Volume 85, Issue 6

Zusammenfassung Die Charakterisierung eines Messinstruments zur Topographiemessung erfolgt durch die Messung bekannter Strukturen oder durch den Vergleich mit Referenzgeräten. Exakte Vergleichsmessungen bei unterschiedlicher Aufspannung des Messobjektes gestalten sich in der Praxis jedoch als schwierig, da Umgebungseinflüsse, Winkel zwischen Messobjekt und Messgerät, sowie die Position des Messfeldes nicht immer exakt übereinstimmen. In diesem Beitrag wird ein Multisensor Mess- und Referenzsystem vorgestellt, welches Vergleichsmessungen zwischen verschiedenen Sensoren in einer Aufspannung ermöglicht. Dabei werden drei kommerzielle Sensoren (AFM, Tastschnittgerät und Konfokalmikroskop) als Referenzmessgeräte und zwei in Eigenentwicklung entstandene Interferometer (Mirau-Interferometer und fasergekoppelter High-Speed-Punktsensor) verwendet. Vergleichsmessungen mit den Referenzsensoren erlauben die Charakterisierung und Verbesserung der Interferometer, sowie die Untersuchung auftretender optischer Effekte an kritischen Messoberflächen. Neben dem Gesamtkonzept des Multisensor-Messsystems wird auf die Funktionsweise der eingesetzten Sensoren eingegangen. Darauf basierend werden von den unterschiedlichen Sensoren gemessene Oberflächentopographien präsentiert, welche die Schwierigkeiten einer genauen Wiedergabe der Oberfläche demonstrieren. Hinsichtlich der dargestellten Messergebnisse liegen die Schwerpunkte auf dem Mirau-Interferometer und dem fasergekoppelten High-Speed-Punktsensor.

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird die Kalibration eines kompakten optischen Sensors für die Online-Ölzustandsüberwachung in Verbrennungsmotoren vorgestellt. Der Sensor basiert auf dem Prinzip der nicht-dispersiven Infrarotspektroskopie (NDIR-Spektroskopie) und misst die Absorption in sieben verschiedenen Spektralbereichen. Mit Hilfe multivariater Regressionsmethoden werden lineare Modelle erstellt, die den Zusammenhang zwischen infraroter Absorption und wichtigen Ölzustandsparametern, wie beispielsweise Wassergehalt, Oxidation, Sulfation und Basenzahl, beschreiben. Die Validierung der Modelle anhand eines Datensatzes von Gebrauchtölproben aus unterschiedlichen Anwendungen zeigt eine gute Übereinstimmung mit Referenzwerten aus einer Laboranalyse. Durch den Einsatz von Kalibrationstransferverfahren können die erstellten Regressionsmodelle auf einem zweiten Sensor gleicher Bauart angewendet werden, wobei sich die Prädiktionsgüte nur geringfügig verschlechtert.

Dynamic cantilever sensors have many applications, for example in material’s research, biology, as gas and magnetic field sensors. The sensing principle is based on the effect that a force gradient or mass change applied to the cantilever alter its oscillatory state which can be related to the parameter of interest. In order to detect very small interactions, the cantilever needs to have a low stiffness which is commonly achieved by a reduction of the beam’s dimensions, especially its thickness. However, this is limited by the commonly employed laser-based detection of the cantilever’s oscillatory state. In this paper, we describe a novel co-resonant cantilever sensor concept which is based on the coupling and eigenfrequency matching of a micro- and a nanocantilever. This approach allows to access a large fraction of the nanocantilever’s high sensitivity while ensuring a reliable oscillation detection with standard laser-based methods at the microcantilever. Experiments in cantilever magnetometry and magnetic force microscopy demonstrate the immense potential of the sensor concept. Furthermore, applications are not limited to material’s research, instead this concept creates a cantilever sensor platform with many potential applications, for example as gas, mass or pressure sensors.

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt Messungen zur Charakterisierung einer Modenverwirbelungskammer vor dem Hintergrund der Qualifizierung von drahtlosen Sensor/Aktor-Modulen. Aufbauend auf Normen bzw. Testempfehlungen, die für andere drahtlose Anwendungen entwickelt wurden, wird in diesem Beitrag das Verhalten einer Modenverwirbelungskammer unter verschiedenen Beladungen und jeweils verschiedenen Modenrührersequenzen speziell für den Test von drahtlosen Sensor/Aktor-Modulen in industriellen Indoor-Umgebungen untersucht. Im Abschluss wird unter Abwägung der Wirtschaftlichkeit eine Konfiguration der Modenverwirbelungskammer für entsprechende Testmessungen vorgeschlagen.

For diagnosis and predictive maintenance of mechatronic systems, monitoring of bearings is essential. An important building block for this is the determination of the bearing friction condition. This paper deals with the possibility of monitoring different journal bearing friction states, such as mixed and fluid friction, and examines a new approach to distinguish between different friction intensities under several speed and load combinations based on feature extraction and feature selection methods applied on acoustic emission (AE) signals. The aim of this work is to identify separation effective features of AE signals to subsequently classify the journal bearing friction states. Furthermore, the acquired features give information about the mixed friction intensity, which is significant for remaining useful lifetime (RUL) prediction. Time domain features as well as features in the frequency domain have been investigated in this work. To increase the sensitivity of the extracted features the AE signals were transformed to the frequency-time-domain using continuous wavelet transform (CWT). Significant frequency bands are determined to separate different friction states more effective. A support vector machine (SVM) is used to classify the signals into three different friction classes. In the end the idea for an RUL prediction method by using the already determined information is given and explained.

Zusammenfassung White-Etching-Cracks (WECs) und White-Etching-Areas (WEAs) sind Schadensbilder, die oftmals in Wälzlagern (z. B. in Windenergieanlagen) auftreten (siehe Abb. 1). Es fehlt bisher eine Möglichkeit, WECs und WEAs in Wälzlagern frühzeitig zu detektieren, d. h. möglichst lange bevor die Oberflächenschädigung auftritt. In diesem Beitrag wird das Schwingungsverhalten des Innenrings eines Wälzlagers (Abb. 2) im beschädigten Zustand (mit WEAs und WECs) und im Neuzustand miteinander verglichen, um eine erste Aussage über das Potenzial der vibrationsbasierenden Messmethode zur Detektion der Ausbildung von WECs und WEAs zu treffen. Der Innenring wird mit einem Shaker breitbandig angeregt. Mit Hilfe eines eigenentwickelten robotergesteuerten Vibrometer-Messsystems werden die Oberflächenschwingungen beider Lagerzustände erfasst und miteinander verglichen. Für den Vergleich wird das Cross-Signature-Assurance-Criterion (CSAC) als Kriterium verwendet. Es wird gezeigt, dass mit Hilfe des CSAC-Wertes eine Detektion von WECs und WEAs in Wälzlagern möglich ist. Um die Einsatzbarkeit des CSAC in einem Prüfstand zu evaluieren, werden weitere Messungen mit dem Multipoint Vibrometer an einem transportablen Prüfstand durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Veränderungen der Schwingungseigenschaften mit Hilfe der CSAC-Methode auch während des Betriebs unter dem Einfluss von Störungen erkennen lassen.

Zusammenfassung Hyperspektralbilder liefern neben räumlicher auch spektrale Information. Dadurch ist es möglich, zu jedem Pixel solcher Bilder qualitative und quantitative Analysen, wie beispielsweise die Bestimmung einzelner Materialanteile, über die aufgezeichnete Szene durchzuführen. Die Mehrzahl der dazu verwendeten Methoden besitzt einen hohen Rechenzeitbedarf und basiert auf einem vollständig aufgezeichneten Hyperspektralbild, zu dessen Aufnahme kostspielige Hardware und hoher Speicherbedarf notwendig sind. Um diese Nachteile zu beseitigen, wird in diesem Beitrag ein Ansatz mit optischer Spektralfilterung verfolgt. Anstelle eines Hyperspektralbilds werden durch spektrale Filterungen des von der Szene reflektierten Lichts nur noch einige wenige Intensitätsbilder aufgenommen. Jedes dieser Bilder enthält Information in Abhängigkeit des entworfenen Spektralfilters. So können mithilfe der spektralen Filterung Materialanteile unmittelbar ortsaufgelöst aufgezeichnet werden. Die Genauigkeit der geschätzten Materialanteile ist stark von dem angenommen Mischmodell der Reinstoffe abhängig. Für präzisere Schätzungen wird deshalb mit weiteren Spektralfiltern eine Bandbereichsauswahl vor der Materialanteilsschätzung getroffen. Die hierbei aufgezeichneten Intensitätsbilder werden verwendet, um einzelne Bandbereiche nach der Abweichung von dem angenommenen Mischmodell zu bewerten. Da die Bandbereichsauswahl ebenso optisch erfolgen kann, bleiben der Rechenaufwand und Speicherbedarf gering, während genauere Materialanteilsschätzungen erzielt werden.