Einfach und präzise: Steuern, zählen, positionieren

Der Sensor ParCon ist der Neuling in der Familie der Zeilensensoren von Baumer electric. Der Sensor hat ein homogenes, von parallelen Strahlen gebildetes Messfeld. Dadurch hat die Distanz Objekt-Sensor keinen Einfluss auf das Messresultat. Bahnkanten können trotz Höhenschlag präzise positioniert, Objektbreiten positionsunabhängig bestimmt und Objekte innerhalb des Messfeldes erfasst und gezählt werden. Es stehen eine schaltende und eine analoge Version mit seitlicher oder frontaler Optik zur Verfügung. Ziel der Produktentwicklung des Zeilensensors war es, einen Sensor anzubieten, der schnell montiert, einfach zu bedienen und mit seinem zweidimensionalen Messfeld und der hohen Auflösung für viele Applikationen einsetzbar ist. Im kompakten Sensorgehäuse sind Sender, Empfänger, die spezielle Optik zur Bildung des parallelen Lichtstrahls und die Auswerteelektronik untergebracht. Zusätzlich wird nur eine Reflexionsfolie benötigt, die als Bügelreflektor oder als selbstklebende Reflexionsfolie erhältlich ist. Das Konzept eröffnet neue Möglichkeiten und vereinfacht die Montage. Im Vergleich zu den Einweglichtvorhängen mit einer Lichtquelle und separatem Zeilenempfänger halbiert sich der Verdrahtungsaufwand. Auch das Ausrichten vom Sender auf den Empfänger entfällt. Zudem braucht man auf einer Seite nur Platz für den selbstklebenden Reflektor. Der Sensor mit einer Größe von 34x16x70mm ist platzsparend. Zeilen-Gabellichtschranken haben den Nachteil, dass der Zugang zum Messfeld von einer Seite nicht möglich ist. Wird beim ParCon an Stelle des Bügel-Reflektors auf der Gegenseite eine Reflexionsfolie verwendet, kann man das Objekt von beiden Seiten das Messfeld anfahren. Die meisten Gabellichtschranken arbeiten mit dem Lichtmengen-Prinzip. Dadurch haben sie nur in der Messfeldmitte die volle Funktion in Auflösung und Genauigkeit. Der ParCon sichert die technischen Daten über die ganze Messfeldbreite und Messfeldtiefe. 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 bzw. die Mindestobjektgröße beim schaltenden Sensor lassen sich per Knopfdruck am Sensor oder elektronisch über eine Teachleitung einstellen. So hat der Anwender einen einfach zu montierenden Sensor, der ohne aufwändige Einstell- und Abgleichschritte schnell in Betrieb genommen werden kann. Funktionsprinzip Das Licht der IR-LED wird über eine Spezialoptik parallel auf einer Breite von 24mm abgestrahlt und fällt auf die gegenüberliegende Reflexionsfolie. Die Folie darf in einem maximalen Abstand von 40mm sein. Als Reflektor kann der Bügel mit aufgeklebter Folie oder 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. Denn es reflektiert bedeutend weniger Licht als die Reflexionsfolie. Selbst weißes Papier erscheint noch als dunkler Fleck, da der Unterschied zur Reflexionsfolie immer noch dem Faktor >100 entspricht. Glänzende oder spiegelnde Objekte können ebenfalls 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. Sie entsprechen der äußeren Begrenzung des Objektes. Für das bessere Verständnis wird jeder Hell-/Dunkel- oder Dunkel-/Hell-Übergang eine Kante genannt. 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 dem Messfeld oder auch die Breite des Objektes im Verhältnis zur Messfeldbreite ausgegeben werden. Der digital ermittelte Wert wird über einen D/A-Wandler als Analogwert (4-20mA) ausgegeben. Der analoge Wert wird 1.000mal pro Sekunde aktualisiert. Beim schaltenden Sensor wird die Objektbreite mit dem eingeteachten Wert verglichen und der Ausgang geschaltet, wenn das gemessene Objekt dem Teachwert entspricht oder größer ist. Somit lassen sich Objektsplitter, Staub- oder Dreckpartikel unterdrücken und werden nicht mitgezählt. Um auch kleine schnelle Objekte zu erfassen, beträgt die Ansprechzeit nur 0,25ms. Da aber Steuerungen mit solch kurzen Impulsen oft überfordert sind, wird bei Erkennen eines Objektes ein Puls mit einer Mindestlänge von 10ms ausgegeben. Anwendungen Die folgenden Beispiele zeigen, dass der Sensor trotz der Technik und hoher Präzision in der Anwendung einfach zu bedienen ist und viele Applikationen löst. Der analoge ParCon bietet neben seiner Standardanwendung, dem Steuern von Bahnkanten (Papierbahnen, Stoffbahnen), weitere Lösungsmöglichkeiten. So ist es aufgrund des parallelen Strahlenfeldes möglich, Kanten von Objekten mit einer gewissen Tiefe zu erfassen und so z.B. die Oberkante eines Stapels (Bild 4) zu positionieren. Die Messfrequenz von 1kHz ermöglicht, dass jeweils nach 1ms ein neuer Messwert am Analogausgang zur Verfügung steht. Dadurch wird ein schnelles Nachregeln ermöglicht. Die Auflösung von 0,1mm bedeutet, dass die Position blattgenau ermittelt wird. Ein zweiter Messmodus ermöglicht das Messen von Objektbreiten (Bild 2). Mit einem ersten 5s langen Tastendruck steigt man ein in den Teach-Modus, mit dem zweiten Tastendruck wählt man den Messmodus. Nun wird die Breite des Objektes als Analogwert proportional zur Messfeldbreite ausgegeben (4mA=0mm, 20mA=24mm). Auch hier gilt: Die Objekttiefe und die Objektlage innerhalb des Messfeldes haben keinen Einfluss auf das Messergebnis (liegt innerhalb der Toleranzen). Der schaltende ParCon kann eingesetzt werden, um kleine Teile (Tabletten, Samen, Kunststoffteile) zu zählen (Bild 3). Dabei kann die minimale Objektgröße, die noch erkannt und erfasst werden soll, eingelernt werden (Teach-Mode). So werden kleinere Teile unterdrückt und nicht mitgezählt. Der Sensor ist auch als Drahtbruchkontrolle bis zu Drahtdurchmessern von 0,5mm einsetzbar. Er bietet für Bahnkantensteuerungen, Positionier-, Mess- und Zählaufgaben aufgrund des Konzeptes, seiner Präzision und seiner Geschwindigkeit neue Möglichkeiten. Kasten: Anwendungen – Zählen von Kleinteilen – Auswurfkontrolle bei Stanzmaschinen – Erkennen von Bohrungen/Löchern – Drahtbruch-Kontrolle – Zuführkontrolle bei Handlingsautomaten – Steuern der Kantenposition – Nachführen der Oberkante eines Papierstapels – Objektbreiten messen, vergleichen – Werkzeug-Kontrolle – Drahtführung