Echtzeit-Kommunikation ohne Signalverluste IO-Link in ungeahnter Geschwindigkeit und Genauigkeit

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Baumer Group

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Laserdistanz- und Kraftsensoren mit voller Geschwindigkeit nutzen: Baumer zeigt mit dem IO-Link Master CM50I, wie schnelle Sensordaten Positioniergenauigkeit und Fertigungsqualität verbessern. Beispiele aus Robotik und Einpressanwendungen belegen: Echtzeit-Kommunikation ohne Signalverluste bringt messbaren Mehrwert für die Praxis.

IO-Link erreicht heute Geschwindigkeiten auf dem Niveau konventioneller Signale. Durch Zusatzdaten, vereinfachte Verdrahtung und leichte Integration bietet IO-Link entscheidende Vorteile für Automatisierungsprozesse.

Doch mit diesen Vorzügen ist das Potenzial der digitalen Schnittstelle noch lange nicht ausgereizt. Erst das intelligente Zusammenspiel von Sensoren, leistungsstarken Mastern und einem herstellerunabhängigen Konfigurationstool hievt die Maschinenperformance auf ein neues Level: durch höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit. Konkret gesagt: Die Genauigkeit – beispielsweise beim Positionieren – erhöht sich, wenn die Kommunikation zwischen den Positionssensoren und der Steuerung schneller abläuft. Ausserdem gibt es bei der digitalen Schnittstelle IO-Link generell keine Signalverluste wie bei Analogsignalen wie 4...20mA. Zwei Praxisbeispiele sollen das veranschaulichen:

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Beispiel Robotik: Hochgenaue Überwachung von Position und Nachschwingen

Ein Unternehmen verfolgte die Idee, mit modernen Antrieben seine eigenen Handling-Systeme und Roboter zu bauen und direkt von der Maschinensteuerung zu kontrollieren. Hierzu mussten die Entwickler allerdings die Positioniergenauigkeit und das Nachschwingen in den Griff bekommen. Sie suchten ein einfach zu nutzendes System, das den Roboter im Idealfall optisch in verschiedenen Positionen hochgenau überwachen kann und dabei auch das Nachschwingen bis 40 Hz zuverlässig erfasst. Nach kurzer Analyse stand fest. Die ideale Kombination sind zwei Baumer Laserdistanzsensoren OM30, die mit dem neuen IO-Link Master CM50I direkt in die EtherCAT Steuerung integriert werden. Die Vorteile dieses Aufbaus: Erstens konnten so die vollen 1 kHz Messfrequenz des Sensors voll ausgeschöpft werden, was für die Frequenzanalyse sogar noch zusätzlichen Puffer mitbrachte. Zweitens liessen sich so die gemessenen Istwerte und die über die Antriebe gesteuerten Sollwerte direkt und zeitsynchron übereinanderlegen, was zusätzliche Einblicke in das komplexe Zusammenspiel der Antriebe mit der Mechanik brachte. Dritter Vorteil: Die Sensoren konnten sowohl für die Entwicklung als auch für die Serienmaschine ohne weitere Änderungen genutzt werden, da auch der Roboter direkt anhand der seriennahen Maschine entwickelt wurde. Ein aufwändiger Prototyp mit Laborequipment, der dann nochmals aufwändig zu einer Serienmaschine weiterentwickelt werden musste, entfiel so komplett.

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«Hohe Präzision, maximale Kosteneffizienz, überlegene Zuverlässigkeit»

Beispiel Einpressvorgang: Intelligente Überwachung der Serienfertigung

Eine Standardaufgabe in Fertigungsprozessen ist das Einpressen von Komponenten. Vor allem bei hohem Durchsatz kommt es darauf an, die maximale Fertigungsgeschwindigkeit zu ermitteln, bei der die geforderte Qualität noch gewährleistet ist. Hier bringt der schnelle Austausch von Sensordaten, die das Baumer IO-Link Gesamtpaket aus smarten Sensoren, Mastern und Kabeln bietet, messbaren Mehrwert. Kraftsensoren messen den Einpressdruck, hochpräzise Laserdistanzsensoren überwachen die Position des einzupressenden Teils. Aus der Kombination der beiden ergibt sich ein Kraft-Weg-Diagramm mit markanten Kraftpunkten während des Einpressens. Hier kann man dann gut erkennen, ob die entstandenen Kräfte innerhalb der Toleranz sind oder zu gross werden. Auch lässt sich später in der Serie erkennen, wenn ein Teil beim Einpressen verkantet, da dann die Kräfte sprunghaft ansteigen – vor allem an Weg-Positionen, bei denen kaum Kraft entstehen sollte.

Durch die Datenübertragung in nahezu Echtzeit können sich die Entwickler sehr einfach und schnell an die optimalen Maschineneinstellungen herantasten. Für den einfachen Überblick über alle Sensordaten sorgt die Software Baumer Sensor Suite. Sie zeigt mit ihrer intuitiven Oberfläche an, was der Sensor sieht, und erlaubt die einfache Parametrierung der angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Der eigentliche Clou des schnellen IO-Link Gesamtpakets von Baumer liegt auch bei diesem Beispiel in der Zeitersparnis zwischen Testen und Implementierung in die Serienfertigung. Der Entwicklungsaufbau entspricht dem Serienaufbau. Und weil die abgespeicherten Sensor- und Aktoreneinstellungen aus dem Testaufbau eins zu eins in die Produktion übernommen werden können, verliert das Unternehmen keine weitere Zeit.

Ein Kernelement des Baumer IO-Link-Gesamtpakets für ungeahnte Geschwindigkeiten ist der IO-Link Master. Die neuste Master-Generation ermöglicht schnellste Zykluszeiten, auch mit echtzeitfähigen Feldbus-Systemen wie Profinet IRT und EtherCAT. Bisher haben viele IO-Link Master zur Steuerung nur eine Zykluszeit von 10 ms erreicht. Das macht Baumer Laserdistanzsensoren wie den OM30 oder Messverstärker zur Kraftmessung wie den DAB10 mit je 1 ms Zykluszeit um Faktor 10 langsamer. Der neue Master kann IO-Link seitig sogar bis 400 µs Zykluszeit erreichen, und selbst via Profinet auf Siemens-Steuerungen werden 1 ms Zykluszeit erreicht. Hier lassen sich die oben genannten IO-Link Sensoren also mit voller Performance nutzen. Damit gelingen präzise Kraft-Weg Kurven, Positionieraufgaben laufen erheblich genauer oder schneller ab, und im oberen Beispiel kann z.B. ein Abschalten bei Verkanten sehr schnell und direkt via IO-Link erfolgen und so z.B. das Werkstück und die Maschine vor Beschädigung schützen.

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