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Funksignale aus der Deckenbeleuchtung für die vernetzte Produktion

Die herkömmliche Funkkommunikation im Produktionsumfeld ist oft problematisch, da Wlan und Bluetooth nur eine begrenzte Bandbreite bieten. Dennoch müssen zahlreiche Komponenten wie Sensoren und Roboter drahtlos miteinander vernetzt werden. Ein Forscherteam am Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo arbeitet gemeinsam mit der Technischen Hochschule OWL an Lösungen für dieses Problem: Künftig sollen Maschinen in Fabrikhallen über Lichtimpulse miteinander kommunizieren. Das ist zwar keine neue Technologie, es gilt jedoch, sie für die Industrie weiterzuentwickeln.

Bild: Fraunhofer IOSB-INABild: Fraunhofer IOSB-INA

Im Produktionsumfeld kommunizieren Komponenten miteinander und tauschen Daten aus. Können diese nicht per Kabel verbunden werden, kommen drahtlose Verbindungen zum Einsatz. WLAN und Bluetooth bieten jedoch nur eine begrenzte Bandbreite. Zwar wird die 5G-Technologie dieses Problem vermindern, jedoch können etwaige Probleme auch lizenzfrei und effektiver angegangen werden. Daran forscht ein Team am Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo, Institutsteil für industrielle Automation des Fraunhofer Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, im Projekt 'Visible Light in der Produktion'. Sie nutzen das sichtbare Spektrum des Lichts für die drahtlose Datenübertragung - die Visible Light Communication (VLC). "Das Lichtspektrum ist etwa 4.000 Mal größer als das gesamte verfügbare Funkspektrum, es reicht von 380 bis zu 800 Nanometern Wellenlänge", sagt Daniel Schneider, Wissenschaftler am Fraunhofer IOSB-INA. In einigen Bereichen kommt VLC bereits zum Einsatz. In Fabrikhallen sind die Hürden für die Kommunikationstechnologie aufgrund der besonderen Störfaktoren jedoch hoch bzw. noch nicht ausreichend erforscht. "Entscheidend ist, dass wir ein System etablieren können, das sich gegen möglichst viele Störungen als widerstandsfähig erweist", so Schneider. Zuverlässig ist ein solches System dann, wenn Abdeckungsprobleme durch Wände, metallische Gegenstände, Maschinen und andere Störsignale überwunden werden können. "Künstliche Lichtquellen, Abschattungen und Reflektionen können die Datenübertragung per Licht beeinflussen. Inwiefern, in welchen Bereichen und Höhen sie das tun, haben wir in Zusammenarbeit mit fünf Unternehmen aus der Industrie im Rahmen einer Messkampagne untersucht." Für die Tests wurde u.a. ein Spektrometer verwendet, das um zwei Achsen drehbar ist und die Störquellenverteilung im Raum misst. Im Fokus der Messkampagne standen dabei drei Einflussgrößen: Umgebungslichtquellen, Partikel und Umgebungsreflektionen. Letztere bezeichnen die Experten auch als Mehrwegeausbreitung. Die Tests ergaben, dass Staubpartikel kein Problem für optische Signale darstellen. Personen und Fahrzeuge, die sich mit 0,2m/s langsam bewegen, beeinträchtigen die Qualität des Signals ebenso wenig. Umgebungslichtquellen hingegen beeinflussen das gesamte optische Spektrum. Insgesamt zehn Modelle haben die Projektpartner identifiziert, auf deren Lichtverhältnisse VLC-Systeme reagieren. Basierend auf den Messergebnissen entwickeln Schneider und sein Team umgebungsadaptive VLC-Systeme für den industriellen Einsatz. Im Vergleich zu WLAN bietet VLC nicht nur größere Bandbreiten, sondern bietet auch größere Datensicherheit, da das Licht die Fabrikhalle nicht verlässt, wie etwa ein Funksignal. Zudem lassen sich mehr als 1.000 Geräte per VLC drahtlos vernetzen.

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik

Dieser Artikel erschien in IT&Production 3 (April) 2020 - 07.04.20.
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