DE102004031291B4

DE102004031291B4 - Verfahren zum Identifizieren von akustisch kritischen Stellen

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Publication number: DE102004031291B4
Application number: DE200410031291
Authority: DE
Inventors: Markus 64584 Gewalt
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: DE102004031291A1

Abstract

Verfahren zum Identifizieren von akustisch kritischen Stellen an einem schwingfähigen Gegenstand, bei dem a) zu einem Oberflächenbereich (10) des Gegenstands ein Datensatz erstellt wird (S5), der in Abhängigkeit von Bildkoordinaten von Bildpunkten, auf die die Punkte des Oberflächenbereichs (10) in einem von einer Kamera (6) aufgenommenen Bild abgebildet werden, Schwingungsamplitude und -phase der betreffenden Punkte spezifiziert; b) für eine Mehrzahl von ausgewählten Punkten (11) des Oberflächenbereichs (10) der Wert einer auf einen gemeinsamen Bezugspunkt (7) bezogenen akustischen Transferfunktion gemessen wird (S7), c) zu jedem ausgewählten Punkt (11) dessen Bildkoordinaten ermittelt werden; d) Werte der Transferfunktion an einer Vielzahl von Punkten des Bildes durch Interpolation zwischen den Werten der Transferfunktion an jeweils einem Punkt benachbarten Stützpunkten berechnet werden (S10); e) das Produkt von Transferfunktion und Schwingungsamplitude und -phase für die Vielzahl von Punkten berechnet wird (S11) und eine kritische Stelle anhand der erhaltenen Produkte ausgewählt wird...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Stellen an einem schwingfähigen Gegenstand, die einen besonders starken Beitrag zu dem von dem Gegenstand abgestrahlten und von einem Hörer wahrgenommenen Geräusch leisten. Die Identifizierung derartiger Stellung ist von hohem Interesse, weil, wenn diese Stellen bekannt sind, ihr Schwingverhalten durch Veränderungen der Form und/oder Struktur des Gegenstandes beeinflusst werden kann, um so den vom Hörer wahrgenommenen Geräuschpegel zu verringern.
Es ist an sich bekannt, durch interferometrische Verfahren die örtliche Verteilung von Schwingungsamplitude und -phase an einem ausgedehnten schwingfähigen Gegenstand zu erfassen. Die Kenntnis dieser Verteilungen erlaubt jedoch im Allgemeinen keinen direkten Rückschluss auf den Beitrag, den ein schwingender Punkt zum von einem Hörer wahrgenommenen Geräuschpegel leistet, da in vielen akustischen Systemen, insbesondere bei Schallausbreitung in geschlossenen Räumen, der Schall von einem gegebenen Punkt der Oberfläche des schwingfähigen Gegenstandes auf verschiedenen Wegen das Ohr eines Hörers erreichen kann und die Beiträge der verschiedenen Ausbreitungswege je nach Phasenverschiebung konstruktiv oder destruktiv interferieren können.
Um die Schallausbreitung von dem schwingfähigen Gegenstand zu einem gegebenen Punkt im Raum mathematisch zu beschreiben, wird eine sogenannte akustische Transferfunktion definiert, die für jeden Punkt der Oberfläche des Gegenstandes einen komplexzahligen Wert hat, der Phasenverschiebung und Dämpfung von Schall einer gegebenen Frequenz auf dem Weg von dem Punkt des Gegenstandes zu dem ausgewählten Bezugspunkt im Raum angibt. Wenn diese Transferfunktion bekannt ist, können Amplitude und Phase einer Schallschwingung an dem Bezugspunkt berechnet werden als das Integral des Produkts von Transferfunktion und Schwingungsamplitude und -phase über die Oberfläche des Gegenstands. (Wenn hier und im Folgenden verkürzend vom Produkt einer Phase die Rede ist, so ist mit Phase stets eine komplexe Zahl der Form e^iφ gemeint, wobei φ einen Phasenwinkel bezeichnet.)
Um dieses Integral berechnen zu können, muss die Transferfunktion mit der gleichen Auflösung wie Amplitude und Phase bekannt sein, und Werte der Transferfunktion, Amplitude und Phase, die zu einem gleichen Punkt der Oberfläche gehören, müssen einander zugeordnet werden können.
Während mit interferometrisch-optischen Verfahren wie etwa der Speckle-Interferometrie es möglich ist, in einem einzigen Messvorgang Schwingungsamplituden und -phasen des schwingfähigen Körpers ortsaufgelöst, d. h. für eine Vielzahl von Punkten des Gegenstandes gleichzeitig, zu messen, fehlen solche Verfahren für die Ermittlung der akustischen Transferfunktion. Wollte man die akustische Transferfunktion an dem Gegenstand Punkt für Punkt mit der gleichen Ortsauflösung messen, wie dies für die Schwingungsamplitude möglich ist, so wäre der Zeitaufwand hierfür prohibitiv groß. Um die akustische Transferfunktion mit derselben Ortsauflösung wie die Schwingungsamplitude und -phase zu erfassen, ist man daher darauf angewiesen, die Transferfunktion nur an ausgewählten Punkten des Gegenstands zu messen und sie für die restliche Oberfläche des Gegenstandes durch Interpolationsmethoden zu bestimmen.
Die Erfassung der Transferfunktion und die Zuordnung von zu einem gleichen Punkt des Gegenstandes gehörenden Werten von Transferfunktion, Amplitude und Phase zueinander geschieht herkömmlicherweise, indem zunächst eine Kamera mit Blickrichtung auf den zu untersuchenden Gegenstand platziert wird und die Position der Kamera in einem Koordinatensystem ermittelt wird, in welchem auch eine Beschreibung der Geometrie des Gegenstandes vorliegt. An einer Mehrzahl von vorgegebenen Punkten des Gegenstandes wird der Wert der akustischen Transferfunktion gemessen. Aus von der Kamera unter kohärenter Beleuchtung aufgenommenen Bildern des Untersuchungsgegenstandes wird für jeden Bildpunkt eine Schwingungsamplitude und -phase ermittelt. Aus der bekannten Orientierung der Kamera in Bezug auf den Untersuchungsgegenstand und der Lage eines Bildpunktes im Bild werden die dreidimensionalen Koordinaten des an dem Bildpunkt abgebildeten Punktes des Untersuchungsgegenstandes berechnet. Eine Transferfunktion für diesen Punkt des Gegenstandes wird durch Interpolation anhand der räumlichen Koordinaten des betreffenden Punktes des Gegenstandes sowie der Punkte, an denen die Transferfunktion gemessen worden ist, erhalten.
Diese Rechnungen in drei Dimensionen erfordern einen erheblichen Rechenaufwand, einerseits wegen der großen Zahl von Dimensionen, andererseits weil für jeden Bildpunkt anhand der Beschreibung des Gegenstandes ermittelt werden muss, zu welcher aus einer eventuell großen Zahl von Grenzflächen der auf dem Bildpunkt abgebildete Gegenstandspunkt gehört, da nur dann die dreidimensionalen Koordinaten des Gegenstandspunktes eindeutig angegeben werden können. Die Stellung der Kamera in dem dreidimensionalen Koordinatensystem muss mit großer Genauigkeit erfasst werden, da Fehler, die hier gemacht werden, zu einer systematischen Verfälschung der interpolierten Transferfunktionen führen können. Das herkömmliche Verfahren erfordert daher einen hohen Aufwand sowohl an menschlicher Arbeitszeit als auch an Computer-Rechenzeit bei der Auswertung der Messergebnisse. Da eine vollständige Untersuchung des Schwingverhaltens eines komplexen Gegenstandes wie etwa einer Kraftfahrzeugkarosserie Messungen bei einer Mehrzahl von Frequenzen erfordert, kann eine solche Untersuchung leicht mehrere Tage in Anspruch nehmen.
Aus DE 101 57 196 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die es erlaubt, stark Schall abstrahlende Bereiche an einer vibrierenden Oberfläche zu identifizieren. Die Vorrichtung umfasst eine Kamera und ein stark gerichtetes Mikrofon, die in gleicher Richtung orientiert sind, so dass dann, wenn das Mikrofon ein besonders starkes Geräusch empfängt, die das Geräusch emittierende Oberfläche im Bild der Kamera zu sehen ist. Diese Vorrichtung liefert nur außerhalb von geschlossenen Räumen, wo davon ausgegangen werden kann, dass der Schall der Oberfläche die Vorrichtung auf geradem Wege erreicht, ein brauchbares Ergebnis. In geschlossenen Räumen, wo Mehrwegausbreitung eine wichtige Rolle spielt, ist sie nicht anwendbar.
US 5 408 305 A lehrt ein Verfahren, bei dem eine Oberfläche zu Schwingungen angeregt und die Verteilung der Schwingungsamplituden auf der Oberfläche aufgezeichnet und ausgewertet wird, um strukturelle Defekte der Oberfläche zu identifizieren. Ob die Schwingungen an einem von der Oberfläche entfernten Ort als Schall hörbar werden, ist dabei ohne Belang. Die Fortpflanzung der Schwingungen außerhalb der untersuchten Oberfläche wird daher in diesem Dokument nicht betrachtet.
DE 40 42 600 C2 beschreibt einen Beschleunigungsmesser, der auf einer vibrierenden Oberfläche angebracht werden kann, um akustische Schwingungen der Oberfläche zu erfassen. Ein solcher Beschleunigungsmesser ist für die akustische Optimierung eines Innenraums nur sehr eingeschränkt zu gebrauchen, da jeder zu untersuchende Oberflächenpunkt mit einem eigenen Beschleunigungsmesser versehen werden muss und die Anwesenheit eines Beschleunigungsmessers das Schwingungsverhalten der zu untersuchenden Oberfläche verändern kann.
US 2004/0035209 A1 offenbart ein System bzw. ein Verfahren zum Orten einer Schwingungsquelle. Das Verfahren basiert in erster Linie auf der Messung von Laufzeitdifferenzen von der Quelle zu verschiedenen Messpunkten. Die aus diesen Laufzeitmessungen ermittelte ungefähre Position der Quelle wird in ein von einer Kamera erzeugtes Bild eingesetzt, um einem Benutzer die Position der Quelle zu verdeutlichen.
Aus DE 100 12 725 A1 ist eine Einrichtung zum Ermitteln von Störgeräuschen bei einem Objekt bekannt, die über eine Speichereinheit zum Speichern einer dreidimensionalen Darstellung des Objekts sowie über Speichereinheiten für mit Akustikaufnehmern ermittelte Geräuschwerte des Objekts verfügt. Inwieweit die von den Akustikaufnehmern an ihren jeweiligen Anbringungsorten ermittelten Geräuschwerte vom Ausbreitungsweg des Schalls zwischen dem Objekt und dem jeweiligen Akustikaufnehmer abhängen, kann nicht berücksichtigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Identifizieren von akustisch kritischen Stellen anzugeben, das schnell und mit geringem Rechenaufwand durchführbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Schritt a) ein Datensatz erstellt wird, der in Abhängigkeit von Bildkoordinaten von Bildpunkten in einem von einer Kamera aufgenommenen Bild, auf die Punkte eines Oberflächenbereichs des Gegenstands von der Kamera abgebildet werden, Schwingungsamplitude und -phase der auf die betreffenden Bildpunkte abgebildeten Oberflächenpunkte angibt. In einem Schritt b) wird für eine Mehrzahl von ausgewählten Punkten des Oberflächenbereichs der Wert einer auf einen gemeinsamen Bezugspunkt bezogenen akustischen Transferfunktion gemessen. Außerdem werden in einem Schritt c) zu jedem ausgewählten Punkt des Oberflächenbereichs dessen Bildkoordinaten ermittelt. Eine Interpolation findet anschließend in Schritt d) für eine Vielzahl von Bezugspunkten basierend nicht auf den tatsächlichen dreidimensionalen Koordinaten der ausgewählten Punkte in einem auf den Gegenstand bezogenen Koordinatensystem statt, sondern basierend auf den zweidimensionalen Bildkoordinaten der Stützpunkte. Zum einen reduziert sich dadurch die Zahl der bei der Interpolation zu berücksichtigenden Dimensionen von drei auf zwei, zum anderen entfällt eine zeitaufwändige Untersuchung eines Modells des Untersuchungsgegenstandes. Diese Vereinfachung ist insbesondere dann gerechtfertigt, wenn man annimmt, dass der untersuchte Oberflächenbereich des schwingfähigen Gegenstandes zwischen den ausgewählten Punkten einen stetigen, insbesondere ebenen Verlauf hat. Schließlich wird in Schritt e) das Produkt von Transferfunktion, Schwingungsamplitude und -phase für, die Vielzahl von Bezugspunkten gebildet. Eine kritische Stelle wird anschließend aus der Vielzahl von Bildpunkten anhand des Produkts aus Transferfunktion, Schwingungsamplitude und -phase ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für einen einzelnen, aus einer gegebenen Perspektive der Kamera heraus beobachtbaren Oberflächenbereich des Gegenstandes anwendbar, sondern es ermöglicht auch eine vergleichende Untersuchung von aus unterschiedlichen Perspektiven beobachtbaren Oberflächenbereichen, wobei die oben erwähnten Schritte a) bis d) jeweils für die verschiedenen Oberflächenbereiche einzeln durchgeführt werden, allerdings mit einem gleichen Bezugspunkt für die Messung der akustischen Transferfunktion, und der Schritt e) für alle Oberflächenbereiche gemeinsam durchgeführt wird.
Zur Erzeugung der Karte in Schritt a) wird vorzugsweise ein ESPI-Verfahren eingesetzt.
Zur Messung der akustischen Transferfunktion wird vorzugsweise mit Hilfe einer an dem Bezugspunkt angeordneten Schallquelle ein Schallfeld erzeugt und Amplitude und Phase des Feldes jeweils an den ausgewählten Punkten des Untersuchungsgegenstandes gemessen.
In die Interpolation der Transferfunktion an einem Punkt des Bildes werden vorzugsweise jeweils die gemessenen Werte der Transferfunktion an denjenigen drei Stützpunkten einbezogen, die unter allen Stützpunkten das kleinste den Punkt enthaltende Dreieck bilden.
Um in Schritt e) eine kritische Stelle zu identifizieren, wird vorzugsweise das Produkt von Schwingungsamplitude, -phase und Transferfunktion für jeden Punkt aus der Vielzahl von Bildpunkten, um einen Beitrag des betreffenden Punktes zu dem Geräusch zu erhalten, das am Bezugspunkt wahrnehmbar ist, wenn der Untersuchungsgegenstand schwingt. Die so erhaltenen Beiträge werden über die Fläche des Oberflächenbereichs integriert, um einen Integralwert zu erhalten, und als akustisch kritische Stelle wird ein Punkt ausgewählt, bei dem der Realteil eines Produkts von Beitrag des Punktes und Integralwert größer als ein Grenzwert oder unter allen Punkten maximal ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 schematisch einen Versuchsaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Flussdiagramm des Verfahrens; und
3 den Ablauf des Verfahrens am Beispiel einer einzelnen Teilfläche.
Der in 1 gezeigte Versuchsaufbau zur Durchführung von ESPI-(Electronic Speckle Pattern Interferometry)-Untersuchungen umfasst einen Motorprüfstand 1, einen Laser 4, eine elektronische Kamera 6, einen Lautsprecher 7 und eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 8.
Auf den drehbaren Walzen 2 des Prüfstands 1 kann ein Fahrzeug 3 platziert werden und sein Motor beschleunigt werden, ohne dass sich das Fahrzeug 3 vom Fleck bewegt. Der Laser 4 beleuchtet zu untersuchende Oberflächenbereiche des Fahrzeugs 3. Ein Teil des vom Laser erzeugten Lichtes ist über eine Glasfaser 5 abgezweigt und der elektronischen Kamera 6 zugeführt, um in der Bildebene der Kamera mit vom Fahrzeug 3 reflektiertem Laserlicht zu interferieren. Die Kamera kann an diversen Stellen 6', 6'' positioniert sein, um im Laufe der Untersuchung unterschiedliche Teile des Fahrzeugs 3 zu beobachten.
Wenn eine von der Kamera beobachtete Oberfläche des Fahrzeugs durch den Betrieb des Motors zu Schwingungen angeregt wird, führt dies zu Änderungen der optischen Weglänge, die das Licht vom Laser 4 über die beobachtete Oberfläche zur Kamera 6 zurücklegt. Dementsprechend ändert sich die Phasenverschiebung, mit der das reflektierte Licht in der Bildebene der Kamera 6 mit dem über die Glasfaser 5 eingespeisten Laserlicht interferiert. Aus dem im Laufe der Beobachtung variierenden von der Kamera 6 aufgezeichneten Lichtintensitäten können die Schwingungsamplitude und -phase eines beobachteten Oberflächenbereichs des Fahrzeugs berechnet werden. Auf die Art und Weise dieser Berechnung wird hier nicht im Detail eingegangen, da sie aus der ESPI-Technik an sich bekannt und nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
Der Lautsprecher 7 hat eine sphärische Abstrahlcharakteristik. Er wird im Fahrgastraum des Fahrzeugs 3 an einem Ort platziert, an dem sich bei normalem Betrieb des Fahrzeugs der Kopf des Fahrers oder eines anderen Insassen befinden würde. Er ist an die Steuer- und Auswerteeinheit, hier ein PC mit Soundkarte, verbunden. Die Steuer- und Auswerteschaltung steuert den Lautsprecher 7 mit einer abstimmbaren Sinusschwingung an. Sie ist ferner mit einem oder mehreren Mikrofonen verbunden, die in der 1 nicht dargestellt sind, und ist eingerichtet, um für eine Mehrzahl von Frequenzen der Sinusschwingung das Verhältnis zwischen der Amplitude eines von einem der Mikrofone aufgefangenen Signals und der der ausgegebenen Sinusschwingung sowie die Phasendifferenz zwischen diesen aufzuzeichnen.
Um eine Untersuchung des Fahrzeugs 3 auf akustisch kritische Stellen durchzuführen, führt eine Bedienungsperson zunächst in Schritt S1 der 2 eine Zerlegung der als Schallabstrahler in die Fahrgastzelle in Betracht kommenden Oberflächen des Fahrzeugs in eine Mehrzahl von im Wesentlichen ebenen Teilflächen durch. Eine solche Teilfläche kann z. B. das Armaturenbrett, die Bodenplatte des Fahrzeugs oder Teile derselben, eine Türinnenverkleidung oder eine Wand zwischen Fahrgastzelle und Motorraum sein.
In Schritt S2 wird eine Drehzahl des Motors, in Schritt S3 eine der Teilflächen ausgewählt.
3 veranschaulicht Stadien der an der ausgewählten Teilfläche 10 durchgeführten Untersuchung jeweils anhand einer schematischen Draufsicht.
Wie in 3a angedeutet, wird für die Teilfläche 10 eine Mehrzahl von Orten 111 bis 1110, im Folgenden auch generell als Orte 11 bezeichnet, festgelegt (S4), an denen jeweils ein Mikrofon 12 platziert werden soll, um die akustische Transferfunktion zwischen jedem Ort 11 und dem Ort des Lautsprechers 7 zu erfassen. Je nach Verarbeitungskapazität der Steuer- und Auswerteschaltung können mehrere Mikrofone 12 gleichzeitig platziert werden, es kann aber auch ein einzelnes Mikrofon nacheinander an allen festgelegten Orten 11 platziert werden, um dort die Messung durchzuführen.
In Schritt S5 wird die Kamera 6 mit Blick auf die Teilfläche 10 platziert, um eine Reihe von ESPI-Bildern bei einer gegebenen Drehzahl des Motors zu erzeugen. Aus deren Auswertung wird ein Datensatz erhalten, der für eine Vielzahl von Bildpunkten der von der Kamera 6 aufgezeichneten Bilder Amplitude und Phase der dort abgebildeten Punkte der Teilfläche angibt. 3b und 3c zeigen schematisch eine graphische Darstellung eines solchen Datensatzes in Form des aus der Perspektive der Kamera 6 sichtbaren Umrisses der Teilfläche 10, in die jeweils Linien 13 aus Punkten mit gleichem Wert der Amplitude bzw. Linien 14 aus Punkten mit gleichem Wert der Phase eingezeichnet sind. Die Schwingungsamplitude der an den Ecken befestigten Teilfläche 10 nimmt hier von den Rändern zur Mitte hin zu.
Um festzustellen, welchen Punkten in der Karte die in 3a gezeigten Mikrofonpositionen entsprechen, genügt es, die Kamera 6 ein Bild der Teilfläche 10 mit daran platzierten Mikrofonen 12 aufnehmen zu lassen und die Positionen der Mikrofone 12 in dem Bild mit Hilfe eines an sich bekannten und hier nicht weiter beschriebenen Mustererkennungsverfahrens zu ermitteln (S6). Die erkannten Mikrofonpositionen sind in 3b als kleine Kreise 11 eingezeichnet.
Die Messung der Transferfunktion in Schritt S7 ergibt für jeden Ort 11 einen Zeiger 15, dessen Länge ein Maß für den bei gegebener Leistung des Lautsprechers 7 am Ort 11 aufgefangenen Schalldruck und dessen Orientierung ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen dem am Steuersignal des Lautsprechers 7 und der jeweils vom Mikrofon 12 aufgenommenen Schwingung ist. 3d zeigt exemplarisch an den zehn in 3a eingezeichneten Orten 11 erhaltene Werte der Transferfunktion in Form von Zeigern, deren Länge proportional zu der am betreffenden Ort empfangenen Schallleistung ist und deren Orientierung eine Phasenverschiebung zwischen dem Schallfeld am entsprechenden Ort 11 und dem Ansteuersignal des Lautsprechers 7 angibt.
Es ist a priori nicht bekannt, welche Werte die Transferfunktion an anderen Punkten der Teilfläche 10 abseits von den untersuchten Orten 11 hat. Aufgrund der zwischen der Teilfläche 10 und dem Lautsprecher 7 im Allgemeinen auf mehreren Wegen stattfindenden Schallausbreitung können Phase und Amplitude der Transferfunktion entlang der Teilfläche 10 über Entfernungen, die deutlich kürzer sind als die Schallwellenlänge bei der untersuchten Frequenz, erheblich variieren. Um zu überprüfen, ob eine Berechnung der Transferfunktion zwischen den Orte 11 durch Interpolation sinnvoll ist, wird zunächst eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Eine Möglichkeit, eine solche Plausibilitätsprüfung vorzunehmen, ist, an einem Punkt 16, der auf einer Kreuzung zwischen zwei Verbindungslinien zwischen Paaren von Orten 113, 119 bzw. 114, 118 liegt, einen Wert der Transferfunktion durch lineare Interpolation der für die Orte 113 und 119 bekannten Werte und einen weiteren durch Interpolation der für die Orte 114, 118 bekannten Werte zu berechnen (S8). Da die Phasendifferenz zwischen zwei Orten jeweils nur modulo 2π bestimmt ist, wird für die Interpolation der betragsmäßig kleinstmögliche Wert der Phasendifferenz zwischen den Paaren von Orten 113, 119 bzw. 114, 118 angenommen. Wenn die Abweichung zwischen den zwei erhaltenen Interpolationswerten, in 3e durch Zeiger 15a, 15b bezeichnet, ein vorgegebenes Mindestmaß überschreitet („n” in Schritt S9), wird angenommen, dass die Zahl der Orte 11, an denen die Transferfunktion gemessen wurde, für eine Interpolation nicht ausreicht. In diesem Fall kehrt das Verfahren zu Schritt S4 zurück, und es werden zusätzliche Orte 11 auf der Teilfläche 10 festgelegt und für diese Orte 11 die Transferfunktion gemessen. Für die so erhaltenen Messpunkte kann die Plausibilitätsprüfung wiederholt werden, so oft, bis das Raster der Orte 11 so eng ist (3f), dass in Schritt S9 eine ausreichende Übereinstimmung der für jeden Punkt berechneten Zeiger erhalten wird („j” in Schritt S9).
Um im nächsten Schritt S10 die Transferfunktion mit einer der Ortsauflösung der ESPI-Messungen entsprechenden Ortsauflösung für die gesamte Oberfläche der Teilfläche 10 zu berechnen, wird für jeden Punkt der Teilfläche 10, für den die Rechnung durchgeführt wird, zunächst ermittelt, welches die drei Orte 11 mit gemessener Transferfunktion sind, die das kleinste Dreieck aufspannen, in dem der betreffende Punkt liegt. Anschließend wird eine Funktion f = ax + by + c von orthogonalen Bildkoordinaten x, y berechnet, die, wenn die Bildkoordinaten eines der drei das Dreieck aufspannenden Orte 11 eingesetzt werden, den Betrag der Transferfunktion am betreffenden Ort liefert. Durch Einsetzen der Koordinaten des betreffenden Punktes in die Funktion f wird der Betrag der Transferfunktion am betreffenden Punkt abgeschätzt. In gleicher Weise wird eine lineare Funktion für die Phase der Transferfunktion aufgestellt und ihr Wert an dem betreffenden Punkt abgeschätzt.
Die so abgeschätzten Werte der Transferfunktion werden jeweils mit Amplitude und Phase der Schwingung am betreffenden Punkt multipliziert und die so erhaltenen komplexen Größen, hier als gewichtete Transferfunktion bezeichnet, als Funktion der Bildkoordinaten x, y abgespeichert (S11)
In Schritt S12 wird geprüft, ob noch eine Teilfläche zu untersuchen ist; wenn ja, wird sie ausgewählt, und das Verfahren kehrt zu Schritt S3 zurück, um – bei eventuell veränderter Platzierung der Kamera 6 – die Untersuchung für diese Teilfläche durchzuführen. Anderenfalls wird die Verarbeitung mit Schritt S13 fortgesetzt.
In Schritt S13 wird die gewichtete Transferfunktion über die gesamte Oberfläche der untersuchten Teilflächen 10 integriert. Dies ergibt eine komplexe Zahl, die ein Maß für Intensität und Phase des von den Teilflächen 10 im Betrieb abgestrahlten und am Ort des Lautsprechers 7, d. h. vom Fahrer, wahrnehmbaren Schalls ist.
Als akustisch kritische Punkte werden diejenigen Punkte in den von der Kamera 6 aufgenommenen Bildern der Teilflächen 10 identifiziert, die wesentlich zu dem Integral beitragen, d. h., Punkte, bei denen die gewichtete Transferfunktion sowohl einen hohen Betrag aufweist als auch in etwa gleichphasig zu dem Integral ist. Diese Punkte lassen sich leicht ermitteln durch Bilden des Realteils des Produkts aus dem Integral und der gewichteten Transferfunktion. Derjenige Punkt der Teilflächen 10, der den maximalen Wert des Realteils aufweist, oder diejenigen Punkte, für die der Realteil einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, werden als akustisch kritische Punkte identifiziert, deren Schwingung durch eine Versteifung oder anderweitige Änderung der Struktur der Teilfläche 10 gedämpft werden sollte, um den vom Fahrer wahrgenommenen Schallpegel zu reduzieren.
In Schritt S14 schließlich wird überprüft, ob noch eine Untersuchung für eine andere Motordrehzahl durchzuführen ist. Wenn ja, kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück und wiederholt für diese andere Drehzahl den oben beschriebenen Ablauf; anderenfalls ist die Untersuchung abgeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Motorprüfstand
2: Walze
3: Fahrzeug
4: Laser
5: Glasfaser
6: Kamera
7: Lautsprecher
8: Steuer- und Auswerteeinheit
10: Teilfläche
11: Ort
12: Mikrofon
13: Linie
14: Linie
15: Zeiger
16: Punkt

Claims

Verfahren zum Identifizieren von akustisch kritischen Stellen an einem schwingfähigen Gegenstand, bei dem a) zu einem Oberflächenbereich (10) des Gegenstands ein Datensatz erstellt wird (S5), der in Abhängigkeit von Bildkoordinaten von Bildpunkten, auf die die Punkte des Oberflächenbereichs (10) in einem von einer Kamera (6) aufgenommenen Bild abgebildet werden, Schwingungsamplitude und -phase der betreffenden Punkte spezifiziert; b) für eine Mehrzahl von ausgewählten Punkten (11) des Oberflächenbereichs (10) der Wert einer auf einen gemeinsamen Bezugspunkt (7) bezogenen akustischen Transferfunktion gemessen wird (S7), c) zu jedem ausgewählten Punkt (11) dessen Bildkoordinaten ermittelt werden; d) Werte der Transferfunktion an einer Vielzahl von Punkten des Bildes durch Interpolation zwischen den Werten der Transferfunktion an jeweils einem Punkt benachbarten Stützpunkten berechnet werden (S10); e) das Produkt von Transferfunktion und Schwingungsamplitude und -phase für die Vielzahl von Punkten berechnet wird (S11) und eine kritische Stelle anhand der erhaltenen Produkte ausgewählt wird (S13).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) jeweils für eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen (10) des Gegenstandes (3) einzeln durchgeführt werden, wobei der Bezugspunkt (7) für die Messung der akustischen Transferfunktion für alle Oberflächenbereiche (10) der gleiche ist, und der Schritt e) für alle Oberflächenbereiche (10) gemeinsam durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche (10) eben gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) der Datensatz durch ein ESPI-Verfahren erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der Wert der akustischen Transferfunktion an jedem ausgewählten Punkt (11) gemessen wird, indem an dem ausgewählten Punkt (11) die Amplitude und Phase eines von einer an dem Bezugspunkt angeordneten Schallquelle (7) abgestrahlten Schallfeldes gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Interpolation (S10) eine lineare Interpolation in Abhängigkeit von den Bildkoordinaten des Punktes und der benachbarten Stützpunkte (11) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) zu jedem Punkt als benachbarte Stützpunkte (11) diejenigen drei Stützpunkte gewählt werden, die das kleinste den Punkt enthaltende Dreieck bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das Produkt von Schwingungsamplitude, -phase und Transferfunktion für jeden Punkt der Vielzahl gebildet wird (S11), um einen Beitrag des Punktes zum am Bezugspunkt wahrnehmbaren Geräusch zu erhalten, die Beiträge über die Fläche des Oberflächenbereichs (11) integriert werden (S13), um einen Integralwert zu erhalten und ein Punkt ausgewählt wird (S13), bei dem der Realteil eines Produkts von Beitrag des Punktes und Integralwert größer als ein Grenzwert oder unter allen Punkten maximal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (3) ein Kraftfahrzeug oder ein Teil eines Kraftfahrzeugs ist.