Ország/régió és nyelv kiválasztása

Optikai mérés mindenhez - a VCSEL lézerfénynek köszönhetően

A SICK AG ipari szenzor szakértői mérőkerekes kódolójukkal igazi sikerterméket dobtak piacra. Az érintéses mérésre szolgáló készülék megbízhatóan működik és jó keresletnek örvend. Heiko Krebs, a SICK termékmenedzsmentért felelős alelnöke tulajdonképpen ennyiben is hagyhatta volna a dolgot. De ő többet akar. Célja: a gyártási adatok, például a sebesség, a pozíció vagy a hossz érintés nélküli optikai érzékelése a termelő berendezésekben. Eddig azonban az optikai módszerek sokkal bonyolultabbak és drágábbak voltak, mint a szokásos mérőkerekes kódolók.

2012-ben Krebs megpróbált találni egy partnert, aki segíthet neki sokkal olcsóbb lézeres érzékelőkhöz jutni. A TRUMPF bemutatta neki a VCSEL-diódákat, mint teljesen integrált lézeres érzékelőket, és egy már bevált mérési eljárást javasolt: az úgynevezett önkeverő-interferencia-technológiát, röviden SMI-t. Az ötlet megszületett, majd a SICK és a TRUMPF fejlesztési partneri együttműködésbe kezdett, amelynek eredményeképpen létrejöttek a SICK SPEETEC érzékelői.

A SICK az ipari szenzoros megoldások specialistája - a gyáraktól a logisztikán át a folyamatautomatizálásig bezárólag. A technológia terén élenjáró waldkirchi székhelyű piacvezető vállalat intelligens szenzorok használatával és alkalmazási megoldásokkal teremti meg az alapot a folyamatok biztonságos és hatékony ellenőrzéséhez, a balesetvédelemhez és a környezeti károk megelőzéséhez. Az 1946-ban alapított vállalat több mint 50 leányvállalattal és részesedésekkel, valamint számos képviselettel rendelkezik világszerte.

Ágazat

Szenzoros megoldások gyárakba, logisztikához és folyamatautomatizáláshoz

Dolgozói létszám

10 000

Telephely

Waldkirch (Németország)

Még több megjelenítése
TRUMPF termékek
  • ViP (VCSEL integrált fotodiódával)
Alkalmazások
  • 3D érzékelőrendszer, érintésmentes lézeres mérés

Kihívások

Mostanáig a gyártóüzemekben a sebesség, a pozíció és a hossz mérőkerekes kódolókkal végzett érintéses mérése jelentette a technika csúcsát. E mérés során egy apró kerék végiggördül az áthaladó árukon és alkatrészeken, majd kiszámítja azok méreteit és sebességét. Ez jó, de lehetne jobb is. Mert még a jól bevált mérőkeréknek is vannak hátrányai: vékony, érzékeny anyagok esetén a kerekek nem kívánt nyomokat hagynak vagy nincs kellő tapadás a pontos méréshez. Az alternatívát optikai mérésnek nevezik. Ezt azonban túl drágának tartják: "Az érintés nélküli mérés előnyei általában nem ellensúlyoznák a magasabb beszerzési árat. Folyton csak ezt hallottam" - mondja Heiko Krebs. Ennek az az oka, hogy az alkatrészeket lézerfénnyel pásztázó szenzoros megoldások műszakilag körülményesek és utólagos költségeket okoznak: nagy lézerteljesítményt igényelnek és ezért a 3-as lézerosztályba tartoznak. Emiatt szerkezeti óvintézkedéseket kell foganatosítani és speciális oktatást kell biztosítani.

Sok olyan kérést kapunk olyan alkalmazásokkal kapcsolatban, amelyekre egyáltalán nem is gondoltunk a fejlesztés során. A SPEETEC segítségével ezek az ügyfelek mostantól olyan mérési feladatokat is megoldhatnak, amelyekre korábban nem volt megfelelő érzékelőrendszer.

Heiko Krebs
Termékmenedzsmentért felelős alelnök, SICK AG

Megoldások

A VCSEL-diódák és a TRUMPF Photonic Components-szal folytatott fejlesztési együttműködés hozta meg az áttörést. Ralph Gudde, a TRUMPF Photonic Components marketing és értékesítési alelnöke bemutatta Heiko Krebsnek a fogyasztói eszközökben alkalmazott, teljesen integrált lézeres érzékelőkkel ellátott kisméretű diódákat. Ez megoldotta a 3-as lézerosztály problémáját. Gudde így emlékszik vissza: "Egy másik mérési módszert is javasoltunk a SICK-nek. Mivel a VCSEL segítségével használhatjuk az úgynevezett önkeverő interferencia technológiát, röviden SMI-t. Ez már mintegy húsz éve termékek millióiban van jelen és már bizonyított." Az eljárás a következőképpen működik: egy VCSEL infravörös lézersugarat vetít az elhaladó alkatrész felületére. Egy optikai rezonátor ismét felfogja a lézersugár visszavert fényét és összekeveri azt a rezonátorban lévő fénnyel. Ezután egy fotodióda méri az interferenciát, a rendszer padig a frekvenciakülönbségből kiszámítja a mozgás sebességét. A hullámhossz modulációjából következtetni lehet az irányra. A lézeres érzékelő így közvetlenül érzékeli a sebességet és az irányt, valamint közvetve az alkatrész helyzetét és kiterjedését.

 

Megvalósítás

Forradalmi ötlet, amelyet azonban nem könnyű megvalósítani. A fejlesztési együttműködésben résztvevő partnerek viszont profitálnak egymás szakértelméből. A TRUMPF és a SICK közösen dobja piacra a SPEETEC érzékelőket. Ennek alapja egy olyan folyamatalgoritmus, amely gyorsan és ultrapontosan értékeli a jelminőséget az FPGA-n. Tíz méter/másodperces objektum-sebességnél négy mikrométeres felbontást és 0,1 százalékos mérési pontosságot biztosít - még olyan igényes anyagok esetében is, mint a szigetelőgyapot. "És mindezt olyan áron, amely lényegesen közelebb áll az érintéses mérési megoldásokhoz, mint bármi, ami eddig a piacon elérhető volt" - mondja Krebs elégedetten.

Távlatok

A két partner nemcsak az együttműködésük eredményére büszke, hanem arra is, ahogyan odáig eljutottak. Krebs így emlékszik vissza: "A projektpartnerek a gyorsan változó fogyasztói piac felé orientálódtak, mi pedig az ipari előírásokra összpontosítottunk - máris két világ ütközött egymással. Bizonyos dolgokhoz először meg kellett találnunk a közös nyelvet, a közös gondolkodásmódot. A TRUMPF Photonic Components munkatársai a szemléletükkel néha kivezettek minket a zsákutcából." Gudde pedig hozzáteszi: "Abban az időben kevés rálátásunk volt arra, hogy milyen követelményeknek kell megfelelnie egy integrált ipari érzékelőnek. Fogalmunk sem volt arról, hogy milyen piacok és piaci rések vannak az iparágban. Ezen a téren sokat tanultunk a SICK-től."

Krebs különösen örül annak, hogy mostanában még az optikai érzékelőjével kapcsolatban is kap megkereséseket, amire a fejlesztés során nem is gondolt. "A SPEETEC segítségével ezek az ügyfelek mostantól olyan mérési feladatokat is megoldhatnak, amelyekre korábban nem volt megfelelő érzékelőrendszer".

Tudjon meg többet a termékről

VCSEL integrált fotodiódával

A ViP integrált VCSEL megoldásba közvetlenül egy fotodióda van beépítve, amely képes feldolgozni a visszavert jeleket. Az egymódusú VCSEL-ek optikai tulajdonságaik miatt általában tökéletes választásnak bizonyulnak az igényes szenzoros alkalmazásokhoz. Ipari környezetben való használatra olyan termékváltozatok alkalmasak, amelyekben a VCSEL-ek hermetikusan zárt TO burkolatokba vannak ágyazva.

A termékhez