单轴双台共台面振动试验系统振动角度校准装置及方法与流程

本发明涉及环境振动试验设备计量校准技术领域，特别涉及单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置及方法。

背景技术：

单轴双台共台面振动试验系统为双振动台及双控制系统，并且具有特制的液压铰链形式角度补偿装置和直线导轨形式的位移补偿装置，保证振动试验系统公共台面横向中心线实现旋转振动，并限制另外一个方向发生旋转振动；通过公共台面和各振动台台面安装螺孔的精确定位，保证公共台面的横向中心线与两振动台台面的中心连线重合，使得振动试验系统能够实现正弦振动与旋转振动耦合的试验条件。在进行试验时，通过对两振动台进行同频差相位控制，可实现振动台面横向的旋转振动。当对两振动台进行同频差相位和振动位移不同控制时，实现单轴双台共台面振动试验系统台面的正弦振动和旋转振动耦合振动环境。

单轴双台共台面振动试验系统控制方式和台面的振动形式均不同于常规普通单台振动试验系统，目前还没有针对此类振动试验设备的校准规范。耦合振动条件下的旋转振动角度校准时，需测量台面横向中心轴线上测量点与旋转振动中心之间的相对振动位移。当单轴双台共台面振动试验系统进行正弦振动和旋转振动耦合振动时，台面既做正弦振动也做旋转振动，台面会出现倾斜状态。采用目前常规的校准装置，即振动传感器加动态信号分析仪进行测量时，由于振动传感器的敏感轴方向将随着振动台面的倾斜而发生变化，这将影响到振动传感器对位移的测量准确度，因此无法进行单轴双台共台面振动试验系统在耦合振动条件下振动幅值的准确测量，也就无法对角度量值进行准确校准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置及方法，以解决单轴双台共台面振动试验系统在旋转耦合振动时角度的量值溯源的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置，包括：差分式激光振动测量系统，其包括激光头；激光头工装夹具，包括：支架；导轨，通过减震垫与所述支架连接；滑块，装配在所述导轨上，对所述激光头移动位移进行粗调；位移微调机构，安装在所述滑块上；激光探头固定夹具，安装在所述位移微调机构上；位移传感器，固定在所述导轨上；定位板，放置在单轴双台共台面振动试验系统的振动台面上。

进一步地，在激光头工装夹具的各连接处安装有减振垫，所述激光头工装夹具的各活动部分安装有锁紧机构。

进一步地，所述激光探头固定夹具为万向节。

进一步地，所述定位板中心线上设置有若干激光源定位孔。

进一步地，所述激光源定位孔为锥形孔。

本发明提供一种单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置的校准方法，包括：将差分式激光振动测量系统的激光头安装在工装夹具上，滑动滑块将激光头移到台面几何中心附近，然后将滑块锁紧；将定位板放置于振动台面时，使所述定位板的横向中心线与振动台面的横向中心轴线重合，基准孔对准振动台面旋转振动中心点，并使差分式激光振动测量系统的基准激光源入射到基准孔内，然后将测量激光源入射到任何一个测量孔中；调整位移微调机构，使得激光头能够准确的对准振动台面的几何中心，采用激光头固定夹具调整激光头入射角度，使激光能够垂直入射到系统的振动台面上；将所述位移微调机构和所述激光头固定夹具进行锁紧，将位移传感器对准激光头，并设置零位；测量振动台面几何中心的振动幅值，然后通过位移微调机构移动激光头，测量振动台面几何中心附近各点的振动幅值，振动幅值最小的点为振动台面实际几何中心点，该点与其他测量点的距离为r＝l-l1，l是定位板孔的间距，l1为振动台面理论几何中心点和振动台面实际几何中心点之间的差值；采用差分式多普勒激光测振系统测量出基准点与测量点之间的位移差l，根据公式得到单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度。

进一步地，l1由位移传感器测量获得。

本发明提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置，通过研制工装夹具实现了试验系统的非接触测量，采用的差分式激光振动测量系统实现了振动位移差的直接测量，提高了试验系统测量准确度，设计的工装夹具可以进行激光头测量位置的粗调和微调，从而可以使激光能够精确地入射到所需测量的位置。从而实现一种单轴双台共台面振动试验系统耦合振动角度的量值准确溯源。

本发明提供单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准方法，采用激光测振仪加专用工装夹具进行单轴双台共台面振动试验系统台面轴向振动位移测量，由于激光头与振动台面是非接触的，入射方向将不受台面振动出现倾斜状态的影响，通过测得激光入射方向振动台面发生的速度、位移，实现振动幅值的准确测量。在实际的测量过程中，激光测振仪的测量准确度会受到环境条件的影响，本发明在进行振动幅值测量时，为提高测量准确度，对激光探头工装夹具采取必要的隔振措施，并进行隔振效果试验，将环境影响降低到最低，使激光测振仪达到最优的测量状态，满足校准装置的要求。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统台面旋转与正弦耦合振动的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置的结构示意图；

图3a为本发明实施例提供的定位板俯视结构示意图；

图3b为本发明实施例提供的定位板侧视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准方法流程结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供的本发明提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置，通过研制工装夹具实现了试验系统的非接触测量，采用的差分式激光振动测量系统实现了振动位移差的直接测量，提高了试验系统测量准确度，设计的工装夹具可以进行激光头测量位置的粗调和微调，从而可以使激光能够精确地入射到所需测量的位置。从而实现一种单轴双台共台面振动试验系统耦合振动角度的量值准确溯源。

本发明提供单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准方法，采用激光测振仪加专用工装夹具进行单轴双台共台面振动试验系统台面轴向振动位移测量，由于激光头与振动台面是非接触的，入射方向将不受台面振动出现倾斜状态的影响，通过测得激光入射方向振动台面发生的速度、位移，实现振动幅值的准确测量。在实际的测量过程中，激光测振仪的测量准确度会受到环境条件的影响，本发明在进行振动幅值测量时，为提高测量准确度，对激光探头工装夹具采取必要的隔振措施，并进行隔振效果试验，将环境影响降低到最低，使激光测振仪达到最优的测量状态，满足校准装置的要求。

本发明提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置及方法采用差分式激光测振仪加专用工装夹具通过非接触测量方法实现单轴双台共台面振动试验系统台面两测量点之间的振动位移差的测量，从而实现旋转角度的校准。图1为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统台面旋转与正弦耦合振动的结构示意图。参照图1，图中o为台面旋转振动中心点，实线部分表示台面初始位置；n，n'为两个对称控制传感器，θ为旋转振动的角度，a为正弦振动幅值。通过图1可知，单轴双台共台面振动试验系统在正弦振动和旋转振动耦合条件下，通过对试验系统的控制，理论上可实现试验系统台面几何中心o点为旋转振动中心点。测量台面横向中心轴线上任一测量点与台面旋转振动中心的相对振动位移以及测量点与台面旋转振动中心的距离，由公式其中l为测量点相对于台面振动中心的振动位移单峰值(mm)，r为测量点与台面旋转振动中心点之间的距离(mm)，计算得到旋转振动角度θ，由此可实现耦合振动的角度测量。

差分式激光振动测量系统输出两路激光，由两路激光测量两点之间的相对振动位移。本发明提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置采用polytec差分式激光测振仪进行台面两测量点之间的位移差。差分式激光测振仪采用两路激光头，以其中一路激光头测量点的振动幅值为基准，采用差分计算方法得到第二路激光头测量点相对于第一路激光头测量点的相对振动位移，从而得到两个测量点之间的位移差，由于两路激光是由一束激光进行分光，可实现同时采集同时测量，解决了两点同时同步测量问题。

图2为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置的结构示意图。参照图2，本发明提出一种单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置，包括：差分式激光振动测量系统，其包括激光头21；激光头工装夹具，包括：支架22；导轨23，通过减震垫24与所述支架22连接；滑块25，装配在所述导轨23上，对所述激光头21移动位移进行粗调；位移微调机构26，安装在所述滑块25上；激光探头固定夹具27，安装在所述位移微调机构26上；位移传感器28，固定在所述导轨23上；定位板，放置在单轴双台共台面振动试验系统的振动台面上。

在本发明实施例中，设计研制激光头工装夹具，实现一种单轴双台共台面振动试验系统29旋转振动时旋转角度的测量。在图2中，用虚线表示单轴双台共台面振动试验系统29。激光头工装夹具主要是对差分式激光振动测量系统的激光头进行安装、调整、减振和定位。激光头工装夹具具有水平位移微调功能、水平位移测量功能、减振功能和锁紧功能。

在本发明实施例中，支架22与导轨23通过减振垫24进行刚性连接，导轨23采用定制导轨，装配有可以移动的滑块25，滑块25实现激光头21移动位移粗调，在滑块25上安装位移微调机构26，激光头固定夹具27安装在位移微调机构26上，实现激光头固定夹具27移动位移的微调；激光头固定夹具27是万向节可以实现激光头任意方向的调节；在激光头工装夹具的各主要连接处设计有减振垫，实现减振功能；激光头工装夹具的各活动部分都设计有锁紧机构，保证工装夹具在测量过程中不会发生位置移动。

差分式激光振动测量系统基准激光头和测量激光头之间距离通过设计定位板30来进行确定。图3a为本发明实施例提供的定位板俯视结构示意图；图3b为本发明实施例提供的定位板侧视结构示意图。参照图3a以及图3b，定位板30通过精密加工保证上下两个平面平行，在定位板中心线上加工若干激光源定位孔31，定位孔31采用锥形孔以提高激光源的定位准确度。以一个孔为基准，采用坐标测量机测量准确获取各个定位孔与基准孔之间的距离l。定位板30上刻有十字中心线，进行定位时，先将定位板30放置于振动台面时，使得定位板30的横向中心线与台面的横向中心轴线重合，以控制定位板30在单轴双台共台面振动试验系统台面上的放置位置。对旋转振动中心定位完成后，将定位板30放置于振动台面上，基准孔对准台面旋转振动中心点，并使差分式激光振动测量系统的基准激光源入射到基准孔内，然后将测量激光源入射到任何一个测量孔中，即完成差分式激光振动测量系统两个激光头之间距离的定位；完成激光源定位后，将定位板30取下。

图4为本发明实施例提供的单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准方法流程结构示意图。参照图4，提供一种单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度校准装置的校准方法，包括：

s41、将差分式激光振动测量系统的激光头安装在工装夹具上，滑动滑块将激光头移到台面几何中心附近，然后将滑块锁紧；

s42、将定位板放置于振动台面时，使所述定位板的横向中心线与振动台面的横向中心轴线重合，基准孔对准振动台面旋转振动中心点，并使差分式激光振动测量系统的基准激光源入射到基准孔内，然后将测量激光源入射到任何一个测量孔中；

s43、调整位移微调机构，使得激光头能够准确的对准振动台面的几何中心，采用激光头固定夹具调整激光头入射角度，使激光能够垂直入射到系统的振动台面上；

s44、将所述位移微调机构和所述激光头固定夹具进行锁紧，将位移传感器对准激光头，并设置零位；

s45、测量振动台面几何中心的振动幅值，然后通过位移微调机构移动激光头，测量振动台面几何中心附近各点的振动幅值，振动幅值最小的点为振动台面实际几何中心点，该点与其他测量点的距离为r＝l-l1，l是定位板孔的间距，l1为振动台面理论几何中心点和振动台面实际几何中心点之间的差值；

s46、采用差分式多普勒激光测振系统测量出基准点与测量点之间的位移差l，根据公式得到单轴双台共台面振动试验系统旋转振动角度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。