Laservibrometer für Ihre Anwendungen

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1 Laservibrometer für Ihre Anwendungen Wolfgang Ochs Polytec

2 Headquarters Polytec, Waldbronn 1967 Gründung Polytec Polytec heute 400 Mitarbeiter 50 Mitarbeiter in R&D 2

3 Inhalt Inhaltsverzeichnis Technik des Laservibrometers Anwendungen Einpunkt-Laservibrometer Scanning Systeme Einsatz in der Qualitätskontrolle Polytec 3

4 Optisches Messverfahren Vorteile der optischen Messmethode optisch kontaktlos kontaktlos keine Zusatzmasse kein Verkabelungsaufwand Sensor: Licht beliebig viele Messkanäle Æ Scan-System Auflösung: hohe Frequenzbandweite riesiger Bereich an Auslenkung µm Æ nm Æ pm Polytec 4

5 Technik Der Doppler-Effekt im Alltag Doppler-Effekt short wavelength high frequency long wavelength low frequency Polytec 5

6 Technik Wie geht das: Laservibrometer? vibrating object Frequency of laser light f 0 = c/λ ( 4,7 * Hz ) He-Ne Laser <1 mw (633 nm) Frequency shift by Doppler effect Reference beam Polytec detector 6

7 Technik Was passiert 1. bei der Schwinggeschwindigkeit v = 0? 2. und wie kann man die Richtung der Schwinggeschwindigkeit erkennen? Die Frequenz am Detektor ist eine Schwebung und hat kein Vorzeichen Wir brauchen eine Bragg-Zelle um eine konstante Frequenzverschiebung zu erzeugen Ø jetzt können wir v = 0 erkennen Ø und die Richtung der Schwingfrequenz wird erkannt Polytec 7

8 Technik Bragg-Zelle Interferometer mit Bragg-Zelle (Heterodynes Interferometer) f 0 f 0 + f D Bragg cell f MHz Polytec detector with carrier signal 8

9 Technik Hell / Dunkel Modulation Die hell / dunkel Modulation am Foto-Detektor erzeugt eine Frequenzmodulation: f detector =(40 MHz ± f D ) Polytec 9

10 Anwendungen Wo überall werden Vibrometer eingesetzt? Die Anwendungen sind nahezu unbegrenzt! Bereiche technisch relevanter mechanischer Schwingungen: Frequenz: Geschwindigkeit: 0 Hz 30 MHz 50 nm/s 30 m/s (9 Decaden) Weg: 2 pm 10 m (13 Decaden) Beschleunigung: 10-8 g 10 7 g (15 Decaden) Polytec 10

11 Anwendungen Wozu Schwingungen messen? Schwingungen und Geräusche können angenehm sein als Musik oder als Massage Sie können aber auch stören als Lärm nerven als Rütteln und Schaukeln oder uns sogar seekrank machen Materialermüdung und sogar schwerwiegende Schäden und Unfälle verursachen 11

12 Anwendungen Wo überall werden Vibrometer eingesetzt? Laser Vibrometer bieten überall Vorteile, wo keine kontaktierende Sensoren eingesetzt werden können: Präzise Messung von Oberflächenschwingungen keine störenden Zusatzmassen, rückwirkungsfreie Messung viele Messstellen in kurzer Zeit Messung an schwer zugänglichen Stellen Messungen auf weichen, filigranen, zerklüfteten oder heißen Oberflächen Messungen auf Mikrostrukturen auch bei sehr hohen Frequenzen Messung aus großer Entfernung unabhängig von Oberflächeneigenschaften Polytec 12

13 Anwendungen Wo überall werden Vibrometer eingesetzt? und in vielen anderen Anwendungsgebieten Polytec 13

14 Laservibrometer Single Point Vibrometer Einpunkt-Vibrometer messen die Schwingung in einem einzigen Messpunkt; gemessen wird die Schwingung in Richtung des Laserstrahls. am meisten verbreitete Version des Laservibrometers Misst Out-of-Plane Schwingung verschiedene Systeme verfügbar für unterschiedliche Anwendungsfälle Polytec 14

15 Laservibrometer Single Point Vibrometer Einpunkt-Vibrometer messen die Schwingung in einem einzigen Messpunkt; gemessen wird die Schwingung in Richtung des Laserstrahls Polytec 15

16 Einpunkt-Vibrometer Ventilhubmessung 16

17 Laservibrometer Scanning Vibrometer Flächenhafte Schwingungsmessung und deren Anzeige offenbart das Schwingungsverhalten kompletter Strukturen der Laserstrahl scannt die Oberfläche des Messobjekts entlang eines vorgegebenen Messgitters. an jedem Messpunkt wird eine vollständige Schwingungsmessung durchgeführt. der Phasenbezug der einzelnen Messpunkte wird zusätzlich erfasst Polytec 17

18 Laservibrometer Scanning Vibrometer Flächenhafte Schwingungsmessung und deren Anzeige offenbart das Schwingungsverhalten kompletter Strukturen Polytec 18

19 Scanning Vibrometer PSV 500: Was macht es? Messen vieler Punkte in kurzer Zeit Anzeige der Schwingformen 19

20 Schwingformen Polytec 20

21 Schwingformen Beispiel Piezo Motor Live Video Image Messgitter definieren Sequentielles Messen aller Punkte 21

22 Schwingformen Beispiel Piezo Motor Zeitdaten messen aller Punkte Frequenzspektren berechnen Phasenbeziehung berechnen aus dem Referenzsignal und Schwingformen anzeigen phase reference Polytec 22

23 Scanning Vibrometer Lautsprecher und Mikrophon neues Design (e.g. flat panel) Anregen mit Rechteck-Impuls Zeitdaten animiert darstellen 23

24 Scanning Vibrometer Oberflächenwellen enthalten Informationen übert Materialeigenschaften erkennen von Fehlern z.b. Delaminierung in Verbundmaterial 24

25 Scanning Vibrometer Oberflächenwellen 25

26 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Wie kann man jetzt ein Laservibrometer in der Qualitätskontrolle einsetzen? Schwingungsmessung z.b. Vibrationen an Motoren oder Lagern Geräuschmessung z.b. an Getrieben, Motoren, Lüftern Schwingungsspektrum (Fingerabdruck) eines beliebigen Bauteils messen: Abweichungen können Fehler anzeigen 26

27 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Schwingungsmessung z.b. Vibrationen an Motoren oder Lagern das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert z.b. durch Ausheben zum Kontaktieren der Motor läuft bzw. das Lager wird angetrieben Messen an einem geeigneten Messpunkt dieser wird vorher festgelegt oder experimentell ermittelt erkannt werden Fehler, die durch fehlerhafte oder falsch montierte Bauteile verursacht werden und dadurch Schwingungen verursachen z.b. falsche Maße und Toleranzen 27

28 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Schwingungsmessung z.b. Vibrationen an Motoren oder Lagern das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert z.b. durch Ausheben zum Kontaktieren der Motor läuft bzw. das Lager wird angetrieben Messen an einem geeigneten Messpunkt dieser wird vorher festgelegt oder experimentell ermittelt erkannt werden Fehler, die durch fehlerhafte oder falsch montierte Bauteile verursacht werden und dadurch Schwingungen verursachen z.b. falsche Maße und Toleranzen 28

29 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Geräuschmessung z.b. an Getrieben, Motoren, Lüftern aber auch Maschinen und (Elektro-)Geräte das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert der Motor/Lüfter läuft bzw. das Getriebe wird angetrieben bei konstanter oder bei unterschiedlichen Drehzahlen Messen an einem geeigneten Messpunkt die Messung ist weitgehend unabhängig von Umgebungsgeräuschen und erspart aufwändige Schallschutzmaßnahmen erkannt werden Fehler, die durch fehlerhafte oder falsch montierte Bauteile verursacht werden und dadurch zu laute oder unangenehme Geräusche verursachen 29

30 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Geräuschmessung z.b. an Getrieben, Motoren, Lüftern aber auch Maschinen und (Elektro-)Geräte das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert der Motor/Lüfter läuft bzw. das Getriebe wird angetrieben bei konstanter oder bei unterschiedlichen Drehzahlen Messen an einem geeigneten Messpunkt die Messung ist weitgehend unabhängig von Umgebungsgeräuschen und erspart aufwändige Schallschutzmaßnahmen erkannt werden Fehler, die durch fehlerhafte oder falsch montierte Bauteile verursacht werden und dadurch zu laute oder unangenehme Geräusche verursachen 30

31 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Schwingungsspektrum (Fingerabdruck) eines beliebigen Bauteils oder eines Prozesses messen das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert dann wird es angeregt z.b. durch Anschlagen oder mit einem Shaker oder Piezo Messen an einem geeigneten Messpunkt Abweichungen können Fehler anzeigen z.b. Materialstärken/Wanddicken Risse oder Einschlüsse im Material 31

32 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Schwingungsspektrum (Fingerabdruck) eines beliebigen Bauteils oder eines Prozesses messen das Messobjekt wird schwingungsisoliert gelagert dann wird es angeregt z.b. durch Anschlagen oder mit einem Shaker oder Piezo Messen an einem geeigneten Messpunkt Abweichungen können Fehler anzeigen z.b. Materialstärken/Wanddicken Risse oder Einschlüsse im Material 32

33 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Voraussetzungen für den Einsatz eines Laservibrometers in der Qualitätskontrolle sind optischer Zugang zur Messstelle geeignete Oberfläche (fast immer gegeben) deshalb hat jedes Laser-Vibrometer von Polytec eine Signalpegel-Anzeige 33

34 Qualitätskontrolle Einsatz in der Qualitätskontrolle Vorteile und Einsparpotenzial kein Schallschutz erforderlich (Einhausung) reproduzierbare Ergebnisse; unabhängig von Anfahrmechanik und Anpressdruck sofort messbereit; kein Delay nach dem Kontaktieren notwendig langes Kalibrierintervall (typisch 2 Jahre) linearer Frequenzgang 0 bis 100kHz (IVS-500-HR) 34

35 Qualitätskontrolle Industrievibrometer für die Qualitätskontrolle IVS-200 erstmals vorgestellt in 2003 bis 2006 über 150 Geräte analoges Design IVS-300 seit 2006 digitales Design über 200 Geräte Seit 2010 IVS-400 mehr als 600 Geräte 35

36 Qualitätskontrolle Industrievibrometer für die Qualitätskontrolle 36

37 Qualitätskontrolle Industrievibrometer für die Qualitätskontrolle Umfangreiches Zubehör 37

38 Laservibrometer sind damit für viele Anwendungen von der Entwicklung bis zur Fertigungskontrolle ein einfach und universell zu verwendetes Messmittel zur Schwingungs- und Geräuschmessung. 38

39 Dr. Georg Wirth Dr. Georg Wirth