optischer Sensor und Temperatur Messsystem

[Naomi]

Hallo zusammen,

ich habe zwei Fragen an euch und hoffe ihr könnt mir hierbei weiterhelfen? Recherchen und bisherige Anfragen bei Herstellern waren bisher leider erfolglos.

1. Ich brauche einen optischen Sensor und eine zugehörige Software um an einer Innenwand einer Bohrung eine seitliche Bohrung zu detektieren, d.h. die Position soll erfasst werden. Es wird ein Bolzen in eine Bohrung mit einem Roboter gefügt, sodass die Winkelposition erforderlich ist.

Randbedingungen:
- optischer Sensor der etwa 500°C aushält
- optischer Sensor der klein ist -> die Bohrungen sind 16 bis 45 mm groß
- Schnittstelle zu einem Roboter soll vorhanden sein

2. Ich benötige eine Temperatur Messsystem um sehr niedrige und sehr hohe Temperaturen messen zu können.
Beim ersten Fall soll die Temperatur von einem Bauteil, welches sich in einem Stickstoff befindet, erfasst werden. (Temperatur von minus 195°C)

Randbedingungen:
- es sollte ein berührungslose Messung durchgeführt werden (Infrarot Messung z.B?)
- Das heißt es sollte durch ein Fluid gemessen werden.
- Bauteil ist aus Stahl
- Schnittstelle zum Roboter

Beim zweiten Fall soll die Temperatur von einem Bauteil gemessen werden, dass auf dem Tisch positioniert ist. (Temperatur von 485°C)

Randbedingungen:
- es sollte ein berührungslose Messung durchgeführt werden (Infrarot Messung z.B?)
- Bauteil ist aus Stahl
- Schnittstelle zum Roboter

Vielen Dank jetzt schon mal für jegliche Anmerkungen und Ideen!

Liebe Grüße,
Naomi

[Mxt]

Hallo,

ich denke die ersten beiden Fälle werden teuer. Wohlmöglich werden das Sonderanfertigungen.

Zu 1: Die Firma Keyence hat optische Sensoren mit Lichtleitern. Nicht der Sensor, aber die Lichtleiter vorne dran, halten 350 Grad aus. Sowas muss jemand für 500 Grad bauen.

Zu 2a: Braucht eventuell einen Infrarotsensor, der selbst Stickstoffgekühlt ist.

2b ist einfach
http://www.micro-epsilon.de/temperature-sensors/index.html

[Naomi]

Hallo Mtx,

vielen Dank schon mal für deine Antwort!
Ich weiß bzw. ich befürchte ebenfalls das Sonderlösungen entwickelt werden müssen.
Allerdings findet man hierzu keine Hersteller, die das anbieten... Hast du vllt eine Idee, an wen man sich da wenden könnte?

Gruß,
Naomi

[Mxt]

Also bei Punkt 1 bin ich wirklich überfragt.

Aber die bereits genannte Firma Micro Epsilon bietet ja auch Abstandssensoren an. Ich würde einfach mal alle drei Punkte anfragen. Zumindest zu der Kältegeschichte wird ein Hersteller von Infrarotkameras wissen, was man da brauchen würde.

[Peter(TOO)]

Hallo Naomi,

1. Ich brauche einen optischen Sensor und eine zugehörige Software um an einer Innenwand einer Bohrung eine seitliche Bohrung zu detektieren, d.h. die Position soll erfasst werden. Es wird ein Bolzen in eine Bohrung mit einem Roboter gefügt, sodass die Winkelposition erforderlich ist.

Randbedingungen:
- optischer Sensor der etwa 500°C aushält
- optischer Sensor der klein ist -> die Bohrungen sind 16 bis 45 mm groß
- Schnittstelle zu einem Roboter soll vorhanden sein

Naja, ganz fertig wirst du das nicht bekommen.

Aber was spricht gegen einen 45°-Spiegel, welcher in die Bohrung eingeführt wird und einer Laser-Lichtschranke?
Dann könnte man die ganze Elektronik weit weg vom heissen Bauteil platzieren.

Man wird aber einiges an Aufwand zu Kühlung aufwenden müssen, Schon die Strahlungswärme ist da erheblich.
Allerdings schreibst du nicht zu diesen Bedingungen.
Hat nur das Bauteil 500°C oder die ganze Umgebung, weil z.B. in einem Ofen gemessen werden muss?

:confused::confused:Fragen über Fragen:confused::confused:

MfG Peter(TOO)

[i_make_it]

Hm, 500°C, -196°C der Bolzen soll wohl durch einschrumpfen kaltverschweißt werden.

Wenn das Bauteil mit der Bohrung auf 500°C vorgewärmt wird, muß nicht unbedingt der optische Sensor 500°C aushalten sondern nur seine Optik die in die Bohrung muß.
Da würde ich eine Faseroptik nach dem Prinzip des Endoskops vorschlagen.
Um optische Verzerrungen durch die Temperatur zu vermeiden, wird das Glas wohl schon nicht ganz billig.
Ich kenn da jetzt nur Zerodur, was eine Glaskeramik ist die aus einem Glas mit positivem und einem mit negativem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht.
Wird halt für Messtische und Glasendmaße benutzt.
Ob es das für Faseroptiken gibt, müsste man mal bei Schott nachfragen.
Da die ein ziemlicher Glasspezialist sind, würde ich da und bei Zeiss mal nachfragen.
Bei berührungsloser Temperaturmessung im Bereich von -196°C, kann man sagen "klar das Geht" ist nur verdammt teuer.
Die Hintergrundstrahlung des Universums hat man ja auch durch Wärmeunterschiede festgestellt.
Und da ist die Temperatur 2,725K.
Bei flüssigem Stickstoff sind es immerhin 77,15K (-196°C)

Wenn das Bauteil in in den flüssigen Stickstoff eingetaucht wird, muß man aber nicht dessen Temperatur messen.
Wenn es aufhört zu blubbern, hat es die -196°C erreicht, denn dann verdampft kein Stickstoff mehr.
Solange dich der Stickstoff nicht in einem Druckgefäs befindet, wird die Temperatur auch nicht großartig tiefer gehen. Da die Umgebung ja deutlich wärmer ist.

[Naomi]

Hallo Peter,

danke schon mal für deine Antwort!

- Zum einen wird ein Bauteil, das zu Beginn eine Temperatur von etwa 20°C aufweist auf diese besagten -196°C abgekühlt. (mit Stickstoff)
Die Bauteile befinden sich in einem einfachen Behälter. Hier wird der Stickstoff dazu geschüttet.

- Zum anderen wird ein Bauteil, dass ebenfalls eine Temperatur von 20°C zunächst aufweist auf 485°C erwärmt. Dieses Bauteil weist eine Eigenheizung auf und befindet sich definiert gelagert auf einem einfachen Tisch.

Es sind zwei parallel laufenden Prozesse.
Nach dem die Temperaturen erreicht sind, wird das abgekühlte Bauteil in die heiße Bohrung gefügt. (Press Sitz zwischen Bolzen und Bohrung)
Die Prozesse laufen in einem "normalen" Raum statt (Umgebungstemperatur). Es wirken keinen besonderen Umweltbedingungen.


Wie genau soll das mit dem 45°C Spiegel funktionieren und der Lichtschranke?
Danke.

Gruß,
Naomi

- - - Aktualisiert - - -

Hallo i_make_it,

vielen Dank für deine Antwort!

Bezüglich deiner Aussage zur Messung der -196°C hast du genau den Ansatz genannt, der bereits jetzt verwendet wird.
Die optische Betrachtung "Blubbern" des Stickstoffs ist tatsächlich eine Möglichkeit zu sagen, wann das Bauteil diese -196°C erreicht hat.

Allerdings soll zum Roboter eine Schnittstelle bzw. ein Signal abgegeben werden, dass diese Temperatur erreicht ist. Zudem ist die optische Erfassung nicht wirklich genau und basierend auf das subjektive Empfinden...

Danke für die genannten Hersteller, dass werde ich definitiv mal dort versuchen. :)

Gruß,
Naomi

[Ceos]

ich plauder mal ausm Nähkästchen unserer Produktionsstraße
das abwiegen von Vergußmasse mittels Waage ist aufwändig und bei teils unvermeidbaren Tropfresten auf der Waage müsste jedes mal die Waage neu Tariert/gereinigt werden, zumal man das Nachlaufen mit einrechnen muss

Es ist billiger und einfacher nach Zeit zu vergießen wenn der Durchfluß einigermaßen konstant ist, ist auch die Schätzung nach Zeit relativ konstant!

Beim abkühlen des Bolzen gelten auch immer die gleichen physikalischen Gesetze, der Stickstoff im flüssigen Zustand hat eine quasi konstante Temperatur und auch der Bolzen hat eine definierte Temperatur beim einlegen, daraus ergibt sich einer fast immer gleiche Abkühlzeit die einmal ermittelt und dann einprogrammiert wird. Das aufheizen ist einfacher zu messen, zumal man bedenken sollte, dass feutche Luft mehr Wärme aus dem aufgeheizten Bauteil ziehen kann als Trockene, da lohnt sich ein messen also!

[Peter(TOO)]

Hallo Naomi

Die Frage ist, wieso man das kompliziert machen muss?

Das Loch könnte man bei Raumtemperatur vermessen, wenn das Werkstück während des Aufheizens nicht verlagert wird.
Zudem hat man dann auch keine Probleme mit dem Hitze-Flimmern, welches bei 500°C die Messung stört.

Die Temperatur im flüssigen Stickstoff geht als "Blubbermessung" der Oberfläche.
Ein schräg auftreffender Lichtstrahl wird normal reflektiert, wenn die Oberfläche ruhig ist. So lange es blubbert wird er in alle Richtungen abgelenkt.
Misst man die Zeit in welcher der Lichtstrahl auf einen Sensor trifft und diejenige in welcher er daneben liegt, hat man ein Mass für den Blubberindex.
Das kann man Problemlos mit normaler Technik bei Raumtemperatur umsetzen.


Wie genau soll das mit dem 45°C Spiegel funktionieren und der Lichtschranke?
Es gibt optische Sensoren, welche Abstände messen können.
Nun willst du nicht die Tiefe der Bohrung, sondern die Position der Querbohrung finden.
Mit einem 45°-Spiegel in der Bohrung, kannst du die Bohrwand betrachten.
Den Spiegel mach man dann verfahrbar mit Positionsbestimmung. Wenn man den Spiegel auch noch drehbar lagert kann man die ganze Bohrwandung abtasten.
Hitzefest muss dann nur der Spiegel und die Aufhängung im Bohrloch sein. Alles andere kann man Ausserhalb anordnen.
Wobei der "Spiegel" auch aus einem Glasstab, welcher vorne im 45°-Winkel abgeschnitten und an der seitlichen Austrittsfläche flach ist, bestehen kann.

MfG Peter(TOO)

[Naomi]

Hallo Ceos,

danke dir für die Antwort!

Ja, die Berechnung der Abkühlzeit ist eine Alternative die ich eh in Betracht ziehen würde. Ist meiner Meinung nach auch die einfachste und kostengünstigste Lösung.
Ich wollte mich nur mal informieren bzw. recherchieren ob eine kommerzielle Lösung vorhanden ist auf dem Markt.
Dann decken sich meine bisherigen Recherchen mit den Kommentaren hier im Forum! :)

Gruß,
Nhi

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Peter,

ja da hast du recht wie schon ceos, dass man das unnötig verkomplizieren kann.
Das mit dem Blubberindex ist auch keine schlechte Anmerkung. Einfach und günstig.

Das andere muss ich mir mal durch den Kopf gehen lassen.

Danke dir!

Gruß,
Naomi

[i_make_it]

Das Problem ist, das die Wellenlänge der Wärmestrahlung abhängig ist von der Temperatur.
bei 77Kelvin liegst du im Mikrowellenbereich.
0°C sind glaube ich rund 8µm.

Habe grade mal durchgerechnet.
-195°C bis 485°C = 680K
Stahl 0,012mm/K/m
0,012mm/K/m * 680K = 8,16mm/m
8,16mm/m /1000mm *45mm = 0,3672mm
Das gibt eine ganz schöne Spannung auf das äußere Bauteil.

Eine Meßmetode für die Abkühlung wäre die (Stickstoff) Dampfmenge zu messen.
Also ein Deckel der nach dem Einlegen geschlossen wird und der möglichst dicht abschließt.
Dann ein Abzug mit einem Flowmeter für Gas.
Sobald der Durchfluß unter einen bestimmten Grenzwert fällt, kann man davon ausgehen, daß das Teil den Stickstoff nicht mehr zum Kochen bringt.
Noch ein Schwimmerschalter um sicherzustellen, das der Stickstoffspielgel nicht zu weit abfällt und man käme der Sache nahe ohne mit einem Westentaschen Radioteleskop hantieren zu müssen.

[Peter(TOO)]

Hallo Naomi,

Ja, die Berechnung der Abkühlzeit ist eine Alternative die ich eh in Betracht ziehen würde. Ist meiner Meinung nach auch die einfachste und kostengünstigste Lösung.
Das mit dem Blubberindex ist auch keine schlechte Anmerkung. Einfach und günstig.

Das Problem, wenn du rein über die Zeit gehst ist, dass du die Zeit für den schlechtesten Fall plus Reserve nehmen musst. Wenn etwas schief geht, merkst du es erst, wenn alles zu späht ist.

Wie auch schon geschrieben wurde muss die Temperatur gar nicht direkt gemessen werden.

Die Abkühlzeit hängt vor allem von der Masse und dem Verhältnis zur Oberfläche ab. Die Anfangstemperatur hat in diesem Fall gar keinen so grossen Einfluss.
Allerdings macht es einen Unterschied ob ein Bolzen oder mehrere gleichzeitig abgekühlt werden.
Möglicherweise spielen Sommer/Winter, der Luftdruck, erste/letzte Charge (Bei der ersten ist das System noch warm und muss zusätzlich gekühlt werden) usw. noch eine Rolle.

Mit einer Messung wie dem Blubberindex hast du die Möglichkeit Fehler zu erkennen, was mit einer reinen Zeitsteuerung nicht möglich ist. Zudem hast du immer die optimale Zeit, egal welche Parameter das System beeinflussen.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo i_make_it,


Eine Meßmetode für die Abkühlung wäre die (Stickstoff) Dampfmenge zu messen.
Also ein Deckel der nach dem Einlegen geschlossen wird und der möglichst dicht abschließt.
Dann ein Abzug mit einem Flowmeter für Gas.
Sobald der Durchfluß unter einen bestimmten Grenzwert fällt, kann man davon ausgehen, daß das Teil den Stickstoff nicht mehr zum Kochen bringt.
Noch ein Schwimmerschalter um sicherzustellen, das der Stickstoffspielgel nicht zu weit abfällt und man käme der Sache nahe ohne mit einem Westentaschen Radioteleskop hantieren zu müssen
Einen aktiven Abzug braucht es nicht, im Gefäss entsteht ein Überdruck.
Evtl. ist es billiger eine Düse zu verwenden und den Staudruck als Mass für den Durchfluss zu nehmen. Druckmesser sind recht günstig.

Ein Schwimmerschalter kämpft immer mit Vereisung, bei diesen Temperaturen nicht nur Wasser sondern auch Trockeneis.

In diesem Fall reicht ein Thermosensor wie z.B. ein PT100. Da man den PT100 nur als Schalter verwendet muss man auch nicht linearisieren. Bei <-190°C steckt der Sensor in der flüssigen Luft andernfalls in der Gasphase. In diesem Temperaturbereich hilft schon der Messstrom als zusätzliche Heizung.
Lässt sich mit ein paar Widerständen und einem Komparator leicht umsetzen.

MfG Peter(TOO)

[i_make_it]

Hallo i_make_it,
Einen aktiven Abzug braucht es nicht, im Gefäss entsteht ein Überdruck.


Ich habe ja auch nicht von einer Absaugung gesprochen sondern von einem Abzug.
Also wie der Rauchabzug am Ofen, auch Kamin oder Schornstein gemeint.
Einfach ein deffinierter Querschnitt durch den das Gas strömt.

Ein Flowmeter ist eine Düse, genaugenommen eine Ringdüse, die aus einem senkrechten nach unten kleiner werdenden kegeligen Rohr und einem Schwebeköper bestehen.
Abhängig vom Volumenstrom steigt der Schwebekörper unterschiedlich hoch.
Das ganze verbindet man noch mit einem Grenzwertschalter und fertig ist ein einfacher Schalteingang für eine Steuerung.
Bsp.:
http://www.huckauf.de/kunststoffarmaturen/online-katalog/de/4/die-messwerterfassung.html
Das Prinzip habe ich hundertfach genommen um die Prozessgase bei meinen Laserschneidanlagen zu überwachen.
Da analoge Flowmeter für Stickstoff und Sauerstoff ungleich teurer sind und die Kunden eh meist nur mit 2-3 Flußmengen gefahren sind.

So:
31884
sieht so ein Flowmeter in Industrieausführung aus.
Hier allerdings für den Kühlwasserkreislauf der Spiegelkühlung eines 12KW Lasers. (Ohne oder bei unterbrochener Kühlung leben die Spiegel nur noch ein paar Schrecksekunden auch wenn der Strahl 100mm hat, sind 12KW nicht ganz ohne)