Drahtlose Prozessüberwachung an Werkzeugmaschinen

RFID-Sensor erfasst Temperatur und Verformungen an Wellen und Spindeln

Werkzeugmaschinen drahtlos überwacht

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Einen draht- und batterielosen RFID-Sensor, der Temperatur und Verformungen an metallischen rotierenden Bauteilen wie Wellen oder Spindeln überwachen kann, haben Forscher am Fraunhofer IPMS in Dresden entwickelt. Eine intelligente Software sorgt dafür, dass sich das Prozessüberwachungssystem einfach in bestehende Produktionsumgebungen und Leitsysteme integrieren lässt.

Betreiber hoch automatisierter Produktionsanlagen tun gut daran, den Zustand ihrer Anlagen und Maschinen stets genau im Blick zu haben. Wer fehlerhafte Prozesse oder einen vorzeitigen Verschleiß an Werkzeugen frühzeitig feststellt, kann Schäden an Maschinen und Produktionsausfälle vermeiden und betriebliche Abläufe optimieren.

Allerdings ist die Integration von Sensoren an Wellen oder Spindeln von Werkzeugmaschinen in der Praxis häufig schwierig. „Kabel oder Batterien sind an rotierenden Bauteilen nur mit viel Aufwand integrierbar, daher eignen sich drahtlose Sensorsysteme meist besser“, erklärt Dr. Andreas Weder, Entwicklungsleiter am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS).

RFID-Sensoren zählen zu solchen drahtlosen Sensor-Systemen. Hier wird, die aus der RFID-Technologie bekannte drahtlose Daten- und Energieübertragungstechnik von Lesegerät zu Sensor ausgenutzt. Das Lesegerät speist den Sensor mit Energie, um die Messung durchzuführen und anschließend die Messwerte zu übertragen. „Wer die Auto-ID-Technologie RFID kennt, weiß, dass die drahtlose Übertragung von Sensortransponder zu Lesegerät in metallischen Umgebungen eine besondere Herausforderung ist, da Metall elektromagnetische Wellen teilweise in ungewollter Weise reflektiert und die notwendige Energie so nicht am Sensor ankommt“, erklärt Weder. „Durch eine spezielle Antennengeometrie, konnten wir diesen Effekt ausgleichen. Gleichzeitig haben wir den Sensortransponder an die Bauform der Welle angepasst.“

Mit intelligenten Softwarelösungen ist auch die Integration in bestehende Produktionsumgebungen und die Anbindung an vorhandene Leitsysteme einfach zu realisieren. „Für die erfolgreiche Systemintegration von drahtlosen RFID-Sensor-Systemen ist oft umfängliches Know-how von ASIC- und Antennendesign über die Sensortag-Entwicklung bis hin zur Sensor-, System- und Cloud-Integration notwendig“, erläutert Weder. „Eine Middleware, der sogenannte RFID-OPC-UA-AutoID-Server (ROAD-Server), setzt die OPC-UA AutoID-Companion-Spezifikation entsprechend für RFID-Sensor-Komponenten um und ermöglicht damit eine herstellerunabhängige, standardkonforme Kommunikation für die industrielle Automatisierung. So lassen sich beliebige Lesegeräte, Identifikations- und Sensor-Transponder in den verschiedenen Frequenzbereichen (LF, HF, UHF und NFC) und von verschiedenen Herstellern einheitlich ansprechen.“

Fraunhofer IPMS
www.ipms.fraunhofer.de


Mustersysteme auf der Messe

Wer sich für die RFID-Sensor-Module des Fraunhofer IPMS interessiert, kann sich der Fachmesse für eingebettete Systeme Embedded World vom 27. Februar bis 1. März 2018 in Nürnberg ein Bild machen. Die Entwickler präsentieren mit unterschiedlichen Sensoren bestückte Mustersysteme und beraten bei der Implementierung von RFID-Sensor-Systemen. Zu finden ist die Ausstellung in Halle 3 am Stand 123 (www.embedded-world.de).

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