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Industrielle Automation 4/2015

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Industrielle Automation 4/2015

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Kontrolle aus sicherem Abstand Lichtlaufzeitsensoren bei schwierigen Verhältnissen – eine Alternative? Michael Kiss Sollen Objekte aus größerer Entfernung detektiert werden und sind sie zudem auch noch dunkel oder oder reflektierend, stoßen manche Sensoren an ihre Grenzen. In solchen Fällen stellt das Sensorprinzip der Lichtlaufzeitmessung eine gute Alternative zu üblichen Lichttastern mit Hintergrundausblendung dar. Äußerlich sehen die Lichtlaufzeitsensoren aus der Kompaktbaureihe F 55 von SensoPart den Reflexionslichttastern derselben Reihe zum Verwechseln ähnlich. Doch die Funktionsprinzipien unterscheiden sich grundlegend: Während Lichttaster mit Hintergrundausblendung den Abstand zum Objekt nach dem Triangulationsprinzip ermitteln, misst der Time-of-Flight-Sensor die Laufzeit von Laserpulsen; aus der Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Empfang des vom Tastgut reflektierten Lichts ermittelt er rechnerisch den Objektabstand. Ein wesentlicher Vorteil des Lichtlaufzeitverfahrens ist die im Vergleich zu üblichen Lichttastern deutlich höhere Reichbzw. Tastweite, die bis zu 5 m auf weiße und 3 m auf schwarze Objekte beträgt – konventionelle Lichttaster derselben Baugröße erreichen Tastweiten von etwa 1 m. Für einen Sensor im Kompaktformat (50 × 50 × 23 mm 3 ) sind dies beachtliche Werte, wie sie sonst nur mit deutlich größeren Bauformen oder höheren Laserschutzklassen realisierbar wären. Trotz der hohen Reich- beziehungsweise Tastweiten erfüllen die Lichtlaufzeitsensoren die Laserschutzklasse 1, wodurch eine gefahrlose Handhabung gegeben ist. Darüber hinaus bietet das Lichtlaufzeitverfahren prinzipbedingt eine sehr hohe Prozesssicherheit auch bei schwierigen Lichtverhältnissen, zudem ist die Detektions - M.Sc./Dipl.-Ing. (FH) Michael Kiss, Produktmanager für optoelektronische Sensoren, SensoPart Industriesensorik GmbH in Gottenheim sicherheit praktisch unabhängig von der Farbe und Oberflächenbeschaffenheit der Objekte. Mit Lichtlaufzeitsensoren lassen sich somit beliebige Materialien und Oberflächen von Tiefschwarz bis Hochglänzend zuverlässig detektieren; auch bei Fremdlicht und kritischen Hintergründen wie z. B. Reflektorwesten, Signallampen, reflektierende Metallstreben oder nassen, spiegelnden Böden liefert die Lichtlaufzeitmessung stets ein eindeutiges Empfängersignal. Einige Anwendungsbeispiele sollen nun die Einsatzmöglichkeiten von Lichtlaufzeitsensoren verdeutlichen. Abwicklungskontrolle von Coils Ein Lichtlaufzeitsensor mit Analogausgang FT 55-RLAP von Sensopart misst den Abstand zur Oberfläche des Coils und gibt diesen in Form eines analogen Signals aus. Zusätzlich zum Analogausgang verfügt der Sensor über einen Schaltausgang, dessen Schaltfenster sich auf ei nen beliebigen Abstandsbereich legen lässt; auf diese Weise kann bei einem bestimmten gemessenen Abstandswert die Information über einen bevorstehenden Rollenwechsel an die Steuerung ausgegeben werden. Häufig wird in Abwicklungsprozessen auch die Position einer Tänzerrolle geprüft und geregelt, um konstante Abwicklungsgeschwindigkeiten des Bahnmaterials sicherzustellen. Die Position der Tänzerrolle hängt dabei von der Zugkraft beziehungsweise Abrollgeschwindigkeit und damit vom verbliebenen Durchmesser des Bahnmaterials ab. Die große Reichweite und die oberflächenunabhängige Detektion des Sensors erlaubt es, auch große Coil- oder Spulendurchmesser aus sicherere Entfernung präzise zu bestimmen, selbst bei teilweise rostbehafteten Metall- oder dunklen Textil- und Papieroberflächen. Positionierung in der Automobilfertigung Ein typisches Einsatzfeld für Lichtlaufzeitsensoren sind Positionieraufgaben, zum Beispiel in der Automobilproduktion. Auch hierbei ist wieder die mögliche größere Entfernung zum Prozess wichtig – beispielsweise bei der Positionierung von Montagerobotern mit ihren weit ausdrehenden Armen. Zum Einsatz kommt auch bei dieser Anwendung die Sensorversion mit Analogausgang, die für eine sichere und präzise Annäherung an das Tastgut oder an die 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2015

Auch Objekte mit spiegelnder oder dunkler Oberfläche erkennt der Lichtlaufzeitsensor sicher und zuverlässig korrekte Abladeposition sorgt. Eine weitere Anwendung im Automobilbereich ist die Positionskontrolle von Komponenten und Baugruppen: Hier überprüft ein am Rand eines Förderbands installierter Sensor – in diesem Fall die Version mit Schaltausgang FT 55-RLHP –, ob sich die Schaltknüppel eines Getriebes in vorderer oder hinterer Position befinden. Entscheidend ist hier die zuverlässige Unterdrückung von Reflexionen aus dem Hintergrund sowie die zuverlässige Detektion des Objekts mit gekrümmter, spiegelnder Oberfläche. Ebenfalls von Bedeutung ist in dieser Anwendung die präzise Wiederholgenauigkeit des Sensors im Millimeterbereich. Auch andere „schwierige“ Objekte, zum Beispiel solche mit sehr dunkler oder inhomogener Oberfläche – wie etwa schwarzen Autoreifen – lassen sich mit einem Lichtlaufzeitsensor sicher erfassen. Aufgrund der hohen Schaltfrequenz des Sensors von bis zu 500 Hz sind selbst bei hohen Bandgeschwindigkeiten zuverlässige Auswertungen möglich. Fachbelegungskontrolle im Hochregallager Um runde, spiegelnde Objekte geht es auch bei dieser Anwendung, in der ebenfalls ein Lichtlaufzeitsensor mit Schaltausgang (FT 55-RLHP) zum Einsatz kommt. In die Fächer eines Hochregallagers werden Flaschen aus verschiedenfarbigem Glas eingelagert; ein in ca. 2 m Entfernung am Regal montierter Sensor überwacht die Fachbelegung und meldet, wenn das Lagerfach vollständig aufgefüllt wurde. Das starke Fremdlicht durch die Lagerhallen beleuchtung und die spiegelnden Metallstreben der Regalkonstruktion irritieren den Sensor nicht, ebenso wenig die gekrümmten Oberflächen der Flaschen. Abgesehen von der mangelnden Tastweite erreicht ein klassischer Lichttaster mit Hintergrundausblendung in solchen Fällen nicht die erforderliche Schaltsicherheit, da zu wenig Licht zum Sensor remittiert wird; für den Time-of-Flight-Sensor ist die Remission hingegen vollkommen ausreichend. Eine weitere Anwendung in der Lagerund Fördertechnik ist die Steuerung von fahrerlosen Transportfahrzeugen zur Positionierung und Kollisionsvermeidung. Auch hier arbeitet die analoge Sensorvariante trotz starken Fremdlichteinfalls stets zuverlässig und sendet präzise Abstandsinformationen an die Steuerung, um das Transportfahrzeug und sein Transportgut sicher zur ausgewählten Abladeposition zu steuern. Eine sinnvolle Alternative Generell lässt sich sagen, dass Lichtlaufzeitsensoren auf Objekten und Materialien, mit denen klassische Lichttaster und Abstandssensoren überfordert sind, häufig sehr gute Ergebnisse liefern. Dies gilt nicht nur für spiegelnde oder dunkle Objekte aus Metall, Glas od er Kunststoff, sondern auch für matte Gummioberflächen oder sägeraues, gemasertes Holz. Auch bei der Füllstandkontrolle nichttransparenter Flüssigkeiten und Granulate bewährt sich das Funktionsprinzip der Lichtlaufzeitmessung. Wenn eine hohe Prozesssicherheit auf schwierigen Objekten bei großen Abständen und schwierigen Lichtverhältnissen verlangt wird, ist der Einsatz der kompakten Lichtlaufzeitsensoren von SensoPart eine sinnvolle Alternative. www.sensopart.com Kurzwellig. Neu Könnte es sein, dass Sie sich auch für besonders schnelle, robuste, leichte, individuelle und günstige Infrarot-Thermometer und Infrarotkameras zur berührungslosen Temperaturmessung von −50 °C bis +3000 °C interessieren? Schauen Sie doch mal rein: www.optris.de Wie Sie es auch drehen und wenden: Unsere kurzwelligen Infrarotkameras ermöglichen Temperaturmessungen auf metallischen Oberflächen, Graphit oder Keramik. Innovative Infrared Technology