Sensortechnik Maschinenüberwachung mit hochgenauen faseroptischen Abstandssensoren

Der verantwortungsvolle und wirtschaftliche Umgang mit Energie und Ressourcen macht es notwendig, Maschinen und Anlagen im laufenden Betrieb zu überwachen. Eine leicht zu integrierende Sensorik ist dabei der Schlüssel, um Wartungsarbeiten rechtzeitig durchzuführen, die Produktqualität sicherzustellen, kostenintensive Produktionsausfälle zu vermeiden und ein verbessertes Prozessverständnis zu bekommen.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Renishaw GmbH

trivid GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Hochgenaue Prozessüberwachung erfordert Daten direkt aus dem Prozess. Diese Daten müssen von Sensoren geliefert werden, die so nah wie möglich an die Prozesskomponenten gebracht werden müssen. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von faseroptischen Sensoren, die über das Potenzial zur hochgenauen Messung sowie die Möglichkeit zur Miniaturisierung und somit zur Integration in Produktions- und Messmaschinen verfügen.

Fasersensoren bestimmen Form und Lage nanometergenau

Mit den im Fraunhofer IPT entwickelten miniaturisierten, abstandsmessenden Fasersensoren lassen sich Form und Lage an mehreren Stellen gleichzeitig nanometergenau und mit hoher Messrate bestimmen. Gerade für Anwendungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt, des Automobilbaus, der Druckindustrie und der Optikindustrie eröffnet diese Technik neue Möglichkeiten.

Das Messsystem kann hauptsächlich dort verwendet werden, wo konventionelle Lösungen aufgrund kleinster Bauräume und fehlender Genauigkeit nicht eingesetzt werden können. Die hohe Messfrequenz gepaart mit einer Messunsicherheit deutlich kleiner als ein Mikrometer ermöglicht so eine Online-Maschinenüberwachung im Ultrapräzisionsbereich. Beispiele dafür sind die Maschinenachsen- und Führungsüberwachung sowie die Wellenüberwachung.

Das entwickelte System basiert auf der kurzkohärenten Interferometrie und besteht im Wesentlichen aus zwei interferometrischen Einheiten, von denen die erste rein faseroptisch in der sogenannten All-Fiber-Technik (Bild 1 oben – siehe Bildergalerie) und die zweite als Michelson-Interferometer (Bild 1 unten) ausgeführt wurde. Das Messgerät an sich verfügt über einen Arbeitsabstand von zirka 500 μm und einen Messbereich von etwa 80 μm, in dem eine Auflösung von 1 nm sichergestellt wird.

Sonden basieren auf Lichtwellenleitern

Das faserbasierte Fizeau-Interferometer wird als Messsonde genutzt und kodiert den Messabstand dadurch, dass das Licht am Ende der Messsonde aufgrund von Fresnel-Reflexion in einen Mess- und einen Referenzstrahl geteilt wird.

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