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)
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