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Sensorik

Ethernet verleiht der Produktion mehr Taktgefühl

| Autor/ Redakteur: Erich Winkler* / Sariana Kunze

Neben der Miniaturisierung und der zunehmenden Intelligenz der Sensoren, ist ihre Integration in Fertigungsprozesse von großer Bedeutung. Schnittstellen für Echtzeit-Datenbusse, wie Ethernet und Ethercat, tragen zu einer Integration in den Datenfluss der Maschinensteuerung bei. Mit Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen bringen Sensoren so in unterschiedlichste Produktionsanwendungen mehr Taktgefühl.

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Nicht nur in der Musik, sondern auch in der Produktion muss ein Dirigent einzelne Komponenten zu einer Gesamtheit vereinen und den Takt vorgeben.
Nicht nur in der Musik, sondern auch in der Produktion muss ein Dirigent einzelne Komponenten zu einer Gesamtheit vereinen und den Takt vorgeben.
( © Deklofenak - Fotolia )

Ein ganzes Orchester hört auf sein Kommando. Nur mit einem Taktstock und der eigenen Körpersprache bewaffnet, vereint er einzelne Töne zu einer harmonischen Musik. Der Dirigent beherrscht die Melodie. Doch diese Art des Leitens beschränkt sich nicht nur auf die Oper oder gar die Musik. Auch in der Produktion ist ein Dirigent vonnöten, der einzelnen Komponenten zu einem effizienten Produktionsprozess eint – wie die vertikale Integration. Die Industriesprache Ethernet vernetzt hierbei das Produktionsorchester und gibt den Takt vor. So können echtzeitfähige Schnittstellen wie z.B. Ethercat bei Sensoren für einen weiteren Vormarsch in der Automatisierung und für mehr Produktionstaktgefühl sorgen. Das Ethernetprotokoll verfügt über eine integrierte Kollisionserkennung der Datenpakete und sichert die vollständige und fehlerfreie Datenübertragung. Das offene Protokoll erlaubt einen nahezu uneingeschränkten Kommunikationsfluss in den Netzwerken. Nach wie vor stellen jedoch Feldbussysteme wie Profinet und K-Bus eine Alternative zu Ethernet in der Datenübertragung zwischen Sensor und Controller in Netzwerken dar. Da aber Ethernet mittlerweile in der Industrie, Telekommunikation und in privaten Haushalten verwendet wird, kann die ethernetfähige Messtechnik einige Vorteile aufweisen:

  • Datenrate bis 10 GBit/s
  • sichere Datenübertragung
  • preisgünstige Standardkomponenten
  • einfache Integration in vorhandene System
  • geringer Verdrahtungsaufwand
  • Messdatenauswertung ortsunabhängig
  • Fernwartung weltweit
  • keine zusätzliche Software-Installation

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Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen stecken in so manchen Sensoren

Anwendungsbeispiele von Micro-Epsilon zeigen die Möglichkeiten von ehternetfähiger Messtechnik auf: Bei kapazitiven Wegsensoren bilden Sensor und das Messobjekt Plattenelektroden eines Kondensators. Die kapazitiven Wegsensoren werden bei elektrisch leitenden Messobjekten eingesetzt und messen nanometergenau in sauberer Industrieumgebung. So misst das System Capa-NCDT 6200 die Dicke einer Gelatineschicht während der Produktion. Dabei läuft die Gelatine über eine Edelstahlwalze. Die Dicke der Gelatine beträgt ca. 200 µm, die Auswertung der Messdaten erfolgt über Ethernetschnittstelle. Die kapazitiven Sensoren sind ein neu konzipiertes Messsystem. Durch den modularen Aufbau lassen sich auf einfache Art und Weise bis zu vier Kanäle zusammenfügen.

Die Lasertriangulation realisiert optische Abstandsmessung durch Winkelmessung innerhalb eines Dreiecks. Dabei emittiert eine Laserdiode einen Laserstrahl, der auf das Messobjekt gerichtet ist. Die reflektierte Strahlung wird über eine Optik auf ein digitales Sensorelement (CCD-Zeile) abgebildet. Aus der Lage des Lichtpunktes auf dem Empfangselement wird der Abstand des Objekts zum Sensor berechnet. Die Daten werden über den meist internen Controller ausgewertet und über digitale oder analoge Schnittstellen ausgegeben. Für vielfältige Anwendungsfälle werden Sensoren in verschiedenen Leistungsstufen angeboten. Punktsensoren vermessen den Abstand auf Standardobjekten, Sensoren mit einer kurzen Laserlinie werden auf metallischen Oberflächen eingesetzt und Laserscanner mit einer langen Messlinie erfassen das mehrdimensionale Profil der Objekte. Bei der Produktion von Metallbänder werden die Laser-Punktsensoren Opto-NCDT 2300 zur Qualitätssicherung in der Linie eingesetzt. Über die Abstandsmessung zum Band prüft der Sensor, ob sich im Band Fehler (z.B. Falten) gebildet haben. Die 2D/3D-Laserscanner beruhen ebenfalls auf dem Prinzip der Triangulation. Hier wird allerdings der punktförmige Laserstrahl durch spezielle Linsen zu einer Linie ausgeweitet. Die Modelle der Baureihe Scancontrol 2600/2900 erfassen, messen und bewerten Profile an unterschiedlichsten Oberflächen z.B. in der Automobilfertigung. Im Fahrzeugbau werden die einzelnen Karosserieteile zu einem kompletten Auto zusammen gefügt. Dabei ergeben sich Spalt- und Bündigkeitsmaße zwischen den einzelnen Teilen. Um herausstehende Heckklappen und schief sitzende Autotüren zu vermeiden, werden „sehende“ Roboter eingesetzt, deren Greifsysteme mit optischen Sensoren so ausgerüstet sind, dass der Verbauprozess für jeden einzelnen Fügevorgang in Echtzeit geregelt wird.

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