Maschinenüberwachung mit hochgenauen faseroptischen Abstandssensoren

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Direkte mögliche Anwendungen sind zum einen die Druckindustrie, in der Rundheits- und Rundlauffehler sich direkt auf die Druckqualität auswirken, und zum anderen die Walzindustrie, in der die Prüfung von mikrostrukturierten Walzenflächen zum Prägen von lichtleitenden Kunststofffolien erforderlich ist.

Faseroptische Sensoren benötigen wenig Bauraum

Für diese Fälle ist eine Lösung mit einer faseroptischen abstandsmessenden Vielstellensensorik besonders geeignet, weil ihre Integration sehr wenig Bauraum benötigt (miniaturisierte Sonden) und eine berührungslose Messung sicherstellt (keine Schädigung für die Oberfläche sowie eine robuste Wechselwirkung zwischen Sensor und Messobjekt).

Um eine Lösung für diese Anwendung zu demonstrieren, wurde ein Prüfstand konzipiert und aufgebaut (Bild 2). Weil die Konstruktion einer robusten Prüfvorrichtung sehr komplex ist, wurden hohe Anforderungen an Stabilität und Widerstandsfähigkeit gestellt. Auf der Control 2009 in Stuttgart präsentiert das Fraunhofer IPT diesen Aufbau, zusammen mit verschiedenen faseroptischen Sonden, die für die Prozessüberwachung ausgelegt worden sind.

Der Prüfstand besitzt eine Flachbett-Gestellbauweise, in der eine Spindel über einen Gleichstrommotor das Drehmoment liefert. Damit man verschiedene rotationssymmetrische Objekte messen kann, wird eine Kopplungsvorrichtung auf beide Seiten aufgespannt.

Encoder synchronisiert Mess- oder Auswerteeinheit und Rotation der Spindel

Die Synchronisation zwischen der Mess- oder Auswerteeinheit und der Rotationsbewegung der Spindel wird durch einen Encoder erreicht. Der Encoder wird so konfiguriert, dass er ein winkelabhängiges TTL-Triggersignal erzeugt, das zu der Auswerteeinheit geschickt wird und den Kameraaufnahmeprozess steuert. Anschließend werden die Informationen in einer Analysesoftware bearbeitet. Das Intervall zwischen zwei Triggersignalen entspricht 0,1°.

Als Messsensorik werden drei faseroptische Sonden angewendet (Bild 2), die in einem Faserschalter eingekoppelt sind. Durch den Faserschalter wechselt das System den Lichtwellenleiter beziehungsweise die Messsonde und damit die Messposition in Synchronisation mit der Rotationsbewegung. Die Sonden werden mit Hilfe einer Kalibrierebene miteinander abgestimmt, so dass die Messwerte eine feste Relation haben.

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