Grundlagen der Sensortechnik (induktive, optische und Ultraschallsensoren)
FB2 Stand März 2012
Prof. Hartenstein
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Labor Mechatronik
Versuch BV-2
Grundlagen der Sensortechnik
1. Versuchsgegenstand – Versuchsziel
Theoretische Grundlagen zum Versuch können aus den Unterlagen zur Vorlesung Mechatronik (Sensorik / Aktorik und der nachstehenden Literatur entnommen werden
2. Literatur
3. Versuchsvorbereitung - Kontrollfragen 1. Erläutern Sie die Wirkungsweise eines induktiven Sensors zur Messung von Drehzahlen und von axialen Abständen. 2. Wo können induktive Sensoren vorteilhaft eingesetzt werden? 3. Was versteht man unter Nennschaltabstand? 4. Worin besteht der Unterschied zwischen einer Lichtschranke und einem Lichttaster? Skizzieren und erläutern Sie die optischen Strahlengänge. 5. Was sind NAMUR Sensoren? 6. Was bedeutet der Begriff „lebender Nullpunkt, living zero“ bei Sensoren? 7. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Sensoren aus dem Bereichen Maschinenbau bzw. Fahrzeugtechnik 9. Was sind intelligente Sensoren? Zusatzfrage: Erläutern Sie die Funktionsweise eines Ultraschallsensors, wo und wozu werden sie eingesetzt?
4. Versuchsdurchführung 4.1 Impulszählung An einer rotierenden Zahnscheibe sind die Zähne der Scheibe in Impulse umzusetzen und zu zählen. 1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf der Rasterplatte entsprechend Abb. 1a und Abb. 1b auf. Als Zahnscheibe ist der Typ 1 (große Lücken) zu verwenden. 2. Prüfen Sie die Funktion bei niedriger Drehzahl. 3. Justieren Sie den Sensor (Abstand zwischen Sensor und Zahnscheibe = 7,5 mm) und ermitteln Sie die Grenzfrequenz durch Erhöhung der Drehzahl. 4. Tauschen Sie die Zahnscheibe Typ 1 gegen die Zahnscheibe Typ 2 und ermitteln Sie erneut die Grenzfrequenz. 5. Vergleichen Sie beide Werte und erläutern Sie die Unterschiede au der Basis der Sensorfunktion FB2 Stand März 2012
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4.2
Versuch BV-2
Grundlagen der Sensortechnik
Induktiver Sensor
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Abb. 2
Versuch BV-2
Induktiver Sensor
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a) Anordnung der Module b) Schaltbild
4.3 Analoge Wegmessung Der Abstand einer Bedämpfungsfahne von der Stirnfläche eines Analoggebers ist im Bereich von 0 – 14 mm zu messen und als analoges Signal (ca. 0 – 26 mA) auszugeben. 1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf der Rasterplatte entsprechend Abb. 2a und Abb. 2b auf. 2. Stellen Sie den Ausgangsstrom des Analoggebers im Messbereich von 0 – 14 mm grafisch als Funktion des Abstandes dar. 3. Erläutern Sie, welcher Bereich für die Messung sinnvoll ist.
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Versuch BV-2
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a)
b) Abb. 3 Analoge Wegmessung
a) Anordnung der Module b) Schaltbild
4.4 Nuterkennung an einem Drehteil Am Ausgang einer Bearbeitungsmaschine ist ein Drehteil auf das Vorhandensein einer Nut zu prüfen. Die Messung soll mit einem optischen Sensor (Lichttaster) realisiert werden. Während der Messung ist das Teil zu drehen. 1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf der Rasterplatte entsprechend Abb. 4a und Abb. 4b auf und prüfen Sie deren Funktion. 2. Stellen Sie die Tastweite unter Nutzung der Betriebsart „statischer Betrieb“ (d.h. keine Rotation des Objektes) ein.
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3. Weisen Sie die Funktionsweise durch Drehen des Objektes nach. Zur weiteren Bearbeitung des Drehteils ist eine genaue Positionierung der Nut erforderlich. Wählen Sie das Zubehör aus, mit dem diese Anforderung mit dem optischen Sensor realisiert werden kann. 4. Ergänzen Sie den Übungsaufbau und prüfen Sie die Funktion
4.5
Objekterkennung mit einer Reflexionslichtschranke
Für die genaue Positionierung von Weißblechdosen soll eine Reflexionslichtschranke eingesetzt werden. 1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf der Rasterplatte entsprechend Abb. 5a und Abb. 5b auf und justieren Sie den Retro-Reflektor für einen sicheren Betrieb der Reflexions-Lichtschranke. 2. Testen Sie die Funktion der Lichtschranke durch eine Unterbrechung der Lichtschranke durch unterschiedliche Materialien, z.B. Objekte in standard-weiß, matt-schwarz, schwarz glänzend und durch spiegelnde Objekte. 3. Ermitteln Sie die Maßnahmen, die notwendig sind, damit mit dem optischen Sensor auch spiegelnde Objekte erkannt werden. FB2 Stand März 2012
