Laufzeit-Laserabstandsmessung in der industriellen Automation

Die optische Abstandsmessung in der Fabrikautomation stößt regelmäßig auf betriebliche Grenzen, wenn Zielmaterialien zwischen hellen, dunklen oder glänzenden Oberflächen wechseln oder steile Winkel zur Strahlachse aufweisen. In der automatisierten Handhabung, in Verpackungslinien und in der Metallverarbeitung führt eine ungleichmäßige optische Reflexion häufig zu Messwertdriften oder Signalausfällen, was Betreiber dazu zwingt, kostspielige externe Reflektoren oder komplexe mechanische Nachrüstungen einzusetzen. Die Einführung von Time-of-Flight-Funktionsprinzipien in kompakten Sensorgehäusen löst dieses Stabilitätsproblem, indem die Distanzmessung von Zielfarbe und Oberflächenreflexion entkoppelt wird.

Funktionsprinzipien und Messstabilität
Die betriebliche Herausforderung bei der Positionsüberwachung über große Entfernungen besteht darin, eine kontinuierliche Signalerfassung ohne zielmontierte Reflektoren sicherzustellen. Herkömmliche diffuse Triangulationssensoren stoßen bei größeren Distanzen aufgrund geometrischer Beschränkungen und der Empfindlichkeit gegenüber Oberflächeneigenschaften an ihre Grenzen. Die Serie SensoPart FT 55 begegnet dieser Anforderung durch den Einsatz einer direkten Lichtlaufzeitmessung (Time-of-Flight, ToF). In einer ToF-Architektur sendet das Gerät gepulstes Laserlicht aus und ermittelt die Zeitspanne zwischen Lichtaussendung und Rückreflexion vom Zielobjekt auf die interne Empfänger-Fotodiode. Da die Entfernungsbestimmung ausschließlich auf der Lichtgeschwindigkeit und nicht auf dem Triangulationswinkel basiert, bleibt die Messgenauigkeit stabil – unabhängig davon, ob Objekte mattschwarz, kontrastreich oder in unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet sind.

Als direkt tastende Sensoren ohne externe Reflektoren decken die Geräte Arbeitsbereiche vom Nahbereich bis zu 15 m ab. Dieser berührungslose Aufbau vereinfacht die mechanische Konstruktion und verhindert Ausrichtungsfehler durch Maschinenvibrationen oder betrieblichen Verschleiß. Die sichere Integration wird durch eine integrierte Laserquelle der Klasse 1 unterstützt, wodurch im Dauerbetrieb keine zusätzlichen Schutzabdeckungen, Gehäuse oder speziellen Sicherheitsverriegelungen erforderlich sind.

Industrielle Integration und Signalarchitektur
Kontinuierliche Durchhangregelungen, Spulenabwicklungen und Bereitstellungslogistik erfordern anpassbare Schnittstellenarchitekturen für heterogene Steuerungsumgebungen. Die FT-55-Reihe erfüllt diese Integrationsanforderungen durch unterschiedliche Ausgangskonfigurationen:

Alle Varianten bieten digitale Kommunikation nach dem Standard IO-Link 1.1.4. In automatisierten Produktionsnetzwerken ermöglicht dieses digitale Protokoll eine Fernparametrierung, die kontinuierliche Übertragung absoluter Abstandswerte sowie erweiterte Diagnosetelemetriedaten direkt an übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Die Felddiagnose über IO-Link reduziert den Fehlersuchaufwand und beschleunigt den Sensoraustausch durch automatisiertes Nachladen von Parametern ohne manuelles Einlernen.

Typische Anwendungsszenarien und betriebliche Vorteile
Die Kombination aus großer Reichweite und Oberflächentoleranz prädestiniert die FT-55-Plattform für unterschiedliche Abläufe in der industriellen Fertigung:

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarks, die in der ursprünglichen Produktankündigung nicht enthalten waren.

Die optische Laser-Distanzmessung in standardisierten Kompaktgehäusen der Baugröße 50 x 50 mm stellt ein wichtiges Marktsegment der industriellen Automation dar. Historisch betrachtet erforderte das Erreichen von Tastweiten über 10 m ohne Reflektor größere Gehäusebauformen, wie etwa Quader- oder Zylindergehäuse mit Bautiefen von mehr als 80 bis 100 mm. In der industriellen Logistik und im Maschinenbau decken kompakte optische Sensoren üblicherweise Messbereiche zwischen 0,05 m und 10 m ab, womit 15 m Direkttastung die Obergrenze für Lichttaster mit Time-of-Flight-Technologie in diesem Gehäuseformat darstellen.

Die Einhaltung des Kommunikationsprofils IO-Link 1.1.4 entspricht der Norm IEC 61131-9 und erfüllt die verbreiteten Interoperabilitätsanforderungen von Industrie 4.0 gemäß europäischen Maschinenrichtlinien und Konsortien für smarte Fertigung. Im Benchmark-Vergleich mit vergleichbaren kompakten Laser-Distanzsensoren nach dem Tastprinzip (wie etwa den Serien DT50/DS50 von Sick oder VD50 von Pepperl+Fuchs) konzentriert sich die Geräteauswahl auf maximale Tastweite ohne Reflektor, Fremdlichtsicherheit und mechanische Einbaumaße. Der Einsatz von Laserdioden der Klasse 1 nach IEC/EN 60825-1 gewährleistet die Einhaltung des Arbeitsschutzes an frei zugänglichen Produktionslinien ohne die Notwendigkeit von Laserschutzbeauftragten.

Bearbeitet von Evgeny Churilov, Induportals Media – Angepasst durch KI.

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