Die industrielle optische Geschwindigkeitsmessung kann auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen: dem Doppler-Effekt, der Korrelation von Bildern und dem Ortsfilter. Auf dieser theoretisch ausgerichteten Seite vergleichen wir diese Verfahren, um Vorteile, Grenzen und Einsatzbereiche zu klären, mit Bezug auf die optischen Geschwindigkeitsmesser und Encoder von ASTech. Die Seite ergänzt die Darstellung, die unter Optik und LASER im Bereich Technologien begonnen wurde.
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Der Doppler-Effekt in der Geschwindigkeitsmessung
Die Laser-Doppler-Velozimetrie (LDV) nutzt die Frequenzverschiebung des Lichts, das von einem bewegten Objekt gestreut wird: Zwei kohärente Laserstrahlen kreuzen sich und erzeugen ein Interferenzgitter; die Partikel oder die Oberfläche, die das Gitter durchlaufen, erzeugen ein Signal, dessen Frequenz proportional zur Geschwindigkeit ist. Es handelt sich um ein äußerst genaues Verfahren, das im Labor und in der Strömungsmechanik weit verbreitet ist. Es erfordert jedoch kohärente Laserquellen, eine genaue Ausrichtung und häufig kontrollierte Bedingungen. Aus diesem Grund erweisen sich in kontinuierlichen Produktionslinien andere optische Prinzipien als praktischer und robuster.
Die optische Korrelation
Das Korrelationsverfahren nimmt aufeinanderfolgende Bilder der Oberfläche auf und berechnet deren Verschiebung durch Vergleich. Es ist von Natur aus bidirektional und erfordert keine Mindestgeschwindigkeit: Die Messung bleibt auch im Stillstand gültig. Außerdem kommt es gut mit Oberflächen mit wechselndem Kontrast zurecht.
Es ist das Prinzip des optischen Encoders VLM60, der als direkter Ersatz für Messräder ausgelegt ist, mit einer Unsicherheit von weniger als 1 % im Bereich 0…300 m/min.
Der Ortsfilter
Der Ortsfilter erzeugt ein Signal, dessen Frequenz direkt proportional zur Materialgeschwindigkeit ist, mit sehr hoher Genauigkeit und großem Dynamikbereich. Es ist die Technologie des VLM500, der bis 50 m/s mit einer Unsicherheit von weniger als 0,025 % messen kann.
Im Vergleich zum Doppler-Verfahren erfordert der Ortsfilter mit LED-Beleuchtung weder kohärente Quellen noch Laserschutzmaßnahmen und bewahrt dabei industrielle Robustheit und einfache Installation.
Vergleich der drei Verfahren
| Kriterium | Ortsfilter (VLM500) | Korrelation (VLM60) | Laser-Doppler (LDV) |
|---|---|---|---|
| Höchstgeschwindigkeit | bis 50 m/s | 0…5 m/s | sehr hoch |
| Mindestgeschwindigkeit | niedrig | 0 m/s | niedrig |
| Typische Unsicherheit | < 0,025 % | < 1 % | sehr niedrig |
| Quelle | Weißlicht-LED | Weißlicht-LED | kohärenter Laser |
| Typischer Einsatz | Hochgeschwindigkeitslinien | Ersatz von Messrädern | Labor, Strömungsmechanik |
Welches Prinzip für welche Anwendung
In der Praxis bietet der Ortsfilter des VLM500 für industrielle Hochgeschwindigkeitslinien (Stahlindustrie, Ziehen, Converting) den besten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Robustheit. Für den Ersatz von Messrädern und langsame Fördervorgänge ist die Korrelation des VLM60 die natürliche Wahl. Die Laser-Doppler-Velozimetrie schließlich bleibt bei Präzisionsmessungen im Labor vorzuziehen. Eine Warmwalzlinie beispielsweise erfordert hohe Geschwindigkeit und Robustheit: Der VLM500 ist die am besten geeignete technische Antwort.
Vorteile der ASTech-Lösungen
- Zwei sich ergänzende Prinzipien (Ortsfilter und Korrelation) zur Abdeckung des gesamten Geschwindigkeitsbereichs
- Genauigkeit bis < 0,025 % und Messung bis 0 m/s je nach Modell
- Weiße LED-Beleuchtung, ohne Lasergefährdung
- Industrielle Robustheit IP 65 und Made in Germany
- Einfache Integration über Encoder-, Analog- und Feldbusausgänge
Zugehörige Produkte
Optische Geschwindigkeitsmesser VLM500
Geschwindigkeiten bis 50 m/s, Unsicherheit < 0,025 %, CCD-Ortsfilter.
Optischer Encoder VLM60
Ersatz für Messräder, Messung bis 0 m/s, Korrelationsverfahren.
Optische Geschwindigkeitsmesser und Encoder
Überblick über die Familie der berührungslosen optischen Geschwindigkeitsmesser und Encoder.
Häufige Fragen
Es ist ein Verfahren, das die Geschwindigkeit über die Frequenzverschiebung des Laserlichts misst, das von einem bewegten Objekt gestreut wird. Es ist sehr genau, erfordert aber kohärente Laserquellen und eine präzise Ausrichtung, weshalb in der Produktionslinie häufig Ortsfilter oder Korrelation bevorzugt werden.
Die Korrelation vergleicht aufeinanderfolgende Bilder der Oberfläche und misst die Verschiebung auch bei 0 m/s (VLM60). Der Ortsfilter erzeugt ein zur Geschwindigkeit proportionales Frequenzsignal, ideal für hohe Geschwindigkeiten und hohe Genauigkeit (VLM500).
Der Ortsfilter der Baureihe VLM500 bietet eine Unsicherheit von weniger als 0,025 %; die Laser-Doppler-Velozimetrie kann im Labor sehr hohe Genauigkeiten erreichen, während die Korrelation des VLM60 eine Unsicherheit von weniger als 1 % aufweist.
Nein: Die Baureihen VLM500 und VLM60 nutzen den Ortsfilter bzw. die optische Korrelation mit LED-Beleuchtung, nicht den Doppler-Effekt. Der Doppler-Effekt wird hier zu Vergleichszwecken behandelt.
Bewertet werden Geschwindigkeit, geforderte Genauigkeit und Art der Oberfläche: Ortsfilter für hohe Geschwindigkeit, Korrelation für niedrige Geschwindigkeiten und den Ersatz von Messrädern. Der technische Support von RODER unterstützt bei der Modellauswahl.
Kohärentes Licht, Speckle und Signalstabilität
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Verfahren betrifft die Lichtquelle. Die Laser-Doppler-Velozimetrie erfordert kohärentes Licht, das jedoch das Phänomen des Speckle erzeugt: ein körniges Muster, das die Messung auf unregelmäßigen Oberflächen stören kann. Die ASTech-Technologien verwenden dagegen nicht kohärente Weißlicht-LEDs, was diesen Effekt verringert und die Installation vereinfacht, da die für Lasersysteme hoher Klasse typischen Schutzmaßnahmen nicht erforderlich sind.
Folglich bieten Ortsfilter und optische Korrelation einen ausgezeichneten Kompromiss zwischen Genauigkeit und Robustheit unter realen Fabrikbedingungen, in denen Vibrationen, Staub und Oberflächenschwankungen die Regel sind.
Auflösung, Aktualisierungszeit und Dynamik
Neben der Unsicherheit zählen Auflösung und Aktualisierungszeit. Der VLM500 beispielsweise aktualisiert die Messung in weniger als einer Millisekunde und bietet einen konfigurierbaren gleitenden Mittelwert, der das Signal stabilisiert, ohne an Schnelligkeit zu verlieren. Sein Encoderausgang hat eine feine Auflösung mit großem Impulsfrequenzbereich. Diese hohe Dynamik ermöglicht es, schnellen Übergangsvorgängen wie Linienanläufen oder Prozessänderungen zu folgen und dabei auch die Längenmessung durch Integration genau zu halten.
Letztlich beschränkt sich die Wahl des optischen Prinzips nicht allein auf die Höchstgeschwindigkeit: Das gesamte dynamische Verhalten ist im Hinblick auf die Anwendung zu bewerten. Der technische Support von RODER hilft, diese Parameter in die am besten geeignete Konfiguration umzusetzen. Zu beachten ist außerdem, dass bei gleichem Prinzip die Qualität der Oberfläche, der Arbeitsabstand und vorhandene Vibrationen das Endergebnis beeinflussen: Deshalb ermöglicht eine gemeinsam mit den Technikern durchgeführte Vorabbewertung der Anwendung, bewusst zwischen Ortsfilter und optischer Korrelation zu wählen, unnötige Überdimensionierungen zu vermeiden und langfristig höchste Wiederholbarkeit zu gewährleisten.
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.
Industrielle LASER-Distanzsensoren
LDM LASER-Distanzsensoren für Abstand, Position und Füllstand berührungslos.
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Abteilung Instrumente RODER: www.innovacheck.com
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