Sensoren mit „Chamäleon“-Qualitäten

Unter dem Motto „A Distance ahead“ werden am Markt neuerdings optische Sensoren angeboten, die mit der sogenannten Multi Pixel Technology arbeiten. Diese Geräte präsentieren sich nach außen hin als gewöhnliche Reflexions-Lichttaster mit Schaltausgang, offenbaren aber bei genauerem Hinschauen ein interessantes Innenleben. Statt des herkömmlichen Messprinzips mit Differenzialdiode findet man im Inneren einen Messkern, der die Anwesenheit von Objekten über deren Abstand zum Sensor detektiert. Für Zuverlässigkeit und Anwendungsspektrum bedeutet das einen gewaltigen Leistungssprung.

Anwendungsbeispiel mit Fensterbetrieb: sichere Erkennung der von der Rolle laufenden Stoffe.

Anwendungsbeispiel mit Fensterbetrieb: sichere Erkennung der von der Rolle laufenden Stoffe.

Bei den neuen Sensoren handelt es sich nach wie vor um Standard-Sensoren für typische Anwendungen im Nahbereich bis 800 mm. Sie dringen zwar in das Gebiet der Distanz-Sensoren ein, wollen diese aber keineswegs ersetzen. Klassische Distanz-Sensoren spielen in einer anderen Liga und haben in der Regel deutlich höhere Anschaffungskosten. Stellt man die neuartigen Taster mit Multi Pixel Technology (MPT) jedoch vergleichbaren Sensoren aus demselben Segment gegenüber, ist es ähnlich wie bei einem VW-Käfer, in den man einen Porsche-Motor eingebaut hat. Anders als es auf den ersten Blick erscheint, kann dieser bei Bedarf ungleich größere Leistungsreserven mobilisieren und Kontrahenten spielend auf die Plätze verweisen.

Anwendungsbeispiel mit Betriebsart Hintergrundauswertung: Erfassen und Zählen von Produkten am Produktauslauf.

Anwendungsbeispiel mit Betriebsart Hintergrundauswertung: Erfassen und Zählen von Produkten am Produktauslauf.

Perfekte Erkennungssicherheit durch Entfernungssignal

Die Multi Pixel Technology aus dem Hause Pepperl+Fuchs basiert auf dem Triangulationsverfahren und verwendet als Empfangselement statt der herkömmlichen Differenzialdiode eine spezielle Fotodioden-Zeile – als Sender dient eine besonders helle Dünnschicht-LED. Je nach Abstand vom Zielobjekt befindet sich das Maximum der Lichtreflexion auf einem anderen Bereich des Multi-Pixel-Array. Dies lässt sich mit einem Mikroprozessor auswerten und die Distanz über die Gesetze der Triangulation exakt berechnen.

Durch die Kenntnis dieser Distanzinformation sind Sensoren mit MPT-Messkern gewöhnlichen Lichttastern deutlich überlegen. Sie sind äußerst unempfindlich gegenüber Unterschieden bezüglich Reflexionseigenschaften oder Farbe des Objekts und zeichnen sich auch in schwierigen Situationen durch eine präzise und zuverlässige Objektdetektion aus.

Die Anwender von MPT-Sensoren profitieren im Industriealltag aber nicht nur von der hohen Zuverlässigkeit der Modelle, sondern auch von einer in dieser Preiskategorie bisher nicht gekannten Flexibilität und Wandlungsfähigkeit. Das trifft zu auf die Funktionalität, die Schnittstelleneigenschaften sowie die Parametriermöglichkeiten. Denn die Aufgabenstellungen an Opto-Sensoren sind sehr vielschichtig und unterscheiden sich von Anwendung zu Anwendung. Auch in derselben Maschine gilt es, unterschiedlichste Detektionsaufgaben zu bewältigen.

Dies lässt sich gut am Beispiel mehrerer Reflexions-Lichttaster vom Typ MLV41 verdeutlichen, die in einer Tiefziehmaschine an verschiedenen Stellen zum Einsatz kommen.

Anwendungsbeispiel mit Betriebsart Hysterese: Erfassung der min. und max. Hubhöhe einer Walze.

Anwendungsbeispiel mit Betriebsart Hysterese: Erfassung der min. und max. Hubhöhe einer Walze.

Wunschkonzert: Spielarten eines Sensors

Die einstellbare Tastweite des Reflexions-Lichttasters MLV41 liegt zwischen 20 und 500 mm. Daneben ist eine Version mit kleinerer Tastweite bis 120 mm und sehr kleinem Lichtfleck erhältlich. Die flexiblen Schaltmöglichkeiten des MPT-Messkerns haben die Entwickler auf folgende vier Standard-Betriebsmodi abgebildet: Hintergrundausblendung, Hintergrundauswertung, Vorder- und Hintergrundausblendung (= Fensterbetrieb) und Hysteresemodus.

Schnittstellenseitig ist das Gerät mit IO-Link sowie zwei Schaltausgängen ausgestattet. Mit diesen Fähigkeiten eignet sich der Taster für zahlreiche Aufgaben in der Fabrikautomation.

Unsere Tiefziehmaschine bringt Kunststoff mit Hilfe von Wärme, Pressluft und Vakuum derart in Form, dass die zu verpackende Ware genau hineinpasst – z. B. Pralinen in eine Pralinenschachteleinlage. Das Kunststoff-Rohmaterial befindet sich auf großen Rollen und wird als Folienbahn über diverse Rollen der Verarbeitung zugeführt. Ein MLV41-Taster übernimmt dabei die Aufgabe der Bahnrisskontrolle und stellt sicher, dass die Folie lückenlos in die Maschine transportiert wird. An einer geeigneten Stelle zwischen zwei Rollen erfasst der Sensor die Folie. Sie bewegt sich bei normalem Betrieb etwas hin- und her, darf aber gewisse Grenzen nicht über- bzw. unterschreiten. Passiert das doch, ist etwas nicht in Ordnung und die Maschine muss gestoppt werden. Hier leistet der „Fenstermodus“ wertvolle Dienste, indem der Sensor die Folienbahn nur erkennt, wenn sie sich innerhalb der definierten Grenzen befindet. Unterbrechungen durch Folienriss, komplettes Fehlen der Folie oder Folienpositionen, die zu nah oder zu weit vom Sensor entfernt sind, interpretiert der Taster korrekt, indem er diese Ereignisse als Fehler an die übergeordnete Steuerung meldet.

Applikation Tiefziehmaschine: Rundum sicherer Betrieb

Für Füllstandsüberwachungen und grundsätzlich wenn Objekte im Hintergrund, oder ab einer bestimmten Entfernung ignoriert werden sollen – z. B. für den Kollisionsschutz – ist „Hintergrundausblendung“ die Betriebsart der Wahl.

In der Beispielapplikation lässt sich damit der Vorrat auf der Kunststoffrolle einfach kontrollieren. Mit dem zur Neige gehenden Material wird die Rolle immer dünner und der gemessene Entfernungswert überschreitet irgendwann im Vorfeld festgelegte Schwellen. Sobald sich der Rest der Rolle unterhalb dieser definierten Schwelle befindet, zeigt der MLV41 an, dass die Vorratsrolle auszutauschen ist. Weiterhin kann in der Maschine die Position der sogenannten Tänzerwelle oder Tänzerrolle zu erfassen sein, die bei der Materialzufuhr für eine möglichst gleichbleibende Spannung der Folienbahn sorgt. Für diese und ähnliche Aufgaben wie Durchhangkontrolle, Hubhöhenüberwachung usw. eignet sich der Hysteresemodus ideal. Er erlaubt jeweils die Definition eines Ein- und eines Ausschaltpunktes an beliebigen Stellen innerhalb des Tastbereichs.

Zum Abtransport, zur Staukontrolle oder zum Stapeln der einzelnen Verpackungen nach dem Verpackungsprozess sind diese am Produktauslauf sicher zu erfassen. Dies ist aus Sicht von Opto-Sensoren nicht immer einfach, da sie je nach genauer Beschaffenheit teilweise stark spiegelnde Oberflächen aufweisen können. Im Betriebsmodus „Hintergrundauswertung“ erkennt der MLV41 solche Objekte unabhängig von Art und Farbe vor einem definierten Hintergrund. Dieser dient als Referenz und ermöglicht praktisch ab Tastweite 0 mm eine sichere Anwesenheitskontrolle, Vorderkantenerkennung oder vergleichbare Anwendungen.

Alle gezeigten Betriebsarten sind bequem über die IO-Link-Schnittstelle parametrierbar. Dazu steht für jedes Sensormodell eine IODD-Gerätebeschreibungsdatei zur Verfügung.

Mehr Flexibilität – weniger Sensorvielfalt

Außer den Opto-Sensoren der Baureihe MLV41 sind auch die Taster der Baureihe RL31 mit einem vergleichbaren MPT-Messkern ausgestattet. Sie zeichnen sich ebenfalls durch hohe Erkennungssicherheit und wählbare Betriebsmodi aus. Der Vollständigkeit halber sei noch der Hochleistungs-Laserlichtschnittsensor LineRunner erwähnt, der auch mit Multi Pixel Technology arbeitet, aber statt der Fotodiodenzeile mit einem flächigen CMOS-Chip als Empfangselement ausgestattet ist. Er visiert Anwendungen von der Dichtlippeninspektion bis zur Montageautomation und Roboterbahnkorrektur an.

Durch die intelligente Messdatenverarbeitung hat Pepperl+Fuchs Fähigkeiten eines Distanzsensors auf Standard-Taster übertragen, wobei der Anwendernutzen nicht zuletzt in geringen Kosten und geringerer Komplexität liegt. Die Multi Pixel Technology macht nicht nur viele Anwendungen sicherer, sondern reduziert durch die Vielseitigkeit und Anpassungsmöglichkeiten der Geräte an die jeweiligen Applikationen auch die Sensorvielfalt spürbar.

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