Positionserkennung ermöglicht intelligente Fertigung ...

Das Konzept der intelligenten Fertigung gibt es schon seit einiger Zeit. Im Wesentlichen geht es darum, Prozesse effizienter und an veränderte Marktbedürfnisse anpassbar zu machen. Dies alles wird unter Beibehaltung einer hohen Produktionsqualität, Arbeitssicherheit und Geräteverfügbarkeit erreicht. Dabei spielt die Positionserfassung eine Schlüsselrolle.

Durch die intelligentere Herstellung einer Produktionsanlage oder eines Prozesses können Kundenerwartungen auch schneller erfüllt werden. Dazu könnte die Schaffung maßgeschneiderter, maßgeschneiderter Produkte gehören, die spezifische Anforderungen erfüllen und deren Herstellung andernfalls ineffizient oder unrentabel wäre. In hart umkämpften Branchen kann eine intelligentere, agilere Denkweise den entscheidenden Unterschied zwischen Vorsprung und Rückstand ausmachen. Doch welche Technologien stehen zur Verfügung, wenn es um die Umsetzung intelligenter Methoden auf Produktionsebene geht?

Die Positionserkennung ist ein entscheidendes Element vieler intelligenterer Fertigungsprozesse, insbesondere bei der Ermöglichung der Fabrikautomatisierung. Aufgaben wie Pick-and-Place oder Produktmontage erfordern, dass die Ausrüstung ihre Position sehr genau kennt, um sich präzise bewegen zu können – Informationen, die mithilfe von Positionssensoren gewonnen werden können. Je nach Typ können diese Sensoren die Position eines Objekts entweder direkt durch Ermittlung seiner absoluten Position oder indirekt durch Messung seiner relativen Verschiebung bestimmen.

Ein häufiges Beispiel ist der induktive Positionssensor. Diese Positionssensoren basieren auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und ermöglichen die berührungslose Erkennung metallischer Objekte. Leitfähige Ziele verursachen Störungen im Magnetfeld, die vom Sensorelement erfasst werden. Da nur metallische Objekte das Magnetfeld beeinflussen, kann die induktive Positionserfassung nicht zur Erkennung von Nichtmetallen wie Kunststoff verwendet werden. Der Vorteil dabei ist jedoch, dass der Sensor weniger durch Staub- oder Schmutzablagerungen beeinträchtigt wird, da diese das Magnetfeld nicht beeinträchtigen. Dadurch sind sie ideal für den Einsatz in schmutzigeren Industrieumgebungen geeignet.

Ein anderer Typ ist der optische Positionsgeber. Diese bestehen typischerweise aus einer LED und einem Fotodetektor sowie entweder einer optischen Scheibe oder einer Skala, je nachdem, ob der Encoder eine lineare oder rotatorische Verschiebung misst. Optische Encoder können hohe Auflösungen erreichen und eignen sich daher ideal für Anwendungen, bei denen es auf hohe Präzision ankommt, wie etwa bei einer CNC-Maschine.

Wenn Lichtphotonen vom Fotodetektor eingefangen werden, wird ein schwaches elektrisches Signal erzeugt. Dieses muss mithilfe einer Signalaufbereitungsschaltung verstärkt werden, bevor es mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert wird. Es kann dann von einer CPU oder einem Mikrocontroller empfangen werden, der anhand des Signals die Objektposition berechnen kann. Die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, Ereignisse wie das Überfahren von Referenzmarken zu erkennen und im Rahmen eines geschlossenen Regelkreises sofort Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass diese Prozesse der Erfassung, Konditionierung und Digitalisierung auf dem neuesten Stand sind. Sensorausfälle oder Ungenauigkeiten könnten zu einer fehlerhaften Herstellung von Produkten führen, was zu einem Produktivitätsverlust sowie Material- und Zeitverschwendung führt.

Wenn ein Encoder zum ersten Mal entwickelt wird, kann er aus handelsüblichen diskreten Komponenten oder integrierten Schaltkreisen (ICs) bestehen. Und für geringe Produktionsmengen kann dies eine adäquate Lösung sein. Aber für ein Sensorsystem, das seine Konkurrenz übertrifft, ist es vorzuziehen, sich für einen anwendungsspezifischen IC oder ASIC zu entscheiden.

Ein ASIC ist einfach ein IC, der genau für seine Anwendung entwickelt und hergestellt wurde. Dieser maßgeschneiderte Ansatz für das IC-Design führt zu einem Chip, der vollständig für seine Aufgabe optimiert ist, oft mit reduziertem Stromverbrauch und kleinerer Chipgröße als zusätzliche Vorteile zu seiner verbesserten Leistung.

Die Wahl des ASIC-Designs bietet auch IP-Schutz, um Sensorherstellern die Gewissheit zu geben, dass ihr IP nicht der Konkurrenz zugänglich gemacht wird, und ihnen so einen Schritt voraus zu sein. Aufgrund der Natur der kundenspezifischen IC-Entwicklung und des Designs ist das Reverse Engineering auch viel schwieriger als bei einem Standard-IC, was eine weitere Verteidigungsebene bietet.

Hersteller suchen zunehmend nach Methoden zur Maximierung der Effizienz in der Werkstatt. Und bei kritischen Anwendungen kann bereits der kleinste Bruchteil eines Millimeters über Erfolg und Misserfolg entscheiden. Durch den Einsatz von ASIC-basierten Technologien ist es möglich, Sensorsysteme bereits auf Chipebene für eine überlegene Leistung zu optimieren, unabhängig vom Prozess.

Richard Mount ist Vertriebsleiter beim ASIC-Design- und Zulieferunternehmen Swindon Silicon Systems.

www.swindonsilicon.com

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