Erstmals mit Touchdisplay
Neues Konzept für photoelektrische Näherungssensoren
Photoelektrische Näherungssensoren haben sich zur berührungslosen Erkennung von Objekten und Personen in industriellen Anwendungen bewährt. Welche Funktionsweisen liegen ihnen zugrunde? Und wie hat es Sick geschafft, einen besonders einfachen Einrichtungsprozess zu realisieren?
Photoelektrische Sensoren (PE) werden aufgrund ihrer Effektivität, Robustheit und klaren Funktionsweise häufig für die berührungslose Näherungserfassung in Produktions-, Industrie- und Handelssystemen eingesetzt. Sie erkennen Flaschen und Dosen auf schnellen Fertigungsstraßen, sie prüfen, ob Pakete in Versandkartons liegen, sie kontrollieren, ob eine Tür offen oder geschlossen ist. Und sie erkennen die Anwesenheit von Menschen.
PE-Näherungssensoren können für verschiedene optische Abtastmodi ausgelegt werden, wobei der grundlegende retro-reflektierende Ansatz eine typische Anordnung ist. Trotz des einfachen Funktionsprinzips kann das Einrichten eines PE-Sensors zeitaufwändiges Ausprobieren erfordern, um die Konfiguration und den Erfassungsalgorithmus zu initialisieren, fein abzustimmen und für die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu optimieren oder für einen anderen Produktionslauf neu zu justieren. Systementwickler benötigen eine schlankere Lösung, um die damit verbundene Einrichtung und verzögerte Bereitstellung zu vermeiden.
Betrachten wir zunächst einige grundlegende Aspekte photoelektrischer Sensoren.
Grundlagen der PE-Sensorik
Die PE-Näherungssensorik beruht auf einer Lichtquelle mit einem eng gebündelten Strahl, der auf das zu erfassende Objekt gerichtet ist. Dieser Lichtstrahl wird auf eine von drei Arten verwendet, je nachdem, wie er von einem Empfänger erfasst wird (Bild 1).
Bei der diffusen Reflexionsmessung sind Sender und Empfänger in einem Gehäuse untergebracht, und die Erfassung erfolgt, wenn der Lichtstrahl des Senders vom betreffenden Objekt reflektiert wird.
Bei der retroreflektierenden Abtastung befinden sich Sender und Empfänger ebenfalls im selben Gehäuse, aber der Reflektor befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Zielobjekts.
Bei der Durchlichtschranke befindet sich der Fotosensor auf der anderen Seite des Objekts, und das Objekt zeigt seine Anwesenheit an, indem es das Licht vom Sender zum Empfänger blockiert.
Die PE-Näherungssensorik kann auch für Sicherheitszwecke eingesetzt werden, wie etwa bei Lichtschranken oder Lichtvorhängen, bei denen diese Geräte strategisch angebracht werden und als Sicherheitsschranken dienen (Bild 2). Wird ein Hindernis erkannt, sendet die Lichtschranke ein Signal an eine Steuerung oder einen fest verdrahteten Sicherheitskreis, der die Maschine abschaltet, wenn das Hindernis unerwartet oder gefährlich ist.
Die PE-Sensorik ist attraktiv, weil sie ein intuitives Funktionsprinzip und eine intuitive physikalische Anordnung verwendet. Die reflektierenden Ansätze sind deshalb wünschenswert, weil sie nur auf einer Seite ein verkabeltes Gerät erfordern, was die Installationslogistik vereinfacht.
Herausforderungen bei Montage und Inbetriebnahme
Trotz seiner konzeptionellen Einfachheit erfordert der PE-Näherungssensor eine sorgfältige Montage, Installation und Ausrichtung vor Ort. Visuell verrauschte Umgebungen können für Techniker schwierig und frustrierend sein, und Überlegungen zur Reichweite und zur Zielerfassung beeinflussen Performance und Konsistenz.
PE-Sensorik wird häufig in Verbindung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) eingesetzt. Oft muss der Installateur die SPS einrichten, testen, einstellen und erneut testen, was in einiger Entfernung von der PE-Einheit geschehen kann. Darüber hinaus können Beleuchtungsschwankungen, unerwünschte und wechselnde Reflexionen und andere reale Verzerrungen die Leistung und Genauigkeit beeinträchtigen. Probleme, die während der Produktion auftreten, sind besonders ärgerlich und werden oft durch die Dringlichkeit, sie schnell zu beheben, noch verschlimmert.
Die Lösung: Erste PE-Näherungssensoren mit Touch-Display
Um diese Probleme zu lösen, hat Sick die Näherungssensoren der Familie W10 entwickelt (Bild 3).
Sie sind besonders bemerkenswert, weil sie die ersten dieser Art mit einem Touch-Display sind (Bild 4).
Die Display-Schnittstelle ist einfach zu bedienen, unterstützt eine schnelle Installation und beschleunigt die Anpassung an jede Anwendung. Die einfache Navigation verkürzt die für die Inbetriebnahme des Gerätes benötigte Zeit und erleichtert die Anpassung an unterschiedliche Ziele, Geschwindigkeiten oder unerwartete Probleme während des Betriebs. Außerdem sind keine physischen Schalter, Knöpfe und Einstellungen am Gerät nötig, was die Zuverlässigkeit, die Integrität des Gehäuses und die Sicherheit erhöht.
Die Laserlichtquelle der Serie W10 der Klasse 1 liefert präzise Erkennungsergebnisse mit hoher Wiederholgenauigkeit. Der fokussierte rote Laserstrahl erzeugt einen kleinen Lichtpunkt auf einem Objekt und wird mit einem schnellen und präzisen Empfänger-Lasertriangulationssystem und einer Auswertungslinienabtastung kombiniert. Das ist die Grundlage für Detektionsergebnisse mit hoher Wiederholgenauigkeit und schnellen Entscheidungen. Im Speed-Modus beträgt die Reaktionszeit nur 1,8 Millisekunden, so dass auch bei hohen Maschinengeschwindigkeiten ein zuverlässiges Schaltverhalten gewährleistet ist. Zweifarbige LED-Indikatoren geben sofortige visuelle Rückmeldung über den Erkennungsstatus. Außerdem bieten die Geräte eine robuste und zuverlässige Erkennung von Objekten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Farbe oder Struktur.
Die PE-Näherungssensoren bieten individuelle Lernoptionen („Teach-in“) für spezifische Anpassungen. Neben der üblichen Ein-Punkt-Lernoption, die Objekte in einem definierten Abstand erfasst, ermöglicht ein Zwei-Punkt-Lernmodus die Erfassung von Objekten unterschiedlicher Höhe. Ein manueller Modus erweitert die Lernoptionen und bietet noch mehr Flexibilität. Über das Display lassen sich drei anwendungsoptimierte Betriebsarten aktivieren, die bei Bedarf eine Vorder- oder Hintergrundausblendung ermöglichen.
Über den integrierten Touchscreen kann der Bediener intuitiv Einstellungen für Geschwindigkeit, Standard- oder Präzisionsbetriebsarten, Umgebungsunterdrückung, individuelle Lerneinstellungen, vorkonfigurierte Parameter und Grenzwerte auswählen, anpassen und speichern. Die einzigartige Sicherheits-Bildschirmsperre des W10 schützt die Einstellungen vor dem Zugriff durch Dritte.
Die Flexibilität der Benutzeroberfläche ist nicht auf den Touchscreen beschränkt: Die gleichen Funktionen sind auch über die W10-IO-Link-Funktion aufrufbar. Dies bietet die Möglichkeit der Fernkonfiguration und der effizienten Integration der erfassten Sensordaten in ein bestehendes Automatisierungsnetzwerk.
Elektrische Optionen des W10
Der digitale Ausgang der W10-Sensorkomponenten ist ein wichtiger Aspekt der Konstruktion. Die Komponenten bieten eine einstellbare Gegentakt-PNP/NPN-Ausgangsstruktur. Ist der Ausgang auf PNP eingestellt, hat er ein positives Ausgangssignal und der Ausgang des Sensors kann Strom für eine stromaufnehmende Eingangskarte liefern. Ist der Sensor auf NPN eingestellt, ist das Ausgangssignal negativ und der Ausgang kann Strom von einer stromliefernden Eingangskarte aufnehmen (Bild 5). Beide Optionen gewährleisten eine grundlegende Kompatibilität der Signalebene mit einer SPS oder anderen Systemsteuerungen.
Der Ausgang lässt sich für den Hell- oder Dunkelmodus konfigurieren (hellschaltend oder dunkelschaltend). Im Hellmodus wird der Ausgang des Sensors eingeschaltet, wenn das Licht den Empfänger erreichen kann, und ausgeschaltet, wenn das Licht blockiert wird. Im Gegensatz dazu wird im Dunkelmodus der Ausgang des Sensors eingeschaltet, wenn das Licht blockiert wird, und ausgeschaltet, wenn das Licht den Empfänger erreicht.
Robustes Gehäuse
Weil die W10-Sensoren in industriellen Umgebungen zum Einsatz kommen, haben sie ein robustes Design mit einem Gehäuse aus 316L-Edelstahl und den Schutzklassen IP67 und IP69k. Sie werden in einem 18 × 57 × 42,2 Millimeter (mm) großen Gehäuse angeboten und sind für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen von -10 bis +55 °C ausgelegt.
Eine der Herausforderungen mit Sensoren in der Industrie ist die Notwendigkeit, verschiedene Einheiten im Außenbereich oder in der Fabrik zu unterstützen. Diese Tatsache erschwert die interne Bestandsaufnahme und den Support. Dank der Flexibilität der Baureihe W10 benötigt die Familie jedoch nur zwei Gehäusevarianten (Bild 6). Jede von ihnen hat zwei Messbereiche, so dass es insgesamt nur vier verschiedene Modelle gibt – was wiederum die Auswahl vereinfacht.
W10-Varianten
Das Modell 1133545 der W10-Serie ist in einem rechteckigen Gehäuse mit einer Standardmontagebohrung von 1 Zoll und einem Objektabstand von 25 mm bis 400 mm erhältlich, während das ähnliche Modell 1133547 einen Objektabstand von 25 mm bis 700 mm unterstützt. Für Hybrid-Installationen verfügt das Modell 1133544 vorne oder an der Seite über eine M18-Montagebohrung mit 1 Zoll-Gewinde und einem Objektabstand von 25 bis 400 mm. Das entsprechende W10-Modell 1133546 hat das gleiche Gehäuse, aber mit einem Objektabstand von 25 bis 700 mm.
Fazit
Die PE-Sensoreinheiten W10 bieten vielseitige, robuste Lösungen mit diffusem Reflektor für industrielle Anwendungen. Zu den modernen Funktionen gehört die branchenweit erste integrierte Schnittstelle mit Touchscreen, die die Installation, Einrichtung und Einstellung vereinfacht, während ihre hochentwickelten Algorithmen für verbesserte Funktionen und Genauigkeit sorgen.
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