模擬模型的驗證是雷射振動計的一項重要應用領域。為此，需將有限元素網格的幾何資料載入測量系統的軟體中，並透過整合式對準流程與實體物件進行對準。透過整合式幾何測量功能，可修正模型與原型之間的任何幾何偏差，並將修正結果更新至模型中。這有助於將模擬模型與實驗資料進行高精度且節省時間的對準。
相較於傳統需在受測結構上安裝大量加速度感測器的做法，雷射振動計具備諸多優勢。例如，在進行汽車模態測試以校準有限元素模擬模型時，通常需將 40 至 400 個感測器安裝於精確計算出的位置，並在三維空間中進行精確對齊以進行測量。 在此過程中，必須確定歐拉角，以便將感測器的測量方向與曲面物體的座標系對齊。
然而，安裝與調整不僅耗時甚鉅，更伴隨著極高的出錯風險，因為感測器在定位與對準時，哪怕是最微小的偏差都可能導致測量誤差。同時，感測器會改變物體的質量，這一點也必須納入考量；此外，受限於感測器尺寸，其數量無法隨意增加。
然而，掃描式振動計的雷射光束本身沒有質量，且測量點的數量在理論上可以任意增加；相應的幾何數據可直接從模擬中的有限元素網格或 CAD 圖面，匯入測量系統的軟體中。系統會透過整合式的對準流程，將這些數據與實際物件進行對齊。 最終，以此方式獲得的測量結果不僅更精確、更具實用價值，且耗時大幅減少，特別是當雷射掃描振動計安裝於能自動執行測試的機器人系統上時。雷射振動測量及其自動化變體 RoboVib® 具備多項優勢，以下將透過具體案例加以說明。
短短數小時內完成考試準備
針對煞車碟的模態測試，將其包含約 150,000 個節點的有限元素殼模型匯入軟體中，以配合Polytec 雷射掃描振動計進行測試（圖 1）。 網格中的四個顯著點有助於向軟體傳達物體的位置。為此，將雷射光束的交點依次移動至這些顯著位置，儲存機械手臂的對應位置，並將有限元素網格中的對應座標指派給這些位置。
接著，將匯入的有限元素網格粗化至 5,000 個網點，因為雖然可以進行 150,000 個網點的測量，但這非常耗時（圖 2）。 此外，即使為了展示複雜的振動模態，也完全不需要有限元素法所要求的如此高空間解析度。為了日後更容易確定相關性，在粗化過程中僅刪除點位，並未移動點位。剩餘的 5,000 個點位仍位於原始位置，並保留原始索引。
下一步，編程了約 20 個機器人位置，藉此可利用掃描鏡從各個角度測量整個物體。教導參考點、編程機器人位置以及進行程式測試運行，僅需一個工作日即可完成。 如今，系統已準備就緒，可開始進行測試。由於 RoboVib® 的模態分析會自動運行，因此無需監控測試過程。例如，它甚至可以整夜運行，且不受營業時間限制。
複雜撓度形狀的詳細示意圖
為了對煞車碟片進行模態測試，選用了自動模態衝擊錘，其以與軸線成一定角度的方式進行衝擊，以激發盡可能多的模態（圖 3）。模態衝擊錘消除了阻抗感測器的影響——這在使用電動力學振動台時總是不可或缺的。同時，它還能激發遠高於本實驗所需頻率的振動。
評估範圍涵蓋高達 10 kHz 的頻率。此評估結果顯示，即使在較高頻率下，也能清晰細緻地呈現複雜的偏轉形狀（圖 4）。由於這是個 3D 量測系統，因此成功擷取了所有三個空間分量。隨後，將量測數據匯出為通用檔案格式，並透過有限元素法（FEM）工具進行模態分析。
得益於其卓越的空間解析度與非反應性，即使是複雜的振動模態也能分別呈現（圖 5）。這些模態可直接與有限元素模擬結果進行比較。在驗證有限元素模型的品質後，將模型參數調整至能與實際試樣最佳吻合的狀態。
