Ziel der Entwicklung
Die Entwicklung einer vibroakustischen Kamera ist eine technisch und wissenschaftlich anspruchsvolle Aufgabe, die Fachkenntnisse aus Schwingungstechnik, Akustik, Bildverarbeitung und Informatik vereint. In der Industrie wächst der Bedarf an effizienten Systemen, die Körperschall- und Luftschallmessungen in einem integrierten Ansatz ermöglichen. Bisher eingesetzte Systeme erfassen diese Messgrößen getrennt, was zu aufwendigen Messaufbauten, nicht-synchronen Daten und zeitintensiven Analysen führt. Vor allem bei tieffrequenten Schwingungen stoßen klassische akustische Kameras an ihre Grenzen, sodass eine kombinierte Messung einen entscheidenden Vorteil bietet.
Das Projekt zielte darauf ab, ein Messsystem zu schaffen, das eine Hochgeschwindigkeitskamera zur berührungslosen Schwingungserfassung direkt in ein Mikrofonarray integriert. So können Körperschall und Luftschall synchron erfasst und in einer gemeinsamen Softwareumgebung analysiert werden. Ein besonderer Fokus lag auf der Entwicklung robuster Algorithmen, die auch unter realen Messbedingungen – etwa bei wechselnder Beleuchtung oder Eigenbewegungen des Kamerasystems – zuverlässig arbeiten.
Die Kombination aus einfacher Handhabung, schneller Einrichtung und intuitiver Ergebnisdarstellung soll den Einsatz des Systems auch für weniger erfahrene Nutzer ermöglichen. Das Projekt adressiert damit den dringenden Bedarf der Industrie nach zeiteffizienten, präzisen und benutzerfreundlichen Lösungen zur Schall- und Schwingungsanalyse und bietet großes Potenzial zur Verbesserung von Entwicklungs-, Prüf- und Wartungsprozessen.
Vorteile und Lösungen
Das Ziel, Körperschall- und Luftschalldaten gemeinsam und synchron zu messen, stellt vor allem durch die unterschiedlichen Anforderungen an die Kameraposition eine große Herausforderung dar. Für die Messung von Schwingungen, die senkrecht zur Oberfläche verlaufen (Out-of-Plane-Schwingungen), muss die Hochgeschwindigkeitskamera in einem schrägen Winkel – zum Beispiel bei 45 Grad – auf das Messobjekt ausgerichtet sein. Die akustische Kamera hingegen benötigt für die korrekte Ortung von Schallquellen eine senkrechte Draufsicht. Durch diese unterschiedlichen Blickwinkel entstehen voneinander abweichende Koordinatensysteme, die sich nur mit erheblichem technischen Aufwand (z. B. durch den Einsatz von 3D-Kameras oder komplexe rechnerische Umrechnungen) exakt zusammenführen lassen.
Der entwickelte Lösungsansatz akzeptiert diese unterschiedlichen Perspektiven bewusst und nutzt die Stärken beider Systeme gezielt aus. Anstatt die Positionen mathematisch zu vereinen, liegt der Fokus auf einer präzisen zeitlichen Synchronisation der Datenströme. Die Hochgeschwindigkeitskamera arbeitet mit einer deutlich höheren Bildrate als herkömmliche Systeme und ermöglicht so die genaue Erfassung auch sehr kurzer, schnell ablaufender Schallemissionen. Durch die Kombination mit den hochauflösenden Mikrofondaten (48 kHz) entsteht ein System, das akustische Ereignisse wesentlich präziser lokalisieren und analysieren kann als bisherige Standardmethoden. Der Schwerpunkt des Systems liegt dabei auf der Highspeed-Beamforming-Technologie, die eine schnelle und zeitlich hochaufgelöste akustische Auswertung ermöglicht.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das System adressiert nationale und internationale Anwender aus Automotive, Maschinenbau, Luftfahrt, Energie, Bauwesen, Konsumgüter und Forschung. Die Vibroakustik gewinnt hier stark an Bedeutung, da viele Firmen Akustik- und Strukturdynamik-Abteilungen bereits zusammenführen. Das System bietet ein großes Anwendungspotenzial, da es Schall- und Schwingungsanalysen vereint, berührungslos misst, schnell einsetzbar ist und sich auch von weniger erfahrenen Nutzern intuitiv bedienen lässt. Anwender profitieren von schnelleren, kostengünstigeren Entwicklungs- und Wartungsprozessen. Der Technologietransfer erfolgt durch Demonstratoren, Schulungen und Kooperationsprojekte. Die GFaI erwartet eine Stärkung ihrer Marktposition, neue Partnerschaften sowie wirtschaftliche Effekte durch Lizenz- und Geräteverwertung. Erste Anwendungsbeispiele zeigen bereits eine Praxistauglichkeit und Akzeptanz.
