Vielseitige Sensoren für unterschiedliche Anforderungen

Bei Bedingungen, in denen eine Einweglichtschranke ungeeignet ist, kann sich ein Reflexions-Lichttaster mit Hintergrundausblendung eignen. Baumer

Viele Situationen erfordern lediglich die Erkennung eines Objekts, beispielsweise auf einem Förderband, einem Tisch oder einem Transportwagen. Allerdings gibt es Faktoren, die verhindern einen einfachen Reflektor in Verbindung mit einer Reflexionslichtschranke oder der Empfängerseite einer Einweglichtschranke zu verwenden. Wenn das zu erkennende Objekt beispielsweise vor einem störenden Hintergrund liegt, kann ein Reflexions-Lichttaster mit Hintergrundausblendung das Problem lösen.

Solche Sensoren verwenden das Triangulationsprinzip zum Messen der Lichtintensität, die vom gewünschten Zielobjekt reflektiert wird sowie der Entfernung, in der es sich befindet. Die Mindestgröße des Objekts ergibt sich aus den Abmessungen des verwendeten Lichtstrahls. Dabei konfigurieren Anwender den Abstand zum Objekt durch Einstellschrauben, obwohl es auch fortgeschrittene Lösungen mit „Teach-in“ auf dem Markt sind.

Unabhängig von Material und Farbe

Das Verwenden von Lichtquellen im sichtbaren Rotlicht-Bereich erleichtert die Einstellung des Sensors – auch bei kleinen Objekten. Lasersensoren können beispielsweise Objekte mit einer Größe von nur 0,1 mm erkennen, während der Lichtpunkt von Diodensensoren im besten Fall einen Durchmesser von 2 mm hat. Diese Sensoren sind so gebaut, dass das Objekt sowohl vom Material als auch von der Farbe her variieren kann, ohne die Detektionsfähigkeit zu beeinträchtigen. Zudem lösen bewegliche Elemente im Hintergrund keine unerwünschte Erkennung aus.

Der Reflexions-Lichttaster FHDK 14P5104 verwendet gepulste rote LED. Baumer

Ein Beispiel für eine robuste Lösung ist die FHDK 14P5104-Serie photoelektrischer Sensoren von Baumer mit einer Erfassungsreichweite von 30 bis 500 mm, deren Gehäuse in Schutzklasse IP67 nur 14,8 x 43 mm messen. Mit Kurzschluss- und Verpolungsschutz sind die Sensoren elektrisch robust, wobei es die vierpoligen Zuleitungen sowohl mit M8- oder M12-Steckverbindern gibt. Der PNP-Ausgang unterstützt 100 mA Ausgangsstrom im Hell- und Dunkelmodus und die vordere Optik ist aus PMMA. Eine gelbe LED zeigt mögliche Probleme mit der Ausrichtung oder eine verschmutzten Linse an.

Bildverarbeitungssysteme im Kleinformat

Einige visuelle Erkennungslösungen erfordern eine genauere Beurteilung der erkannten Objekte, beispielsweise ob ein Etikett richtig platziert wurde, oder ob das Produkt unbeschädigt ist. Ein möglicher Ansatz sind industrielle Bildverarbeitungssysteme mit einer IP-basierten Netzwerkkamera in Kombination mit einem Industrie-PC. Dank kontinuierlicher Steigerung der Verarbeitungsleistung und Speicherkapazität gibt es inzwischen Bildverarbeitungssysteme im Gehäuse einer Standard-Videokamera, die eine solide Erkennungsleistung bieten.

Eine solche Lösung ist das ZFV-Bildverarbeitungssystem von Omron. Diese extrem schnellen CCD-Kameras im IP65-Gehäuse lassen sich an einer festen Position oder auf einem Roboterarm-System montieren. Je nach Anwendung unterstützt das Kamera-Line-Up einen Erkennungsbereich von 5 x 4,6 mm bis 50 x 46 mm. Jede Kamera besitzt eine Lichtquelle in Form acht roter LEDs, die ein gepulstes Licht aussenden. Die Kameras werden in Kombination mit einem Verstärker (IP20) verwendet, wobei auch mehrere in Serie gekoppelt werden können. Dies ermöglicht die Verwendung von zwei oder mehr Kameras für die Analyse der angrenzenden Objekte, etwa eine integrierte Schaltung, das Überprüfen der Ausrichtung des Produkts oder der Positionierung von Flaschen, sodass der Strichcode in die richtige Richtung zeigt. Nach Abschluss der Anlernphase liefert das System eine positive Erkennung innerhalb von 4 bis 15 ms – abhängig von der Art des erkannten Bildes. Dabei kann eine erfolgreiche Detektion eine NPN- oder PNP-Ausgabe auslösen. Außerdem lassen sich die Bilder zusätzlich auf einer Karte speichern.

Detektion von Flüssigkeiten

Ganz eigene Herausforderungen für Sensoren bringen Flüssigkeiten in Tanks und Rohrleitungen mit sich: Einige Flüssigkeiten schäumen auf, während andere mit einer geringeren Viskosität die Tendenz haben, an Oberflächen zu haften. Dies kann die Erkennungszuverlässigkeit senken.

Die Niveauschalter-Serie LBFH arbeitet nach dem Prinzip des kapazitiven Schwingkreises. Baumer

Die Serie CleverLevel LBFH von Baumer umfasst kompakte Niveauschalter mit einer hellen LED, die den Sensorstatus anzeigt. Diese Schalter in einem IP69K-Gehäuse eignen sich für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie für pharmazeutische und chemische Anwendungen. Auf der Grundlage eines kapazitiven Schwingkreis-Messverfahrens nutzen die Sensoren die Frequenzveränderungen durch das erkannte Material.

Die Geräte lassen sich so konfigurieren, dass sie unterschiedliche Schaltfenster haben und zwischen Öl, Wasser, Schaum und Flüssigkeiten unterscheiden. Sie können außerdem das Leerlaufen von Rohren und Behältern erfassen und pastöse Medien sowie feste Schüttgüter wie Mehl oder Plastikgranulat erkennen. Für besonders anspruchsvolle schaumbildende oder haftende Materialien hat der Sensorhersteller den FlexProgrammer 9701 im Angebot. Dieses Programmiertool wird via USB-Schnittstelle mit einem PC verbunden. Zusammen mit der Software unterstützen Hilfe-Menüs bei der Konfiguration des Sensors entsprechend den Bedürfnissen der jeweiligen Anwendung. Für die gemessenen Daten gibt es Visualisierungen, was die Invertierung der Schalter-Ausgabelogik ermöglicht oder eine genauere Einstellung der Parameter, zum Beispiel von Zeitkonstanten bei Dämpffunktionen.

Ultraschall erkennt auch transparente Objekte

Ein Ultraschallsensor lässt sich so konfigurieren, dass er ein Objekt in einer definierten Distanz erkennt. Pepperl+Fuchs

Manche Umgebungen verhindern die zuverlässige Detektion des Zielobjekts, sei es aufgrund von farblichen Variationen oder aufgrund seines Materials. Die Erkennung von transparentem Material wie Kunststofffolie oder Glasflaschen ist ebenfalls eine Herausforderung. In solchen Situationen sind Ultraschallsensoren eine ideale Variante. Eine Option: die Serie UB800 von Pepperl+Fuchs, ein Einzelkopfsystem in 40-mm-Bauform.

Die Sensoren mit einem Gehäuse in Schutzklasse IP67 erkennen Gegenstände in der Reichweite von 50 bis 800 mm mit einem Totband zwischen 0 und 50 mm. Eine Statusanzeige informiert über den Zustand des Sensors: grün zeigt an, dass der Sensor eingeschaltet ist und gelb bedeutet ein Objekt in Erkennungsreichweite. Ein Teach-in-Eingang vereinfacht die Konfiguration der oberen und unteren Grenzwerte der Erkennungsreichweite. Bei einem erkannten Objekt sendet der Sensor ein 20-mA-Signal, ein 4-mA-Signal wenn kein Objekt vorhanden ist oder ein sich kontinuierlich veränderndes Signal, wenn sich Objekte in der Erkennungsreichweite bewegen.

Distrelec: Sensor + Test: Halle 1, Stand 524
Omron: Automatica: Halle B5 Stand 310

(ml)