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工具機設計最重要就是整體系統的動靜態剛性，有良好的系統動靜態剛性就可以有良好的加工穩定性與精度表現，因此在進行工具機組裝後，一般大都會利用模態測試去驗證整體的穩定性。但模態測試還只能算是靜態的結構驗證，真正應該關心的是工具機在不同作動過程中之結構振動狀態，我們稱之為工作模態(Operational Deflection Shapes,ODS)。ODS所代表的是真正工具機最終的動態特性，因此ODS也能代表工具機最終的整體穩定度與加工精度。本篇主要與大家分享山衛科技所整合各種不同的模態測試與ODS量測解決方案，希望大家可以根據所需選擇最合適的模態激發方式或是量測系統。
測試架構
整個模態測試所需工具主要包含三大部份，包括訊號的激發、訊號的接收以及訊號處理。訊號激發部份可以選擇使用敲擊槌或是激振器系統。訊號接受部分則可選用雷射干涉儀系統或選擇加速規搭配資料擷取器的組合。後續訊號分析則有模態測試分析與相關性分析兩種。
依據不同需求所需之三種不同量測系統，如下表所示：
I.敲擊槌搭配三軸加速規與CoCo訊號擷取系統
整個實驗下構如下圖所示，利用敲擊槌激發待測物產生振動訊號，同時利用三軸向加速規進行訊號的量測。三軸加速規所測得之加速度訊號則利用CoCo擷取系統作資料的收集。完成資料收計後進一步利用LMS Test.Lab針對所收集到的資料進行模態分析與相關性分析。
此系統最大優勢在於可以設備簡單且使用訊速，可以最基本的測試方式進行模測試與分析。惟此方式在使用上需具備高度的經驗與技巧才能量測到最正確的結果，另外因為是使用單點激發所以在激發位置的選擇與衝擊力量大小的選擇對於測試結果的影響相當大。
各儀器設備規格如下：
1.敲擊槌
針對工具機進行模測試所需選擇Dytran 5850B敲擊槌為訊號激發工具。Dytran 5850B有三種不同施力範圍(50 LbF (100 mV/LbF), 500 LbF (10 mV/LbF) and 5000 LbF (1 mV/LbF))可供切換選擇，同時另外包括三種不同的激發頭。
2.加速規
因應工具機之振動範圍規劃3263A2單顆整合三軸向之加速規作為測試用設備。3263A2加速規其靈敏度為100mv/g，量測範圍50g，重量約5.6克，響應範圍0.3~10000Hz。
3.CoCo訊號擷取系統
模態測試過程中需完整紀錄實驗測得之訊號，為避免訊號失真因此在動態範圍的選擇上格外重要。為面對現場量測複雜的環境與方便攜帶，因此可選擇CoCo可攜式訊號擷取系統。
CoCo-80集振動數據採集器、動態信號分析儀和長時間數據記錄儀於一體的便攜式數據採集設備。其動態信號分析(Dynamic Signal Analysis ，DSA)功能適用於所有信號頻率在0~100KHz之間的信號分析應用，這些信號可以來自於機械、電子、地球物理、網絡、通信、液壓等任何感興趣的系統。而振動檢查儀（Vibration Data Collector, VDC）功能主要用於測試分析旋轉機械設備，其提供了一個方便的振動數據採集方式，可以通過預定義的巡檢路徑進行採集，也可以直接現場採集並進行分析。可進行包括通用信號分析、FFT分析、時間記錄、FRF數據採集、警報/中止監測、設備狀態監測、振動巡檢、模態分析和其他很多應用。當在振動檢查儀模式下運行時，可以使用1~4輸入通道。CoCo80的通道1同樣可以被設置為轉速測量通道，從而在採樣旋轉機械或往複式機械的振動數據的同時，對設備轉速進行同步測量。
此外因為CoCo在通道數上具有相當高的靈活性因此無論是要進行動態信號分析儀（DSA）或振動檢查儀（VDC）都相當合適，在此之前，傳統的DSA產品不適用於VDC市場，主要原因在於DSA產品體積大、功耗高，不便於攜帶。另一方面傳統的VDC產品也不適用於DSA應用，因為其測量通道數少、精度、性能指標較低，而CoCo80是目前唯一能同時適應這兩個市場的產品，無論您要進行振動數據採集或是涉及高級的時間域信號分析，如長時間波形記錄、倍頻程分析或者數字濾波器等，他可以方便地切換到DSA模式進行測試分析。
LMS Test.Lab與Virtual.Lab進行模態分析與相關性分析
完成模態測試訊號的蒐集後再來將進到模態分析與相關性分析。模態分析之目的在確定整體振動的振形與頻率，以提供後續問題修正與改善設計之參考。相關性分析主要目的在於驗證FEM分析之結果，利用振形與頻率的相關性分析找出最正確的設定參數以確保分析模性的正確性，此步驟亦是進行CAE分析相當重要的一環。
此外每一次的模態測試樣本數從數十點到數百點不等，面對如此龐大的數據處理是非常困難且花時間的。因此規劃利用LMS Test.Lab進行結構試驗，它提供完整的解決方案，可以滿足當今機械工業和專業人員各種的需求， 同時為了協助使用者驗證CAE分析結果，LMS Virtual Lab將測試結果做為分析之邊界條件，或是以測試結果套用在分析模型上進行混合工程法分析，提供分析驗證與更精確的分析結果。
II.敲擊槌搭配三軸加速規與LMS Scadas訊號擷取系統
第二種測試架構與第一種測試架構差異不大，主要不同點在於利用LMS Scadas訊號擷取系統取代原本CoCo80資料擷取系統。目的在於先前所提到每一次的模態測試的測點從數十點到數百點不等，為有效率且正確的處理這些資料最好的方式就是在同一工具平台上系統化的完成訊號擷取、模態分析與相關性分析，因此建議選用LMS Scadas為訊號擷取系統。
1.LMS Scadas
LMS SCADAS分為實驗室用的SCADAS III與可隨身攜帶的SCADAS Mobile，兩者皆採用模組化設計。模組化的SCADAS III可以從低成本的4通道版本，一直擴充到上千通道；而SCADAS Mobile也可由最低的4通道擴充至40通道。其構造非常靈活，可以完全根據實際需要來精確設定您的系統，例如增加更多的通道，更換訊號處理模組，增強信號處理功能等。
產品特色
應用領域
III.激振器搭配Polytec雷射干涉儀系統量測架構
若要更進一步探討高頻的振動特性則必須進行全場且高密度的振動訊號量測，建議可選用Polytec雷射都普勒干涉儀針對代測物做掃描。利用Polytec干涉儀進行全場掃描的優勢在於快速且準確，且更重要的是高密度的全場掃描可以探討得到更細微的振動特性，如此將可以對整個系統有更深入的了解。此外為配合雷射掃描技術快速量取的優勢，訊號激發部份規劃利用激振器進行連續的激振。整體實驗架構如下圖所示，利用Polytec雷射干涉儀系統輸出同步訊號驅動激振器，再將激振器安置在工具機熱點位置進行連續性的激振。激振過程利用Polytec雷射干涉儀在待測物表面進行掃描，掃描完成後即可獲得全場的振動振形與自然共振頻率
在傳統的振動量測技術上，使用加速度規(Accelerometer)來作為感測器(sensor)，在將加速度規緊貼在待測物表面，進行接觸式的振動量測。因接觸而產生質量效應，對小型風扇業造成極大誤差，黏貼不正確亦產生錯誤，耗時費力，且只能單點擷取，大體積代測物質更是百千倍耗時，溫度效應及接觸都將造成限制，非接觸雷射都卜勒振動量測系統正可彌補此種缺陷。
非接觸式雷射掃描系統與傳統加速規之比較：
1.激振器
利用激振器對待測物進行模態測試是最簡單且方便的方式。只要找到正確的熱點位置，再搭配激振器可以穩定的提供一致的激振狀態，測試者可以非常容易的了解全場的振動大小相對關係。針對工具機模態測試，因為整個工具機結構較強狀且複雜，因此建議利用兩個以上的激振器同時針對工具機結構進行激振以確保所有模態都被激發出來。
規畫使用之微型激振器為電磁式振動系統，由電磁激振器及高功率放大器以及多功能控制器組成。此微型激振器系統具有穩定力輸出、容易操作與高信賴度等特點能夠符合各種振動測試要求。
功能說明
規格說明
2.Polytec雷射都普勒干涉儀
PSV-400掃瞄式分析系統核心為都卜勒振動儀-能得到高精確度結構振動速度與位移的傳感器，這項科技就是基於都卜勒效應(Doppler-effect)，感測由移動平面反射的光頻率變化快速得到結果，不會受到質量效應影響。光學非接觸技術對於高熱平面、旋轉物件另外也能克服以往傳統振動量測技術限制。
特點說明
硬體規格說明
軟體規格說明
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