Sensoren News Kantendetektion mit Ultraschallsensoren

Redakteur: Andreas Leu

In der aktuellen Ausgabe der Sensoren News präsentiert die Firma SNT Sensortechnik AG ihre Ultraschallsensoren. Diese sind besonders geeignet, wenn die Umgebung staubig und das zu detektierende Material ganz oder teilweise transparent ist.

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(Bild: SNT Sensortechnik AG)

Ultraschallsensoren senden hochfrequente Schallpakete aus und empfangen diese wieder, wenn sie von einem Hindernis reflektiert oder durch ein Hindernis teilweise abgedeckt werden. Da die Wellen hochfrequent sind und Ultraschall auch schmutzige und staubige Umgebungen durchdringt, ist das Verfahren sehr robust und wenig störanfällig. Objekte verschiedenster Grösse, Farbe und Oberfläche werden bis zu erstaunlich grossen Distanzen detektiert. Deshalb spricht man auch davon, dass Ultraschallsensoren dann eingesetzt werden, wenn andere Sensorprinzipien versagen. Insbesondere ist dies bei transparentem Material (zum ­Beispiel Plastikfolien) der Fall.

Neben der reinen Anwesenheitskontrolle (NO/NC Schaltausgang) und der anspruchsvolleren Distanzmessung (Signalausgang proportional zur Distanz) ist die Kantendetektion eine Spezialdisziplin. Die Position von Kanten jeglicher Materialien muss oft in Produktions- und Montageprozessen erfasst werden. Bei der kontinuierlichen Kantendetektion an Bandmaterial spricht man von Bahnkantenregelung. Diese dient dazu, dass das Band nicht seitlich wegläuft, sondern mit Stellmotoren ständig nachgeregelt wird. Typische Bandmaterialien sind Papier- und Folienbahnen.

Im Folgenden werden vier verschiedene Methoden der Kantenerfassung präsentiert.

1. Ultraschall-Gabelschranke mit Schaltausgang

Bei dieser Messung wird ein dünner Strahl ausgesendet und vom gegenüberliegenden Empfänger erfasst. Sobald die Kante in den Strahl eintritt, gibt der Sensor ein Signal aus. Man kann damit also eine 1-Punkt-­Regelung darstellen. Die Hysterese beträgt ca. 1 mm. Ultraschall-Gabelschranken sind ideal, wenn optische Gabellichtschranken wegen hoher Verschmutzung oder transparenter Objekte versagen. Die UPF-B-Schranke ist sowohl von den Einbaumassen als auch von Funktion und Bedienung her kompatibel zu den meisten Gabellichtschranken. Sie weist eine für Ultraschallsensoren sehr hohe Schaltgeschwindigkeit von 500 Hz auf. Dank der neuen Schallwandler-Dichtung aus Viton sind die UPF-B-Sensoren gegen viele Umwelteinflüsse sehr robust. Insbesondere sind sie im Gegensatz zu vielen anderen Ultraschallsensoren ölbeständig.

2. Ultraschall-Gabelschranke mit Analogausgang

Die technisch aufwändigste und genaueste Methode ist die Ultraschall-Gabelschranke mit Analogausgang. Der Strahl ist hier dicker. Und der Sensor berechnet, wieviel vom Strahl durch die Kante schon abgedeckt ist. Man erhält also eine auf ca. 0,1 mm genaue Positionsangabe der Kante. Die Regelung ist dadurch sehr gut und schnell. In der Verpackungsindustrie ist dieser UPF-A-Sensor beliebt bei der Verarbeitung von Papierbahnen und vor allem Plastikfolien. Perfekt geeignet ist er bei bedruckten transparenten Folien (auch bei sehr dünnen), wo zum Beispiel optische Sensoren Probleme haben. Gabelschranken sind im Vergleich zu tastenden Sensoren schnell. Der lokale Einfluss von Meereshöhe und Luftfeuchtigkeit kann mittels Teach-In kompensiert werden. Die UPF-A-Gabel­sensoren sind in verschiedenen Grössen und Gabelweiten erhältlich.

3. Ultraschall-Taster proportional zur Kantenposition

Wenn die Kante eine gewisse Dicke von ca. 1 mm und mehr aufweist, kann die Distanz zur Kante auch mit einem Ultraschalltaster von der Seite her gemessen werden. Die UPR-A-Sensoren sind so sensitiv, dass eine kleine Reflexionsfläche genügt, um ein Echo zu erkennen. Das Signal ist hier wie bei (2) proportional zur Kantenposition. Der Messbereich und die Signalausgabe können mit Teach-In programmiert werden. Der Sensor kann zum Beispiel bei der Verarbeitung von Platten und Brettern eingesetzt werden.

4. Die kostengünstigste Methode

Hier wird ein Ultraschall-Taster mit Schaltausgang verwendet. Der neue Typ UPR-B wurde speziell im Hinblick auf tiefe Kosten entwickelt. Er besteht grundsätzlich aus nur vier Komponenten, was die Montagezeit stark verringert. Die Kante tritt hier seitlich in den kegelförmigen Strahl ein. Sobald ein Echo von der Kante erfasst wird, schaltet der Sensor. Ultraschallsensoren haben eine 100-prozentige Hintergrundausblendung. Es spielt also keine Rolle, was hinter der zu erfassenden Kante steht. Man kann den Schaltpunkt genau auf die Ebene der Kante einstellen. Da der Strahl je nach Luftfeuchte und Temperatur einen etwas unterschiedlichen Durchmesser hat, ist das die ungenaueste Methode. Sie ist aber für gröbere Aufgaben, zum Beispiel in der Logistik oder Verpackung, durchaus geeignet. Der neue preisgünstige Sensor ist sowohl mit Teach-In als auch mit traditionellem Potentiometer-Drehknopf erhältlich. Er hat ein robustes Metallgehäuse, und es gibt ihn mit axialer und radialer Messrichtung. Ebenso können die Sensoren synchronisiert werden, wenn mehrere nebeneinander platziert werden müssen.

ultraschallsensoren.com

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