Высокочастотное измерение импульсов

Сигнал структурного звука в традиционной двумерной диаграмме «амплитуда в зависимости от времени» (1) и тот же сигнал, что и трехмерный ландшафт процесса HFIM (2). Улучшенное соотношение сигнал/шум становится очевидным, в то время как импульсоподобный сигнал (3) становится непосредственно очевидным на изображении HFIM, тогда как он не виден на двумерной диаграмме.

HFIM , аббревиатура от «высокочастотное импульсное измерение» , представляет собой метод измерения в акустике , при котором сигналы структурного звука обнаруживаются и обрабатываются с особым упором на кратковременные сигналы, поскольку они указывают на образование трещин в твердом теле. , в основном сталь . Основная идея состоит в том, чтобы использовать методы математической обработки сигналов, такие как анализ Фурье, в сочетании с подходящим компьютерным оборудованием, чтобы обеспечить измерение амплитуд акустических сигналов в реальном времени, а также их распределение в частотном пространстве. Основным преимуществом этого метода является улучшенное соотношение сигнал/шум , когда речь идет об отделении акустической эмиссии от определенного источника и других нежелательных загрязнений любыми видами шума. Поэтому этот метод чаще всего применяется в промышленных производственных процессах, например, холодной штамповке или механической обработке, где требуется 100-процентный контроль качества или при мониторинге состояния, например, для количественной оценки износа инструмента.

Физические основы

Измерение высокочастотных импульсов — это алгоритм получения частотной информации о любом структурном или воздушном источнике звука на основе дискретных преобразований сигналов. В основном это делается с использованием [ряда Фурье] для количественной оценки распределения энергетического содержания звукового сигнала в частотном пространстве. Со стороны программного обеспечения инструментом, используемым для этого, является помощью быстрого преобразования Фурье ( БПФ реализация этого математического преобразования с ). Это позволяет, в сочетании со специальным оборудованием, напрямую получать информацию о частоте, чтобы она была доступна в процессе производства, например, во время производственного процесса. В отличие от классических методов автономного частотного анализа, сигнал не разворачивается перед преобразованием, а напрямую подается на вычисление БПФ. Таким образом, одиночные события, такие как трещины, изображаются как чрезвычайно кратковременные сигналы, охватывающие весь диапазон частот (преобразование Фурье одиночного импульса — это сигнал, охватывающий все наблюдаемое частотное пространство). Поэтому такие одиночные события легко отделить от других шумов, даже если они гораздо более энергичны.

Приложения

Благодаря своим встроенным возможностям HFIM чаще всего применяется в промышленных производственных процессах, когда речь идет о высоких стандартах качества, например, для автозапчастей, которые влияют на поведение автомобиля при столкновении:

• Холодная штамповка : при холодной штамповке HFIM в основном используется для обнаружения трещин в процессе формовки. Поскольку такие трещины в значительной степени возникают из-за напряжения в изготовленной детали, самопроизвольное образование трещины сопровождается очень резким импульсным сигналом в технологическом ландшафте HFIM, который можно легко отделить от другого шума. Таким образом, HFIM является стандартной технологией обнаружения трещин в автомобильной отрасли во всем мире.
• Механическая обработка : во многих случаях обработки HFIM используется либо для контроля состояния износа инструмента и, следовательно, для обеспечения своевременного технического обслуживания, либо для предотвращения вибрации .
• пластмасс Литье под давлением : здесь HFIM используется для мониторинга состояния пресс-форм, которые обычно очень сложны. В частности, в процессе работы можно обнаружить отлом небольших штифтов или других частей формы.
• Сварка : В отличие от большинства классических систем контроля процесса сварки, которые обычно измеряют ток или напряжение на сварочном устройстве, HFIM измеряет энергию, действующую непосредственно на свариваемую деталь. Это позволяет обнаружить различные дефекты сварного шва, например, прожоги.

Существует также несколько применений устройств HFIM в лабораториях материаловедения, где важно точное время образования трещин, например, при определении пластичности нового вида стали.

Ссылки

• С. Бартельдес, Ф. Вальтер, В. Холвегер: Диагностика подшипников качения и обнаружение белых трещин травления с помощью шума Баркгаузена и измерения высокочастотных импульсов. В: АКИДА. 10-й Аахенский коллоквиум по техническому обслуживанию, диагностике и мониторингу систем. (= Аахенские публикации Института машиностроения в сырьевой промышленности по сырью и технологиям утилизации. Том 84). Зиллекенс, Столберг 2014, ISBN   978-3-941277-21-2 , С. 435 и далее.
• Д. Хюльбуш, Ф. Вальтер: Обнаружение повреждений и оценка усталостной прочности полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), с использованием комбинированных электрических и высокочастотных импульсных измерений. В: 6-й Международный симпозиум по неразрушающему контролю в аэрокосмической отрасли, 12-14 ноября 2014 г., Мадрид, Испания.
• А. Уйма, Б. Уолдер: Своевременное обслуживание инструмента. В: Пластмассы. Выпуск 2/2013, Карл Хансер Верлаг.
• Ф. Озкан, Д. Хюльбуш, Ф. Вальтер: Высокочастотные импульсные измерения (HFIM) для обнаружения повреждений и оценки усталостной прочности полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP). В: Материаловедение и инженерия. Дармштадт, сентябрь 2014 г., стр. 23–25.

Внешние ссылки и дальнейшее чтение

• Сайт QASS, немецкой компании и производителя измерительных приборов HFIM. (включая фотографии, видео и дополнительные ссылки)
• Доклад доктора Питера-Кристиан Зинн о различных применениях HFIM в контексте «умных» фабрик.