Ziel der Entwicklung
Zur Steigerung der Effizienz und Minimierung der Kosten und des notwendigen Expertenwissens, wurden neuartige Komponenten zur Messdatenerfassung und verbesserten Echtzeit-Messdatenanalyse entwickelt . Diese Komponenten ermöglichen eine Augmented Reality (AR) Animation auf einem Videobild, überlagert mit aktuellen Sensordaten. Durch die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung kann die sonstige modellhafte Abbildung der Eigenschwingungsformen direkt in der Realität geschehen.
Vorteile und Lösungen
Es wurde mit der Entwicklung eines miniaturisierten, kabellosen und energieeffizienten Smart Sensors begonnen. Maximal acht Sensoren können parallel und synchronisiert in Form eines Sensornetzwerkes Beschleunigungsdaten aufnehmen. Die Übertragung der Messdaten erfolgt über Bluetooth zu einem zentralen Datenrekorder. Zur Bewegungsverfolgung der Sensoren wird zusätzlich ein Messystem, bestehend aus einem Gyroskop, Magnetometer und Beschleunigunsgaufnehmer zur Bestimmung von Winkel- und Positionsveränderungen, in den Sensor integriert. Daraufhin wurde mit dem Entwurf der Schaltungstechnik begonnen. Danach wurden die Leiterplatten- und die daran anschließende Programmentwicklung umgesetzt. Zum Abschluss wurde ein entsprechendes Gehäuse entworfen und gefertigt. Zum synchronisierten Empfang aller Smart-Sensor-Daten wurde parallel eine Datenrekorderkomponente entwickelt. Darüber hinaus wurde eine Augmented Reality (AR)-Anwendung entwickelt, die die Sensordaten zur Überlagerung der Realität verwendet. Zur Durchführung der AR-Anwendung sind zwei Phasen für den Anwender notwendig. Die Initialisierungsphase dient zur Generierung eines Meshs der zu untersuchenden Struktur, in Form eines 3D-Scans und zur Erkennung der Sensorposen in Relation zur Geometrie mittels AR-Markern. Die Visualisierungsphase nutzt diese Informationen und die Beschleunigungsmesswerte, um eine Überlagerung der Realität mit aktuellen Schwingformen in Echtzeit (30 Bilder/Sekunde) zu berechnen. Dafür muss zunächst ein synchronisierter Empfang der Sensordaten erfolgen. Diese Messdaten werden dann im AR-Modell erneuert. Daraufhin wird eine Interpolation berechnet, die allen Punkten des Meshes ohne Sensorzuordnung einen Messwert zuweist. Dafür werden die geometrischen Eigenschaften des Meshes als auch die Messwerte der Punkte mit Sensorzuordnung einbezogen. Mittels dieser Interpolationsergebnisse wird anschließend die aktuelle Betriebsschwingform erzeugt, die als Farbkarte halbtransparent über das aktuelle Videobild gelegt wird.
Zielgruppe und Zielmarkt
Neben dem großen Einsatzgebiet der Schwingungsanalyse beziehungsweise Optimierung an Bauwerken, zum Beispiel Gebäude, Brücken, Staudämme, Windkraftanlagen und Bauwerkskomponenten wie zum Beispiel Kirchglocken undTreppen gibt es weitere industrielle Zielmärkte in denen strukturdynamische Analysen notwendig sind. Hier sind vor allem Zulieferer und Produzenten der Automobil- und Transportbranche sowie von Zügen zu zählen. Weitere große Anwendungsgebiete liegen in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Bereich der maritimen Strukturen zum Beispiel Schiffe und den Offshore-Anlagen, in denen ebenfalls Schwingungsversuche zur Validierung einzelner Komponenten durchgeführt werden. Darüber hinaus werden Schwingungsuntersuchungen auch in Bereichen des Maschinenbaus und an Industriemaschinen vorgenommen. Für optimale Sicherheit und Stabilität mit maximaler Tragfähigkeit werden Schwingungsanalysen ebenfalls in der Konstruktion und Verbesserung von Gelände- und Baustellenfahrzeugen und bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen ausgeführt. Neben größeren Strukturen werden aber auch Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik, zum Beispiel Festplatte und Smartphone schwingungstechnisch untersucht. Minimale Geräuschpegel, längere Lebenszeit, mehr Sicherheit und die Sicherung eines qualitativ hochwertigen Betriebes während der gesamten Lebensdauer des Produktes sind hierbei entscheidende Erfolgsfaktoren, die durch die Optimierung beziehungsweise Berücksichtigung der Schwingungseigenschaften erreicht werden können. Vor allem die Untersuchung im realen Betrieb beispielsweise die Entwicklung oder Instandhaltung tritt immer stärker in den Fokus der Untersuchungen. Die erzielte Lösung kann für all diese potentiellen Anwender angeboten und individuell an entsprechende Problemstellungen angepasst werden. Es gibt gegenwärtig noch kein vergleichbares Augmented Reality System zur Schwingungsanalyse. Durch den diesbezüglichen Pionierstatus der Anwendung erscheint ein erfolgreicher Markteintritt sehr realistisch. Da die im Projekt erzielten Ergebnisse in die bestehende Software WaveImage integriert werden sollen, ist dadurch ein weiterer Multiplikator durch diese schon am Markt bekannte Software gegeben.
