Sensoren

• Kraft, Masse, Drehmoment

• Lage, Länge, Distanz, Winkel

• Geschwindigkeit und Beschleunigung

• Anwesenheit und Identifikation von Objekten

Erkennung der Anwesenheit bedeutet die Feststellung, ob sich ein Werkstück oder Werkstückträger an einer bestimmten Position befindet, z. B.:

• auf einem Werkstückträger, Förderband, Ablage, in Bearbeitungsposition etc.

• innerhalb eines Greifers (z. B. zwischen den Greiferbacken)

Es handelt sich um eine binäre Information (ja/nein).

Mögliche Messprinzipien:

• mechanische Sensoren

• kapazitive Sensoren

• induktive Sensoren

• optische Sensoren

• Ultraschall-Sensoren

Die Auswahl hängt ab von:

• Materialeigenschaften des Objekts

• Umgebungsbedingungen

• Sicherheit im Sinne von Funktionssicherheit, Ausfallsicherheit und Sicherheit für den Bediener

• Material des zu detektierenden Objekts

• Einsatzumgebung (Atmosphäre, Temperatur, Druck, Feuchte)

• Einbauraum

• Notwendigkeit berührungsloser Messung

• Preis

Bauformen:

• Einbaugrenztaster

• Schnappschalter

Funktionsprinzip:

• Kraft wirkt auf eine Feder → elektrischer Kontakt wird geschlossen oder geöffnet

Nachteil:

• Mechanische Berührung → führt zu Verschleiß und kann das Objekt beschädigen

Vorteile:

• Erkennt jedes feste Objekt (unabhängig vom Material)

• Günstig in der Anschaffung

1. Nichtmetallische Materialien haben geringere Permittivität → geringere Kapazitätsänderung

2. Deshalb sind Korrekturfaktoren beim Schaltabstand zu beachten

3. Sensor erkennt Objekt über Veränderung des elektrischen Felds (zwischen Flächen A1 und A2)

4. Mechanischer Aufbau beeinflusst Erfassungsbereich (offener vs. gedämpfter Kondensator)

Häufigste Bauform:

• Zylinderförmige Sensoren

  • Stirnfläche enthält 2 Platten eines Kondensators (konzentrische Kreise)

  • Kondensator ist Teil eines Schwingkreises

Funktionsprinzip:

• Messobjekt mit ε > ε_Luft verändert die Kapazität

• Dadurch verändert sich die Resonanzfrequenz

Nachteil:

• Manuelle Trimmung nötig, um den Schaltabstand einzustellen

Vorteile:

• Erkennt fast jedes Material

• Berührungslose Messung

Bauformen:

• Ringförmige Sensoren

• Stabförmige Sensoren

Funktionsprinzip:

• Metallisches Objekt verändert die Induktivität einer Spule

• Die Spule ist Teil eines Schwingkreises

• Änderung der Induktivität beeinflusst die Resonanzbedingungen → Schaltsignal

Nachteil:

• Nur für metallische Objekte geeignet

Vorteile:

• Berührungslose Messung

• Unempfindlich gegenüber Verschmutzung (außer Eisenspänen)

Bauformen:

• Einweg-Lichtschranke: Sender und Empfänger gegenüberliegend → Objekt unterbricht den Infrarotstrahl → Kontakt wird ausgelöst → Reichweite bis ca. 30 m

• Reflexions-Lichtschranke: Sender & Empfänger im selben Gehäuse, Licht wird vom Reflektor zurückgeworfen → Objekt unterbricht Rückstrahl → Vorteil: Nur eine Seite benötigt elektrische Anbindung

• Gabel-Lichtschranke: Sender & Empfänger in einem Bauteil integriert

• Lichttaster:

  • Ähnlich wie Reflexions-Lichtschranke, aber ohne Reflektor

  • Nutzt diffus reflektierte Lichtintensität

    • Helle Objekte reflektieren stärker als dunkle

    • Nahe Objekte reflektieren mehr als ferne

  • Zusätzliche Auswertung des Reflexionswinkels → bessere Trennung von Objekt & Hintergrund (z. B. dunkles Objekt auf hellem Untergrund)

Nachteile:

• Verschmutzungsanfällig (Staub, Nebel, Öl etc.)

• Hoher Preis

Vorteile:

• Berührungslose Messung

• Große Messentfernung möglich

• In Kombination mit Lichtwellenleitern:

  • Geringer Einbauraum notwendig

  • Auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar

Bauform:

• Zylindrisch

Funktionsprinzip:

• Aussenden eines Ultraschall-Impulses

• Messung der Zeit bis zum Empfang des reflektierten Impulses

Nachteile:

• Nicht geeignet für schallabsorbierende Oberflächen (z. B. Schaumgummi, Stoff)

• Ungünstiger Reflexionswinkel kann zu fehlerhafter Erkennung führen

Vorteile:

• Erkennt fast jedes Material:

  • Fest, flüssig, körnig, durchsichtig

• Berührungslose Messung

Lage-Geber ermöglichen die Berechnung der Drehzahl aus Lage und Zeit.

Unterscheidung:

• Linear oder rotatorisch (rotatorisch = kleinerer Einbauraum)

• Inkrementell vs. absolut

Kategorisierung:

• Inkrementell: nur Lageänderung wird erkannt

• Absolut: exakte Lage zu jeder Zeit bekannt (z. B. mit Codierscheibe)

Funktion:

• Erfassen nur die Änderung der Lage (z. B. über Linien auf rotierender Scheibe)

• Gabellichtschranke zählt die Licht-/Dunkel-Wechsel

Richtungserkennung:

• Über zwei versetzte Lichtschranken → Auswertung der Signalfolge ergibt Drehrichtung

Nachteile:

• Absolute Position nur über Referenzpunkt bestimmbar

• Nach Stromausfall muss Referenz erneut gefunden werden

Absolute Geber liefern vollständige Positionsinformationen – auch nach Spannungsverlust

Funktionsweise:

• Codierscheibe mit mehreren Ringen (lichtdurchlässig/undurchlässig)

• Jeder Ring wird von einer Lichtschranke gelesen

• Kombination ergibt eindeutige Position

Auflösung:

• Je mehr Ringe bzw. Sensoren, desto höher die Auflösung

• Beispiel:

  • 10 Lichtschranken → 2¹⁰ = 1024 Positionen

  • 3 Lichtschranken → 2³ = 8 Positionen

Zweck:

• Werkstücke/Werkstückträger erhalten eindeutige IDs zur Nachverfolgung und Programmzuordnung

Technologische Varianten:

• Optische Identifikation (z. B. Barcode, QR-Code)

• Funkbasierte Identifikation (z. B. RFID)

Lesung per:

• Laser (Reflexion) oder Kamera

Barcode:

• Codierte ID in kontrastreichen Balken

• Robuster als QR-Code

• Anfällig gegen Verschmutzung & Lichtreflexion

QR-Code:

• Codierte Info in Pixelmustern mit Orientierungselementen

• Mehr Speicher, höhere Fehlertoleranz

• Anfällig für Verschmutzung/Reflexion

Vorteile (allgemein):

• Berührungslos, günstig, schnell

RFID-Prinzip:

• Stationärer Sender sendet EM-Wellen

• Transponder (passiv/aktiv) antwortet mit ID

• Kommunikation per induktiver Kopplung oder Batterie

Passiv: bis 6 m / Aktiv: größere Reichweiten

Vorteile:

• Kein Sichtkontakt nötig

• Wiederverwendbar

• Pulkerfassung möglich

Grenzen:

• Feldschwächung durch Metall/Abschirmung

Kombination mit Sensorik:

• Zustandsüberwachung (z. B. Temperatur, Erschütterung, Feuchtigkeit)

• Anwendungen in Produktion, Logistik, Instandhaltung

• Auch in explosionsgefährdeten Bereichen möglich