EP1430286A2 - Auswertung des abklingverhaltens eines prüfobjekts - Google Patents

Auswertung des abklingverhaltens eines prüfobjekts

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EP1430286A2
EP1430286A2 EP02774335A EP02774335A EP1430286A2 EP 1430286 A2 EP1430286 A2 EP 1430286A2 EP 02774335 A EP02774335 A EP 02774335A EP 02774335 A EP02774335 A EP 02774335A EP 1430286 A2 EP1430286 A2 EP 1430286A2
Authority
EP
European Patent Office
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analog
unit
test object
computer unit
digital
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02774335A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus-Dieter Müller
Thomas Völkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1430286A2 publication Critical patent/EP1430286A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • G—PHYSICS
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    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/001—Impulsive
    • G—PHYSICS
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    • G01N2203/0039—Hammer or pendulum
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0076—Hardness, compressibility or resistance to crushing
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    • G—PHYSICS
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    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0688—Time or frequency
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    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/015—Attenuation, scattering

Definitions

  • the invention relates to a system for signal recording and for evaluating the decay behavior of a test object after mechanical pulse excitation.
  • the invention has for its object to enable the evaluation of the decay behavior of a test object after pulse excitation with a simple system automatically.
  • Coupling means for coupling to sensors, which are provided for detecting vibrations of the test object and for converting the detected vibrations into analog vibration signals
  • an amplifier unit for adjusting the amplitude of the analog oscillation signals, a low-pass filter unit to avoid aliasing effects,
  • the components of the compact mobile unit carry out the signal recording and the evaluation of the recorded signals. Algorithms optimized for sound analysis can run on the computer unit.
  • the amplifier unit ensures an optimal adaptation of the analog signal level to the subsequent analog / digital conversion. For a proper analysis, it is essential that the analog signal is low-pass filtered before the analog / digital conversion in order to avoid aliasing effects.
  • the data converted by the analog / digital converters are analyzed and evaluated directly by the computer unit.
  • the system according to the invention is characterized by the amalgamation of hardware, software and analysis knowledge for sound analysis into a compact, easy-to-use system.
  • the sensors are integrated in the compact mobile unit.
  • the compact mobile unit can be attached directly to the test object to be evaluated without any additional external hardware.
  • the proposed system becomes even more independent of additional external systems if digital inputs and outputs are provided for connecting the computer unit with a mechanism for mechanical impulse excitation of the test object.
  • the computer unit can use this connection to control the mechanism and so on to control the complete test process from the excitation to the evaluation of the data.
  • the integration of supply units for supplying energy to the sensors makes it possible to connect external sensors to the compact mobile unit without the need for any other external supply unit.
  • a communication interface is provided for connecting the computer unit to an external operating and monitoring system.
  • This higher-quality communication interface which, for. B. is based on an industry standard bus, enables the communication of the computer unit, in particular for project planning and monitoring purposes, with the external operator control and monitoring system.
  • the software running on the computer unit can be accessed and changed and / or optimized via an externally running parameterization / monitoring system.
  • the digital inputs and outputs be provided for connecting the computer unit to the external automation device.
  • operating and monitoring elements can be integrated into the compact mobile unit.
  • the computer unit is designed as an adaptive system.
  • the software installed on the computer unit contains so-called learning processes.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system for automatic signal recording and for evaluating the decay behavior of a test object
  • FIG 2 shows an embodiment of the system with an external sensor and control of the pulse excitation by an automation device
  • FIG. 3 shows an embodiment of the system with an internal sensor and control of the pulse excitation by the internal computer unit
  • a compact mobile unit 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a system for automatic signal recording and for evaluating the decay behavior of a test object.
  • a compact mobile unit 1 is shown, which is connected to an external sensor 13 via coupling means 3.
  • the compact unit 1 also contains an internal sensor 2, a supply unit 4 and an amplifier unit
  • a low-pass filter unit 6 an analog / digital converter 7
  • a computer unit 8 a memory 9
  • a communication interface 10 digital inputs and outputs 11 and operating and observation elements 12.
  • the sensors 2, 13 are e.g. B. designed as a laser vibrometer, as a speed or as an acceleration sensor.
  • the sensors 2, 13 are supplied with energy by one or more supply units 4.
  • a supply unit 4 is typically one Power supply (20 mA) or a voltage supply, depending on the type of sensor 2, 13 used.
  • the external sensor 13 is connected to the mobile unit 1 via a connecting line and coupling means 3, the internal sensor 2 is integrated directly into the unit 1 , Depending on the design, the system can work with one or more internal 2 and / or external 13 sensors.
  • the task of the sensors 2, 13 is to convert the detected mechanical vibrations of the test object into electrical vibrations proportional to these vibrations.
  • the analog signals are passed on to one or more amplifier units 5 via the supply unit 4.
  • the amplifier units 5 each amplify the amplitude of the analog signals in such a way that it is optimized for further processing, in particular for the analog / digital conversion.
  • the amplified analog electrical signals are passed on from the amplifier unit 5 to the low-pass filter unit 6.
  • the low-pass filter unit 6 serves as a so-called anti-aliasing filter or anti-aliasing low-pass.
  • An anti-aliasing low pass limits a spectrum of a time and value continuous signal to a certain bandwidth fg. This ensures that the original signal can be exactly reconstructed from the sample values taken in the subsequent analog / digital conversion 7 at a distance of less than or equal to (1/2) * fg.
  • the filtered analog signals are converted into digital data by the analog / digital converter 7.
  • This digital data can then be processed further by a computer unit 8.
  • the computer unit 8 is designed as a microprocessor. Software is loaded on the microprocessor. This software is characterized by the fact that it contains executable programs that perform procedures that are specific to the Analysis of non-stationary signals (sounds) are designed.
  • edge detection for determining the optimal recording duration, for determining the resonance frequency, for determining damping constants, for the correlation calculation of several oscillation events, for using normalization functions for eliminating excitation differences, for filtering distinctive frequencies, for determining the ratio of decay constants of different frequency components and / or to determine the transfer function parameters from the
  • the computer unit 8 is connected to a memory 9. It is thus possible to store 9 results from previous measurements or calculations in the memory. These results can be used for further analyzes - especially one
  • Trend analysis - be used.
  • the evaluation of the digital data by the computer unit 8 contains a vibration analysis and an evaluation of the digital data based on the results of the vibration analysis. Such an evaluation can be carried out with different objectives and depends on the respective design of the test object.
  • the proposed system can e.g. They can be used, for example, for material testing (crack detection in roof tiles, firebrick, glass, castings, etc.), for leak testing of containers (eg food jars) or for determining the layer thickness (eg the deposited layer in a desublimator).
  • FIG. 2 shows an embodiment of the system with an external sensor 21 and control of the pulse excitation by
  • the compact mobile unit 1 is designed as a sound sensor 20.
  • the sound sensor 20 has a connection option 23 for an external sensor 21, operating and monitoring elements 16, a higher-quality communication interface 19 and digital inputs and outputs 18.
  • Other components contained in the clan sensor 20 - e.g. B. according to the components of the mobile Unit 1 from FIG 1 - are not shown here.
  • the external sensor is attached to a test object 24, which is excited by a mechanism 15 with a mechanical pulse.
  • the mechanism 15 is connected to an external automation device 14, which is connected to the sound sensor 20 and an external operating and monitoring system 17 via the digital inputs and outputs 18.
  • the external operating and monitoring system 17 is connected to the sound sensor 20 via the communication interface 19.
  • a test object 24 is excited by the mechanism 15 to mechanical vibrations.
  • a mechanism 15 is e.g. B. an electrically, electromagnetically or pneumatically driven plunger.
  • the mechanism receives control signals from the automation device 14.
  • the sound sensor 20 combines the functions of signal processing and the evaluation of the decay behavior of the test object 24.
  • the sound sensor 20 forms a compact, spatially limited structural unit, for. B. by installing all components in a common housing, which can be used mobile.
  • the connections to the external sensor 21, to the automation device 14 and to the operating and monitoring system 17 are designed to be easily separable.
  • the sound sensor 20 can be operated and monitored via the external operating and monitoring system 17 and / or via operating and monitoring elements 12 integrated into the structural unit of the sound sensor 20, the operating and monitoring system 17 also being used for complex operating functions, eg. B. for the intervention in the software of the sound sensor 20 is provided, the integrated control and monitoring elements 12, however, rather for simple operations, such as setting parameters.
  • the external automation device 14 can also be operated and observed via the external operating and monitoring system 17.
  • 3 shows an embodiment of the system with an internal sensor 16 and control of the pulse excitation by the internal computer unit. Components of the same type in FIG. 3 or in FIG. 2 are identified by the same reference symbols.
  • the sound sensor 20 here contains an internal sensor 22 and here the sound sensor 20 or the computer unit 8 contained therein controls the pulse excitation of the test object 24 by means of the mechanism 15.
  • the mechanism 15 for mechanical pulse excitation of the test object 24 is connected directly to the digital inputs and outputs 18 of the sound sensor 20.
  • the sound sensor 20 can be attached directly to the test object 24 by integrating the sensor 22 into the structural unit of the sound sensor 20. Due to the compact, handy design of the sound sensor 20, it can be reversibly attached to various test objects 24 as required. Since, in particular in the embodiment according to FIG. 3, all functions and components required for sound analysis are integrated in the structural unit of the sound sensor 20, the sound sensor 20 can be used for the self-sufficient testing of test objects 24 without additional devices being required. The results of the evaluation can be promptly carried out by connected systems such. B. automation devices 14 and / or operating and monitoring systems 17 or at a later time by using the memory 9 of the sound sensor 24 and read.
  • FIG. 4 shows a typical time signal 25 of a mechanical oscillation of a test object 24 after mechanical impulse excitation.
  • the amplitude values of the time signal 25 are plotted against the vertical axis of the diagram shown, and the time is plotted against the horizontal axis.
  • amplitude values are the scaled measured value of the acceleration.
  • the test object 24 is designed as a desublimator container.
  • the invention thus relates to a simply constructed system for automatic signal recording and for evaluating the decay behavior of a test object after mechanical impulse excitation.
  • the system contains
  • Coupling means 3 for coupling to sensors 2, 13, which are provided for detecting vibrations of the test object 24 and for converting the detected vibrations into analogue vibration signals, an amplifier unit 5 for adjusting the amplitude of the analogue vibration signals, a low-pass filter unit 6 for avoiding aliasing effects, analog / digital Converter 7 for converting the analog vibration signals into digital data and a computer unit 8 for vibration analysis and for evaluating the digital data, the coupling means 3, the amplifier unit 5, the low-pass filter unit 6, the analog / digital converter 7 and the computer unit 8 in one compact mobile unit 1 are combined in series.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein einfach aufgebautes System zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts nach einer mechanischen Impulsanregung. Das System enthält Kopplungsmittel (3) zur Kopplung mit Sensoren (2, 13), welche zur Erfassung von Schwingungen des Prüfobjekts (24) und zur Umwandlung der erfassten Schwingungen in analoge Schwingungssignale vorgesehen sind, eine Verstärkereinheit (5) zur Amplitudenanpassung der analogen Schwingungssignale, eine Tiefpassfiltereinheit (6) zur Vermeidung von Aliasingeffekten, Analog/Digital-Wandler (7) zur Umsetzung der analogen Schwingungssignale in digitale Daten und eine Rechnereinheit (8) zur Schwingungsanalyse und zur Bewertung der digitalen Daten, wobei die Kopplungsmittel (3), die Verstärkereinheit (5), die Tiefpassfiltereinheit (6), der Analog/Digital-Wandler (7) und die Rechnereinheit (8) in einer kompakten mobilen Einheit (1) hintereinandergeschaltet zusammengefasst sind.

Description

Beschreibung
Auswertung des Abklingverhaltens eines PrüfObjekts
Die Erfindung betrifft ein System zur Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines PrüfObjekts nach einer mechanischen Impulsanregung.
Rückschlüsse auf die Qualität, die Funktionsfähigkeit oder den Zustand eines Fertigungsprozesses eines Produktes lassen sich in bestimmten Applikationen aus dem mechanischen Abklingverhalten eines PrüfObjekts ziehen, welches zuvor durch einen mechanischen Impuls angeregt wurde. Das mechanische Abklingverhalten wird im Folgenden auch als Klang bezeichnet.
Gegenwärtige Analysesysteme setzen auf komplexe Hard- und Software auf . Diese Systeme erfordern einen hohen Projektierungsaufwand. Dies widerspricht den Forderungen der Industrie nach einfach bedienbaren, kostengünstigen Lösungen für die Inbetriebsetzung und für den automatischen, problemlosen Dauerbetrieb.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts nach einer Impulsanregung mit einem einfach aufgebauten System automatisch zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines PrüfObjekts nach einer mechanischen Impulsanregung, mit
- Kopplungsmitteln zur Kopplung mit Sensoren, welche zur Erfassung von Schwingungen des PrüfObjekts und zur Umwandlung der erfassten Schwingungen in analoge Schwingungssignale vorgesehen sind,
- einer Verstärkereinheit zur Amplitudenanpassung der analogen Schwingungssignale, - einer Tiefpassfiltereinheit zur Vermeidung von Aliasingeffekten,
- Analog/Digital-Wandlern zur Umsetzung der analogen Schwingungssignale in digitale Daten und - einer Rechnereinheit zur Schwingungsanalyse und zur Bewertung der digitalen Daten, wobei die Kopplungsmittel, die Verstärkereinheit, die Tiefpassfiltereinheit, der Analog/Digital-Wandler und die Rechnereinheit in einer kompakten mobilen Einheit hintereinandergeschaltet zusammengefasst sind.
Die Komponenten der kompakten mobilen Einheit führen die Signalaufzeichnung und die Auswertung der aufgezeichneten Signale durch. Auf der Rechnereinheit können dafür speziell für die Klanganalyse optimierte Algorithmen ablaufen. Die Verstärkereinheit gewährleistet eine optimale Anpassung des analogen Signalpegel an die darauf folgende Analog/Digital- Wandlung. Für eine ordnungsgemäße Analyse ist es unerlässlich, dass das Analogsignal vor der Analog/Digital- Wandlung tiefpassgefiltert wird, um Aliasingeffekte zu vermeiden. Die von den Analog/Digital-Wandlern umgesetzten Daten werden direkt von der Rechnereinheit analysiert und bewertet. Das erfindungsgemäße System zeichnet sich aus durch die Verschmelzung von Hardware, Software und Analysewissen zur Klanganalyse in ein kompaktes, einfach bedienbares System.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren in die kompakte mobile Einheit integriert. Dadurch kann die kompakte mobile Einheit direkt ohne jegliche zusätzliche externe Hardware auf dem zu bewertenden Prüfobjekt angebracht werden. Das vorgeschlagene System wird noch unabhängiger von zusätzlichen externen Systemen, wenn digitale Ein- und Ausgänge zur Verbindung der Rechnereinheit mit einem Mechanismus zur mechanischen Impulsanregung des PrüfObjektes vorgesehen sind. Über diese Verbindung ist es der Rechnereinheit möglich, den Mechanismus zu steuern und so den kompletten Prüfvorgang von der Anregung bis zur Auswertung der Daten zu kontrollieren. Durch die Integration von Versorgungseinheiten zur Energieversorgung der Sensoren ist es möglich externe Sensoren an die kompakte mobile Einheit anzuschließen, ohne dass eine sonstige externe Versorgungseinheit erforderlich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Kommunikationsschnittstelle zur Verbindung der Rechnereinheit mit einem externen Bedien- und Beobachtungssystem vorgesehen. Diese höherwertige Kommunikationsschnittstelle, welche z. B. auf einem Industriestandardbus beruht, ermöglicht die Kommunikation der Rechnereinheit, insbesondere zu Projektierungs- und Monitoringzwecken, mit dem externen Bedien- und Beobachtungssystem. So kann über ein extern laufendes Parametrierungs-/Monitoringsystem auf die auf der Rechnereinheit laufende Software zugegriffen und diese verändert und/oder optimiert werden.
Insbesondere für den Fall, dass der Mechanismus zur mechanischen Impulsanregung des PrüfObjekts von einem externen Automatisierungsgerät angesteuert wird, wird vorgeschlagen, dass die digitalen Ein- und Ausgänge zur Verbindung der Rechnereinheit mit dem externen Automatisierungsgerät vorgesehen sind. Um direkt an der kompakten mobilen Einheit die Möglichkeit zu einfachen Einstellungen und zur Visualisierung zu haben, können in die kompakte mobile Einheit Bedien- und Beobachtungselemente integriert werden. Die Rechnereinheit ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als ein lernfähiges System ausgebildet. Die auf der Rechnereinheit installierte Software beinhaltet sogenannte Lernverfahren, das sind z. B. Verfahren zum automatischen Generieren von markanten Merkmalen und zur Klassifikation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert . Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts,
FIG 2 eine Ausgestaltung des Systems mit externem Sensor und Steuerung der Impulsanregung durch ein Automatisierungsgerät,
FIG 3 eine Ausgestaltung des Systems mit internem Sensor und Steuerung der Impulsanregung durch die interne Rechnereinheit und
FIG 4 ein typisches Zeitsignal einer Schwingung nach einer Impulsanregung.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels eines Systems zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts. Dargestellt ist eine kompakte mobile Einheit 1, welche über Kopplungsmittel 3 mit einem externen Sensor 13 verbunden ist. Des Weiteren enthält die kompakte Einheit 1 einen internen Sensor 2, eine Versorgungseinheit 4, eine Verstärkereinheit
5, eine Tiefpassfiltereinheit 6, einen Analog/Digital-Wandler 7, eine Rechnereinheit 8, einen Speicher 9, eine Kommunikationsschnittstelle 10, digitale Ein- und Ausgänge 11 sowie Bedien- und Beobachtungselemente 12.
Über den externen Sensor 13 oder den internen Sensor 2 werden mechanische Schwingungen eines PrüfObjekts erfasst. Die Sensoren 2, 13 sind z. B. als Laservibrometer, als Geschwindigkeits- oder als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet. Die Sensoren 2, 13 werden von einer oder mehreren Versorgungseinheiten 4 mit Energie versorgt. Eine solche Versorgungseinheit 4 ist typischerweise eine Stromversorgung (20 mA) oder eine SpannungsVersorgung, abhängig von der Art des jeweils verwendeten Sensors 2, 13. Der externe Sensor 13 ist über eine Verbindungsleitung und Kopplungsmittel 3 mit der mobilen Einheit 1 verbunden, der interne Sensor 2 ist direkt in die Einheit 1 integriert. Das System kann je nach Ausgestaltung sowohl mit einem oder mehreren internen 2 und/oder externen 13 Sensoren arbeiten. Die Aufgabe der Sensoren 2, 13 ist die Umwandlung der erfassten mechanischen Schwingungen des PrüfObjekts in diesen Schwingungen proportionale elektrische analoge Signale. Die analogen Signale werden über die Versorgungseinheit 4 an eine oder mehrere Verstärkereinheiten 5 weitergegeben. Die Verstärkereinheiten 5 verstärken jeweils die Amplitude der analogen Signale so, dass sie für die weitere Bearbeitung, insbesondere für die Analog/Digital-Wandlung, optimiert ist. Die verstärkten analogen elektrischen Signale werden von der Verstärkereinheit 5 an die Tiefpassfiltereinheit 6 weitergeleitet. Die Tiefpassfiltereinheit 6 dient als sogenanntes Antialiasing-Filter bzw. Antialiasing-Tiefpass . Ein Antialiasing-Tiefpass begrenzt ein Spektrum eines zeit- und wertekontinuierlichen Signals auf eine bestimmte Bandbreite fg. Dadurch ist sichergestellt, dass aus den bei der nachfolgenden Analog/Digital-Wandlung 7 im Abstand kleiner oder gleich (1/2) *fg entnommenen Abtastwerten das ursprüngliche Signal exakt rekonstruiert werden kann. Kann das ursprüngliche Signal nicht exakt rekonstruiert werden, da dessen Bandbreite im Hinblick auf die Analog/Digital-Wandlung zu groß ist, so treten leicht sogenannte Aliasingeffekte auf, z. B. in Form von Artefakt-Bildung und Verfälschungen des FrequenzSpektrums . Die gefilterten analogen Signale werden vom Analog/Digital-Wandler 7 in digitale Daten umgesetzt. Diese digitalen Daten können dann von einer Rechnereinheit 8 weiterverarbeitet werden. Die Rechnereinheit 8 ist im Ausführungsbeispiel als Mikroprozessor ausgebildet. Auf dem Mikroprozessor ist Software geladen. Diese Software ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ausführbare Programme beinhaltet, welche Verfahren ausführen, die speziell für die Analyse von nicht stationären Signalen (Klängen) ausgelegt sind. Das sind beispielsweise Verfahren zur Flankenerkennung, zur Bestimmung der optimalen Aufnahmedauer, zur Resonanz- frequenzbestimmung, zur Bestimmung von Dämpfungskonstanten, zur Korrelationsberechnung von mehreren Schwingungsereignissen, zur Anwendung von Normalisierungsfunktionen zur Eliminierung von Anregungsunterschieden, zur Filterung von markanten Frequenzen, zur Verhältnisbestimmung von Abklingkonstanten verschiedener Frequenzanteilen und/oder zur Ermittlung der Übertragungsfunktionsparameter aus der
Korrelation zwischen Erregungssignal und Schwingungssignal. Die Rechnereinheit 8 ist mit einem Speicher 9 verbunden. So ist es möglich im Speicher 9 Ergebnisse aus vorangegangenen Messungen bzw. Berechnungen zu hinterlegen. Diese Ergebnisse können zu weiteren Analysen - insbesondere zu einer
Trendanalyse - herangezogen werden. Die Auswertung der digitalen Daten durch die Rechnereinheit 8 enthält eine Schwingungsanalyse und eine Bewertung der digitalen Daten anhand der Ergebnisse der Schwingungsanalyse. Eine solche Auswertung kann mit unterschiedlichen Zielsetzungen durchgeführt werden und ist abhängig von der jeweiligen Ausgestaltung des Prüfobjekts. Das vorgeschlagene System kann z. B. eingesetzt werden zur Materialprüfung (Risserkennung in Dachziegeln, Schamottplatten, Gläsern, Gussteilen usw. ) , zur Dichtigkeitsprüfung von Behältern (z. B. Nahrungsmittel- gläsern) oder zur Schichtdickenbestimmung (z. B. der abgeschiedenen Schicht in einem Desublimator) .
FIG 2 zeigt eine Ausgestaltung des Systems mit externem Sensor 21 und Steuerung der Impulsanregung durch ein
Automatisierungsgerät 14. Die kompakte mobile Einheit 1 ist in dieser Ausgestaltung als Klangsensor 20 ausgebildet. Der Klangsensor 20 weist eine Anschlussmöglichkeit 23 für einen externen Sensor 21, Bedien- und Beobachtungselemente 16, eine höherwertige Kommunikationsschnittstelle 19 sowie digitale Ein- und Ausgänge 18 auf. Andere im Klansensor 20 enthaltene Komponenten - z. B. entsprechend den Komponenten der mobilen Einheit 1 aus FIG 1 - sind hier nicht dargestellt. Der externe Sensor ist an einem Prüfobjekt 24 angebracht, welches von einem Mechanismus 15 mit einem mechanischen Impuls angeregt wird. Der Mechanismus 15 ist verbunden mit einem externen Automatisierungsgerät 14, welches über die digitalen Ein- und Ausgänge 18 mit dem Klangsensor 20 und einem externen Bedien- und Beobachtungssystem 17 verbunden ist . Das externe Bedien- und Beobachtungssystem 17 ist über die Kommunikationsschnittstelle 19 mit dem Klangsensor 20 verbunden.
In der Ausgestaltung des Systems entsprechend der Darstellung in FIG 2 wird ein Prüfobjekt 24 durch den Mechanismus 15 zu mechanischen Schwingungen angeregt. Solch ein Mechanismus 15 ist z. B. ein elektrisch, elektromagnetisch oder pneumatisch angetriebener Stößel. Der Mechanismus erhält Steuersignale vom Automatisierungsgerät 14. Der Klangsensor 20 vereint die Funktionen der Signalverarbeitung und der Auswertung des Abklingverhaltens des Prüfobjekts 24. Der Klangsensor 20 bildet eine kompakte, räumlich begrenzte Baueinheit, z. B. durch Einbau sämtlicher Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse, welche dadurch mobil einsetzbar ist. Die Verbindungen zum externen Sensor 21, zum Automatisierungsgerät 14 und zum Bedien- und BeobachtungsSystem 17 sind leicht auftrennbar ausgestaltet. Der Klangsensor 20 kann über das externe Bedien- und Beobachtungssystem 17 und/oder über in die Baueinheit des Klangsensors 20 integrierte Bedien- und Beobachtungselemente 12 bedient und beobachtet werden, wobei das Bedien- und BeobachtungsSystem 17 auch »für komplexe Bedienfunktionen, z. B. für den Eingriff in die Software des Klangsensors 20, vorgesehen ist, die integrierten Bedien- und Beobachtungselemente 12 hingegen eher für einfache Bedienhandlungen, etwa das Einstellen von Parametern. Über das externe Bedien- und Beobachtungssystem 17 kann auch das externe Automatisierungsgerät 14 bedient und beobachtet werden. FIG 3 zeigt eine Ausgestaltung des Systems mit internem Sensor 16 und Steuerung der Impulsanregung durch die interne Rechnereinheit. Gleichartige Komponenten in FIG 3 bzw. in FIG 2 sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied zur Ausgestaltung des Systems entsprechend FIG 2 enthält hier der Klangsensor 20 einen internen Sensor 22 und steuert hier der Klangsensor 20 bzw. die in diesem enthaltene Rechnereinheit 8 die Impulsanregung des Prüfobjekts 24 mittels des Mechanismus 15.
Bei der Ausgestaltung entsprechend FIG 3 ist der Mechanismus 15 zur mechanischen Impulsanregung des Prüfobjekts 24 direkt an die digitalen Ein- und Ausgänge 18 des Klangsensors 20 angeschlossen. Außerdem kann der Klangsensor 20 durch die Integration des Sensors 22 in die Baueinheit des Klangsensors 20 direkt am PrüfObjekt 24 angebracht werden. Durch die kompakte handliche Ausführung des Klangsensors 20 kann dieser somit ganz nach Bedarf reversibel an verschiedenen PrüfObjekten 24 angebracht werden. Da insbesondere in der Ausgestaltung entsprechend FIG 3 sämtliche zur Klanganalyse erforderlichen Funktionen und Komponenten in der Baueinheit des Klangsensors 20 integriert vorhanden sind, kann der Klangsensor 20 zur autarken Prüfung von PrüfObjekten 24 genutzt werden, ohne dass weitere Geräte erforderlich sind. Die Ergebnisse der Auswertung können zeitnah durch angeschlossene Systeme wie z. B. Automatisierungsgeräte 14 und/oder Bedien- und Beobachtungssysteme 17 oder auch zu einem späteren Zeitpunkt durch Nutzung des Speichers 9 des Klangsensors 24 ausgelesen und weiterverwertet werden.
FIG 4 zeigt ein typisches Zeitsignal 25 einer mechanischen Schwingung eines Prüfobjekts 24 nach einer mechanischen Impulsanregung. Gegen die senkrechte Achse des dargestellten Diagramms sind die Amplitudenwerte des Zeitsignals 25, gegen die waagerechte Achse ist die Zeit aufgetragen. Bei den
Amplitudenwerten handelt es sich bei diesem Beispiel um den skalierten Messwert der Beschleunigung. Das Prüfobjekt 24 ist als Desublimator-Behälter ausgebildet. Man erkennt deutlich den Zeitpunkt der Impulsanregung, gekennzeichnet durch den unmittelbar folgenden starken Amplitudenanstieg des Zeitsignals 25. Da der Desublimator-Behälter hier nur mit einem einzelnen mechanischen Impuls angeregt wurde, nimmt die Einhüllende des Zeitsignals 25 der Schwingung nach Erreichen des Maximums kontinuierlich ab. Die Schwingung im Beispiel ist nach einer halben Sekunde fast vollständig abgeklungen. Dieses mechanische Abklingverhalten wird auch als Klang bezeichnet.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung somit ein einfach aufgebautes System zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts nach einer mechanischen Impulsanregung. Das System enthält
Kopplungsmittel 3 zur Kopplung mit Sensoren 2, 13, welche zur Erfassung von Schwingungen des Prüfobjekts 24 und zur Umwandlung der erfassten Schwingungen in analoge Schwingungssignale vorgesehen sind, eine Verstärkereinheit 5 zur Amplitudenanpassung der analogen Schwingungssignale, eine Tiefpassfiltereinheit 6 zur Vermeidung von Aliasingeffekten, Analog/Digital-Wandler 7 zur Umsetzung der analogen Schwingungssignale in digitale Daten und eine Rechnereinheit 8 zur Schwingungsanalyse und zur Bewertung der digitalen Daten, wobei die Kopplungsmittel 3, die Verstärkereinheit 5, die Tiefpassfiltereinheit 6, der Analog/Digital-Wandler 7 und die Rechnereinheit 8 in einer kompakten mobilen Einheit 1 hintereinandergeschaltet zusammengefasst sind.

Claims

Patentansprüche
1. System zur automatischen Signalaufzeichnung und zur Auswertung des Abklingverhaltens eines Prüfobjekts nach einer mechanischen Impulsanregung, mit
- Kopplungsmitteln (3) zur Kopplung mit Sensoren (2, 13), welche zur Erfassung von Schwingungen des Prüfobjekts (24) und zur Umwandlung der erfassten Schwingungen in analoge Schwingungssignale vorgesehen sind, - einer Verstärkereinheit (5) zur Amplitudenanpassung der analogen Schwingungssignale, einer Tiefpassfiltereinheit (6) zur Vermeidung von Aliasingeffekten,
- Analog/Digital-Wandlern (7) zur Umsetzung der analogen Schwingungssignale in digitale Daten und einer Rechnereinheit (8) zur Schwingungsanalyse und zur
Bewertung der digitalen Daten, wobei die Kopplungsmittel (3), die Verstärkereinheit (5), die Tiefpassfiltereinheit (6), der Analog/Digital-Wandler (7) und die Rechnereinheit (8) in einer kompakten mobilen Einheit (1) hintereinandergeschaltet zusammengefasst sind.
2. System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren (2) in die kompakte mobile Einheit (1) integriert sind.
3. System nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass digitale Ein- und Ausgänge (11) zur Verbindung der Rechnereinheit (8) mit einem Mechanismus (15) zur mechanischen Impulsanregung des Prüfobjektes (24) vorgesehen sind.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Versorgungseinheiten (4) zur Energieversorgung der Sensoren (13) vorgesehen ist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Kommunikationsschnittstelle (10) zur Verbindung der Rechnereinheit (8) mit einem externen Bedien- und BeobachtungsSystem (17) vorgesehen ist.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die digitalen Ein- und Ausgänge (11) zur Verbindung der Rechnereinheit (8) mit einem externen Automatisierungsgerät (14) vorgesehen sind.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in die kompakte mobile Einheit (1) Bedien- und Beobachtungselemente (12) integriert sind.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Rechnereinheit (8) als ein lernfähiges System ausgebildet ist.
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