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108 Jahresbericht 2019 Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01 Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 04/2020. 1 1 Optoelektronischer D/A-Wandler für faseroptisch übertragene Steuersignale mit angeschlossenem Lichtwellenleiter (blau). 2 »bd-4«-Sensorik und FIRE-Datenverarbeitungs- elektronik mit faseroptischem Messarm (gelb). Aufgabenstellung Absolut messende interferometrische Sensoren werden in der Fertigungsmesstechnik zur berührungslosen Erfassung geometrischer Merkmale eingesetzt. Die am Fraunhofer ILT entwickelten Sensoren verfügen über Messbereiche von bis zu 20 mm, erreichen Messgenauigkeiten unter 1 µm und arbeiten dabei mit Messfrequenzen von bis zu 80 kHz. Die fortlaufend entstehende Datenmenge von 300 MB/s muss dabei im Messtakt verarbeitet werden. Die Datenverarbeitung ist für die Regelung von Fertigungsprozessen unterbrechungs- frei und in Echtzeit durchzuführen. Vorgehensweise Zur kontinuierlichen Verarbeitung großer Datenmengen sind FPGA-Module (Field Programmable Gate Arrays) in besonderer Weise geeignet, da sich rechenintensive Operationen paralleli- sieren und damit beschleunigen lassen. Basierend auf einem Arria 10-Modul der Firma Intel hat das Fraunhofer ILT ein Schnittstellenboard mit eigener Programmierung entwickelt und im Rahmen des BMBF-geförderten FuE-Projekts INSPIRE erstmals in Betrieb genommen. Ergebnis Die Antwortverzögerungszeit zwischen einem externen Trigger- signal, das eine Messung auslöst, und der Ausgabe eines aus dem Messergebnis berechneten Steuerungssignals wurde experimentell bestimmt und beträgt 0,1 ms. Dabei konnte das Steuerungssignal am FPGA als optisches, pulscodiertes Signal mit einer effektiven Auflösung von 16 Bit über eine Strecke von 100 m übertragen und anschließend über einen DA-Wandler ausgegeben werden. Die optische Übertragung ist von Vorteil, da sie in einer industriellen Umgebung unem- pfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen ist. Anwendungsfelder Erste Anwendungen sind die Autofokussierung von Laserbearbeitungsprozessen sowie die Regelung von Kaltwalz- prozessen in der Metallverarbeitung. Für diese und weitere Anwendungsfelder, beispielsweise das Laserschweißen oder Laserauftragsschweißen, hat das Fraunhofer ILT »bd 1«- und »bd 4«-Sensoren mit ein bzw. vier unabhängigen Messarmen entwickelt. Verfügbare Messwellenlängen liegen in den Bereichen um 835 nm, 1 µm und 1,5 µm. Die diesem Bericht zugrundeliegenden FuE-Arbeiten wurden u. a. im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 13N14290 durch- geführt. Ansprechpartner Dr. Stefan Hölters Telefon +49 241 8906-436 [email protected] Prof. Reinhard Noll Telefon +49 241 8906-138 [email protected] INLINE-SENSORIK »BD-X« MIT FPGA-ELEKTRONIK ZUR ECHTZEITDATENVER- ARBEITUNG 2
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108 Jahresbericht 2019 Jahresbericht 2019 109Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.deDQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
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1 Optoelektronischer D/A-Wandler für faseroptisch
übertragene Steuersignale mit angeschlossenem
Lichtwellenleiter (blau).
2 »bd-4«-Sensorik und FIRE-Datenverarbeitungs-
elektronik mit faseroptischem Messarm (gelb).
Aufgabenstellung
Absolut messende interferometrische Sensoren werden in
der Fertigungsmesstechnik zur berührungslosen Erfassung
geometrischer Merkmale eingesetzt. Die am Fraunhofer ILT
entwickelten Sensoren verfügen über Messbereiche von bis
zu 20 mm, erreichen Messgenauigkeiten unter 1 µm und
arbeiten dabei mit Messfrequenzen von bis zu 80 kHz. Die
fortlaufend entstehende Datenmenge von 300 MB/s muss
dabei im Messtakt verarbeitet werden. Die Datenverarbeitung
ist für die Regelung von Fertigungsprozessen unterbrechungs-
frei und in Echtzeit durchzuführen.
Vorgehensweise
Zur kontinuierlichen Verarbeitung großer Datenmengen sind
FPGA-Module (Field Programmable Gate Arrays) in besonderer
Weise geeignet, da sich rechenintensive Operationen paralleli-
sieren und damit beschleunigen lassen. Basierend auf einem
Arria 10-Modul der Firma Intel hat das Fraunhofer ILT ein
Schnittstellenboard mit eigener Programmierung entwickelt
und im Rahmen des BMBF-geförderten FuE-Projekts INSPIRE
erstmals in Betrieb genommen.
Ergebnis
Die Antwortverzögerungszeit zwischen einem externen Trigger-
signal, das eine Messung auslöst, und der Ausgabe eines aus
dem Messergebnis berechneten Steuerungssignals wurde
experimentell bestimmt und beträgt 0,1 ms. Dabei konnte
das Steuerungssignal am FPGA als optisches, pulscodiertes
Signal mit einer effektiven Auflösung von 16 Bit über eine
Strecke von 100 m übertragen und anschließend über einen
DA-Wandler ausgegeben werden. Die optische Übertragung
ist von Vorteil, da sie in einer industriellen Umgebung unem-
pfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen ist.
Anwendungsfelder
Erste Anwendungen sind die Autofokussierung von
Laserbearbeitungsprozessen sowie die Regelung von Kaltwalz-
prozessen in der Metallverarbeitung. Für diese und weitere
Anwendungsfelder, beispielsweise das Laserschweißen oder
Laserauftragsschweißen, hat das Fraunhofer ILT »bd 1«- und
»bd 4«-Sensoren mit ein bzw. vier unabhängigen Messarmen
entwickelt. Verfügbare Messwellenlängen liegen in den
Bereichen um 835 nm, 1 µm und 1,5 µm.
Die diesem Bericht zugrundeliegenden FuE-Arbeiten wurden
u. a. im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und
Forschung unter dem Förderkennzeichen 13N14290 durch-
geführt.
Ansprechpartner
Dr. Stefan Hölters
Telefon +49 241 8906-436
Prof. Reinhard Noll
Telefon +49 241 8906-138
INLINE-SENSORIK »BD-X« MIT FPGA-ELEKTRONIK ZUR ECHTZEITDATENVER-ARBEITUNG
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