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Wie Schwingungen die Qualität sichern: die Fourier-Analyse

Marketing Team
Die Fourier-Analyse ermöglicht es, Qualitätsrisiken frühzeitig zu erkennen und kostenintensive Folgefehler zu vermeiden.

In der modernen Fertigung zählt Präzision bis in den Submikrometerbereich, die Anforderungen an Präzision und Qualität sind extrem hoch. Schon kleinste Abweichungen können die Funktion, Lebensdauer und Geräuschentwicklung von Bauteilen beeinflussen. Um derartige Fehlerquellen frühzeitig zu erkennen und Prozesse stabil zu halten, setzen Messtechniker ein Verfahren ein, das auf den ersten Blick mehr mit Mathematik als mit Metall zu tun hat: die Fourier*-Analyse. Sie ermöglicht es, Qualitätsrisiken frühzeitig zu erkennen und kostenintensive Folgefehler zu vermeiden.

Die Fourier-Analyse ist ein mathematisches Verfahren, das ein Messprofil in seine einzelnen Schwingungsbestandteile zerlegt. Moderne Messsoftware wie auch MarWin berechnet diese Analyse mithilfe eines speziellen Algorithmus‘, der sogenannten Fast Fourier Transformation (FFT). Sie greift bei allen periodischen Profilen, also wenn der erste und der letzte Profilpunkt identisch sind. Besonders häufig wird die Fourier-Analyse bei Kreisprofilen genutzt, da man daraus sowohl auf Funktionseigenschaften des Werkstücks als auch auf Effekte der Fertigung schließen kann. Das Ergebnis der Fourier-Analyse wird typischerweise als Spektrum bezeichnet und als Balkendiagramm dargestellt. Dabei zeigt die horizontale Achse die Frequenzen (Anzahl der Wellenberge), die vertikale die Amplitude (Stärke der Schwingung). So entsteht ein klares Bild der im Signal enthaltenen Frequenzen und ihrer Ausprägung. Anwender erhalten dadurch eine objektive Entscheidungsgrundlage, um gezielt Maßnahmen einzuleiten und Prozessabweichungen effizient zu beheben.

Ausschuss vermeiden – Geräusche vermindern – Fehlfunktionen ausschließen

Bei der Fertigung von Präzisionsteilen kann es zu Vibrationen kommen, etwa durch eine instabile Aufspannung, Werkzeugverschleiß, Lagerschäden oder externe Störungen. Diese führen zu periodischen Fehlern wie Rattermarken oder Streifen auf der Werkstückoberfläche. Wenn Maschinen vibrieren oder Messsysteme Schwingungen registrieren, wirken diese zunächst wie zufälliges Rauschen. Die Fourier-Analyse macht daraus jedoch ein strukturiertes Bild: Sie zeigt, welche Frequenzen enthalten und wie stark diese ausgeprägt sind. Dadurch können Werkstücke charakterisiert und beispielsweise Lauf- und Rattergeräusche rotierender Werkstücke vorausgesagt werden. In der Fertigungsmesstechnik ist genau dies besonders relevant. Denn jetzt kann der Techniker Einflüsse im Messergebnis erkennen, Rückschlüsse auf den Fertigungsprozess ziehen und diesen verbessern. Dies vermeidet Ausschuss, reduziert Geräusche und verhindert Fehlfunktionen und senkt letztlich nachhaltig die Kosten.

Mehr Prozesssicherheit – weniger Ausschuss – höhere Produktqualität

Im Produktionsumfeld sind Vibrationen die Feinde der Präzision. Selbst kleinste Schwingungen, zum Beispiel verursacht durch laufende Maschinen, Werkzeugvibrationen, Umgebungsgeräusche oder instabile Aufspannungen, können die Fertigung von Werkstücken beeinflussen oder auch Messergebnisse verfälschen. Gerade bei hochpräzisen Bauteilen in der Automobil-, der Luftfahrtindustrie oder der Medizintechnik kann das gravierende Folgen haben. Hier setzt die Fourier-Analyse an, indem sie

  • Periodische Fehler erkennt: Auf Werkstückoberflächen können diese ansonsten zu Fehlfunktionen im Einsatz führen.
  • Störquellen identifiziert: Die Fourier-Analyse zeigt objektiv und nachvollziehbar auf, ob ein Messplatz wirklich erschütterungsfrei ist. Durch sie lässt sich genau bestimmen, ob eine unerwartete Schwingung die Messung beeinflusst, beispielsweise durch eine benachbarte Maschine oder einen Defekt im Messsystem. Diese störenden Einflüsse lassen sich in der Folge abstellen.
  • Sensoren prüft: Auch Sensoren selbst können fehlerhafte Signale erzeugen. Die Fourier-Analyse entlarvt solche Störungen, schafft Prozesssicherheit und damit verlässliche Messergebnisse.

Insgesamt können Kunden durch die Fourier-Analyse ihre Produktionsprozesse effizienter planen, Messergebnisse absichern, die Qualität ihrer Produkte steigern und Ausschuss reduzieren.

Fourier-Analyse: Frequenzen verstehen, Qualität sichern

Die Fourier-Analyse ist aus der modernen Fertigungsmesstechnik nicht mehr wegzudenken. Sie macht das Unsichtbare sichtbar, nämlich Schwingungen, die große Auswirkungen auf die Werkstückfunktion haben können. Für Kunden bedeutet dies mehr Prozesssicherheit, weniger Ausschuss und eine höhere Produktqualität. Wer FFT-Daten sinnvoll nutzen will, braucht die richtige Kombination aus Sensorik, Know-how und Software, und genau das erhalten Kunden bei Mahr. Viele Messsysteme des Messtechnikspezialisten bieten eine leicht ausführbare integrierte FFT-Funktion in der Messsoftware MarWin Professional und schaffen damit eine wertvolle Grundlage für vorausschauende und steuerbare Qualitätssicherung – ein entscheidender Faktor für Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit.

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*Benannt nach dem französischen Mathematiker und Physiker Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 – 1830), der sie entwickelt hat.

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