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StrobeCAM - Kamera System zur Schwingungsanalyse

Videostroboskop mit Mehrwert

Mit der StrobeCAM werden periodische Vorgänge wie Schwingungen und Rotationen in Zeitlupe visualisiert und aufgezeichnet. Die StrobeCAM liefert dabei hochauflösende Videos und ist eine preiswerte Alternative zu Hochgeschwindigkeitskameras. Die integrierte Videoaufzeichnung und die optionale Videoauswertung mittels LIMtrack liefern einen hohen Mehrwert gegenüber einer einfachen Stroboskop-Beleuchtung. Die StrobeCAM wird am elektrodynamischen Shaker, am Motorprüfstand, zur Rotorblattprüfung, an unzugänglichen Stellen oder bei Miniaturobjekten eingesetzt.

Die StrobeCAM kann ein Video über den gesamten Frequenzsweep aufzeichnen. Die Geschwindigkeit der Zeitlupenvisualisierung ist dabei konstant und unabhängig von der eigentlichen Schwingungsfrequenz des Bauteils. Durch dieses Prinzip kann die Bauteilbewegung bestmöglich für das menschliche Auge über einen Frequenzsweep von z.B. 5Hz bis 2kHz visualisiert werden und Resonanzen sind deutlich erkennbar.


Foto der StrobeCAM
Zeitlupenvideo einer Schwingung
Video Ultraschallschwingung
Diagramm einer Resonanzkurve
StrobeCAM
Layer für Überschrift
Layer für Überschrift
Zeitlupenvideo
Ultraschallschwingung
Resonanzkurve
 

 

checkmark   Zeitlupen-Visualisierung und Video-Aufzeichnung von Bauteilschwingungen

checkmark   Einfache Bedienung als Highspeed-Videostroboskop

checkmark   Quantitative Bewegungsanalyse durch optionale Bildauswertung

checkmark   2µs Zeitauflösung entsprechend 500kHz Bildrate einer Hochgeschwindigkeitskamera

Innovatives Funktionsprinzip

Bei der StrobeCAM wird der Belichtungszeitpunkt der Kamera präzise zum periodischen Vorgang gesteuert und es wird eine zeitlich konstante Beleuchtung verwendet. Die Bewegung wird durch die kurze Belichtungszeit, vergleichbar zur kurzen Leuchtdauer einer Stroboskoplampe, eingefroren. Die stroboskopische Steuerung basiert auf der Echtzeitanalyse (Frequenz und Phasenlage) eines Eingangssignals (COLA Signal) durch den StrobeCAM-Controller.

Das Standard StrobeCAM System ist mit einer HD Kamera (2000x1200 Pixel) ausgestattet und hat eine Zeitauflösung von 2µs was einer Bildrate von 500kHz bei einer Hochgeschwindigkeitskamera entspricht. Dadurch erreicht die StrobeCAM eine qualitativ bessere Zeitlupendarstellung wie eine teure Highspeed-Kamera. (Eine leistungsstarke Hochgeschwindigkeitskamera hat bei 500kHz Bildrate nur 512x56 Pixel Auflösung)

 

Eigenschaften

  • Visualisierung von schnellen periodischen Bewegungen in Zeitlupe
  • Aufzeichnung und Kommentierung von Videos zur Dokumentation
  • Intuitive und einfache Bedienung
  • Integrierter Viewer für aufgezeichnete Zeitlupen-Videos (AVIs)
  • Konstante LED Beleuchtung (keine Stroboskoplampe !)
  • Kamera und Steuercomputer können räumlich getrennt sein
  • Optionale Software zur Bildauswertung:
Zeitlupenvideo mit der StrobeCAM -Videostroboskop aufgezeichnet

 

 

Vorteile gegenüber einer Hochgeschwindigkeitskamera:

  • Geringere Anschaffungskosten
  • Höhere Kameraauflösung
  • Lange Aufnahmedauer von mehreren Minuten z.B. für einen gesamten Frequenzsweep 

Vorteile gegenüber einer Stroboskop-Lampe:

Technische Spezifikation

Frequenzbereich:

Kameras:

 

Signaleingang:

Zeitauflösung:

Lieferumfang:

 

1Hz bis 60kHz

Standardsystem: monochrome HD-Kamera
Optional: 0,3 MPixel bis 29 MPixel
Farbe oder S/W
Belichtungszeiten bis 1µs

COLA-Signal ab 0,2V Amplitude

2µs

Kamera, Objektiv, Triggercontroller, LED Beleuchtung, Kabelsatz, StrobeCAM Software
Optional: Stativ, Computer (Laptop oder Desktop)

Anwendungen

  • Vibrationsprüfung, Schwingungsanalyse und Modalanalyse
  • Verwendung mit Elektrodynamischen Shakern
  • Mechanische Prüfung
  • Optimierung von Dämpfungselementen
  • Untersuchung von Betriebsschwingungen
  • Berührungslose Bauteilprüfung
  • Transportprüfung
  • Umweltprüfung
  • Zyklische Tests / Rotierende Objekte
  • Ermüdungsprüfung (LCF/HCF/VHCF) in Kombination mit Q400-DIC
  • Messung der Resonanzkurve (Frequenzantwort)
  • Bestimmung der Resonanzfrequenz

Funktionsprinzip

Schnelle Vorgänge

Die Beobachtung und Messung von schnellen Vorgängen werden häufig Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt. 
Bei periodischen Vorgängen wird alternativ eine blitzende Stroboskopbeleuchtung eingesetzt werden um die Bewegung in Zeitlupe darzustellen. 

Videostroboskopie

Der Begriff Videostroboskopie stammt ursprünglich aus der diagnostischen Untersuchung von Stimmbändern. Wobei mit Kamera, Endoskop und Stroboskopbeleuchtung die Bewegung der Stimmlippen beobachtet wird.

Synchronisierung der StrobeCAM

Die StrobeCAM basiert auf der präzisen Synchronisierung einer digitalen Kamera mit dem periodischen Vorgang. Die Beleuchtung erfolgt dabei mit zeitlich konstanten LED-Lampen. Die Synchronisierung der digitalen Kamera erfordert ein periodisches Spannungssignal (COLA) von der Prüfeinrichtung (Frequenzgenerator/Shaker, Rotationsimpulsgeber, etc.). Unsere mikroprozessorgesteuerte Trigger-Controller analysiert dabei das Eingangssignal und erzeugt ein darauf präzise phasenynchrones Triggersignal für die Kamera. Die Schwingungsfrequenz darf dabei viel größer sein als die maximale Kamerabildrate.

Standbild

Beispiel: Zeichnet die Kamera mit max. 30Hz auf und beträgt die Schwingungsfrequenz 100Hz so liefert das Triggersystem jeweils nach 3 Perioden einen neuen Triggerimpuls für die Kamera. Die folgenden Diagramme verdeutlichen den zeitlichen Ablauf:

Bei Triggerung mit konstanter Phasenlage zum Eingangssignal ist die Bewegung des schwingenden Bauteils eingefroren ("Standbild")

 Einzelbild (Standbild) bei konstanter Phasenlage

 

Phasensweep

Bei Triggerung mit zeitlich variierender Phase (Phasensweep) wird die Bauteilbewegung in Zeitlupe visualisiert. Die Sweep-Geschwindigkeit lässt sich dabei variieren.
 
Triggerprinzip der StrobeCAM mit Phasensweep (Zeilupenvideo)
 
 Zeilupen-Video einer Schwingung durch Phasensweep
 
Unsere lichtempfindlichen, rauscharmen und hochauflösenden Industriekameras zeigen im Gegensatz zu Hochgeschwindigkeitskameras mehr Bilddetails.

Software

Software Funktionalität

StrobeCAM

Kamerasteuerung:

  • Einstellung von Belichtungszeit und Verstärkung
  • Wahl des Binning modes
  • Auswahl des Bildausschnitts

Video Aufzeichnung

  • Einstellung der Zeitlupen-Geschwindigkeit
  • Manueller Start und Stop der Aufnahme
  • Automatischer Start und Stop der Aufnahme (Frequenzbereich-Einstellung)
  • Aufzeichnung von nummerierten Bildsequenzen
  • Automatische Erzeugung von komprimierten AVI Videos
  • Auswahl der Bilder für die AVI Erzeugung
  • Frequenz, Phase, Datum und Zeit können einstellbar ins Bild gestempelt werden.

Wiedergabe von Videos

  • Viewer für aufgezeichnete AVI Videos
  • Vorwärts- und Rückwärts mit einstellbarer Geschwindigkeit
  • Einzelbild vorwärts - rückwärts
  • Zoomfunktion

Dokumente-Downloads

 

Schwingungsmessung und Schwingungsanalyse in der Industrie

Die Schwingungsmessung und Schwingungsanalyse spielen in vielen Branchen eine wichtige Rolle, von der Überwachung des Zustands von Maschinen bis zur Gewährleistung der Sicherheit von Bauwerken. Ein Überblick über die Schwingungsmessung und -analyse, einschließlich ihrer Geschichte, ihrer heutigen Verwendung in der Industrie und künftiger Trends:

Quantifizierung von Schwingung bzw. Bewegung

Bei der Schwingungsmessung wird das Ausmaß der in einem System vorhandenen Schwingungen quantifiziert. Bei der Schwingungsanalyse geht es darum, die Ursachen dieser Schwingungen zu ermitteln. Schwingungsmessung und Schwingungsanalyse werden gemeinsam eingesetzt, um Schwachstellen und Probleme zu diagnostizieren und Lösungen zu finden.

Der erste Schritt bei der Schwingungsmessung besteht üblicherweise darin, die Quelle der Schwingungen und damit das zu untersuchende Bauteil zu ermitteln. Die häufigsten Quellen von Schwingungen sind rotierende oder sich hin- und herbewegende Maschinen wie Pumpen, Kompressoren und Ventilatoren. Andere Quellen sind elektrische Geräte, wie Transformatoren und Motoren, sowie Bauwerke wie Gebäude und Brücken, die extern beispielsweise durch den Wind in Schwingung versetzt werden.

Es gibt auch Verfahren bei der Schwingungsanalyse, welche helfen, Quellen von Schwingung zu ermitteln und einen Gesamtüberblick über ein schwingendes System zu bekommen - beispielsweise über videografische Verfahren wie Motion Amplification.

Erkenntnisse aus einer Schwingungsanalyse

Vibrationen können auch durch Ungleichgewichte in der Last oder Struktur, unausgewogene Kräfte, falsche Ausrichtung von Komponenten, lose Teile, Reibungskräfte oder aerodynamische Effekte verursacht werden. Sobald die Quelle der Schwingungen ermittelt wurde, besteht der nächste Schritt darin, die Frequenz und Amplitude der Schwingungen zu bestimmen. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen und ist die Anzahl der Schwingungszyklen pro Sekunde. Die Amplitude ist die maximale Auslenkung eines schwingenden Objekts aus dem Gleichgewicht und wird in der Regel in Millimetern (mm) oder Mikrometern (µm) gemessen. Bei der Schwingungsanalyse spielen auch weitere Daten wie zum Beispiel die Temperatur, Materialkennwerte, die Feuchtigkeit oder auch die Einschaltzeit eine wichtige Rolle.

Messgeräte für die Schwingungsmessung

Es gibt viele verschiedene Arten von Instrumenten zur Messung von Schwingungen. Dazu gehören Beschleunigungsmesser, die messen die Beschleunigung eines Objekts, Wegsensoren messen die Bewegung eines Objekts, Geschwindigkeitssensoren messen die Geschwindigkeit eines Objekts und Dehnungsmessstreifen messen den Grad der Verformung eines Materials.

 

Anwendungsbeispiele Vibrationsanalyse

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