блок 5 может предусматривать сенсор 7 силы для измерения функции силы. Этот сенсор 7 силы может быть включен последовательно с актуатором 2 и определять функцию силы во время силового толчка. Измерение сигнала силы позволяет судить о том, с какой силой и каким спектром осуществлен силовой толчок. Например, сигнал микрофона/лазерного виброметра может обсчитываться математически с сигналом сенсора силы, так чтобы можно было вычислять неравномерные возбуждения.
Для аналитической обработки измеренных данных предусмотрено устройство 8 аналитической обработки, в котором происходит сравнение измеренных данных, например, с заложенными ранее референтными данными, чтобы определять, имеет ли анализируемый опытный образец 1 какой-либо недостаток и, возможно, должен быть отсортирован. Также в устройстве 8 аналитической обработки может происходить перерасчет и/или проверка измеренных данных.
Для случая, когда опытный образец 1 представляет собой тормозную накладку, которая имеет несущую пластину тормозной накладки, имеющую расположенную на ней фрикционную накладку, он притягивается магнитом стороной несущей пластины к активирующей головке 3 актуатора 2, так что силовой толчок передается на сторону несущей пластины тормозной накладки. При этом тормозная накладка приводится в колебания. Эти колебания, как уже описано, анализируются. Из измеренных таким образом собственных частот тормозной накладки могут делаться заключения о сжимаемости тормозной накладки и о состоянии тормозной накладки. Путем этого измерения у каждого конструктивного элемента проводится оценка, является ли он бездефектным или имеет какой-либо недостаток. Имеющие недостатки конструктивные элементы могут изыматься из дальнейшего производственного процесса с помощью выводящего устройства.
Измеренные или рассчитанные данные могут использоваться для наблюдения за технологическим процессом, отсортировки частей, которые выпадают из заданной полосы разброса, или обнаружения дефектов.
Извлечение отдельных накладок для выполнения анализа качества не является необходимым, так как все накладки проверяются устройством для определения механических свойств.
Таким образом, благодаря изобретению можно выполнять испытание на собственную частоту, которое быстро и экономично и особенно предпочтительно может имплементироваться в сто процентов промышленного производства конструктивных элементов, в частности тормозных накладок. Поэтому настоящее изобретение представляет собой существенный вклад в автоматизацию и стандартизацию модального испытания ферромагнитных опытных образцов 1.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Опытный образец
2 Электромагнитный актуатор
3 Активирующая головка
4 Электромагнит
5 Сенсорный блок
6 Блок управления
7 Сенсор силы
8 Устройство аналитической обработки
9 Демпфирующий элемент
10 Устройство
11 Удерживающее устройство
12 Винт.