Vibrometrie

Laserinterferometrische Vibrometer sind modifizierte Interferometer, deren ausgehender Strahl mit einer eingebauten Optik auf das Messobjekt fokussiert wird. Dadurch sind Schwingungsmessungen auf nahezu allen Oberflächen möglich.

Durch den Frequenzbereich der Schwingungsmessungen von 0 bis 5 MHz sind auch statische (d. h. Längen-) Messungen durchführbar.

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Schwingungsmessung mit einem Laser-Interferometer

LSV an Drehmaschine

Schwingungsmessung an einer Drehmaschine

Mittels eines Interferometers ist die Messung einer Schwingung über die berührungslose Messung der Verschiebung des Objektes möglich. Nach der Messung erfolgt normalerweise eine Umrechnung der gemessenen Zeitreihe in eine Frequenzbereichs-Ansicht (Fourier-Transformation, FFT).
Dabei kann prinzipiell jedes Interferometer neben der Längenmessung auch zur Messung der Schwingung benutzt werden. Wir bieten zwar speziell ausgerichtete Geräte zur Schwingungsmessung an (die Vibrometer SP-S, LSV, NA), aber mit jedem anderen Interferometer kann ebenso die Schwingung des Messreflektors gemessen werden. Dies ist manchmal sehr nützlich, um den Messaufbau oder die zu kalibrierende Maschine zu charakterisieren.
Da es sich bei der Schwingungsmessung um die Erfassung periodischer Ereignisse handelt, kann man anstelle einer kontinuierlichen Messung auch blockweise arbeiten. SIOS Interferometer haben für eine solche blockorientierte Arbeitsweise einen Pufferspeicher eingebaut, der wesentlich schneller mit Daten gefüllt wird, als diese zum PC übertragen werden können. So kann anstelle einer kontinuierlichen Abtastrate von 20 kHz eine blockweise Abtastrate von bis zu 12.5 MHz verwendet werden. Die maximale Blocklänge ist abhängig vom verwendeten Schnittstellenmodul (RE-10: 64 k Samples). Damit lassen sich Schwingungen bis zur üblichen Analogbandbreite der Interferometer-Sensorköpfe von 5 MHz und einer maximalen Slew-Rate des Objektes von bis zu 1,5 m/s erfassen. Die hier genannten Werte sind Richtwerte. Die genauen technischen Daten finden Sie bei der Produktbeschreibung.
Eine Besonderheit der SIOS-Vibrometer ist die untere Grenzfrequenz von 0 Hz und damit die Eignung für statische Messungen. Sie können also nicht nur mit jedem SIOS-Interferometer Schwingungen messen, sondern auch mit jedem SIOS-Vibrometer (in gewissen Grenzen, siehe unten) eine statische Verlagerung Ihres Messobjektes bestimmen.
Zur einfachen Anwendung der berührungslosen Schwingungsmessung mittels Interferometer stellen wir die Software „InfasVibro“ zur Verfügung.

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Unterschiede zwischen Interferometer und Vibrometer

Die Arbeitsweise von Interferometern und Vibrometern ist nahezu identisch. Die Unterschiede liegen im Detail und sind in der Optimierung auf den jeweiligen Anwendungsfall begründet.

Für die Schwingungsmessung kommt es in der Regel weniger auf die Erfassung einer größeren Abstandsänderung oder die metrologisch exakte und rückführbare Erfassung der Verschiebung an. Jedoch erschließt sich die Möglichkeit neben der Messung an Messreflektoren auch direkt auf natürlichen rauen Oberflächen zu messen.

Dafür stattet man den Sensorkopf mit einer Linse oder einem Objektiv aus. Die Messung kann damit  auch auf nichtoptischen Oberflächen und bei größerer Objektverkippung im Fokuspunkt der Linse erfolgen. Die normale Längenmessung ist dagegen auf einen gewissen Tiefenschärfebereich der Linse beschränkt.

Bei Vibrometern verwendet man zumeist eine unstabilisierte Laserquelle, die mehr Leistung bietet und zudem preiswerter ist als ein stabilisierter Laser. Auf die exakte Kalibrierbarkeit und Rückführbarkeit einer typischen laserinterferometrischen Längenmessung kann man bei der Vibrometrie meist verzichten.

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Unterschiede im Produktspektrum der SIOS-Vibrometer

Die einzelnen Serien der SIOS Vibrometer unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art der Laserstrahlfokussierung:

SP-S: Die Vibrometer aus der Serie SP-S haben kleine Sensorköpfe mit einer einzelnen Linse fester Brennweite. Diese gibt die Arbeitsdistanz vor. Bei der Bestellung muss die Brennweite spezifiziert werden. Eine Variante mit einem Linsen-Wechselvorsatz ist ebenfalls erhältlich. SP-S Vibrometer eignen sich für feste Messaufgaben und bei begrenztem Platz.

LSV: Die Serie LSV bietet ein Zoom-Objektiv, das eine Variation der optischen Arbeitsdistanz zwischen 240 und 2500mm gestattet. Das LSV eignet sich deshalb besonders, wenn variable Messaufgaben abgedeckt werden sollen.

NA: Der NanoAnalyzer NA ist ein technisches Mikroskop mit integriertem Laservibrometer. Es eignet sich besonders zur Messung an Mikrostrukturen (Mems, Cantilever, kleine Piezos). Je nach verwendetem Objektiv ist eine Größe des Messspots von unter 2 µm erreichbar. Ein automatisiert steuerbarer X-Y-Tisch erlaubt das automatische Anfahren mehrerer Messstellen.

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Mehr Infos zu den laserinterferometrischen Vibrometern  der Serien SP-S und LSV sowie zum Nano Vibration Analyzer der Serie NA

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