10.02.2021

Optosensor zur Geschwindigkeits- und Längenmessung

Berührungslos Bewegungen erfassen

Sick hat seinen berührungslos arbeitenden Sensor Speetec für die Geschwindigkeits- und Längenmessung nahezu beliebiger, linear bewegter Objekte ausgelegt. Schlupffrei, ohne Maßverkörperungen oder Markierungen, ohne Beschädigung empfindlicher Oberflächen und ohne Abnutzung taktiler Messelemente können unterschiedlichste Bahn- und Endlosmaterialien sowie Zuschnitte auf wenige Mikrometer genau gemessen werden.


In unterschiedlichen Branchen werden Bahn- und Endlosmaterialien oder Zuschnitte mit hoher Dynamik verarbeitet, d.h. sehr schnell in ihrer Geschwindigkeit, Länge und Position vermessen. Messrad-Encoder bieten hierfür probate, taktile Lösungen - weil sie auf vielfältige Weise an die Messaufgabe angepasst werden können. Doch es gibt Grenzen, beispielsweise bei extrem glatten und zu Schlupf neigenden Materialien, bei hoch empfindlichen Oberflächen wie Dekordrucken oder bei Materialien, die durch Abrieb, Anhaftung oder Abrasion auf das Messrad einwirken. Besser also in solchen Fällen kontaktlos messen, direkt auf das Objekt, ohne es zu berühren.

Alternative zu Laser-Velocimeter

Aus Marktsicht schließt der neue berührungslos arbeitende Sensor die Lücke zwischen indirekt messenden Encoder-Lösungen und Laser-Velocimetern. Diese messen zwar ebenfalls berührungslos, schneiden aber durch ihren vergleichsweise hohen Preis und den hohen Integrations- und Betriebsaufwand bei den Total Cost of Ownership häufig schlecht ab. Letzteres liegt daran, dass übliche Velocimeter mit Laserlicht der Klasse 3 arbeiten. Dies bringt eine Reihe erforderlicher, technischer und organisatorischer Schutzmaßnahmen mit sich. Anders beim Speetec: der Geschwindigkeitssensor arbeitet mit einem Laser der Klasse 1, d.h. die Leistung des Senders ist so gering, dass sie für das Auge ungefährlich ist. Die berührungslose Messung erfolgt im Laserdopplerverfahren bei Geschwindigkeiten bis zu 10m/s. Zwei Sender emittieren Laserlicht - einmal mit der Laufrichtung des Materials, einmal dagegen. Beim Auftreffen auf die Oberfläche wird die Wellenlänge des Lichtes mit der Laufrichtung gestreckt und gegen diese gestaucht. In den kombinierten Sende-Empfangseinheiten des Sensors werden die emittierten Wellenlängen mit den ausgesendeten verglichen und aus dem Unterschied die Geschwindigkeit der Oberfläche errechnet. Bei einer Auflösung von 4µm erreicht die Genauigkeit bezogen auf eine Objektlänge von einem Meter 1mm und eine Wiederholgenauigkeit von 0,5mm.

Ideal für Start/Stopp-Applikationen

Beide Laser arbeiten unabhängig voneinander. Dadurch können mögliche Montagetoleranzen und Oberflächenschwankungen beispielsweise bei welligen Oberflächen kompensiert werden, was die Messgenauigkeit weiter verbessert. Zudem ist auch eine Messung von dynamischen Bewegungen möglich. Zwischen dem Start der Bewegung und der Messwertausgabe vergehen gerade 3ms, während vergleichbare Systeme langsamer sind. Insbesondere für Applikationen mit hoher Bewegungsdynamik bietet der schlupffreie und schnelle Sensor somit neue Möglichkeiten. Gleiches gilt auch für die Geschwindigkeitsmessung kurzer Materialien: während dies mit vielen Velocimetern oft nicht möglich ist, weil sie mehrere Meter Materialvorlauf benötigen, können mit dem Speetec bereits Einzelteile in der Größe einer Visitenkarte gemessen werden.

Unterschiedliche Anwendungsgebiete

Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten bietet sich in der Verpackungsindustrie oder im Digitaldruck, wenn Folien oder Kartonagen mit empfindlichen Oberflächen oder mit Dekoren verarbeitet werden sollen. Hier schützt die berührungslose Messung vor Beschädigungen und vermeidet das Aufbringen von Marken, um Schneide- und andere Verarbeitungsprozesse zu triggern. In der Kunststoffextrusion, in Maschinen für das Be- und Verarbeiten von Langgut, Rohren oder Profilen, in der Baustoffproduktion, in der Holzverarbeitung oder in der Reifenindustrie erschließt der Sensor weitere Anwendungsfelder, in denen Messradencoder aufgrund von Materialeigenschaften oder Umgebungsbedingungen an ihre Grenzen stoßen. Gleichzeitig löst er auch völlig neue Applikation, die sich mit einem berührungslosen Messsystem erstmals technisch lösen lassen. Andere Aufgabenstellungen sind jetzt wirtschaftlich sinnvoll realisierbar. Zuschnittsprozesse, in denen es auf eine gleichbleibende und dokumentierbare Teilelänge ankommt, Anwendungen der Qualitätsinspektion und Bildverarbeitungsapplikationen, die hochgenaue Geschwindigkeitswerte benötigen, sind ebenfalls Bestandteil des Einsatzspektrums.

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