Laser-Scanning-Vibrometrie
Die Laser-Scanning-Vibrometrie ist ein schnelles, bildgebendes Verfahren zur berührungslosen Messung von Schwingungen, beispielsweise im Fahrzeug-, Flugzeug- und Maschinenbau, in der Mikrosystem- und Datentechnik sowie in der Qualitäts- und Produktionskontrolle. Die Optimierung von Schwingverhalten und Akustik (z. B. Betriebsschwingungsanalyse) ist in vielen dieser Bereiche zu einem wichtigen Ziel der Produktentwicklung geworden, da die dynamischen und akustischen Eigenschaften von Produkten zu den wesentlichen Qualitätsmerkmalen zählen.
Das Funktionsprinzip basiert auf der Laser-Doppler-Vibrometrie: Aus dem von einer schwingenden Struktur zurückgestreuten Laserlicht werden Schwinggeschwindigkeit und Schwingweg bestimmt. Bei einem Scanning-Vibrometer ist das Laser-Doppler-Vibrometer mit einer Scanner-Spiegel-Einheit und einer Videokamera in einem Messkopf integriert. Während der Messung wird der Laserstrahl über die Oberfläche des Messobjekts gescannt und liefert mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung sequentiell eine Reihe von Einzelpunktmessungen. Aus diesen sequentiell gemessenen Schwingungsdaten lassen sich entweder im Zeitbereich der simultane Bewegungsablauf der Struktur, oder aus der Analyse im Frequenzbereich die Betriebsschwingformen in interessierenden Frequenzbändern bestimmen und visualisieren. Im Gegensatz zu taktilen Messverfahren wird hier die zu untersuchende Schwingung durch den Messprozess nicht beeinflusst. Die mit heutigen Vibrometern zugänglichen Messbereiche decken das gesamte Gebiet technisch relevanter Schwingungen vollständig ab. So lassen sich mit der Vibrometrie einerseits Bewegungen von Mikrostrukturen mit Schwingwegen von wenigen pm bei Frequenzen bis zu 30 MHz (und damit v = 0,1 m/s) analysieren, andererseits aber auch schnell ablaufende Prozesse in Formel-1 Motoren mit Schwinggeschwindigkeiten bis zu 30 m/s.
Ein 3D-Scanning-Vibrometer kombiniert drei Messköpfe, die die Schwingbewegung aus unterschiedlichen Raumrichtungen erfassen, und damit den 3D-Schwingungsvektor vollständig bestimmen. In der 3D-Darstellung der Schwingungsdaten lassen sich die Schwingungen des Messobjekts räumlich oder individuell in x-, y- und z-Richtung beobachten und dabei auch In-Plane- und Out-of-Plane-Vektorkomponenten klar voneinander unterscheiden.
Automatisierte Laser-Scanning-Vibrometrie
Durch die Montage der drei Laser-Doppler-Vibrometer an einem schienengelagerten Roboterarm kann der Automatisierungsgrad der Schwingungsanalyse weiter erhöht werden. Nach entsprechender Vorbereitung erfolgt die Analyse des Messobjekts vollautomatisch, ohne dass sie gesteuert oder beaufsichtigt werden muss.