Kompakter Laser-Distanzsensor misst farbunabhängig bis 4 m

Präziser Blick in die Ferne

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Hochpräzise Messungen auf große Distanzen mit einer garantierten Farbunabhängigkeit über den gesamten Messbereich sind eine Herausforderung. Mit einem Laser-Distanzsensor von Baumer lässt sich diese schwierige Aufgabe lösen. Der Sensor eignet sich für Applikationen in der Druck- und Verpackungsindustrie, beim Handling sowie bei Logistik und Fördertechnik.

Dipl.-Ing. Jürg Weber, Produktmanager Sensor Solutions, und Serah Jess, zuständig für Marketing-Kommunikation Sensor Solutions, bei Baumer in Frauenfeld/CH ( www.baumer.com)

Er verfügt über einen Messbereich von bis zu 4 m, in dem er gleichbleibend zuverlässig auf alle Farben misst – selbst auf Schwarz. Um die hohen Anforderungen zu erfüllen, hat Baumer bei der Entwicklung mit zwei Messverfahren der Laufzeittechnologie gearbeitet und die Stärken beider Verfahren kombiniert, um so die Messung störsicher und zuverlässiger zu machen. Zudem ist es den Ingenieuren gelungen, diese Technologie in ein sehr kompaktes Gehäuse zu integrieren.
Für Lager und Logistik
Für hochpräzise Messungen bis zu einer Distanz von etwa einem Meter sind schon seit einigen Jahren Laser-Triangulationssensoren etabliert. Um die gleiche Präzision auch bei größeren Distanzen bis zu 4 m gewährleisten zu können, sind große Herausforderung zu bewältigen. In vielen Applikationen werden jedoch zunehmend für diese Distanzen präzise arbeitende Sensoren benötigt.
Um in einem automatisierten Kleinlager freie und belegte Lagerflächen zuverlässig erkennen zu können, bedarf es eines Sensors, der die gesamte Tiefe des Regalfachs mit seinem Messbereich abdeckt. Oft sind die gelagerten Objekte sehr klein und haben verschiedene Farben, was einen kleinen Messfleck und größtmögliche Farbunabhängigkeit für eine genaue Detektion voraussetzt. Darüber hinaus ist in dieser Anwendung die Steigerung der Durchsatzleistung eine zentrale Forderung. Als Resultat ist der Platz, der für Sensoren zur Verfügung steht, zugunsten einer maximierten Lagerfläche sehr beschränkt. Um Fehler und Stillstände zu vermeiden und so die Effizienz in der Anwendung zu steigern, muss also mit einem kompakten Sensor gearbeitet werden, der über eine große Distanz auch kleine und verschiedenfarbige Objekte zuverlässig erkennt.
Ähnliche Anforderungen ergeben sich bei der Paketpositionierung in der Fördertechnik. Auch hier müssen Pakete verschiedener Größe und Farbe erkannt werden. Eine weitere Herausforderung ist überdies die hohe Geschwindigkeit, mit der die Pakete auf den Bändern transportiert werden. Der verwendete Sensor muss also bei hoher Präzision gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit messen. Eine hohe Geschwindigkeit sowie eine möglichst komplette Farbunabhängigkeit bei einem großen Messbereich werden auch in der Druckindustrie gefordert. Der Durchmesser der teilweise sehr großen Papierrollen verschiedener Farben muss hier bei hoher Druckgeschwindigkeit zuverlässig bestimmt werden.
Präzision der Laufzeit- technologie
Eine kompakte Lösung für diese Aufgabenstellungen bietet der auf Laufzeittechnologie basierende Laser-Distanzsensor OADM 250 von Baumer. Aufgrund seiner geringen Größe lässt er sich gut in automatisierten Lagern einsetzen, wo er dank einer Messdistanz von bis zu 4 m die komplette Tiefe der Lagerfächer abdecken kann, ohne bewegt oder neu konfiguriert zu werden. Über den gesamten Messbereich ist außerdem eine völlige Farbunabhängigkeit garantiert und mit dem kleinen Laser-Messfleck werden auch kleine Objekte sicher erkannt. Trotz seiner hohen Präzision verfügt der Sensor über eine sehr kurze Ansprechzeit von nur 10 ms, womit er auch den Anforderungen der Fördertechnik gerecht wird.
Dank seiner Farbunabhängigkeit sowie der Präzision ist der Sensor außerdem für Anwendungen in der Druckindustrie bzw. Verpackungstechnik geeignet. Neben der Bestimmung des Papierrollendurchmessers kann er für die Durchhangkontrolle der Papierbahnen und Stapelhöhenmessung eingesetzt werden. Der OADM 250 meistert die Geschwindigkeiten mit der nötigen Präzision und die verschiedenfarbigen Papierbahnen können ohne zusätzliche Parametrierung zuverlässig erfasst werden.
Neben der einfachen Distanzmessung wird der OADM 250 auch eingesetzt, um Positionen, Toleranzen und Grenzen zu bestimmen, wiederzufinden oder wiederzuerkennen. Er kann auch in der Handhabungstechnik zur Anwendung kommen. Neben der Farbunabhängigkeit sind hier die kompakte Bauform sowie der kleine Laserspot Eigenschaften des Sensors, wenn es um die Positionierung der Metallteile bei einem Schweißroboter oder die Positionierung von Autositzen in der Montage geht.
Stärken kombiniert, Probleme minimiert
Das von Baumer gewählte Verfahren für den Lasersensor OADM 250 ist eine Mischung aus den beiden Messverfahren der Laufzeittechnologie: Puls-Laufzeit- und Phasen-Messverfahren. So wurde darauf geachtet, die Probleme der jeweiligen Verfahren zu vermeiden und dafür ihre Stärken zu kombinieren. Um die Messung störsicher zu gestalten, wird mit gepulstem Licht gearbeitet und das Empfangssignal sofort digitalisiert, damit es sicher weiterverarbeitet werden kann. Der Sensor erreicht so eine Messrate von 10 ms. Im Zusammenspiel mit der Wiederholgenauigkeit von ± 5 mm und einer Linearität von ± 20 mm ermöglicht die Messrate präzise Messungen auch auf bewegte Objekte.
Neben der Störsicherheit garantiert die Kombination der bekannten Verfahren eine hohe Empfindlichkeit und somit große Messdistanzen auch bei schlecht reflektierenden Objekten. Außerdem eröffnet die sofortige Digitalisierung des Empfangssignals neue Möglichkeiten beim Ausblenden von Weichzielen, wie Staub, Dunst etc.
Der Sensor wurde speziell auf Farbunabhängigkeit optimiert. So erreicht er eine Messdistanz von 4 m – und zwar auf allen Farben. Dies gibt dem Anwender die Sicherheit, dass der Sensor über den gesamten Messbereich auch bei dunklen Objekten präzise arbeitet. Der OADM 250 zeichnet sich durch Gehäusemaße von 66 x 51 x 25 mm aus und ist schnell ins Anlagendesign zu integrieren. Das robuste Metallgehäuse verzichtet vollständig auf LCD-Anzeigen und kleine empfindliche Tasten. Das robuste Metallgehäuse, eine abwaschbare Glasscheibe und die hohe Schutzart IP 67 garantieren eine lange Lebensdauer des Sensors, auch bei hartem Industrieeinsatz. Standardmäßig ist ein Alarmausgang integriert. Über diesen meldet der Sensor, dass er zu schwache Signale empfängt oder sich kein Objekt in seinem Messbereich befindet. Damit weist er den Anwender auf eine Verschmutzung oder zu schwach reflektierende Objekte hin. So kann auf einen Triggersensor verzichtet werden, da der Sensor selbst erkennt, ob sich Objekte im Messbereich befinden. Bei Bedarf kann der Messbereich mit dem bei Baumer standardisierten und sehr einfachen 2-Punkt Teach-in-Verfahren eingegrenzt werden. Die extrem einfache Bedienung beschleunigt die Inbetriebnahme.

INFO-TIPP
Hintergrundinformationen und Grundlagen zum Thema Laufzeitmessung bietet das Fachbuch „Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation“ von Stefan Hesse und Gerhard Schnell:

PRAXIS PLUS
Die Laufzeitmessung ist ein Verfahren zur indirekten Entfernungsmessung durch die Messung der Zeit, die ein Signal für das Durchlaufen der Messstrecke benötigt. Im Sensor werden Laufzeit oder Phasenverschiebung des Lichtsignals ausgewertet und in eine Distanz umgerechnet. Bei der Messung der Puls-Laufzeit wird ein einzelner Messimpuls ausgesendet. Dieser startet im Sensor einen Zähler, der mit Empfang des Impulses wieder gestoppt wird. Der Zählerstand und somit die Laufzeit entsprechen dem doppelten Abstand zum Objekt. Im Gegensatz zum einzelnen Impuls wird beim Phasen-Messverfahren ein andauerndes Sinussignal ausgesendet. Durch die Laufzeit entsteht eine Phasenverschiebung. Der Sensor vergleicht die Sende- mit der Empfangswelle und ermittelt den Abstand zum Objekt. Um genau messen zu können, sind mehrere Frequenzen nötig.
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