Sensoren: ob Ultraschall, Induktiv oder optisch – Hauptsache kompakt

Für jeden Topf einen Deckel: Die Auswahl und Anwendungsvielfalt von kompakten Sensoren nimmt stetig zu.Pepperl+Fuchs

Zu den am häufigsten eingesetzten Wirkprinzipien in der Fabrikautomation gehören induktive, optoelektronische oder mit Ultraschall arbeitende Sensoren, die jeweils physi­kalisch gegebene Vor- und Nachteile ­aufweisen. Der Sensorhersteller Pepperl+Fuchs hat sein Portfolio für die genannten Prinzipien um Sensoren in kleinen Bauformen mit AS-i-Schnittstelle ergänzt. Auch die Elektronik- und Mikrocontroller-Hardware sowie die Auswerte-Algorithmen spielen eine wichtige Rolle, um mit wenig Bauraum eine Detektionsleistung und Einsatzvielfalt zu erreichen, die noch vor wenigen Jahren wesentlich größeren Geräten vorbehalten war.

Mini-Metalldetektoren

Wer Gegenstände und Maschinenteile aus Metall, zum Beispiel Bolzen, Klappen oder Schienen, zuverlässig und wirtschaftlich detektieren will, greift zum induktiven Näherungsschalter. Diese Sensoren widerstehen auch widrigen Umgebungsbedingungen mit Feuchtigkeit, Maschinenöl, Staub und Schmutz. Für filigrane Konstruktionen eignen sich die kleinen Modelle, die es in kubischen und zylindrischen Ausführungen gibt. Zu den kleinsten Vertretern in Zylinderbauform gehören Exemplare mit 3 mm Durchmesser. Induktive Sensoren steuern nicht nur Abläufe, sondern zählen und erfassen auch kleine Metallgegenstände. Zu den Einsatzgebieten gehören Werkzeugmaschinen, die Halbleiterfertigung oder die Solarzellenproduktion.

Die Reflexions-Lichttaster mit Hintergrundauswertung der Serie R2 bei einer Staustreckenüberwachung in einem Kartonierer: Da ein nahes Maschinenteil im Hintergrund als Referenz dient, erkennt der Sensor auch spiegelnde Objekte.Pepperl+Fuchs

Kleine Hingucker

Für viele berührungslose, präzise und schnelle Detektionsaufgaben sind optoelektronische Sensoren die richtigen Kandidaten. Auch bei den kleinen Ausführungen kommen je nach Anwendung unterschiedliche Funktionsprinzipien, wie ­Einweg-Lichtschranke, Reflexions-Lichtschranke, energetischer Lichttaster oder Lichttaster mit Hintergrundausblendung, zum Einsatz. Die meisten Standard­anwendungen lassen sich durch die kleinen, kubischen Ausführungen der Serien ML4.2, ML6, ML7 und ML100 abdecken. Noch kleiner sind die Geräte der Serie R2: Sie weisen Gehäusabmessungen von 24 mal 7,5 mal 11,2 mm auf. Damit sind sie die derzeit kleinsten Optosensoren in kubischer Bauform von Pepperl+Fuchs. Daneben hat der Hersteller anwendungsspezifische Bauformen und kleine Gabellichtschranken im Portfolio. Dazu gehören unter anderem Reflexions-Lichttaster mit Hintergrundauswertung. Im Gegensatz zur Hintergrundausblendung bildet bei jenem Verfahren der Hintergrund, zum Beispiel ein Maschinenteil, eine Referenz. Lässt sich bei engen Platzverhältnissen kein Reflektor anbringen, ermöglicht dies eine sichere Detektion auch spiegelnder Objekte bis hinunter zu einer Tastweite von 0 mm. Charakteristisch für die Reflexions-Lichttaster der Serien ML6 und ML4.2 wiederum ist deren präzise Hintergrundausblendung. Somit sind sie in der Lage, Gegenstände vor nahen Hintergründen zuverlässig zu erkennen, weitgehend unabhängig von deren Farbe und Oberflächenstruktur. Die Geräte der Serie ML7 detektieren transparente Objekte und solche, die den Lichtstrahl nicht vollständig unterbrechen. Kontrastunterschiede ab 10 % genügen, damit die Lichtschranken spiegelnde und transparente Medien erkennen. Schwerpunktmäßig findet sich dieses Anforderungsprofil in der Verpackungsindustrie – etwa zur Folienrisserkennung oder Überhangkon­trolle. Für Anwendungen mit Priorität auf hoher Reichweite und Funktionsreserve, zum Beispiel in der Lager- und Fördertechnik, eignen sich die Geräte aus der Miniatur-Lichtschrankenfamilie ML100. Optimiert zum Erkennen und exakten Positionieren von Leiterplatten in Bestückungs- und Handlingsautomaten schließlich sind die Lichttaster der Serie ML8. Zur Verfügung stehen die Basisausführung mit schmalem Lichtstrahl sowie eine Variante mit mehreren Lichtstrahlen. Letztere weist eine in diesem Anwendungsgebiet hohe Erkennungssicherheit auf, da Leiterplattenausbrüche oder Bohrlöcher sie nicht täuschen können.

Ultraschallsensoren erkennen auch unebene, vielfarbige Flächen wie Leiterplatten zuverlässig.Pepperl+Fuchs

Fledermausohren

Als anspruchslos, was die Beschaffenheit des Detektionsguts angeht, gelten Ultraschall-Sensoren. Sie erkennen Objekte beliebiger Materialien beziehungsweise Farbe und reagieren unempfindlich auf Lichtreflexe, spiegelnde Oberflächen sowie Dampf, Nebel und Staub. Interessant für bestimmte Anwendungen ist die mittelwertbildende Erkennungscharakteristik, mit der sich Ultraschall zum Erkennen von Gegenständen mit inhomogenen Oberflächen eignet. Dazu zählen unter anderem Schüttgüter, Flüssigkeiten und leere sowie bestückte Leiterplatten.

Die 31 mm langen Ultraschall-Sensoren der Serie F77 erfüllen die Anforderungen der Schutzart IP67. Außerdem verfügen sie über schmale Schallkeulen, eine Blindzone von 10 mm und eine hohe Stör­sicherheit. Darum eignen sie sich insbesondere für den Betrieb in engen Einbauräumen mit schmalen Schallkanälen und nahen Maschinenteilen. Störende Nebengeräusche wie das Zischen pneumatischer Ventile kann die Auswerteelektronik ausblenden beziehungsweise vom Nutzsignal trennen. Erhältlich sind Ausführungen mit maximalen Erfassungsbereichen von 250 mm, 400 und 800 mm. Den gewünschten Schaltpunkt stellt der Anwender per Teach-In ein.

Für Anwendungen, die anstelle eines Schaltpunktes ein kontinuierliches Entfernungssignal erfordern, eignet sich die Geräte­variante mit einem Frequenzausgang. Diese gibt den gemessenen Objektabstand in Form einer proportionalen Ausgangsfrequenz aus. Mit den Ultraschall-Sensoren der Serie F77 lassen sich unterschiedliche Funktionsarten vom Reflexions-Taster mit Hintergrundausblendung über die Reflexionsschranke bis zur Einwegschranke für größere Erfassungsdistanzen umsetzen. Bis auf die Einweg-Varianten mit getrennten Sendern und Empfängern befinden sich alle Systemkomponenten wie Sender, Empfänger, Verstärker und Mikrocontroller im Sensorgehäuse.

Daten- und Energievermittler

Wenn Platzmangel vorherrscht, benötigt der Anwender nicht nur kleine Sensoren, sondern auch eine kompakte Peripherie, beispielsweise Feldbus-Anschaltungen. Hierzu stehen die Feldbusmodule G10 zur Verfügung, mit denen sich die beschriebenen Sensoren an das AS-Interface (AS-i) anschließen lassen. Sie gelten laut Hersteller als die weltweit kleinsten ihrer Art, die die Anforderungen der Schutzart IP68/69k erfüllen. Sie passen mit einer Bauhöhe von knapp 23 mm in einen 30er-Kabelkanal. Obwohl die Schnittstelle in erster Linie für das Anbinden binärer Sensoren entwickelt wurde, kann sie auch Analog- und Safety-Signale übertragen. Daneben dient die Zweidrahtleitung zum Transportieren von Energie. Außerdem lassen sich die Module mit der verwendeten Schneidklemmtechnik einfach montieren.

Motek-Aussteller: Halle 7, Stand 7301

(dl)