基于LDV扫描测试劈刀稳态振动规律研究

　　引　言

　　自1960年以来,激光多普勒技术由于在测量中具有高的空间和时间分辨率,不接触测量物体,不扰动测量对象,能测量原有测振技术难以测量的对象而越来越引人注目。德国Polytec公司曾采用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,简称LDV)对汽车的零部件及整车进行模态分析,改善汽车性能[1];文献[2-4]等曾利用激光多普勒测振仪,对振动结构的模态振型作过测试分析,提供了一种获取模态振型的方法。本文利用LDV的模态测试分析功能,对超声键合装置中劈刀的稳态振动进行扫描测试,对其振动形态作进一步试验研究,这将为优化设计超声键合系统提供参考。

　　1　激光多普勒测振基本原理

　　激光多普勒测振仪的光学系统主要由激光源、光学分束器、光学发送系统和光电接受系统几大部件组成。本文所用测振仪为后向散射接收、差动型扫描式LDV。其测试光路如图1所示。

　　激光器发出的激光束经半透半反镜分成两束,一束透射为光束1,一束经反射镜反射成与光束1平行且强度相等的光束2,两平行光束经透镜会聚于被测物体表面的A点。根据多普勒频移原理两束光在A点发生频移,它们的频率分别为f1′,f2′。这两种具有不同频移的散射光束1′,2′在光电探测器APD的光敏面上相干,得到差动多普勒信号频率[5]为

　　从式(1)可看出,无论探测器放在何处,只要两束入射光线的夹角不变,得到的多普勒信号就是一样的。本文所用的试验测试系统如图2所示。

　　2   试验过程

　　本文以微讯U3000型粗铝丝键合机为试验平台,采用正弦信号驱动换能系统,改变劈刀与变幅杆连接的松紧度,使用LDV对劈刀的稳态振动进行扫描测试,劈刀与变幅杆采用图3所示连接。其中,劈刀安装长度l是指劈刀处于变幅杆下面部分的长度;连接松紧度是指劈刀与变幅杆联结螺栓的拧紧程度,通过对施加在拧紧工具上的砝码重量G进行调节;数字“1～4”表示劈刀与变幅杆连接越来越紧,对应砝码重量G分别为600 g,800 g,900 g,1 000 g。

　　2.1　劈刀稳态振动的理论分析

　　将超声振动系统中的劈刀视为伯努力-欧拉梁,仅考虑梁的横向弯曲振动,得到劈刀的振动为[6-7]

利用LDV对超声加载作用下、键合装置中振动的劈刀进行扫描测试,获取稳态振动的试验装置如图4所示。激光多普勒测速仪的用户控制界面如图5

　　置所要求的测点个数及测点的分布情况(所布置的测点应位于劈刀结构平面上避免落在边缘部分),如图6所示试验布置了9行3列共27个扫描点。