Intelligente optische Sensoren für Industrie-4.0-gerechte Produktionskonzepte

Die intelligenten optischen Sensoren der Baureihe BOS 21M liefern neben dem Schaltsignal über IO-Link auch Sekundär- beziehungsweise Sensor-Zustandsdaten wie zum Beispiel den Remissionsgrad, die LED-Sendeleistung oder die Sensor-Temperatur. Balluff

Intelligente Sensoren müssen Zusatzinformationen liefern wie Daten zu ihrer Lebensdauer, ihrem Belastungsniveau, Messwerte zur Schadenserkennung oder auch Umgebungsinformationen wie Temperatur, Verschmutzung oder die Güte der Ausrichtung auf das zu erkennende Objekt. Damit lassen sich dann smarte Wartungs- oder Reparaturkonzepte umsetzen, Stillstandszeiten minimieren, Produktionsausschuss vermeiden und die Anlagenverfügbarkeit erhöhen. Diesen Zusatznutzen ermöglichen die beiden optischen Sensoren der Baureihe BOS 21M von Balluff. Außerdem bieten sie eine hohe Flexibilität, denn die Sensorprinzipien können flexibel im Betrieb geändert werden, was die zuverlässige Erkennung verschiedenster Objekte ermöglicht:

• Der Multifunktions-Sensor BOS 21M ADCAP (Bild 1) arbeitet mit Rotlicht und erlaubt die Wahl zwischen vier Sensormodi: Hintergrundausblendung, energetischer Lichttaster, Reflexionslichtschranke oder Einweglichtschranke. ADCAP steht für Advanced Capabilities.
• Der hochpräzise Laser-Lichttaster BOS 21M HPL (Bild 2) bietet zwei verschiedene Modi der Hintergrundausblendung, um den Sensor bestmöglich für die Erkennungsaufgabe zu konfigurieren und die Erkennung sicherzustellen.

Diagnosefunktionen für intelligente Wartungskonzepte

Mit den Zusatzdaten der Sensoren lassen sich intelligente Wartungskonzepte realisieren und so die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöhen. So ist ein Betriebsstundenzähler integriert, ein wichtiges Hilfsmittel für eine vorausschauende Wartung. Dank cleverer Diagnoseinformationen mit aktuellen Werten der Lichtremission werden eine zunehmende Verschmutzung, eine Sensor-Dejustage, Einstellungsfehler oder andere Unregelmäßigkeiten von Beginn an erfasst. Beim Präzisions-Lasertaster BOS 21M HPL kann einerseits eine Hintergrund-Ausblendung gewählt werden, dann lernt der Sensor das Zielobjekt, oder im Hintergrund-Lernmodus lernt der Sensor den Hintergrund und detektiert das Zielobjekt im Vordergrund. Dabei wird auch der Lern-Vorgang mit einer Plausibilitätsprüfung überwacht und gegebenenfalls eine Fehlermeldung ausgegeben.

Bild 1: Der optische Multisensor BOS 21M ADCAP bietet die Wahl zwischen vier Sensormodi: Hintergrundausblendung (8 … 200 mm), energetischer Lichttaster (1 … 600 mm), Reflexionslichtschranke (bis 7 m) oder Einweglichtschranke (bis 10 m). Balluff

Die Messwerte der Lichtremission sind in vielen Anwendungen sehr hilfreich, vor allem wenn die Umgebungsbedingungen zwangsläufig zu einer Verschmutzung des Sensors führen. Diese Werte werden über IO-Link als Rohdaten zur Verfügung gestellt und ermöglichen beispielsweise Trendanalysen, um Wartungsinterwalle zu optimieren und an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Für Anlagenbetreiber ist das oft essentiell, etwa bei der Produktion von Autoreifen: Kommt das Transportband für die  – nach dem Vulkanisieren noch heißen – Reifen wegen eines verschmutzten Sensors ins Stocken, so rutschen die Reifen aufeinander. Dies führt zu Beschädigungen – die entsprechenden Reifen sind nur noch Ausschuss. Gleichzeitig kommt es zu einem Produktionsstillstand, bis das Transportband geräumt ist. Lieferfristen können schlimmstenfalls nicht oder nur zum Teil eingehalten werden. Optosensoren wie der Multifunktionssensor BOS 21M ADCAP bieten eine entsprechende Diagnosemöglichkeit und machen sich in solchen Fällen daher schnell bezahlt. Mithilfe der Lichtremissionswerte kennt der Anlagenbetreiber nämlich den Verschmutzungsgrad jedes Sensors und kann eine Reinigung veranlassen, bevor es zu einem Produktionsstillstand kommt.

Bild 2: Beim Laserpräzisions-Reflextaster BOS 21M HPL kann der Anwender zwischen verschiedenen Modi der Hintergrundausblendung wählen. Der Tastabstand liegt zwischen 30 und 200 mm. Balluff

In puncto Betriebssicherheit leisten die intelligenten optischen Sensoren noch mehr. So wird bei dem Multifunktionssensor erstmals auch die Leistung der Sende-LED direkt überwacht. Das Messergebnis wird durch eine dreistufige „Ampel“ (grün, gelb, rot) leicht verständlich dargestellt. Eine sich anbahnende Funktionsschwäche beziehungsweise Fehlfunktion durch die Alterung der LED lässt sich so frühzeitig erkennen. Der Anlagenbetreiber kann dadurch einen überraschenden Maschinenstillstand vermeiden.

Signal-Vorverarbeitung im Sensor

Außerdem tragen die beiden intelligenten Sensoren dazu bei, die übergeordnete Steuerung zu entlasten und gleichzeitig den Datenverkehr auf dem Feldbus zu reduzieren. Bei beiden Sensoren werden die Detektionssignale schon im Sensor vorverarbeitet. Eine integrierte Zählfunktion bietet mehrere Zähl- und Rücksetzmöglichkeiten für verschiedenste Anwendungen. Diese dezentrale Sensorintelligenz sorgt für schnelle Prozesse unabhängig von der IO-Link Datenübertragungsgeschwindigkeit.

Bild 3. Der Funktionsumfang des optischen Multifunktionssensors BOS 21M ADCAP: Zählfunktionen, Sensordiagnose, optische Funktionswahl. Balluff

Weil sich die Betriebsmodi der optischen Sensoren über IO-Link im laufenden Betrieb ändern lassen, können ganz unterschiedliche Objekte unter wechselnden Betriebsbedingungen detektiert werden. Die Produktion wird dadurch flexibel und passt sich schnell an unterschiedliche Erfordernisse an. Zudem vereinfacht sich die Lagerhaltung, weil der Multifunktionssensor vier Sensorprinzipien in einem Sensor vereint. Ein Sensortausch ist einfach und unkompliziert, da sich die Parametersätze jederzeit über IO-Link aktualisieren und aufspielen lassen.

(dw)