Beispielkonfigurationen — SonicTC

SonicTC ist die integrierte Mess- und Prüfplattform für Geräusch- und Schwingungsanalyse (NVH), spektrale Analyseverfahren an rotierenden Maschinen, Materialresonanzanalyse und Prozessüberwachung. Die hier vorgestellten Beispielkonfigurationen zeigen den Funktionsumfang der Plattform anhand vollständiger, lauffähiger Prüfprojekte.

Die meisten Beispiele laufen ohne Messhardware: Signalgeneratoren, Signalimporte und simulierte Geräte ersetzen die reale Messkette. Jede Konfiguration wird als .sonictc-Backup bereitgestellt und lässt sich über den SonicTC DbManager importieren — einzeln oder zusammengeführt in eine bestehende Datenbank.

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Linien- & Stationskonfigurationen

Diese Beispiele zeigen, wie SonicTC Prüflinien mit mehreren Prüfvorrichtungen organisiert — vom Taktbetrieb bis zur entkoppelten Parallelprüfung mit Werkstückträgern.

Station: Sync Test-Station Simulation

Linienkonfiguration mit synchronen Prüfvorrichtungen

Zwei Prüflinien mit je zwei Prüfvorrichtungen arbeiten im gemeinsamen Takt: Der Main-Workflow jeder Linie ruft Leerlauftest und Lasttest nacheinander in einer Schleife auf. In jedem Testschritt werden per Product-Chooser die Produktvariante gewählt, Strom- und Spannungssignale (Amperemeter, Voltmeter) über eine simulierte Analog-I/O gemessen und die Ergebnisse gespeichert. Zwei Produktvarianten demonstrieren die produktbezogene Ergebnisablage.

Station: Async Test-Station Simulation

Linienkonfiguration mit asynchronen Prüfvorrichtungen

Das Gegenstück zur synchronen Linie: Die vier Prüfvorrichtungen (Leerlauf und Last je Linie) laufen unabhängig voneinander in eigenen Schleifen — ein Prüfobjekt durchläuft beide Vorrichtungen einer Linie, während in der jeweils anderen bereits das nächste bearbeitet wird. Im Lasttest wird zusätzlich die Prüfobjektnummer automatisch pro Durchlauf hochgezählt. Gemessen werden Strom- und Spannungssignale über eine simulierte Analog-I/O, mit Produktauswahl per Product-Chooser.

Station: WT Simulation Simulation

Werkstückträger-Konfiguration mit Workflow-Versionierung

Demonstriert die Werkstückträger-Anbindung mit produktspezifischen Merkmalen und Workflow-Versionierung am Beispiel von Bremskomponenten. Sechs Produktvarianten (Bremsscheiben und Bremssättel) sind angelegt, denen zwei getrennte Merkmalsätze zugeordnet werden können. Der Messablauf erfasst in einer Schleife Schalldruck und Temperatur; die Merkmalberechnung umfasst FFT-Spektrum, Frequenzposition, Signalfilterung, Peak-Zählung, Signalabschnitt, Crest-Faktor und RMS. Alle Workflows liegen versioniert (Version 2 mit Versionskommentar) vor; zwei konfigurierte Alarme runden das Beispiel ab.

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Automation & Ablaufsteuerung

Alarmsystem, Testwiederholungen, Online-Auswertung während der Messung, Bediendialoge und Regelungstechnik — diese Beispiele zeigen die Ablaufsteuerung von SonicTC.

Station: Alarm Handling Simulation

Alarm Handling, A-B-C-Bewertungsgrenzen & Rauschmetriken

Zeigt das SonicTC-Alarmsystem gebündelt in einem Workflow: Ein Beschleunigungssensor wird zyklisch gemessen, anschließend werden die Rauschmetriken SNR und SINAD als Merkmale berechnet und gegen abgestufte Bewertungsgrenzen geprüft. Je nach Ergebnis löst der Ablauf einen Warn- oder einen Kritisch-Alarm mit dynamischem Meldungstext aus. Der Error-Flow demonstriert automatische Reaktionen auf Alarme: Neustart des Sensors bei schlechter Datenqualität und eine SPS-Warnung bei hoher Datenbankauslastung.

Station: Test Repetition Simulation

Testwiederholung & Prüfabschnitte

Demonstriert Wiederholungsmessungen und Prüfabschnitte am Beispiel einer Vibrationsprüfung mit zwei Drehrichtungen (CW/CCW). Zwei strukturgleiche Prüfabschnitts-Workflows messen jeweils in einer Wiederholschleife das Beschleunigungssignal und berechnen den RMS-Wert — wiederholt, bis Evaluation == Good erreicht wird, maximal jedoch dreimal. Die Messsignale jeder Wiederholung werden gespeichert, jedoch nur die letzten Merkmalergebnisse; die Anzahl der Wiederholungen lässt sich im Merkmalergebnisbaum anzeigen (über „Alle Merkmalergebnisknoten aufklappen“ auch dauerhaft). Da beide Prüfabschnitte denselben Merkmal-Workflow aufrufen, empfiehlt sich die Option „Aufrufpfade anzeigen“. Ein Steuerungs-Workflow synchronisiert die Abschnitte über Ready/Done-Signale; die Error-Flows enthalten einen Reset-Trigger für die saubere Wiederaufnahme.

Station: Measure Grid Ab Version 2.5.0.99 Simulation

Messraster, Signal-Trigger & kontinuierliches Monitoring

Zeigt, wie mit einem Messraster (Measure Grid) während einer laufenden Messung bereits Merkmale berechnet und darauf reagiert werden kann — hier über einen Drehzahlbereich von 100 bis 300 RPM. Ein Signal-Trigger auf dem Drehzahlsensor startet die Erfassung; die Messdaten werden rasterweise statistisch analysiert (Mittelwert, FFT), und eine Bedingung im Raster erkennt, wann die Zieldrehzahl erreicht ist. Der Screencast zeigt die Visualisierung in der Test-Ansicht (HMI/SCADA).

Station: DialogTest Ab Version 2.6 Ohne Messhardware

Anpassbare Ein- und Ausgabedialoge

Demonstriert die anpassbaren Bediendialoge: formatierte Titel und Nachrichten, eingebettete Bilder und mehrere Eingabefelder in einem Dialog. Der Dialogdienst zeigt einen Eingabedialog an, dessen Ergebnis (Good/Bad/Cancel/None) im Workflow ausgewertet wird; bestätigte Eingaben werden an eine SPS weitergegeben. Ein paralleler Controller-Workflow steuert den offenen Dialog zeitgesteuert von außen und blendet einen Countdown ein — Anzeigewerte aktualisieren sich automatisch bei Variablenänderung.

Station: Process Trigger Simulation

Motor-Stopp-Profil-Analyse mit Ramp&Soak-PID-Regelung

End-of-Line-Prüfung eines Rohrantriebs mit zwei Prüfszenarien: Stopp-Profil-Analyse und Endschalter-Prüfung. Das Lastmoment wird über einen Ramp&Soak-Signalgenerator mit PID-Folgeregelung simuliert, während Drehmomentsensor und Drehgeber gemessen werden. Nach dem Motorstopp unter Last wartet der Ablauf, bis sich der Winkelwert innerhalb einer Toleranz nicht mehr ändert, und bewertet Nachlaufwinkel und Nachlaufzeit als Merkmale — ganz ohne zusätzlichen Mess-Task. Die Endschalter-Prüfung leitet Schaltzustände aus Strommesssignalen ab.

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Modal- & FRF-Analyse

Frequenzgangfunktionen, Dämpfungsbestimmung und Impulshammer-Prüfung — von der reinen Simulation bis zur realen Messzelle mit automatischem Modalhammer.

Station: SISO Simulation Simulation

SISO-FRF-Analyse mit Wiederholmessungen

FRF-Analyse mit wiederholten SISO-Messungen an einem simulierten System mit drei Freiheitsgraden: In einer Modalschleife werden synthetischer Impuls und Impulsantwort per Signalgenerator erzeugt und analysiert. Die Merkmalberechnung bestimmt das FRF-Spektrum ohne exponentielle Fensterung (geeignet für die modale Dämpfungsanalyse), berechnet die Impulsantwortfunktion und detektiert Resonanzpeaks. Besonderheit: Der Gütefaktor wird zum Methodenvergleich mit fünf Verfahren parallel bestimmt — nach Ewins, Rational-Fraction-Polynomial (RFP), x-dB, v-dB und Circle-Fit.

Station: SIMO Simulation Simulation

SIMO/MIMO-FRF-Analyse an 8 Geometrieknoten

FRF-Analyse an acht Geometrieknoten einer Struktur: In einer Knotenschleife werden je Knoten ein synthetischer Impuls und die zugehörige Impulsantwort eines 3-Freiheitsgrad-Systems erzeugt und analysiert. Die Merkmalberechnung bestimmt das FRF-Spektrum, detektiert Resonanzpeaks und berechnet den Gütefaktor als Dämpfungskennwert. Der Aufbau ist als SIMO- oder MIMO-Analyse nutzbar.

Station: FRF Test Reale Hardware: NI-9234, Maul-Theet

FRF-Impulshammer-Analyse mit Wiederholmessungen (NI-9234)

FRF-Analyse mit automatischem Impulshammer und Messwerterfassung über ein National-Instruments-Modul NI-9234. Nach einem optionalen Einricht-Schritt — Hammerposition verfahren, Anregungsamplitude interaktiv eingeben — läuft die Serienprüfung: Pro Prüfteil werden drei Anschläge ausgeführt, jeweils Kraftsensor- und Mikrofonsignal gemessen und die gemittelte Frequenzgangfunktion berechnet. Die Auswertung umfasst FRF-Spektrum, Spitzenerkennung und Verlustfaktor (Loss Factor); eine Abklingzeit zwischen den Anschlägen sorgt für ausgeschwungene Strukturen.

Station: FRF Test Reale Hardware: PCB, Maul-Theet

FRF-Impulshammer-Analyse mit Wiederholmessungen (PCB)

Die PCB-Hardware-Variante der FRF-Impulshammer-Analyse mit identischem Prüfablauf: Einrichtbetrieb, Serienprüfung mit drei gemittelten Anschlägen, FRF-Auswertung mit Spitzenerkennung und Verlustfaktor. Zusätzlich enthält diese Konfiguration einen Kalibrierablauf für das Messmikrofon, der RMS-Pegel und Frequenzposition bei 1 kHz gegen einen Kalibrator prüft, sowie eine umfangreiche Produktliste mit über 50 Einträgen in mehreren Kategorien als Beispiel für die Produktverwaltung.

Station: Mobile Reale Hardware: Beckhoff CX7000, NI-9232

Mobiler Impulshammer-Test (Beckhoff CX7000, NI-9232)

Mobiler Klangprüfstand mit realer Hardware: einer Beckhoff-CX7000-Steuerung und einem NI-9232-Messmodul mit Mikrofon. Nach dem Hammerschlag triggert das Mikrofonsignal die Messung; berechnet werden RMS und FFT, bewertet werden die Spektralmaxima in drei Frequenzbändern (2–3 kHz, 7–8 kHz, 14–15 kHz). Ein Life-Bit-Mechanismus überwacht parallel die Verbindung zur Steuerung und löst bei Ausfall einen Alarm aus. Ein Screencast zur Konfiguration ist verfügbar.

Station: FRF-Messzelle Reale Hardware: Beckhoff EL7031

Modalanalyse mit Schrittmotor-Positionierung

Automatisierte Modalanalyse an einem Würfel-Prüfkörper mit schrittmotorgesteuerter Positionierung (Beckhoff-Schrittmotorklemme EL7031). Der Prüfling wird nach jedem Messdurchlauf per Motion-Controller-Task um ein Inkrement gedreht, sodass mehrere Geometriepunkte nacheinander angeregt und vermessen werden; nach Abschluss fährt der Motor in die Nullposition zurück. Die Merkmalberechnung erfolgt über FRF-Spektren — als Einzelkanal-Variante und als MIMO-Block für die mehrkanalige Auswertung. Bedienerführung über LED-Ausgabe und Start-Taster.

3 Stationen Reale Hardware: Maul-Theet, NV-Tech (SAM), Beckhoff EL7031, IVS-500

FRF-Messzelle komplett: Modaltest, Dämpfung & Resonanzanalyse

Die umfangreichste Konfiguration bündelt mehrere Varianten der experimentellen Modal- und Dämpfungsanalyse in drei Stationen. Kraftsensor-, Mikrofon- und Beschleunigungssignale werden bei Impulsanregung gemessen — wahlweise mit Maul-Theet-Impulshammer oder automatischem NV-Tech-Modalhammer (SAM) — während ein Schrittmotor den Prüfling durch mehrere Messpositionen dreht; ein IVS-500-Laservibrometer ergänzt die Sensorik. Die Dämpfung wird nach mehreren Verfahren im direkten Vergleich bestimmt (ICF, Ewins, x-dB, RFP), inklusive Kohärenzbewertung der ersten Mode. Enthalten sind außerdem eine rein simulierte SISO-FRF-Station und eine Alarm-Handling-Station mit SNR/SINAD-Überwachung.

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Resonanzprüfung & Strukturüberwachung

Zerstörungsfreie Defekterkennung über akustische Resonanz und moderne Zerlegungsverfahren für das Structural Health Monitoring.

Station: ART Simulation Simulation

Akustische Resonanzprüfung (ART)

Zerstörungsfreie Defekterkennung an Bremsscheiben über akustische Resonanzprüfung: Ein Mikrofonsignal wird per Signal-Trigger erfasst und aufbereitet — Bandpassfilterung zur Erzeugung eines quasi-monofrequenten Signals, FFT und Hilbert-Transformation. Für zwei Produktvarianten sind eigene Bewertungsworkflows hinterlegt, die Dämpfungsgrad und Frequenzposition der Resonanzen als Merkmale berechnen; eine Variante nutzt zusätzlich Spitzenerkennung und Hüllkurvenanalyse. Die Produktauswahl erfolgt im Ablauf per Product-Chooser.

Station: Change Detection Simulation

Strukturschwingungsprüfung & Structural Health Monitoring

Demonstriert Signalzerlegungsverfahren für die Änderungsdetektion in der Strukturüberwachung. Ein Signalgenerator erzeugt eine synthetische Zeitreihe aus Trend-, periodischen und Rauschanteilen, die mit drei Verfahren zerlegt und direkt verglichen wird: Singular-Spectrum Analysis (SSA) trennt Trend, zwei periodische Komponenten und Rauschen; Hilbert-Huang-Transformation (HHT) und diskrete Wavelet-Transformation (DWT) extrahieren jeweils den Trendanteil. Die Trendkomponenten werden zusätzlich per Hüllkurve ausgewertet.

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Prüfung rotierender Maschinen

Unwuchtanalyse, Ordnungsverfolgung bei variabler Drehzahl, zeitsynchrone Mittelung und Modulationsspektrum-Analyse — die klassischen Verfahren der Rotationsmaschinen-Diagnose. Neben den hier gezeigten Beispielen unterstützt SonicTC auch Modulations- und Modulations-Ordnungsspektren zur Erkennung periodischer Amplitudenmodulationen, etwa für Getriebe- und Lagerdiagnosen.

Station: Rotor Balancer Simulation

Unwuchtkraft- und Phasenschätzung (Rotor Balancer)

Schätzung von Unwuchtkraft und -phase an einem rotierenden Motor anhand importierter IR-Tachometer- und Vibrationssignale. Die Drehfrequenz wird zur Plausibilisierung auf zwei unabhängigen Wegen bestimmt: per FFT mit Peak-Detektion und per Pitch-Analyse der Grundfrequenz. Für die Unwuchtanalyse werden beide Signale bandpassgefiltert, mittelwertzentriert und auf die Standardabweichung skaliert; die Kreuzkorrelation liefert über die Lag-Position den Zeitversatz, der in eine Phasenverschiebung in Grad umgerechnet wird.

Station: Variable Speed Simulation Simulation

Ordnungsanalyse bei variabler Drehzahl (synthetisch)

Ordnungsanalyse mit Computed Order Tracking anhand rein synthetischer, nichtstationärer Signale. Zwei Teil-Workflows bilden Hochlauf und Auslauf ab; in beiden werden Drehzahlverlauf und Vibrationssignal per Signalgenerator erzeugt. Die Merkmalberechnung umfasst STFT sowie Order Tracking mit drehzahlsynchroner Neuabtastung; aus Order-RPM-Map und Ordnungsspektrum wird jeweils das Maximum der 6. Ordnung als Merkmal extrahiert.

Station: Variable Speed Tacho Simulation

Ordnungsanalyse bei variabler Drehzahl (Tachometer-Pulssignal)

Ordnungsanalyse für Hoch- und Auslauf auf Basis eines importierten Tachometer-Pulssignals: Die Drehzahl (Tacho-RPM) wird per Berechnungsausdruck aus den Pulsen bestimmt, das Vibrationssignal per STFT und Computed Order Tracking mit drehzahlsynchroner Neuabtastung analysiert. Als Ergebnisse entstehen eine Order-RPM-Map und ein Ordnungsspektrum, aus denen jeweils das Maximum der 6. Ordnung als Merkmal extrahiert wird.

Station: Variable Speed TSA Simulation

Zeitsynchrone Mittelung (TSA) am Ventilator-Auslauf

Berechnet das zeitsynchron gemittelte Signal (Time-Synchronous Average) bei variabler Drehzahl an einem anwendungsnahen Szenario: Ein Tischventilator wird bei 2400 RPM abgeschaltet und kommt durch den Luftwiderstand in etwa 5 Sekunden zum Stillstand. Tacho- und Vibrationssignal werden per Signalgenerator simuliert. Die Merkmalberechnung schneidet einen 2,5-Sekunden-Abschnitt des Tachosignals aus, bestimmt Drehzahl und Pulspositionen, berechnet das TSA-Signal (entspricht einer Wellenumdrehung) und transformiert es per FFT.

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Verbrennungsmotor-Analyse

Zyklusanalyse im Kurbelwinkelbereich (Crank Angle Domain Analysis) — Motorzustandsdiagnose allein aus dem Schwingungssignal, ohne Drehzahlgeber.

Station: Engine Cycle Analysis Ab Version 2.5.0.177 Simulation

Kurbelwinkelanalyse (CADA) mit Drehzahlschätzung

Prüfung von Verbrennungsmotoren allein anhand eines Laser-Doppler-Vibrometer-Signals (LDV), ohne separaten Drehzahlgeber: Das Schwingungssignal — aufgenommen an der Oberfläche eines Zylinders eines 12-Zylinder-Großmotors — wird über ein Messraster erfasst und direkt während der Messung analysiert. Die Auswertung stellt die Zyklen im Kurbelwinkelbereich von −360° bis +360° dar: Gleichrichtung, Signalverschiebung und Spitzenerkennung führen zur Detektion des Motorzyklus, woraus sich Zyklusereignisse (z. B. das Schließen von Ein- und Auslassventilen) und die Drehzahl ableiten lassen. Ein Screencast ist verfügbar.

Station: Engine Cycle Analysis Simulation

Kurbelwinkelanalyse mit paralleler Messung

Erweiterte Variante der Kurbelwinkelanalyse: Das LDV-Signal wird über ein Messraster kontinuierlich erfasst und noch während der laufenden Messung analysiert, während per Workflow-Aufruf parallel ein zweiter Mess- und Speicher-Workflow gestartet wird. Damit demonstriert die Konfiguration parallele Messungen auf demselben Kanal — beide Erfassungen laufen gleichzeitig mit jeweils eingebetteter Kurbelwinkelanalyse.

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Integration & Kommunikation

SPS- und Leitsystem-Anbindung über OPC UA und TwinCAT ADS, serielle Gerätekommunikation über RS232 und TCP/IP — inklusive vollständig simulierter Gegenstellen.

Station: OPC UA Simulation

OPC UA: Lesen, Schreiben und Beobachten

Referenzbeispiel für die OPC-UA-Anbindung: Ein OPC-UA-Server wird direkt aus dem Workflow gestartet, anschließend wird auf ein Achssignal getriggert, ein Geschwindigkeitswert gelesen, neu geschrieben und zur Kontrolle erneut gelesen. Zusätzlich zeigt das Beispiel, wie ein Sensor an eine Prozessvariable gebunden und damit gemessen werden kann — etwa um ein digitales Eingangssignal wie mit einem Logger in ein Zeitsignal zu überführen. Zum Abschluss wird der Server kontrolliert gestoppt.

Station: TwinCAT ADS Simulation

TwinCAT ADS: Lesen, Schreiben und Beobachten

Das Pendant zum OPC-UA-Beispiel für die Beckhoff-Welt: Anbindung an TwinCAT über das ADS-Protokoll mit Lesen, Schreiben und Beobachten von SPS-Variablen. Ein ADS-Server wird per Workflow gestartet, mehrere Variablen werden getriggert gelesen, ein Drehgebersignal wird gemessen und per RMS-Merkmal validiert, anschließend wird der Server kontrolliert gestoppt. Die Kommunikation läuft vollständig gegen simulierte Gegenstellen.

Station: Characteristics Simulation

Integrationstests der Merkmalberechnung

Eine Sammlung von Selbsttests der Analyse-Engine: Über das Parseval-Theorem wird geprüft, dass der Zeitbereichs-RMS mit dem spektralen RMS übereinstimmt — für Dreieck- und Sinussignale über drei FFT-Varianten mit unterschiedlichen Fenstern und Skalierungen. Weitere Tests validieren die Hüllkurvenberechnung auf Zeitsignal und Spektrum, die Frequenzpositionsbestimmung über PSD und STFT sowie IIR-Filter hoher Ordnung im Vergleich der Implementierungsformen BA und SOS mit bedingter Warnausgabe bei numerischer Instabilität.

Station: RS232 Kommunikation Ab Version 2.6.0.54 Simulation

RS232-Kommunikation im HEX-Format (Datagramm-Muster)

Demonstriert RS232-Kommunikation im HEX-Format nach dem Datagramm-Muster am Beispiel eines PWM-Steuergeräts. Ein Test-Workflow liest Prozessor-ID sowie Bootloader-, Applikations- und Parameterversion blockweise (in jeweils vier Chunks über Speicheradressen) aus und schreibt eine Prüfstandsnummer zurück; die Telegramm-Auswertung erfolgt über RegEx-Muster mit CRC8-Prüfsummen-Ausdrücken. Ein zweiter Workflow simuliert das Gerät vollständig, indem er auf jedes Kommando-Telegramm mit der passenden Antwort reagiert — lauffähig mit zwei emulierten COM-Ports, ganz ohne reales Gerät.

Station: Communication Test Simulation

Roh-Kommunikation über RS232 und TCP/IP

Demonstriert Roh-Kommunikation nach dem Datagramm-Muster am Beispiel einer Waage: Ein Simulations-Workflow sendet zyklisch Gewichtswerte als Telegramme, während der Mess-Workflow diese per Trigger empfängt, als Messwert erfasst und speichert. Beide Kommunikationswege sind als eigene Prüfvorrichtungen („RS232“ und „TCP/IP“) angelegt, sodass derselbe Ablauf über beide Schnittstellen betrieben werden kann.

Import über den SonicTC DbManager — einzeln oder zusammengeführt in eine bestehende Datenbank.

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