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Sensorik

Ich sehe was, was du nicht siehst

Smart-Reflect: Sensoren zur Transparenterkennung.
(Foto: Baumer)
Smart-Reflect: Sensoren zur Transparenterkennung. (Foto: Baumer)

Umgebungsbedingungen und Verschmutzungsrisiko, Geschwindigkeit der Erkennung, Reichweite beziehungsweise Objektentfernung sowie die unterschiedlichen Objekt- sowie Materialeigenschaften favorisieren jeweils verschiedene Sensortechnologien. Dabei gibt es vor allem im Bereich der optischen Objekterkennung ohne Reflektor wichtige Innovationen, die im Folgenden weiter erläutert werden.

Welche Sensortechnologie – die Qual der Wahl

Neben verschmutzungsunempfindlichen Ultraschall-Sensoren, die selbst hoch-transparente Objekte sicher erkennen, sind Lösungen auf Basis schneller, punktgenauer, optoelektronischer Sensoren weit verbreitet. Traditionell sind dies Reflexions-Lichtschranken, welche die Installation eines Reflektors voraussetzen und dadurch relativ wartungsintensiv sind. Oft ist die regelmäßige Reinigung oder der Tausch beschädigter Reflektoren vonnöten. Zudem muss der Reflektor in Konstruktion und Montage bedacht werden. Deshalb ergänzen seit einiger Zeit Lichtschranken ohne Reflektor (zum Beispiel Baumer Smart-Reflect) das Lösungsportfolio. Der Verzicht auf den Reflektor reduziert Installations- und Wartungsaufwand. Ein Nachteil dieser Sensoren bestand bisher in der geringen Reichweite, die bisher bei etwas über einem halben Meter (Objektentfernung) lag, und den großen Blindbereichen. Zudem machte eine performante optische Erkennung verschiedene Produktvarianten für unterschiedliche Materialen beziehungsweise Objekttypen erforderlich. Dies schränkte ihren Einsatzbereich ein und erhöhte die Komplexität in der Konstruktion und der Materialbewirtschaftung. Die immer wichtiger werdende Flexibilität von Anlagen, um verschiedene Formate und Varianten auch in kleinsten Losgrößen mit minimaler Rüstzeit zu handhaben, ist eine weitere Herausforderung, die nur schwer oder sehr teuer realisiert werden konnte. Einen großen Schritt zur Lösung bieten die neuen Baumer O300- und O500-Smart-Reflect-Transparent-Sensoren. Mit einer Reichweite bis zu einem Meter und einer Ansprechzeit von 0,25 ms ermöglichen sie zuverlässig die hoch performante Erkennung transparenter Objekte ohne wartungsintensiven Reflektor. Zudem ist es möglich, durch intelligente automatische Konfiguration die verschiedensten Objektarten mit nur einem Sensortyp sicher zu erkennen.

Im Folgenden sollen wichtige Themen für die Auswahl von optischen Sensorlösungen ohne Reflektor für die Erkennung transparenter Objekte, wie Verschmutzungsresistenz, Reichweite, Geschwindigkeit sowie Intelligente Sensorkonfiguration, detailliert erläutert werden.

Vibrations- und Verschmutzungsunempfindlichkeit

Je höher die Transmission des Objekts, zum Beispiel eine sehr dünne Folie, und je näher das Objekt am Hintergrund detektiert werden soll, desto größer ist die Herausforderung für den Sensor, zwischen einem verschmutzten Hintergrund und dem Objekt zu unterscheiden. Eine Möglichkeit, die Detektion robuster zu gestalten, ist die Hintergrundposition und den Erfassungsbereich deutlich zu differenzieren, das heißt den Erfassungsbereich einzuschränken. Damit erhöht sich aber auch der Bereich, in dem keine Objekterfassung möglich ist. Die Original-Smart-Reflect-Transparent-Sensoren erreichen durch einen innovativen Auswerte-Algorithmus gleichwertige Verschmutzungsunempfindlichkeit, ohne dabei den Erfassungsbereich einzuschränken. Vergleichbare Produkte am Markt schränken damit die Reichweite von 700 mm auf nur 400 mm effektiven Erfassungsbereich ein. Der Smart-Reflect-Transparent ist sehr robust in Bezug auf Hintergrundänderungen. Speziell bei in Anlagen häufig vorkommenden Vibrationen ist die Zuverlässigkeit durch die neue intelligente Auswertung einzigartig. Dies gilt auch bei einer Hintergrundposition von 1.000 mm und einem Erfassungsbereich von 850 mm.

Smart-Reflect : Sensoren zur Transparenterkennung (Foto: Baumer).
Smart-Reflect : Sensoren zur Transparenterkennung (Foto: Baumer).
Vibrations- und verschmutzungsunempfindliche Transparenterkennung. (Foto: Baumer)
Vibrations- und verschmutzungsunempfindliche Transparenterkennung. (Foto: Baumer)

Reichweite bis 1.000 mm möglich

Lichtschranken ohne Reflektor beruhen technisch auf dem Triangulationsprinzip. Die Reflektion eines beliebigen Hintergrunds in einem fixen Abstand wird eingelernt (Einfallswinkel des reflektierten Lichts). Objekte, die zwischen Hintergrund und Sensor positioniert werden, reflektieren das Licht in einem größeren Winkel und triggern damit die Lichtschranke. Durch diese Winkelmessung wird die maximale Reichweite stark von der Baugröße bestimmt (Abstand zwischen dem in einem Gehäuse integrierten Sender und dem Empfänger). Durch die intelligente Verknüpfung von Reflektionswinkel- und Intensität des empfangenen Lichts in dem von Baumer neu entwickelten Algorithmus, sind nun einzigartige Reichweiten von 1.000 mm möglich. Und das bei einer kompakten Gehäusehöhe von nur 45 mm. Das ist eine enorme Steigerung und liegt deutlich über den Werten von Vergleichsprodukten. Gleichzeitig ist der Blindbereich, wie oben schon erläutert, mit 15 Prozent von der Hintergrundposition sehr klein. Große Reichweite und ein möglichst kleiner Blindbereich sind für Automatisierungstechniker ein wichtiges Auswahlkriterium. Die Flexibilität in der Konstruktion bei der Sensorpositionierung wird dadurch erhöht, der Einbau der Sensoren ist unter anderem auch an geschützten Positionen möglich. Zusätzlich lässt sich die Komponentenvielfalt reduzieren (gleicher Sensor für unterschiedliche Applikationen in verschiedenen Maschinentypen). Darüber hinaus werden auch Formatwechsel einfacher, da es keine Einschränkung bei der Position der Objekte gibt. Werden Reichweiten über einem Meter gefordert, sind aber immer noch Reflexionslichtschranken mit Reflektor auch für transparente Objekte (zum Beispiel Baumer O300/O500.RP.T) die richtige Wahl.

Sensorvielfalt: Die Richtige Wahl für Transparent-erkennung – damit können die Herausforderungen für optoelektronische Sensoren gemeistert werden. (Foto: Baumer)
Sensorvielfalt: Die Richtige Wahl für Transparent-erkennung – damit können die Herausforderungen für optoelektronische Sensoren gemeistert werden. (Foto: Baumer)

Hohe Geschwindigkeit bei gleichbleibender Produktionsqualität

Schnellere Be- und Verarbeitungszeiten (Prozesszyklen) beziehungsweise hohe Maschinengeschwindigkeiten bei gleichbleibender Produktionsqualität und -stabilität ermöglichen signifikante Produktivitätssteigerungen. Für hohe Maschinengeschwindigkeiten sind perfomante und zuverlässige Sensorlösungen die entscheidende Voraussetzung. Durch den optimierten Smart-Reflect-Transparent-Detektions-Algorithmus wurde die Auslesegeschwindigkeit des optischen Empfängers stark verbessert. Das Resultat ist eine Ansprechzeit von kleiner 0.25 msek. Bei schnellen Maschinen zur Folienproduktion (derzeit circa 500 m/min) bedeutet dies eine Reaktion innerhalb von 2 mm Förderstrecke. In der Flaschenförderung mit einem Durchsatz von circa 70.000 Flaschen pro Minute (2 m/sek) entspricht dies 0,5 mm. Dabei gilt es bei hohen Geschwindigkeiten und minimalen Abständen neben der Ansprechzeit noch den Strahlverlauf der Lichtquelle zu berücksichtigen. Mit der PinPoint LED wird ein sehr fokussierter Strahlverlauf erreicht, der in vertikaler Ausrichtung des Sensors die zuverlässige Detektion von Objekten mit sehr kleinen Abständen ermöglicht. Zum Vergleich liegt beispielsweise einer der weltweit schnellsten Ultraschall-Näherungsschalter für hochtransparente Objekte, der Baumer UNAM 12, bei 1,3 msek. Ansprechzeit mit einer Schaltkeule von +/- 5 mm Durchmesser.

One for All – ein Sensortyp für verschiedene Objekte                                                                                         

Die verschiedenen Strukturebenen von Kunststoffen und deren Herstellung weisen sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, welche sich in Depolarisationseffekten oder Transmissions-Differenzen niederschlagen. Diese Effekte sind Herausforderungen für optoelektronische Sensoren. Aufgrund dieser unterschiedlichen Materialeigenschaften verfügen die optoelektronischen Sensoren von Baumer über drei Sensitivitätslevels, um die vielfältigen transparenten Objekte zuverlässig detektieren zu können. Die manuelle Parametrierung der Sensoren erfolgt bequem mit einem beliebigen ferromagnetischen Werkzeug über das einfache und verschleißfreie Einlernverfahren von Baumer, qTeach. Nach dem Einlernen verriegelt sich der Sensor automatisch und bietet so zusätzliche Prozesssicherheit.

Über IO-Link lassen sich zusätzlich noch Parameter, wie zum Beispiel Ansprech- und Abfallverzögerung, minimale Pulsdauer, exakte Schaltpunkte für unterschiedliche Objekte, automatisiert einstellen. Darüber hinaus lassen sich die qTeach-Methoden und die Verriegelungszeit individuell parametrieren. Die Signalqualität der Sensoren kann über IO-Link überwacht werden und somit lässt sich der Wartungszyklus optimal planen. Durch diese umfangreichen Möglichkeiten der Parametrierung kann ein einziger Sensortyp schnell und einfach auf ganz unterschiedliche Applikationen und  transparente Materialien konfiguriert werden. Ein solches Parameter-File kann abgespeichert und über IO-Link automatisch auf den Sensor transferiert werden. Dadurch ergeben sich nicht nur Vorteile beim Maschinendesign, auch schnelle Formatwechsel sind ganz ohne manuelle Teachaufwände effizient möglich.

 

Für Sie entscheidend
Kosten deutlich reduzieren
Mit den neuen O300/O500 Smart-Reflect-Transparent-Sensoren können die Komplexität bei der Entwicklung und die Kosten im Betrieb von Maschinen und Anlagen, die transparente Objekte verarbeiten, nach Angaben des Unternehmens aus der Schweiz deutlich reduziert werden. Einzigartig sei der Flexibilitätsgewinn durch die umfangreichen Möglichkeiten der Parametrierung auch mit IO-Link. Ergänzt wird das Baumer Transparent-Portfolio von hochtransparent erkennenden und sehr verschmutzungsunempfindlichen Ultraschall-Sensoren und sehr schnellen Reflexionslichtschranken mit größter Reichweite. Dennoch ist der Einsatz alternativer Technologien in manchen Fällen vorteilhaft. Dabei empfiehlt es sich, einen Partner zu wählen, der Produkte und kompetente Beratung über das ganze Leistungsspektrum an Sensortechnologien bietet.

Über die Firma
Baumer GmbH
Friedberg
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