3D扫描测振仪是测量大师

在橡树岭国家实验室校园西端的一个存储区，有一台机器可以测量从大型涡轮机组件到微型离心机部件的任何东西，精度接近完美。

富集科学与工程部动态测试组研究员BlakeVanHoy是3D扫描测振仪的常驻专家，该测振仪使用来自三个头的红外激光构建几何矩阵，散射光并评估振动和声学以产生高-几乎任何物体的保真度测量——即使是那些很难用其他方法测量的物体。

“它的测量速度低至每秒0.00000001米，最高可达每秒12米，”范霍伊说。“我得到了一个真实的、真实的、真实的结果。”

这包括通常难以测量的物体。深色物体。生物质。旋转或以其他方式移动的物体。即使是在水下或玻璃后面的东西。3D扫描测振仪可以以惊人的精度测量所有这些，而且无需接触物体本身。

在外界，激光扫描测振仪有很多应用。汽车行业使用它们来测试车辆及其部件(包括制动系统和转子)的噪音、振动和粗糙度。喷气发动机制造商发现它们可用于验证涡轮叶片和其他部件的物理共振和阻尼，避免过早失效。它们被铁路用于检测铁路缺陷、医院用于医学成像以及乐器琴弦的设计人员，以提高音质和耐用性。您的牙科保健员用来去除牙齿上的牙菌斑的振动工具?扫描振动计很有可能确定它的振动频率。

然而，该工具目前在ORNL的主要目的是开发用于浓缩同位素的离心机的精密部件。

“发电厂中的涡轮机是巨大的;它可能以20-30赫兹的速度旋转，并且由于尺寸的原因，它必须保持平衡和非常紧密地对齐，”范霍伊说。“在天平的另一端，离心机非常小、非常快、非常轻巧、非常精确——就装配、对称、平衡和动力学而言，它们需要相同或更多的关注。这可以做到两者都一样好。几何精度是惊人的。

VanHoy在2021年预算中作为工厂资本设备资助之前，为实验室拥有的3D激光扫描测振仪写了四份提案。

“如果你没有可以提供解决问题的内部技术，你就无法解决问题，”他说。“这是实验室的一项长期投资。”

他说，仅就离心机型号而言，它已经节省了时间和金钱。

以前，ESED使用按钮大小的传感器来测量振动频率和阻尼——但这需要放置多个加速度计，每个加速度计都易碎且成本高达数百美元。除了昂贵和耗时之外，这种方法无法考虑绝缘与裸线、零件是螺栓连接、焊接还是胶合、形状、扭矩和许多其他因素等变量。尽管如此，由于它是最好的可用数据，它被用来给零件的设计者提供估计。

“激光扫描测振仪测量所有变量，”范霍伊说。“一旦我们获取测试数据并让数字模型与这些结果一致，我们就有了一个‘校准’的数字仿真模型。然后我们可以对模型进行更改，并且在我们最终加工零件时仍然对模型充满信心。我们建造得越好，我们就能越快地平衡它们并将它们上线。平衡它们，如果建造不正确，可能需要很长时间。这提高了可靠性。

该设备被大量用于测试共振频率(物体开始振动最大的频率)和阻尼(减少振动能量的量)，为设计师构建模型提供数据。因为它非常准确，VanHoy说，“他们没有估计系统部件的边界条件和共振频率。他们将真实数据插入该模型并进行模拟以预测该部件的性能，该组件、该子组件或整个机器将执行。”

当有关其可用性的消息传出时，VanHoy看到了该机器在实验室范围内的许多其他应用程序。他希望很快为测振仪提供专用空间——这种测振仪便于携带，但安装起来很费时——以及一批受过使用培训的学徒干部，例如机械工程师埃里克·诺兰，他们已经可以在没有范霍伊指导的情况下使用该设备.

在橡树岭45年的职业生涯中，VanHoy曾在ORNL、Y-12、前K-25以及洛克希德马丁公司管理的Paducah(肯塔基州)气体扩散厂担任振动故障排除员。尽管他于1977年开始从事中央工程，当时橡树岭的三个站点都由一个承包商负责，但他在以前的工作和大学期间拥有声学和噪音控制方面的背景。1980年，在激光扫描测振技术首次开发一年后，他找到了他的主管，建议他专攻振动声学。

“我说，‘这些日子里，你会制造出一种会自行撕裂的设备，而你不会知道为什么，’”范霍伊说。“他说，'你是什么意思，这些日子之一?'我说，'嗯，你需要一个了解振动的人。他支持我，送我去学校和研讨会，还买了乐器。”

如今，VanHoy被公认为声学振动领域的专家，他的作品发表和演讲。

他说，3D激光扫描振动器是他使用过的最有前途的设备。

“如果你设置正确，并且你在一个环境受控的空间中，你会得到很好的答案，”他说。“你可以把它缩小到你需要进行测量的程度。它有很多可能性，它为对任何类型的声学或振动科学感兴趣的人开辟了很多能力。”

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