Akustische Resonanzanalyse

Optische, berührungslose Resonanzprüfung durch Lasersensoren

Bei der Resonanzanalyse geht es darum, die Eigenfrequenzen oder Eigenmoden eines Objekts zu ermitteln. Ist ein Objekt Schwingungen bei oder in der Nähe seiner Eigenfrequenz ausgesetzt, neigt es zu größeren Schwingungsamplituden. Dieser Effekt ermöglicht es, strukturelle Probleme, Defekte oder Schwachstellen früh und systematisch zu erkennen. Durch die Analyse des Frequenzgangs erhalten Ingenieure Einblicke in die strukturellen Merkmale des geprüften Objekts, einschließlich der Steifigkeit, Dämpfung und mechanischen Eigenschaften sowie seiner allgemeinen Integrität.

Die Laser-Doppler-Vibrometrie ist eine fortschrittliche optische Technologie, die im Zusammenhang mit der Resonanzprüfung mehrere Vorteile bietet:

• Hohe Präzision: Laserbasierte Messsysteme liefern extrem genaue und präzise Daten, die es Ingenieuren ermöglichen, selbst subtile Veränderungen im Schwingungsverhalten eines Objekts zu erkennen.
• Berührungslos: Laservibrometer messen die Prüflingsstruktur optisch und berührungsfrei. Dies minimiert Störungen und lässt die Messungen ohne Einfluss oder Massebeladung auf den Prüfling durchführen. Dies ist entscheidend bei empfindlichen, feinen oder auch heißen Komponenten, wo man keine konventionellen Beschleunigungssensoren anbringen kann.
• Großer Frequenzbereich: Laservibrometer decken einen großen Frequenzbereich ab und eignen sich daher für die Breitband-Resonanzanalyse ob Niederfrequenz oder Hochfrequenz und bis in den GHz-Bereich hinein.
• Ferngesteuert: Laservibrometern detektieren Schwingungen auch über große Entfernungen, was die Bauteil-Beurteilung in Maschinen und Anlagen kurzfristig ermöglicht, ohne direkte physische Zugänglichkeit. Dies ist in Gefahrenzonen wie Hochspannungs- oder Explosionsbereichen und bei Infrastruktur unerlässlich.
• Schnelle Datenerfassung: Laservibrometer können Daten schnell mit analoger und digitaler Datenübertragung erfassen und ermöglichen so Echtzeitanalysen und sofortiges Feedback während der Prüfung.

Prüfung von Resonanzen am Fallbeispiel HDD und Präzisionsmechanik

Festplatten (HDD) mit ihrer ständig wachsenden Speicherdichte und kürzeren Zugriffszeiten erfordern ein extrem hohes Maß an Stabilität in Bezug auf die Lage und Positionierung des Schreib-/Lesekopfs im Verhältnis zur Schnittstelle des Laufwerks. Die Flughöhe ist ein Balanceakt: Eine geringe Flughöhe ermöglicht eine bessere Ortsauflösung bei Schreib-/Lesevorgängen und damit eine höhere Datendichte; damit steigt aber das Risiko von Kollisionen. Die Flughöhe beträgt lediglich wenige Nanometer und ist aufgrund des Luftlagers stark vom Umgebungsdruck abhängig. Das Luftlager hat jedoch Resonanzen, die ebenfalls vom Umgebungsdruck abhängen und somit zu neuen Instabilitäten führen könnten.

Mittels berührungsfreiem Messverfahren sind Laservibrometern nahezu die einzige Möglichkeit, die Resonanzanalyse am feinen Schreib-/Lesekopf einschließlich der Aufhängung hinsichtlich einer dynamischen Anregung zu messen. Bei Resonanztests mit Einpunkt- und Scanning-Vibrometern wird das Frequenzspektrum der Amplitude des Schreib-/Lesekopfes in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck gemessen. Dies lässt kritische Zustände ermitteln und konstruktiv darauf eingehen. Ziel des Optimierungsprozesses ist es, Schreib-/Leseeinheiten zu produzieren, die robust sind und verlässlich in allen Alltagssituationen funktionieren.