Maschinenüberwachung mit hochgenauen faseroptischen Abstandssensoren

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Renishaw GmbH

trivid GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Die Sonden werden auf Basis von Lichtwellenleitern (LWL) aufgebaut und haben einen Außendurchmesser von 0,4 bis 3 mm. Für eine Steigerung der Steifigkeit der Sonde werden diese in Hülsen aus CFK oder Nitinol (Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory) gefasst.

Auswerteeinheit kann sich außerhalb des Messortes befinden

Anschließend werden beide Signale im Michelson-Interferometer dekodiert. Bild 1 zeigt darüber hinaus, dass lediglich die miniaturisierte Sonde mit dem Messobjekt interagiert und sich die Auswerteeinheit folglich nicht zwingend am Ort der Messung befinden muss.

Zusätzlich erlaubt der Systemaufbau die Nutzung verteilter Messsonden an einer einzigen Auswerteeinheit. Diese können zum Beispiel mit einem faseroptischen Umschalter sequenziell abgefragt werden.

Das resultierende Interferogramm im Michelson-Interferometer wird mit der CCD-Zeilenkamera detektiert und mit einem Computer weiterverarbeitet. Arbeitsabstand und Messbereich hängen zum einen vom Sondendesign (Brennweite) und zum anderen von der Winkeleinstellung des gekippten Spiegels sowie dessen Abstand zum Strahlteiler ab. Verglichen mit anderen Systemen ist dies ein entscheidender Vorteil, weil keine mechanischen Komponenten wie Linearversteller oder Piezo-Aktuatoren nötig sind, um den Gangunterschied auszugleichen oder zu variieren.

CCD-Zeile detektiert charakteristisches Muster

Befindet sich ein Messobjekt innerhalb des Messbereichs, entsteht das charakteristische Interferenzmuster, welches von der CCD-Zeile detektiert wird. Der Abstand zum Messobjekt korreliert mit der lateralen Position der Interferenzsignatur auf dem CCD-Chip und wird in einen Pixelwert umgerechnet, welcher dem Abstand entspricht. [1]

Das Gesamtsystem aus Auswerteeinheit und Sonde wird mittlerweile von der Fionec GmbH, Aachen, einer Ausgründung des Fraunhofer IPT, gebaut und vertrieben.

Insbesondere die Rundheit und der Rundlauf rotationssymmetrischer Komponenten beeinflussen Präzision, Geräuschentwicklung und Verschleiß eines Gesamtsystems und die daraus resultierenden Fehler müssen bereits in der Fertigung erkannt und beseitigt oder kompensiert werden können. Dazu zählen Maschinenkomponenten wie Abtriebswellen sowie Rotoren, Spindeln, Walzen (Stütz- und Arbeitswalzen) und Führungswellen. Dabei können Sensoren eingesetzt werden, um die wichtigen Prozessparameter zu erfassen und rechtzeitig erforderliche Maßnahmen zu ergreifen.

Mögliche Messparameter in diesem Zusammenhang sind die Verformung dieser rotierenden Komponenten, die wegen der in der Bearbeitung entstandenen Kräfte vorkommt (hauptsächlich als Dezentrierung in verschiedenen Positionen zu erkennen), und der Form- und Oberflächenverschleiß (Abrasion, Adhäsion, Oberflächenzerrüttung und tribochemische Reaktionen), die während des Prozesses entstehen.

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