GFaI entwickelt Kalibrierverfahren für kamerabasierte Schwingungsmessung
WaveKali schafft Grundlagen für neue industrielle Anwendungen
Ein neues Kalibriersystem soll die Messgenauigkeit bildbasierter Schwingungsmessverfahren zuverlässig und reproduzierbar bewertbar machen. Dafür verbindet WaveKali einen definierten Prüfaufbau mit Referenzsensorik und einer Software zur automatisierten Auswertung.
Schwingungen werden in Entwicklung, Prüfung und Zustandsanalyse häufig mit fest installierten Beschleunigungssensoren oder Laser-Vibrometern gemessen. Kamerabasierte Verfahren bieten eine Alternative: Sie arbeiten berührungslos und können Bewegungen über eine ganze Fläche erfassen. Damit lassen sich viele Messpunkte gleichzeitig betrachten, ohne das Prüfobjekt mit zahlreichen Sensoren auszustatten.
Damit solche Kamerasysteme nicht nur Schwingungen visualisieren, sondern als verlässliche Messsysteme eingesetzt werden können, muss ihre Genauigkeit überprüfbar sein. Genau hier setzt das Forschungsprojekt WaveKali der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e. V. (GFaI) an. Ziel ist ein praxisnahes Verfahren zur Kalibrierung bildbasierter Schwingungsmesssysteme sowie ein entsprechender Kalibrierprototyp.
Wie WaveKali die Messgenauigkeit überprüfbar macht
Beim Kalibrieren wird das kamerabasierte Messsystem mit einem bereits kalibrierten Referenzsensor verglichen. Ein Schwingerreger erzeugt dafür definierte Schwingungen. Die Hochgeschwindigkeitskamera und der Referenzsensor erfassen dieselbe Bewegung zeitgleich.
Die entwickelte Software bringt die beiden Messwelten zusammen. Sie korrigiert unter anderem die Kamerageometrie, überführt die Daten in ein vergleichbares Bezugssystem, bewertet geeignete Bildpunkte und bestimmt einen Kalibrierfaktor. Dieser beschreibt, wie die kamerabasierten Messwerte an die Referenzmessung angepasst werden müssen.
Kalibrierprüfstand und Softwaredemonstrator entwickelt
Für die Versuche wurde ein Kalibrierprüfstand aufgebaut. Er umfasst ein geregeltes Schwingerregersystem mit Referenzbeschleunigungssensor, eine Hochgeschwindigkeitskamera, einen definierten Prüfkörper sowie eine reproduzierbare Beleuchtung. Die Kamera wird dabei so aufgestellt, dass störende Schwingungen des Prüfstands die Aufnahme möglichst nicht beeinflussen.
Ergänzend entstand ein Softwaredemonstrator mit grafischer Benutzeroberfläche. Er bildet die einzelnen Schritte des Kalibriervorgangs ab und bindet WaveCam in die Auswertung ein. Zur Validierung wurde das gesamte Verfahren mit definierten Sinusschwingungen bei 50, 100, 200, 500 und 1000 Hz durchlaufen und für jede Frequenz ein Kalibrierfaktor bestimmt.
Vom Kamerabild zum belastbaren Messwert
Bildbasierte Schwingungsmessung kann den Messaufwand deutlich reduzieren: Die Kamera erfasst eine Fläche kontaktlos, und viele Bildpunkte können als Messpunkte genutzt werden. Das ist besonders interessant, wenn klassische Sensoren nur mit hohem Aufwand angebracht werden können oder eine hohe räumliche Auflösung benötigt wird.
WaveKali ergänzt diesen Vorteil um einen entscheidenden Baustein: die nachvollziehbare Bewertung der Messgenauigkeit. Das im Projekt entwickelte System verbindet dafür Hardware, Software und einen beschriebenen Kalibrierablauf. Die Validierung bestätigte die Funktionsfähigkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens.
Peter Bogatikov, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Signalverarbeitung und Akustische Kamera, GFaI e. V.: „WaveKali macht aus der kamerabasierten Schwingungsanalyse einen verlässlich bewertbaren Messansatz – und schafft damit die Grundlage für neue industrielle Anwendungen.“
Warum Kalibrierung für kamerabasierte Schwingungsmessung relevant ist
Bei etablierten Schwingungssensoren sorgen Kalibrierungen dafür, dass Messwerte zuverlässig, vergleichbar und wiederholbar sind. Für kamerabasierte Schwingungsmesssysteme fehlte bislang ein entsprechendes Verfahren. Das erschwert ihren Einsatz dort, wo quantitative und nachvollziehbare Messergebnisse erforderlich sind.
Mit WaveKali entstand ein prototypisches Kalibriersystem, das diese Lücke adressiert. Die Projektergebnisse schaffen damit eine Grundlage für den breiteren Einsatz kamerabasierter Messsysteme in industriellen Anwendungen und für eine mögliche Berücksichtigung in zukünftigen Richtlinien und Normen.
Das Projekt läuft vom 1. Juni 2024 bis zum 30. September 2026. Im Projekt wurden ein Kalibrierprototyp, die zugehörige Software und ein beschriebener Kalibrierablauf entwickelt und validiert. Ergebnisse wurden bereits auf der VDI-Fachtagung Schwingungen vorgestellt; eine weitere Veröffentlichung ist im Rahmen der ISMA 2026 vorgesehen.
Infos zum Projekt: https://www.gfai.de/forschung/projekte/signalverarbeitung-und-akustische-kamera/wavekali
Weitere Informationen zum Forschungsbereich der GFaI: https://www.gfai.de/forschung/projekte/signalverarbeitung-und-akustische-kamera
Kontakt:
Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V. (GFaI)
Volmerstraße 3, 12489 Berlin
+49 30 814563300
sekretariat(at)gfai.de
www.gfai.de
Pressemitteilung GFaI e.V./Pressebox vom 1.10.2026