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Bild: iStock, Ljupco

Laservibrometer für die Qualitätskontrolle Neuer Schwung für die Schwingungsmessung

11.10.2017

Sehr präzise vibroakustische Qualitätskontrollen bei möglichst geringen Pseudoausschussraten sind ein häufiger Wunsch. Eine neue Generation von Laservibrometern, die sich direkt in den Fertigungsprozess integrieren lassen, könnte diesen Wunsch wahr werden lassen.

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Wer sich auf dem Markt behaupten will, muss zuverlässig eine hohe Produktqualität gewährleisten. In vielen Industriezweigen sind deshalb einhundertprozentige Endkontrollen obligatorisch, um die Produkteigenschaften zu überprüfen und eventuelle Fehler aufzuspüren. Die Kontrolle gleicht oft einer Gratwanderung, schließlich sollen fehlerhafte Produkte zuverlässig erkannt, gleichzeitig aber Pseudoausschuss genauso zuverlässig vermieden werden. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die hierfür eingesetzte Prüftechnik. Moderne vibroakustische Qualitätskontrollen mit speziellen Laservibrometern, die sich direkt in den Fertigungsprozess integrieren lassen, bieten sehr gute Voraussetzungen für die dafür notwendigen Präzisionsmessungen.

Prinzip des Laser-Doppler-Effekts

Laservibrometer stellen wichtige Testinstrumente dar, wenn dynamische und akustische Eigenschaften zu den wesentlichen Qualitätsmerkmalen eines Produkts gehören, zum Beispiel bei Motoren, Wälzlagern oder medizinischen Geräten. Das Verfahren basiert auf der Laser-Doppler-Vibrometrie. Wird ein Lichtstrahl von einem bewegten Objekt reflektiert, so ändert sich die Frequenz des Lichts proportional zu seiner Geschwindigkeit. Dieser Effekt wird als Dopplereffekt bezeichnet. Auch aus dem Alltag kennt man den nach dem österreichischen Mathematiker und Physiker Christian Doppler benannten Effekt, zum Beispiel im Straßenverkehr, wenn ein sich näherndes Feuerwehrauto Töne mit höherer Frequenz von sich gibt, während eine tiefere Frequenz wahrgenommen wird, wenn sich das Fahrzeug vom Beo-
bachter entfernt.

Diese Frequenzverschiebung, in der Informationen über die Geschwindigkeit kodiert sind, wird in der Laser-Doppler-Vibrometrie als Messsignal verwendet. Ein Präzisionsinterferometer und eine digitale Dekodierungselektronik verwandeln die Frequenzverschiebung in ein der Schwingungsgeschwindigkeit proportionales Spannungssignal, das von allen herkömmlichen Datenerfassungssystemen verarbeitet werden kann. Da die Geschwindigkeitsinformation unabhängig von der Lichtintensität ist, eignet sich dieses Messprinzip auch für Messobjekte mit einem sehr geringen Reflexionsgrad.

Verglichen mit herkömmlichen Messmethoden ergeben sich gleich mehrere Vorteile. So sind zum Beispiel aufwändige Schall-
isolierungen wie bei Mikrofonen unnötig. Dadurch wird die Qualitätskontrolle beschleunigt, da die Prüflinge für den Test nicht erst in eine spezielle Prüfkabine gefahren werden müssen. Auch gegenüber Beschleunigungssensoren kann die Laservibrometrie punkten. Weder sind mechanische Verschleißteile enthalten, noch sind aufwändige Zustelleinrichtungen erforderlich. Zudem ist der Arbeitsabstand variabel. An allen optisch erreichbaren Stellen kann berührungslos gemessen werden, ohne den Prüfling zu beeinflussen. Dabei ermöglicht das schnelle Messprinzip ex-
trem kurze Taktzeiten. Auch sind die Messergebnisse exakt reproduzierbar.

Fehler erkennen durch Schwingverhalten

Da Laservibrometer mit einer hohen Frequenzbandbreite arbeiten, sind sie universell und flexibel einsetzbar. Anhand des Geräuschs beziehungsweise des Schwingverhaltens können sie Materialeigenschaften, Fehler oder charakteristische Merkmale bei den unterschiedlichsten Prüflingen bestimmen. Das Messverfahren hat sich in vielen industriellen Anwendungen selbst unter rauen Umgebungsbedingungen bewährt.

Das Unternehmen Polytec hat Laservibrometer für die vibroakustische Qualitätskontrolle bereits seit fast drei Jahrzehnten im Programm. Polytec hat seine kompakten Laservibrometer jetzt noch einmal verbessert. Das neue Industrie-Vibrometer IVS-500 liefert zuverlässige Messergebnisse auf praktisch allen Oberflächen, unabhängig von den Umgebungsbedingungen. Es arbeitet in Distanzen bis zu 3 Metern und kann sich unterschiedlichsten Messaufgaben flexibel anpassen. Eine integrierte Auto- und Remote-Fokus-Funktion sorgt auch bei variablem Abstand für eine stets hohe Signalqualität, zum Beispiel wenn auf verschieden großen Bauteilen gemessen wird.

Prüfsoftware ergänzt Vibrometer

Gemeinsam mit der vielseitigen Prüfsoftware Quickcheck von Polytec lässt sich das Laservibrometer problemlos in sehr unterschiedliche Automatisierungsumgebungen integrieren. Die Prüfsoftware ist speziell für die vibroakustische Güteprüfung mit Hilfe von Laservibrometern konzipiert. Sie erfasst die Messsignale des Laservibrometers und anderer Sensoren, beispielsweise für die Drehzahlerfassung bei Motortests, wertet alle Signale aus, steuert den Prüfablauf, kommuniziert mit dem Fertigungsleitsystem und bietet komfortable Einstellungs- sowie Auswertemöglichkeiten. Grenzwerte im Frequenz- und Zeitbereich lassen sich einfach konfigurieren. Die integrierte Triggerung auf Prüfling und Prüfungsart vereinfacht die Prozessintegration. Hinzu kommen eine Wertedatenbank mit Statistikfunktion und Exportschnittstelle sowie eine erhöhte Bediensicherheit dank gestaffelter Benutzerrechte. All diese Eigenschaften tragen dazu bei, die Produktqualität nachhaltig zu sichern, Pseudoausschussraten zu verringern und damit die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses zu verbessern.

Bildergalerie

  • Das Messprinzip eines Laservibrometers beruht auf dem Dopplereffekt, also der Tatsache, dass die Frequenz eines Laserstrahls durch Bewegungen des reflektierenden Objekts moduliert wird.

    Bild: Polytec

  • Die speziell für die akustische Güteprüfung konzipierte Prüfsoftware Quickcheck erfasst und verarbeitet alle Messsignale, steuert den Ablauf der Prüfung und kommuniziert mit dem Fertigungsleitsystem.

    Bild: Polytec

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