akustischer LASER –
Berührungsloses Messen unabhängig von der Oberfläche

Es gibt in der Produktion manchmal Probleme mit dem Übertragungsverhalten der Prüflinge auf den Prüfstand. Z.B. wenn das Getriebe nicht mit hydraulischer Klemmvorrichtung an die Spannplatte gezogen wird. Dann ist es unmöglich den Beschleunigungssensor an den Prüfling anzuschrauben. Auch ein andrücken des Sensors ist nicht empfehlenswert, da es sich um ein immer neues Feder- Masse System handelt, und für die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse nicht förderlich sind.

Warum funktioniert das Laservibrometer nicht richtig?

Arbeitsweise des optischen Lasers:

Der Laser strahlt durch eine aufwändige Optik einen roten Lichtstrahl mit einer Frequenz von 4,732 x 1014 Hz und damit mit einer Wellenlänge von 0,634 μm. Der Prüfling reflektiert den Lichtstrahl. Abhängig von der Differenzgeschwindigkeit Prüfling/Laser, weicht wegen des Dopplereffektes, die empfangene Frequenz von der gesendeten ab. Die Differenz ist ein Maß für die gesuchte Schwinggeschwindigkeit.

Phasenlage

 

Die Oberfläche bestimmt die Phasenlage des reflektierten Signals

Im Prinzip würde alles funktionieren, wenn da nicht die Rautiefe der reflektierenden Oberfläche die Situation nachhaltig veränderte. Das Ergebnis: Mal funktioniert die Schwingungsmessung - mal nicht.
In der Produktion prüfen wir im Kalttest und Heißtest Motoren, sowie Getriebe. Der Reflektionsort ist dabei entweder gar nicht bearbeitet, oder er ist gefräst. Die Rautiefen liegen im günstigen Fall bei etwa 15 μm. Das ist das ~25-fache der Laserwellenlänge. Der Laser strahlt also in unserem Falle in ein „raues Gebirge“. Die Reflexionen kommen, wegen ihrer unterschiedlich langen Wege, in beliebigen Phasenlagen zurück. Die gröbsten Fehler, die dabei auftreten können, sind die Speckles: Reflexionsgemische, die zur totalen Auslöschung führen, also zur maximalen „destruktiven Interferenz“. Es gibt aber noch andere, besser versteckte Fehler. Sie entstehen durch rautiefenbedingte, schiefe Ebenen. Nachdem die Prüflinge nicht nur exakt in Richtung Laser schwingen, sondern dreidimensional, ergibt dies eine weitere Modulation der Dopplerfrequenz. Alle Schwingungen, außer die direkt in Richtung Laser, werden durch das Profil der Prüflingsoberfläche moduliert. Das bedeutet, dass eine Veränderung des Messortes, und sei es nur um 1 mm, ein verändertes Spektrum liefern wird. Man kann es sich also aussuchen, was man messen will. Uns waren die Resultate, dabei vor allem die Reproduzierbarkeit, nicht eindeutig genug.
 

Modulation

Modulation der Dopplerfrequenz über Oberflächenprofil und Schwingung zur Seite




Deshalb haben wir uns entschlossen etwas zu erfinden, das bis zu einer Oberflächenrauhigkeit von 250 µm (Mikrometer) funktioniert. Nach 3 ½ Jahren Entwicklung und Optimierungszeit ist der akustische Laser entstanden. Der akustische LASER funktioniert auch auf Gussteilen, die nicht nachgearbeitet worden sind. Dabei beträgt der Abstand, der zu messenden Fläche ca. 5 cm. Häufig wird der akustische LASER für die Zeit des Messens über einen Zusteller zum Testobjekt geführt.

 

Sensor AMG

akustischer LASER mit Zustellung

 

 

Laser 1. Generation

akustischer LASER (REILHOFER KG) 1.Generation

 

 

Laser 2. Generation

akustischer LASER (REILHOFER KG) 2.Generation

 

 

eol-Laser

Mess und Verstärkereinheit für akustischen Laser der 1. und 2. Generation

Vorteile:kalibriert, berührungsloses Messen, oberflächenunabhängig

Einsatzgebiete:eol-ANALYSER

 

 

Teaser Homepage: Referenzen
 Referenzen

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06-acousticLASER - Berührungsloses Messen unabhängig von der Oberfläche
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akustischer LASER 

Berührungsloses Messen unabhängig von der Oberfläche