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Ausgabe 1: Grundlagen der 2D Charts

Screenshot m+p Analyzer 2D Charts

Der m+p Analyzer bietet vier Charttypen, die spezielle Anforderungen an die Datenanalyse abdecken: 2D Single-Chart, 2D Multi-Chart, 3D Waterfall-Chart und Colormap. In der ersten Ausgabe betrachten wir die grundlegende Funktionalität von 2D Charts – das Layout, die Online-Datenanzeige sowie die wesentlichen Analysefunktionen.

Basisdiagramm und Positionierung

Im m+p Analyzer sind die Single- und Multi-Charts die Schlüsselkomponenten für das Erfassen und Betrachten der Messdaten. Ein einzelnes Chart kann bis zu 256 Kurven enthalten, die online während der Messung angezeigt und aktualisiert werden. Das Multi-Chart eignet sich für eine strukturiertere Datenanzeige, wenn die Skalierung gleichzeitig auf mehrere Graphen angewandt und Gruppen von Kurvenverläufen gemeinsam in separaten Unterdiagrammen angezeigt werden sollen. Alle Charts lassen sich auf der Arbeitsfläche entweder nebeneinander oder als Tabs (wie im Webbrowser) frei anordnen.

Beispiel

Single-Chart mit unterschiedlich skalierten Achsen

Wenn Daten mit unterschiedlichen Einheiten gemessen werden, z. B. Beschleunigung [g] und Kraft [N], kann das Chart so konfiguriert werden, dass rechts eine zweite Achse mit unabhängiger Skalierung erscheint. Damit kann z. B. die Phasendifferenz zwischen Sinuswellen schon während der Messung online verglichen werden.

Beispiel

Formatierung der Charts

Das Aussehen sowohl der Single- als auch der Multi-Charts lässt sich durch viele Einstellungsmöglichkeiten individuell an die Messaufgabe anpassen. Der Anwender kann Größe und Farbe der Titel, Legenden, Anmerkungen und den Plotbereich ändern. Auch kann er die Farben und den Stil der Gitter und Kurven auf vielfältige Weise individuell festlegen.

Beispiel

Online-Anzeige der Charts

Die Online-Anzeige beim Erfassen der Zeitdaten haben wir bereits vorgestellt. Zusätzlich ermöglicht die Echtzeit-FFT-Funktion des m+p Analyzers die Online-Anzeige unterschiedlicher Metriken, die aus den Messdaten berechnet wurden. Dazu gehören die Spektren von gefensterten Zeitsignalen, Histogramme, Auto- und Kreuzkorrelationen, Leistungsdichtespektren, Auto- und Kreuzleistungsspektren und Übertragungsfunktionen.

Beispiel

Anzeige der Achsen

Für einen bestimmten Messtyp, z.B. eine Übertragungsfunktion, kann der Anwender die Anzeige der Achsen je nach seinen Anforderungen wählen. Der m+p Analyzer unterstützt die üblichen Darstellungsformen wie Real-/Imaginärteil, Amplitude/Phase, logarithmische Amplitude/Phase und dB Amplitude (mit Referenz)/Phasen mit Skalierungen wie peak, peak-peak und RMS.

Beispiel

 

 

Ausgabe 2: Erweiterte Funktionen der 2D Charts

Screenshot m+p Analyzer erweiterte 2D Charts

Der m+p Analyzer bietet vier Charttypen, die spezielle Anforderungen an die Datenanalyse abdecken: 2D Single-Chart, 2D Multi-Chart, 3D Waterfall-Chart und Colormap. In der zweiten Ausgabe unserer Reihe zu den m+p Analyzer Grundlagen beschäftigen wir uns mit den erweiterten Funktionen der 2D Charts.

Chartübersicht mit Zoom

Die Übersichtsfunktion ist hilfreich für das Nachbearbeiten und Betrachten großer Datensätze. Um sich bestimmte Daten detailliert anzusehen, wird ein Zoombereich ausgewählt und in das Übersichtsfeld gezogen.

Beispiel

Chartcursors auf einem Zeitverlauf

Mit vertikalen und horizontalen Cursors lassen sich Messwerte zu bestimmten Zeitpunkten betrachten. Zusätzlich werden nützliche Metriken an den Cursorstellen angezeigt. Mehrere Cursors können mit der „Bandcursor“-Funktion verbunden werden; dadurch verschieben sich die Slave-Cursors zusammen mit dem Master-Cursor in einem definierten Abstand. In Verbindung mit der „Peaksuche“-Funktion können Extreme und ihre relativen Abstände (in Zeit oder Frequenz) so einfach verfolgt und in der Legende des Charts angezeigt werden.

Beispiel

Chartcursors auf einem Spektrum

2D Charts bieten spezielle Cursors für die Analyse spektraler Daten. Der harmonische Cursor zeigt Slave-Cursors an den Frequenzstellen der 1., 2., 3., … Harmonischen ausgehend von der Frequenz des Master-Cursors. Der Seitenbandcursor hingegen zeigt Slave-Cursors mit identischem Abstand links und rechts vom Master-Cursor.

Beispiel

Tachowerkzeug

Das Tachowerkzeug dient dazu, Drehzahlwerte aus einem Tachosignal oder einer Sinuswelle zu extrahieren. Das Werkzeug arbeitet in Echtzeit und kann während der Messung eingesetzt werden, um Drehzahlwerte in Echtzeit zu ermitteln. Die Zusatzfunktionen „Tacho Spline-Fit“ und „Drehzahlextraktor“ sind Teil des m+p Analyzer Softwarepaketes “Drehschwingungsanalyse” und ermöglichen komplexere Verfahren wie das Glätten des extrahierten Drehzahlsignals und das Ermitteln der Drehzahlen aus Schwingungsdaten. Im nachfolgenden animierten Beispiel zeigen wir das Basistachowerkzeug, das zum 2D Chart gehört. Nehmen wir an, dass ein Sinussweep von 20 bis 100 Hz aufgezeichnet wurde. Wir konfigurieren das Tachowerkzeug zur Anzeige der Drehgeschwindigkeit, im Falle unseres Sinussweeps erhalten wir eine Drehzahl von 1200 bis 6000 Umdrehungen pro Minute. Das Ergebnis lässt sich entweder als Cursor auf den Originaldaten darstellen oder als ein neues Signal „Drehzahl über der Zeit“. In unserem Beispiel verwenden wir einen Sinussweep, ebenso können auch die für Messungen mit einem Tachometer typischen reckteckigen Pulsfolgen verwendet werden.

Beispiel

Referenzlinien

Um zuvor erfasste Daten mit den aktuellen Messwerten in Echtzeit zu vergleichen, können Referenzlinien in dem 2D-Chart überlagert werden. Mit dieser Funktion lassen sich aber nicht nur aufgezeichnete Messungen als Referenz darstellen, sondern zum Beispiel auch obere und untere Grenzen beim Messen von Zeitsignalen wie Kräften anzeigen. Die folgende animierte Grafik veranschaulicht, wie ein zuvor erfasstes Spektrum als Referenzlinie definiert und mehrere Impulsantwortmessungen durchgeführt werden, die dann visuell mit der Referenzantwort verglichen werden. Kleiner Tipp: Sie können Referenzlinien schnell hinzufügen, indem Sie beim Drag&Drop einer Messung in das Chart die „Alt“-Taste gedrückt halten.

Beispiel

 

 

Ausgabe 3: 2D Charts - Datenbearbeitung

Screenshot m+p Analyzer Grafiken

In den beiden letzten Folgen unserer Reihe „m+p Analyzer Grundlagen“ haben wir Basisfunktionen von 2D Charts wie Formatieren und Positionieren und erweiterte Funktionen wie unterschiedliche Cursortypen und Referenzlinien vorgestellt. Heute beschäftigen wir uns mit der Datenbearbeitung. Der m+p Analyzer bietet zahlreiche Werkzeuge zur Datenbearbeitung u.a. in den Softwarepaketen “Modalanalyse”, “Drehschwingungs­analyse”, “Schallanalyse”. Einfache Analysefunktionen sind bereits Bestandteil der 2D Charts, die mit der Standardlizenz allen Kunden zur Verfügung stehen.

Online-Berechnungen

Das 2D Chart kann konfiguriert werden, um grundlegende Berechnungen an den aktuell angezeigten Daten durchzuführen. Dazu gehören Integration und Differentation im Zeit- und Frequenzbereich, Oktavspektren mit A-, B-, C- Gewichtung, Orbitplots und viele mehr. Alle Berechnungen können in beliebiger Reihenfolge aneinandergereiht und während der Messung durchgeführt werden. Die folgende Animation zeigt, wie Beschleunigungsdaten während des Messlaufs zu Geschwindigkeit und Weg integriert werden.

Beispiel

Anwendungsbeispiel: Orbitplot eines Lagers

Für dieses Anwendungsbeispiel verwenden wir einen Demonstrator zur Drehschwingungsanalyse, z.B. für Auswuchten oder Orbitanalyse.

Am linken Lager haben wir zwei Beschleunigungsaufnehmer angebracht, mit denen Schwingungen in x- und y-Richtungen gemessen werden. Im Chart können wir diese Beschleunigungen nun zweimal ingegrieren, um den Weg zu ermitteln und einen Orbitplot zu erstellen. Dieser zeigt uns die Bewegung des Lagers in der x-y-Ebene beim Runterlauf des Demonstrators.

Erstellen des Charts

Bei einer echten Anwendung interessiert man sich normalerweise auch für Zeitverläufe und Frequenzen. In diesem Fall erstellen wir unterschiedliche Charts mit den gewünschten Darstellungen. Die folgende Animation zeigt eine typische Konfiguration und die Verwendung der Layoutfunktion zum Exportieren und Importieren des erstellten Layouts.

Beispiellayout

 

Ausgabe 4: 3D Charts – Online-Waterfall- und Colormap-Charts

Screenshot m+p Analyzer 3D Charts

Der m+p Analyzer bietet vier Charttypen, die spezielle Anforderungen an die Datenanalyse abdecken: 2D Single-Chart, 2D Multi-Chart, 3D Waterfall-Chart und Colormap. In dieser Ausgabe betrachten wir das 3D Chart und seine Onlineanzeigen.

Grundlegende 3D Chartanzeigen

Das 3D Chart zeigt Kurven in einer dritten Dimension wie Zeit, Frequenz oder Drehzahl an. Es können bspw. Zeitverläufe, Spektren, FRFs, Leistungsdichtespektren und viele andere Kurvenformen dargestellt werden. Wie bei den 2D Charts lassen sich das Format und die Eigenschaften des 3D Charts einfach bearbeiten und als Template speichern; siehe hierzu auch Ausgabe 1: Grundlagen der 2D-Charts. Die folgende Animation zeigt unterschiedliche Darstellungsarten: Mehrere Spektren werden aufgezeichnet und während der Messung in dem Waterfall-Chart angezeigt. Durch einen Doppelklick in das Chart kann der Nutzer jederzeit zwischen einer Waterfall- und einer Colormap-Darstellung wechseln. In diesem Fall haben wir das Waterfall-Chart mit einer schattierten Oberfläche konfiguriert, andere Varianten sind möglich.

Beispiel

Beispiel: Mit Cursors in der Colormap eine Ordnung extrahieren

Für das folgende Beispiel haben wir Beschleunigungsdaten einer rotierenden Maschine beim Hochfahren aufgezeichnet. Dazu haben wir den m+p Analyzer (DSA-Pro Lizenz) und ein m+p VibPIlot Messfrontend eingesetzt. Zusätzlich zur Beschleunigung am Lager haben wir die Drehzahl der Maschine aufgezeichnet. Die Messung wurde so konfiguriert, dass die 14,25 s Zeitdaten automatisch in 57 Blöcke von 250 ms Länge aufgeteilt werden. Für jeden Block wird mittels eines FFT-Algorithmus und eines Hanning-Fensters ein Spektrum berechnet. Eine Colormap zeigt die Spektren über der Zeit. Da wir auch die Drehzahl der Maschine aufgezeichnet haben, ordnet der m+p Analyzer jedem Spektrum automatisch die durchschnittliche Drehzahl während der Erfassung zu. So können wir leicht eine Colormap mit der Drehzahl über der Frequenz erzeugen, in der die Drehfrequenz der Maschine und ihre Harmonischen (d.h. die Ordnungen) klar ersichtlich sind. Beispielhaft wird ein Cursor eingesetzt, um die Amplituden der 1. Ordnung über der Drehgeschwindigkeit zu extrahieren.

Beispiel

Dieses Beispiel zeigt einen einfachen und schnellen Weg, wie man mit dem m+p Analyzer eine rotierende Maschine analysieren kann. Für umfassende und komplexe Drehschwingungsanalysen kann das Softwaremodul “Rotate“ lizenziert werden. Damit stehen umfangreiche Werkzeuge zur Erfassung von Tachosignalen, zur drehzahl- und zeitbasierten Erstellung von Colormaps und zum Order Tracking zur Verfügung. Sprechen Sie uns an, wenn Sie weitere Informationen zum m+p Analyzer und seiner Funktionalität zur Drehschwingungsanalyse wünschen.

 

Ausgabe 5: der Projekt-Browser

Screenshot m+p Analyzer Projekt-Browser

Der Projekt-Browser ist das Herz unseres m+p Analyzer, wenn es um die Verwaltung von Projekten, Messdaten und Ergebnissen geht. In dieser Folge der Serie m+p Analyzer Grundlagen zeigen wir Ihnen eine Menge Tipps und Tricks, wie Sie den Projekt-Browser optimal nutzen und Ihre Arbeit in kürzerer Zeit erledigen können!

Grundlagen: 2-Fenster-Layout des Projekt-Browsers

Abbildung 1 zeigt das 2-Fenster-Layout des Projekt-Browsers: Standardmäßig ist der "Measurement"-Tab eingestellt, und die linke Seite enthält einen Baum mit verschiedenen Projekten und ihren Workspaces. Das rechte Fenster zeigt die enthaltenen Messungen mit den zugehörigen Metadaten. Durch Umschalten des Tabs oben werden alle verfügbaren Geometrien, Testdefinitionen, Layouts oder der Papierkorb für das aktuelle (aktive) Projekt angezeigt.

Beispiel

Beachten Sie bitte: Das rechte Fenster zeigt immer alle Messungen *unterhalb* des Eintrags, der im linken Fenster gewählt wurde. Wenn z. B. 'Project 1.sop5' gewählt wird, werden die Messungen von allen Workspaces darunter ('Workspace 1' und 'Workspace 2') auf der rechten Seite angezeigt – drei in diesem Fall. Wird aber ein Workspace gewählt, werden nur die Messungen dieses Workspaces angezeigt, also zwei Messungen für 'Workspace 1' und eine Messung für 'Workspace 2'.

Grundlagen: den Projekt-Browser individuell anpassen

Position ändern: Standardmäßig befindet sich der Projekt-Browser unten am Bildschirm, er kann aber an den oberen, linken oder rechten Rand verschoben werden.

Beispiel

Automatisches Ausblenden während einer Messung: Beim Messen wird der Projekt-Browser oft nicht gebraucht, er kann daher automatisch ausgeblendet werden, sobald die Messung beginnt.

Beispiel

Spalten individuell anpassen: Die Spaltenüberschriften im rechten Fenster können Sie nach Ihren Wünschen ändern. Dazu mit Rechtsklick eine beliebige Spaltenüberschrift auswählen und dann auf 'Select Columns...' gehen. Eine Liste mit allen für dieses Projekt verfügbaren Eigenschaften und Metadaten wird angezeigt, diese können beliebig umbenannt und als Überschrift genommen werden. (Erfahren Sie mehr über die Eigenschaften und Metadaten von Messungen in der nächsten Newsletter-Folge.)

Beispiel

Messungen organisieren: Gruppieren und Filtern

Für umfangreichere Messungen bieten sich die Gruppier- und Filteroptionen an. Die Gruppierfunktion befindet sich im linken Fenster und gilt für alle Workspaces: Innerhalb eines Workspaces können die Messungen z. B. nach Funktion (Spektrum, Zeitverlauf, FRF, Leistungsdichtespektrum, usw.), Antwort oder Referenzkanal, Messzeit oder einfach ihren Namen angeordnet werden.

Beispiel

Gefiltert wird im rechten Fenster: Für jede Spalte kann ein Filter aktiviert werden, um die Anzahl der angezeigten Messungen zu verringern. Durch Rechtsklick auf eine Spaltenüberschrift und anschließendes Anklicken von 'Filtering' erscheint ein Menü mit automatisch erstellten Filtern und einem freien Feld, das wie ein Suchfeld in Windows funktioniert. Wie im Beispiel gezeigt, kann man alle Messungen, deren 'Name'-Feld ein großes 'S' enthält, durch *S* herausfiltern. Ähnlich könnte man alle Messungen, die zu einer bestimmten Zeit durchgeführt wurden, durch Setzen eines Filters wie z. B. '*-12-25' in der Spalte 'Measurement Time' auswählen, damit nur die Messungen vom 1. Weihnachtstag angezeigt werden.

Beispiel

Einige allgemeine Bemerkungen:

  • Die Gruppierfunktion gilt für Workspaces – für jedes Workspace kann eine andere Gruppierung definiert werden.
  • Die Gruppierung kann auf alle Workspaces erweitert werden – durch Rechtsklick auf das Projekt wird die Gruppierung allen Workspaces des betreffenden Projekts zugewiesen.
  • Filter gelten Workspace-übergreifend – sobald ein Filter gesetzt ist, wird das gefilterte Ergebnis angezeigt, auch bei Wechsel des Workspaces.
  • Filter lassen sich kombinieren – dazu Filter in mehreren Spalten festlegen.
  • Die Gruppier- und die Filterfunktion können kombiniert und gleichzeitig genutzt werden.

 

Ausgabe 6: mit Messungen und Metadaten arbeiten

m+p Analyzer Datenstruktur überlappend

Mit dem m+p Analyzer messen und analysieren Sie Schwingungsdaten und erzeugen rückverfolgbare Ergebnisse, die auch nach Jahren noch überprüft und im Zusammenhang betrachtet werden können. In dieser 6. Ausgabe werfen wir einen Blick auf die Datenstruktur des Messobjekts mit seinen Eigenschaften und Metadaten. Sie lernen, wie Sie mit Metadaten während der Messung zuweisen und damit effizient Datensätze analysieren und nachbearbeiten.

Datenstruktur einer Messung

Datenerfassung bedeutet auf den ersten Blick vor allem, ein Spannungssignal zu erfassen - sei es proportional zu Beschleunigung, Druck, Temperatur, o. ä. - und diese Abtastwerte auf der Festplatte zu speichern. Aber das ist lediglich die Grundfunktionen eines Messsystems: Häufig werden nicht nur Zeitdaten gespeichert, sondern auch Spektren, Leistungsdichtespektren, FRFs, Oktaven, usw. benötigt. Während natürlich die tatsächlichen Abtastwerte wichtig sind, müssen die der Messung zugeordneten Eigenschaften wie Abtastrate, Kanalnamen, Referenzen, usw. ebenfalls rückverfolgbar abgelegt sein. Im m+p Analyzer lösen wir dies durch eine Datenstruktur für die Messdaten. Sie besteht aus drei Hauptteilen: Daten, Eigenschaften und Metadaten.

  • Daten: reel- oder komplexwertige Arrays, die die gemessenen/verarbeiteten Daten im Zeit-/Frequenz-/Oktavbereich enthalten
  • Eigenschaften: Werte, die direkt mit den Daten verknüpft sind, z. B. Abtastrate oder Kanalname
  • Metadaten: zusätzliche benutzerdefinierte Informationen, z. B. Name eines Prüflings oder Kalibrierdatum eines Sensors

Messungen können benutzerdefinierte Metadaten enthalten

Viele technische Aufgaben umfassen wiederholte Messungen ähnlicher Prüflinge oder Messungen derselben Prüflinge in einem etwas anderen Versuchsaufbau (z. B. Umgebungstemperatur, Befestigung). In diesen Szenarien, in denen wiederholte Messungen unterschieden werden müssen, können Metadaten und die Auto-Popup-Funktion nützlich sein. Tatsächlich nutzen einige der eingebauten Messmodi des m+p Analyzers diese Funktion, z. B. der Messmodus „shock capture“, den wir hier als Beispiel verwenden werden:

Öffnen Sie zunächst die "Configuration", klicken unten auf "Advanced" und wählen "Meta-data". Sie sehen nun einen Tab mit dem Namen "Metadaten". In diesem Tab können Sie benutzerdefinierte Metadaten-Tags angeben, die für die jeweilige Messaufgabe passend sind. Metadaten werden durch Name-/Werte-Paare angegeben, die in einer Tabelle dargestellt werden. Im Feld Name wird die Bezeichnung wie Firma, Prüflingsnummer, Bediener, o. ä. angegeben, es kann später zum Filtern von Daten verwendet werden. Das Feld Wert ist der eigentliche Inhalt, der ein Text, ein Datum oder eine vordefinierte Werteliste sein kann. Wenn also bspw. nur drei Prüflinge getestet werden, kann man eine Liste anlegen und muss während der Testkampagne lediglich den Prüfling auswählen, anstatt den Namen jedes Mal neu zu schreiben.

Das Kontrollkästchen "Auto prompt metadata" aktiviert die Auto-Popup-Funktion, die beim Starten einer Messung einen Metadatenbildschirm anzeigt. Das folgende Beispiel zeigt, wie Sie den m+p Analyzer konfigurieren und die Metadatenfunktion Auto-Popup aktivieren.

Beispiel

Daten, Eigenschaften und Metadaten im „Measurements“-Editor prüfen und bearbeiten

Sie können alle Daten, Eigenschaften und Metadaten einer Messung im „Measurements“-Editor prüfen und bearbeiten. Wählen Sie mehrere Messungen aus, um mehrere Werte verschiedener Messungen gleichzeitig zu bearbeiten.

Beispiel

Benutzerdefinierte Spalten und Filtermöglichkeit des Browsers für Metadaten

Alle Metadaten-Tags können im Browser als Spaltenüberschriften angezeigt werden. Die Spaltenfilter (siehe auch Ausgabe 5 im letzten Newsletter) können auch auf Metadaten angewendet werden, um nach ähnlich markierten Messungen zu filtern.

Beispiel

Ausgabe 7: Throughput to Disk und Nachbearbeitung

In dieser Ausgabe unserer Newsletter-Reihe beschäftigen wir uns mit den Throughput- und Nachbearbeitungsfunktionen des m+p Analyzer. Sie erfahren, wie der m+p Analyzer für die Throughput-Aufzeichnung eingerichtet wird und wie die erfassten Daten im Post-Processing verarbeitet werden.

Was ist Throughput und warum sollte ich es nutzen?

Throughput bezieht sich auf den Vorgang des direkten Schreibens (Streamings) der erfassten Daten auf die Festplatte. Der m+p Analyzer bietet viele Online-Berechnungsfunktionen wie FFT, FRF, PSD, Oktavspektren, Order Tracking und so weiter. Wir nennen das online, weil alle Metriken berechnet werden, während die Messung läuft. Nach Abschluss der Messung werden die berechneten Daten in der Projektdatei .sop5 gespeichert. Siehe Flussdiagramm unten.

Oftmals müssen wir diese online bearbeiteten Daten nur speichern und anschließend analysieren. Zum Beispiel bei einem Impulshammertest: Für die Modalanalyse benötigen wir nur die gemessenen FRF - die ursprünglichen Zeitdaten werden für die Modell­extraktion nicht benötigt. In anderen Fällen kann es jedoch sinnvoll sein, den ursprünglichen Datenstream zu verwenden. Bei der Drehschwingungsanalyse beispielsweise, wenn das Hochlaufen einer Maschine gemessen wird, ist es vielleicht nicht offensichtlich, wie man die Auswertungseinstellungen wählt, bevor man das Messergebnis kennt. In diesen Fällen ist es sinnvoll, die Daten einfach auf den PC zu streamen und anschließend anhand der erfassten Daten verschiedene Einstellungen auszuprobieren.

Im m+p Analyzer werden Throughput-Daten in .sot-Dateien mit einem binären Dateiformat für schnellen Festplatten-I/O gespeichert. Nach der Erfassung können wir diese Datei mit einem Workspace verknüpfen und die darin enthaltenen Daten genauso verwenden wie wir es von anderen Messungen gewohnt sind. Zusätzlich können wir diese Datei für das Post-Processing verwenden: Die Datennachbearbeitung ist ähnlich wie eine Messung, nur dass die Daten nicht von der Messhardware, sondern aus der .sot-Datei stammen!

So können wir im Post-Processing fast alles machen, was wir während der Messung machen (außer die Abtastrate ändern). So könnten wir für unseren Hochlauf prüfen, ob eine andere Blockgröße, ein Overlap oder ein anderer Ordnungsalgorithmus unser Ergebnis verbessert - und zwar ohne den Test selbst zu wiederholen!

Im Folgenden sehen Sie, wie Sie die Throughput-Funktion einrichten und das Post-Processing verwenden.

Beispiel

Ausgabe 8: Berichterstellung

PDF DOCX Symbole

In dieser Ausgabe unserer Reihe m+p Analyzer Grundlagen beschäftigen wir uns näher mit der Berichterstellung im m+p Analyzer. Sie lernen, wie Sie Berichte definieren, Templates sichern und laden und Berichte in kürzester Zeit erstellen.

 

Individuelle Berichte erstellen

Der m+p Analyzer fügt 2D Charts, 3D Charts und Bewegungsformen automatisch in .pdf und .docx Dokumente ein. Ein Bericht kann so definiert werden, dass alle Daten eines Projekts einfließen oder nur die Daten aus dem aktuell gewählten Workspace. Mit Templates für Workspaces geht das Reporting besonders schnell: Mit der rechten Maustaste auf die Workspaces klicken, „Report (Workspace)“ wählen und schon ist der Bericht erstellt.

Beispiel

Screenshot m+p Analyzer Berichte animiert

Das Layout für den Bericht ist vorkonfiguriert, so dass die wichtigsten Informationen grundsätzlich enthalten sind, kann aber individuell an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Zahlreiche Konfigurationsoptionen werden angeboten, dazu gehören vor allem:

  • Title page: Anzeige von automatisch generierten Titeln, die auf Workspaces oder Projektnamen, Benutzernamen und Ihrem Firmenlogo basieren.
  • Description: Freier Text, z. B. eine Beschreibung der Messaufbaus, kann auf der zweiten Seite des Dokuments angezeigt werden.
  • Measurements: Es gibt zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten zum Sortieren, Gruppieren und Anzeigen von Messungen, wie:
    - Anzahl Charts per Seite
    - Anzahl Messungen per Chart
    - Datentyp, z. B. Zeitdaten oder Spektren
    - Anzeige von Metadaten oder berechneten Eigenschaften
    - Anpassbare Schriftgröße, Linienfarbe, Chartgröße
    - Anzeige von Cursors an markanten Stellen in einem Spektrum
  • Modes: Eine Übersichtstabelle aller Moden und Metadaten wie Frequenz oder Dämpfung kann zusammen mit der Schwingungsform angezeigt werden.
  • Setup: Messdefinitionen können in den Bericht aufgenommen werden, um die Kanalkonfiguration anzuzeigen.

Dies sind nur einige der vielen Optionen für personalisierte Berichte. Die Möglichkeit, das Berichtslayout für künftige Projekte als Template zu speichern, ist besonders komfortabel. Eine Template-Datei kann aus dem m+p Analyzer exportiert, mit Kollegen ausgetauscht und in neue Projekte importiert werden.

 

Ausgabe 9: Betriebsschwingformanalyse (ODS)

Animationen Fahrzeugrahmen

In dieser Ausgabe unserer Serie m+p Analyzer Grundlagen erklären wir Ihnen die Grundlagen der Betriebsschwingformanalyse und wie Sie diese mit dem m+p Analyzer durchführen können.

 

Wozu dient die Betriebsschwingformanalyse?

Die Analyse von Betriebsschwingformen (engl. Operating Deflection Shapes oder kurz ODS genannt) gibt zusätzliche Einblicke in Schwingungsprobleme durch Visualisierung der Strukturschwingungen. Im Gegensatz zur Modalanalyse, die ähnliche Erkenntnisse liefert, werden die Betriebsschwingformen aus Messdaten, die während des Betriebs erfasst werden, extrahiert, daher der Name "Betriebs“schwingformanalyse. Typischerweise werden ODS im Frequenzbereich dargestellt, wie in dieser Animation eines Fahrzeugrahmens bei 16,4 Hz zu sehen ist:

Beispiel

Animationen Fahrzeugrahmen

 

Für eine gegebene Frequenz werden die Amplituden und relativen Phasen aller Messpunkte extrahiert und auf eine Geometrie übertragen, um das Verformungsmuster darzustellen. Schauen wir uns dazu ein sehr einfaches Beispiel an. Wir betrachten nur zwei Punkte, wobei sich die Phase von Punkt 2 auf Punkt 1 bezieht. Die beiden Spektren könnten so aussehen:

Screenshot m+p Analyzer zwei Spektren

Wir sehen drei interessante Bereiche, die durch drei Cursors markiert sind:

1. Am ersten Cursor weisen beide Punkte etwa die gleiche Amplitude auf und ihre Phasen sind identisch. Die ODS aus dieser Konfiguration würde so aussehen:

Beispiel

Zwei Cursors Verbindungslinie

Beide Punkte bewegen sich mit derselben Amplitude in Phase.

2. An der zweiten Cursorposition hat der zweite Punkt (rot) eine deutlich kleinere Amplitude als Punkt 1. Außerdem wird eine Phasenverschiebung von 90° beobachtet. Die ODS für diese Konfiguration sieht wie folgt aus:

Beispiel

Zwei Cursors Verbindungslinie

Die Animation zeigt eine große Bewegung von Punkt 1 und nur eine sehr kleine Amplitude von Punkt 2.

3. An der dritten Cursorposition zeigen beide Punkte wieder die gleiche Amplitude, aber ihre Phasen sind um 180° verschoben. Das ODS sieht so aus:

Beispiel

Zwei Cursors Verbindungslinie

Die Phasenverschiebung um 180° bedeutet, dass sich die beiden Punkte exakt gegenphasig zueinander bewegen.

Dies zeigt, dass eine Betriebsschwingformanalyse eigentlich nur eine Animation der Amplituden- und Phasenverhältnisse der Messpunkte ist. Man könnte argumentieren, dass es ziemlich einfach ist, diese Informationen direkt aus den Spektren abzulesen, was für dieses einfache Beispiel auch gilt. Bei komplexeren Geometrien wie z. B. der eingangs gezeigten ODS am Fahrzeugrahmen mit vielen Messpunkten wird es jedoch viel schwieriger.

Voraussetzung für die Betriebsschwingformanalyse

Geometrie: Es wird eine Geometrie benötigt, die aus den Positionen der Messpunkte auf der Struktur besteht. Typischerweise bedeutet dies, dass für jeden Messpunkt x-, y-, z-Koordinaten und Verbindungslinien zwischen diesen Punkten definiert werden. m+p Analyzer bietet für diese Aufgabe einen einfach zu bedienenden Geometrieeditor, der für einfache Geometrien ausreicht. Bei komplexeren Geometrien kann das .stl-Dateiformat (Standard Triangulation/Tesselation Language Format) verwendet werden, um Geometrien aus einer CAD-Software zu importieren.

Fahrzeug Geometrie Zahlen

Phasenbezogene Spektren: Da zur Betriebsschwingformanalyse eine Phaseninformation benötigt wird und "normale" Spektren im Allgemeinen eine zufällige Phase aufweisen, ist eine zusätzliche Bearbeitung zur Phasenreferenzierung erforderlich. Normalerweise geschieht dies, indem ein Referenzsensor ausgewählt und die Phasen aller Sensoren darauf bezogen werden. Das bedeutet, dass die Phase des Referenzsensors für alle Frequenzen Null wird, da sie auf sich selbst bezogen ist. Hinweis: Daten vom Referenzsensor und allen anderen Sensoren müssen gleichzeitig erfasst werden! Im m+p Analyzer werden phasenbezogene Spektren mittels Auto- und Kreuzleistungsspektren berechnet. Für einen gegebenen Messpunkt:

... ergibt das Autoleistungsspektrum das Amplitudenspektrum.

... liefert das Kreuzleistungsspektrum zur Referenz das phasenbezogene Spektrum.

Stationärer Betriebszustand: Je nachdem, wie die Daten erfasst werden, kann ein stationärer Betrieb (oder zumindest ein reproduzierbarer Zustand) der Maschine erforderlich sein. Üblicherweise kann zwischen zwei Vorgehensweisen zur Datenerfassung gewählt werden:

1. Komplette Sensorbestückung: Ein unkompliziertes Vorgehen, bei dem Sensoren an allen gewünschten Stellen angebracht werden. In einem einzigen Durchlauf werden die Daten aller Sensoren gleichzeitig erfasst. Der Vorteil ist, dass es schnell geht, da nur ein Messlauf erforderlich ist. Dafür ist unter Umständen eine hohe Anzahl von Sensoren und Eingangskanälen am Frontend erforderlich.

2. Teilweise Sensorbestückung mit mehrfacher Messung: Hierbei sind für die Messung mindestens zwei Sensoren notwendig. Ein Sensor - der Referenzsensor - bleibt während der gesamten Messkampagne an seiner Position. Der zweite Sensor - der „roving“ Sensor - wird nacheinander an die verbleibenden Messstellen angebracht und für jede Position wird eine Messung durchgeführt. Für dieses Vorgehen ist weniger Hardware erforderlich, allerdings muss die Maschine im stationären Zustand sein, damit die einzelnen Messungen "kompatibel" sind. Dies ist nötig, weil wir Messungen aus verschiedenen Läufen zusammenfügen; daher muss sichergestellt sein, dass das Schwingungsverhalten der Maschine für jeden Lauf identisch ist. Der einfachste Weg dafür ist, die Maschine mit konstanter Drehzahl zu betreiben.

Zeichnungen Sensoren Zahlen

Haben wir Ihr Interesse an der Betriebsschwingformanalyse geweckt? Lesen Sie mehr in der nächsten Ausgabe unserer m+p Analyzer Basics, wo wir Ihnen an einem Beispiel zeigen, wie Sie ODS mit dem m+p Analyzer messen und extrahieren können.

Ausgabe 10: Betriebsschwingformanalyse (ODS) – ein Beispiel

In der letzten Folge unserer Reihe m+p Analyzer Grundlagen haben wir uns mit den Grundlagen der Betriebsschwing­formanalyse (Operating Deflection Shapes ODS) befasst. Heute demonstrieren wir an einem Beispiel, wie Betriebsschwingformen mit dem m+p Analyzer gemessen und extrahiert werden.

Beispiel: Betriebsschwingformanalyse einer rotierenden Maschine

Wir messen die Betriebsschwingformen unserer rotierenden Demomaschine. Sie besteht aus einer rechteckigen Aluminiumgrundplatte, auf der ein Motor und eine rotierende Welle montiert sind (siehe Foto). Ziel ist es, die Betriebsschwingformen des Maschinenfundaments (die Grundplatte) durch Messung der Schwingungen, die während des Betriebs auftreten, zu ermitteln.

Demomaschine Motor Messhardware

Festlegen der Geometrie

Die erste Grundvoraussetzung für die ODS-Animation ist eine Geometrie des zu untersuchenden Systems. Der Einfachheit halber analysieren wir nur die Grundplatte der Demomaschine. Es werden acht Messpunkte auf der Grundplatte definiert und eine Geometrie im m+p Analyzer Geometrieeditor erstellt (Lizenz AN-ODS/AN-eODS erforderlich):

Screenshot m+p Analyzer Geometrien

Zur Messung der acht Punkte auf der Grundplatte wählen wir eine teilweise Sensorbestückung mit vier Beschleunigungssensoren. Wir brauchen drei Messläufe für alle Punkte: Der Referenzsensor bleibt die ganze Zeit an der Position 1. Drei „roving"-Sensoren messen die Positionen 2, 3 und 4 im ersten Lauf, dann 5, 6, 7 im zweiten Lauf; und schließlich wird nur ein Sensor für die 8. Position benötigt.

Definieren der Messung

Zunächst konfigurieren wir die Sensoren mit ihrer jeweiligen Empfindlichkeit und wählen in unserem Fall IEPE-Versorgung. Wenn man den ersten Sensor auf „Excitation" stellt (während alle anderen auf „Response" stehen), wird er als Referenzsensor für die Phasenreferenz markiert. Wir wählen eine Abtastrate von 2048 Hz, weil eine maximale Frequenz von 800 Hz in den Spektren ausreichend ist. Auf der Seite zum Speichern der Konfiguration wählen wir „ODS-FRF", was uns phasenbezogene Spektren liefert. Hinweis: Dies sind „Pseudo"-Spektren. Da wir eine Amplitudenmittelwertbildung verwenden, haben die tatsächlichen Spektren keine brauchbaren Phaseninformationen mehr. Im Hintergrund werden Auto- und Kreuzkorrelationsfunktionen verwandt, um das „ODS-FRF" mit sinnvollen Amplituden und referenzierten Phasen zu erzeugen.

Screenshot Tabelle Werte

Datenerfassung

Als wir mit dieser Beispielmessung begannen, wollten wir die Maschine mit einer festen Drehzahl laufen lassen und die Schwingungen auf der Grundplatte messen. Wir dachten, dass der Motor genügend „zufällige" Schwingungen liefern würde, um die Biegemodi anzuregen, und dass wir daraus die Betriebsschwingformen extrahieren könnten. Nach dem Einrichten der Maschine, der Konfiguration des m+p Analyzers und dem Start der ersten Messung erhielten wir folgende Spektren:

Screenshot Kurven Zahlen rot blau

Das war nicht das, was wir erwartet hatten! Offensichtlich gibt es viele Spitzen im Spektrum, die keine Strukturschwingungen zu sein scheinen. Bei näherer Betrachtung zeigt sich, dass alle diese Spitzen ganzzahlige Vielfache von 100 Hz sind. Es stellt sich heraus, dass immer, wenn der Motor unter Last steht (er also die Welle beschleunigen muss), diese Spitzen entstehen. Also mussten wir die Vorgehensweise ändern: Wir haben die Welle beschleunigt und den Motor abgeschaltet, um einen Nachlauf der Maschine zu messen. Das Ergebnis sieht vielversprechender aus:

 

Screenshot Kurve blau

Obwohl dies immer noch nicht das perfekte Spektrum ist, wird es für unseren Zweck reichen. Das zeigt, dass selbst eine einfache Demomaschine ihre Eigenheiten haben kann und der beste Weg, wie man Daten erfasst, ein Teil der Aufgabe ist, die oft durch Try and Error gelöst wird. Bei der Untersuchung dieses Spektrums finden wir zwei Bereiche: Im unteren Frequenzbereich (~ 0 - 100 Hz) sehen wir hohe Schwingungen durch die Rotation der Welle (~ 0 - 6000 U/min). Die Fläche ist ziemlich groß, weil wir einen Nachlauf gemessen haben. So werden nun alle unterschiedlichen Drehzahlen während des Betriebs erfasst und sind im Spektrum vorhanden. Der zweite Bereich von ~150 - 500 Hz ist für uns interessant, hier finden wir die Strukturschwingungen der Grundplatte.

Extrahieren der Betriebsschwingformen

Mit den durch das zuvor beschriebene Verfahren gewonnenen Messungen können wir nun damit beginnen, die Betriebsschwingformen zu extrahieren. Dazu verwenden wir den m+p Analyzer „Operating Deflection Shape" Wizard: In drei Fenstern (von links nach rechts) sehen wir alle gültigen Messungen, ein Diagramm zur Auswahl der Frequenz, in die die Betriebsschwingformen extrahiert wird, und die endgültigen Betriebsschwingformen. Hinweis: Das Animationsfenster enthält auch die Frequenz und ein geschätztes Dämpfungsverhältnis (gemäß der Half-Power-Methode).

Screenshot Kurve Schwingform

Als letzten Schritt können wir das extrahierte ODS im Arbeitsbereich speichern. Exemplarisch haben wir die Biegeformen für den ersten und zweiten Biegemodus der Grundplatte bei 153 Hz und 485 Hz extrahiert:

Beispiel

Schwingform ODS acht Punkte

 

 

Beispiel

Schwingform ODS acht Punkte

 

 

Schlussbemerkung

Betriebsschwingformen sind ein hervorragendes Werkzeug, um die dynamischen Eigenschaften einer Struktur unter Betriebsbedingungen zu analysieren. Es hilft Ingenieuren dabei, strukturelle und akustische Probleme zu finden und zu lösen. Das Verfahren basiert auf den „selbsterzeugten" Schwingungen der Strukturen (Maschinen), so dass die Ergebnisse nur für den gegebenen Betriebszustand gültig sind und nur unter dem gegebenen Zustand angeregte strukturelle Eigenschaften gefunden werden. D. h. ein anderer Betriebszustand (z. B. Drehzahl) kann zu anderen Struktur­antworten führen. Ein allgemeinerer Ansatz zur Analyse von Struktur­eigenschaften ist die Modalanalyse, die ein Thema in einem unserer nächsten m+p Analyzer Basics sein wird.