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Mobile Maschinen 6/2018

Mobile Maschinen 6/2018

NEIGUNGSSENSOR MIT

NEIGUNGSSENSOR MIT GYROSKOP „SAFETY MUSS IN JEDER PROGRAMMZEILE BEACHTET WERDEN“ Felix (links) und Hannwelm Steinebach standen uns Rede und Antwort 36 Mobile Maschinen 2018/06 www.mobile-maschinen.info

WEGBEREITER NEUE MOBILITÄT Die Profis für mobile Automation Im Frühjahr hat TWK-Elektronik eine Produktneuheit angekündigt, die Sensoren fusioniert. Wir haben mit Dr. Hannwelm Steinebach und Dr. Felix Steinebach, beide Geschäftsführer des Unternehmens, über die technischen Hintergründe der „Sensorfusion“ gesprochen. Dr. Hannwelm Steinebach, was kann man sich unter Sensorfusion vorstellen? H. Steinebach: Nun: Es geht um Neigungsmessung. Eine preisgünstige und dennoch gute Methode ist es, soge-nannte MEMS Sensoren dazu zu verwenden. Diese elektronischen Chips sind klein und bestehen aus elektronischen und mikromechanischen Struktuwren, das heißt, neben den üblichen mikroelektronischen Schaltkreisen sind auch mechanisch bewegliche Strukturen in den Chips vorhanden. Diese Strukturen lenken sich aus, wenn die g-Kraft der Erde auf sie einwirkt. Gleichzeitig ändern sich die von diesen Strukturen gebildeten Kapazitäten (Kondensatoren). Diese werden messtechnisch erfasst und ein Neigungswinkel wird errechnet und ausgegeben. Wenn aber nun diese MEMS Zelle noch anderen Beschleunigungen neben der Erdbeschleunigung ausgesetzt ist – sei es durch Erschütterungen oder durch Beschleunigungen in einem Fahrzeug – werden diese MEMS-Strukturen auch bewegt und ein verfälschter Neigungswert wird ausgegeben. Die angeschlossene Steuerung reagiert vielleicht falsch und es passiert ein Unglück. Welche Vorteile ergeben sich aus dieser Verbindung zweier Sensoren? F. Steinebach: Jetzt kommt das Gyroskop ins Spiel. Es ist ein Drehratensensor, ebenfalls in MEMS Technologie. Die mikromechanischen Strukturen sind aber so gestaltet, dass Winkelgeschwindigkeiten (°/s) gemessen und als Ausgangssignal ausgegeben werden. Es misst also Änderungen eines Neigungswinkels und nicht den Neigungswinkel an sich, wenn sich das MEMS- Gyroskop um die eigene oder eine verlängerte Achse dreht. Der Vorteil ist, dass die oben genannten linearen Beschleunigungen, die den Beschleunigungs-MEMS Sensor stören, das Gyroskop-MEMS Sensor nicht beeinflussen, da sie keine Drehung darstellen. Alle möglichen applikationsnahen Simulationen und Messungen bei TWK zeigen, dass das Sensor-Fusion-System exakt und sicher arbeitet. Was wären typische Einsatzgebiete für diese Art Sensor? F. Steinebach: Haupteinsatzgebiete sind mobile Maschinen: Mobilkräne, Gabelstapler, etc. Ein gutes Beispiel für die Verwendung der fusionierten Sensoren sind mobile Betonpumpen. Diese Fahrzeuge fahren zu einer Baustelle, werden ausgerichtet – das heißt, der Unterwagen wird horizontal eingestellt – und der Ausleger mit dem Rüssel wird ausgefahren. Unterwagen und Ausleger sind mit Neigungssensoren bestückt – soweit alles gut. Wenn aber nun die Betonpumpe den Beton befördert, gibt es kurze aber starke Schläge. H. Steinebach: Die auftretenden Beschleunigungen stören die Neigungsmessung. Das Signal des Gyroskops ist trotz der linearen Störbeschleunigung ‚null‘. Der Berechnungsalgorithmus erkennt daraufhin, dass es keine Neigungsänderung gibt und behält den bisherigen Neigungswert bei, der ja nun MEMS-seitig starken Schwankungen unterliegt. Sollte sich die Neigung genau zum Störzeitpunkt ändern, so gibt das Gyroskop eine Änderung in °/s aus, deren Integral nicht ‚null‘ ist. Beide Werte werden vom Kalman-Filter betrachtet und wiederum zur Generierung eines brauchbaren Neigungswertes verwendet. b-CANCubeMini • Leistungsfähige Kleinsteuerung für mobile Maschinen • 2 CAN-Bus-Schnittstellen • 11 vollparametrierbare Ein- und Ausgänge • CANopen ® - / J1939-Slave oder frei programmierbar in C b-CANCubeNano • Kleinsteuerung mit CAN und RS232 Schnittstellen • 2 Digitale Ein-/Ausgänge • Frei programmierbar in C viele weitere CAN und ISOBUS Lösungen • ISOBUS IO + CAN Gateway • Plattformunabhängiger ISOBUS Stack • Bediengeräte • Kabel uvm. Erfahren Sie mehr: Halle 7, Stand 350 Mehr unter: www.b-plus.com

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