DER KONSTRUKTEUR 6/2018

- SENSORTECHNIK 04 05 03

- SENSORTECHNIK 04 05 03 SPECIAL „ROBOTER MÜSSEN IHRE AUGEN ÜBERALL HABEN“ Martina Klein, Stv. Chefredakteurin Intern und extern: Der Roboter muss nach innen und außen blicken, sich selbst und auch seine Umgebung – und damit die Anwendung – kennen. Dafür sind Sensoren verantwortlich. Je flexibler, kooperativer und intelligenter die Roboter werden, umso mehr Sinneswahrnehmungen brauchen sie, denn bei alldem sollen Qualität und Sicherheit maximiert werden. www.DerKonstrukteur.de 03 Bei der Scheibenmontage wird ein Laser-Linien-Sensor ScanControl eingesetzt, der detaillierte Abstandswerte in allen Ebenen erfasst 04 Laser-Punkt-Sensoren der Reihe OptoNCDT werden zur Weg-, Abstands- und Dickenmessung eingesetzt, sie arbeiten nahezu material- und farbunabhängig 05 Laserscanner von Micro-Epsilon ermöglichen Messungen auf fast allen industriellen Materialien und sind weitestgehend unabhängig von der Oberflächenreflexion AUF DEN PUNKT Die Laser-Punkt-Sensoren der Reihe OptoNCDT werden zur Weg-, Abstandsund Dickenmessung eingesetzt und zählen zu den besten ihrer Klasse. Dank der Oberflächenkompensation, der Realtime Surface Compensation (kurz: RTSC), arbeiten sie nahezu material- und farbunabhängig. Der äußerst kleine Messfleck lässt außerdem die Vermessung winziger Objekte zu und liefert gleichzeitig hochpräzise Messwerte im Mikrometerbereich. Die Messdaten stehen in der Regel in Echtzeit zur Verfügung und können somit zur automatischen Korrektur und Regelung direkt im Fertigungsprozess verwendet werden. AUF GANZER LINIE In der Automobilindustrie gibt es Messaufgaben, bei denen die gleichzeitige Erfassung mehrerer Messwerte oder die dreidimensionale Erfassung von Messobjekten bei kurzen Taktzeiten notwendig ist. Beispielsweise wird bei der Scheibenmontage ein Laserliniensensor Scan- Control eingesetzt, der detaillierte Abstandswerte in allen Ebenen erfasst. Bei der Montage sitzt der Sensor an dem Roboter, der die Scheibe am Fahrzeug einpasst. Wird die Scheibe aufgesetzt, erfasst der Scanner das komplette Profil der Scheibe und deren Umfeld, wodurch auf einen Schuss und damit in kürzester Zeit alle notwendigen Werte ermittelt werden. Eine weitere Messaufgabe betrifft den Klebeauftrag, der schon vor dem Einpassen der Scheibe erfolgte und ebenfalls durch einen Laserscanner geprüft wird. Dazu wird der Scanner direkt an dem Roboter montiert, der die Kleberaupe aufträgt. Hierbei fährt der Sensor über die Stellen, auf die der Kleber bereits aufgebracht wurde. Es wird ein 3D-Abbild der Kleberaupe erstellt, das Aufschluss darüber gibt, ob die Menge des Klebstoffs ausreicht, ob der Auftrag lückenlos erfolgt ist und ob die Kleberaupe an der richtigen Stelle angebracht wurde. Alle erfassten Messwerte werden separat gespeichert. Sollte zu einem späteren Zeitpunkt ein Fehler im Prozess auftreten, kann zur Fehleranalyse auf diese Messwerte zurückgegriffen werden. Die Stärken des ScanControl-Laserscanners liegen in seiner kompakten Bauweise. Die komplette Elektronik ist im Sensorkopf untergebracht, was ihn für die Montage am Roboter prädestiniert. Dank der robotertauglichen Verkabelung ist der Sensor für die extremen Dreh- und Torsionsbewegungen am Roboterarm geeignet. Er besitzt zudem eine integrierte hochempfindliche Empfangsmatrix. Diese ermöglicht Messungen auf fast allen industriellen Materialien und ist weitestgehend unabhängig von der Oberflächenreflexion. Der Laserscanner erkennt auf einen Schuss große Messbereiche und kann durch eine Relativbewegung vom Sensor zum Messobjekt auch dreidimensionale Profile oder Abbildungen von Oberflächen vollständig bis in den Mikrometerbereich erfassen. Die Echtzeit-Qualitätskontrolle ermöglicht ein sofortiges Eingreifen in die Produktionssteuerung. Zur Auswahl stehen Laserscanner mit roter oder blauer Laserdiode. Letztere werden in der Regel erst dann eingesetzt, wenn das rote Laserlicht an seine Grenzen stößt, wie beispielsweise bei organischen oder semitransparenten Materialien oder glühenden Metallen. Bilder: popov48/Fotolia.de, Micro-Epsilon www.micro-epsilon.de 64 DER KONSTRUKTEUR 6/2018

SENSORTECHNIK ELEKTRONISCHE NASE ERKENNT UNTERSCHIEDLICHE GERÜCHE Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln in dem Projekt Smelldect eine elektronische Nase, die alltagstauglich sein soll und mögliche Gefahren wie schwelende Kabel oder verdorbene Lebensmittel früher als ein Mensch erschnuppern. „Wir haben uns die biologische Nase als Vorbild genommen“, sagt Dr. Martin Sommer, der das Projekt Smelldect am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT betreut. „Bei unserer elektronischen Nase reagieren Nanofasern auf komplexe Gasgemische – also Gerüche – und bilden Signalmuster, anhand derer der Sensor diese erkennt.“ Die elektronische Nase ist nur wenige Zentimeter groß. Sie enthält die gesamte Betriebselektronik, inklusive der Technologie zur Auswertung der Gase. Die „Nase“ besteht aus einem Sensorchip, auf dem Nanodrähte aus Zinndioxid auf vielen einzelnen Sensoren angebracht sind. Spezifische Signalmuster errechnet der Chip über die Widerstandsänderungen der Einzelsensoren. Diese hängen von den Molekülen aus der Umgebungsluft ab, sind für verschiedene Gerüche jeweils unterschiedlich – und damit charakteristisch und wiedererkennbar. Wurde dieses Muster vorher in den Chip eingelernt, kann es der Geruchssensor innerhalb von Sekunden erkennen. „Die Schwierigkeit ist, dass Geruch nicht gleich Geruch ist. Eine Rose beispielsweise riecht bei Sonnenschein anders als bei Regen“, so der Physiker. „Deshalb trainieren wir die elektronische Nase momentan für spezifische Einsatzzwecke, die aber universell wählbar sind.“ Bei der industriellen Herstellung und dem Vertrieb unterstützen die Projektpartner JVI-Elektronik und FireEater das KIT. www.kit.edu TEMPERATUR-SENSOREN FÜR SMARTE ZEITEN Gleichgültig ob vom Internet der Dinge, von Smart City, Smart Home oder sonst irgendeinem digitalisierten Smart X die Rede ist, am Anfang jeder Temperaturmessung steht ein analoger Sensor. Bei Lösungen für die vielschichtigen Anforderungen smarter Entwicklungen helfen am besten entsprechend smarte Distributoren. Es geht nicht um Bauelemente aus dem Katalog, sondern um die Ausrüstung eines Messpunkts, angefangen beim geeigneten Sensor-Element, einem langlebigen Aufbau bis hin zur passgenauen Anschlusstechnik. Die erste Wahl zur hochgenauen und langzeitstabilen Messung von Temperatur sind Platin-Widerstandsmesselemente. Die in Mannheim ansässige Delta-R GmbH bietet allein in dieser Produktlinie über 850 Typen unterschiedlicher Hersteller ab Lager. Zu den Spezialitäten gehören SMD-Bauformen mit hoher Genauigkeit (F0,1). Zusätzlich ist ein breites Angebot an NTCs, PTCs und noch KTY-Typen im Portfolio. Wenn das noch nicht ausreichen sollte, stehen hochpräzise Maschinen und Technologien mit erfahrenen Fachkräften zur Herstellung von Modifikationen oder ganz individuell miniaturisierten Sensorlösungen bereit. Schweißen, Löten, Crimpen, Vergießen, Rollieren – Formprüfung, Funktionsprüfung, Isolationsprüfung – Lieferung auf Wunsch mit Werkszeugnis – das volle Programm. www.delta-r.de DER MENSCHLICHE KÖRPER ALS MULTI-TOUCH-OBERFLÄCHE Sie ähneln hauchdünnen Pflastern, ihre Form ist frei wählbar und sie funktionieren an jeder Körperstelle. Mit solchen Sensoren auf der Haut lassen sich mobile Geräte wie Smartphone und Smartwatch intuitiver und diskreter bedienen als das bisher der Fall war. Informatiker an der Universität des Saarlandes haben Sensoren entwickelt, die es erlauben, Berührungen auf dem Körper sehr genau und von gleich mehreren Fingern zu erfassen. Ihre Prototypen haben die Forscher erfolgreich in vier unterschiedlichen Anwendungen getestet. Der Sensor namens Multi-Touch Skin ähnelt im Aufbau einem Touchdisplay, wie man es von Smartphones kennt. Zwei Elektrodenschichten, jeweils in Spalten und Zeilen angeordnet, bilden übereinander positioniert eine Art Koordinatensystem, an dessen Kreuzungspunkten ständig die elektrische Kapazität gemessen wird. Diese verringert sich an der Stelle, an der die Finger den Sensor berühren, da die Finger elektrisch leiten und so die Ladung abfließen lassen. Diese Änderungen werden an allen Stellen erfasst und dadurch auch die Berührungen durch mehrere Finger erkannt. Um das Optimum zwischen Leitfähigkeit, mechanischer Robustheit und Flexibilität herauszufinden, haben die Forscher verschiedene Materialien untersucht. Werden beispielsweise die Komponenten Silber als Leiter, der Kunststoff PVC als isolierendes Material zwischen den Elektroden und der Kunststoff PET als Substrat ausgewählt, lässt sich der Sensor mit einem haushaltsüblichen Tintenstrahldrucker in weniger als einer Minute drucken. In Zukunft wollen sich die Saarbrücker Wissenschaftler darauf konzentrieren, noch fortschrittlichere Designprogramme für die Sensoren bereitzustellen und Sensoren zu entwickeln, die gleich mehrere Sinnesmodalitäten erfassen. Ihre Arbeiten zu Multi- Touch Skin wurden durch den Starting Grant „Interaktive Skin“ des Europäischen Forschungsrates (ERC) finanziert. www.uni-saarland.de DER KONSTRUKTEUR 6/2018 65