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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Impulshaltigkeit eines Prüflings, insbesondere bei einer Endkontrolle in einem Fertigungsprozess. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Der Begriff Impulshaltigkeit charakterisiert Schallemissionen, meistens Lärm, mit periodischen oder nicht periodischen starken Änderungen des Schallemissionspegels. Kennzeichnend ist hierbei die schnelle zeitliche Änderung des Emissionspegels. Geräusche mit starken, aber langsamen Pegeländerungen werden nicht als impulshaltig eingestuft.
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Zur Erkennung von impulshaltigen Geräuschen werden verschiedene Parameter wie Impulshaltigkeit, Spitzenwert und/oder Crest-Faktor eingesetzt, welche aber keine ausreichend guten Ergebnisse für den Anwendungsfall liefern.
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Aufgabe der Erfindung ist es auf einfache Weise eine Beurteilung der Impulshaltigkeit eines Prüflings zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass
- a. ein Messsignal eines Geräusches oder eine Schwingung des Prüflings ermittelt wird,
- b. das Messsignal des Prüflings einer Bandpassfilterung unterworfen wird,
- c. das gefilterte Messsignal einer Effektivwertberechnung unterworfen und ein Pegelverlauf ermittelt wird,
- d. der Pegelverlauf normiert wird,
- e. der normierte Pegelverlauf auf Überschreitung zumindest eines definierten Pegelgrenzwertes geprüft wird, wobei
- f. die Anzahl der Überschreitungen des definierten Pegelgrenzwertes innerhalb einer definierten Messdauer ermittelt wird und
- g. der Prüfling als fehlerhaft beurteilt wird, wenn die Anzahl der Überschreitungen des definierten Pegelgrenzwertes eine definierte kritische Anzahl übersteigt.
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Vorzugsweise erfolgt die Normierung des Pegelverlaufes dadurch, dass vom Pegelverlauf ein Mittelwert des Pegelverlaufes subtrahiert wird.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pegelgrenzwert und/oder die kritische Anzahl an Überschreitungen mittels Statistikanalyse ermittelt wird/werden. Dabei wird/werden der definierte Pegelgrenzwert und/oder die definierte kritischen Anzahl an Überschreitungen vorzugsweise in Abhängigkeit des Prüflings festgelegt. Der definierte Pegelgrenzwert kann typischerweise 2 dB bis 10 dB betragen.
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In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die definierte Messdauer mindestens zwei Sekunden. Typischerweise liegt die optimale Messdauer für hohe Aussagekraft über die Impulshaltigkeit etwa bei sechs bis zehn Sekunden.
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Die Auswertung wird bevorzugt in mehrere Frequenzbereiche aufgeteilt. Durch die Aufteilung der Auswertung in mehrere Frequenzbereiche können unterschiedliche Geräuschquellen, die unterschiedliche Abstrahlcharakterisika aufweisen, auf Impulshaltigkeit untersucht werden.
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In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schritte b. bis g. für verschiedene Frequenzbereiche wiederholt werden. Der gesamte Berechnungsvorgang wird für alle selektierten Frequenzbänder durchgeführt. Durch die frequenzbandselektive Auswertung werden Maskierungseffekte von impulshaltigen Geräuschen stark reduziert oder verhindert. Dadurch ist es möglich, das zu untersuchende Geräusch zuverlässig zu erkennen, selbst wenn andere Geräuschanteile lauter sind.
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Der Berechnungsvorgang sieht vor, dass zuerst das von einem Mikrofon oder Schwingungssensor aufgenommene Messsignal mittels Bandpass gefiltert wird. Durch eine sehr schnelle Effektivwert-Berechnung (RMS-Berechnung) des gefilterten Messsignals ergibt sich ein Pegelverlauf, in welchem impulshaltige Geräusche als deutliche Spitzen erkennbar sind.
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Die Geschwindigkeit (Blockdauer) der Effektivwert-Berechnung ist so gewählt, dass Signalspitzen auf Grund von impulshaltigen Geräuschen nicht unterdrückt werden (zu lange Blockdauer). Andererseits sollen äußerst kurzzeitige Signalspitzen nicht zu Fehlbewertungen führen (zu kurze Bockdauer).
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Vorzugsweise wird vom gefiltertem Pegelverlauf ein Mittelwert berechnet. Durch Abziehen des Mittelwertes vom Pegelverlauf wird der Pegelverlauf normiert, er verläuft nun um eine Nullachse.
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Durch die Normierung des Pegelverlaufes wird das Ergebnis unabhängig von der absoluten Höhe des Geräusches, dem Geräuschniveau. Dadurch können verschiedene Prüflinge besser in Bezug auf die Impulshaltigkeit verglichen werden.
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Jeder normierte Pegelverlauf wird mittels eines definierten Pegelgrenzwertes, der auf das jeweilige Frequenzband abgestimmt ist, auf Überschreitungen geprüft.
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Die Anzahl der Überschreitungen wird festgehalten. Ab einer bestimmten kritischen Anzahl an Überschreitungen wird der Prüfling als fehlerhaft beurteilt.
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Die Pegelgrenzwerte und die kritische Anzahl an Überschreitungen werden günstiger Weise mittels Statistikanalyse ermittelt.
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Das Ergebnis kann durch Verändern der Limits leicht verändert werden und so an verschiedene Prüflingstypen angepasst werden.
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Da eine Mindestanzahl an impulshaltigen Geräuschen auftreten muss, wirken sich einmalige Events nicht aus. Das verhindert Fehlergebnisse bei der Klassifizierung der Prüflinge.
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Durch die Normierung des sehr schnellen Pegelverlaufes mit dem Mittelwert des Pegelverlaufes führen Unterschiede im absoluten Geräuschniveau des Prüflings zu keinen Fehlbeurteilungen.
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Die Anzahl der impulshaltigen Geräuschanteile, welche in einem bestimmten Zeitraum, nämlich der definierten Messdauer, die definierten Pegelgrenzwerte überschreiten, dienen als psychoakustischer Parameter für die Beurteilung der Prüflinge. Der psychoakustische Parameter bewertet den Geräuschcharakter des Prüflings bezüglich Impulshaltigkeit. Liegt der Parameter, also die ermittelte Anzahl an Überschreitungen, über der kritischen Anzahl, so muss der Prüfling als fehlerhaft beurteilt werden. Wird die kritische Anzahl nicht überschritten kann der Prüfling als in Ordnung befunden werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
- 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Blockdiagramm,
- 2 gefilterte Effektivwert-Pegelverläufe für zwei verschiedene Motoren und
- 3 die Pegelverläufe nach Normierung.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Impulshaltigkeit eines Prüflings, beispielsweise eines Motors, insbesondere bei der Endkontrolle in einem Fertigungsprozess, schematisch dargestellt.
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Dabei wird in einem Schritt a. - beispielsweise mit einem Mikrofon oder Schwingungssensor - ein Messsignal des Prüflings ermittelt. Der Berechnungsvorgang sieht vor, dass das vom Mikrofon oder Schwingungssensor aufgenommene Messsignal - etwa der Schalldruck p - in Schritt b. mittels Bandpass gefiltert wird. Durch eine sehr schnelle RMS-Berechnung (Effektivwertberechnung, RMS= Root Mean Square) des gefilterten Messsignals ergibt sich in Schritt c. ein Pegelverlauf, in welchem impulshaltige Geräusche als Spitzen S1, S2, S3 und S4 deutlich erkennbar sind (siehe 2).
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Danach wird in Schritt d. der Pegelverlauf normiert. Die Normierung des Pegelverlaufes kann beispielsweise erfolgen, indem vom Pegelverlauf ein Mittelwert des Pegelverlaufes subtrahiert wird. Der Pegelverlauf verläuft nun um eine Nullachse (siehe 3). Durch die Normierung des Pegelverlaufes wird das Ergebnis unabhängig von der absoluten Höhe des Geräusches, dem Geräuschniveau. Dadurch können verschiedene Prüflinge besser in Bezug auf die Impulshaltigkeit verglichen werden. Durch die Normierung des sehr schnellen Pegelverlaufes mit dem Mittelwert des Pegelverlaufes führen Unterschiede im absoluten Geräuschniveau des Prüflings zu keinen Fehlbeurteilungen.
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In einem Schritt e. wird der normierte Pegelverlauf auf Überschreitung zumindest eines vordefinierten Pegelgrenzwertes geprüft und - falls Überschreitungen festgestellt werden - in einem Schritt f. die Anzahl A der Überschreitungen des definierten Pegelgrenzwertes pn,k innerhalb einer definierten Messdauer t ermittelt. Diese Anzahl A der Überschreitungen stellen einen psychoakustischen Parameter für die Beurteilung der Impulshaltigkeit dar.
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Falls die Anzahl A der Überschreitungen des definierten Pegelgrenzwertes pn,k eine definierte kritische Anzahl Ak übersteigt, wird in einem Schritt g. der Prüfling als fehlerhaft („NOK“) beurteilt. Andernfalls wird der Prüfling als in Ordnung („OK“) befunden. Die Pegelgrenzwerte pn,k und die und die kritische Anzahl Ak an Überschreitungen wurden zuvor beispielsweise mittels einer Statistikanalyse ermittelt und festgelegt.
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Die Auswertung wird in mehrere Frequenzbereiche aufgeteilt. Durch die Aufteilung der Auswertung in mehrere Frequenzbereiche können unterschiedliche Geräuschquellen, die unterschiedliche Abstrahlcharakterisika aufweisen, auf Impulshaltigkeit untersucht werden. Die Schritte b. bis g. können für verschiedene Frequenzbereiche wiederholt werden.
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Der gesamte Berechnungsvorgang wird für alle selektierten Frequenzbänder durchgeführt. Durch die frequenzbandselektive Auswertung werden Maskierungseffekte von impulshaltigen Geräuschen stark reduziert oder verhindert. Dadurch ist es möglich, das zu untersuchende Geräusch zuverlässig zu erkennen, selbst wenn andere Geräuschanteile lauter sind.
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Die Geschwindigkeit (Blockdauer) der Effektivwert-Berechnung ist so gewählt, dass Signalspitzen auf Grund von impulshaltigen Geräuschen - bei zu langer Blockdauer - nicht unterdrückt werden. Andererseits sollen äußerst kurzzeitige Signalspitzen - durch zu kurze Blockdauer - nicht zu Fehlbewertungen führen.
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Das Ergebnis kann durch Verändern der Limits - des definierten Pegelgrenzwerts pn,k und/oder der kritischen Anzahl Ak an Überschreitungen - leicht verändert werden und so an verschiedene Prüflingstypen angepasst werden.
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Da eine Mindestanzahl an impulshaltigen Geräuschen auftreten muss, wirken sich einmalige Events nicht aus. Das verhindert Fehlergebnisse bei der Klassifizierung der Prüflinge.
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In 2 ist der Schalldruck p für einen Motor 1 und einen Motor 2 als beispielsweise über 16 kHz Oktaven gefilterte Effektiv-Pegelverläufe über der Zeit t - beispielsweise für eine Messdauer von 8 Sekunden - aufgetragen. Die Messdauer t sollte im allgemeinen günstigerweise 6 bis 10 Sekunden betragen. Der Mittelwert des Motors 1 liegt etwa bei 54 dBA. Motor 1 weist keine ausgeprägten Spitzen im Schalldruck p auf. Beim Motor 2 hingegen sind deutliche Spitzen S1, S2, S3 und S4 im Schalldruck p erkennbar. Der Mittelwert des Motors 2 liegt bei etwa 36 dBA.
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3 zeigt die Pegelverläufe nach durchgeführter Normierung. Für jeden Motor 1, 2 sind normierte Schalldrücke pn über der Zeit t aufgetragen. Mit pn,k ist ein definierter Pegelgrenzwert bezeichnet, der hier bei etwa 4 dB liegt. Während der Pegelverlauf für den Motor 1 keine Überschreitungen des Pegelgrenzwertes pn,k aufweist, gibt es beim Motor 2 vier durch die Spitzen S1, S2, S3 und S4 gebildete Überschreitungen des Pegelverlaufes für den normierten Schalldruck pn.
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Der Pegelgrenzwert pn,k oder die kritische Anzahl Ak an Überschreitungen werden beispielsweise mittels Statistikanalyse ermittelt. Die kritische Anzahl Ak an Überschreitungen ist vom Prüfling, insbesondere auch vom Motortyp abhängig. Typischerweise liegt die noch erlaubte kritische Anzahl beispielsweise bei einer 1 Überschreitung pro Sekunde Messdauer t.
