Ob Haushaltsgeräte, Motoren oder Pumpen – Laservibrometer sind überall dort ein wichtiges Testinstrument, wo die dynamischen und akustischen Eigenschaften eines Produktes im Vordergrund stehen. Der Vorteil des Industrie-Vibrometers: Es lässt sich in den Fertigungsprozess integrieren, ermöglicht kurze Taktzeiten und arbeitet berührungslos.

Wer sich auf dem Markt behaupten will, muss eine zuverlässige Produktqualität liefern. In vielen Bereichen sind deshalb 100-prozentige Endkontrollen obligatorisch. Die Anforderungen an die hierfür eingesetzte Prüftechnik steigen ständig, denn oft gleicht die Kontrolle einer Gratwanderung: Schließlich sollen fehlerhafte Produkte zuverlässig erkannt, gleichzeitig aber auch Pseudoausschuss genauso zuverlässig vermieden werden. Gute Voraussetzung für die dafür notwendigen Präzisionsmessungen im Fertigungsbereich bietet heute die vibroakustische Qualitätskontrolle mit speziellen Laservibrometern für die Industrie.

Sie können immer dann eingesetzt werden, wenn die dynamischen und akustischen Eigenschaften zu den wesentlichen Qualitätsmerkmalen der Produkte gehören. Das gilt für Haushaltsgeräte ebenso wie für Motoren, Wälzlager, Pumpen, medizinische Geräte oder Materialprüfungen (beispielsweise das Aushärtungsverhalten von Zement). Dabei vermeiden moderne Laservibrometer durch ihre Genauigkeit in der Fertigungskontrolle Pseudoausschuss sowie Fehlerfolgekosten und können bereits bei der Produktentwicklung helfen Gestaltung, Auslegung oder den Klang der Produkte zu optimieren.

Vorteile gegenüber anderen Messmethoden

Verglichen mit herkömmlichen Messmethoden hat die Laservibrometrie einen entscheidenden Vorteil: Aufwändige Schallisolierungen wie bei Mikrofonen sind unnötig. Das beschleunigt die Qualitätskontrolle, da die Prüflinge für den Test nicht in eine spezielle Prüfkabine gefahren werden müssen, was immer zulasten der Taktzeit geht. Auch gegenüber Beschleunigungssensoren kann die Laservibrometrie punkten. So sind keine mechanischen Verschleißteile enthalten, keine Zustelleinrichtungen erforderlich und der Arbeitsabstand ist variabel. Es kann an allen optisch erreichbaren Stellen berührungslos gemessen werden und es gibt keine Beeinflussung des Prüflings.

Das schnelle Messprinzip macht dabei sehr kurze Taktzeiten möglich. Die Messergebnisse sind exakt reproduzierbar. Da Laservibrometer zudem mit hoher Frequenzbandbreite arbeiten, sind sie flexibel einsetzbar. Sie können Materialeigenschaften, Fehler oder charakteristische Eigenschaften bei den unterschiedlichsten Prüflingen anhand des Geräuschs beziehungsweise des Schwingverhaltens bestimmen. Zudem hat sich das Messverfahren in vielen industriellen Anwendungen auch unter rauen Umgebungsbedingungen bewährt.

Flexibel bei unterschiedlich großen Bauteilen

Polytec hat Laservibrometer für die vibroakustische Qualitätskontrolle seit fast drei Jahrzehnten im Programm. Das Produktspektrum bietet Lösungen für viele schwingungstechnische Fragestellung in Forschung, Entwicklung, Produktion und Langzeitüberwachung – ob für Einpunkt- oder differentielle Messungen, für die Bestimmung von Rotations- oder In-Plane-Schwingungen, zur Visualisierung von Schwingungen an MEMS-Systemen oder zur vollständigen, flächenhaften Darstellung kompletter Strukturschwingungen.

Dabei bleibt die Entwicklung keineswegs stehen. So verbesserte Polytec die kompakten Laservibrometer noch einmal: Das neue Industrie-Vibrometer IVS-500 liefert zuverlässige Messergebnisse auf den meisten Oberflächen unabhängig von den Umgebungsbedingungen und kann sich unterschiedlichen Messaufgaben flexibel anpassen. Es arbeitet in Arbeitsdistanzen bis drei Metern. Eine integrierte Auto- und Remote-Fokus-Funktion sorgt auch bei variablem Abstand immer für hohe Signalqualität, zum Beispiel wenn auf unterschiedlich große Bauteile gemessen werden soll. Mehrere Gerätevarianten decken Messfrequenzen bis 100 kHz ab.

Software inklusive

Polytec hat die Prüfsoftware QuickCheck speziell für die vibroakustische Güteprüfung konzipiert. Sie erfasst die Messsignale des Laservibrometers und anderer Sensoren, zum Beispiel für die Drehzahlerfassung bei Motortests, wertet sie aus, steuert den Prüfablauf, kommuniziert mit dem Fertigungsleitsystem und bietet komfortable Konfigurations- und Auswertemöglichkeiten. Grenzwerte im Frequenz- und Zeitbereich lassen sich einfach konfigurieren. Die integrierte Triggerung auf Prüfling und Prüftyp vereinfacht die Prozessintegration. Hinzu kommen eine Wertedatenbank mit Statistikfunktion und Exportschnittstelle sowie Bediensicherheit durch gestaffelte Benutzerrechte. Das hilft dabei, die Produktqualität nachhaltig zu sichern, Pseudoausschussraten zu verringern und damit die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses zu steigern.

So funktioniert's: Der Laser-Doppler-Effekt

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 Doppler-Effekt bezeichnet. Auch aus dem Alltag kennt man den nach dem österreichischen Mathematiker und Physiker Christian Doppler 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 entfernt.

In dieser Frequenzverschiebung ist die Geschwindigkeitsinformation kodiert. Sie wird in der Laser-Doppler-Vibrometrie als Messsignal genutzt. Ein Präzisionsinterferometer und eine digitale Dekodierungselektronik wandeln diese Frequenzverschiebung in ein der Schwinggeschwindigkeit proportionales Spannungssignal um, das von allen herkömmlichen Datenerfassungssystemen verarbeitet werden kann. Die Geschwindigkeitsinformation ist unabhängig von der Lichtintensität. Somit eignet sich dieses Messprinzip auch für Messobjekte, die einen sehr geringen Reflexionsgrad haben.