Bei der Bewertung des technologischen Fortschritts konzentriert man sich häufig auf die großen Fortschritte in der Rechenleistung, die die Maschinen um uns herum immer „intelligenter“ gemacht haben.
In diesem Zusammenhang vergisst man leicht die wichtige Rolle von Sensoren, die es den heutigen Zentraleinheiten ermöglichen, ihre Arbeit zu erledigen. Wäre ein Smartphone „intelligent“, wenn es beispielsweise keine kapazitive oder resistive Sensortechnologie hätte? Würde es Spaß machen, eine Spielekonsole zu spielen, die nicht über eine fortschrittliche Beschleunigungssensor-Technologie verfügt, um sie zu steuern?
Dasselbe gilt für den Bereich der industriellen Steuerung. Heutzutage gibt es praktisch nichts, was ein Ingenieur nicht messen oder erkennen und diese Informationen dann als Eingabe für das System verwenden kann. Sensoren und Wandler sind so konstruiert, dass sie für eine Vielzahl von Umgebungen geeignet sind. Genauso wichtig wie die Gewinnung des Signals ist das Aufbereitungs- und Übertragungssystem, das dafür sorgt, dass dieses Signal sicher an die Zentraleinheit übertragen wird.
Der vielleicht wichtigste Trend in diesem Bereich ist die signifikante Zunahme der Nutzung visueller Informationen als Systemdateneingabe. Laut Daten des Branchenanalysten IMS Research wuchs der Markt für maschinelles Sehen im Jahr 10 um 2011 % auf fast 2900 Milliarden US-Dollar. Das Unternehmen sagt, dass sich das Wachstum trotz der derzeit schwierigen makroökonomischen Rahmenbedingungen in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich fortsetzen wird, wenn auch in einem bescheideneren Tempo als 2011. Heute macht die Produktion mehr als 80 % des Umsatzes aus maschineller Bildverarbeitung aus , aber IMS sieht auch einen Trend zum verstärkten Einsatz dieser Technologie in Bereichen wie Verkehrssteuerung, Sicherheit und Überwachung, Kontrolle und medizinische Anwendungen.
Produkte wie die intelligenten Bildverarbeitungssensoren der ZFV-Serie von Omron ermöglichen es Ingenieuren, Bildverarbeitungssysteme zu implementieren, die noch vor wenigen Jahren undenkbar gewesen wären. Die Geräte kombinieren einen Sensorkopf, der mit einer Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera ausgestattet ist, und eine intelligente, einstellbare LED-Lichtquelle, die digital mit dem Verstärker-/Treibermodul kommuniziert. Suchköpfe sind in einer Vielzahl von Sichtfeldspezifikationen von 5 bis 50 mm erhältlich; Verstärker hingegen können je nach Anwendung und Kundenanforderungen Einzelfunktions- oder programmierbare/Multifunktionsverstärker sein.
Das Verstärkermodul ist mit einem LCD-Display und einer „Teach and Go“-Software ausgestattet, die es dem Benutzer ermöglicht, die Inspektionsanwendung einfach durch Drücken einiger Tasten zu definieren. Zu den grundlegenden vorprogrammierten Algorithmen gehören Fläche, Helligkeit, Amplitude, Position, Zeichen, Anzahl und Muster. Der Bildschirm wird auch während des Inspektionsprozesses selbst verwendet, um Informationen über die Pass/Fail-Analyse sowie ein Bild des geprüften Produkts anzuzeigen.
Die ZFV-Serie ist in zwei Versionen erhältlich: Farbe und Monochrom, und kann so programmiert werden, dass alle 12 ms, 6 ms und 4 ms Inspektionen durchgeführt werden (dh bis zu 250 Inspektionen pro Sekunde). Bis zu fünf Sensoren können an einen einzigen Buscontroller angeschlossen werden, was fünf verschiedene Inspektionen in einem Durchgang ermöglicht, um die Produktivität erheblich zu steigern. Für mehr Flexibilität können auf jedem System bis zu acht verschiedene Inspektionsziele gespeichert werden.
Während Bildverarbeitungssysteme in den letzten Jahren zweifellos große Fortschritte gemacht haben, haben sich auch andere, traditionellere Sensortypen schnell weiterentwickelt. Eine der wichtigsten zu implementierenden Funktionen ist die Erkennung von Bewegungs- und Positionssensoren, für die eine große Auswahl an Linear- und Drehgebern verfügbar ist. Während einige eine absolute Codierung anbieten (dh sie behalten die letzte Systemposition nach dem Abschalten im Speicher), kann die überwiegende Mehrheit der Anwendungen Inkrementalcodierer verwenden.
Ein gutes Beispiel für die neue Generation dieser Geräte ist die DFS60-Linie von SICK Stegmann. Diese Geräte bieten eine hohe Auflösung von bis zu 65 Impulsen pro Umdrehung (PPR) und basieren auf einer frei programmierbaren Plattform, die es dem Benutzer ermöglicht, die Ausgangsspannung, die Nullposition und die Impulszahl PPR über eine Softwareschnittstelle einzustellen. Motorwelle und Encoder sind galvanisch getrennt, was die Störfestigkeit erhöht und den Einsatz der Geräte unter anspruchsvollen elektrischen Bedingungen ermöglicht. Diese elektrische Robustheit wird durch das physische Design der Geräte ergänzt, da sie über ein innovatives Lagerdesign und eine Codescheibe aus Nickel verfügen, die einen Betriebstemperaturbereich von -536 °C bis 20 °C ermöglichen.
Mit der Wahl zwischen axialer oder radialer Montage und TTL/RS422- und HTL/Push-Pull-Ausgangssignaloptionen ist die DFS60-Serie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Druck, Textil und Verpackung.
Die Encoderausgänge müssen entsprechend der elektrischen Umgebung, der Anwendung und dem externen Signalkonditionierungsgerät sorgfältig ausgewählt werden. Aus diesem Grund bieten Hersteller wie Baumer eine Vielzahl von Konfigurationen an, die speziell auf diese unterschiedlichen Anforderungen zugeschnitten sind.
Die Ausgänge eines komplementären Leitungstreibers können beispielsweise in Situationen nützlich sein, in denen die Kabellängen lang sind und Rauschen aufgrund von EMI (elektromagnetische Interferenz) möglich ist. Kurzschlussgeschützte Push-Pull-Ausgänge sind am nützlichsten bei kurzen Kabellängen, während ein sinusförmiger Ausgang erforderlich sein kann, wenn das Signal einen externen Interpolationsprozess durchlaufen muss.
Wie die Codierung sind berührungslose Näherungssensoren eine etablierte Technologie, die in einer Vielzahl von Positionierungsanwendungen eingesetzt wird, die vom Heben in einer Produktionsumgebung bis zum mobilen Heben, automatisierten Viehfütterungssystemen und der Automatisierung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie reichen. Der Trend geht in diesem Fall dahin, eine bessere Leistung unter Verwendung einer traditionellen zugrunde liegenden Technologie bereitzustellen, jedoch mit Fortschritten bei den Spezifikationen, wie z. B. Geschwindigkeit, Robustheit oder reduzierter Größe. Auch bei der Kostensenkung wurden Fortschritte erzielt, und heute wird eine größere Flexibilität angeboten, beispielsweise die Möglichkeit, sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom betrieben zu werden.
Eine Produktfamilie wie die OsiSense-Reihe von Schneider umfasst daher sowohl Allzweckgeräte als auch Sensoren, die für spezifische Anwendungen entwickelt wurden, wie z. B. die Schutzart IP69K für Komponenten, die einer Hochdruckreinigung oder Dampfreinigung unterzogen werden müssen, wie dies häufig in der Lebensmittelindustrie der Fall ist und in Spezialbereichen wie Autowaschanlagen.
Die OsiSense-Familie umfasst die induktive XS-Technologie zur Erkennung von Metallobjekten bis zu 60 mm sowie die kapazitive XT-Technologie, die jedes Material bis zu 20 mm erkennen kann.
In Fällen, in denen Positions- und Anwesenheitserkennung in viel kleineren Maßstäben benötigt werden, werden faseroptische Sensoren zu einer immer beliebteren Option. Abgesehen von ihrer geringen Größe und ihrer Fähigkeit, kleine Objekte und Bewegungen zu erkennen, haben sie eine Reihe weiterer Vorteile: Sie sind unempfindlich gegenüber elektrischem Rauschen, was in vielen Umgebungen ein wichtiger Vorteil ist; Andererseits erzeugen sie selbst kein elektrisches Rauschen, so dass ihre Verwendung in Situationen mit Brandgefahr sicher ist; und dank der Verwendung von Glasfaser und nicht von Kunststoff können sie bei hohen Temperaturen arbeiten. Das Funktionsprinzip ist dem in jedem anderen lichtbasierten Detektionssystem sehr ähnlich. Licht von einer LED wird an eine optische Faser gekoppelt, die zu dem Punkt überträgt, an dem eine Erkennung erforderlich ist. Das Licht wird im Detektionskopf gestreut. Objekte in der Nähe bewirken, dass eine bestimmte Lichtmenge entlang der Faser reflektiert wird. Daher besteht das faseroptische Erkennungssystem aus zwei Hauptkomponenten: einem Verstärker, der Licht erzeugt und Reflexionen erkennt, und der Faser selbst. Die Verstärker sind im digitalen und im manuellen Modus erhältlich. Wie der Name schon sagt, bietet der digitale Typ eine numerische Anzeige des erfassten Lichtwerts, und der Schaltpunkt wird digital eingestellt. Handgeräte bieten eine Bargraph-Anzeige und ermöglichen die Einstellung des Schaltpunktes über ein Potentiometer. Es können verschiedene Fasertypen verwendet werden. Die gebräuchlichste Option ist eine einsträngige Kunststofffaser. Für eine höhere Genauigkeit können sich Benutzer für eine koaxiale Konfiguration entscheiden, bei der der zentrale Kern verwendet wird, um einfallendes Licht zu übertragen, und die umgebenden kleineren Fasern verwendet werden, um Reflexionen zurück zum Sensor zu übertragen. Dieser Typ kann auch effektiver bei der Erkennung von Objekten sein, die aus jeder Richtung in den interessierenden Bereich eindringen. Es gibt einen dritten Typ, Multicore-Fasern, die aus einer großen Anzahl kleiner Fasern bestehen. Da Multicore-Fasern extrem flexibel sind, werden sie häufig in Roboteranwendungen verwendet, bei denen der Sensorkopf möglicherweise lange Strecken zurücklegen muss.
Die programmierbaren faseroptischen Verstärker der E3X-Serie von Omron und die Messköpfe E32 sind gute Beispiele für die Arten von verfügbaren Funktionen. Zylindrische Standard-E32-Sensorköpfe bieten eine zuverlässige Objekterkennung, eine einfache Installation und eine lange Sensorlebensdauer für alle allgemeinen Anwendungen und umfassen Modelle mit Sechskantrückseiten für eine einfachere Montage. Für eine schnelle und einfache Installation auf ebenen Oberflächen umfasst die E32-Familie auch quadratische Köpfe mit einer Dicke von 3 oder 4 mm mit der Option zur Abtastung in der X-, Y- oder Z-Achse.Es gibt eine Auswahl an Miniaturköpfen für Objektgrößen ab 500 µm bis 3 mm und zur Detektion in engen Räumen. Der diffuse Koaxialsensor und die Zusatzoptik erweitern den Erfassungsbereich auf 100 µm. Langstreckenköpfe mit integrierter Fokuslinse schließlich ermöglichen eine Detektion in Entfernungen von bis zu 20 Metern.
Die E3X-Verstärkerserie umfasst den E3X-HD, der eine duale Digitalanzeige für klares Ablesen und einfachen Sollwert mit schnell und einfach erlernbarer dynamischer Leistungssteuerung mit einem Knopf und ComponNet-Kommunikationseinheiten und EtherCAT kombiniert.
Designer können auch zwischen E3X-Modellen mit verbesserter Wasserbeständigkeit, schneller Reaktionszeit von 20 µs für Hochgeschwindigkeitserkennung und einer Dual-Version wählen, die die Erkennung von zwei Objekten gleichzeitig ermöglicht.
Fazit
In diesem kurzen Artikel konnten wir nur die Spitze des Eisbergs dessen darstellen, was mit moderner Sensorik möglich ist. Zusätzlich zu Vision-Sensoren, Näherungsschaltern und Lichtwellenleitern können heutige Automatisierungssysteme eine breite Palette von Barcode-Scannern, Lichtintensitäts-, Farb- und Kontrastsensoren umfassen. In der Kunststoffindustrie und in vielen Maschinentypen sind die Kontrolle von Füllstand und Druck von Flüssigkeiten sowie die Messung von Temperatur und Durchfluss hochrelevante Funktionen.
Die Bedeutung dieser Vielzahl unterschiedlicher Geräte wird oft unterschätzt; Aber täuschen Sie sich nicht: Ohne diese so wichtigen „Augen und Ohren“ wäre jedes Automatisierungssystem verloren.
