PSV-400-3D Scanning Vibrometer - all-electronics.de

PSV-400-3D ScanningVibrometerPOLYTEC SCANNINGVIBROMETERPSV-400 PolytecScanning VibrometerPSV-400-3DScanning VibrometerMSV-400 MicroscopeScanning VibrometerPMA-400 PlanarMotion AnalyzerMMA-400 MicroMotion AnalyzerSCHWINGUNGEN DREIDIMENSIONAL MESSENDas neue Polytec PSV-400-3D Scanning Laser Vibrometer ist das ideale Messsystemzur schnellen, berührungslosen und rückwirkungsfreien Erfassung 3-dimensionalerSchwingungsdaten komplexer Strukturen. Die Flexibilität des Systems sowie dieeinfache Bedienbarkeit und Geschwindigkeit des Verfahrens leisten einen signifikantenBeitrag zur Verkürzung der Produktentwicklungszeiten.Vorteile undLeistungsmerkmaleEinfache Bedienung und HandhabungKurze Setup-ZeitSchnelles, genaues, berührungsloses undrückwirkungsfreies 3D-MessverfahrenVollständige Erfassung der3-dimensionalen SchwingungsvektorenMessung auf einem vorgegebenenoder interaktiv definierten MessgitterSimultane Messung mit 3 linearunabhängigen MessköpfenHohe räumliche AuflösungEinfache Kalibration der Position der Messköpfeim Objekt-KoordinatensystemIntuitive Darstellung der MessergebnisseKlare Darstellung der Out-of-Plane undIn-Plane-SchwingungskomponentenEinsatzgebietIn der Produkt-Entwicklung hat sich dienumerische Berechnung und Vorhersage desSchwingungsverhaltens von Bauteilen undMaschinen fest etabliert und einen großenBeitrag zur Optimierung der Betriebssicherheitund Qualität von Produkten geleistet.Grundlage für die Verlässlichkeit der numerischenSimulationen bildet dabei der Abgleich desModells mit experimentell gewonnenen Daten,da Materialeigenschaften wie beispielsweiseSteifigkeit und Dämpfung eines realen Objektesnicht immer hinreichend genau bekannt sind.Seit einigen Jahren setzen sich zur Messwertaufnahmeoptische Vibrometer in weitenBereichen der Vibrationsmesstechnik durch.Diese bieten gegenüber den mechanischenBeschleunigungsaufnehmern einige bedeutendeVorteile, wie z. B. eine wesentlich höhere Bandbreitebei sehr hoher Auflösung (bis unter 1 pm)sowie Rückwirkungsfreiheit auf den zu untersuchendenKörper.GeschäftsbereichLasermesssystemeTel.+49 (0) 7243 6 04-178Tel.+49 (0) 7243 6 04-104Lm@polytec.deAdvancing Measurements by Lightwww.polytec.de

Die Vibrometrie ist ein berührungsloses Verfahrenund bringt daher keine zusätzlichen störendenMassen auf den Prüfkörper auf. Das von Polytecentwickelte PSV-400-3D bietet darüber hinauszum ersten Mal die Möglichkeit, ein Objektflächenhaft mit dem Laser-Doppler-Verfahrenzu vermessen, und dabei die Schwingung inallen drei Raumrichtungen zu bestimmen.Prinzip des PSV-400-3DPolytec’s PSV-400-3D basiert auf der Technologiedes bewährten PSV (Polytec Scanning Vibrometer).Durch die Verwendung dreier unabhängigerScanning-Vibrometer-Messköpfe und -Controllerwerden Schwinggeschwindigkeitsmessungen ausdrei unterschiedlichen Richtungen gleichzeitigfür den jeweiligen Messpunkt durchgeführt.Die Steuerung aller drei Sensoren erfolgtzentral über die PSV Mess- und Steuer-Software.Ein typischer Messablauf besteht aus denfolgenden Schritten:Freie Positionierung der Messköpfevor dem MessobjektEinlernen des Raum-KoordinatensystemsFestlegen der Messpunkte auf dem ObjektParametrierung der MesswerterfassungStarten des ScanvorgangsAuswertung und ggf. Export der DatenIm Folgenden wird exemplarisch eineMessung an einer Teststruktur (Bremsscheibe)beschrieben.Abbildung 1:Scanpunkte auf dem Testobjekt. SämtlichePunkte sind aus einer einzigen SensorpositionerreichbarMessdurchführungDefinition des KoordinatensystemsZur Positionierung der Laser auf den Objektkoordinatenmuss die Software die Positionund Orientierung der Messköpfe kennen.Zu diesem Zweck werden die drei Laserstrahlendes PSV-400-3D auf je vier bis sieben (bekannte)Punkte auf dem Messobjekt gerichtet und diedazu gehörigen Raumkoordinaten eingegeben.Die Software errechnet aus dieser Informationdie Position und Orientierung der Messköpfe.Festlegen der MesspunkteWie bei dem Standard (1D)-System PSV-400kann der Benutzer das Messgitter interaktiv aufeinem Live-Video-Bild des Testobjektes definieren.Alternativ erlaubt die Software nun, eine imUniversal-File-Format abgespeicherte Geometriezu importieren. Diese kann beispielsweise auseinem FEM-Programm stammen.Durchführung der MessungVor dem Scanvorgang muss das Prüfobjekt zuSchwingungen angeregt werden. Im vorliegendenBeispiel wurde dazu ein Hammer verwendet,der die Bremsscheibe periodisch anschlägt.Nach jedem Schlag werden die Schwingungendurch die drei Messköpfe simultan erfasst.In Verbindung mit dem Referenzsignal, dasdie Krafteinleitung wiedergibt, wird darausdie gesamte Frequenzübertragungsfunktionermittelt.Auswertung der MessdatenNach Abschluss der Messung können die Datenim Präsentationsmodus ausgewertet werden.Die gemessenen Schwingformen lassen sichinnerhalb der PSV-Software auf unterschiedlicheWeisen darstellen. Die Einzelkomponenten derSchwingungsvektoren lassen sich animiert in2-dimensionaler Falschfarbendarstellung (Abb.2), in 3D-Darstellung bzw. als Iso-Liniendarstellung(Abb. 3) visualisieren.Besonders ist jedoch die Möglichkeit hervorzuheben,die 3D-Schwingform als simultaneDarstellung der Messergebnisse in X-, Y- undZ-Richtung zu animieren (mit hinterlegtemDrahtgitter-Geometrie-Modell, Abb. 4).2

Abbildung 2:2D-Falschfarbendarstellungder 2063 Hz-Schwingform in Z-RichtungAbbildung 3:Isolinien-Darstellungder 2063 Hz-Schwingform in Z-RichtungPhasen- Gesamte 3D-Schwingung In-Plane VektoranteileWinkel0°90°180°Abbildung 4:Momentaufnahmen der Datenanimation bei unterschiedlichen Phasenwinkeln zeigen die3D-Darstellung der Schwingungsdaten, gemessen auf der Bremsscheibe bei 2063 Hz3

Datenauswertung undDatenexportZusätzliche Darstellungs- und Auswertungsmöglichkeitenergeben sich durch den Exportder Messdaten in eine Universal-File-Format-Datei zur weiteren Verarbeitung in externenSoftwarepaketen, wie beispielsweise ME Scope,LMS oder IDEAS.Nachdem die interessierenden Strukturen undSchwingungen bzw. Spektren ausgewählt undexportiert wurden, kann diese Datei von jederModalanalyse-Software, die die Spezifikationendes Universal-File-Formats unterstützt, importiertwerden.FAZITAufbauend auf der Verlässlichkeit des bewährten,1-dimensional messenden PSV-Systems,eröffnet Polytec’s neues PSV-400-3D völligneue Möglichkeiten für die Modal- undSchwingungsanalyse. Die Fähigkeit, währendeines einzigen Scans die 3-dimensionalenSchwingungsvektoren an der Oberflächeeines Messobjektes zu bestimmen, reduziertden Aufwand für eine 3-dimensionale Schwingungsmessungzur Modalanalyse signifikant.Der Geometrieimport vereinfacht die Messvorbereitungund bietet die Möglichkeit,auf Koordinaten zu messen, die aus einemFEM-Modell stammen.PSV-400-3D Technische DatenAllgemeine SpezifikationenFrequenzbereichGeschwindigkeitsbereichArbeitsabstandLaserwellenlängeLaserschutzklasseObjektgrößeMesspunktraster0 – 80 kHz0 – 10 m/s> 0,4 m633 nm, sichtbarer LaserstrahlAusgangsleistung pro Messkopf: 1 mW, Klasse IIVon 1mm 2 bis einige m 2Unterschiedliche, frei kombinierbare Scanraster und Koordinatensysteme(Polar-, Kartesisch und Hexagonal) mit jeweils bis zu 512 x 512 Messpunktenpro Scanvorgang4

PSV-400-3D Software3D-Alignment Die Laserstrahlen der Messköpfe werden auf 4 bis 7bekannte Punkte der Objektgeometrie ausgerichtetDas System bestimmt daraus die Messkopfpositionenim Koordinatensystem des MessobjektsMesspunktdefinitionMesskopfansteuerungControlleransteuerungMessdatenerfassungDatenqualitätZieldatenDarstellungDaten-ExportDaten-ImportZwei Verfahren:Manuelle, interaktive Definition im Live-Video-Bild mittels APS ProfessionalImport aus CAD- und FEM-Dateien mittels Universal-File-Format (UFF)Alle Scanner der 3 Messköpfe werden simultan angesteuertAlle 3 Vibrometer-Controller werden parallel angesteuertmit identischen EinstellungenSimultane Erfassung aller 4 Messkanäle(3 Schwingungssignale, 1 Referenzsignal)Möglichkeit zur digitalen Filterung und MittelungTriggerfähigkeiten analog zur aktuellen PSV-Software(extern, analog, Pre- und Posttrigger)Dynamische Bewertung der Messdatenqualität während der Erfassung;ggf. automatische Anpassung der Messparameter (Signal Enhancement)Schwingungskomponenten in kartesischen Koordinaten (X,Y,Z)im Koordinatensystem des MessobjektsAlternativ Erfassung der Rohsignale der einzelnen VibrometerMessgröße ist Geschwindigkeit; alternativ ist eine Anzeigeder daraus berechenbaren Größen „Weg“ und „Beschleunigung“ möglichMöglichkeit zur digitalen Filterung und MittelungAbspeicherung der Daten entweder als Spektrenoder optional als ZeitsignaleBerechnung der Übertragungsfunktionenzwischen Primärsignalen und ReferenzsignalPerspektivische Ansicht der 3D-Geometrie des Messobjekts(Ansicht „3D-Geometrie“): Drahtgittermodell beschreibt die Ruhelagedes Objektes, ein flächengefülltes 3D-Modell beschreibt die Bewegungdes Messobjekts als gemeinsame Darstellung aller 3 Schwingungskomponentenin der 3D-Geometrie „Ansicht”Darstellung der Schwingungsdaten als Auslenkung aus der Nulllageder Messpunkte und als Farbcode (dreidimensionaler Eindruck von derSchwingung des Messobjekts)Alternativ 2D- und 3D-Darstellung jeder einzelnenSchwingkomponente (X, Y, Z)Anzeige von einzelnen Spektren oder Zeitsignalen (Auswahl graphischin der 2D-Darstellung oder durch Eingabe des Messpunktindex in2D- und 3D-Darstellung)Windows ® Automation-Schnittstelle: Polytec FileAccess (erlaubt denZugriff auf fast alle Daten von Visual Basic ® oder C++ aus)Export von Geometriedaten, Spektren, Zeitsignalen und Schwingformenals UFF- und ASCII-Dateien (Excel Format) oder im ME'Scope-Format(optional)Animationen der 2D- und 3D-Modelle und von Profilen als AVI-DateienGeometriedaten aus UFF- oder ME'Scope-Dateien5

PSV-400-3D Hardware3 MessköpfePSV-I-4003 Vibrometer-ControllerOFV-5000Junction BoxPSV-E-400-3DVideokameraBestehend je aus:Präzisions-Scannereinheit (Scanfeld ± 20°)Vibrometer-Messkopf OFV-505 mit hoher StreulichtempfindlichkeitVideo(-Farb)kamera mit Autofokus(72-fach Zoom, 4-fach digital und 18-fach optisch)Arbeitsabstand > 0,4 mScanning Vibrometer Controller mit:5 Geschwindigkeitsbereichen (2, 10, 50, 100, 1000 in mm/s/V)Bandbreite 1,5 MHz; im 3D-Modusnutzbarer Frequenzbereich 0 - 80 kHzvier analoge Tiefpassfilter mit den Eckfrequenzen5 kHz, 20 kHz, 100 kHz oder 1,5 MHzRS-232 Schnittstelle zur Ansteuerung über dasData Management SystemSchnittstelle zwischen den PSV-I-400 Messköpfen, den Vibrometer-Controllern und dem Data Management System PSV PCEingänge für 4 Analogsignale, Trigger und Gateals BNC-Buchsen verfügbarAusgänge für den Signalgenerator als BNC-Buchsen verfügbarAuf der Messachse angebrachte Videokamera, baugleich mit Kamerain den MessköpfenÄnderung der technischen Spezifikationen vorbehalten. LM_DS_PSV-400-3D__2004_03_1000_DData ManagementSystemPSV-W-400-3DStativElektronik-Rack,rollbarKabelsatzIndustrie-PC (aktueller Stand der Technik) mit folgender Ausstattung:DVD-Recorder17” TFT-Farb-Display100 MB Ethernet-NetzwerkanschlussKommunikation mit den Vibrometer-Controllern über USB4-kanalige Datenerfassungskarte bis max. 80 kHz SchwingfrequenzBetriebssystem Windows ® 2000 oder Windows ® XP(wahlweise deutsch, englisch oder japanischAuf AnfrageAufnahme der Vibrometer-Controller, der Junction Boxund des Data Management SystemsVerbindung der Messköpfe, der Vibrometer-Controller,der Junction Box und des Data Management SystemsWindows ® und Visual Basic ® sind eingetragene Warenzeichen von Microsoft Corporation.LaserstrahlungNicht in den Strahl blickenLaser Klasse 2Kontakt·Beratung·ServiceTel. (0 72 43) 604-178/104Lm@polytec.dePolytec GmbHPolytec-Platz 1-776337 WaldbronnTel. + 49 (0) 7243 604-0Fax + 49 (0) 7243 69944info@polytec.dePolytec GmbHVertriebs- undBeratungsbüro BerlinSchwarzschildstraße 112489 BerlinTel. +49 (0) 30 6392-5140Fax +49 (0) 30 6392-5141Advancing Measurements by Lightwww.polytec.de