Zeilensensor mit analogem oder schaltendem Ausgang (Hannover Messe: 9-A32)

Steuern und Zählen – einfach gemacht

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Optische Sensoren sind vielseitige Messgeräte, die unter anderem für Positionier-, Mess- und Zählaufgaben sowie Bahnkanten-Steuerungen eingesetzt werden. Das hier noch nicht alle Anwendungsmöglichkeiten ausgeschöpft sind, zeigt die Entwicklung eines Zeilensensors mit neuem Konzept, das zusätzliche Applikationen erschließt und zudem die Montage vereinfacht. Darüber hinaus werden die technischen Features wie Auflösung über die gesamte Breite und Tiefe des Messfeldes garantiert.
Baumer Electric hat die Familie der Zeilensensoren um das Modell Parcon erweitert. Der neue Sensor zeichnet sich durch sein homogenes, von parallelen Strahlen gebildete, Messfeld aus. Dadurch hat die Distanz Objekt – Sensor keinen Einfluss auf das Messresultat. Bahnkanten können trotz Höhenschlag präzise positioniert, Objektbreiten positionsunabhängig bestimmt oder Objekte innerhalb des Messfeldes erfasst und gezählt werden. Je nach Bedarf steht eine schaltende oder analoge Version mit seitlicher oder frontaler Optik zur Verfügung.
Ziel der Produktentwicklung war es, einen Sensor anbieten zu können, der schnell zu montieren, einfach zu bedienen und mit seinem zweidimensionalen Messfeld und der hohen Auflösung für sehr viele Applikationen einsetzbar ist. Im kompakten Sensorgehäuse mit den Abmessungen 34 x 16 x 70 mm sind Sender, Empfänger, die spezielle Optik zur Erzeugung des parallelen Lichtstrahls und die Auswerteelektronik untergebracht. Zusätzlich wird nur eine Reflexionsfolie benötigt, die als Bügelreflektor oder als selbstklebende Reflexionsfolie erhältlich ist. Im Vergleich zu den Einweglichtvorhängen mit einer Lichtquelle und separatem Zeilenempfänger halbiert sich der Verdrahtungsaufwand und es entfällt das Ausrichten vom Sender auf den Empfänger. Zudem wird auf einer Seite nur Platz für den selbstklebenden Reflektor benötigt.
Sensor mit einfacher Bedienung und Montage
Zeilen-Gabellichtschranken haben den Nachteil, dass der Zugang zum Messfeld von einer Seite nicht möglich ist. Wird beim Parcon dagegen an Stelle des Bügel-Reflektors auf der Gegenseite eine Reflexionsfolie verwendet, kann das Objekt von beiden Seiten das Messfeld anfahren. Die meisten Gabellichtschranken arbeiten mit dem Lichtmengen-Prinzip, und haben dadurch nur in der Messfeldmitte die volle Funktion in Auflösung und Genauigkeit. Der Parcon garantiert hier die technischen Daten über die ganze Messfeldbreite und -tiefe. Um die Montagemöglichkeiten noch zu erweitern steht eine Version mit seitlicher oder frontaler Optik zur Verfügung.
Die beiden Messarten Breitenmessung oder Messung der Kantenposition beim analogen Sensor, beziehungsweise die Mindestobjektgröße beim schaltenden Sensor, lassen sich einfach und schnell per Knopfdruck am Sensor oder elektronisch über eine Teachleitung einstellen. So präsentiert sich dem Anwender ein einfach zu montierender Sensor der ohne aufwändige Einstell- und Abgleichschritte schnell in Betrieb genommen werden kann.
Glänzende und spiegelnde Objekte sind kein Problem
Der Sensor verfügt über eine IR-LED, deren Licht über eine Spezialoptik parallel und auf einer Breite von 24 mm abgestrahlt wird und auf die gegenüberliegende Reflexionsfolie fällt, die sich in einem maximalen Abstand von 40 mm befinden darf. Als Reflektor kann der Bügel mit aufgeklebter Folie oder auch nur die selbstklebende Reflexionsfolie benutzt werden. Die Reflexionsfolie reflektiert das Licht zurück zum Sensor, wo es gesammelt und auf eine Diodenzeile abgebildet wird. Befindet sich nun ein Objekt im Lichtfeld, erscheint dies auf der Empfängerzeile als dunkler Fleck, da es bedeutend weniger Licht reflektiert als die Reflexionsfolie. Selbst weißes Papier erscheint noch als dunkler Fleck, da der Unterschied zur Reflexionsfolie immer noch einem Faktor u003E100 entspricht. Glänzende oder spiegelnde Objekte können ebenfalls problemlos erkannt werden, wenn der direkte Reflex durch leichtes Abwinkeln des Objektes so abgelenkt wird, dass er nicht auf die Empfangsoptik fällt.
Ein im Sensor integrierter Mikrocontroller liest die Dioden-Zeile Pixel für Pixel aus und sucht beim analogen Sensor die Hell-/Dunkel- beziehungsweise die Dunkel-/Hell-Übergänge. Diese entsprechen der äußeren Begrenzung des Objektes. Für das bessere Verständnis nennen wir jeden Hell-/Dunkel- oder Dunkel-/Hell-Übergang eine Kante. Der Sensor speichert die Positionen der so gefundenen Kanten und berechnet am Ende des Auslesezyklus den in der ”Messart” ausgewählten Wert. So kann die Position einer Kante innerhalb des Messfeldes oder auch die Breite des Objektes im Verhältnis zur Messfeldbreite ausgegeben werden. Der digital ermittelte Wert wird über einen D/A Wandler als Analogwert (4 bis 20 mA) ausgegeben. Der analoge Wert wird 1000 mal pro Sekunde aktualisiert.
Beim schaltenden Sensor wird die Objektbreite mit dem eingelernten Wert verglichen und der Ausgang geschaltet, wenn das gemessene Objekt diesem entspricht oder größer ist. Somit lassen sich Objektsplitter, Staub- oder Dreckpartikel einfach unterdrücken und werden nicht mitgezählt. Um auch kleine schnelle Objekte zu erfassen, beträgt die Ansprechzeit nur 0,25 ms. Da aber Steuerungen mit solch kurzen Impulsen oft überfordert sind, wird bei Erkennen eines Objektes ein Puls mit einer Mindestlänge von 10 ms ausgegeben.
Die analoge Ausführung bietet nebst der Standardanwendung, dem Steuern von Bahnkanten (Papierbahnen, Stoffbahnen, etc.), viele weitere Lösungsmöglichkeiten. So ist es dank dem parallelen Strahlenfeld möglich, auch Kanten von Objekten mit einer gewissen Tiefe zu erfassen und so zum Beispiel die Oberkante eines Stapels zu positionieren. Die hohe Messfrequenz von 1 kHz ermöglicht, dass jeweils nach 1 ms ein neuer Messwert am Analogausgang zur Verfügung steht. Dadurch wird ein schnelles Nachregeln ermöglicht und die Auflösung von 0,1 mm bedeutet, dass die Position blattgenau ermittelt wird. Ein zweiter Messmodus erlaubt das Messen von Objektbreiten. Mit einem ersten 5 s langen Tastendruck steigt man in den Teach-Modus ein, mit dem zweiten Tastendruck wählt man den Messmodus. Nun wird die Breite des Objektes als Analogwert proportional zur Messfeldbreite ausgegeben (4 mA = 0 mm, 20 mA = 24 mm). Auch hier gilt: Die Objekttiefe und die Objektlage innerhalb des Messfeldes hat keinen Einfluss auf das Messergebnis (liegt innerhalb der Toleranzen).
Die schaltende Version kann eingesetzt werden, um kleine Teile (Tabletten, Samen, Kunststoffteile) zu zählen. Dabei ist es möglich, die minimale Objektgrösse, die noch erkannt und erfasst werden soll, einzulernen (Teach-Mode). Das bedeutet, dass kleinere Teile unterdrückt und nicht mitgezählt werden. Der Sensor ist auch als Drahtbruchkontrolle bei Drahtdurchmessern bis 0,5 mm einsetzbar.
eA 512

eA-INFO-TIPP
Zeilensensoren finden ihre Anwendung nicht nur in der Automatisierungstechnik, sondern kommen auch in vielen anderen Bereichen zum Einsatz wie zum Beispiel in der Forschung. Eine interessante Applikation ist eine Kameraentwicklung für die Planetenforschung, mit der die Marsoberfläche aufgenommen wurde. Ausführliche Erläuterungen zur Marsmission und der Kamera finden Sie unter:
http://berlinadmin.dlr.de/Missions/express/kamera/kamera.shtml

Zeilensensoren finden ihre Anwendung nicht nur in der Automatisierungstechnik, sondern kommen auch in vielen anderen Bereichen zum Einsatz wie zum Beispiel in der Forschung. Eine interessante Applikation ist eine Kameraentwicklung für die Planetenforschung, mit der die Marsoberfläche aufgenommen wurde. Ausführliche Erläuterungen zur Marsmission und der Kamera finden Sie unter:
http://berlinadmin.dlr.de/Missions/express/kamera/kamera.shtml
Einen Überblick über die Sensoren von baumer Electric ist auf der Homepage des Unternehmens zu finden:

praxis plus
Der Zeilensensor Parcon verfügt über ein paralles, homogenes Lichtfeld von 24 x 40 mm und ist je nach Anwendung mit analogem und mit schaltendem Ausgang erhältlich. Die analoge Version kann Objekte ab 1 mm mit 0,1 mm Auflösung und 1000 Hz Messfrequenz erfassen. Dabei kann der Anwender zwischen den Messmodi Kantenposition und Breitenmessung wählen. Die schaltende Ausführung eignet sich für Objekte ab 0,5 mm. Die Ansprechzeit beträgt 0,25 ms, die mindest Ausgangspulsslänge liegt bei 10 ms und mindest Objektgröße ist einlernbar.
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