Anwendungen auf der Basis von Ultraschall sind überall im Alltag präsent. In der Medizin, der Vorsorge in der Schwangerschaft und sogar für die Reinigung empfindlicher Oberflächen. Immer häufiger übernehmen Ultraschallsensoren auch menschliche Aufgaben. Sie detektieren Materialien und sortieren Gemenge.
Des Weiteren übernehmen sie präzise Abstandsmessungen und finden unsichtbare Defekte. Zukünftig werden Ultraschallsensoren die Mobilität revolutionieren und in autonom fahrenden Bussen und Bahnen wichtige Aufgaben übernehmen. Die Funktionsweise basiert auf einem physikalischen Prinzip, das auch in der Industrie wertvolle Arbeit leistet.
Wie funktionieren Ultraschallsensoren?
Ultraschall beschreibt hochfrequente Schallwellen, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Ultraschallsensoren senden einen Schallimpuls aus, der von Objekten reflektiert wird. Der zurückkommende Schallimpuls wird von den Sensoren aufgefangen. Über die Zeit, die das Echo benötigt, um zum Sensor zurückzukommen, wird die Distanz berechnet. Das Prinzip ist als Laufzeitmessung bekannt und ermöglicht eine präzise Abstandsermittlung – unabhängig von Farbe, Transparenz und Materialeigenschaften.
Eine weitere Anwendung für Ultraschallwellen ist die Amplituden- oder Frequenzmessung. Dabei werden Unterschiede in der Schallwelle analysiert. Es ist eine Methode, um Materialbeschaffenheit oder Bewegungen zu erkennen. Die zugrunde liegende Physik basiert auf dem Reflexionsverhalten von Schallwellen und der Doppler-Effekt, der für Geschwindigkeitsmessungen genutzt werden kann.
Praktische Anwendungen in der Industrie
Ultraschallsensoren finden in zahlreichen Industriebereichen Anwendung:
- Automatisierungstechnik: In Produktionsstraßen erkennen Sensoren Bauteile, messen Füllstände von Flüssigkeiten oder Granulaten und sorgen für präzise Positionierung von Werkstücken.
- Logistik und Lagerhaltung: Schallsensoren steuern automatisierte Lagersysteme und erfassen den Bestand in den Regalen oder Behältern.
- Qualitätskontrolle: In der Materialprüfung identifizieren Ultraschallsensoren Defekte oder inhomogene Strukturen im Inneren von Bauteilen.
- Medizintechnik: In der Medizin werden insbesondere die bildgebenden Ultraschallverfahren für die Diagnostik genutzt. Es ist eine schonende und zuverlässige Untersuchungsmethode.
Ultraschalltechnologien in autonomen Fahrzeugen
Wie jede Technologie entwickeln sich auch Ultraschallverfahren weiter. Ein besonders spannendes Feld ist die Mobilität. Autonome Busse und Bahnen sind auf präzise Sensorik angewiesen, um Hindernisse zu erkennen und sich sicher im Verkehr zu bewegen. Neben LiDAR- und Radarsystemen übernehmen auch Ultraschallsensoren wichtige Aufgaben. Ultraschall ermöglicht die zuverlässige Detektion von Personen oder Objekten in der unmittelbaren Umgebung eines Fahrzeugs, speziell bei niedrigen Geschwindigkeiten. Die Technik ist oft Teil eines Parkassistenten, wo sie vielen Nutzern bereits vertraut ist. Ultraschall arbeitet unabhängig von Lichtverhältnissen und Wetterbedingungen. Ultraschallsensoren sind daher eine zuverlässige Ergänzung für Lasersensorik oder Kameraerfassung.
Perspektiven für Ultraschall
Die kontinuierliche Verbesserung von Ultraschallsensoren ermöglicht präzisere und zuverlässigere Anwendungen mit höherer Messgenauigkeit und besserer Signalverarbeitung. Speziell in der Industrie 4.0 werden sie mit KI-gestützten Systemen kombiniert, um Prozesse weiter zu automatisieren. Künstliche Intelligenz und Machine Learning können dazu beitragen, Ultraschalldaten noch differenzierter auszuwerten und komplexe Muster in Echtzeit zu erkennen. Smarte Sensoren können die Lösung für die Industrie sein, um autonom Probleme in Produktionsprozessen zu identifizieren und Wartungsbedarfe frühzeitig zu melden.
