Scharfer Blick in die Ferne

Anwendungen, bei denen große Distanzen mit hoher Genauigkeit und möglichst schnell gemessen werden sollen, gibt es viele - wie z.B. bei Regalbediengeräten und ASRS-Shuttle-Systemen in Distributionszentren. Laserdistanzsensoren, die Entfernungen von 0,05 bis zu 500m schnell und auf den Millimeter genau messen, finden hier ihr Einsatzfeld.

Laserdistanzsensoren messen klassischerweise entweder die Lichtlaufzeit oder die Phasenverschiebung. Bei der Laufzeitmessung wird ein kurzer Lichtpuls ausgesandt. Aus der Pulslaufzeit also der Zeit, die der Lichtstrahl braucht, um von der Quelle zu einem Reflektor und wieder zurück zur Quelle zu laufen, lässt sich dann die Entfernung ermitteln. Diese Methode ist schnell, durch die anspruchsvolle Zeitmessung aber oft nicht ausreichend genau. Bei Distanzen von mehreren Hundert Metern liegt die Auflösung üblicherweise nur im Zentimeterbereich. Alternativ wird deshalb auch die Phasenverschiebung des reflektierten Laserstrahls gegenüber dem ausgesandten Strahl ausgewertet. Sie ist entfernungsabhängig, also lässt sich die zurückgelegte Distanz ermitteln. Diese Messung ist deutlich genauer, aber durch die aufwendigere Auswertung nicht so schnell wie die reine Laufzeitmessung.

Kombiniertes Messverfahren: schnell und genau

Die Schweizer Sensorikspezialisten von Dimetix gehen deshalb einen anderen Weg. Bei ihren Long-Distance-Lasersensoren kombinieren sie im Prinzip die Vorteile beider Messmethoden, indem sie sowohl Laufzeit als auch Phasenversatz auswerten. Um eine hohe Messgeschwindigkeit zu erreichen, arbeitet das Verfahren mit einer Hochfrequenzmodulation der Laseramplitude und wertet die Phasenlage und den Abstand dieser aufmodulierten Hochfrequenzsignale (Bursts) aus. Dabei wird der Laserstrahl in kurzen Abständen amplitudenmoduliert. Dadurch lässt sich sehr schnell die entfernungsabhängige Laufzeitverschiebung der einzelnen Pulspakete messen, aber auch die Phasenverschiebung der einzelnen Wellen zueinander innerhalb der modulierten Pakete. Die Sensoren messen deshalb schneller als normalerweise üblich und liefern auch bei großen Entfernungen genaue Werte.

Die Laserdistanzsensoren der D-Serie eignen sich für Distanzen von 0,05 bis 500m und messen mit einer Genauigkeit von +/-1mm bei einer Wiederholgenauigkeit von +/-0,3mm. Sie arbeiten üblicherweise gegen eine orange Reflexfolie. Bei Distanzen bis 100m gelten die Genauigkeitswerte aber auch für natürliche Oberflächen und selbst bei schwarzen Zielflächen oder direkter Sonneneinstrahlung im Außeneinsatz können die Geräte zuverlässige Messergebnisse liefern. Ihre Messgenauigkeit wird mit einer statistischen Sicherheit von 95,4 Prozent spezifiziert (entsprechend ISO 1938-2015). Das ist gleichbedeutend mit +/-2? also 2-mal die Standardabweichung. Distanzfehler durch Temperatureinflüsse und Linearitätsfehler sind hierbei bereits berücksichtigt. Die Messgeschwindigkeit reicht bis 250Hz bei einer Ausgaberate von 1kHz. All diese Eigenschaften können Anwender auch im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +60°C nutzen.

Für jede Anwendung der passende Distanzsensor

Dank ihrer geringen Abmessungen von 140mm Länge, 78mm Breite und 48mm Höhe lassen sich die nur 350g leichten Distanzsensoren gut in die unterschiedlichen Anwendungen integrieren und beispielsweise am Mast eines Regalbediengeräts befestigen. Das robuste Gehäuse erfüllt die Anforderungen nach IP65, bietet damit auch in rauer Industrieumgebung und beim Außeneinsatz Schutz.

Die Laserdistanzsensoren werden in acht unterschiedlichen Varianten angeboten, die bei sonst gleichen Eigenschaften unterschiedliche Anforderungen an Reichweite und Auflösung abdecken, sodass niemand für technischen Overhead bezahlen muss. Für eine kostenoptimierte Lösung lohnt es sich genau zu überlegen, ob nicht +/-3mm Genauigkeit ausreichend ist. Bei Innenanwendungen genügt zudem meist ein Temperaturbereich von -10 bis +50°C. Standardmäßig integriert sind ein Analogausgang 0/4…20mA, serielle Schnittstellen sowie digitale Ein- und Ausgänge. Als Option stehen Profinet, EtherNet/IP und EtherCAT zur Verfügung. Dazu wird das Schnittstellenmodul des Sensors einfach ausgetauscht.

Anwendungsbeispiel Intralogistik

Anwendungsbeispiele für die Long-Distance-Lasersensoren „Made in Switzerland“ gibt es viele, z.B. in der Intralogistik: In Distributionszentren werden meist Regalbediengeräte eingesetzt, um palettierte oder anderweitig verpackte Produkte in den dicht gepackten, mehrstöckigen Lagern auftragsbezogen ein- und auszulagern. Bei einem solchen Regalbediengerät bewegt sich der Transportwagen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Die Sensoren befinden sich an den Masten der Regalbediengeräte und messen millimetergenau die Positionen, an welchen die Regalfächer bedient werden, sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung. Dabei werden die typischen Positionierungs-Fehler vermeiden, wie sie bei Rad-Encodern durch Schlupf vorkommen können, und die sich schlimmstenfalls auch noch akkumulieren. Auch nach einem Neustart der Anlage misst der Lasersensor sofort die korrekte Position ohne spezielle Inbetriebnahme oder Referenzfahrt.

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