Revolutionäres Videoverarbeitungssystem erkennt, verstärkt und misst kleinste Bewegungen

Revolutionäres Videoverarbeitungssystem, um kleinste Bewegungen zu erkennen, zu verstärken und zu messen

Die Ingenieure bei RDI Technologies (Knoxville, Tennessee, USA) haben ein revolutionäres berührungsloses Videoverarbeitungssystem namens Iris M entwickelt, in dem eine Kamera von FLIR (ehemals Point Grey) eingesetzt wird, um kleinste durch Maschinen erzeugte Bewegungen zu erkennen, zu verstärken und zu messen. Dadurch werden alle inhärenten Nachteile der bisher genutzten Techniken vermieden. 

Alle Maschinen erzeugen Vibrationen, von denen einige für einen Normalbetrieb charakteristisch sind, während andere erste Anzeichen für Fehler sein können. Auf dem Gebiet der vorausschauenden Wartung ist die Erkennung von Schwingungen ein Schlüsselelement des Diagnoseprozesses, der dazu dient, Probleme zu identifizieren und zu beheben, bevor gravierende Ereignisse eintreten. 

Das Iris M-System von RDI Technologies ist mit einer 2,3-Megapixel-Grasshopper3-Kamera von Point Grey/FLIR ausgestattet, die auf einem Vanguard-Stativ montiert ist. Damit werden Schwarzweiß-Bilddaten bei einer Standardauflösung von 1.920 x 1.050 und einer Geschwindigkeit von 120 Frames/Sekunde erfasst.

Die Daten aus der Kamera werden über eine USB 3.0-Schnittstelle an einen Tablet-PC übertragen und dort mit der proprietären Software des Unternehmens analysiert, damit Nutzer das Schwingungsverhalten von Anlageteilen wie Maschinen analysieren können.

Bisher wurden verdrahtete Sensoren, z. B. Kontaktbeschleunigungsmesser in Maschinen, für die Diagnose eingesetzt, um die vorhandenen Vibrationen zu überwachen. Sobald die Daten von den Sensoren erfasst wurden, wurde basierend auf diesen Daten eine Betriebsschwingformanalyse durchgeführt, um ein animiertes Modell der Bewegung der Maschine zu rendern und so die Vibrationsmuster visuell darzustellen. 

Nach Angaben von Dr. Jeff Hay, dem Gründer und CEO von RDI Technologies, hat die Technik jedoch ihre Schwächen. Es ist nicht nur zeitaufwendig, an mehreren Stellen Messungen durchzuführen, sondern erfordert auch Zugang zu den Maschinen oder Anlagen. Somit ist die Nutzung dieser Technik ausgeschlossen, wenn es keinen oder nur einen eingeschränkten Zugang zu einer Maschine gibt oder wenn sich die Maschine hinter Absperrungen oder Glas befindet. Außerdem müssen beim Durchführen solcher Kontaktmessungen die Maschinen oft angehalten werden, wenn die Beschleunigungsmesser eingebaut werden, was zu einer erheblichen Ausfallzeit führt.

Bildgebungsressourcen 

Empfindlichkeit und Skalierbarkeit 

Seit seiner Einführung im 3. Quartal 2016 hat das Iris M-System die Art und Weise revolutioniert, wie Mitarbeiter in der Branche für die Überwachung von Maschinenzuständen (Machine Condition Monitoring, MCM) Bewegungen beobachten. Das System lässt sich nicht nur einfach bedienen, sondern gibt auch leicht verständliche Videobilder zurück, die dem Benutzer einen besseren Einblick in die Funktionsweise der Ausrüstung bieten. 

Laut Dr. Hay war die Auswahl der FLIR-Grasshopper-Kamera ein Hauptgrund für den Erfolg des Systems. Dank des 12-Bit-Dynamikbereichs kann die Kamera selbst kleine Unterschiede in der Pixelintensität zwischen hell erleuchteten und dunklen Regionen in den Bildern erfassen, sodass die Systemsoftware detailliertere Änderungen erfassen kann, als es andernfalls möglich gewesen wäre. 

Nicht weniger wichtig ist jedoch der Algorithmus zur Bewegungsverstärkung selbst. „Aufgrund dieses eindeutigen Algorithmus ist das Iris M-System im Vergleich zu den traditionellen bildbasierten Messinstrumenten ungefähr hundertmal empfindlicher beim Messen der Verschiebung. Das Iris M-System bietet zudem die Möglichkeit, Punktmessungen der absoluten Verschiebung der Anlagenteile direkt anhand der Bilder durchzuführen, die bei Bedarf zum Quantifizieren dieser Bewegung verwendet werden können. So müssen nicht mehr Punktmessungen interpretiert werden, um die Arten der vorhandenen Bewegungen und Fehler zu ermitteln.“, erläutert Dr. Gray. 

Das Iris M-System ist etwa einhundertmal empfindlicher bei der Messung von Verschiebungen als herkömmliche bildbasierte Messgeräte

Ein weiterer großer Vorteil der Technologie ist die Geschwindigkeit, mit der die Daten zurückgegeben werden und der Detaillierungsgrad der Daten. Im Gegensatz zu den traditionellen Kontaktmesssystemen ist es zudem leicht skalierbar, da die Bewegung aller Anlagenteile im Sichtfeld der Kamera gleichzeitig gemessen wird. Zudem eignet es sich als gutes Kommunikationswerkzeug zwischen einem technisch-versierten Benutzer und einem Normalanwender, da die Hauptursachen aller Probleme mit beliebigen Anlagenteilen direkt im Video sichtbar sind. 

Das neue System wurde in einer Vielzahl praktischer Anwendungen eingesetzt. Abgesehen von der Zustandsüberwachung in industriellen Anlagen wie Maschinen, kann das Iris M-System auch verwendet werden, um die strukturelle Integrität von Brücken, Gebäuden und ähnlichen Konstruktionen zu analysieren. Außerdem kann es in Anwendungen zur biomedizinischen Überwachung verwendet werden, um die Atmung einer Person zu bewerten.