Fünf durchdachte Sensorlösungen So sparen Konstrukteure Zeit und Nerven

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Auf dem Weg vom Komponenten-Design-In bis zur Inbetriebnahme einer Maschine können viele Zeitfresser liegen. Die gute Nachricht: Es gibt Abkürzungen. Wir zeigen fünf Lösungen aus dem Sensorbereich, die Konstrukteure und Monteure schneller ans Ziel bringen.

Ein bisschen was geht immer. Von Konstruktionsidee bis Montage lässt sich in den meisten Arbeitsschritten noch Zeit einsparen. Man muss nur wissen, wie. In diesem Fach­artikel zeigen wir fünf Beispiele, wie Inge­nieure mit intelligenten Sensorlösungen kostbare Zeit gewinnen.

Beispiel 1: Digitaler CAD-Sensorzwilling

Um Anwendern die Arbeit so einfach wie möglich zu machen, stellt der Sensorspezialist Baumer für seine smarten Sensoren zusätzliche digitale Services kostenfrei zur Verfügung. Ingenieure sollen damit schnell das volle Potenzial smarter Sensoren erkennen und nutzen.

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Ein Beispiel sind die smarten 2D-Profilsensoren der OX-Serie. Diese Baumer-Modelle zählen zu den kompaktesten Profilsensoren ihrer Klasse und sind dabei besonders leistungsstark und leicht. Aber wie fügt sich der Sensor in eine Maschine ein? Wie verhalten sich Blindbereich, Empfangsbereich und Erfassungsbereich? Für Konstrukteure sind das die wichtigen Fragen. Um sie zu beantworten, gehen die meisten Anwender derzeit noch den mühsamen Weg: Sie suchen Abmessungen und Erfassungsbereich aus Datenblättern zusammen und konstruieren diese im CAD-System nach. Doch das ist zeitaufwendig und fehleranfällig.

Die Baumer-Lösung ist smarter. Das Unternehmen stellt das gesamte 3D-CAD-Modell des Sensors inklusive Erfassungsbereich etc. als digitalen Zwilling bereit. Konstrukteure können die gelieferten Daten unkompliziert in ihre Modelle übernehmen und mit dem Maschinendesign abgleichen. Sie sehen die Sensorabmessungen, Erfassungsbereich, Blindbereich und Empfangsbereich und können so beispielsweise die ideale Positio­nierung und Parametrierung schon am Bildschirm ermitteln. Dank der erweiterten Informationen in den Sensor-CAD-Modellen von Baumer können Nutzer die technischen Daten besser und schneller ver­stehen. Das beschleunigt die mechanische Integration und vermeidet aufwendige Nachbesserungen während der Montage und Inbetriebnahme. Dieser intuitive Zugang zu den Geräteeigenschaften erleichtert sowohl erfahrenen Ingenieuren als auch Einsteigern die Konstruktionsarbeit enorm. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil bei zunehmendem Fachkräftemangel. Die Familie der digitalen CAD-Sensorzwillinge wird laufend grösser: Die 3D-CAD-Daten liefert Baumer derzeit für Ultraschallsensoren, Lichtschranken, Lichttaster, Laser-Distanzsensoren und Profilsensoren.

Beispiel 2: Montageturbo qTarget

Bei optischen Sensoren ist in der Montage die Ausrichtung der Lichtschranken bzw. Lichttaster in der Maschine ein wichtiges Thema. Der Sensor muss so montiert sein, dass der Lichtstrahl die Zielregion exakt trifft. Bei einer Reflexions-Lichtschranke ist dies der gegenüberliegende Reflektor. Das klingt einfach, kostet in der Praxis aber Zeit. Denn es kann viele Arbeitsschritte erfordern, bis der Lichtstrahl genau trifft.

Hier ist es ein grosser Vorteil, wenn der Strahlverlauf dank digitalem CAD-Sensorzwilling (siehe Beispiel 1) nicht manuell konstruiert werden muss und der Sensor eine vordefinierte Ausrichtung der optischen Achse hat – wie bei Sensoren von Baumer. Der Lichtstrahl ist hier per Design exakt auf die Befestigungslöcher referenziert, so dass die einzelnen Bauteiltoleranzen aufgehoben werden. Als Ergebnis ist der Lichtstrahl über die gesamte Sensorserie mit gleichbleibender Genauigkeit garantiert. Dieses qTarget genannte Merkmal ermöglicht eine schnelle und einfache Montage ohne Feinjustierung sowie einen unkomplizierten Sensoraustausch. Dank qTarget entsprechen die Strahlverläufe des CAD-Modells zuverlässig der Realität, was eine zeitsparende Durchgängigkeit von der Planung bis zur Montage garantiert. Kurz gesagt: Der Sensor wird montiert wie konstruiert – ohne zusätzliche Ausrichtung.

Beispiel 3: Software Baumer Sensor Suite für IO-Link-Geräte

Baumer unterstützt das Sensor-Engineering mit weiteren kostenfreien Tools. Besonders beliebt ist die Software Baumer Sensor Suite. Nach dem Motto «The smartest way to use IO-Link devices» vereinfacht dieses intuitiv zu bedienende Software-Tool das Evaluieren, Parametrieren und Nutzen von IO-Link-Sensoren und -Aktoren deutlich. Anwender sehen dabei am Computer, was der Sensor sieht. Durch das direkte visuelle Feedback kann der Ingenieur IO-Link-Geräte effizienter, präziser und schneller parametrieren. Ein Beispiel ist die Einstellung von SSCs (Switching Signal Channel) bei messenden Sensoren oder die Schallkeule bei Ultraschallsensoren. Das macht die BSS zu einem zentralen Werkzeug in der Applikationsentwicklung, da sie mit allen verfügbaren IO-​Link-Geräten über IO-Link-Master – auch von Drittherstellern – kommuniziert. Dank der zukunftssicheren und modernen Architektur ist die BSS das ideale Framework für weitere, kundenindividuelle Apps und digitale Services. Zusätzlich bietet Baumer einen USB-C-​IO-Link-Master, der in jede Hosentasche passt. Ohne Extra-Spannungsversorgung ist er die ideale Schnittstelle zwischen Sensor und Computer: am Schreibtisch, bei der Maschineninbetriebnahme oder beim Service.

Beispiel 4: IO-Link vereinfacht Messaufgaben, die höchste Präzision erfordern

Induktivsensoren von Baumer mit komplett integrierter Elektronik können mikrometergenau Abstände zuverlässig messen. Das eröffnet ganz neue Anwendungsgebiete. So können beispielsweise kosteneffizient Kräfte und Dehnungen in Maschinen, Anlagen und Werkzeugen gemessen werden.

Messungen mit dieser Genauigkeit erfordern eine ebenso akkurate wie stabile Übertragung des Messsignals. Hierfür wird heute oft eine analoge Schnittstelle verwendet (strom- oder spannungsbasiert). Bei den bekannten Analogausgängen ergeben sich besondere Herausforderungen: Wegen der Sensitivität (wenige V/mm bzw. mA/mm) dieser Ausgänge arbeitet man oft im mV- oder µA-Bereich. Rauschen auf der Leitung aufgrund von umliegenden elektromagnetischen Feldern oder auch der Einfluss des Kabels können das Messsignal signifikant beeinträchtigen. Teure, geschirmte Kabel sind nötig, und die Kabellänge sollte auf ein Minimum begrenzt werden. Zusätzlich sind steuerungsseitig hochauflösende analoge Wandler gefragt, die ebenfalls in der Gesamtkostenrechnung zu Buche schlagen.

Induktive Sensoren von Baumer sind zusätzlich zu den Varianten mit analoger Schnittstelle auch in verschiedensten Bauformen mit IO-Link verfügbar.

Der Einsatz dieser digitalen Schnittstelle ist für Anwendungen, die mikrometergenau Abstände messen, eine interessante Option mit weniger Aufwand und geringeren Kosten. Die Verwendung von IO-Link bietet eine Reihe von Vorteilen:

• Einfache Anbindung an Steuerungen über IO-Link-Master – geringere Kosten im Vergleich zu hochauflösenden AD-Wandlerkarten

• Einfache Integration aufgrund der IODDs (IO Device Description)

• Bis 20 m ohne geschirmtes Kabel

• Rauschfreie, digitale Übertragung ohne zusätzliche Wandlungen

Über IO-Link ist der Sensor zudem einfach parametrierbar. Mit entsprechenden Filtereinstellungen kann so zum Beispiel die optimale Balance zwischen Ansprechzeit und Auflösung gefunden werden.

Als intuitives Tool bietet sich hier die kostenfreie Software Baumer Sensor Suite an (siehe Beispiel 3).

Beispiel 5: Multicode-Reader-Serie IDC – einfach zu bedienen, sehr schnell einsatzbereit

Aktuelles Beispiel für ein besonders anwenderfreundliches Baumer-Produkt ist die kompakte Multicode-Reader-Serie IDC. Sie zeichnet sich durch Benutzerfreundlichkeit mit einfacher Montage, Integration und Inbetriebnahme aus. Via USB-C können die Modelle IDC200 und IDC230 (mit Textlesefunktion) einfach an einen Computer angeschlossen und per Webinterface in Betrieb genommen werden. Das Auto-Setup ermöglicht mit nur einem Click das Lesen von mehreren, unterschiedlichen Codes. Für die einfache Integration der Code Reader sorgen das platzsparende Gehäuse, passendes Zubehör, Ethernet- und USB-C-Schnittstellen und die verfügbaren Protokolle TCP/IP, Profinet sowie DIOs. Dank frei konfigurierbarem Datentelegramm lässt sich die IDC-Serie einfach in bestehende Systeme einbinden.

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