Berührungslose Messung der Lineargeschwindigkeit

Berührungslose Laser-Messgeräte für die Lineargeschwindigkeit (Velocity Length Meter, VLM) sind hochgenaue Industriegeräte zur berührungslosen Messung der Lineargeschwindigkeit und der Gesamtlänge bewegter Produkte. Sie nutzen das Laser-Doppler-Prinzip oder die Kreuzkorrelation von Bildern, um die Produktgeschwindigkeit zerstörungsfrei zu messen, mit Genauigkeiten typischerweise in der Größenordnung von 0,05 % des Anzeigewerts. Sie ersetzen Messradsysteme in Anwendungen, in denen der mechanische Kontakt wegen Verschleiß, Verschmutzung, Produkttemperatur oder der geforderten Präzision nicht erwünscht ist.

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Laser-Doppler-Prinzip

Das klassische Doppler-Prinzip (DGV — Doppler Global Velocimetry oder LDV — Laser Doppler Velocimetry) nutzt zwei kohärente Laserstrahlen, die sich über dem Messbereich kreuzen und ein Interferenzgitter mit Streifen bekannten Abstands bilden. Durchläuft ein Punkt des bewegten Produkts die Streifen, so moduliert das gestreute Licht seine Intensität mit einer Frequenz, die der Produktgeschwindigkeit geteilt durch den Streifenabstand entspricht. Ein fotoelektrischer Sensor misst die Modulationsfrequenz, und die Elektronik berechnet die Geschwindigkeit. Das Verfahren ist hochgenau und unabhängig von den Eigenschaften des Produkts, von Schwingungen der Installation und vom Arbeitsabstand (innerhalb der Fokuszone).

Kreuzkorrelationsprinzip

Das Kreuzkorrelationsverfahren nutzt zwei optische Sensoren (Kameras oder Pixelzeilen), die in bekanntem Abstand entlang der Bewegungsrichtung angeordnet sind. Beide erfassen in Echtzeit die Oberflächenstruktur des Produkts (natürliches Muster aus Rauheit, Körnung, Bedruckung oder Markierung). Die Kreuzkorrelationsanalyse berechnet die Zeitverschiebung zwischen den beiden Signalen: τ = d/v, wobei d der Abstand zwischen den Sensoren und v die Geschwindigkeit ist. Das Verfahren ist besonders zuverlässig bei Produkten mit ausgeprägter Oberflächenstruktur und robust gegenüber Schwankungen des Produkts (Reflektivität, Farbe, Oberflächenstruktur).

Technische Merkmale

Industrielle Laser-Messgeräte für die Lineargeschwindigkeit decken Geschwindigkeitsbereiche von 0,1 m/min bis 6000 m/min und darüber ab, mit einer typischen Genauigkeit von 0,05 % der gemessenen Geschwindigkeit und 0,02 % der aufsummierten Länge. Die Längenauflösung beträgt typischerweise 0,1 mm. Die digitalen Schnittstellen (Profinet, EtherCAT, Modbus, OPC UA) ermöglichen die Echtzeiteinbindung in Liniensysteme. Der typische Arbeitsabstand beträgt 100-300 mm vom Produkt, mit einer Toleranz von ±15-30 mm auf die Produktlage (wichtig für die Stabilität eines industriellen Aufbaus). Sie sind kompakt und industrietauglich robust ausgeführt.

Vorteile gegenüber Messrädern

Die wichtigsten Vorteile gegenüber Messradsystemen sind: kein Schlupf (das chronische Problem von Messrädern, das systematische Längenfehler erzeugt); kein Kontakt mit dem Produkt (keine Markierungen, kein Verschleiß, keine Verschmutzung); Einsetzbarkeit bei heißen Produkten (Walzwerkauslauf, heiße Extrudate); höhere Präzision (0,05 % beim Laser gegen typische 0,5-1 % beim Messrad); geringerer Wartungsaufwand (keine verschleißbehafteten mechanischen Teile); Zuverlässigkeit über die Zeit (minimale Kalibrierdrift). Die Anschaffungskosten sind höher, doch die Amortisation ist bei Anwendungen mit hoher Produktion oder hoher Präzision positiv.

Anwendungen

Die industriellen Anwendungen sind: Walzlinien für Stahl, Aluminium und Kupfer (Geschwindigkeits- und Längenkontrolle für das Schneidprogramm und für Chargenzeugnisse); Extrusionslinien für Rohre und Profile (Berechnung der erzeugten Längen und Ablängen); Draht- und Kabelherstellung (Längenkontrolle in der Produktion und für den Verkauf); Rotationsdrucklinien (Synchronisation und Geschwindigkeitsregelung für den Druckregister); die Textilindustrie für Bahnen und Vliesstoffe; die Papierindustrie (Papier- und Kartonrollen); die Herstellung von Platten und Laminaten.

Auswahlkriterien

Die Auswahl des Laser-VLM hängt ab vom Geschwindigkeitsbereich, von den Eigenschaften des Produkts (Reflektivität, Struktur, Temperatur), von der Produktbreite (zur Auslegung des Messfensters), von der Einbindung in SPS und MES der Linie, von der Schutzart IP für die Industrieumgebung (typischerweise IP65-IP67) und von den Wartungsanforderungen (Reinigung der optischen Fenster). Bei Linien mit extremen Geschwindigkeiten oder Präzisionsanforderungen wird eine Machbarkeitsstudie mit Vorversuchen am realen Produkt empfohlen.

Zugehörige Produkte

Die RODER Geräte für diese Anwendung. Auf den zugehörigen Katalogseiten finden Sie Modelle, technische Daten und Dokumentation.

Optische Geschwindigkeitsmesser und Encoder

VLM Geschwindigkeitsmesser für die berührungslose Messung von Geschwindigkeit und Länge.

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