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Fachartikel aus MECHATRONIK 6/2020, S. 44 bis 47

Polytec

Schwingungsmesstechnik für den mobilen Einsatz

Die Laservibrometrie wird heute für die berührungslose Akustik- und Schwingungsanalyse zur Untersuchung ganz unterschiedlicher Objekte eingesetzt – von kompletten Autokarosserien, Flugzeugteilen oder Motoren bis hin zu winzigen Mikromaschinen und Festplattenbauteilen. Hinzu kommen zahlreiche Forschungsanwendungen in Biologie, Medizin oder technischer Akustik. Auch in der industriellen Qualitätssicherung und Zustandsüberwachung sind Laser-Doppler-Vibrometer im Einsatz. Selbst auf glühend heißen Objekten, rotierenden Komponenten, Ultraschallwerkzeugen und komplexen, empfindlichen Strukturen ist es mit den berührungslosen Systemen möglich, Vibrationen zu messen. Ein neues, besonders leichtes Vibrometer, das speziell für den mobilen Einsatz konzipiert wurde, erweitert jetzt das Einsatzspektrum erneut.

Die Laservibrometrie basiert auf dem Doppler-Effekt: Wird ein Lichtstrahl von einem bewegten Objekt reflektiert, so ändert sich die Frequenz des Lichts proportional zur Geschwindigkeit des Objektes. Auch aus dem Alltag kennt man den nach dem österreichischen Mathematiker und Physiker Christian Doppler (1803 bis 1853) benannten Effekt. Jeder hat beispielsweise im Straßenverkehr schon die Erfahrung gemacht, dass ein sich näherndes Einsatzfahrzeug von Polizei oder Feuerwehr Töne mit höherer Frequenz von sich gibt, während eine tiefere Frequenz wahrgenommen wird, wenn es sich wieder entfernt. Die Geschwindigkeitsinformation ist in dieser Frequenzverschiebung kodiert, die in der Laser-Doppler-Vibrometrie als Messsignal genutzt wird. Ein Präzisionsinterferometer und eine digitale Dekodierungselektronik wandeln diese Frequenzverschiebung dann in ein Spannungssignal um.

Da die Geschwindigkeitsinformation unabhängig von der Lichtintensität ist, eignet sich das Verfahren auch für Messobjekte, die einen sehr geringen Reflexionsgrad haben. Somit kann an allen optisch erreichbaren Stellen berührungslos gemessen werden und es gibt keine Beeinflussung des Prüflings. Das schnelle Messprinzip macht sehr kurze Taktzeiten möglich und die Messergebnisse sind exakt reproduzierbar.

Outdoor-tauglich und einfach zu bedienen

Die Vorteile dieser Technik lassen sich jetzt auch besonders komfortabel im mobilen Einsatz nutzen. Mit dem kompakten VibroGo hat Polytec ein etwa 3 kg leichtes Vibrometer entwickelt, das sich bequem überall hin mitnehmen lässt und so robust ausgelegt ist, dass es sich für den harten Outdoor-Einsatz eignet. Dabei lässt sich VibroGo über den 5“-Farb-Touchscreen mit Webbrowser und intuitiver Menüführung komfortabel einrichten, konfigurieren und fernsteuern. Beispielsweise kann der Fokus wahlweise automatisch oder über den Touchscreen eingestellt werden. In jeder Umgebung geht dadurch die Inbetriebnahme schnell und das Messsystem ist problemlos von einer einzelnen Person zu bedienen. Das mit Batteriepack und drahtloser Fernsteuerung ausgestattete Messsystem ist sowohl robust genug für Feldstudien als auch empfindlich genug, um auftretende Signalanomalien zu erkennen, wenn es zur Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen eingesetzt wird.

Um möglichst viele Anwenderwünsche abzudecken, wird VibroGo in drei Grundmodellen angeboten: Lab, Explorer und Sonic. Die ersten beiden eignen sich für Messbereiche bis 25 kHz, die Sonic-Variante für bis zu 100 kHz. Dadurch lassen sich viele verschiedene Messaufgaben der Akustik und Dynamik bedienen. Die optische Empfindlichkeit wurde gegenüber dem Vorgängermodell noch einmal signifikant gesteigert und die maximal messbare Geschwindigkeit liegt jetzt beim Model Sonic bei 2 m/s (Model Sonic), bei den beiden anderen Varianten bei 1 m/s. Zudem können jetzt neben den Schwinggeschwindigkeiten auch die Schwingwege und -beschleunigungen aus großer Distanz (bis 30 m) gemessen werden. Die Messdaten lassen sich über einen analogen Anschluss, digital über Ethernet oder auch kabellos per WLAN auf Laptop oder PC übertragen, um sie weiterzuverarbeiten. Dazu steht die Software VibSoft zum kostenlosen Download bereit; die Daten können aber auch mit anderen Tools analysiert werden.

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ut – und es gab keinen Ersatz mehr für die Schallisolierung.“