Maschinenüberwachung mit hochgenauen faseroptischen Abstandssensoren

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Spezialsonden für Rauigkeit sind in Planung

In jeder Messung von rotationssymmetrischen Komponenten sind Dezentrierung, Form, Welligkeit und Rauheit enthalten. Damit eine genauere Aussage über das Messobjekt getroffen werden kann, werden die Messwerte gefiltert und jede einzelne Charakteristik bearbeitet. Dadurch werden diese Merkmale während des Prozesses getrennt überwacht.

Dafür werden Filter (Tief-, Band- und Hochpassfilter) angewendet, weil diese Informationskomponenten in verschiedenen Frequenzen vorkommen.

Durch ein nicht zentriertes Bauteil entsteht beispielsweise im Signal eine Modulation, deren Frequenz den gleichen Betrag wie die Rotationsfrequenz aufweist. In dem Fall eines perfekt kreisförmigen Bauteils wird dieses Verhalten leicht erkennbar. Diese Frequenz wird durch einen Tiefpassfilter aus der Messung gefiltert. Form und Welligkeit werden durch Bandpassfiltern und Rauheit durch einen Hochpassfilter voneinander getrennt.

Die daraus resultierenden Signale (Form, Welligkeit und Rauheit) werden nach DIN/ISO-12181-2 und -11562-Standards für Rundheit charakterisiert. Durch deren Überwachung können somit Rückschlüsse auf den Zustand des Bauteils gezogen werden.

Sonde soll noch kleiner werden

Für eine Steigerung der Integrierbarkeit dieses Systems plant das Fraunhofer IPT, die Sonde im Durchmesser weiter deutlich zu verkleinern, und will Spezialsonden für die Rauheitsmessung entwickeln. Durch eine zusätzliche Bearbeitung der Sondenspitze soll außerdem die Messung unter verschiedenen Winkeln ermöglicht werden.

Zusammen mit Abstandsmessungen können auch andere faserbasierte Sensoren, zum Beispiel Faser-Bragg-Gitter (FBG), für eine zusätzliche Strukturüberwachung durch Kraft-, Dehnungs- und Temperaturmessung angewendet werden. Diese Techniken sind auf dem Markt bereits etabliert und in Form von robusten, industrietauglichen Produkten umgesetzt [2]. Anwendungsbeispiele für diesen Sensor sind die Überwachung der Zustände von Gebäuden, Flügeln von Windkraftanlagen, Pipelines und sogar Ölfeldern.

Literatur

[1] Depiereux, F., König, N., Pfeifer, T. and Schmitt, R.: „Fiber-Based White-Light Interferometer With Improved Sensor Tip and Stepped Mirror”, IEEE Transactions on instrumentation and measurement, vol. 56, no. 6, 2007, pp. 2279-2283.

[2] Tahir, B., Ali, J. and Rahman, R.: „Strain Measurements Using Fibre Bragg Grating Sensor”, American Journal of Applied Science, 2005, pp. 40-48.

Prof. Dr.-Ing. Robert Schmitt ist Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement sowie Mitglied des Direktoriums des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen sowie Leiter der Abteilung Produktionsqualität und Messtechnik des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnologie IPT. M.Sc. Guilherme Mallmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut IPT, Abteilung Produktionsqualität und Messtechnik.

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