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Laser-Abstandssensoren - Anwendung

Die Anwendungsvielfalt von optischen Sensoren wie Laser-Abstandssensoren für die Abstandserfassung spiegelt sich in ihrem Einsatz bei Industriezweigen und Forschungen wieder. Anwendungen unter beengten Einbauverhältnissen lassen meist keine andere Möglichkeit zu, als die Nutzung berührungsloser Messprinzipien für die Abstandsmessung.

Die Lasersensoren eignen sich hervorragend für Qualitätskontrollen und Prozessüberwachungen im Maschinenbau, so wie in der Automatisierung, der Chemieindustrie oder Medizintechnik und im Sondermaschinenbau.

Laser-Abstandssensoren - Messung auf komplizierten Oberflächen

Laserabstandssensor LAS erfasst geometrische Punkte.
Anwendung Laserabstandssensor

In der Automobilindustrie werden einzelne Komponenten zu Modulen zusammengeführt, die anschließend in der Fertigungsstraße zu einem endgültigen Produkt zusammengefügt werden. Diese Module besitzen teilweise komplexe geometrische Formen, welche für berührende Abstandsmessungen schwer zu erfassen sind. Laser-Distanzsensoren bzw. berührungslose Distanzmessungen, eignen sich sehr gut komplexe  Konstruktionen zu erfassen. Der Laser des Typs LAS kontrolliert die Maße des Scheinwerfermoduls bzgl. der Toleranzen für die spätere Montage innerhalb der Fertigungsstraße. Eine Abweichung von der Passgenauigkeit zeigt einen Fehler im Fertigungsprozess auf und produzierte Ausschüsse werden in der Zukunft vermieden. Des Weiteren werden passungenaue Module aussortiert, die bei den nachfolgenden Montageprozessen eine Verzögerung auslösen würden.

Messung des Kolbenhubs eines Hydraulikzylinders durch eine Glasscheibe

Die Distanzmessung des Kolbens soll durch eine Glasscheibe in einen Gasraum des Druckbehälters im Zylinder erfolgen. In dem Druckbehälter befindet sich Stickstoff, der durch sein inertes Verhalten beherrschbar ist. Die Umgebungsbedingungen im Messraum sind extrem, es treten hohe Drücke (400bar) und extreme Temperaturen (-40 - + 100 °C) durch adiabatische Gaszustände auf.

Aufgrund der schwierigen Bedingungen innerhalb des Zylinders, wird die Umsetzung mittels des Lasersensors LLD-150 angestrebt.

Da solche Applikationen von mehreren Bedingungen abhängen, wird stets ein Test vor Ort empfohlen. Hierfür sind einige Grundlagen zu beachten:

1. Beim Messen durch eine Öffnung mit geringem Durchmesser, darf der Laserstrahl an der Innenwandung der Öffnung nicht vignettieren. Es wird empfohlen die Öffnung etwas größer zu gestalten, um zu gewährleisten, dass bei Toleranzabweichung der Spot nicht auf die Innenwandung trifft.
Folgende Spotgrößen sind zu berücksichtigen:

Ideal ist es, wenn in diesem Fall der Durchmesser der Öffnung wenigstens 8mm, besser 10 mm beträgt, da auch die den Laserspot umgebende Aura zur Distanzermittlung beiträgt. Jede mögliche Fehlerquote sollte möglichst minimiert werden.

2. Das zusätzliche Laserschutzglas sollte möglichst unmittelbar hinter der Linse angebracht werden (einige mm) und unter einem Winkel von ca. 10° eingebaut werden (Verhinderung von Reflexionen, die den Empfänger treffen können). Damit liegt das Glas automatisch im Blindbereich des Messgerätes.
Wenn ein Abstand von einigen mm nicht möglich ist, muss das Glas möglichst im Bereich bis 0,15 m mit dem genannten Kippwinkel von 10° eingebaut werden.

Die Anforderungen an ein solches Glas sind:
• antireflexion coating minimum 99,5% (both sides)
• Transmission wave length 600 … 700 nm
• Surface accuracy minimum 1/2 λ (Lambda)
• Parallelism < 3´ (normal floatglas)
• Position very near to the lenses

Durch das Kippen des Schutzglases wird der Sendestrahl der Laserdiode beim Durchgang durch das Glas leicht zur optischen Achse versetzt. Der Versatz ist umso geringer, je dünner das Schutzglas ist. Der Versatz spielt eine Rolle, wenn der Laserstrahl durch eine Bohrung ohne Vignettierung zu "fädeln" ist.

3. Wenn der Laserstrahl durch Rauch messen soll, kann es Schwierigkeiten geben. Je nach Rauchstärke sind Reflexionen an den Rauchpartikeln möglich, dann wird eine falsche Entfernung ausgegeben. Bitte unbedingt testen.

4. Am besten wäre es, die Umgebungstemperator am Ort des Messgerätes nicht über 40°C steigen zu lassen. Das wirkt sich positiv auf die Messgenauigkeit aus.

5. Am günstigsten für das Signal-Rausch-Verhältnis und damit für sichere Messungen ist eine weiße Kolbenfläche am Auftreffort des Laserstrahles.

Laser-Abstandssensoren - Fahrverhalten

Das Fahrverhalten eines PKWs ist ein entscheidendes Kriterium bei der Kaufentscheidung potentieller Kunden. Daher wird das Fahrverhalten bei Neuentwicklungen oder Abänderungen durch Abstandsmessungen gründlich untersucht.

Dazu werden Laser-Sensoren an der Karosserie befestigt, die durch ihre hohe Messrate gewährleisten, dass dabei ausreichend Messwerte für die Auswertung zur Verfügung stehen. Der Laser Abstandssensor dient der Abstandserfassung und misst den Abstand von der Karosserie zum Bodenbelag. Die optischen Sensoren ermöglichen hierbei die Messung im Fahrversuch, damit die Neigungen des Fahrzeugs und somit die Straßenlage des Fahrzeugs analysiert werden kann.

Laser-Abstandssensor - Füllstand

Füllstand Erfassung ist in der Messtechnik als eine anspruchsvolle Anwendung bekannt. Füllstanderfassung, Abstandserfassung und -überwachung ist in der ganzen Industrie und Forschung relevant und für einige Branchen wie der Lebensmittelindustrie, Kunststoffindustrie oder Chemieindustrie essentiell. Der zu erfassende Füllstand kann in 3 unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen: vapor, fluid und solid. In der Wegmesstechnik kann der Aggregatzustand fluid und solid mittels Laser-Abstandssensoren erfasst werden. Bei fluiden Stoffen ist es entscheidend, dass diese ruhend und nicht durchsichtig sind. Stoffe, welche den Aggregatzustand "solid" besitzen, sollten keine spiegelnden Oberflächen besitzen, welche das optoelektronische Element irritieren oder die Laserstrahlen ablenken. Wenn diese Voraussetzungen gegeben sind, kann der Laser Wegsensor die Wegaufnahme der Stoffe erfassen und deren Wegänderung detektieren.

 

Lagerregalhub - Laser-Distanzsensoren

Die heutigen Lager sind automatisierte Lagerlogistikzentren in denen optische Sensoren immer mehr zum Einsatz gelangen. Die Hochregale für die Lagerhaltung gehen über mehrere Etagen und bieten ein Stauvolumen von mehreren tausend Palletten. Von der Warenlieferung, Lagerung und Auslieferung wird die Ware automatisch mittels Regalbediengeräten gesteuert.

Morderne Greifanlagen zur Positionierung der Waren fahren automatisiert, selbstständig in den engen Korridoren und positionieren Waren auf den Millimeter genau. Bei größeren Strecken werden Laser-Distanzsensoren eingesetzt, die die Verfahrwege mittels der Distanzmessung überwachen und Abstände präzise bestimmen können, um Ladungen an den gewünschten Stellen abzuliefern.

Erfassung Wellennut

Eine Wellennut ist eine längliche, meist winklige Vertiefung in einer Welle. Die Nut kann in einem rechteckigen Querschnitt oder in Trapezform sein, mit nach außen abgeflachter Wand. Die Aufgabe der Wellennut ist es, dass das längliche Bauelement fixiert ist, geführt wird, oder dass das Element versenkt wird. Anwendung findet die Wellennut im Maschinenbau meist als Führungslager, bei elektrischen Maschinen als Vorrichtung für stromdurchflossene Spulen, für Dichtungen, Fixierung von Werkstücken auf Spanntischen.

Laser-Triangulationssensoren werden eingesetzt, um Wellennuten auf ihre richtige Tiefe und Länge mittels der Distanzmessung zu kontrollieren. Passgenaue Nuten sind in der Feinmechanik unabdingbar. Schwer zugängliche Positionen von Wellen führen dazu, dass optische Messsysteme für deren Nuterfassung prädestiniert sind.

 
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