Mithilfe von Laser-Triangulationssensoren lassen sich Größen wie Weg, Abstand und Position berührungslos und verschleißfrei messen. Wichtigste Eigenschaften der Sensoren sind eine hohe Performanz, eine kompakte Bauform sowie die Fähigkeit, das Signal bei wechselnden Oberflächen stabil auszuregeln. Um mehrere Sensoren in der Fabrik miteinander zu vernetzen, stattet eine Firma ihre Sensoren nun mit dem fortschrittlichen IO-Link Interface aus.
Micro-Epsilon bietet ein breites Portfolio an Lasertriangulationssensoren an und setzt dabei Maßstäbe bei Genauigkeit und Präzision. Die Sensoren des Messtechnnik-Experten kombinieren eine kompakte Bauweise mit einem integrierten Controller und dem Bedienen per Webinterface miteinander. Eine hochpräzise Messung gelingt mittels kleinstem Lichtfleck auf dem Messobjekt. Aufgrund dieser Eigenschaften eröffnen die Sensoren zahlreiche Anwendungsfelder in der Fabrikautomation, Elektronikfertigung, Robotik oder dem Fahrzeugbau. Derzeit umfasst das Produktportfolio die Familien optoNCDT 1220, 1320, 1420, 1900 und 2300. Sie sind auf Basis verschiedener Technologien wie Blue Laser, Laser Line sowie Long Range Laser erhältlich.
Für eine hohe Genauigkeit ausgelegt
Lasertriangulationssensoren – meist kurz als Laser-Sensoren bezeichnet – kommen bevorzugt für das Messen mit hoher Genauigkeit und Auflösung zum Einsatz. Das Messprinzip der Lasertriangulation basiert auf einer einfachen geometrischen Beziehung. Eine Laserdiode sendet einen Laserstrahl aus, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Eine Optik auf einem Empfangselement nimmt die reflektierte Strahlung auf. Der Abstand zum Messobjekt lässt sich demnach über die Dreiecksbeziehung von der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt und dem Abbild auf dem Empfangselement bestimmen. Je nach Objekt-oberfläche ist die reflektierte Strahlung intensiver oder weniger intensiv.
Das optische Prinzip erlaubt je nach Bauart Messabstände von einigen Millimetern bis über einen Meter. Laseroptische Wegsensoren messen aus verhältnismäßig großem Abstand zum Objekt und mit einem sehr kleinen Lichtfleck, der Messungen von äußerst kleinen Teilen erlaubt. Der Abstand zum Messobjekt lässt ebenso Messungen gegen kritische Ober-
flächen zu, beispielsweise bei sehr heißen Oberflächen.
Sensoren mit IO-Link Interface
Sensoren der optoNCDT-Reihe sind mit verschiedenen Schnittstellen, darunter RS422 sowie EtherCAT, Profinet und EthernetIP, über ein externes Schnittstellenmodul ausgestattet. Ab sofort verfügt die Modellreihe opto NCDT 1220 zudem über ein fortschrittliches IO-Link Interface. Die Lasersensoren sind laut Hersteller besonders für Weg-, Abstands- und Positionsmessungen bei OEM- und Serienapplikationen in der Automatisierungstechnik prädestiniert. Sie liefern präzise Messergebnisse mit einer Messrate bis 2 kHz. Dank der Active Surface Compensation (ASC) wird das Abstandssignal, unabhängig von Farbe und Helligkeit des Messobjekts, stabil ausgeregelt. Der IO-Link-Kommunikationsstandard vereinfacht die Datenkommunikation und verkürzt die Inbetriebnahme des Sensors. IO-Link ist eine feldbusunabhängige Schnittstelle und ermöglicht eine herstellerunabhängige, digitale und bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. IO-Link-Geräte lassen sich über 3-Leiter-Steckleitungen mit dem IO-Link-Master verbinden und in alle gängigen Feldbus- und Automatisierungssysteme integrieren. Um Daten aus der IO-Link-Ebene in überlagerten Systemen oder cloudbasierten Diensten nutzbar zu machen, werden IO-Link Master genutzt, die eine Protokollumsetzung nach vordefinierten Regeln vornehmen. Anwender profitieren hierbei von geringen Kosten aufgrund einer einfachen Installation, einem geringen Programmieraufwand durch vordefinierte Funktionsbausteine sowie einer schnellen Inbetriebnahme. Zudem lässt sich die Fehlersuche mit durchgängigen Diagnoseinformationen bis in die Sensorebene vereinfachen. IO-Link-Geräte können jederzeit Auskunft über den Gerätezustand geben. Eine Fehlermeldung gibt Hinweise auf die Fehlerursache. Hierdurch können Nutzer den Fehler in der Anlage schneller eingrenzen beziehungsweise die Einstellung des Sensors für das vorliegende Messobjekt optimieren.
Höchste Präzision auf kleinstem Raum: Vermessen von Brettkonturen
Ein Anwendungsbeispiel für Micro-Epsilon-Sensoren mit schneller und höchster Präzision auf kleinstem Raum ist das Vermessen von Brettkonturen. In einem Sägewerk wird zunächst der von der Borke befreite Baumstamm mit einer Gatter-, Kreis- oder Bandsäge in Bretter zerteilt. Diese Bretter haben an den Schmalseiten noch eine sogenannte Waldkante – die ursprüngliche Oberfläche des runden Baumstamms. In der nachfolgenden Besäumanlage sollen die Waldkanten entfernt werden. Je nach Lage des Bretts innerhalb des ursprünglichen Baumstamms ist die Waldkante flacher oder steiler und das Brett an sich breiter oder schmäler. Möchte man beim Besäumen eine möglichst große Ausbeute erzielen, ist die Breite der Waldkante zu bestimmen, damit sich diese in der passenden Breite absägen lässt. Sägt man zu viel ab, wird wertvolles Material verschenkt, fällt der Beschnitt dagegen zu klein aus, sind noch Reste der Waldkante am fertigen Brett vorhanden.
Zur Lösung dieser Aufgabe setzen Sägewerksbetreiber die Lasersensoren optoNCDT 1220 mit IO-Link von Micro-Epsilon ein.
Besonders wenn das Holz nass ist, glänzt es. Hiermit haben herkömmliche optische Sensoren ihre Schwierigkeiten. Die Bretter laufen quer in die Besäumanlage ein und werden dabei vermessen. Alle 30 bis 50 cm ist ein Sensor vom Typ optoNCDT 1220 mit 200 mm Messbereich montiert, der das Profil des Bretts im Querdurchlauf vermisst. Standardmäßig erfolgt die Messung von oben.
Optional kann die Besäumanlage auch mit optischen Sensoren auf der Ober- und der Unterseite ausgestattet werden. Die Lage der Bretter – Waldkante oben oder unten – ist dadurch beliebig möglich. Aufgrund des fortschrittlichen IO-Link Interfaces können Sägewerksbetreiber zudem mehrere Sensoren miteinander vernetzen und hiermit eine vorbeugende Instandhaltung betreiben.
Oberflächenreflexionen gezielt ausregeln
Im konkreten Anwendungsfall sorgt die Active Surface Compensation für ein schnelles Ausregeln von unterschiedlichen Reflexionen und erlaubt einen glatten Verlauf des Abstandssignals. Durch den Sägeschnitt und die sogenannte Waldkante entstehen permanent wechselnde Oberflächen, von glänzend über matt bis hin zu teils spiegelnd, von hell zu dunkel. Hierbei stellt die ASC sicher, dass sich die Belichtungszeit an die Bedingungen anpasst.
Zum Ermitteln der Messwerte bildet der Lasersensor einen roten Laserpunkt mit einer Wellenlänge von 670 nm auf dem Target ab. Das Laserlicht wird in einem
bestimmten Reflexionswinkel zurückgeworfen und im Sensor über eine Optik auf einer CMOS-Zeile abgebildet. Beim schnellen Wechsel von einem hellen auf ein dunkles Objekt käme ohne die ASC zunächst zu wenig Licht auf der Empfangsmatrix an. Beim schnellen Wechsel von dunkler Oberfläche zu glänzenden Objekten wäre die Intensität dagegen anfangs viel zu hoch. In beiden Fällen wäre das Ergebnis ungenau oder sogar unbrauchbar. Aus diesem Grund regelt der Sensor über die ASC die Belichtungszeit und hiermit die Intensität des gesendeten Lichts während der Messaufgabe so aus, dass die Reflexion auf der CMOS-Zeile im Idealbereich liegt. Anschließend berechnet der Sensor die mikrometergenauen Abstandswerte. Die ermittelten Werte lassen sich als analoge oder digitale Ausgangssignale in die Anlagen- und Maschinensteuerung einspeisen.
Komfortable Einbindung in Maschinen und Anlagen
Der Einsatz von modernen Sensoren – wie den Laser-Triangulationssensoren – steigert laut Hersteller die Qualität und verringert den Ausschuss – Unternehmen
sparen sich hiermit Produktionskosten. Die kleine Bauform und der integrierte Controller ermöglichen eine einfache Einbindung in Maschinen und Anlagen, auch bei geringem Bauraum. Hinzu kommt das fortschrittliche IO-Link Interface, mit dem sich die Sensoren einfach in die Feldebene einbinden lassen.
Bild- und Textquelle: Micro-Epsilon Messtechnik
