Automatisierte Entfernungsmessung
In vielen Prozessen besteht der Wunsch nach Automatisierung in Form von Abstandsmessung. Dies dient dazu, mehr Kontrolle und Einblick in den Prozess zu erhalten. Dies kommt der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Effizienz zugute.
Beispiele hierfür sind:
- Ein Lkw fährt rückwärts auf eine Laderampe zu
- Bestimmung des Abstands zwischen einem Greifer und einem Behälter
- Bestimmung der Entfernung eines Schiffes vom Kai, Liegeplatz und Anlegeplatz
- Niveau eines Bunkers
- Füllstand in einem Tank
Dies sind alles gute Anwendungen, aber welcher Sensor die richtige Wahl ist? Worauf stützen Sie diese Entscheidung?
In diesem Artikel befassen wir uns mit den Unterschieden zwischen ultraschall- und laserbasierten Messprinzipien und stellen Anwendungen vor, die diese Unterschiede deutlich machen. Schließlich geben wir Einblicke in mögliche Lösungen für verschiedene Anwendungen.
Was ist Laserlicht?
Laserlicht ist leicht, aber sehr intensiv. Das liegt daran, dass die Lichtteilchen im Laserlicht viel dichter beieinander liegen als bei normaler Beleuchtung. In der Regel werden Lasersensoren sowohl für das sichtbare als auch für das unsichtbare Spektrum hergestellt. So gibt es auch infrarote und sichtbare rote Laser. Mit Laserlicht lassen sich sehr kleine, aber auch sehr große Entfernungen genau messen. Die dafür verwendeten Methoden sind: "Time of Flight" und die "Phasenverschiebung".
Da Laser ebenfalls leicht sind, gelten für sie dieselben Spielregeln, was die Vor- und Nachteile angeht. Zu den Vorteilen gehören hohe Geschwindigkeit, sehr hohe Präzision und scharfe Fokussierung auf kleine Bereiche. Was den Messbereich anbelangt, so sind Laser sowohl über sehr kleine als auch über sehr große Entfernungen einsetzbar.
Die Nachteile der Verwendung von Licht sind die Anfälligkeit für Umgebungslicht, das (begrenzte) Reflexionsvermögen und die übermäßige Rauheit der zu messenden oder zu erfassenden Oberfläche sowie Objekte, die Licht durchlassen. All diese Faktoren können ein Hindernis für den Empfang des vom Sensor ausgesandten Laserlichts darstellen.
Was ist Ultraschall?
Ultraschall ist ein Bereich des Schallspektrums. Mit anderen Worten: Schwingungen, die sich durch die Luft ausbreiten. Ultraschall zeichnet sich dadurch aus, dass er vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden kann.
Die Frequenz, d. h. die Anzahl der Schwingungen, die dieser Schall pro Sekunde erzeugt, bestimmt, ob er vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden kann. In der Natur wird dieses Klangspektrum zum Beispiel von Delphinen und Fledermäusen genutzt. Insbesondere, um zu erkennen, zu kommunizieren und Entfernungen zu etwas zu bestimmen.
Die Verwendung von Schall bringt Vorteile, aber auch ebenso viele Nachteile mit sich. Die Vorteile sind: Unempfindlichkeit gegenüber Farbe, Glanz und Transparenz von Gegenständen, sehr gute Wirkung auf Feststoffe und Flüssigkeiten und keine Behinderung von Gegenständen mit gröberer oder im Gegenteil feinerer Struktur. Nachteilig ist die geringere Reichweite des Ultraschalls und die sehr hohe Anfälligkeit für schallabsorbierende Materialien oder Oberflächen wie Schaumstoff und Textilien.
Welche Anwendungen erfordern Laser oder Ultraschall?
Die oben erwähnten grundlegenden Beschreibungen von Ultraschall und Laserlicht helfen dabei, diese Eigenschaften in nützliche praktische Anwendungen umzusetzen. Im Folgenden werden einige industrielle Anwendungen vorgestellt, bei denen Ultraschall oder Laserlicht zum Einsatz kommen.
Messung von transparenten Objekten
Transparente Gegenstände, wie z. B. eine PET-Flasche, haben die Eigenschaft, Licht durchzulassen. Würde man einen Laser verwenden, um die Entfernung zur Flasche zu messen, wäre dies problematisch, da das Laserlicht nicht reflektiert und vom Sensor empfangen werden könnte. Ein Ultraschallsensor ist dagegen eine sehr geeignete Lösung: Der ausgesendete Schall geht nicht durch die Verpackung und wird daher reflektiert. Dies ermöglicht eine Messung und der Sensor kann den Abstand zur Flasche bestimmen.
Hohe Genauigkeit
Manchmal muss eine Messung mit Oberflächen durchgeführt werden, die sehr unterschiedlich geformt sind. Denken Sie an Reifenprofile, die in einem gewissen Abstand gemessen werden müssen. Die Verwendung eines Ultraschallsensors ist hier weniger geeignet, denn je größer der Abstand ist, desto ungenauer wird die Messung. Laserlicht hingegen hat die nötige Präzision, um diese Lücken zu erreichen und damit zu messen. Damit lässt sich das Reifenprofil bis auf den Mikrometer genau bestimmen, so dass Verschleiß oder Produktfehler erkannt werden können.
Messung an verschiedenen Farben
In der Verpackungsindustrie gibt es Materialien und Produktverpackungen in vielen verschiedenen Farben. Nicht jede Farbe hat das gleiche Reflexionsvermögen, d. h. eine Farbe reflektiert mehr als eine andere. Das merken wir oft, wenn wir an einem Sommertag ein schwarzes Hemd tragen: Wir empfinden die Sonne noch heißer als jemand, der ein weißes Hemd trägt. Der Grund dafür ist der Grad der Reflexion. Das gilt für Laserlicht wie für jede Art von Licht, denn nicht jede Farbe reflektiert gleich gut zum Sensor. Die bevorzugte Wahl ist daher ein Ultraschallsensor, der unempfindlich gegenüber der Farbe einer Verpackung ist.
Messungen in sehr großem Maßstab
Die Reichweite ist vielleicht das Wichtigste, wenn es um eine (Entfernungs-)Messung geht. Ultraschallsensoren reichen bis zu 8.000 mm (oder 8 Meter) und können daher in den meisten kleinen und mittleren Entfernungen eingesetzt werden. Lasersensoren beginnen bei einem maximalen Messbereich von 10 cm und reichen sogar bis zu 3.000 Metern (oder 3 km). Distanzlaser können sowohl für kleine, mittlere als auch (sehr) große Entfernungen eingesetzt werden. Erwägen Sie eine Füllstandsmessung in einem Silo.
Schallabsorbierendes Material
Die Textilindustrie arbeitet mit allen Arten von Materialien, von Baumwolle über Wolle und synthetische Materialien bis hin zu Rohstoffen. Materialien mit einer offenen Struktur haben oft eine schallabsorbierende Eigenschaft. Dies führt dazu, dass bei der Messung mit einem Ultraschallsensor die Schallschwingungen weniger oder gar nicht zum Sensor reflektiert werden. Das beeinträchtigt den Messbereich erheblich. Hier ist der Laser eine gängige Lösung, da er bei solchen Materialien fehlerfreie Messungen durchführen kann, ohne den Messbereich (abgesehen von der Farbe) wesentlich zu beeinträchtigen.
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