Kein Platz für Sensoren?
Eine ressourcenschonende, kompakte Bauweise setzt sich in der Automatisierungstechnik zunehmend durch. Steht wenig Raum zur Verfügung, muss oft trotzdem die volle Funktion erhalten bleiben; das gilt ganz besonders für die Sensoren, die als „Augen“der Auto
Miniatursensoren im 4- bis 5-mmGehäuse
Bei optischen Sensoren werden bisher bei beengten Einbauverhältnissen meist Lichtwellenleiter zum Ort des Geschehens verlegt, was recht aufwendig ist. Heute erlaubt es die Miniaturisierung, leistungsfähige Sensoren inklusive Auswertung in kompakten Gehäusen unterzubringen, die praktisch mit dem gleichen Einbauplatz auskommen. Das spart Montagezeit, erleichtert das Einrichten und IO-Link vereinfacht die Parametrierung im Betrieb. Dadurch lassen sich oft neue Anwendungen realisieren. Die Tücke liegt im Detail, wie schon das Sprichwort sagt, und bei kleinen Sensoren sind gerade diese Details wichtig. Miniatursensoren gibt es schon länger am Markt, Contrinex hat nun allerdings wesentliche Details seiner Miniatursensor-Baureihe verbessert und erschließt damit viele neue Einsatzfälle, die bislang nur aufwendig per LWL oder mit Hilfskonstruktionen zu lösen waren. Die Winzlinge unterscheiden sich heute nur noch in der Baugröße von ihren größeren Geschwistern und nicht in der Performance. Alle Modelle der optischen Sensoren haben nun eine neue, fokussierende Optik aus PBT/PMMA und erreichen so eine höhere Auflösung. Eine integrierte Datenauswertung sowie eine IO-Linkanbindung für Datenübertragung und Fernkonfiguration ergänzen die überarbeiteten Sensoren. Einbau, Einrichten und Inbetriebnahme sind daher deutlich einfacher als vorher. Die Sensoren werden in Serienfertigung produziert und sind damit auch wirtschaftlich eine Alternative zu bisherigen LWLSensoren mit ihrer aufwendigen Technik. Mit den neuen Eigenschaften erschließen sich den optischen Sensorwinzlingen eine ganze Reihe neuer Einsatzbereiche in den unterschiedlichsten Anwendungen (Bild 1).
Wenn es eng wird
Präzise erkennen auch bei beengten Bedingungen ist eine Herausforderung.
Gerade kleine Geräte wie Minigreifer, komplex aufgebaute Anlagen oder Roboterarme fordern engste Schalttoleranzen und bieten kaum Platz für Sensorik. Sensoren mit nur 4 mm Durchmesser können auch in kleinste Greifer integriert werden und passen in enge Lücken. Die bisherige Alternative mit Lichtwellenleitern ist damit bis auf wenige Ausnahmen obsolet. Zudem ist alles kompakt in einem Gehäuse zusammengefasst; die aufwendige Auswahl von Laseroptik, anwendungsspezifischem LWL und passender Optik sowie einem separaten Auswertemodul ist nicht mehr notwendig. Im Gegensatz zu LWL wird nur ein äußerst flexibler, elektrischer Anschluss verlegt, der auch engste Biegeradien zulässt. Das erhöht die Zuverlässigkeit und spart erhebliche Montage- und Wartungskosten ein.
Platz ist in der kleinsten Hütte
Wie bewähren sich Miniatursensoren nun in der Praxis? Ein häufiges Problem ist die optimale Positionierung des Sensors. Eine vorgegebene Funktion muss überprüft werden, der Sensor selbst darf dabei jedoch nicht die Funktion beeinträchtigen. Oft sind dabei nachträglich Modifikationen an der bestehenden Anlage derli ch,
um den Sensor unterzubringen. Naturgemäß bieten hier die kleinen Sensoren deutliche Vorteile. In einer Anwendung galt es beispielsweise, semitransparente Plastikverpackungen mit Standardsensoren zu erkennen. Dafür musste ursprünglich ein konstruktiv vorgesehener Schlitz von rund 5 mm Breite mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand stellenweise auf etwa 12 mm erweitert werden. Mit dem Einsatz eines optischen Mikrosensors in 4 mm Ausführung ist ein solcher Anpassungsaufwand nicht mehr notwendig, der Winzling kann problemlos durch die schon vorhandene Öffnung „schauen“.
Nicht immer ist das Problem durch eine einfache Modifikation zu lösen. In vielen Fällen ist der Platz für herkömmliche Sensoren schlicht zu knapp bemessen. Hinzu kommt z.B. beim Einsatz mit dynamischen Bewegungen in Roboterarmen oder Transportsystemen etc. die Forderung nach möglichst geringer Masse und flexiblen Anschlussleitungen, die auch dauerhaft engste Biegeradien zulassen. Je kleiner der Sensor, umso weniger Schwierigkeiten gibt es naturgemäß bei der optimalen Unterbringung. In einer Anlage für den Transport von Elektronikbauteilen beispielsweise wurden die optischen Mikrosensoren in jedes einzelne Greifelement integriert und erkennen zuverlässig die Anwesenheit und richtige Position der eingelegten Teile (Bild 2).
Kleine „Augen“für die Medizintechnik
Automation spart im medizinischen Alltag gerade bei Standardoperationen im Labor wertvolle Zeit und damit Kosten ein. Die eingesetzten Geräte unterliegen aber höchsten Qualitätsanforderungen, schließlich hängen Gesundheit und Leben der Patienten davon ab. Die Minisensoren können auch hier ihre Stärken ausspielen (Bild 3). Bei einem Transportsystem für die klinische Laborautomation müssen die Sensoren von unten die ordnungsgemäße Funktion, d.h. die jeweilige Position von Trägerplattformen überwachen, ähnlich der Standortanzeige für Waggons im Güterbahnhof. Die geringen Sensorabmessungen erlauben es, dabei die Förderstrecke der Funktion anzupassen, ohne Rücksicht auf den möglichen Sensoreinbau.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel aus dem Montagebereich müssen kleine Plastikteile in einer automatischen Transportvorrichtung erkannt werden. Es muss in jedem Zyklus sichergestellt sein, dass alle Aufnahmetaschen des Halters am Ende leer sind, um Störungen in der Produktion zu vermeiden. Die nur wenige Millimeter großen Teile werden optisch erkannt und gegebenenfalls entfernt. Die Herausforderung hier: wenig Platz für Sensoren durch viele kleine Halter auf engem Raum und eine möglichst einfache Bündelung der Anschlussleitungen auf dem beweglichen Grundträger. Hier bieten die optischen Minisensoren den Vorteil, auf engstem Raum kleine Areale sicher zu erfassen. Sie sind dabei immer noch kleiner als die zu messenden Objekte und fügen sich so ohne Kompromisse in das funktionale Anlagendesign ein.
Klein, aber leistungsfähig
Die gezeigten Beispiele geben nur einen kleinen Einblick in die Anwendungsmöglichkeiten der Minisensoren. Auch in vielen anderen Bereichen sind sie, auch als nachträgliche Problemlöser, aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit gefragt. So bieten die optischen Sensoren trotz eines Außendurchmessers von nur 4 mm bzw. M5-Gewinde große, vorkalibrierte Erfassungsbereiche von 12, 24, 60 oder 120 mm in der Lichttasterausführung (Bild 4). Als Einweglichtschranke werden sogar bis zu 600 mm erreicht. Das robuste Edelstahlgehäuse mit speziell abgedichtetem Anschluss bietet die Schutzart IP67 als Standard. Da die Sensoren jetzt mit sichtbarem Rotlicht arbeiten, ist die Einrichtung gegenüber dem früheren Infrarotlicht kinderleicht, WYSIWYG ( What-YouSee-Is-What-You-Get) bei Sensoren. Die Schaltfrequenz wurde nochmals erhöht und kann jetzt von 500 bis 2.500 Hz eingestellt werden. Das erlaubt der Auswerteelektronik beispielsweise auch feine Drähte bei hohem Durchsatz sicher zu erkennen. Je nach Sensorausführung liegt der Fokus des Lichtpunktes z.B. bei nur 5 mm Durchmesser im Abstand von 10 mm, ideal um auch kleine Teile zu detektieren. Alle Miniatursensoren sind mit robusten, umweltfreundlichen PUR-Kabel versehen, können mit unterschiedlichen Anschlüssen konfektioniert werden und arbeiten im Bereich von -25 bis +65 °C.
Auch induktive Sensoren gibt es inzwischen als Mikrosensor mit Durchmessern von 3 und 4 mm bei Gehäuselängen bis nur 12 mm. Diese sogenannten MiniMiniTypen (DW-AD-623-03-960) mit einem Schaltabstand von 1 mm bieten besonders hohe Wiederholgenauigkeit und Präzision auf kleinstem Raum. Anspruchsvolle Werkzeugmaschinen sind dabei das Haupteinsatzgebiet, da kleine Sensoren weniger Kompromisse bei der Maschinenauslegung erfordern. Auch bei kleinen Greifern (Bild 5), zur Anwesenheitskontrolle von metallischen Kleinteilen, zum Zählen, der Positionsbestimmung oder in der Qualitätskontrolle können die MiniMini-Sensoren aufgrund der Baugröße fast immer an der richtigen Stelle noch einen Platz finden, und das meist ohne zusätzlichen Konstruktionsaufwand. ( anm) ■