Ein optisches Messverfahren schafft neue Möglichkeiten in technischen Prozessen. Der LDD-Sensor erreicht Zeitauflösungen im µs-Bereich. Zudem ist seine Messunsicherheit unabhängig von der lateralen Geschwindigkeit des Messobjekts.
Ein neuartiges Verfahren zur Distanz-, Form- und Vibrationsmessung schnell bewegter Teile sowie zur Strömungsmessung haben Forscher der Technischen Universität Dresden entwickelt. Das Prinzip des Laser-Doppler-Distanz-Sensors (LDD) basiert auf zwei Doppler-Frequenzmessungen, für die variierende Abstände der Interferenzstreifensysteme unterschiedlicher Lichtwellenlängen genutzt werden. Als Kennzeichen des Verfahrens nennen die Entwickler, dass
- mittels des optischen Doppler-Effekts eine nicht-inkrementelle Positionsmessung mit sehr hoher Zeitauflösung im µs-Bereich möglich ist,
- die Messunsicherheit hinsichtlich Distanzen unabhängig von der lateralen Geschwindigkeit des Objekts ist und
- neben der Distanz gleichzeitig die laterale Geschwindigkeit ermittelt wird, womit sich Durchmesser und Form rotierender Werkstücke ebenso wie das Geschwindigkeitsprofil von Strömungsfeldern ermitteln lassen.
Anwendungsmöglichkeiten der neuen Sensortechnik finden sich in ganz unterschiedlichen Bereichen. Für die Fertigungstechnik ist sie unter anderem interessant, weil sich Drehteile während des Zerspanens in Echtzeit vermessen lassen. Der LDD-Sensor erfasst dazu das Querschnittprofil des rotierenden Werkstücks bei jeder Umdrehung. Die Maschinensteuerung kann dann die Messdaten mit den Sollwerten vergleichen und den Abtrag entsprechend regeln. Wird der Sensor entlang der Werkstückachse verschoben, können auch 3D-Formen vollständig erfasst werden. Das Verfahren eröffnet damit nicht nur ganz neue Möglichkeiten um die Prozesseffizienz zu steigern, es hilft auch, die Bearbeitungssicherheit und damit die Qualität zu verbessern.
Doch nicht nur in der Werkstücküberwachung kann die Fertigungstechnik vom neuen Messverfahren profitieren. Auch bei der Lageregelung von Magnetspindeln – sie gewinnen zunehmend an Bedeutung, wenn höhere Drehzahlen gefragt sind – spielt der LDD-Sensor seine Stärken aus. Er soll die Position der Spindel bei Drehzahlen von bis zu 10 000 min-1 in Echtzeit auf 1 µm genau erfassen.
In der Triebwerkstechnik könnte der LDD-Sensor die Basis für eine Optimierung von Turbomaschinen sein. Damit sie einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreichen, muss der Spalt zwischen den Turbinenschaufeln und dem Gehäuse möglichst gering sein. Speziell bei Flugtriebwerken bergen sich ändernde Umgebungsbedingungen – etwa wechselnde Temperaturen, Drücke oder Zentrifugalkräfte – jedoch die Gefahr, dass die Schaufeln das Gehäuse berühren und das Triebwerk versagt. Um die Spaltweite im optimalen Fenster zu halten, arbeiten Ingenieure an Triebwerken mit aktiver Spaltweitenregelung. Die Voraussetzung dafür: ein Sensor, der die Spaltweite im laufenden Betrieb permanent erfasst, und zwar mit einer Messgenauigkeit, die unter 25 µm liegt.
Und in der Strömungstechnik können mit dem Verfahren Geschwindigkeiten und Durchflussmengen von Gasen und Flüssigkeiten ermittelt werden. Die Bandbreite reicht von der nanoliterpräzisen Medikamenten-Dosierung bis hin zu Mengenmessungen in Erdgasleitungen.
Für die Entwicklung des Laser-Doppler-Distanz-Sensors wurden kürzlich drei Forscher vom Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik (IEE) der TU Dresden mit dem 3. Preis des Berthold Leibinger Innovationspreises 2008 ausgezeichnet. Der Preis wird von der Berthold Leibinger Stiftung in Ditzingen mit dem Ziel vergeben, Wissenschaft und Forschung zu fördern. hw
Unsere Webinar-Empfehlung
Der Summit richtet sich an Entscheider aus den Bereichen Fertigung, Instandhaltung, Fabrikautomatisierung, Automatisierung, Intralogistik und Fabrikplanung, Netzplanung, Netzwerkinfrastruktur, Innovationsmanagement. Daneben sind Hersteller aus den Bereichen Maschinenbau, Sensorik,…
Teilen:
