Smarte Sensoren

Andreas Mühlbauer,

Sensorsysteme und Industrie 4.0

In Zukunft werden Sensoren und Sensorsysteme eine Schlüsselrolle in der Fertigung einnehmen. Dabei stehen smarte Sensoren, die Signalaufbereitung und -verarbeitung liefern, im Mittelpunkt des Interesses. Welche Anwendungsbereiche und Kerneigenschaften dazu erfüllt sein müssen, erläutert dieser Beitrag. 

Das Miniaturdruckmessgerät DP100 erlaubt hochpräzises Messen und Überwachen. © Panasonic Industry

Das Bundeskabinett stellte 2014 in seiner „Neuen Hightech Strategie für Deutschland“ den Punkt Smart Factory/Industry 4.0 als globale Herausforderung für Innovationsführer vor und inkludierte ihn als Schwerpunkt in seiner Wirtschafts- und Wissenschaftspolitik.

Und tatsächlich: Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution. Durch das Internet getrieben, wachsen reale und virtuelle Welt immer weiter zu dem vielbeschworenen Internet der Dinge (IoT) zusammen. So haben jüngste Fortschritte in der Fertigungsindustrie den Weg für einen systematischen Einsatz von Cyber-Physical Systems (CPS) geebnet, in dem Informationen aus allen verwandten Perspektiven genau überwacht und zwischen der physischen Fabrikhalle und dem Computerraum synchronisiert werden. Ausgangspunkt dazu stellt der Einsatz von Sensoren dar, die das physikalische oder auch elektrochemische Signal in ein Ausgangssignal umwandeln. Welche Sensoren dazu in Frage kommen und welche Eigenschaften sie erfüllen müssen, wird im Folgenden beschrieben.

Sensor-Systeme im Netzwerk

Panasonic hat vor mehr als 15 Jahren auf die Aufgaben der Erhebung, Sammlung und Weiterverarbeitung von Daten zur Automatisierung in Produktionsprozessen reagiert. Anwender erwarten von modernen Sensoren eine Reihe von Funktionen in Bezug auf digitale Datenverarbeitung: hohe Zuverlässigkeit und minimalen Wartungsaufwand, flexible Netzwerkfunktionen und vor allem niedrigen Energieverbrauch. Mit intelligenten Sensoren, sogenannten „Smart Sensors“, lassen sich diese Anforderungen realisieren.

Anzeige

Die möglichen Vorteile von Sensorsystemen in der Produktion betreffen die automatische Identifikation und Datenerfassung von Objekten. Die Übertragung und Interpretation von Sensorinformationen, die Ableitung von Produktionsentscheidungen und die Kontrolle von Produktionsprozessen durch Verfolgung von Produktionsaufträgen sind Anwendungsbeispiele.

Zukünftig sind diese Sensoren ein wesentlicher Bestandteil intelligenter Sensorsysteme, die neben der eigentlichen Messung die komplette Signalaufbereitung und -verarbeitung bereitstellen. In vielen Fällen kommunizieren sie über leistungsstarke industrielle Netzwerke wie I/O Link, Profinet, EtherCAT, Ethernet/IP und weitere Feldbustechnologien. Das spielt zum Beispiel in den Segmenten Abstandsmessung, Druck- und Durchflussmessung, faseroptische Sensorik sowie Lasersensorik eine wichtige Rolle. Als Unternehmen hat Panasonic bereits 2006 auf smarte Sensoren gesetzt und diese für den Industrebereich maßgeblich mitgestaltet. Vier Sensoren und Key-Anwendungsbereiche werden hier vorgestellt.

Reibungslose Wartung und Parametrierung

Das kompakte Sicherheitslichtgitter SF4D ist in Schutzart IP67 ausgeführt. © Panasonic Industry

Gerade bei mechanischen und hydraulischen Pressen, Formpressen, Stanz-, Umform-, Niet-, Ösen- und sonstigen automechanischen Montageanlagen sind offene bewegliche Teile eine Gefahrenzone für Mitarbeiter und Personal. Der „point of operation“, sprich der Teil, der in der Anlage für die Ausführung des mechanischen oder hydraulischen Vorgangs verantwortlich ist, muss als Gefahrenquelle abgesichert werden. Sicherheitslichtgitter sind dazu eine unverzichtbare Schutzmaßnahme und deren einwandfreie Funktion und regelmäßige Wartung unverzichtbar. Beides ein massiver Kosten- und Zeitpunkt, der durch die SF4D-Serie adressiert wird.

Die Lichtgitter der Serie SF4D überprüfen sich aufgrund der eigens entwickelten Software hinsichtlich falscher Verkabelung, Trennung, Kurzschlüsse und der Zuverlässigkeit internen Schaltkreise. Ebenfalls lassen sich mit der ELCA-Funktion ungewollte Maschinenstillstände durch Fremdlichteinfluss verhindern und entsprechend kalibrieren. Details zu allen elektrischen Problemen werden auf dem digitalen Display angezeigt, was die Wartung komfortabler gestaltet. Der M12-Stecker garantiert eine schnelle und unkomplizierte Installation.

Ein weiterer Vorteil ist die nahtlose Struktur und Verarbeitung der SF4D-Linie, die eine hohe Umweltbeständigkeit garantiert. So ist die Elektronik durch ein zylindrisches Innengehäuse geschützt, ebenfalls wurden Nähte an der Einheit und an den Linsenoberflächen so stark reduziert, dass ein Eindringen von Partikeln wie Ölnebel und Staub ausgeschlossen ist. Sein Übriges tut schließlich das Aluminiumprofil, das bei gleichbleibender Produktgröße hohe Stabilität garantiert und resistent gegenüber mechanischen Belastungen oder Torsion ist.

Der Analogsensor HGC1000L mit IO-Link. © Panasonic Industry

Die Anwendungsvielfalt von Laser-Abstandssensoren spiegelt sich in ihrem breiten Einsatz in Industrie und Forschungen wider. Sie eignen sich für Qualitätskontrollen und Prozessüberwachungen in Verpackungsanlagen, medizinische Fertigung und die Elektronikfertigung. Die HG-C-Serie eröffnet dazu viele neue Möglichkeiten für die industrielle Automatisierung. Dazu gehören unter anderem die Positionierung von Roboterarmen, Dicken- und Positionsmessung von Bandmaterial, Anwesenheitsprüfung kleinster Produkte oder das Erkennen von Überlappungen dünnster Materialien. Diese Messungen können sowohl statisch als auch dynamisch erfolgen. Die dynamische Messung ermöglicht es, Regelkreise zu realisieren oder Profile und Konturen verschiedener Komponenten zu bestimmen.

Die Messwiederholgenauigkeit von bis zu 10 μm und einer Reaktionszeit von 1,5 ms zeichnen den KG-C Sensor aus. Mit einer Größe von nur 20 x 44 x 25 mm (BHT) bietet er High-End-Leistung in einem kompakten Paket. Drei Messbereiche (100 ±35 mm, 50 ±15 mm und 30 ±5 mm) stehen je nach Modell mit einer Messauflösung von 10 bis 70 μm zur Verfügung. Die integrierte Anzeige unterstützt die Einrichtung und den Betrieb, und die I/O-Optionen umfassen einen 0- bis 5-V-Analogausgang neben einem NPN- oder PNP-Transistor-ausgang sowie einen externen Eingang.

Miniatur-Manometer mit M8-Steckanschluss

Das Portfolio von Panasonic Industry an digitalen Miniatur-Druckmessgeräten für Luftdruckmessung oder -überwachung setzt auf smarte und kleine Geräte. Mit der DP100-Serie bringt das Unternehmen unter dem Markennamen Sunx mikroprozessorgesteuerte Miniatur-Druckmessgeräte auf den Markt. Sie sind für hochpräzises Messen und Überwachen von Luftdruck und nicht-korrosiven Gasen in vielfältigen industriellen Anwendungen geeignet, insbesondere für den Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Luft-/Gasdruckkontrolle der Fertigungsprozesse der Mikroelektronikindustrie.

Der optoelektrischer Sensor FX-550 © Panasonic Industry

Als besonderes Leistungsmerkmal hat das digitale Manometer ein zweizeiliges LCD für Messwerte und Grenz- beziehungsweise Schwellenwerte und die Datenkopierfunktion. Mit dem dreifarbigen 12-Segment-Display sind die Messwerte oder Einstellungen klar ablesbar sowie eine deutliche Unterscheidung zwischen dem Betriebs- und dem Einstellungszustand möglich. Mittels der Datenkopierfunktion lässt sich die Einstellung an einem Sensor durchgeführen und auf weitere Sensoren übertragen. Durch die einstellbaren Ansprechzeiten von 2,5 bis 5.000 ms lassen sich dynamische Druckänderungen erfassen, aber auch unerwünschte stoßartige Druckschwankungen durch abnormalen Druckabfall ignorieren. Die hohe Messauflösung von 0,05% FS und Wiederholgenauigkeit (±0,1% FS), die geringe Hysterese (1 digit) und Temperaturabhängigkeit (≤±0,5% FS) sind die weiteren Leistungsmerkmale dieser neuen Serie.

Sicherste Lösung für faseroptische Sensoren

Faseroptische Sensoren ermöglichen Messungen in Umgebungen, in denen elektrische Sensoren an ihre Grenzen stoßen. Anders als bei elektrischen Messmethoden ist die rein optische Messmethode unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen, da Licht die Versorgung des Sensors sowie die Übertragung des Messsignals übernimmt. Sie sind überdies klein und weitgehend korrosionsbeständig sowie unempfindlich gegenüber hohen elektrischen Spannungen, magnetischen Feldern und Temperaturen.

Vorbeugende automatische Wartung ist gegenüber der individuellen Auswertung ein erheblicher Vorteil, da damit Know-how und Zeit anderweitig eingesetzt werden können. Der Self-Monitoring-Sensor FX-500 ist in der Lage, Sensordaten und seinen eigenen Status über e/A-Link-Master an das Host-Gerät zu melden. Damit sind eine zeitnahe Analyse und Wartung des Sensors sowie die Problemidentifizierung möglich. Der Sensor erreicht eine Ansprechzeit von 25 µs und bietet gleichzeitig eine hohe Genauigkeit. Darüber hinaus hat sich die Zuverlässigkeit bei der Erkennung gegenüber früheren Modellen um 75 Prozent erhöht.

Stefan Klose, Sales & Product Management Sensing & Measurement, Panasonic Industry Europe / am

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

Gesamtanlageneffektivität auswerten und verbessern

Eine wichtige Kennzahl zur Messung der Wertschöpfung einer Produktionsanlage ist die Overall Equipment Effectiveness (OEE), die hierzulande Gesamtanlageneffektivität (GAE) genannt wird. Da erfolgreiche Verbesserungsansätze in der Produktion abhängig von einem zeitnahen Informationsaustausch über die GAE sind, bietet der Kennzeichnungsanbieter Bluhm Systeme seinen Kunden entsprechend vernetzte Soft- und Hardwarelösungen.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Verzeichnungskorrektur

Vogelperspektive für Fischaugen

Verzeichnete Bilder sind für industrielle Bildverarbeitungsapplikationen problematisch, da die Gefahr besteht, dass sie nicht auswertbar sind. Mit Hilfe einer Echtzeitkorrektur für Verzeichnung, Shading und perspektivische Verzerrung bietet Baumer...

mehr...
Anzeige

Highlight der Woche

Kameragestützte Laserbeschriftung mit CPM
Der Einsatz von Vision-Systemen zur Bilderfassung und -verarbeitung ist ein wichtiges Werkzeug zur Prozesskontrolle und -optimierung. Entsprechend der Objektvielfalt bietet ACI kundenspezifisch angepasste Kameralösungen an.

 

Zum Highlight der Woche...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem SCOPE Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite