一种弹性体性能测试设备和弹性体性能测试方法与流程

本发明涉及一种零件性能测试设备和测试方法，尤其是一种弹性体性能测试设备和弹性体性能测试方法。

背景技术：

对弹性体性能进行测试，通常需要通过测试设备对待测弹性体施加测试动作得到待测弹性体在测试过程中的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息并由采集模块发送至上位机，再由上位机计算处理获取待测弹性体的刚度值和滞后角，并与预先设定的评估参数进行比较得到待测弹性体的性能测试结果，该测试技术及得到待测弹性体的性能测试结果的过程已较为成熟；然而，现有用于弹性体产品测试的mts动态测试仪采用液压伺服阀控制油缸，系统结构比较复杂多用于实验室做测试分析；此类设备存在液压噪音大、设备占地空间大及采购成本昂贵等因素，很难在生产线上大规模的普及应用，而且mts动态测试系统目前还处于行业独家垄断状态，在用户技术支持及采购成本上存在较大的局限性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、经济可靠的弹性体性能测试设备和弹性体性能测试方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种弹性体性能测试设备，包括设置有评估参数、预加载控制参数和测试控制参数的上位机、主控制模块、伺服驱动模块、伺服电动缸、测试工装和采集模块，所述的测试工装包括用于放置待测弹性体的测试台和用于对待测弹性体施加压力的移动设置在所述的测试台上的测试执行机构，所述的上位机发送预加载控制参数和测试控制参数至所述的主控制模块，所述的主控制模块根据预加载控制参数解析出对应的预加载控制指令并发送至所述的伺服驱动模块，所述的伺服驱动模块根据所述的预加载控制指令控制所述的伺服电动缸的输出杆同步带动所述的测试执行机构对待测弹性体施加相应的预加载动作，所述的主控制模块根据测试控制参数解析出对应的测试控制指令并发送至所述的伺服驱动模块，所述的伺服驱动模块根据所述的测试控制指令控制所述的伺服电动缸的输出杆同步带动所述的测试执行机构对待测弹性体施加相应的测试动作，所述的采集模块采集所述的伺服电动缸的输出杆在测试动作中的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息并发送至所述的上位机，所述的上位机根据接收到的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息得到待测弹性体的性能测试值后，将待测弹性体的性能测试值与评估参数进行比较得到待测弹性体的性能测试结果。

所述的预加载控制指令包括所述的伺服电动缸的输出杆的预加载运行速度、预加载方式、预加载起始位置、预加载运动区间、预加载目标值和预加载循环周期，所述的测试控制指令包括测试加载方式、测试运动区间、测试运行总周期、正弦波振幅p和目标运行频率f，所述的主控制模块设置有电子凸轮模块，所述的电子凸轮控制模块中设置有正弦波运算解析模型，所述的正弦波运算解析模型用于根据所述的测试控制指令在包括y轴和x轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，所述的x轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度vx=360°×f，所述的正弦波运动模型的y轴坐标y与所述的x轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示伺服电动缸的输出杆的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，所述的电子凸轮控制模块用于按照x的值获取所述的正弦波运动模型上的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度并发送至所述的伺服驱动模块，所述的伺服驱动模块用于根据接收到的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度控制所述的伺服电动缸的输出杆同步带动所述的测试执行机构对待测弹性体施加相应的测试动作，直至达到测试运行总周期后停止运动。在主控制模块中设置电子凸轮模块和正弦波运算解析模型，从而将设定的目标运行频率及正弦波振幅转换成对伺服电动缸的输出杆的实际的控制参数，即目标位置、目标速度和目标加速度，控制更加精确；整个测试过程是一个动态的测试过程，由采集模块采集的实际数据经过上位机计算处理后，所获得的计算结果更加精确，能够有效的实现对待测弹性体性能的测量。

所述的预加载方式为位移加载方式，所述的预加载运动区间为预加载位移区间，所述的预加载目标值为预加载位移目标值，所述的测试加载方式为位移加载方式，所述的测试运动区间为测试位移运动区间。

所述的预加载方式为压力加载方式，所述的预加载运动区间为预加载压力区间，所述的预加载目标值为预加载压力目标值，所述的测试加载方式为压力加载方式，所述的测试运动区间为测试压力运动区间。采用压力加载方式控制伺服电动缸，能够很好的实现控制精度要求。

使用上述弹性体性能测试设备的弹性体性能测试方法，包括以下步骤：

①-1将待测弹性体固定放置在测试台上，主控制模块通过伺服驱动模块控制伺服电动缸的输出杆以设定的预加载运行速度运行至设定的预加载起始位置；

①-2主控制模块按照设定的预加载方式控制伺服电动缸的输出杆带动测试执行机构在预加载运动区间内对待测弹性体施加预加载动作，直至达到设定的预加载循环周期后，主控制模块控制伺服电动缸的输出杆带动测试执行机构以设定的预加载运行速度运行至与设定的预加载目标值对应的位置，并将该位置作为测试起点；

①-3伺服驱动模块根据接收到的正弦波运动模型上的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度控制伺服电动缸的输出杆同步带动测试执行机构从测试起点开始在设定的测试运动区间内对待测弹性体施加相应的测试动作，直至达到测试运行总周期后停止运动，采集模块实时采集伺服电动缸的输出杆的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息并发送至所述的上位机；

①-4上位机根据接收到的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息进行滤波和截取，得到在同一测试时域上的位移波形和压力波形，并通过matlab工具的数据处理脚本模块对同一时域上的位移波形和压力波形进行汉宁窗整形和傅里叶变换操作，得到待测弹性体的动态刚度kd、滞后角phase和测试运行频率f1，并通过kd、phase及测试运行频率f1获取阻尼系数c，c＝kd×sin(phase×π/180)/(2×π×f1)；

①-5上位机将kd、phase及c与设定的评估参数进行对应比较，得到待测弹性体的性能测试结果，完成测试过程。

与现有技术相比，本发明的优点在于测试时，由上位机发送预加载控制参数和测试控制参数至主控制模块，主控制模块解析出对应的预加载控制指令和测试控制指令后发送至伺服驱动模块，伺服驱动模块控制伺服电动缸的输出杆同步带动测试执行机构对待测弹性体施加相应的动作后，由采集模块采集测试过程中的实时数据并发送至上位机，上位机根据接收到的实时数据得到待测弹性体的性能测试值后，将待测弹性体的性能测试值与评估参数进行比较得到待测弹性体的性能测试结果；通过采用伺服电动缸带动测试执行机构对待测弹性体进行测试得到实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息，再由上位机采用现有成熟数据处理方法获得待测弹性体的性能测试值，极大的缩小了设备空间，在检测能力上满足绝多数弹性体产品的在线检测要求；伺服电动缸能够极大减少采购成本，减小设备维护保养难度，且伺服电动缸的控制技术较为成熟，方便对用户进行技术支持和升级；整体过程分为预加载过程和测试过程，通过预加载能够有效的消除待测弹性体的应力对测试的影响，提高测试结果精度。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：一种弹性体性能测试设备，包括设置有评估参数、预加载控制参数和测试控制参数的上位机1、主控制模块2、伺服驱动模块3、伺服电动缸4、测试工装和采集模块5，测试工装包括用于放置待测弹性体的测试台（图未显示）和用于对待测弹性体施加压力的移动设置在测试台上的测试执行机构6，上位机1发送预加载控制参数和测试控制参数至主控制模块2，主控制模块2根据预加载控制参数解析出对应的预加载控制指令并发送至伺服驱动模块3，伺服驱动模块3根据预加载控制指令控制伺服电动缸4的输出杆同步带动测试执行机构6对待测弹性体施加相应的预加载动作，主控制模块2根据测试控制参数解析出对应的测试控制指令并发送至伺服驱动模块3，伺服驱动模块3根据测试控制指令控制伺服电动缸4的输出杆同步带动测试执行机构6对待测弹性体施加相应的测试动作，采集模块5采集伺服电动缸4的输出杆在测试动作中的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息并发送至上位机1，上位机1根据接收到的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息得到待测弹性体的性能测试值后，将待测弹性体的性能测试值与评估参数进行比较得到待测弹性体的性能测试结果，其中，预加载控制指令包括伺服电动缸4的输出杆的预加载运行速度、预加载方式、预加载起始位置、预加载运动区间、预加载目标值和预加载循环周期，测试控制指令包括测试加载方式、测试运动区间、测试运行总周期、正弦波振幅p和目标运行频率f，主控制模块2设置有电子凸轮模块，电子凸轮控制模块中设置有正弦波运算解析模型，正弦波运算解析模型用于根据测试控制指令在包括y轴和x轴的二维坐标轴中建立正弦波运动模型，x轴为始终匀速运行的虚拟轴，匀速运行的速度vx=360°×f，正弦波运动模型的y轴坐标y与x轴坐标x满足关系函数：y=p/2×sin（x），其中，y表示伺服电动缸4的输出杆的目标位置数值，x表示虚拟轴上的位置，x的赋值范围为0°~360°，电子凸轮控制模块用于按照x的值获取正弦波运动模型上的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度并发送至伺服驱动模块3，伺服驱动模块3用于根据接收到的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度控制伺服电动缸4的输出杆同步带动测试执行机构6对待测弹性体施加相应的测试动作，直至达到测试运行总周期后停止运动，预加载方式为位移加载方式，预加载运动区间为预加载位移区间，预加载目标值为预加载位移目标值，测试加载方式为位移加载方式，测试运动区间为测试位移运动区间。其中，测试执行机构6包括设置在测试台上的导向柱（图未显示）和移动设置在导向柱上的压块（图未显示），伺服电动缸的输出杆同步带动压块在导向柱上上下移动对待测弹性体施加相应的动作。

实施例二：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于预加载方式为压力加载方式，预加载运动区间为预加载压力区间，预加载目标值为预加载压力目标值，测试加载方式为压力加载方式，测试运动区间为测试压力运动区间。

实施例三：使用实施例一的弹性体性能测试设备的弹性体性能测试方法，包括以下步骤：

①-1将待测弹性体固定放置在测试台上，主控制模块2通过伺服驱动模块3控制伺服电动缸4的输出杆以设定的预加载运行速度运行至设定的预加载起始位置；

①-2主控制模块2按照设定的预加载方式控制伺服电动缸4的输出杆带动测试执行机构6在预加载运动区间内对待测弹性体施加预加载动作，直至达到设定的预加载循环周期后，主控制模块2控制伺服电动缸4的输出杆带动测试执行机构6以设定的预加载运行速度运行至与设定的预加载目标值对应的位置，并将该位置作为测试起点；

①-3伺服驱动模块3根据接收到的正弦波运动模型上的每个点的y轴坐标、每个点对应的沿y轴方向的目标速度和沿y轴方向的目标加速度控制伺服电动缸4的输出杆同步带动测试执行机构6从测试起点开始在设定的测试运动区间内对待测弹性体施加相应的测试动作，直至达到测试运行总周期后停止运动，采集模块5实时采集伺服电动缸4的输出杆的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息并发送至上位机1；

①-4上位机根据接收到的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息进行滤波和截取，得到在同一测试时域上的位移波形和压力波形，并通过matlab工具的数据处理脚本模块对同一时域上的位移-压力波形曲线进行汉宁窗整形和傅里叶变换操作，得到待测弹性体的动态刚度kd、滞后角phase和测试运行频率f1，并通过kd、phase及测试运行频率f1获取阻尼系数c，c＝kd×sin(phase×π/180)/(2×π×f1)；

①-5上位机1将kd、phase及c与设定的评估参数进行对应比较，得到待测弹性体的性能测试结果，完成测试过程。

其中，步骤①-4是现有常规弹性体性能测试过程中的数据处理方法，其详细过程如下：

上位机对接收采集模块采集的伺服电动缸4的输出杆的实时压力信息、实时位移信息及测试时域信息进行解析，得到的同步信号包括三个包含元素数一样的数组序列：第一时间戳数据、第一位置数据和第一压力数据，对第一时间戳数据、第一位置数据和第一压力数据进行一次低通滤波处理，并按程序设定的条件截取一定数据长度得到新的数据序列：第二时间戳数据、第二位置数据、第二压力数据，其中第二时间戳数据与第二位置数据拟合成伺服电动缸的输出杆的位置轨迹曲线，第二时间戳数据与第二压力数据拟合成伺服电动缸的输出杆的输出力轨迹曲线，上位机调用matlab工具的数据处理脚本模块对数据进行进一步的处理，其处理步骤如下：

a.将第二时间戳数据、第二位置数据、第二压力数据进行傅里叶变换处理，将时域信号转换成频域信号，得到测试运动频率f1；

b.将第二时间戳数据、第二位置数据、第二压力数据采用汉宁窗函数处理，得到压力波形与位移波形，由压力波形得到压力幅值f，由位移波形得到位移幅值s，获取待测弹性体的动态刚度kd，kd＝f/s；

c.将压力波形与位移波形在同一时域上分析，得到两个波形之间的相位差phase，即滞后角；

d.通过上述数据获取产品的阻尼系数c，c＝kd×sin(phase×π/180)/(2×π×f1)。