Messung von Schwingungen und Vibrationen an der Kamera bezüglich Bildschärfe

[peter-h]

Hallo Frank,

ich habe es noch nicht verstanden. Soll über das Mikroskop die Erschütterung des Arbeitsplatzes gemessen werden, oder geht es um verwacklungsfreie Aufnahmen?
Ich kenne nur einen Fall, wo ein REM in einer Firma im 1. Stock stand und unten eine Strasse mit LKWs führte. Da haben wir teilweise bin nach 23 Uhr warten müssen bis die Bilder sauber waren.
Ein altes Fachwerkhaus mit Holzboden und 5 spielenden Kinder wird ähnlich sein 

Peter

[Nochnmikroskop]

Hallo Peter,
es geht um die optimale Bildqualität am Mikroskop beim Stacken.
Ich muss geraume Zeit zwischen 2 Aufnahmen warten, um nicht Verwacklungen bzw. Unschärfen zu bekommen. Ein Teil der unerwünschten Anregungen kommen durch das Mikroskop (Bewegung der Z-Achse), ein Teil durch die Kamera, und bei mir ein gewichtigerer Teil durch die Umwelt (den Boden im Erdgeschoss, ...). Spielende Kinder sind nicht mehr das Problem. 

LG Frank

[Lupus]

Hallo Frank,

ich halte die Smartphone-App für recht gut geeignet, orientierende Messungen zur Ursachenfindung und Minderungsmaßnahmen zu machen. Die ist auch nicht im unteren Frequenzbereich beschränkt, man kann damit in einem sehr tiefen Frequenzbereich messen, der für eine Mikroskopanregung eigentlich nicht mehr relevant ist. Mit solchen Apps kann man problemlos Handbewegungen unter einem Hertz messen. Die Genauigkeit der Frequenzmessung ist wie bei allen tieffrequenten Schwingungsmesssystemen durch die FFT-Datengröße (die man meist einstellen kann) vorgegeben, und natürlich muss man dann einen entsprechend längere Messzeit verwenden, also mehrere Messungen integrieren.

Derzeit arbeite ich auf einer doppelten Lage einer Waschmaschinen-Dämpfungsmatte und einem sehr stabilen Rollcontainer, der nahe einer Tragenden Wand steht.

Die Wirkung kannst Du doch leicht mit der App messen. Es reicht nicht, irgend etwas auf irgend eine elastische Unterlage zu stellen, sondern es kommt auf das Verhältnis Federkonstante zur darauf stehenden Gesamtmasse an - das bestimmt die Resonanzfrequenz. In jedem guten Physik-Schulbuch ist die Resonanzkurve eines Feder-Pendels abgebildet. Wenn die Anregung unterhalb der Resonanzfrequenz erfolgt, dann geht die Anregungsamplitude ungedämpft durch das System hindurch. Im Bereich der Resonanzfrequenz verstärkt sich die Amplitude natürlich, daher muss man den Bereich auf jeden Fall vermeiden. Und erst wenn die Anregungsfrequenz deutlich oberhalb der Resonanzfrequenz liegt erfolgt eine (dann mit der Frequenz zunehmende) Dämpfung der Schwingungsamplitude.

Fußböden können eigene Resonanzfrequenzen von typisch unter 10 Hz bis etwa 40 Hz und mehr haben - je nach Raumgröße, Bodenaufbau und Estricheigenschaften. Die kannst Du doch problemlos mit der App messen z.B. durch periodisches mehrfaches festes Auftreten mit dem Fuß. Das Gerät muss dabei über die ganze Zeit integrieren. Und dann kannst Du auf die gleiche Weise die Resonanzfrequenz mit Deinem Dämpfungsaufbau Rollcontainer-Matte messen. Wenn die Resonanzfrequenz des Aufbaus über der des Bodens liegt, macht das Ganze wie beschrieben wenig Sinn. Man kann die Frequenz nur durch viel Masse auf tiefe Werte drücken. Eine Waschmaschine dürfte eine Masse von 100 kg besitzen, und wenn die Schleuderfrequenz 1200 Upm beträgt (also 20 Hz) könnte die Matte ausreichen um die Schleuderfrequenz zu unterschreiten und damit zu dämpfen. Umgekehrt heißt das aber, dass Du zur Dämpfung einer vergleichbaren Fußboden-Trittschallfrequenz mindestens eine ähnlich hohe Masse auflegen musst. Auch ist ein hoher Aufbau (unten elastische Matte, oben hoher Container) problematisch weil dann auch stärker Querschwingungen angeregt werden können.

Ein Messbeispiel mit Deiner App ist als Screenshot abgebildet, das Smartphone liegt einem Holztisch, der massive Steinboden wurde in kurzen Abstand (obere Kurve) durch Tritte angeregt. Man erkennt schön in der unteren Kurve, wie der Tisch in Querrichtung (grün x, blau y) zusätzlich zur Anregungsrichtung z (rot) stark in niedriger Resonanzfrequenz schwingt.

Hubert

[Nochnmikroskop]

Hallo Hubert,

danke dass Du Dich so intensiv mit meiner Mat(ten)erie  beschäftigts.
Auf die Matte bin ich gekommen, weil mein Keyence VHX doch so um die 25 kg samt Optik wiegt. Die Pressung der Matte ist natürlich nicht so stark wie die einer Waschmaschine, aber ich habe es auf einen Versuch ankommen lassen. Meiner Meinung nach ist zumindest die Ausschwingzeit geringer geworden, wenngleich nicht null. Aber das Mikroskop ist ein Spezialfall, die Optik kann auch seitlich bis 90° gedreht werden, samt motorisierter Achse, der Lichtleiter steht oben heraus, .....
Die Messung mit der App gestaltet sich etwas schwierig, da ich meine das Handy müsste direkt auf der Kameraoberseite zu liegen kommen (bei meinem Zeiss-Mikroskop, und der zukünftigen Stack/Stitch Vorrichtung wäre das wohl möglich). Trotzdem wäre mir ein kleiner Sensor lieber.

Folgende Tests kann ich auf jeden Fall einmal durchführen:
1. Die Matte einfach einmal entfernen, als definierten "Trittschall" ein Gewichtstück auf den Fußboden fallen lassen und auf dem Objekttisch messen.
2. Die Matte erneut unter das Mikroskop legen, gleiches Spiel.
3. Die Matte unter den Rollcontainer legen, gleiche Messung.

So sollte ich die unterschiedlichen Messergebnisse (Mattendämpfung) deuten können.

Ob ich dann oberhalb, oder unterhalb der Resonanzfrequenz bin kann ich vermutlich gut erkennen.

Derartiges muss ich dann bei allen weiteren Dämpfern und den anderen Mikroskopen / Stackschlitten auch einmal wiederholen.

Deine Bemerkung zur möglichen Auswirkung der Höhe des Rollcontainers auf die seitliche Querschwingung, werde ich auch mal versuchen zu ermitteln, sieht man ja ggf. auch schon an den obigen 3 Tests. Klingt ja auch alles logisch. Bisher war der Rollcontainer, durchgängig aus dickem Furnier-Sperrholz gefertigt, die stabilste Unterlage.

Zu Deinem Messbeispiel: genau das habe ich letztes Jahr auch gemacht, nachdem ich gemerkt habe, dass der 2 x 2 m Esszimmertisch sicher nicht die richtige Wahl ist.  Dabei bin ich auf die App gekommen.

Nochmals vielen Dank für Deinen Input.

LG Frank

[Thomas Böder]

Hallo Thomas,
dann lass doch einmel die Katze aus dem Sack.
Was braucht man um derartige Messaufgaben zu bewältigen?
Also es sollte nicht unbedingt fest auf die Kamera geschraubt werden müssen 

Gruß Frank

Hallo Frank,
man könnte einen kleinen Sensor temporär festkleben.
Wenn ich aus dem Urlaub zurück bin, teste ich das mal.
Hier schon mal zwei Bilder.
Das Messgerät und der Schwingungsverlauf des Geschirrspülers. ;-)

Grüße, Thomas.





P.S. Ich habe fast ne halbe Stunde für die Antwort gebraucht.
Das Hochladen von Bildern vom iPhone aus,  ist einfach eine Katastrophe.

[Nochnmikroskop]

Hallo Thomas,

danke für die Bilder, die 2 Ausschläge auf dem Print sind Tritte, oder das Öffnen der Tür. Hört sich auf jeden Fall interessant an. Obwohl die gewaltige Messmaschine ....
Kann man den Sensor auch am PC auswerten?

Schönen Urlaub noch in Timbuktu, oder wo Du auch immer mit schlechter Internetanbindung bist  .

Danke für Deine Bemühungen!

LG Frank

[Thomas Böder]

Die Internetverbindung ist nicht das Problem.
Nur die antike Forensoftware. 😔

[Lupus]

Hallo Frank,

Die Messung mit der App gestaltet sich etwas schwierig, da ich meine das Handy müsste direkt auf der Kameraoberseite zu liegen kommen

das ist doch für die Prüfung der Schwingungsdämpfung durch die Matte nicht notwendig. Einfach auf den Tisch oder Mikroskoptisch legen.

als definierten "Trittschall" ein Gewichtstück auf den Fußboden fallen lassen

Wie schon erwähnt (und in meinem Beispiel sichtbar) sollte sich die Anregung während der Messung häufiger periodisch wiederholen, da sonst die tiefsten Frequenzen bei der kurzen Integrationszeit eines Einzelimpulses falsch und übertrieben wiedergegeben werden (Frequenzauflösung, FFT-Größe und Messdauer sind mathematisch korreliert).

Hubert

[Nochnmikroskop]

Hallo Hubert,

die Vorgehensweise der 3 Tests habe ich so beschrieben. Du hast natürlich recht, wenn der Objekttisch mehr oder weniger schwingt, sollte eine Besserung so auch messbar sein.

Das Gewichtstück möchte ich verwenden um nicht zu große Ausschläge zu bekommen. Ich dachte an eine kleine 5 kg Hantel, die nur gekippt wird, einseitig 100 mm unterlegen und wegziehen, sollte als dumpfer niederfrequenter Impuls reichen. Das kann man ja mehrmals periodisch wiederholen.

Zitat: "(Frequenzauflösung, FFT-Größe und Messdauer sind mathematisch korreliert)"
Sorry, da bin ich raus.

LG Frank

[Nochnmikroskop]

Moin zusammen,
ich konnte gestern noch einige Trittschallversuche durchführen, hier mal die erste Auswertung, wen's interessiert.

Die von der App iDynamics aufgezeichneten Daten können in Excel importiert werden.

Ich habe dann doch mit dem Fuß versucht periodische Anregungen des Fußbodens durchzuführen.
Resultat nach Übereinanderlegen der Daten aus Erschütterung des Rollcontainers, auf dem das Mikroskop steht und dem Objekttisch des Mikroskops, welches zusätzlich noch mit 2 Waschmaschinenmatten gedämpft wurde.
1. Bei beiden Kurven ist eine Beruhigung nach ca. 0,15 s erkennbar
2. Der Rollcontainer bewegt sich wesentlich stärker, als der Objekttisch des Mikroskops
3. Die Objekttischbewegung ist niederfrequenter

Vorläufiges Fazit: die unter gelegten Matten bringen eine Verringerung der Impulsstärke und verringern die Frequenz der Schwingung.

Eine Frage stellt sich daraus: reagiert die Optik günstiger bei geringerer, dafür niederfrequenterer Schwingung.
Hier muss ich weiter "forschen".

LG Frank

[Lupus]

Hallo Frank,

mein Hinweis auf die periodische Wiederholung der Anregung bezog sich nur auf die Verbesserung der Frequenzmessung im tieffrequenten Bereich. Wenn Du nur die Anregungsintensität und Abklingkurve messen willst, ist natürlich nur eine einzelne Anregung sinnvoll.

Mir scheint dass der Container eine Resonanzfrequenz bei etwa 60 Hz hat, das solltest Du erst einmal separat vom Abklingverhalten messen, und die Resonanzfrequenz des Bodens.

Hubert

[Kurt Wirz]

Hallo Frank

Anbei ein Link zu einem Beitrag eines Artgenossen.
https://www.photomacrography.net/forum/viewtopic.php?f=25&t=43422
Interessant, was man so alles tun kann, wenn man nicht Blitzen will.

Kurt

[Nochnmikroskop]

Hallo Hubert,

die periodischen Stöße habe ich deshalb gemacht um sicher zu sein, dass nicht einmal stark und einmal schwächer aufgetreten wurde (was natürlich der Fall war). Ursprünglich wollte ich ja eine Hantel nehmen, die war aber, genauso wie ein umkippendes Buch zu hart.
Ich musste ja mehrere Durchgänge mit unterschiedlicher Platzierung des Handys haben. Den Vergleich mit meinem Schreibtisch habe ich weg gelassen, da hörte es nicht auf zu schwingen bis zum nächsten Impuls, so wie beim Esszimmertisch auf Schwingboden.
In der Tat hat mich die App wieder etwas weiter gebracht.
Ich möchte dann später mal systematischer vorgehen, da ja verschiedene Mikroskope und Kameras zum Einsatz kommen sollen, läuft ja nicht weg.
Aber erst einmal reicht schon die Auswertmöglichkeit, wie ich finde.

Gruß Frank

[Nochnmikroskop]

Hallo Kurt,

ja, man kann sich schon viel einfallen lassen, richtig.
Manche basteln ja auch mit alten Plattenspielersystemen herum  und kommen zu seeeehr guten Ergebnissen. 

Bei meinem Keyence kann ich nicht blitzen, bzw. bringt das System durcheinander, nur mal so.

Blitzen werden ich vermutlich auch, die Hardware ist vorhanden. Aber wie schon einmal geschrieben, möchte ich mit unterschiedlichen Lichtern spielen. Seitliche Spaltlichtbeleuchtung, Dombeleuchtung, Segmentierung, etc. Das geht mit Blitz wohl nur mit extremer Bastelei, indem die Blitze auseinander genommen werden. Gesehen habe ich das allerdings auch schon irgendwo.

LG Frank

[Kurt Wirz]

Hallo Frank

Die Lösungsfindung für Dauerlicht, betreffend Erschütterungen, ist ein steiniger Weg, finde ich aber sehr interessant.

Kurt