Speetec von Sick Bewegungen berührungslos messen

Von Silvano Böni

Mit Speetec, dem berührungslos arbeitenden Sensor von Sick, können Geschwindig­keiten und Längen von nahezu beliebigen, sich linear bewegenden Objekten gemessen werden – und das auf Mikrometer genau.

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Schlupffrei, ohne Massverkörperungen oder Markierungen, ohne Beschädigung empfindlicher Oberflächen und ohne Abnutzung taktiler Messelemente können mit Speetec unterschiedlichste Bahn- und Endlosmaterialien sowie Zuschnitte gemessen werden.
Schlupffrei, ohne Massverkörperungen oder Markierungen, ohne Beschädigung empfindlicher Oberflächen und ohne Abnutzung taktiler Messelemente können mit Speetec unterschiedlichste Bahn- und Endlosmaterialien sowie Zuschnitte gemessen werden.
(Bild: Sick)

Das typische Einsatzszenario des Speetec erinnert an den letzten Besuch im Museum: Bilder und Skulpturen dürfen gerne betrachtet, aber nicht berührt werden. Auch wenn industriell verarbeitete Bahn- und Endlosmaterialien oder Zuschnitte vielleicht nicht den Wert von Museumsexponaten haben, wertvoll sind sie oftmals doch – wenn es sich beispielsweise um hochwertige Dekorverpackungen oder Digitaldrucke handelt. Sie mit einem Sensor zu berühren, um ihre Geschwindigkeit in einer Maschine zu messen, würde sie der Gefahr der Beschädigung aussetzen. Aber solche Messungen lassen sich auch berührungslos durchführen – durch Betrachten der Oberfläche mit dem Geschwindigkeitssensor Speetec von Sick.

Der Wechsel vom Museum in die Welt industrieller Maschinen könnte krasser kaum sein: während der Besucher die Exponate mit innerer Ruhe betrachten kann, werden in unterschiedlichen Branchen Bahn- und Endlosmaterialien oder Zuschnitte mit hoher Dynamik verarbeitet.

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Lösung für besondere Materialien und Prozesse

Surface-Motion-Lösungen von Sick wie taktile Messrad-Encoder und der berührungslose Bewegungssensor Speetec liefern verlässliche Daten über Geschwindigkeit, Länge, Position oder Bewegungsrichtung für die Produktion.

Dabei bietet das breite Messrad-Encoder-​Portfolio probate, taktile Lösungen – weil sie auf vielfältige Weise an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden können. Doch es gibt Grenzen, beispielsweise bei extrem glatten und sehr weichen Materialien, bei hochempfindlichen 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. Jedoch ohne Kompromisse bei Reproduzierbarkeit, Auflösung und Genauigkeit der Messung – dafür aber mit hoher Wirtschaftlichkeit und Zukunftssicherheit. Anforderungen, die der berührungslose Geschwindigkeitssensor Speetec ohne Abstriche erfüllt.

Neue Anwendungsmöglichkeiten

Mit Speetec erweitert Sick sein bisheriges Portfolio für die Erfassung von Geschwindigkeit und Position linearer Bewegungen um eine direkt auf die Materialoberfläche messende Technologie. Kritische Messradapplikationen lassen sich mit dem Speetec jetzt besser umsetzen – zumal der Sensor auch die von Inkremental-Encodern bekannten TTL- oder HTL-Schnittstellen bietet. Zudem kann der Sensor über eine Parametrier- und Diagnoseschnittstelle überwacht und Logikfunktionen konfiguriert werden. Die Diagnosefunktionen geben einen Überblick über die Zustandsdaten des Sensors und die aktuellen Messergebnisse in der Kundenanwendung. Gleichzeitig eröffnen sich – auch durch besondere Funktionalitäten – völlig neue Anwendungsmöglichkeiten.

Aus Marktsicht schliesst der berührungslos arbeitende Sensor die Lücke zwischen wirtschaftlichen, indirekt messenden Encoder-Lösungen und Laser-Velocimetern. Die messen zwar ebenfalls berührungslos, schneiden aber durch ihren vergleichsweise hohen Preis und den sicherheitsbedingt 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 – die mit entsprechendem Aufwand und zusätzlichen Kosten verbunden sind. Anders bei Speetec: der Geschwindigkeitssensor arbeitet mit einem Laser der Klasse 1. In dieser niedrigsten Gefährdungsklasse ist die Leistung des Senders so gering, dass sie für das Auge ungefährlich ist. Sicherheitsbedingter Zusatzaufwand entfällt – und macht den Sensor zudem problemlos integrierbar. Die so gesparten Kosten sowie die Verbesserung der Produktivität, die Reduzierung von Verschnitt und die Einsparung von verschleissbedingten Reparatur- und Servicekosten gewährleisten eine schnelle Amortisation – der Return on Investment wird oftmals schon innerhalb weniger Monate erreicht.

Bewegung direkt auf der Oberfläche erfassen

Der Speetec bietet durch sein Messprinzip, seine kompakte Baugrösse und seine Integrationsfreundlichkeit weitere deutliche Vorteile. Die berührungslose Messung erfolgt im Laserdopplerverfahren bei Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s. Zwei Sender emittieren Laserlicht – einmal mit der Laufrichtung des Materials, einmal dagegen. Beim Auftreffen auf die Oberfläche wird die Wellenlänge des Lichts 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. Und dies mit hoher Präzision: bei einer Auflösung von vier Mikrometern erreicht die Genauigkeit bezogen auf eine Objektlänge von einem Meter einen Millimeter und die Wiederholgenauigkeit einen halben Millimeter.

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Hohe Messgenauigkeit und neue Lösungsmöglichkeiten

Beide Laser im Speetec arbeiten unabhängig voneinander. Dadurch können mögliche Montagetoleranzen und Oberflächenschwan­kungen beispielsweise bei welligen Ober­flächen kompensiert werden – was die Messgenauigkeit weiter verbessert. Das Erkennen und Messen in wechselnden Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen erreicht dadurch eine zusätzliche Präzision. Zudem ist mit dem Sensor auch eine Messung von dynamischen Bewegungen möglich. Zwischen dem Start der Bewegung und der Messwertausgabe vergehen gerade einmal drei Millisekunden, während vergleichbare Systeme deutlich langsamer sind. Insbesondere für Applikationen mit hoher Bewegungsdynamik bietet der schlupffreie und schnelle Speetec somit neue Lösungsmöglichkeiten. Gleiches gilt auch für die Geschwindigkeitsmessung kurzer Materialien: während dies mit vielen Velocimetern oft nicht möglich ist, weil sie mehrere Meter Materialvorlauf benötigen, bevor die Messung ausreichend genau läuft, können mit dem Speetec bereits Einzelteile in der Grösse einer Visitenkarte gemessen werden.

Für unterschiedlichste Industrien und Applikationen

Mit dem Speetec können Länge, Geschwindigkeit und Position in linearen Bewegungen, in der Beschleunigung sowie in Start-​Stopp-Applikationen gemessen werden. Zugleich eignet sich die berührungslose, beschädigungs-, verschleiss- und schlupffreie Messung für Endlosbahnen unterschiedlichster Materialien ebenso wie für Zuschnitte und kurze Materialien. Dies macht den Speetec zum geeigneten Sensor für eine Vielzahl von Messszenarien und Applikationen. Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten bieten 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 Speetec Anwendungsfelder, in denen Messrad-Encoder aufgrund von Materialeigenschaften oder Umgebungsbedingungen an ihre Grenzen stossen. Gleichzeitig löst er auch völlig neue Applikationen, 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 breiten Einsatzspektrums.

Motion Control in der nächsten Generation

Der Speetec steht für eine neue Generation von Motion-Control-Sensoren für lineare Bewe­gungen. Die Kombination aus berührungslosem und schlupffreiem Messprinzip, vielseitiger Performance, passender Konnektivität und besonderer Wirtschaftlichkeit ermöglicht es, die Qualität von Produkten und Prozessen signifikant zu verbessern. Die technische Umsetzung in Laserklasse 1 erlaubt eine schnelle Integration und einen jederzeit sicheren Betrieb ohne erforderliche Schutzmassnahmen. Insgesamt bietet Speetec damit ein hohes Mass an Zukunftssicherheit – die mit dem geplanten Ausbau der Produktfamilie und zusätzlichen Schnittstellenvarianten weiter zunehmen wird.

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