Schwingungsmessung an einer Bremsscheibe mittels 3D-Scan.

3D-Laser-Vibrometer für Schwingungsmessungen in x, y und z.

3D-Scanning: Räumliche Schwingungsformen über definierte Messflächen erfassen.
3D-Single-Point: x, y und z kontinuierlich an einem festen Messpunkt messen.
Berührungslos messen: Keine zusätzliche Sensor- oder Kabelmasse am Messpunkt.
FEM-Modelle validieren: Richtungsbezogene Messdaten mit dem Simulationsmodell vergleichen.

Zwei Verfahren für die 3D-Schwingungsmessung

Beim 3D-Scanning wird eine definierte Bauteiloberfläche Punkt für Punkt vermessen. An jedem Messpunkt erfasst das System gleichzeitig den zeitlichen Verlauf von x, y und z. Daraus lassen sich das Frequenzspektrum und die räumliche Schwingungsform der Oberfläche bestimmen.

Beim 3D-Single-Point bleiben die drei Messrichtungen während des gesamten Vorgangs auf denselben Punkt ausgerichtet. Die Hardware berechnet x, y und z kontinuierlich. Dadurch wird der gesamte Bewegungsverlauf an diesem Punkt erfasst, auch bei einmaligen oder nicht wiederholbaren Vorgängen.

3D-Scanning für räumliche Schwingungsformen

Drei synchronisierte Scanning-Vibrometer messen jeden definierten Oberflächenpunkt gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen. SMART Lab berechnet daraus x, y und z und steuert anschließend den nächsten Messpunkt an. So lassen sich Biege- und Torsionsanteile sowie In-plane- und Out-of-plane-Bewegungen räumlich zuordnen und mit Simulationsdaten vergleichen.

Typische Aufgaben:

Betriebsschwingungsanalyse (ODS) und NVH: Räumliche Schwingungsformen, lokale Schwingungsmaxima sowie gekoppelte Biege-, Torsions-, In-plane- und Out-of-plane-Anteile untersuchen.
Experimentelle Modalanalyse (EMA): Eigenfrequenzen, Dämpfung und dreidimensionale Eigenformen auf Basis einer gemessenen Anregung bestimmen.
FEM-Korrelation, Modellvalidierung und Model Updating: Mess- und Simulationsdaten im gleichen Koordinatensystem und an korrespondierenden Knoten vergleichen. Die Messdaten können anschließend zur Anpassung von Materialparametern, Verbindungen, Lagerungen und Randbedingungen verwendet werden.
Maßnahmen bewerten: Die Wirkung von Geometrieänderungen, Dämpfungsmaßnahmen oder veränderten Randbedingungen durch Vergleichsmessungen überprüfen.

Voraussetzung: Die Schwingung muss während des Scans stationär oder reproduzierbar sein. Ein Referenzsignal verbindet die nacheinander gemessenen Punkte phasenrichtig.

Fasergekoppeltes 3D-Einpunkt-Laservibrometer.

3D-Single-Point für kontinuierliche 3D-Messungen

Drei Laser bleiben während der gesamten Messung auf denselben Punkt ausgerichtet. Jede Messrichtung erfasst den Bewegungsanteil entlang ihrer Laserachse. Die Hardware transformiert die drei Messsignale kontinuierlich in x, y und z und stellt die Komponenten synchron an den digitalen und analogen Ausgängen bereit.

Typische Aufgaben:

Transiente und nicht wiederholbare Vorgänge: Den vollständigen dreidimensionalen Bewegungsverlauf bei Stoß-, Schalt-, Anlauf- oder Abklingvorgängen erfassen.
Prozessüberwachung: Bewegungsrichtungen bei Bearbeitungsprozessen untersuchen, beispielsweise zur Analyse von Ratterschwingungen oder instabilen Prozesszuständen.
Kleine und leichte Bauteile: MEMS, Leiterplatten, elektronische Komponenten und dünnwandige Strukturen messen, bei denen ein Triax-Aufnehmer das Ergebnis durch seine Masse beeinflussen würde.
Sensor- und Aktuatorprüfung: Die dreiachsige Bewegung kleiner Sensoren, Beschleunigungsaufnehmer, Aktuatoren oder Transducer berührungslos untersuchen.
Heiße oder empfindliche Oberflächen: Dreiachsig messen, wenn eine Sensormontage wegen Temperatur, Materialeigenschaften oder Oberflächenempfindlichkeit ungeeignet ist.

Voraussetzung: Alle drei Laser benötigen eine freie Sichtlinie zum Messpunkt.

Abgrenzung: Das Verfahren liefert den vollständigen Bewegungsverlauf an einem Punkt, aber keine flächenhafte Schwingungsform.

Was ist ein 3D-Laser-Vibrometer?

Ein 3D-Laser-Vibrometer ist ein optisches Messsystem für die berührungslose Erfassung dreidimensionaler Schwingungen an Bauteiloberflächen. Je nach Verfahren untersucht es einen festen Messpunkt oder viele Punkte einer definierten Oberfläche.

An jeder untersuchten Stelle treffen drei Laserstrahlen aus unterschiedlichen Messrichtungen auf denselben Oberflächenpunkt. Jeder Laser erfasst den Bewegungsanteil entlang seiner Strahlachse. Die drei Messwerte liegen zunächst in den Strahlkoordinaten u, v und w vor. Aus der kalibrierten Messgeometrie werden anschließend die Komponenten x, y und z in einem festgelegten kartesischen Koordinatensystem bestimmt.

Beim 3D-Single-Point führt die Gerätehardware diese Transformation kontinuierlich aus. Beim 3D-Scanning berechnet SMART Lab anschließend x, y und z für jeden erfassten Oberflächenpunkt und setzt die Ergebnisse zu einer räumlich aufgelösten Schwingungsform zusammen.

Schwingungsmessung mit mehreren Lasern an einer Bremsscheibe.

Messrichtungen und Koordinaten

Strahlkoordinaten u, v und w: Die direkt gemessenen Bewegungskomponenten entlang der drei Laserachsen.
Kartesische Komponenten x, y und z: Die aus u, v und w berechneten Komponenten im festgelegten Koordinatensystem.
In-plane-Komponenten: Die beiden Bewegungskomponenten parallel beziehungsweise tangential zur lokalen Bauteiloberfläche.
Out-of-plane-Komponente: Die Bewegungskomponente normal zur lokalen Bauteiloberfläche.
3D-Schwingungsvektor: Die Zusammenfassung von x, y und z. Er beschreibt Betrag und Richtung der Bewegung an einer untersuchten Stelle.

Was misst ein 1D-Laser-Vibrometer?

Ein 1D-Laser-Vibrometer misst die Schwinggeschwindigkeit beziehungsweise Verschiebung entlang seiner Laserachse. Es erfasst damit eine Bewegungskomponente, aber nicht die vollständige Bewegungsrichtung in x, y und z.

Ein 1D-Scanning-Vibrometer wiederholt diese Messung automatisch an vielen Punkten einer Oberfläche. Dadurch entsteht ein räumlich dichtes Messnetz, an jedem Punkt wird jedoch weiterhin nur eine Richtungskomponente erfasst.

Wann genügt eine 1D-Schwingungsmessung?

Eine 1D-Messung eignet sich, wenn die relevante Bewegung überwiegend in einer bekannten Richtung verläuft. Ein typisches Beispiel ist die Schwingungsanalyse dünner Karosseriebleche. Deren Biegeschwingungen verlaufen häufig hauptsächlich senkrecht zur lokalen Oberfläche, also Out-of-plane. Wird das Blech annähernd senkrecht zum Laserstrahl anvisiert, erfasst ein 1D-Scanning-Vibrometer den maßgeblichen Bewegungsanteil an vielen Punkten und stellt seine räumliche Verteilung dar.

Sollen zusätzlich tangentiale Bewegungen, gekoppelte Biege- und Torsionsanteile oder die vollständige Bewegung in x, y und z untersucht werden, ist eine 3D-Messung sinnvoll.

Warum der Messwinkel wichtig ist

Trifft der Laserstrahl senkrecht auf eine ebene Oberfläche, erfasst er ausschließlich den Bewegungsanteil normal zur Oberfläche, also Out-of-plane. Wird die Oberfläche schräg anvisiert, gehen Anteile der Out-of-plane- und der In-plane-Bewegung in dasselbe Messsignal ein. Ein einzelner Laser kann diese Anteile nicht voneinander trennen.

Bei gekrümmten Oberflächen verändert sich der Messwinkel von Punkt zu Punkt. Deshalb werden mehrere Messrichtungen benötigt, wenn die Bewegung eindeutig in x, y und z getrennt werden soll.

Schwingungsmessung an einem Motor mit SMART 3D Fiber.

So werden x, y und z bestimmt

Für die 3D-Messung erfassen drei Laser denselben Oberflächenpunkt gleichzeitig aus unterschiedlichen Messrichtungen. Da die räumliche Ausrichtung der Laser bekannt und kalibriert ist, lassen sich die drei Messsignale in die Komponenten x, y und z transformieren.

Dadurch können beispielsweise In-plane- und Out-of-plane-Bewegungen oder radiale, tangentiale und axiale Schwingungsanteile getrennt ausgewertet werden. Beim 3D-Scanning wird diese Messung automatisch an allen definierten Punkten der Oberfläche wiederholt.

1D und 3D im Überblick

1D-Single-Point: Eine Richtungskomponente an einem festen Messpunkt.
1D-Scanning: Eine Richtungskomponente an vielen nacheinander gemessenen Punkten.
3D-Single-Point: x, y und z gleichzeitig und kontinuierlich an einem festen Messpunkt.
3D-Scanning: x, y und z gleichzeitig an jedem Messpunkt; die Oberfläche wird Punkt für Punkt erfasst.
Entscheidend: Mehr Messpunkte erhöhen die räumliche Auflösung. Erst zusätzliche Messrichtungen ermöglichen die Trennung in x, y und z.

Wann ist eine 3D-Schwingungsmessung sinnvoll?

Eine 3D-Schwingungsmessung ist sinnvoll, wenn Bewegungen in mehreren Richtungen auftreten und diese Anteile getrennt ausgewertet werden sollen. Das betrifft insbesondere gekrümmte Oberflächen, gekoppelte Biege- und Torsionsschwingungen sowie den richtungsbezogenen Vergleich mit FEM-Daten.

Beispiel Bremsscheibe: In-plane und Out-of-plane getrennt auswerten

Eine Bremsscheibe kann sich sowohl normal zur Oberfläche als auch radial und tangential in der Scheibenebene bewegen. Ein 1D-Laser-Vibrometer erfasst nur den Bewegungsanteil entlang seiner Laserachse. Es kann nicht zeigen, wie sich die Bewegung auf diese Richtungen verteilt.

Die 3D-Messung bestimmt die Komponenten x, y und z getrennt. Dadurch lässt sich erkennen, ob eine Schwingungsform überwiegend durch In-plane-, Out-of-plane- oder gekoppelte Bewegungen geprägt ist.

Die beiden Videos zeigen dieselbe gemessene Schwingungsform einer Bremsscheibe bei 5,984 kHz: links die In-plane-Anteile, rechts die Out-of-plane-Anteile. Die getrennte Darstellung erleichtert den komponentenweisen Vergleich mit der Simulation und die Bewertung konstruktiver oder dämpfender Maßnahmen.

Gekrümmte Oberflächen und räumliche Bauteile

Bei gekrümmten Oberflächen ändert sich die lokale Oberflächennormale von Punkt zu Punkt. Ein einzelner Laser erfasst deshalb an verschiedenen Stellen unterschiedliche Richtungsanteile der Bewegung.

Eine 3D-Messung trennt die Bewegung an jedem Punkt in x, y und z im gewählten Koordinatensystem. Dadurch lassen sich die Richtungsanteile beispielsweise an Turbinenschaufeln, Gehäusen, Bremsscheiben oder tiefgezogenen Blechen miteinander vergleichen.

Gekoppelte Biege- und Torsionsschwingungen

Bei gekoppelten Biege- und Torsionsschwingungen bewegt sich die Oberfläche gleichzeitig in mehreren Richtungen. Eine 1D-Messung zeigt den Bewegungsanteil entlang des Laserstrahls, aber nicht, wie sich die gesamte Bewegung auf die einzelnen Richtungen verteilt.

Die 3D-Messung stellt beispielsweise axiale, radiale und tangentiale Anteile oder die Komponenten x, y und z getrennt dar.

FEM-Korrelation und Model Updating

Ein FEM-Modell liefert an jedem Knoten gerichtete Verschiebungen. Für einen belastbaren Vergleich müssen Mess- und Simulationsdaten an korrespondierenden Punkten und in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen.

Die 3D-Messdaten ermöglichen den komponentenweisen Vergleich und können als Grundlage für das Model Updating von Materialparametern, Verbindungen, Lagerungen und Randbedingungen verwendet werden.

Konstruktive Maßnahmen gezielt bewerten

Eine Vergleichsmessung vor und nach einer Änderung zeigt, welche Richtungsanteile und Schwingungsformen sich verändert haben. So lässt sich prüfen, ob eine Geometrieänderung, eine Dämpfungsmaßnahme oder eine veränderte Lagerung den beabsichtigten Effekt hat.

Die Messergebnisse können anschließend mit den Vorhersagen des FEM-Modells verglichen werden.

Optomet-Systeme für die 3D-Schwingungsmessung

Optomet setzt beide Messverfahren mit Systemen der SMART-Serie um. SMART 3D-Scan erfasst x, y und z über eine definierte Bauteiloberfläche. SMART 3D-Fiber misst die drei Komponenten kontinuierlich an einem festen Punkt. Beide Systeme arbeiten berührungslos und lassen sich in SMART Lab oder bestehende Messketten integrieren.

SMART 3D-Scan: räumliche Schwingungsformen automatisch erfassen

SMART 3D-Scan kombiniert drei synchronisierte SMART Scan+ Vibrometer. An jedem definierten Messpunkt erfassen alle drei Geräte denselben Oberflächenpunkt gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen. SMART Lab berechnet daraus x, y und z und steuert anschließend den nächsten Messpunkt an. So wird die gesamte definierte Messfläche automatisch erfasst.

Ergebnis: Räumlich aufgelöste Schwingungsformen mit getrennten x-, y- und z-Komponenten. Mit einer gemessenen Anregung können auch dreidimensionale Eigenformen aus einer experimentellen Modalanalyse bestimmt werden.
Durchgängiger Workflow: CAD- oder FEM-Modell importieren, Messpunkte festlegen, System kalibrieren, Scan starten und Ergebnisse auswerten – alle Schritte bleiben in einem SMART-Lab-Projekt.
Modularer Aufbau: Jedes SMART Scan+ kann auch unabhängig als vollständiges 1D-Scanning-Vibrometer eingesetzt werden. Bestehende Systeme lassen sich zu 3D oder zu größeren synchronisierten Messaufbauten erweitern.
Typische Aufgaben: Betriebsschwingungsanalyse, experimentelle Modalanalyse, NVH, FEM-Korrelation, Modellvalidierung und Model Updating.

SMART 3D-Scan ansehen | Datenblatt SMART 3D-Scan (PDF)

Produktkachel für Optomet SMART 3D-Scan Laservibrometer.

SMART 3D-Fiber: x, y und z kontinuierlich an einem Punkt messen

Beim SMART 3D-Fiber bleiben drei Laserstrahlen während der gesamten Messung auf denselben Oberflächenpunkt ausgerichtet. Die Gerätehardware transformiert die drei Messsignale kontinuierlich in x, y und z und stellt die Komponenten synchron an den digitalen und analogen Ausgängen bereit. Dadurch wird der vollständige dreidimensionale Bewegungsverlauf an diesem Punkt erfasst.

Zeitverhalten: Geeignet für kontinuierliche, schnell wechselnde, einmalige und nicht wiederholbare Vorgänge.
Typische Aufgaben: Prozessüberwachung, Untersuchung kleiner und leichter Bauteile, Leiterplatten- und Elektroniktests sowie die Prüfung von Sensoren, Aktuatoren und Transducern.
Integration: Nutzung mit SMART Lab oder Ausgabe der synchronen x-, y- und z-Signale an ein externes Datenerfassungssystem.
Ausrichtung: Eine integrierte Kamera unterstützt dabei, die drei Laser auf denselben Punkt auszurichten. Alle drei Laser benötigen eine freie Sichtlinie zur Messstelle.

SMART 3D-Fiber ansehen | Datenblatt SMART 3D-Fiber (PDF)

Typische Anwendungen der 3D-Schwingungsmessung

3D-Scanning eignet sich, wenn die Bewegung über eine Bauteiloberfläche räumlich aufgelöst werden soll. 3D-Single-Point wird eingesetzt, wenn x, y und z an einem festen Messpunkt während eines gesamten Vorgangs kontinuierlich erfasst werden sollen. Die folgenden Beispiele zeigen typische Messaufgaben für beide Verfahren.

FEM-Validierung an Turbinenschaufeln und Blisks

Passendes Verfahren: 3D-Scanning

Turbinenschaufeln und Blisks besitzen gekrümmte Oberflächen und zeigen häufig gekoppelte Biege- und Torsionsschwingungen. Ein 3D-Scan bestimmt x, y und z an vielen definierten Oberflächenpunkten und kann diese den Knoten eines FEM-Modells zuordnen.

Bei einer experimentellen Modalanalyse mit gemessener Anregung lassen sich Eigenfrequenzen, Dämpfung und dreidimensionale Eigenformen komponentenweise mit der Simulation vergleichen. Die Messdaten können anschließend als Grundlage für die Validierung und das Model Updating dienen.

NVH und Bremsgeräusche untersuchen

Passendes Verfahren: 3D-Scanning

Bremsscheiben, Gehäuse und Fahrzeugkomponenten können sich bei derselben Frequenz gleichzeitig radial, tangential und normal zur Oberfläche bewegen. Ein 3D-Scan trennt diese Richtungsanteile und zeigt ihre räumliche Verteilung über das Bauteil.

Dadurch lassen sich relevante Schwingungsformen komponentenweise mit einem FEM-Modell vergleichen. Vergleichsmessungen zeigen anschließend, wie sich Geometrieänderungen, Lagerungen oder Dämpfungsmaßnahmen auf die einzelnen Bewegungsrichtungen auswirken.

Leichte Bauteile sowie Sensoren und Aktuatoren prüfen

Bei dünnwandigen Gehäusen, Leiterplatten, leichten Verbundbauteilen oder kleinen Präzisionsmechaniken kann ein Triax-Beschleunigungsaufnehmer das Messergebnis durch seine Masse und die angeschlossenen Kabel beeinflussen. Je nach Bauteil können sich dadurch Eigenfrequenzen, Dämpfung und Schwingungsamplituden verändern.

3D-Single-Point erfasst x, y und z kontinuierlich an einem festen Punkt, ohne das Bauteil durch einen Sensor zu belasten. Das Verfahren eignet sich außerdem für die Prüfung von Beschleunigungsaufnehmern, Piezoaktuatoren und Transducern, wenn neben der vorgesehenen Hauptbewegung auch Querbewegungen und Kopplungen untersucht werden sollen.

Prozessüberwachung und transiente Vorgänge

Passendes Verfahren: 3D-Single-Point

Bei Bearbeitungs-, Anlauf-, Schalt-, Stoß- oder Abklingvorgängen kann sich die Bewegung innerhalb kurzer Zeit verändern. Manche Ereignisse lassen sich nicht zuverlässig wiederholen.

Beim 3D-Single-Point bleiben alle drei Laser auf denselben Messpunkt ausgerichtet. Dadurch werden x, y und z während des gesamten Vorgangs gleichzeitig und kontinuierlich erfasst. So lassen sich beispielsweise Richtungsänderungen, Ratterschwingungen und instabile Prozesszustände untersuchen.

3D-Scanning mit SMART Lab

SMART Lab verbindet Messplanung, Geräteeinrichtung, Messung und Auswertung in einem Projekt. Die Messung kann vorab auf einem CAD- oder FEM-Modell vorbereitet werden. Im Labor wird das Projekt geladen, der Aufbau automatisch eingemessen und der Scan gestartet. Erste Ergebnisse sind bereits während der Messung sichtbar. Eine erneute Eingabe der Messpunkte oder ein Wechsel zwischen verschiedenen Programmen ist nicht erforderlich.

Workflow für 3D-Scanning, Schritt 4: Messpunkte.

1. Messpunkte festlegen

Eine CAD- oder FEM-Geometrie wird als STL-, OBJ- oder NASTRAN-Datei in SMART Lab importiert. Die Messpunkte lassen sich direkt auf der Oberfläche oder auf ausgewählten FEM-Knoten festlegen.

Das Projekt kann offline vorbereitet werden, beispielsweise durch den Berechnungsingenieur, und anschließend unverändert im Labor verwendet werden.

Workflow für 3D-Scanning, Schritt 3: Laserkalibrierung.

2. System automatisch einmessen

Im Labor werden die drei Vibrometer auf die Messfläche ausgerichtet. SMART Lab gleicht die Kamerabilder mit dem Modell ab, bestimmt die Lage der Geräte und kalibriert die drei Messrichtungen automatisch.

Bei einem typischen Aufbau dauert das Ausrichten weniger als eine Minute pro Gerät. Die automatische Kalibrierung benötigt etwa ein bis zwei Minuten und zeigt unmittelbar, ob die erreichte Qualität für die Messung ausreicht.

Workflow für 3D-Scanning, Schritt 6: Analyse.

3. Scan starten und Ergebnisse auswerten

Nach dem Start misst das System die festgelegten Punkte automatisch. Signalqualität und Zwischenergebnisse sind bereits während des Scans sichtbar. Dadurch können Messaufbau und Einstellungen frühzeitig überprüft werden.

SMART Lab berechnet aus den drei Messrichtungen die Komponenten x, y und z. Die Software stellt Zeitdaten, Spektren und Betriebsschwingformen dar. Bei einer Messung mit erfasster Anregung können zusätzlich FRFs und dreidimensionale Eigenformen ausgewertet werden. Messdaten lassen sich unter anderem als MATLAB-, UFF-, ATFX- oder HDF5-Datei exportieren, Animationen als MP4.

3D-Single-Point mit SMART 3D-Fiber

Für die Messung wird der 3D-Faserkopf auf einen festen Messpunkt ausgerichtet. Anschließend berechnet die Gerätehardware kontinuierlich die Komponenten x, y und z. Alle drei Komponenten werden gleichzeitig erfasst, sodass ihre Zeit- und Phasenbeziehungen vollständig erhalten bleiben. Das eignet sich insbesondere für transiente, schnell wechselnde oder nicht wiederholbare Vorgänge.

Schritt 1: Verbindung herstellen

Der 3D-Faserkopf wird so positioniert, dass alle drei Laser denselben Oberflächenpunkt treffen. Die integrierte Kamera zeigt die Laserpositionen und unterstützt die genaue Ausrichtung.

Für die Messung benötigen alle drei Laser eine freie Sichtlinie und ein ausreichendes optisches Rückstreusignal. Der Messkopf bleibt anschließend während des gesamten Vorgangs auf diesen Punkt ausgerichtet.

2. Messung starten und x, y und z ausgeben

Nach der Konfiguration der Messparameter wird die Messung gestartet. Die Gerätehardware transformiert die drei Signale aus den Strahlrichtungen u, v und w kontinuierlich in x, y und z.

Die synchronen Zeitverläufe stehen in SMART Lab sowie an den digitalen und analogen Ausgängen zur Verfügung. Dadurch lassen sie sich auch in externe DAQ-Systeme, Prüfstände oder Prozessüberwachungen integrieren. Eine zusätzliche Anregung wird nur benötigt, wenn sie für die jeweilige Messaufgabe erforderlich ist.

Welche Messmethode passt zu Ihrer Aufgabe? Ein Optomet-Applikationsingenieur prüft Ihre Messaufgabe kostenlos und empfiehlt das geeignete Verfahren sowie den passenden Messaufbau.

Messaufgabe prüfen lassen

FAQ: 3D-Laser Vibrometer

Was ist der Unterschied zwischen einem 1D- und einem 3D-Laservibrometer?

Ein 1D-Laservibrometer misst die Schwingung entlang der Richtung des Laserstrahls – also genau eine Komponente. Ein 3D-Laservibrometer verwendet drei Laserstrahlen, um alle drei Raumrichtungen zu messen, und liefert den vollständigen Schwingungsvektor in kartesischen Koordinaten (x, y, z).

Wann wird ein 3D-Laservibrometer benötigt?

Ein 3D-Laservibrometer ist erforderlich, wenn Schwingungen in der Ebene relevant sind, wenn komplexe Geometrien mit Krümmungen oder Freiformflächen analysiert werden müssen oder wenn eine FEM-Validierung unter Verwendung vollständiger 3D-Verschiebungsvektoren durchgeführt werden muss.

Was bedeuten „in der Ebene“ und „außerhalb der Ebene“?

„Außerhalb der Ebene“ bezieht sich auf Schwingungen senkrecht zur Oberfläche (normale Bewegung). „Innerhalb der Ebene“ bezieht sich auf Schwingungen innerhalb der Materialebene, d. h. tangential zur Oberfläche. Nur ein 3D-Laservibrometer kann diese Komponenten sauber voneinander trennen.

Wie funktioniert die Umwandlung in kartesische Koordinaten?

Die drei Laser messen zunächst in ihren jeweiligen Strahlrichtungen (u, v, w). Die SMART Lab-Software berechnet automatisch die Schwingungskomponenten in einem kartesischen Koordinatensystem (x, y, z) – ausgerichtet auf das Testobjekt oder das FEM-Modell.

Was ist der Unterschied zwischen 3D-Scannen und 3D-Einzelpunkt?

Ein 3D-Einzelpunkt-Vibrometer (SMART 3D-Fiber) misst die dreidimensionale Schwingung an einem festen Messpunkt. Ein 3D-Scanning-Vibrometer (SMART 3D-Scan) bewegt sich automatisch nacheinander über viele Punkte und liefert vollständige 3D-Modusformen über eine gesamte Oberfläche.

Kann ein bestehendes 1D-System auf ein 3D-System aufgerüstet werden?

Ja. Die SMART-Serie ist modular aufgebaut. Ein vorhandener SMART Scan+ kann jederzeit um zwei zusätzliche Geräte erweitert werden, um einen vollständigen SMART 3D-Scan zu bilden.

Welche 3D-Modelle können importiert werden?

SMART Lab unterstützt gängige Formate wie STL, OBJ und PLY sowie FEM-Modelle von NASTRAN. Messpunkte können direkt auf FEM-Knoten platziert werden.

Wie wird die Kalibrierung in einem 3D-Scansystem durchgeführt?

Die Kalibrierung der drei Laserstrahlen erfolgt in SMART Lab vollautomatisch. Die Software überprüft die Kalibrierungsqualität und zeigt mathematische Fehlerberechnungen an.

Welcher Frequenzbereich kann mit einem 3D-Laservibrometer gemessen werden?

Mit der SMART-Serie können Frequenzen von DC bis 50 MHz gemessen werden.

Ist eine Belastungs- und Spannungsberechnung möglich?

Ja. Dehnungen und die daraus resultierenden Spannungen können anhand der vollständigen 3D-Verschiebungsvektoren berechnet werden – als Alternative zu Dehnungsmessstreifen.

Welche Laserklasse wird verwendet?

Die SMART 3D-Vibrometer verwenden augensichere Laserquellen. Der unsichtbare SWIR-Messlaser (1550 nm) ist als Laserklasse 1 (< 10 mW) klassifiziert und erfordert keine Schutzbrille. Der für die Ausrichtung verwendete sichtbare Pilotlaser ist Laserklasse 2 (< 1 mW) und ebenfalls augensicher.

Werden die Messpunkte gleichzeitig oder nacheinander erfasst?

Die drei Laser eines 3D-Systems messen denselben Punkt gleichzeitig aus verschiedenen Winkeln. In einem 3D-Scanning-Vibrometer werden die einzelnen Messpunkte nacheinander angefahren. Mit Hilfe eines Referenzsignals werden die zeitversetzten Messungen phasenkorrekt kombiniert.

Wie wird das Testobjekt angeregt?

Die Anregung hängt von der Messaufgabe ab und kann mit einem Modalhammer, einem Shaker, einem Piezoaktuator oder unter realen Betriebsbedingungen erfolgen. Die SMART-Serie verfügt über einen integrierten Signalgenerator, der als definierte Anregungsquelle verwendet werden kann.

Kann ein 3D-Laservibrometer in Automatisierungsumgebungen integriert werden?

Ja. Die Messdaten sind sowohl digital als auch analog verfügbar und können über offene Schnittstellen in bestehende Prüfstände und Messketten integriert werden. Externe Trigger ermöglichen synchronisierte Messprozesse.

Welcher Arbeitsabstand ist möglich?

SMART 3D-Scan: Das System ermöglicht Arbeitsabstände von ca. 6,5 mm bis 100 m – je nach Objektgröße und Aufbau.

SMART 3D-Fiber: Der kompakte 3D-Fiber Head hat einen festen Arbeitsabstand von 83 mm. Alternativ sind zusätzliche Fiber Heads mit Arbeitsabständen von 25 mm bis 100 m erhältlich.