Kanten, Mitte und Spalt inline positionieren und messen

Manchmal ist nicht das Maß eines Bauteils gefragt, sondern sein Ort. Wo verläuft die Kante der Folie gerade jetzt? Wo liegt die Mitte einer Welle, von der aus gemessen werden soll? Wie breit ist der Spalt zwischen zwei gefügten Teilen? In diesen Fällen wird die Position einer Kante, einer Mittellinie oder eines Spalts zur eigentlichen Kerngröße, häufig bei laufendem Prozess und mit hoher Geschwindigkeit. Dieser Leitfaden zeigt, wie sich Kanten-, Mitten- und Spaltposition inline erfassen lassen, welche Sensorik bei glänzenden und transparenten Materialien trägt und wie der Positionswert als Stell- oder Prüfsignal in die Anlage zurückfließt.

Wichtige Punkte im Überblick

Nicht das Maß eines Bauteils ist gefragt, sondern sein Ort: die Position einer Kante, einer Mittenlinie oder eines Spalts wird zur Kerngröße, oft inline bei hoher Geschwindigkeit.
Bei der Bahnkantenregelung erfasst ein höhenmessender Ansatz die Kante als Höhensprung unabhängig von der Farbe dunkler oder transparenter Folien und gibt die Abweichung in dokumentierten Anwendungen über rund 100 mm als Stellsignal an die Regelachse aus.
Die Mitte wird meist aus zwei synchron erfassten Rändern berechnet und dient als beweglicher Nullbezug, damit der Messwert auch bei ungleicher Zuführung stabil bleibt.
Spalt und Versatz sind zugleich Prüf- und Positionsgrößen mit Genauigkeiten vom Zehntel- bis in den Hundertstelbereich, in der Praxis von einer X-Positionierung bis auf 1 mm bis zur Profilposition um rund ±0,05 mm.
Die Sensorwahl richtet sich nach Material, Geschwindigkeit und Genauigkeit: ein Laser-Profilsensor für Kanten an Bahnware, ein konfokaler Wegmesssensor für transparente Teile und ein Laser-Wegmesssensor für die schnelle Punktmessung.

Wo Kanten-, Mitten- und Spaltposition zur Kerngröße werden

In der Anwendungspraxis tauchen diese Aufgaben in sehr unterschiedlichen Zusammenhängen auf, folgen aber einem gemeinsamen Muster. Bei Bahnware wie Folie, Antirutschmaterial oder Gewebe muss die Kante der laufenden Bahn kontinuierlich verfolgt werden. An extrudierten Profilen und Schienen, etwa Schiebedachschienen oder Einstiegsleisten, ist die genaue Kanten- oder X-Position gefragt. Bei Kurbelwellen und ähnlichen Teilen wird zuerst die Mitte gesucht, bevor überhaupt gemessen werden kann. Und an Fügungen entscheidet das Spaltmaß über Dichtheit und Funktion.

Der gemeinsame Nenner ist, dass nicht ein klassisches Maß wie Länge oder Durchmesser gesucht wird, sondern der Ort eines Merkmals. Damit unterscheidet sich diese Aufgabe von der reinen Bauteilprüfung und ebenso von der Positionsübergabe an einen Roboter. Der ausgegebene Wert ist eine Position, die entweder geprüft oder aktiv geregelt wird.

Bahnkantenregelung: Kantenposition bei laufender Folie und schwierigen Oberflächen

Die Bahnkantenregelung ist der klassische Fall der kontinuierlichen Positionsmessung. Die Kante der laufenden Bahn wird erfasst, ihre Abweichung von der Solllage berechnet und als Stellsignal an eine Regelachse übergeben, die die Bahn wieder mittig führt. In dokumentierten Anwendungen wird die Kantenabweichung über einen Bereich von rund 100 mm mit einer Schrittweite im Bereich eines halben Millimeters erfasst.

Die eigentliche Schwierigkeit liegt im Material. Dunkle und schwarze Folien liefern einer klassischen Kantenlichtschranke kaum Kontrast, transparente Materialien lassen sich im Durchlicht schlecht erfassen, und hohe Bahngeschwindigkeiten verlangen eine schnelle, sichere Messung. Eine reine Kantenlichtschranke stößt hier an ihre Grenzen.

Ein höhenmessender Ansatz umgeht das Kontrastproblem. Statt Hell gegen Dunkel auszuwerten, erkennt ein Laserprofil die Kante als Sprung in der Höhe, unabhängig von der Farbe der Folie. Der Positionswert geht anschließend als Stellsignal an die Wickel- oder Regelachse, die die Bahn korrigiert.

Mitte finden und referenzieren: Mittenposition als Bezug für Folgemessungen

Häufig ist die Mitte kein Selbstzweck, sondern der Nullbezug für eine anschließende Messung. Bei einem außermittig zugeführten Teil wird zuerst die Mitte bestimmt, um von dort in beide Richtungen zu messen. Erst mit diesem Bezug ergeben Längen- und Konturmessungen einen verlässlichen Wert.

Ein typisches Beispiel ist die Mittenfindung an einer Welle vor einer Längenmessung. Ohne den Mittenbezug wandert der Messwert mit der Zuführlage des Teils, mit Mittenbezug hingegen bleibt er stabil, auch wenn das Teil nicht exakt gleich einläuft. Die Mittenposition wirkt damit wie ein bewegliches Koordinatensystem, das sich an jedem Teil neu ausrichtet.

Für solche Aufgaben lohnt sich oft die Kombination mehrerer Messköpfe, die synchron erfassen. Zwei Köpfe an den Rändern eines Teils liefern gemeinsam die Mitte, ein weiterer misst von dort das gesuchte Maß. Die zeitgleiche Erfassung ist wichtig, damit sich Bewegung oder Vibration nicht als Fehler in die Mittenlage einrechnen.

Spalt und Versatz messen: Fügespalt, Abbrandreserve und Positionsabweichung

Spalt und Versatz sind zugleich Prüf- und Positionsgrößen. Der Fügespalt zwischen zwei Teilen entscheidet über Dichtheit und Festigkeit, eine Abbrandreserve muss vor einem Schweiß- oder Trennprozess ausreichend groß sein, und die Positionsabweichung zweier Teile zueinander zeigt, ob die Fügung stimmt.

Die geforderten Genauigkeiten reichen dabei vom Zehntel- bis in den Hundertstelbereich, je nach Funktion des Spalts. Für die Positionierung eines Profils zeigt die Praxis auch gröbere Anforderungen, etwa eine X-Positionierung bis auf 1 mm, während die Profilposition selbst mit rund ±0,05 mm erfasst werden kann. Wichtig ist, die geforderte Genauigkeit aus der Funktion abzuleiten, statt pauschal das Feinste zu spezifizieren, was messbar wäre.

Da Spalt und Versatz meist Höhen- und Konturmerkmale sind, ist eine profil- oder wegmessende Erfassung hier oft treffsicherer als ein reines Grauwertbild, das Kanten in engen Spalten nur schwer sicher auflöst.

Sensorwahl: Laserprofil, konfokal oder Laser-Wegmessung

Die passende Technik richtet sich nach Material, Geschwindigkeit und geforderter Genauigkeit.

2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000: geeignet für Kanten- und Höhenposition an Profilen und Bahnware. Er erfasst ein Höhenprofil quer zur Bewegung und findet Kanten unabhängig vom Kontrast, was ihn für dunkle Folien und strukturierte Oberflächen prädestiniert.
Konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000: geeignet für transparente und spiegelnde Materialien, an denen laser- oder bildbasierte Verfahren an ihre Grenzen kommen. Das konfokale Prinzip misst auch an Glas, klaren Folien und glänzenden Oberflächen stabil.
Laser-Wegmesssensor der Modellreihe LK-G5000: geeignet für die schnelle Weg- und Positionsmessung an einem Punkt, etwa zur Erfassung einer Kanten- oder Spaltlage bei hoher Taktzahl.
High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G: geeignet, wenn Kante und Mitte im Bild sicher abbildbar sind und zusätzliche Prüfmerkmale mit erfasst werden sollen. Bildbasierte Kanten- und Mittenwerkzeuge liefern hier die nötige Flexibilität.

Welcher Sensor trägt, entscheidet sich am realen Material. Eine glänzende oder transparente Oberfläche kann ein Verfahren scheitern lassen, das an einem matten Teil mühelos funktioniert.

Anbindung und Regelung: Positionswert als Stell- oder Prüfsignal übergeben

Am Ende steht die Übergabe des Positionswerts. Im Maschinenbau sind Profinet, EtherNet/IP und digitale I/Os die üblichen Schnittstellen, in der Bahnware kommt zudem ein Feldbus wie Powerlink vor. Über sie fließt der Wert entweder als Prüfsignal oder als Stellgröße zurück in die Anlage.

Hier lohnt eine klare Unterscheidung. Bei der reinen Prüfung wird die Position gemessen und gegen eine Toleranz bewertet, das Ergebnis ist eine Aussage über gut oder schlecht. Bei der aktiven Regelung fließt der Positionswert kontinuierlich in einen Regelkreis, der eine Achse nachführt, etwa bei der Bahnkantenregelung. Beide Fälle nutzen dieselbe Messung, stellen aber unterschiedliche Anforderungen an Geschwindigkeit und Wiederholrate.

Für die Integration in eine Bestandsanlage gilt dasselbe wie bei anderen Positionieraufgaben. Ob der Maschinenbauer selbst integriert oder ein externer Integrator die Umsetzung übernimmt, sollte früh geklärt sein, ebenso die Frage, ob die Signale in eine vorhandene Steuerung passen oder eine direkte Verbindung nötig ist.

Häufige Fragen

F Wie misst man die Kantenposition einer laufenden Folie?

Ein höhenmessender Sensor erkennt die Kante als Sprung im Höhenprofil und ist damit unabhängig von der Farbe der Folie. Die Abweichung von der Solllage wird berechnet und als Stellsignal an eine Regelachse übergeben, die die Bahn wieder mittig führt. In dokumentierten Anwendungen wird die Kantenabweichung über einen Bereich von rund 100 mm erfasst.

F Warum scheitern klassische Kantenlichtschranken an dunklen Folien?

Eine Kantenlichtschranke wertet den Hell-Dunkel-Kontrast an der Kante aus. Bei dunklen oder schwarzen Folien fehlt dieser Kontrast, bei transparenten Materialien ist die Kante im Durchlicht kaum zu erkennen. Ein Laserprofil, das die Kante als Höhensprung erkennt, umgeht dieses Problem, da es nicht auf den Farbkontrast angewiesen ist.

F Wie findet ein Sensor die Mitte eines Bauteils?

Die Mitte wird meist aus zwei erfassten Rändern berechnet, häufig mit mehreren synchron messenden Köpfen. Sie dient anschließend als Nullbezug, von dem aus in beide Richtungen gemessen wird. So bleibt der Messwert stabil, auch wenn das Teil nicht exakt gleich zugeführt wird, da sich der Bezug an jedem Teil neu ausrichtet.

F Welche Genauigkeit ist bei Spalt- und Positionsmessung erreichbar?

Die Anforderungen reichen vom Zehntel- bis in den Hundertstelbereich, je nach Funktion. In der Praxis kommt sowohl eine gröbere X-Positionierung bis auf 1 mm vor als auch eine Profilposition im Bereich von rund ±0,05 mm. Die geforderte Genauigkeit sollte aus der Funktion abgeleitet und am realen Material im Test verifiziert werden.

F Welcher Sensor eignet sich für transparente oder glänzende Teile?

Für transparente und spiegelnde Materialien ist der konfokale Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 gut geeignet, da das konfokale Prinzip auch an Glas und klaren Folien stabil misst. Für Kanten- und Höhenposition an Profilen und Bahnware bietet sich der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 an, für schnelle Wegmessung an einem Punkt der Laser-Wegmesssensor der Modellreihe LK-G5000.

F Was ist der Unterschied zwischen Positionsprüfung und Positionsregelung?

Bei der Prüfung wird die Position gemessen und gegen eine Toleranz bewertet, das Ergebnis ist eine Gut-Schlecht-Aussage. Bei der Regelung fließt der Positionswert kontinuierlich in einen Regelkreis, der eine Achse nachführt, wie bei der Bahnkantenregelung. Beide nutzen dieselbe Messung, die Regelung stellt jedoch höhere Anforderungen an Geschwindigkeit und Wiederholrate.

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